Nagy pontosságú, 370 millió cikluson át: Tengely/csapágyrendszer a mesterséges szívben

Profil

• Mire volt szükség: Speciális siklócsapágy és tengely a hajtásegységhez, amely a membránt a szivattyú kamráiban elhajlítja
• Követelmények: Karbantartásmentes, kompakt, kis hézagú, vegyi anyagokkal, nedvességgel, valamint ismételt torziós és váltakozó axiális terhelésekkel szemben ellenálló, 370 millió ciklust meghaladó élettartam, kis tömeg
• Iparág: Orvostechnika, orvostechnikai eszközök
• Siker az ügyfél számára: A ReinHeart TAH GmbH egy iglidur J egyedi siklócsapágy és a hozzá illő drylin alumínium tengely segítségével precíz, karbantartásmentes és tartós hajtásrendszert tudott kifejleszteni, amely nagy terhelések és minimális beépítési hely ellenére is megbízhatóan működik, és maximalizálja a műszív hatékonyságát.

A műszív egy meghajtóegységből és két pumpakamrából áll, amelyek térfogat-kiszorítás elvén működő szivattyúként üzemelnek. A pumpakamrák reteszelő házzal és rugalmas membránokkal rendelkeznek, amelyeket egy szabadalmaztatott elektromechanikus lineáris hajtás felváltva mozgat ki. Ez a mozgás idézi elő a műbillentyűk által létrehozott irányított, pulzáló véráramlást.

A meghajtóegységen belül egy tengely siklócsapágy-rendszer vezeti nagy pontossággal az aktuátor tekercseit a sztátor mágneses terén keresztül. A hajtás hatásfokának maximalizálása érdekében az aktuátor tekercsei és a mágnesek között csupán minimális légrés található. A csapágyon elhelyezett pozícióérzékelők rendkívüli pontossággal figyelik a tengely mozgását, és mindössze néhány tized milliméternyi eltérést, illetve néhány foknyi elfordulást engednek meg.

A műszaki kihívások számosak: a rendszernek karbantartásmentesnek kell lennie, és váltakozó terhelés mellett is tartósan precíz működést kell garantálnia. A siklócsapágynak az öt év élettartam (mintegy 370 millió ciklus) alatt ismétlődő csavaró igénybevételt, valamint a beteg testhelyzetétől és mozgásától függően változó tengelyirányú terhelést is el kell viselnie.

A kompakt telepítési méret, a kis tömeg, továbbá a vegyszerekkel szembeni ellenállás és a csekély nedvességfelvétel további, döntő fontosságú követelmények. A siklócsapágy a meghajtóegység belsejében helyezkedik el, ahol nincs közvetlen érintkezésben a szervezet folyadékaival. Ugyanakkor a műanyag anyag permeabilitása miatt hosszú távon számolni kell a nedvesség bejutásával a meghajtóegységbe, és így a csapágy környezetébe is. Emellett nem keletkezhetnek a kopásból adódóan potenciálisan veszélyes fémrészecskék.

Az első próbálkozás során egy kéttengelyes rendszert teszteltek, ám ennek működtetése nehézkesnek bizonyult a nehezen tartható gyártási tűrések miatt, és még az egyik tengely töréséhez is vezetett. Emellett a megoldás helyigénye is jelentősen nagyobb volt a két siklócsapágy alkalmazása miatt.

Mivel a kiterjedt követelményprofilra nem létezett szabványos megoldás, a tengely/siklócsapágy-rendszert a ReinHeart külön erre a célra terveztette és dolgozta ki, majd az igus-szal együttműködésben valósította meg. Az egyedileg fröccsöntött csapágy iglidur J anyagból készült, és így ideálisan alkalmazható vegyszerekkel szembeni ellenállása, alacsony nedvességfelvétele és kenésmentessége miatt . Mivel a kopás miatt nem válnak le fémrészecskék, ezért a megbízható működés garantált. A tengely egy drylin AWMP alumínium tengely, amely ideálisan kombinálható az iglidur J-vel, így biztosítva van a jó futási teljesítmény és a minimális kopás a teljes élettartam során .

A csapágy helytakarékos, könnyű és olyan kivágásokkal rendelkezik, amelyek lehetővé teszik a pozícióérzékelők integrálását a tengelymozgás pontos nyomon követéséhez. A csapágy és a tengely elfordulásgátló funkciót kapott, geometriailag illeszkednek egymáshoz, és szigorú tűrések vonatkoznak az alakra és a pozícióra. A tengely/csapágy rendszer egyik alapvető jellemzője az előre tervezett „beégetési” fázis: amikor a tengelyt először helyezik a csapágyba, szándékosan szoros illesztést kap, és csak meghatározott erő hatására mozdítható meg. Az üzemelés első szakaszában a csapágy kontúrja a tengelyhez idomul, így biztosítva az optimális vezetést.

A tengely, a csapágy és az érzékelőrendszer kombinációja megfelel a minimális légréssel, a precíz vezetési pontossággal, valamint a változó keresztirányú és csavaró terhelésekkel szembeni robusztussággal kapcsolatos követelményeknek. Ennek eredménye a precíz vezetés, amely karbantartásmentes a teljes ötéves élettartam alatt.

Több évnyi fejlesztés után a tengely/csapágy rendszer immár a második generációnál tart. A ReinHeart TAH GmbH számára az eredmény nagyon kedvező, és most tartóssági vizsgálatok során kell bizonyítania. Az igus-szal közösen a siklócsapágyakhoz új tesztkoncepciók is készültek, amelyekkel az igus maga is új területekre lép.