Präzisionswerkzeuge Mit neuen Werkzeuglösungen Titan-Bauteile optimieren

Die Christoph Miethke GmbH & Co. KG fertigt Implantate für an Hydrocephalus erkrankte Menschen. Dafür kommen Präzisionswerkzeuge der Paul Horn GmbH zum Einsatz, mit denen einige der Titan-Bauteile bereits optimiert werden konnten.

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Axialstechen des Ventildeckels mit dem Supermini Typ 105.
Axialstechen des Ventildeckels mit dem Supermini Typ 105.
(Bild: Horn/Sauermann)

Das menschliche Ventrikelsystem, bestehend aus vier miteinander verbundenen Hirnkammern (Ventrikeln), und das darin zirkulierende Hirnwasser versorgt das Gehirn mit Nährstoffen. Alle vier Ventrikel sind miteinander verbunden und in ihnen zirkulieren beim erwachsenen Menschen etwa 120 Milliliter Hirnwasser. Weitere etwa 30 Milliliter Hirnwasser zirkulieren im sogenannten äußeren Liquorraum und umspülen das Gehirn. Die Aufgabe des Hirnwassers besteht darin, das Gehirn vor mechanischer Schädigung zu schützen. Es regelt außerdem den Hirninnendruck, hält das Hirngewebe feucht und transportiert Stoffwechselprodukte.

Jeden Tag produziert der Körper eines Erwachsenen ca. 500 Milliliter neues Hirnwasser, was schließlich vom venösen Blutsystem wieder aufgenommen wird, sodass man sagen kann, dass das Hirnwasser etwa dreimal täglich ausgetauscht wird. Beim gesunden Menschen besteht ein Gleichgewicht zwischen Produktion und Resorption des Hirnwassers. Beim Hydrocephalus wird in der Regel mehr Liquor produziert als aufgenommen werden kann und es kommt zu einer Vergrößerung der Hirnkammern und folgend zu einer Steigerung des Hirndrucks. Genau hier kommen die neurochirurgischen Implantate der Christoph Miethke GmbH & Co. KG zum Einsatz.

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Regulierung des Hirninnendrucks

Die Operation zur Implantation eines sogenannten Shuntsystems ist im Vergleich zu anderen neurochirurgischen Eingriffen im Allgemeinen weder gefährlich noch schwierig. Die Ableitungssysteme bestehen aus einem Ventil zur Regulierung des Hirninnendrucks und Kathetern, durch die das Hirnwasser abgeführt wird. Für die Implantation eines solchen Shuntsystems macht der Neurochirurg einige kleine Schnitte, um das Shuntsystem gut zu großen Teilen im Unterhautgewebe platzieren zu können – nur der Ventrikelkatheter muss bis in die Ventrikel und das Ende des ableitenden Katheters in die entsprechende Körperhöhle (Bauchraum oder über eine der Halsvenen in den rechten Herzvorhof) vorgeschoben werden. Um den Ventrikelkatheter in einem der seitlichen Ventrikel zu platzieren, bohrt der Neurochirurg ein Loch durch den Schädelknochen. Der Rest der ableitenden Katheter sowie das Ventil liegen direkt unter dem Hautgewebe, wobei das Ventil entweder auf dem Schädelknochen in der Region hinter dem Ohr, im Thoraxbereich oder im Lumbalbereich platziert wird.

Für den Einsatz als Implantat müssen wir in der Fertigung ständig die bestmögliche Qualität der Bauteile liefern, dazu zählt auch, dass wir uns immer mit der Optimierung der Fertigungsprozesse beschäftigen.

Willi Engel, Zerspaner bei der Christoph Miethke GmbH & Co. KG

Für die Fertigung des dünnwandigen Ventildeckels aus Titan für das Ventil proGAV 2.0 kommt das System Supermini des Typs 105 zum Einsatz. Zum einen ein Werkzeug für die Axialeinstiche und zum anderen ein Sonderwerkzeug zum Schlichten der Deckelpassung.

Für die schmale Passung am Deckel mit einer Länge von 0,5 Millimeter mussten wir das Supermini-Werkzeug mit einem Eckenradius von 0,05 Millimeter auslegen.

Christian Gries, Horn-Techniker

Willi Engel führt fort: „Die Schwierigkeit stellt sich bei der Bearbeitung von Titan immer in der Abführung der Wärme sowie bei der Kontrolle der Späne. Für den Einsatz als Implantat haben wir strenge Kriterien an die Oberfläche und an die Gratfreiheit des Bauteils.“ Durch die Optimierung der Verfahrwege durch ein CAM-System konnten die erfahrenen Kollegen der spanenden Fertigung die Standzeit von ursprünglich 1.000 auf nun 2.000 Bauteile verdoppeln. „Wir haben die richtigen Wege gefunden, um die Leistung der Schneidplatten optimal zu nutzen“, erzählt Engel. Der Ventildeckel ist bei Miethke mit mehreren 10.000 Stück im Jahr ein Dauerläufer auf der Maschine.

Eine weitere Prozessoptimierung verlangte die Fertigung der Schlauchtüllen für Reservoire. An den Tüllen sind im Einsatz Silikon-Schläuche befestigt. Die Form der Tülle wurde kopiert. Hier bestand aufgrund der Formtreue und des hohen Zeitbedarfs der Bearbeitung und beim Rüsten Handlungsbedarf. Gries schlug vor, das Kopieren durch den Einsatz einer profilierten dreischneidigen Wendeschneidplatte des Typs S32T zu ersetzen. „Das Stechen der Form sowie der gleichzeitige Abstich der Tülle kann auf diese Weise in einem Arbeitsgang erledigt werden“, so Gries. Die Umsetzung der Bearbeitung gelang den Verantwortlichen innerhalb von sechs Wochen. Die ersten Tests der präzisionsgeschliffenen Wendeschneidplatte verliefen schon positiv. Jedoch entstand beim Abstich ein kleiner Grat. Die Optimierung des Schneidenprofils und die Verlängerung der Schleppschneide brachten dann den erwünschten Erfolg.

Wir lieferten zwei Varianten des Sonderwerkzeuges innerhalb von sechs Wochen. Das Horn-Greenline-System ermöglicht es uns, schnell zu reagieren.

Christian Gries, Horn-Techniker

Auch Engel ist mit der Umsetzung zufrieden: „Wir fertigen von der Tülle mehrere 10.000 Teile im Jahr. Durch die Umstellung sparen wir jetzt rund 20 Sekunden pro Bauteil ein. Die Standzeit konnten wir pro Schneide auf 1.500 Tüllen steigern. Zudem sparen wir uns Rüstzeiten.“

Zusätzlich zu einem Shuntsystem kann eine (pädiatrische) Vorkammer integriert und auf der Schädeldecke positioniert werden. Eine solche Vorkammer ermöglicht die Liquorentnahme, Medikamentenapplikation und Druckkontrolle. Eine Entnahme von Liquor und Zugabe von Medikamenten kann durch die Punktion der Silikonmembran mit einer Kanüle erfolgen. Der Titanboden verhindert dabei das Durchstechen mit einer Kanüle. Auch bei diesem Bauteil setzt die Miethke-Fertigung auf das Supermini System Typ 105. Für eine 8H7 Bohrung kommt ebenfalls dieses System zum Tragen. Mit der HP-Geometrie wird zuerst ins Volle auf den Durchmesser von 7 Millimeter vorgebohrt. Für die Fertigung des Endmaßes auf den Durchmesser 8H7 kommt eine Axial-Geometrie zum Einsatz.

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Die erfolgreiche Zusammenarbeit zwischen den Unternehmen Christoph Miethke GmbH & Co. KG und Horn bewertet Willi Engel positiv: „Es wird seitens Horn immer versucht, vieles möglich zu machen. Auch wenn es mal nicht klappt, finde ich das richtig super.“

Am Anfang stand eine Idee und der Wunsch, Produkte zu entwickeln, die Patienten mit Hydrocephalus ein weitgehend normales Leben ermöglichen. Die Christoph Miethke GmbH & Co. KG ist ein Medizintechnikunternehmen, das sich seit 1992 bis heute, auch dank der engen Zusammenarbeit mit dem Vertriebspartner B. Braun Aesculap, zu einem weltweit agierenden Mittelständler entwickelt hat. Heute sind 220 Mitarbeiter an aktuell vier Standorten in der Landeshauptstadt Potsdam tätig. Das Portfolio: innovative neurochirurgische Implantate zur Therapie des Hydrocephalus. Nicht wegzudenken: der stetige Austausch mit Betroffenen und Anwendern. An seinen hochmodernen Produktionsstandorten in historischen Mauern aus dem 19. Jahrhundert orientiert sich das Unternehmen bei der Herstellung seiner Technologien und Produkte an den höchsten Standards hinsichtlich Qualität, Präzision und folglich Sicherheit.