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

Jellemzés

• Feladat: Egyedi siklócsapágy és tengely fejlesztése a szivattyúkamrák membránját mozgató meghajtóegységhez
• Követelmények: Karbantartásmentes működés, kompakt kialakítás, kis hézag, vegyi anyagokkal és nedvességgel szembeni ellenállás, ismétlődő csavaró- és váltakozó axiális terhelésekkel szembeni tartósság, több mint 370 millió ciklusos élettartam, valamint kis tömeg
• Iparág: Orvostechnika, orvostechnikai eszközök
• Eredmény az ügyfél számára: Az iglidur J speciális siklócsapágy és a hozzá illeszkedő drylin AWMP alumínium tengely alkalmazásával a ReinHeart TAH GmbH olyan pontos, karbantartásmentes és hosszú élettartamú hajtásrendszert fejlesztett ki, amely nagy terhelés és minimális beépítési hely mellett is megbízhatóan működik, miközben maximalizálja a mesterséges szív hatásfokát.

A mesterséges szív egy meghajtóegységből és két szivattyúkamrából áll, amelyek térfogat-kiszorításos szivattyúként működnek. A szivattyúkamrák merev házzal és rugalmas membránokkal rendelkeznek, amelyeket egy szabadalmaztatott elektromechanikus lineáris hajtás felváltva mozgat. Ez a mozgás működteti a mesterséges szívbillentyűket, amelyek irányított, pulzáló véráramlást hoznak létre.

A meghajtóegységben egy tengely - siklócsapágy rendszer vezeti nagy pontossággal az aktuátor tekercseit az állórész mágneses mezejében. A hajtás hatásfokának maximalizálása érdekében az aktuátor tekercsei és a mágnesek között csak minimális légrés található. A csapágyba integrált helyzetérzékelők nagy pontossággal felügyelik a tengely mozgását, és mindössze néhány tizedmilliméteres elmozdulást, illetve néhány fokos elfordulást engednek meg.

A műszaki kihívások sokrétűek: a rendszernek karbantartásmentesen kell működnie, miközben változó terhelések mellett is tartós pontosságot kell biztosítania. A siklócsapágynak öt éves élettartam alatt (mintegy 370 millió cikluson keresztül) ismétlődő torziós terhelést, valamint a páciens testhelyzetétől és mozgásától függően változó axiális terheléseket kell elviselnie.

A kompakt beépítési méret, a kis tömeg, vegyszerekkel szembeni ellenállás és az alacsony nedvességfelvétel szintén meghatározó követelmények. A siklócsapágy a meghajtóegység belsejében helyezkedik el, ahol nem érintkezik közvetlenül a testnedvekkel. A műanyagok nedvességáteresztő tulajdonságai miatt azonban hosszú távon a meghajtóegység belsejében, így a csapágy környezetében is számolni kell nedvesség jelenlétével. Emellett különösen fontos, hogy működés közben ne keletkezzenek potenciálisan veszélyes, a fém kopásából származó részecskék.

Az első fejlesztési próbálkozás során egy kéttengelyes rendszert vizsgáltak, amelyet a nehezen tartható gyártási tűrések miatt nehéz volt működtetni, és ez végül az egyik tengely töréséhez is vezetett. A két siklócsapágy alkalmazása miatt a megoldás helyigénye is jelentősen nagyobb volt.

Mivel a rendkívül összetett követelményrendszerre nem létezett szabványos megoldás, a tengely - siklócsapágy rendszert a ReinHeart saját fejlesztésként tervezte meg, majd az igusszal együttműködésben valósította meg. Az egyedi kialakítású csapágy iglidur J anyagból készült, amely kiváló vegyszerekkel szembeni ellenállása, alacsony nedvességfelvétele és kenésmentessége miatt ideális ehhez az alkalmazáshoz. Mivel nem keletkeznek a fém kopásából származó részecskék, a rendszer biztonságos működése garantált. A tengely egy drylin AWMP alumínium tengely, amely ideális ellendarab az iglidur J-hez, így kiváló futási tulajdonságokat és minimális kopást biztosít a teljes élettartam alatt.

A csapágy helytakarékos, könnyű és olyan kivágásokkal rendelkezik, amelyek lehetővé teszik a helyzetérzékelők integrálását a tengely mozgásának pontos felügyelete érdekében. A csapágy és a tengely elfordulás elleni kialakítással rendelkezik, geometriájuk egymáshoz illesztett, alak- és helyzettűrésük pedig rendkívül szigorú. A tengely - csapágy rendszer egyik kulcsfontosságú jellemzője az előre tervezett „bejáratási szakasz”: az első összeszereléskor a tengelyt szándékosan enyhén megszorítják a csapágyban, így az csak meghatározott erő hatására mozgatható. A bejáratási szakaszban a csapágy futófelülete fokozatosan a tengely alakjához idomul, ezáltal biztosítva az optimális vezetést.

A tengely, a csapágy és az érzékelőrendszer együttese teljesíti a minimális légrésre, a nagy pontosságú vezetésre és a változó keresztirányú, illetve csavaró terhelésekkel szembeni ellenállásra vonatkozó követelményeket. Ennek eredményeként olyan precíz vezetés jött létre, amely az öt éves élettartam alatt végig karbantartásmentesen működik.

Több éves fejlesztési munkát követően a tengely - csapágy rendszer ma már a második generációjánál tart. A ReinHeart TAH GmbH rendkívül elégedett az eredménnyel, amelynek tartósságát most hosszú távú élettartam-vizsgálatok során kell igazolni. Az igusszal közösen olyan vizsgálati koncepciókat dolgoztak ki a siklócsapágyak tesztelésére, amelyek ezen a területen is újszerű megközelítést jelentenek.