Wysoka precyzja przez ponad 370 milionów cykli: układ osi i łożyska ślizgowego w sztucznym sercu

Profil

• **Co było potrzebne:**specjalne łożysko ślizgowe i wałek do jednostki napędowej, która wychyla membranę w komorach pompy.
• **Wymagania:**bezobsługowość, kompaktowa konstrukcja, mały luz, odporność na chemikalia, wilgoć oraz powtarzalne obciążenia skrętne i zmienne obciążenia osiowe, żywotność ponad 370 milionów cykli, niska masa.
• Branża: technologia medyczna, urządzenia medyczne
• Sukces dla klienta: dzięki specjalnemu łożysku ślizgowemu iglidur J i dopasowanemu aluminiowemu wałkowi drylin firma ReinHeart TAH GmbH mogła opracować precyzyjny, bezobsługowy i trwały układ napędowy. Działa on niezawodnie mimo dużych obciążeń i minimalnej przestrzeni montażowej, a jednocześnie maksymalizuje sprawność sztucznego serca.

Sztuczne serce składa się z jednostki napędowej oraz dwóch komór pompy, które działają jak pompy wyporowe. Komory pompy mają zamkniętą obudowę i elastyczne membrany, naprzemiennie wychylane przez opatentowany elektromechaniczny napęd liniowy. Ten ruch sprawia, że zastawki sztucznego serca generują ukierunkowany, pulsacyjny przepływ krwi.

W jednostce napędowej zastosowano układ osi i łożyska ślizgowego, który z wysoką precyzją prowadzi cewki aktuatora przez pole magnetyczne stojana. Aby zmaksymalizować sprawność napędu, pomiędzy cewkami aktuatora a magnesami pozostawiono jedynie minimalną szczelinę powietrzną. Czujniki położenia na łożysku precyzyjnie monitorują ruch osi i dopuszczają jedynie kilka dziesiątych milimetra przesunięcia oraz kilka stopni obrotu.

Wyzwań technicznych jest wiele: system musi być bezobsługowe i gwarantować stałą precyzję przy zmiennych obciążeniach. Łożysko ślizgowe musi wytrzymać powtarzające się obciążenia skrętne przez okres 5 lat, czyli około 370 milionów cykli, zmienne obciążenie osiowe, zależne od pozycji i ruchów pacjenta.

Kompaktowy rozmiar montażowy, niska masa, a także odporność chemiczna i niska absorpcja wilgoci to kolejne kluczowe czynniki. Łożysko ślizgowe znajduje się wewnątrz jednostki napędowej, gdzie nie ma bezpośredniego kontaktu z płynami ustrojowymi. Ze względu na przepuszczalność tworzywa w dłuższej perspektywie należy jednak liczyć się z obecnością wilgoci wewnątrz jednostki napędowej, a tym samym również na łożysku. Dodatkowo nie mogą powstawać potencjalnie niebezpieczne pozostałości ze ścierania metalu.

W pierwszym podejściu przetestowano układ dwuosiowy. Okazał się jednak trudny w eksploatacji ze względu na trudne do utrzymania tolerancje produkcyjne, a nawet doprowadził do pęknięcia jednej osi. Ponadto rozwiązanie zajmowało znacznie więcej miejsca z powodu zastosowania dwóch łożysk ślizgowych.

Ponieważ dla tak szerokiego profilu wymagań nie było dostępnego rozwiązania standardowego, układ osi i łożyska ślizgowego został specjalnie opracowany i zaprojektowany przez ReinHeart oraz zrealizowany we współpracy z igus. Specjalnie formowane łożysko wykonano z materiału iglidur J, który idealnie nadaje się do tego zastosowania ze względu na swoją odporność chemiczną, niską absorpcję wilgoci i brak konieczności smarowania . Ponieważ nie występuje ryzyko ścierania cząstek metalu, zapewniona jest bezpieczna praca. Oś stanowi wałek aluminiowy drylin AWMP, czyli idealny partner współpracujący dla iglidur J, który zapewnia dobre właściwości pracy i minimalne zużycie przez cały okres eksploatacji.

Łożysko oszczędzające miejsce, ma niską masę i posiada zagłębienia umożliwiające integrację czujników położenia w celu precyzyjnego monitorowania ruchu osi. Łożysko i oś mają funkcję blokady obrotu, są do siebie geometrycznie dopasowane oraz wykonane z wąskimi tolerancjami kształtu i położenia.Jedną z kluczowych cech układu osi i łożyska jest zaplanowana faza docierania. Przy pierwszym połączeniu oś jest celowo zaciśnięta w łożysku i może być poruszana tylko po przyłożeniu określonej siły. W pierwszej fazie pracy kontur łożyska dopasowuje się do osi, aby zapewnić optymalne prowadzenie.

Połączenie osi, łożyska i systemu czujników spełnia wymagania dotyczące minimalnych szczelin powietrznych, precyzyjnego prowadzenia oraz odporności na zmienne obciążenia poprzeczne i skrętne. W efekcie powstaje precyzyjne prowadzenie, które pozostaje bezobsługowe przez okres pięciu lat.

Po kilku latach rozwoju układ osi i łożyska jest obecnie dostępny w drugiej generacji. Dla ReinHeart TAH GmbH rezultat jest bardzo satysfakcjonujący i musi teraz sprawdzić się w testach długoterminowych. Wspólnie z igus opracowano koncepcje testowe dla łożysk ślizgowych, w których igus również wyznacza nowe kierunki.