Reibungsarm präzise dosieren – auch ohne Schmierstoff

Wenn es gelingt, mehrere Einzelteile oder Funktionalitäten in ein einziges Spritzgussteil zu integrieren, stehen die Chancen gut, damit die Kosten zu senken. So gibt es kreative Konstruktionen, die Federn oder elastische Teile in steife Komponenten integrieren, Schnappverschlüsse nutzen und bei denen Einstellskalen oder Markierungen zur Produktidentifizierung aufdruckt oder via Laser direkt aufgebracht werden.

Dieses Vorgehen steigert allerdings auch die mechanischen Anforderungen an die Teile, die üblicherweise eine geringere Wanddicke haben. Genau für diesen Einsatzbereich lassen sich teilkristalline technische Hochleistungs-Kunststoffe vorteilhaft verwenden, wie die folgenden Beispiele zeigen.

So produziert das britische Unternehmen Industrial Design Consultancy Ltd. (IDC) für den indischen Markt ein innovatives System, mit dem sich Arzneimittel verabreichen lassen – einen Insulin-Pen, der nicht größer ist als ein Leuchtmarker und komplett aus Kunststoff besteht. Bestimmte Schlüsselkomponenten, die für die exakte Dosierung entscheidend sind, werden aus technischen Kunststoffen gefertigt, die der US-amerikanische Anbieter DuPont herstellt. So wird für den Kupplungszylinder wie auch die Sperrhülse das Polyacetal Delrin verwendet. Gerade in sicherheitsrelevanten Bauteilen trägt es dazu bei, dass diese lange und zuverlässig ihre Funktion erfüllen. Aus dem Polyamid Zytel wiederum sind die Schubstange, die Ampullenaufnahme, der Druckknopf und die Abdeckkappe für die Schubstange hergestellt. Die bedruckbare Einstellskala und die steifen Clipteile bestehen aus Crastin PBT. Der Anbieter hat sich für diese Kunststoffe aufgrund ihrer Eigenschaften entschieden, aber auch wegen der guten Erfahrungen, die er damit gemacht hat.

Mechanische Systeme zur Verabreichung von Medikamenten – wie Insulin-Pens – müssen sich dauerhaft leicht betätigen lasse. Das gehört zum Benutzerkomfort und ist unabdingbar, um präzise zu dosieren und so Fehldosierungen oder Beschädigungen des Systems zu minimieren. Für eine zuverlässige Geräteleistung ist die Auswahl der richtigen Materialkombination für tribologische Systeme, in denen gleitende, rollende oder reibende Relativbewegungen zweier Oberflächen auftreten, entscheidend. Damit lassen sich hohe Reibungskräfte, Stick-Slip, Quietschen, Verschleiß oder sogar Geräteschäden weitgehend vermeiden.

Ein Weg, um die zum Einstellen der Dosis und zum Betätigen erforderlichen Kräfte zu verringern, sind externe Schmierstoffe. Deren Einsatz versuchen die Produkthersteller jedoch zu vermeiden, da sie einen zusätzlichen Herstellungsschritt erfordern und zu Leistungsschwankungen führen können.

Eine Alternative sind reibungsarme Materialien, wie unmodifiziertes Delrin POM, Zytel PA oder Crastin PBT. Innengeschmierte Kunststoffe, wie das kürzlich entwickelte ultra-reibungsarme Delrin SC699, erweitern die Möglichkeiten zur Entwicklung besonders zuverlässiger und präziser Systeme, denn sie erfüllen ihre Funktion ohne externe Schmiermittel. Im Einweg-Injektorpen Unopen zum Beispiel setzt der Schweizer Anbieter Ypsomed AG Delrin SC699 für die Stellhülse ein, die zwischen dem Gehäuse und dem Dosiergewinde angebracht ist. Die Hülse dient dabei zur gleitreibungsarmen Einstellung der gewünschten Medikamentendosis. Sie ist mechanisch mit dem Dosiergewinde verbunden, das für die Abgabe der entsprechenden Menge sorgt.

Es sind jedoch nicht allein die technischen Eigenschaften eines Werkstoffes, die ihn für den Einsatz in der Medizintechnik qualifizieren. Im Healthcare-Markt sind vor allem Produkte gefragt, die langfristig mit stabiler Rezeptur erhältlich sind. Materiallieferanten sollen ihre Produkte daher – wenn überhaupt – nur geringfügig ändern, alle Vorschriften erfüllen und geplante Änderungen frühzeitig bekannt geben. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, haben einige Materialhersteller separate Produktlinien eingeführt. Bei DuPont sind das die Special-Control(SC)- und Premium-Control(PC)-Kunststofftypen für den Healthcare-Bereich.

William Hassink, Global Segment Leader-Medical Tom Baltus, Global Healthcare Technical Consultant, DuPont Performance Polymers, Wilmington-DW/USA

Speziell für den Healthcare-Markt bietet DuPont die Special-Control(SC)- und Premium-Control(PC)-Produktlinien an. Diese teilkristallinen technischen Kunststoffe unterscheiden sich von Standardtypen durch eine strengere Prüfung und Herstellungskontrolle sowie die Unterstützung in regulatorischen Fragen, die der Anwender vom Materialhersteller bekommt. Die SC- und PC-Typen sind nach Good-Manufacturing-Practice-Richtlinien hergestellt (GMP), für den Lebensmittelkontakt geeignet und erfüllen die Anforderungen entsprechend USP Class VI sowie ISO 10993-5 und -11. Insgesamt sind 14 SC- und 14 PC-Typen in den Kunststofffamilien Delrin, Hytrel, Crastin und Zytel verfügbar, die sich für den Einsatz in vielen medizinischen Geräten der Klasse I und auch einigen der Klasse II eignen. Im Vergleich zu den SC-Typen werden die PC-Typen noch intensiver überwacht, und ihre Listung im Drug Master File (DMF) ist sichergestellt.