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Bild: mrPliskin

Sensorik & Messtechnik Drahtseilakt für die Medizintechnik

29.04.2014

Moderne Stents geben menschlichen Blutgefäßen wieder neuen Halt. In den zur Herstellung eingesetzten Flechtmaschinen sorgen induktive Sensoren für ein sicheres Abschalten der Maschine bei Drahtbruch und damit für eine gleichbleibend hohe Stentqualität.

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Die Medizin implantiert Stents, um Gefäße dauerhaft zu stabilisieren und offen zu halten. Da diese aus kostspieligen Materialien wie rostfreien Stählen, Cobalt-Chrom-oder Tantal-Legierungen hergestellt werden, werden Stents heute immer häufiger aus feinsten Drähten der Formgedächtnislegierung Nitinol (Nickel-Titan) geflochten. Spezielle Flechtmaschinen verarbeiten die Drähte mit Durchmessern von unter 50 µm zu einer textilen Struktur bei der vier oder mehr Metallfäden parallel ineinandergreifen. Nitinol-Stents können aus 16 bis 288 Drähten bestehen. Typisch im Medizinbereich sind 24, 32, 48, 64, 80, 96 oder 144 Drähte. Diese geflochtenen Gefäßimplantate sind nicht nur filigraner als geschnittene Stents. Sie sind auch kostengünstiger, da Flechten ein kontinuierlicher Prozess ohne Materialverluste ist. Dank der speziellen Legierung entfällt ein mechanisches Aufweiten mit einem Ballonkatheter nach der zum Einsetzen erforderlichen radialen Komprimierung.

Höchste Qualitätsansprüche

Da die hergestellten Produkte am und im menschlichen Körper Verwendung finden, muss schon das Ausgangsmaterial ohne Fehler sein. Eventuelle Knoten im Garn oder variierende Faden- oder Drahtstärken beeinflussen die Stabilität und das Verhalten des fertigen Geflechtes negativ und sind daher nicht akzeptabel. „Wichtig sind vor allem eine gleichbleibende Drahtspannung und das sichere Erkennen von gebrochenen Drähten“, erläutert Axel Ludwig, geschäftsführender Gesellschafter des Maschinenbauers. Speziell für diesen Zweck wurden in der neuen Feinstdraht-Flechtmaschine induktive Sensoren verbaut, die selbst bei hohen Geschwindigkeit einen Drahtbruch sicher erkennen und damit das zuverlässige Abschalten der Anlage garantieren. Die insgesamt acht Sensoren sitzen direkt am Flechtkörper und überwachen neben einem möglichen Drahtbruch auch den Leerlauf der Materialspulen. „Eigentlich würde bereits ein Sensor zur Fehlererkennung ausreichen. Doch mit der Anzahl der Schalter steigt auch die Geschwindigkeit der Fehlererkennung. Mit acht Sensoren erreichen wir das Optimum bei Geschwindigkeit und Wirtschaftlichkeit“, erklärt Axel Ludwig. Die Sensoren ersetzen die bisherige mechanische Überwachung durch einen Aussetzschalter mit Hebelmechanismus. Dieser kommt jedoch für das Stentflechten nicht mehr in Frage. Grund sind die filigranen Klöppel und Drähte, die eine Überwachung mit einem klassischen Hebelsystem unmöglich machen.

Induktivsensoren mit erhöhtem Schaltabstand

Die Sensoren müssen sicher bei jeder Geschwindigkeit einen Klöppel ohne Drahtspannung erkennen können. Diese Anforderungen erfüllen sowohl die bündig als auch die nicht bündig einbaubaren Varianten der induktiven Näherungsschalter der Basic-Serie 600 von Contrinex. Diese zylindrischen Sensoren arbeiten nach dem klassischen Verfahren. Dabei erzeugt die Spule eines konventionellen Schwingkreis-Oszillators im Sensor ein hochfrequentes Magnetfeld, das an der aktiven Schalterfläche austritt. Ein metallischer Gegenstand, der sich in diesem Feld befindet, entzieht ihm Energie. Dies erkennt die im Sensor integrierte Elektronik und wertet die Information entsprechend aus. Objekte aus ferromagnetischen Metallen wie Stahl, Nickel oder Kobalt absorbieren am meisten Energie. Die erzielbaren Schaltabstände sind daher für diese Metalle am größten. Gut leitende, nicht ferromagnetische Metalle wie Aluminium entziehen dem Feld weniger Energie. Dadurch fallen die Schaltabstände im Vergleich zu Stahl um rund 25 bis 45 Prozent geringer aus.

Die Sensoren Serie 600 sind in Gleichspannungsausführung in Dreileitertechnik als NPN- oder PNP-Schaltung sowie mit Kabel- oder Steckeranschluss erhältlich. Sie sind in den Baugrößen mit einem Durchmesser von 3 mm glatt bis M30 sowie als Quader C5 und C8 lieferbar. Eine LED zur Anzeige des Schaltzustands ist standardmäßig vorhanden. Bei allen Ausführungen stehen Schließer- und Öffnertypen durchgehend zur Verfügung. Des Weiteren sind alle Schutzfunktionen wie Kurzschluss- und Überlastschutz, Rundum-Verpolungsschutz, Induktionsschutz und EMV-Schutz eingebaut.

Neben Zuverlässigkeit und Präzision kam es den Konstrukteuren vor allem auf einen hohen Schaltabstand an. Daher testeten sie vor der endgültigen Entscheidung für eine konkrete Sensorvariante sowohl nichtbündig einbaubare Sensoren vom Typ DW-AD-633-M12 mit einem Schaltabstand von 8 mm (Schaltfrequenz 1,4 kHz) als auch vom Typ DW-AD-613-M12 mit 4 mm Schaltabstand und einer Schaltfrequenz von 2 kHz jeweils in der kurzen und langen Variante. „Je höher der Schaltabstand desto sicherer erkennt der Sensor einen fehlerhaften Klöppel. Entsprechend fiel unsere Entscheidung auf den Sensor DW-AD-633-M12-120 mit 8 mm Schaltabstand.“, sagt Axel Ludwig.

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