Gemeinsam mit Fachexperten aus dem WIN Partnernetzwerk entwickelte WILD innerhalb kürzester Zeit eine innovative Xenon-Hochleistungslichtquelle für Operationsmikroskope.

In der Medizin gilt die Neurochirurgie als einer der anspruchsvollsten Fachbereiche. Die Königsdisziplin, wenn man so will. Gleiches gilt für Geräte, die bei solchen Operationen zum Einsatz kommen. Die Anforderungen sind enorm: hochkomplexe Technologien, immer strenger werdende Regulatorien und Normen sowie steigender Zeit- und Kostendruck. Wer die Entwicklung solcher Projekte in Angriff nimmt, muss rasch auf umfangreiches Expertenwissen zugreifen.

Genau das tat WILD, als im April 2017 ein namhafter Medizintechnik-Hersteller an den Systempartner herantrat. Sein Vorhaben: Die Entwicklung einer innovativen Xenon-Hochleistungslichtquelle für die Anwendung bei neurologischen Eingriffen. die Herausforderung bestand darin, dass der UV-Anteil im Licht zu Verletzungen während der OP führen kann. Speziell bei Eingriffen am Gehirn könnte die Verbrennung von Gewebe sogar den Tod des Patienten zur Folge haben. Aus diesem Grund musste die Lichtquelle der Sicherheitsklasse C nach IEC 62304 entsprechen. Neben der Entwicklung der Software und Elektronik galt es auch, die thermische sowie die FE-Simulation und die mechanische Konstruktion abzudecken.

Schneller Zugang zu Leading-Edge-Wissen

Für WILD Projektleiter Franz Rittmannsberger stand außer Frage: Das ist ein Fall für das WILD Integrated Network (kurz WIN). „Nach einer internen Sondierung der groben Anforderungen haben wir aus der WIN-Expertenmatrix jene Partner definiert, die bei diesem Projekt hinzugezogen werden sollten“, erklärt Rittmannsberger. Bereits nach zwei Wochen standen alle Akteure fest und die Aufgabenverteilung war definiert. Denn WILD verfügt über detaillierte Informationen zur Expertise aller WIN-Partner und auch das Vertragswerk ist geregelt. Die Partnerunternehmen befinden sich in „Standby-Position“ und ein rascher Projektstart ist garantiert.

Konkret holte sich WILD für die Entwicklung der Hochleistungslichtquelle neben den Standorten Wernberg und Photonic, die in der Konzeptphase unterstützten, drei WIN-Partner an Bord: 4a engineering für die Simulation und Auslegung des Kühlsystems, Duller & Partner für die Realisierung der technischen Konzepte im CAD sowie die CDE GmbH für die Entwicklung der Elektronik und Software. Die Abstimmung der Zeitpläne, die Zusammenführung aller regulatorischen Themen sowie die gebündelte Informationsweitergabe an den Kunden erfolgten zentral von Völkermarkt aus. Hier galt es vor allem, die Entwicklungsabläufe untereinander abzustimmen und sie in den von WILD vorgegebenen zentralen Prozess zu integrieren. Essenziell dabei war das Herstellen der Rückverfolgbarkeit zwischen den Anforderungen und den zugehörigen Verifikationstests. „Diese All-in-One-Lösung ermöglichte es dem Kunden, seine Produktentwicklung bis hin zur Serienfertigung auszulagern und dabei durchgehend von einem Ansprechpartner betreut zu werden“, so Rittmannsberger.

Besondere technische Herausforderungen und Umsetzung

Die Lichtleistung der neuen Xenon-Lichtquelle ist wesentlich höher als bei derzeit am Markt befindlichen Systemen. Um diese gesteigerte Anforderung bei gleicher Bauraumgröße realisieren zu können war die Entwicklung eines adaptiven Kühlsystems notwendig. „In der Strömungssimulation konnten wir aufzeigen, dass ein System mit vier Lüftern, welche entsprechend der aktuellen thermischen Belastung geregelt werden, am besten geeignet ist“, so Christoph Weinberger von 4a engineering. Er hat mit seinem Team in einem ersten Schritt eine „Incompressible Computational Fluid Dynamics (ICFD)- Simulation“ durchgeführt, um die Durchströmung der Lichtquelle zu veranschaulichen. Danach wurden mithilfe der Finiten-Elemente-Methode jene Bereiche ermittelt, bei denen sich Hot Spots im System bilden. Die Validierung der Ergebnisse aus den Simulationen erfolgte im WILD-Labor mit Hilfe einer Messung am Funktionsmuster.

Die notwendigen hohen Zündspannungen der Xenon-Lichtquelle forderten vor allem die CDE GmbH. “Wir mussten elektronische Komponenten mit Leistungskomponenten auf einer Platine unterbringen, ohne dass zerstörende Spannungsspitzen von einem System ins andere übertragen wurden“, berichtet Jürgen Nußbaummüller.

Dank der Kooperation mit den WIN-Akteuren konnte WILD den ersten Prototyp der neuen Hochleistungslichtquelle nach nur 13 Monaten herstellen. Produziert wird sie ab Oktober 2018 am WILD Standort Völkermarkt.