Hohe Strahlungswerte in Medizingeräten machen die Abschirmung empfindlicher Teile notwendig. Nachdem die Verwendung von Blei durch die RoHS-Richtlinie enorm eingeschränkt wurde, sind Alternativen gefragt. Eine Lösung sind Wolfram-Kunststoff-Komponenten.
Die Autorin: Birgit Müllner, Fachjournalistin in München
Empfindliche PCB-Kontrolleinheiten (Printed Circuit Board) oder elektronische Komponenten müssen aufgrund der hohen Strahlung in Medizingeräten wie Computertomographen abgeschirmt werden. Dafür wurden bisher ausschließlich Schwermetalle verwendet wie Blei, Wolfram, Tantal oder Molybdän. Diese Materialien sind sehr teuer und nur als Halbzeuge in Form von Platten oder Barren erhältlich. Daraus mit herkömmlichen Fertigungsmethoden die gewünschten Bauteile herzustellen, ist in der Serienproduktion mit hohen Kosten verbunden, außerdem sind die Gestaltungsmöglichkeiten sehr eingeschränkt.
Um diese Probleme zu umgehen, musste eine neue Lösung gefunden werden. Daher entwickelte Reiter-HG Geiger ein Hybridbauteil aus Kunststoff und einem neuen Werkstoff, dem Trilliant Healthcare Radiation Shielding Compound der Polyone Th. Bergmann GmbH aus Gaggenau. Dieser besteht aus einer Matrix aus PA12 und einer mehr als 90%igen Wolframfüllung. Diese Verbindung hält Röntgenstrahlung von bis zu 140 keV stand und ist damit ebenso wirksam wie pures Blei – jedoch speziell auf die Richtlinien und Bedürfnisse der Medizintechnik ausgelegt. Zudem verhindert die Dispersion des metallischen Füllstoffes sogenannte Hot Spots, also Schwachpunkte im Material, die Strahlung durchlassen könnten.
„Das Material ist perfekt für diese Anwendung“, so Gert Sorgatz, Betriebsleiter bei der Reiter-HG Geiger Kunststofftechnik GmbH aus Hilpoltstein. „Allerdings haben wir festgestellt, dass die Plastifiziereinheiten in unseren Spritzgießmaschinen und bestimmte Bereiche im Spritzgießwerkzeug durch den hohen Wolframanteil im Compound schnell verschleißen. Also mussten spezielle Reparatur-Kits angefertigt und verarbeitungsfreundliche und kunststoffgerechte Geometrien mit wenig Ecken und Kanten für das Bauteil gefunden werden.“
Komplexe und hochgenaue Geometrien
Zudem stellten die unterschiedlichen Fließfähigkeiten der Materialien eine Herausforderung dar. So müssen diese innerhalb bestimmter Toleranzen geliefert werden, da sonst dünne Bereiche in der Form nicht ausfüllbar gewesen wären. Die aus diesen Problemen entstandenen Lösungen vereinen sich in einer neuen Produktionstechnologie, die für hohe Präzision sorgen soll. Der neue Arbeitsprozess soll die Herstellung von Bauteilen mit komplexen und hochgenauen Geometrien ohne mechanische Nachbearbeitung ermöglichen.
Neben der Präzision ist auch die Multifunktionalität des Bauteils wichtig. „Beispielsweise können Halterungen und Führungselemente mit angebracht werden, sodass es neben dem Strahlenschutz eine hochgenaue Führungsaufgabe erfüllt“, erklärt Sorgatz. Auch der wirtschaftliche Aufwand bei der Herstellung spielte eine wichtige Rolle. Durch die Entwicklung des Trilliant-Compounds und des darauf zugeschnittenen Produktionsprozesses von Seiten der Reiter-HG Geiger können die Kosten für abschirmende Bauteile im Gegensatz zu einer herkömmlichen Fertigung aus traditionell konfektionierten Metall- und Bleiteilen um 30 bis 50 % reduziert werden.
Da der Werkstoff Blei zu 100 % ersetzt wurde, wurden auch die negativen Auswirkungen auf Gesundheit und die Umwelt gemindert. Darüber hinaus erlaube die Kunststoff-Wolfram-Verbindung zusammen mit dem speziell entwickelten Produktionsprozess eine große Gestaltungsfreiheit, sodass Bauteile in Formen produziert werden können, die bestimmte elektronische Komponenten effektiver abschirmen als zerspante Elemente.
Die Neuerungen rund um den Produktionsprozess sollen in Zukunft auch in andere Projekte einfließen. „Wir haben hier definitiv eine Vorreiterrolle, weshalb Projekte aus verschiedenen Industriezweigen an uns herangetragen werden“, erklärt Sorgatz. „Derzeit fertigen wir acht weitere Artikel aus Wolfram.“ I
Der Beitrag stammt aus der Fachzeitschrift medizin&technik, Ausgabe 02/2014, Seite 60 www.medizin-und-technik.de
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