DER KONSTRUKTEUR 12/2015

KONSTRUKTIONSELEMENTE I

KONSTRUKTIONSELEMENTE I TITEL Im Takt des Pulses Miniatur-Kugelgewindetrieb im Antrieb eines Herzunterstützungssystems Andreas Kropp Ein menschliches Herz arbeitet im „24/7“-Betrieb – und es darf nicht ausfallen. Dasselbe gilt für die Herzunterstützungssysteme der Berlin Heart GmbH. In der mobilen Variante wird das externe Kunstherz von einem Miniatur-Kugelgewindetrieb angetrieben, der unter keinen Umständen ausfallen darf. Viereinhalb bis 30 Liter Fördervolumen pro Minute, adaptive Regelung mit Taktraten von 50 bis 200 Zyklen in der Minute, rund 300 g Gewicht und im Normalfall über 100 000 Arbeitszyklen pro Tag. Mit diesen Kennwerten wird eine besondere Pumpe beschrieben, die bei jedem Leser dieses Beitrags im Brustkorb sitzt: das Herz eines erwachsenen Menschen. Leider gibt es Menschen, bei denen das Herz seine Aufgabe nicht oder nur unzureichend erfüllt. Und glücklicherweise kann die Medizintechnik diesen Menschen helfen – mit Herzunterstützungssystemen, die das Organ bei seiner Pumpfunktion unterstützen oder den Blutkreislauf komplett in Bewegung halten. Andreas Kropp, NSK Deutschland GmbH, Ratingen Wenn das Herz Hilfe braucht Die 1996 gegründete Berlin Heart GmbH hat sich auf die Entwicklung und Fertigung dieser Herzunterstützungssysteme oder VADs (Ventricular Assist Devices) spezialisiert. Sie ist europaweit der einzige Hersteller von VAD-Systemen und weltweit das einzige Unternehmen, das diese anspruchsvolle Technik auch für Kinder und Säuglinge anbietet. Bei einer isolierten Erkrankung der linken Herzkammer kann das implantierbare Herzunterstützungssystem Incor zur Anwendung kommen. Die kompakte Pumpe wird in den Körper implantiert, Steuereinheit und Versorgungs-Akkus führt der Patient in einer Umhängetasche mit sich. Die Alternative dazu ist ein so genanntes parakorporales System. Hier werden dem Patienten Kanülen implantiert und mit Druckluft-Membranpumpen verbunden, die außerhalb des Körpers liegen. Je nach Erkrankung verwendet man eine Pumpe für die Unterstützung einer Herzkammer oder jeweils eine Pumpe für die rechte und linke Herzkammer. Die Antriebseinheit „Excor mobil“ mit Antrieb, Steuerung und Energiespeicher wird in einem Trolley mitgeführt, so dass der Patient weitestgehend mobil bleibt. 01 Das mobile Antriebssystem für das Herzunterstützungssystem 8 Der Konstrukteur 12/2015

Herzstück des Antriebs: Hochpräziser Kugelgewindetrieb Der Pumpenantrieb bildet nicht das Bauprinzip, aber die Funktion des menschlichen Herzens recht genau ab. Ein Kugelgewindetrieb führt – je nach Einstellung – 60 bis 130 mal pro Minute einen Hub von bis zu 55,5 mm aus und drückt damit eine definierte Menge Luft gegen die Membran, Im Benchmark-Test haben die Kugelgewindetriebe 120 Millionen Zyklen erreicht auf deren anderer Seite sich die Kanülen und mit ihnen der Blutkreislauf des Patienten befinden. Dieses VAD-System mit der Bezeichnung Excor gilt als sehr bewährte Lösung. Berlin Heart hat fast zwanzig Jahre Erfahrung mit der parakorporalen Herzunterstützung, mit der in dieser Zeit mehr als 3700 Patienten versorgt wurden. In dieser langen Zeit hat das Unternehmen sehr umfangreiches Know-how gewonnen, das auch in die kontinuierliche Weiterentwicklung von Excor investiert wird. Aber auch NSK als Lieferant des Kugelgewindetriebs hat über diesen gesamten Zeitraum Know-how hinzugewonnen – und gemeinsam haben die beiden Unternehmen immer wieder Herausforderungen gemeistert. Ausschlaggebend für die Auswahl des Antriebslieferanten war seinerzeit die Lebensdauer der Spindel. Nedim Arslan, Abteilungsleiter Konstruktion von Berlin Heart: „Die NSK-Antriebe haben eine Lebensdauer von rund 120 Millionen Zyklen erreicht. Das war mit Abstand der beste Wert in unserem Benchmark-Test.“ Alle drei Monate, nach rund zehn Millionen Zyklen, erfolgt eine Wartung der Antriebseinheiten bei Berlin Heart, während der u. a. die Spindel gereinigt und gefettet wird. Dass die Miniatur-Spindel, die einen Durchmesser von 8 mm aufweist, bei ihrem 24/7-Einsatz Temperaturen von 70 bis 80 °C erreicht, mag überraschen, zumal die Leitung der Servomotoren, die die Blutpumpe antreiben, sehr gering ist. Dies zeigt, wie hoch das Antriebssystem beansprucht wird. Dementsprechend kommt dem Fett, das auf das hohe Temperaturniveau abgestimmt ist, große Bedeutung zu. Außerdem hat NSK kundenspezifische geometrische Anpassungen vorgesehen, um die Wartung wesentlich zu vereinfachen. Auch die Anfahrrampe wurde in Kooperation mit den Regelungstechnikern von Berlin Heart so optimiert, dass sie für den Betrieb günstig ist. Basis des Spindelsystems, das Berlin Heart bei den Exor-VADs einsetzt, ist ein No Limits. Eine achtadrige Verkabelung, die alles kann. Acht Adern für alle Applikationen. Die universelle Verkabelung für die Industrie. Echte achtadrige Kat.-6-Verkabelung für Fast-Ethernet und Gigabit-Ethernet Zu 100 % PROFINET konform und auch zu 100 % Office-IT kompatibel Einfache Installation mit HARTING Industrie-Komponenten, wie mit dem neuen PROFINET Cabinet-Cord 02 Das geöffnete Antriebssystem der Pumpe. Der Kugelgewindetrieb befindet sich nicht sichtbar im Zentrum der Einheit Mehr erfahren Sie unter 0571 8896-0 oder mailen Sie an de@HARTING.com www.HARTING.de