3억 7천만 사이클 이상의 고정밀도: 인공 심장의 축/플레인 베어링 시스템

프로파일

• 필요한 것: 펌프 챔버의 다이어프램을 편향시키는 구동 장치용 특수 플레인 베어링 및 샤프트
• 요구 사항: 유지보수가 필요 없고, 컴팩트하며, 간극이 적고, 화학물질, 습기 및 반복적인 토션 및 번갈아 발생하는 축 방향 하중에 대한 내성, 3억 7천만 사이클 이상의 사용 수명, 경량화
• 산업 분야: 의료 기술, 의료 기기
• 고객의 성공: iglidur® J 특수 플레인 베어링과 일치하는 drylin® 알루미늄 샤프트를 사용하여 ReinHeart TAH GmbH는 높은 하중과 최소한의 설치 공간에서도 안정적으로 작동하고 인공 심장의 효율성을 극대화하는 정밀하고 유지보수가 필요 없는 내구성 있는 드라이브 시스템을 개발할 수 있었습니다.

인공 심장은 구동 장치와 양변위 펌프로 작동하는 두 개의 펌프 챔버로 구성됩니다. 펌프 챔버에는 잠금 하우징과 유연한 멤브레인이 있으며, 특허받은 전기 기계식 직동 드라이브에 의해 교대로 편향됩니다. 이러한 움직임으로 인해 인공 심장 판막이 방향성 맥동 혈류를 생성합니다.

구동 장치 내부에는 축 플레인 베어링 시스템이 고정자의 자기장을 통해 액추에이터의 코일을 고정밀하게 가이드하는 데 사용됩니다. 드라이브의 성능 효율을 극대화하기 위해 액추에이터 코일과 자석 사이에 최소한의 에어 갭만 존재합니다. 베어링의 위치 센서는 축의 움직임을 정밀하게 모니터링하고 수십 밀리미터의 오프셋과 몇 도의 회전만 허용합니다.

이 시스템은 유지보수가 필요 없고 교대 하중 하에서 영구적인 정밀도를 보장해야 하는 등 기술적 과제가 많습니다. 플레인 베어링은 5년 (약 3억 7천만 사이클) 의 사용 수명 동안 반복되는 토션 하중과 환자의 위치와 움직임에 따른 축 방향 하중 변화를 견뎌내야 합니다.

이 컴팩트한 설치 크기, 가벼운 무게, 내화학성 및 낮은 습기 흡수율은 또 다른 결정적인 요소입니다. 플레인 베어링은 드라이브 유닛 내부에 위치하여 체액과 직접 접촉하지 않습니다. 그러나 플라스틱의 투과성으로 인해 장기적으로 드라이브 유닛 내부와 베어링에 습기가 발생할 수 있습니다. 또한 잠재적으로 위험한 금속 마모 잔여물이 생성 되지 않아야 합니다.

첫 번째 시도에서는 2축 시스템을 테스트했지만, 유지 관리가 어려운 제조 공차로 인해 작동이 어려웠고 심지어 한 축이 파손되는 경우도 있었습니다. 또한 두 개의 플레인 베어링으로 인해 솔루션의 공간 요구 사항이 상당히 높았습니다.

광범위한 요구 사항 프로파일에 대한 표준 솔루션이 없었기 때문에, 축/플레인 베어링 시스템은 ReinHeart에 의해 특별히 구상 및 설계되었으며 igus와의 협력을 통해 구현되었습니다. 특수 성형 베어링은 iglidur® J 소재로 구성되어 있으며, 이 소재는 내화학성, 낮은 수분 흡수율 및 윤활 불필요성 덕분에 이 용도에 이상적으로 적합합니다. 금속 입자 마모의 위험이 없으므로 안전한 작동이 보장됩니다. 축은 drylin® AWMP 알루미늄 샤프트로, iglidur® J와 이상적인 조합을 이루며 전체 수명 동안 우수한 작동 성능과 최소한의 마모를 보장합니다.

이 베어링은 공간 절약형이며 경량이고, 축 이동을 정밀하게 모니터링하기 위한 위치 센서 통합이 가능한 홈이 있습니다. 베어링과 축은 회전 방지 기능을 갖추고 있으며, 서로 기하학적으로 정밀하게 맞추어져 형상과 위치 측면에서 엄격한 공차를 유지합니다. 축/베어링 시스템의 핵심 기능은 계획된 "번인(burn-in)" 단계입니다: 축이 처음 결합될 때, 베어링에 의도적으로 고정되어 특정 힘을 가해야만 움직일 수 있습니다. 작동 초기 단계에서 베어링의 윤곽은 축과 조화를 이루어 최적의 가이드를 보장합니다.

축, 베어링 및 센서 시스템의 조합은 변화하는 횡방향 및 토션 하중 하에서 최소 공기 간극, 정밀한 가이드 및 견고성에 대한 요구 사항을 충족합니다. 이로 인해 정밀한 가이드가 제공되며, 5년의 사용 수명 동안 유지보수가 필요하지 않습니다.

수년간의 개발을 거쳐 축/베어링 시스템이 이제 2세대로 진화했습니다. ReinHeart TAH GmbH에게는 매우 만족스러운 결과이며, 이제 내구성 테스트를 통해 그 성능을 입증해야 합니다. igus와 공동으로 개발된 플레인 베어링 테스트 컨셉은 igus가 새로운 지평을 열고 있는 분야이기도 합니다.