Leistungsfähiges Elektroband für Spezialmagnete der Medizintechnik
Medizinische Behandlungszentren, in denen Protonenbestrahlungen vorgenommen werden, sind vielfach Gebäudekomplexe mit anspruchsvoller Anlagentechnik, die die Erzeugung der Protonen sowie deren Beschleunigung auf 180.000 km/Sek (60% der Lichtgeschwindigkeit) ermöglicht. Die dort eingesetzten Bestrahlungseinheiten bestehen aus einem Teilchenbeschleuniger, dem sogenannten Zyklotron, sowie aus Vakuumrohren, durch die die Protonen bis zum Bestrahlungspunkt gelenkt werden. Auf den Rohren positionierte Großmagnete stellen dabei durch starke Magnetfelder sicher, dass die radioaktiven Protonenstrahlen gezielt die Krebszellen im menschlichen Körper erreichen (vgl. Abbildung 1: Protonenbestrahlung).
Für Großmagnete sowohl im Zyklotron als auch auf den Vakuumrohren von Protonen-Bestrahlungsgeräten fertigt Waelzholz leistungsfähiges Elektroband mit hervorragender Magnetisierbarkeit innerhalb engster Toleranzen. Dabei müssen die hohen Anforderungen an die Eigenschaften unseres Werkstoffs auch über große Liefermengen hinweg konstant bleiben. Denn für die Großmagnete werden erhebliche Mengen unseres Werkstoffs benötigt: Die Magnete einer solchen Anlage wiegen pro Stück zwischen 15 und 25 Tonnen.
Elektroband mit hoher Polarisation für starke Magnetfelder
Daniel Dunker, in der Waelzholz-Werkstofftechnik verantwortlich für das Spezialprodukt Elektroband, erklärt: „Das Elektroband muss für diese Anwendung enorm starke Magnetfelder erzeugen. Aufgrund der Größe der Magneten ist zudem eine große Eisenmasse gefordert. Daher wird für die Herstellung dieser besonderen Magnete standardmäßig Elektroband mit einer Materialdicke von ca. 1 Millimeter eingesetzt. Dieses liefern wir in diversen Ausführungen nach der Norm EN 10106.“ Die hohe Materialdicke bietet neben der sehr guten Magnetisierbarkeit auch Vorteile in den weiteren Fertigungsschritten: Denn so reduziert sich die Anzahl der jeweils für einen Magneten benötigen Lamellen und damit der Aufwand für die notwendigen Stanzprozesse.
Stabile und schwingungsarme Lamellenpakete dank Backlack-Technologie
Für magnetbasierte medizintechnische Anwendungen bietet Waelzholz Elektroband mit einer Backlackbeschichtung an. Den Vorteil für den Kunden erklärt Marco Baptista aus dem Vertrieb: „Großmagnete bestehen aus Lamellenpaketen, diese wiederum aus vielen einzelnen Elektrobandlamellen. Der Kunde kann diese Lamellen dank der speziellen Lackoberfläche durch einen Verbackungsprozess zu einem stabilen Paket effizient miteinander verbinden. Zusätzliche Schweißarbeiten entfallen.“ Für die Endanwendung in den hochmodernen Bestrahlungsgeräten hat die Verbindung mit Backlack neben der erhöhten Stabilität der Lamellenpakete noch einen weiteren entscheidenden Vorteil, so Dunker: „Es entstehen schwingungsarme Pakete, welche eine sichere Führung des Protonenstrahls und eine konstante Ausbildung des Magnetfeldes gewährleisten. Zudem arbeiten Magnete, deren Lamellenpakete durch Backlack verbunden sind, geräuschärmer, wodurch die Lärmbelastung und somit der Stress für den Patienten reduziert wird. Bei konventionellen mechanischen Verbindungen durch Schweißen oder Nieten der Lamellen können feinste Zwischenräume entstehen, die zu Vibrationen und somit zu Frequenzbrummen führen können.
Die Beschichtung des Elektrobands mit Backlack erfüllt damit gleich mehrere Anforderungen für die Herstellung von Großmagneten und deren späterem Einsatz in medizinischen Bestrahlungsgeräten:
- Hohe Stabilität der Lamellenpakete
- Ungestörter Magnetfluss für beste Magnetisierbarkeit durch Entfall schädigender interlamellarer Verbindungen
- Schwingungsarme Pakete für eine präzise Strahlenführung
Abbildung 1: Protonenbestrahlung
Zunächst werden die Protonen von einer Teilchenquelle erzeugt und anschließend im sogenannten Zyklotron (1), dem Teilchenbeschleuniger, mithilfe eines Magnetfeldes auf einer spiralförmigen Bahn bis auf 180.000 km/Sek. beschleunigt. Direkt nach dem Austritt aus dem Zyklotron werden die Protonen auf eine vorgegebene Geschwindigkeit reduziert, mit der die spätere Eindringtiefe der Teilchen in den menschlichen Körper exakt bestimmt wird. Die hoch beschleunigten Protonen werden aus dem Zyklotron über ein Vakuumrohr (2) bis zu den Behandlungsplätzen (3) und (4) gelenkt, wo sie sich anschließend entladen und die Krebszellen zerstören. Leistungsfähige Magnete entlang des Strahlrohres (in der Abbildung orange -5) zwingen die positiv geladenen Teilchen in die gewünschte Richtung. Für bestimmte Behandlungsfälle, zum Beispiel die Bestrahlung von Augentumoren, gibt es auch statische Behandlungseinheiten (4).
Abbildung 2: Detailansicht Protonen-Bestrahlungsanlage
Im Zyklotron werden die Protonen beschleunigt und über Vakuumrohre an die Behandlungsplätze weitergeleitet. Das Gantry ist eine schwenkbare Behandlungseinheit an einer Patientenliege. Über das Gantry kann der Protonenstrahl auf Millimeterbruchteile genau positioniert werden.
Waelzholz Elektroband für ein breites Anwendungsgebiet in der Medizintechnik
Seit über zehn Jahren liefert Waelzholz Elektrobandwerkstoffe für leistungsfähige Großmagnete in der Strahlentherapie. Darüber hinaus eignet sich der magnetische Werkstoff für weitere Anwendungsfelder in der Medizintechnik, wie zum Beispiel für mechatronische magnetgetriebene Marknagel zur schonenden Beinverlängerung.
So erfüllen wir durch außergewöhnliche, maßgeschneiderte Werkstoffeigenschaften und Präzision unserer Bandstahlwerkstoffe auch die Anforderungen modernerster Technologien für die internationale Spitzenmedizin.