Unter exakter Kontrolle

Operationsroboter verbinden Computer- und Robotertechnologien und kommen in verschiedenen Disziplinen wie Laparoskopie, Thoraskopie und Endoskopie zum Einsatz. Für Patienten bedeutet der Einsatz von Operationsrobotern eine minimal-invasive Methode. Allgemein verspricht dies weniger Schmerzen, Beschwerden und Blutverlust. Für die operierenden Chirurgen bedeutet die robotergestützte Operation eine bessere Visualisierung, erhöhte Präzision, Geschicklichkeit und Kontrolle im Vergleich zum Einsatz herkömmlicher operativer Ansätze. Selbst komplexe Operationen können mithilfe von Operationsrobotern mit beziehungsweise durch nur ein bis zwei Zentimeter kleine Schnitte durchgeführt werden.

Die fortlaufenden Entwicklungen an OP- Robotern, sowohl im elektronischen als auch dem mechanischen Bereich, kommen sowohl den Patienten als auch den behandelnden Ärzten zugute. Um die Erfüllung der hohen Ansprüche dieser Geräte gerecht zu werden, müssen alle Systemkomponenten perfekt zusammenspielen. Kleine, aber nichtsdestotrotz wichtige Komponenten sind dabei die Zahnräder für den Hauptantrieb. Diese ermöglichen die diffizilen Bewegungen der Roboterarme bei einer Operation. Das Biberacher Unternehmen Handtmann Elteka hat für den amerikanischen Hersteller der Operationsroboter Da Vinci solche Komponenten entwickelt. Mit den richtigen Zahnrädern kann die Laufruhe und damit Präzisionsqualität der Kameras sowie der Instrumente, die auf Armen montiert sind, entscheidend verbessert werden. „Vorher waren in diesen Gelenken Zahnräder aus Metall im Einsatz“, so Georg Petzinger, Verkaufsleiter bei dem Spezialisten für Highend-Ingenieurkunststoffe. „Diese erfüllten aber die hohen Ansprüche in Bezug auf vernachlässigbare Geräuschentwicklung, minimales Massenträgheitsmoment und Dämpfung nicht.“ Für die Da-Vinci-Operationsroboter wurden von den Biberacher Kunststoffspezialisten daher spezielle spielfreie Lauramid-Zahnräder mit gewichtsoptimierter Alunabe entwickelt.

Die entscheidende Anforderung des amerikanischen OP-Roboter Herstellers war neben den guten Trockenlauf- und Verschleißeigenschaften eine exakte Verzahnungsqualität, die zudem den verschärften Anforderungen der Food and Drug Administration (FDA) hinsichtlich Dokumentation und lückenloser Rückverfolgbarkeit der eingesetzten Materialien genügen musste.

Bei allen operativen Eingriffen muss eine komplett ruckfreie Bewegung gewährleistet sein. Eine eigene Berechnungssoftware stellte die für den speziellen Einsatzzweck optimierte Zahnradauslegung sicher. Bei der Herstellung der Komponenten wird das Lauramid-Ausgangsmaterial in einem drucklosen Verfahren zunächst um einen Aluminiumkern gegossen, mit dem es im Zuge eines aufwändigen Temperverfahrens eine lückenlose Verbindung eingeht.

Im nächsten Schritt wird das so entstandene Halbzeug an Spezialmaschinen zu Zahnrädern der benötigten Größe und Güte weiterbearbeitet. Besondere Aufmerksamkeit lenkten die Ingenieure bei Handtmann Elteka beim OP-Roboter-Projekt auf Gewichtreduzierung, Wärmeabfuhr sowie die Verzahnungsgenauigkeit. Dauertests an einer Probeinstallation haben die guten Eigenschaften des Werkstoffs bestätigt: Die Lauramid-Zahnräder benötigen keine Schmierung, sind nahezu verschleißfrei und reduzieren die Geräusche im Operationssaal. Durch die hohe Homogenität des Materials und die sehr geringe Materialeigenspannung verfügen die Zahnräder über eine hohe Laufruhe. Ihr geringes Gewicht ermöglicht außerdem ein benutzerfreundliches direktes Ansprechverhalten der Joystickbewegungen des Operateurs.

Dr. Martina Klug Journalistin in Friedberg