Mehr konstruktiver Freiraum dank Flachdraht-Lösung

Wellenfedern von AFC ermöglichen Realisierung kompakter OP-Roboterantriebe

Der Trend zu robotergestützten Operationen nimmt weiter Fahrt auf. Allein in Deutschland setzen bereits mehr als 300 Kliniken OP-Roboter ein und zwischen den Herstellern ist ein heißer Wettbewerb entbrannt. Zu den dringenden Aufgaben der Konstrukteure gehört hierbei die Realisierung extrem kompakter und „feinfühliger“ Roboterantriebe. Die Smalley^®-Wellenfedern im Lieferprogramm von AFC Europe leisten an dieser Stelle wertvolle Dienste.

Neben der Anwendung von Künstlicher Intelligenz und minimalinvasivem Instrumentarium ist der Einsatz voll- oder halbautomatischer OP-Roboter derzeit einer der Megatrends der modernen Medizintechnik. Dabei stehen jene Hersteller, die für diesen speziellen Zweig der Robotertechnik elektrische Antriebe entwickeln, vor elementaren Herausforderungen: Sie müssen überaus kompakte Module und Systeme konstruieren, die sich extrem genau und sicher regeln lassen. Der Lagerung der in diesen Antrieben rotierenden Wellen fällt in diesem Kontext enorm große Bedeutung zu. „Die Wellenlagerungen dieser Antriebe müssen nicht nur eine spielfreie Bewegungs- und Kraftübertragung ermöglichen, sondern auch exakt definierte Vorspannungen einhalten und zugleich fertigungs- und montagebedingte Maßabweichungen innerhalb der Baugruppe ausgleichen. Darüber hinaus soll die Lagerung die Realisierung sehr kompakter Abmessungen unterstützen – sie darf also keinesfalls über Gebühr Bauraum beanspruchen“, berichtet Johannes Lambertz. Der Technische Leiter von AFC Europe in Bochum weiß wovon er redet, denn gemeinsam mit seinem Team versorgt er derzeit zahlreiche Hersteller mit sogenannten Non-Commercial-Parts, die bei der Lagerung der Wellen von Antrieben für medizintechnische Roboter eine tragende Rolle spielen. In erster Linie handelt es sich dabei um die Wellenfedern des US-amerikanischen Herstellers Smalley. Diese Federn aus gewalztem Flachdraht sind eine Alternative zu konventionellen Runddrahtfedern und kommen inzwischen in vielen Bereichen der Antriebstechnik zum Einsatz, wo sie sich gerade bei der Realisierung kompakter – und gewichtsoptimierter – Baugruppen bewähren.

Wellenlagerung mit exakter Vorspannung

Die Smalley-Wellenfedern sind in vielen Varianten lieferbar und stehen auch in korrosionsbeständigen Werkstoffen zur Verfügung, die den Ansprüchen der Medizintechnik standhalten. Insbesondere mit den Wellenfedern der Produktlinie Crest-to-Crest^® lassen sich bei der Konstruktion von OP-Roboterantrieben funktionelle Optimierungen und Raumgewinne erzielen, die mit klassischen Runddrahtfedern kaum zu erreichen sind. Da diese mehrlagigen Wellenfedern nämlich bei gleichem Federweg und gleicher Belastbarkeit bis zu 50 Prozent weniger axialen Bauraum als Runddraht- und Spiralfedern beanspruchen, gewinnt der Konstrukteur wichtigen kreativen Freiraum. Das kann ihm dabei helfen, konstruktive Kollisionen zu umgehen, die Innenarchitektur der Baugruppe zu verbessern, ihre äußeren Abmessungen zu reduzieren und platzsparende Vorspannungslösungen umzusetzen, die ein unliebsames Axialspiel der Getriebewellen verhindern. Johannes Lambertz konkretisiert: „Die Crest-to-Crest^® lässt sich beispielsweise zwischen dem Wellenlager und einer Gehäusewand einsetzen, wo sie die Lagerung unter einer exakt definierten Vorspannung hält und so das axiale Spiel der Welle minimiert. Ihr Federweg dient dabei zugleich der Kompensation fertigungs- und montagebedingter Ungenauigkeiten in der Baugruppe. Dank der geringen Einbauhöhe kann die erforderliche Federfunktion selbst dann realisiert werden, wenn der axiale Bauraum begrenzt ist.“ Das reduzierte Axialspiel, das sich hier über den Einsatz der Wellenfeder erreichen lässt, ist fundamental wichtig für das Antriebsmodul eines OP-Roboters, da es ein entscheidender Faktor für die Übertragung präziser und reproduzierbarer Bewegungen ist.

Impulse für Innovationen

Die Flachdraht-Wellenfedern im Portfolio von AFC können unter den hohen Anforderungen der Medizinroboter-Technologie, in denen die Bereitstellung hochgenau regelbarer Kinematiken auf begrenztem Raum ein zentraler Aspekt ist, wertvolle Impulse freisetzen für die Realisierung innovativer Antriebsmodule. Dabei stehen die Experten von AFC den Konstrukteuren in vielerlei hinsichtlich partnerschaftlich zur Seite. Sie stellen die Wellenfedern in zahlreichen Werkstoffen zur Verfügung und räumen den Kunden selbst bei Kleinserien die Möglichkeit individueller Anpassungen ein. Hinzu kommen nützliche Serviceleistungen rund ums Engineering – von der Erstberatung und Fallbesprechung beim Kunden über die Ausgabe von technischen Unterlagen, Gratis-Mustern und CAD-Daten bis hin zur kostenlosen Designverifikation und konstruktiven Ausarbeitung. Nicht zuletzt gestattet es das von Smalley entwickelte spezielle Fertigungsverfahren für die Flachdrahtprodukte, ohne aufwändige Werkzeugarbeiten kostengünstig Prototypen und Vorserien herzustellen. Die Wellenfedern lassen sich daher an fast jedes konstruktive Szenario anpassen, das bei der Realisierung von Antrieben für OP-Roboter eine Rolle spielt.

Marco Sturm, Freier Fachjournalist, Darmstadt