Hög precision under 370 miljoner cykler: axel-/glidlagersystem i det konstgjorda hjärtat

Profil

• Vad som behövdes: Speciellt glidlager och axel för drivenheten som flyttar membranen i pumpkamrarna
• Krav: Underhållsfritt, kompakt, litet spel, beständigt mot kemikalier, fukt samt upprepad torsions- och växlande tvärbelastning, livslängd över 370 miljoner cykler, låg vikt
• Bransch: Medicinteknik, medicintekniskaapparater
• Framgång för kunden: Med ett iglidur J specialglidlager och en passande drylin aluminiumaxel kunde ReinHeart TAH GmbH utveckla ett exakt, underhållsfritt och långlivat drivsystem som fungerar tillförlitligt trots hög belastning och minimal plats och som maximerar det konstgjorda hjärtats effektivitet.

Det konstgjorda hjärtat består av en drivenhet och två pumpkammare som fungerar som deplacementpumpar. Pumpkamrarna har ett styvt hölje och flexibla membran som växelvis flyttas via en patenterad elektromekanisk linjärdrift. Denna rörelse gör att de konstgjorda hjärtklaffarna genererar ett riktat, pulserande blodflöde.

I drivenheten används ett axel-/glidlagersystem som med hög precision styr ställdonets spolar genom statorns magnetfält. För att maximera drivenhetens prestanda finns det endast en minimal luftspalt mellan ställdonets spolar och magneterna. Lägessensorer på lagret övervakar axelns rörelse exakt och tillåter endast några tiondels millimeters förskjutning och några graders snedvridning.

De tekniska utmaningarna är många: Systemet måste vara underhållsfritt och garantera permanent precision under växlande belastning. Glidlagret måste tåla upprepade torsionsbelastningar under en livslängd på 5 år (cirka 370 miljoner cykler) samt varierande tvärbelastning, beroende på patientens läge och rörelser.

En kompakt storlek, låg vikt, kemisk beständighet och låg fuktabsorption är andra avgörande faktorer. Glidlagret är placerat inuti drivenheten , där det inte kommer i direkt kontakt med kroppens egna vätskor. På grund av plastens genomsläpplighet måste man dock på lång sikt räkna med fukt inuti drivenheten och därmed även i lagret. Dessutom får det inte uppstå potentiellt farliga nötningspartiklar av metall.

I det första försöket testades ett tvåaxligt system, men det kärvade på grund av tillverkningstoleranser som var svåra att uppnå, vilket t.o.m. ledde till att en axel gick sönder. Dessutom var utrymmeskravet för lösningen betydligt högre på grund av de två glidlagren.

Eftersom det inte fanns någon standardlösning för den omfattande kravprofilen, utvecklade och konstruerade ReinHeart axel-/lagersystemet och realiserade det i samarbete med igus. Lagret har en speciell form och består av materialet iglidur J, som är idealiskt för denna applikation på grund av sin kemikaliebeständighet, låga fuktabsorption och smörjfrihet . Eftersom det inte finns någon risk för nötningspartiklar av metall är en säker drift garanterad. Axeln är en drylin AWMP aluminiumaxel, ett idealiskt motgående material för iglidur J, som säkerställer bra löpegenskaper och minimalt slitage under hela livslängden.

Lagret är utrymmessnålt, lätt och har urtag som möjliggör integrering av lägessensorer för exakt övervakning av axelns rörelse. Lagret och axeln har ett vridsäkring, är geometriskt anpassade till varandra och har snäva toleranser när det gäller form och position. En viktig egenskap hos axel-/lagersystemet är en planerad "burn-in"-fas: När axeln och lagret sätts ihop för första gången är axeln avsiktligt fastklämd i lagret och kan endast flyttas med en viss kraft. Under den första driftfasen anpassar sig lagrets kontur efter axeln för att säkerställa en optimal funktion.

Kombinationen av axel, lager och sensorteknik uppfyller kraven på minimala luftspalter, exakt styrning och robusthet under växlande tvär- och torsionsbelastning. Detta resulterar i en exakt styrning som är underhållsfri under en livslängd på fem år.

Efter flera års utveckling är axel-/lagersystemet nu inne på sin andra generation. ReinHeart TAH GmbH är mycket nöjda med resultatet, som nu måste genomgå uthållighetsprovning. Tillsammans med igus har ReinHeart utvecklat testkoncept för glidlagren, där även igus går nya vägar.