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Von Holzwespen, Hüftraspeln und Schleifmaschinen

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update 18.11.2014

Vorbild Holzwespe: Fraunhofer IPA entwickelt neuartigen Bohrer für Chirurgen

Vorbild Holzwespe: Fraunhofer IPA entwickelt neuartigen Bohrer für Chirurgen


Insekten helfen der Wissenschaft
Insekten werden ja von den meisten Menschen als lästig bis unnötig wahrgenom­men, Entomologen wie der große Franzose Henri Fabre mal ausgenommen. Dabei gehö­ren mehr als 60 Prozent der Lebewesen auf der Erde zu den Insekten, und ohne die Bestäubungsarbeit dieser kleinen, enorm fleißigen Tiere hätten wir ein riesiges Ernährungsproblem.

In der Wissenschaft dient die Arbeit mit Insekten der Grundlagenforschung. Es ist wahrscheinlich nicht übertrieben zu behaupten, dass die Tübinger Nobelpreisträgerin Christine Nüsslein-Volhard zur Taufliege ein ähnlich enges Verhältnis hat wie unser­eins zu seinem Hund oder seiner Katze.

Dr. Oliver Schwarz

Dr. Oliver Schwarz

Vorbild Holzwespe
Dass man von Insekten auch so einiges lernen kann, zum Beispiel, wie man Löcher mit eckigem Querschnitt macht, haben der Biotechniker Dr. rer. nat. Oliver Schwarz und sein Team vom Fraunhofer Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart eindrucksvoll gezeigt. Dafür haben der Wissenschaftler und seine Kollegen gerade den zweiten Preis beim International Bionic Award 2014 bekommen, zu dem wir herzlich gratulieren. Dr. Schwarz hat sich bei der Entwicklung der neuartigen Hüftraspel von der Pendelhubtechnik der Holz­wespe (Siricidae) inspirieren lassen.

200.000 Hüftgelenke pro Jahr
Hüftraspeln werden von Chirurgen eingesetzt, um ein großes Loch mit rechteckigem Querschnitt in den Oberschenkelknochen zu bohren. In dieses Loch wird dann das Hüftimplantat eingesetzt, und das soll möglichst fest anliegen, so dass keine Hohl­räume entstehen. Allein in Deutschland werden pro Jahr rund 200.000 künstliche Hüftgelenke implantiert. Und immer arbeiten die Chirurgen dabei weitgehend von Hand mit verschiedenen Raspeln.

Knochenbohrer mit Pendelhubtechnik
Der neuartige Bohrer kann Löcher mit eckigem Querschnitt bohren, denn er arbeitet nach einem ungewöhnlichen Prinzip. Schwarz hat sich dabei von den Hautflüglern inspirieren lassen und zusammen mit seinem Team das Prinzip in die Technik über­tragen. Viele Arten von Holz- und Schlupfwespen bohren bis zu 6 Zentimeter tiefe Löcher ins Holz, um ihre Eier abzulegen. Da ihnen Rotationen nicht möglich sind, raspeln sie die Hohlräume überaus trickreich aus dem Stamm. Ihr Legestachel besteht aus drei separaten Raspeln, die sich unabhängig voneinander bewegen können. Eine Art Leitschiene sorgt dafür, dass die Teile beieinander bleiben. Beim Bohren bewegt sich das Raspel-Trio in einem ausgeklügelten Wechselspiel vor und zurück und frisst sich dabei ganz von selbst ins Holz. Techniker sprechen vom Pendelhubprinzip. Während sich der eine Teil bewegt, verhakt sich der andere im Loch und sorgt so für den nötigen Halt. Auf diese Art muss das Tier seinen filigranen Stachel nicht andrücken, wie es etwa bei einer Bohrmaschine nötig ist.

Sogar im Weltall oder unter Wasser nutzbar
Diese Bohrtechnik bietet gegenüber der herkömmlichen Methode erhebliche Vorteile, nicht nur für Chirurgen. Vor allem ist sie nicht auf runde Löcher beschränkt. Da nichts rotiert, lassen sich auch Löcher mit drei- oder mehreckigem Querschnitt erzeugen. Darin würde zum Beispiel ein Dübel viel besser halten, weil er nicht durchdrehen kann. Zudem muss man einen Pendelhub-Bohrer kaum andrücken. Man könnte ihn selbst im Weltall oder unter Wasser nutzen, wo es schwierig ist, eine große Gegenkraft aufzubringen.

Stark in porösen Materialien
Für poröse Materialien wie Knochen ist er besonders gut geeignet, das haben erste Tests gezeigt. Der Knochenbohrer für die Hüft-OPs soll etwa 1,5 Kilogramm wiegen und gut in der Hand liegen. Die Konstrukteure haben sich eigens mit Ärzten abge­stimmt, um ein optimales Design zu finden. Der mehrteilige Raspelkopf lässt sich mit einem einfachen Handgriff auswechseln und durch einen anderen ersetzen. Um den Apparat sterilisieren zu können, lässt er sich problemlos zerlegen. Sobald sich ein interessiertes Unternehmen findet, will das Stuttgarter Team einen Prototyp bauen. Für nicht-medizinische Bohranwendungen wird er bereits für ein namhaftes Unternehmen weiter entwickelt.
(Quelle: Fraunhofer IPA, Klaus Jacob)

Schleifen einer Hüftraspel auf einer Multigrind® Schleifmaschine von Haas.

Schleifen einer Hüftraspel auf einer Multigrind® Schleifmaschine von Haas

Hüftraspeln präzise schleifen
Sie können sich vorstellen, dass unsere Kollegen, die sich bei Haas hauptsächlich mit medizintechnischen Schleifanwendungen beschäftigen, höchst interessiert waren, als sie von der Fraunhofer-Hüftraspel von Dr. Schwarz gehört haben. Schließlich sind die Multgrind® CB und CA Schleifmaschinen auf dem Gebiet der Medizintechnik weltweit ein Begriff. So werden mehr als zwei Drittel aller künstlichen Kniegelenke auf der Welt mit Schleifmaschinen von Haas produziert. Das Schleifen von Hüftraspeln ist für uns natürlich alles andere als Neuland, wie man auf dem Bild sieht. Dank der durchdachten Kinematik unserer Schleifmaschinen und unserer leistungsstarken Schleifsoftware Multigrind® Horizon sind wir in der Lage, Vorder- und Rückseite der Raspelzähne aufs µm genau zu schleifen. Hinterschleifen nennt man das.

Wenn Sie mehr zu diesem Thema wissen wollen, schauen Sie mal hier auf unserer Website oder schreiben Sie mir eine E-Mail

Bis zum nächsten Mal und: Schleifen Sie gut!

Dirk Wember

update 18.11.2014
Jens Schneider aus unserer Softwareabteilung schickt mir gerade einen Screenshot unserer Schleifsoftware Multigrind® Horizon, der thematisch hier gut passt. Was Sie hier sehen, ist die Berechnung des Schleifpfades für eine Hüftraspel:

Berechnung des Schleifpfades zur Bearbeitung einer Hüftraspel. Screenshot: Haas Schleifmaschinen GmbH

Berechnung des Schleifpfades zur Bearbeitung einer Hüftraspel. Screenshot: Haas Schleifmaschinen GmbH

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1 Kommentar

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