Feine Naht hält alles, was auf den Tisch kommt

Wenn der Patient auf einen Operationstisch gebettet wird, denkt er wohl kaum daran, dass er nun auf einem Hightech-Gerät liegt. Das Medizinproduktegesetz und die Norm EN 60601-2-46 schreiben jedoch vor, dass ein OP-Tisch besondere Anforderungen erfüllt im Hinblick auf Hygiene, niedrige Ableitströme, HF-Chirurgiefestigkeit, Stabilität und mechanische Festigkeit sowie sichere Verfügbarkeit der Trendelenburg-Stellung. Bei einem angegebenen maximalen Patientengewicht von 360 kg beispielsweise muss der Tisch das Vierfache aushalten.

Damit auch ein moderner und flexibler OP-Tisch, der aus 500 bis 800 Teilen besteht, diesen Vorgaben entspricht, setzen Helmut Zapf und Arnd Schreiber bei der Trumpf Medizin Systeme GmbH im thüringischen Saalfeld ihr Wissen ein, unter anderem im Bereich Laserschweißen.

OP-Tische werden in Saalfeld seit 17 Jahren gefertigt. Zapf und sein Kollege Schreiber sind für die Blechverarbeitung in Saalfeld verantwortlich, in der eine Lasermaschine aus großen 0,8 bis 8 mm dicken Edelstahltafeln viele unterschiedliche Einzelteile zuschneidet. Zwei Laserroboter schweißen diese zu Baugruppen zusammen, die danach teilweise noch oberflächenbehandelt werden. Monteure setzen die Baugruppen zu OP-Tisch-Plattenmodulen zusammen, woraus komplette individuelle Hightech-OP- Tische gebaut werden.

„Unsere Baugruppen sind aufgrund des Medizinproduktegesetzes auf eine bestimmte statische und dynamische Sicherheit ausgelegt“, sagt Zapf. Dem müssen auch die geschweißten Baugruppen gerecht werden. Das Schlüsselerlebnis hierzu war eine vom externen Fachbetrieb handgeschweißte Baugruppe, die beim Belastungstest auseinanderbrach. Das war der Anlass, komplexe und tragende Baugruppen mit dem Laser zu schweißen. Heute bearbeiten die Saalfelder Fertigungsaufträge mit 1700 unterschiedlichen Teilen und schweißen mit zwei Laserschweißzellen Trulaser Robot 5020 und einer Trulaser Cell 1005 der Trumpf Laser- und Systemtechnik, Ditzingen. Die Kollegen aus dem Qualitätswesen sahen die sauberen, feinen Schweißnähte anfangs kritisch. Der direkte Vergleich im Testlabor räumte die Zweifel aus: „Das handgeschweißte Teil zerriss bei einer Belastung mit einer Tonne und das lasergeschweißte erst bei vier Tonnen“, berichtet Zapf.

Laserschweißen kann gegenüber dem Handschweißen auch weitere Vorteile bringen. „Aufgrund der hohen Energie und der genauen Fokussierung des Laserstrahls kann die reine Schweißgeschwindigkeit bis zu 100 Mal höher sein als beim Handschweißen“, so Zapf. Vor einigen Jahren hat Trumpf Laser- und Systemtechnik eine automatische Fokuseinstellung entwickelt, sodass der Schweißroboter jetzt problemlos vom Tiefschweißen auf Wärmeleitschweißen übergehen kann. Beim Laser entsteht die Verbindung darüber hinaus berührungslos, er kann ohne Zusatzmaterial in die Tiefe schweißen und erlangt damit eine hohe Festigkeit der Naht. „Das erreiche ich mit keinem anderen Verfahren“, ergänzt Zapf. Die Wiederholgenauigkeit sei beim Laserschweißen auch sehr wichtig. „Eine Maschine kennt keinen Montag und Freitag“, scherzt Schreiber, „und schweißt immer mit hoher Qualität. Dadurch erreiche ich eine hohe Prozesssicherheit.“ Zapf lobt: „Wir schweißen im Abstand von 70 Millimetern. Das ergibt hohe Freiheitsgrade, die ich mit dem Handschweißen nicht habe. Dadurch lassen sich auch komplizierte Bauteile innen schweißen.“ Zudem ließen sich mit dem Laser dünnere und glattere Schweißnähte ziehen, die oftmals keine Nacharbeiten wie Abschleifen mehr erforderten. Auch das Material verziehe sich nicht so stark, was ein Richten der Bauteile erspare.

Als die Saalfelder auf Laserschweißen umstellten, war natürlich eine Einarbeitung notwendig. Die Teile müssen hierfür mit hoher Sauber- und Genauigkeit von etwa 1/10 Spalt zugeschnitten sein. Eine weitere Herausforderung war die Parametrierung der Laserschweißmaschine. „Wir haben damals“, so die Fachleute, „von den Ingenieuren im Trumpf-Applikationszentrum für ein Bauteil die Parameter austesten und dokumentieren lassen und daraus Schlussfolgerungen für unser gesamtes Sortiment gezogen. Heute finden wir die Werte recht schnell durch Tabellen und Ausprobieren.“

Maschinelles Schweißen benötigt auch eine Spannvorrichtung, um die Einzelteile, die manuell eingesetzt und herausgenommen werden, genau zu positionieren. Bei neuen Bauteilen ist meist eine eigene Spannvorrichtung notwendig. „Deshalb ist es wichtig, den gesamten Prozess unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten zu betrachten. Und es sollte ein gewisser Seriencharakter gegeben sein“, sagt Zapf. Die Losgröße der Schweißaufträge für die Baugruppen des OP-Tisches liegt in Saalfeld im Durchschnitt zwischen fünf und 40. Unter diesen Voraussetzungen sind die Kosten beim Laserschweißen gegenüber herkömmlichen Schweißmethoden dann niedriger, wenn die Gruppe bei allen Arbeitsschritten viermal schneller ist.

„Wir kalkulieren unsere Preise nach Stundensätzen und unterschreiten mittlerweile sogar unseren geplanten Sollstundensatz“, lobt Zapf. „Unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten hätten wir nichts Besseres machen können.“ Eine Roboterzelle habe sich bereits nach weniger als zwei Jahren amortisiert. Doch es komme auch auf die Lasermaschinenbediener an. „Es müssen erfahrene Leute sein, die etwas drauf haben und Enthusiasmus mitbringen.“ Wie in Saalfeld.

Verena Buttler Trumpf Laser- und Systemtechnik, Ditzingen