Hoge precisie over 370 miljoen cycli: As/lager systeem in het kunsthart

Profiel

• Wat er nodig was: een speciale glijlager en een as voor de aandrijfeenheid die het membraan in de pompkamers verplaatst
• Eisen: Onderhoudsvrij, compact, lage inbouwhoogte, bestand tegen chemicaliën, vocht en herhaalde torsie- en wisselende axiale belastingen, levensduur van meer dan 370 miljoen cycli, lichtgewicht
• Sector: Medische technologie, medische hulpmiddelen
• Succes voor de klant: Met een iglidur J speciaal glijlager en een bijpassende drylin aluminium as kon ReinHeart TAH GmbH een nauwkeurig, onderhoudsvrij en duurzaam aandrijfsysteem ontwikkelen dat ondanks hoge belastingen en minimale inbouwruimte betrouwbaar functioneert en de efficiëntie van het kunsthart maximaliseert.

Het kunsthart bestaat uit een aandrijfeenheid en twee pompkamers die functioneren als verdringerpompen. De pompkamers zijn voorzien van een stijve behuizing en flexibele membranen die afwisselend worden bewogen door een gepatenteerde elektromechanische lineaire aandrijving. Door deze beweging zorgen de kunstmatige hartkleppen voor een gerichte, pulserende bloedstroom.

In de aandrijfeenheid wordt een as glijlagersysteem gebruikt om de spoelen van de actuator uiterst nauwkeurig door het magnetische veld van de stator te geleiden. Om de prestaties van de aandrijving zo optimaal mogelijk te maken, is er slechts een minimale luchtspleet tussen de spoelen van de actuator en de magneten. Positiesensoren op het lager houden de beweging van de as nauwkeurig in de gaten en staan slechts een afwijking van enkele tienden van een millimeter en een rotatie van enkele graden toe.

De technische uitdagingen zijn talrijk: het systeem moet onderhoudsvrij zijn en ook bij wisselende belastingen een constante nauwkeurigheid garanderen. Het glijlager moet gedurende een levensduur van vijf jaar (ongeveer 370 miljoen cycli) bestand zijn tegen herhaalde torsiebelastingen en tegen wisselende axiale belastingen, afhankelijk van de houding en bewegingen van de patiënt.

A compacte installatiegrootte, het lichtgewicht alsmede, chemische bestendigheid en lage vochtopname zijn eveneens doorslaggevende factoren. De bus bevindt zich in de aandrijfeenheid, waar het niet in direct contact komt met de lichaamsvloeistoffen. Vanwege de doorlaatbaarheid van de kunststoffen moet er echter op de lange termijn rekening worden gehouden met vochtvorming in de aandrijving en dus ook op het lager. Bovendien mogen er geen potentieel gevaarlijke metaal afslijtingsresten ontstaan.

Bij de eerste poging werd een twee-assig systeem getest, maar dit was moeilijk te verplaatsen vanwege fabricagetoleranties die moeilijk binnen de vereiste grenzen te houden waren en die zelfs tot het breken van één as leidden. Bovendien was de benodigde ruimte voor de oplossing aanzienlijk groter vanwege de twee bussen.

Aangezien er voor het uitgebreide eisenprofiel geen standaardoplossing beschikbaar was, is het asglijlagersysteem speciaal door ReinHeart bedacht en ontworpen en in samenwerking met igus gerealiseerd. De speciaal gegoten lager is vervaardigd uit het materiaal iglidur J, dat dankzij zijn chemische bestendigheid, lage vochtopname en het feit dat het geen smering vereist, bij uitstek geschikt is voor deze toepassing. Aangezien er geen risico bestaat op slijtage door metaaldeeltjes, is een veilige werking gegarandeerd. De as is een drylin AWMP aluminium as, een ideale tegenpartner met iglidur J, die zorgt voor een soepele loop en minimale slijtage gedurende de gehele levensduur.

Het lager is ruimtebesparend, lichtgewicht en voorzien van uitsparingen waarin positiesensoren kunnen worden geïntegreerd voor een nauwkeurige bewaking van de as beweging. Het lager en de as zijn voorzien van een anti-rotatie functie, zijn geometrisch op elkaar afgestemd en hebben zeer nauwe toleranties wat betreft vorm en positie. Een belangrijk kenmerk van het aslagersysteem is een geplande "inbranden" fase: wanneer de as voor het eerst wordt samengevoegd, wordt deze opzettelijk in het lager vastgeklemd en kan deze alleen worden bewogen door een bepaalde kracht uit te oefenen. In de eerste fase van de werking sluit de contour van het lager naadloos aan op de as, waardoor een optimale geleiding wordt gewaarborgd.

De combinatie van as, lager en sensorsysteem voldoet aan de eisen voor minimale luchtspleten, nauwkeurige geleiding en robuustheid bij wisselende dwars- en torsiebelastingen. Dit zorgt voor een nauwkeurige geleiding die gedurende een levensduur van vijf jaar onderhoudsvrij blijft.

Na een ontwikkelingsperiode van enkele jaren is het aslagersysteem nu toe aan zijn tweede generatie. Voor ReinHeart TAH GmbH is het resultaat zeer bevredigend en moet het zich nu nog bewijzen in duurtests. Samen met igus zijn testconcepten voor de bussen ontwikkeld, waarbij igus ook baanbrekend werk verricht.