Độ chính xác cao trong hơn 370 triệu chu kỳ: hệ thống trục/bạc lót trong tim nhân tạo

Biên dạng

• Yêu cầu: Bạc lót và trục thiết kế đặc biệt dành cho bộ truyền động làm biến dạng màng bơm trong các buồng bơm
• Tiêu chí: Không cần bảo trì, nhỏ gọn, khe hở thấp, chịu được hóa chất, độ ẩm, tải trọng xoắn lặp lại và tải trọng dọc trục luân phiên, tuổi thọ trên 370 triệu chu kỳ, trọng lượng nhẹ
• Ngành: Công nghệ y tế, thiết bị y tế
• Thành công cho khách hàng: Nhờ bạc lót iglidur J thiết kế đặc biệt kết hợp với thanh trượt tròn nhôm drylin tương thích, ReinHeart TAH GmbH đã phát triển thành công hệ thống truyền động chính xác, bền bỉ và không cần bảo trì. Hệ thống vẫn vận hành đáng tin cậy trong điều kiện tải trọng cao và không gian lắp đặt tối thiểu, đồng thời tối đa hóa hiệu suất của tim nhân tạo.

Tim nhân tạo bao gồm một cụm truyền động và hai buồng bơm hoạt động theo nguyên lý bơm thể tích. Các buồng bơm có vỏ cứng và màng đàn hồi, được bộ truyền động tuyến tính cơ điện đã cấp bằng sáng chế làm biến dạng luân phiên. Chuyển động này tác động lên các van tim nhân tạo, tạo ra dòng máu dạng xung theo một hướng xác định.

Bên trong cụm truyền động, hệ thống trục/bạc lót nhựa trơn được sử dụng để dẫn hướng các cuộn dây của bộ truyền động đi qua từ trường của stato với độ chính xác cao Để tối đa hóa hiệu suất của hệ truyền động, khe hở không khí giữa cuộn dây và nam châm được giữ ở mức tối thiểu. Các cảm biến vị trí trên bạc lót giám sát chính xác chuyển động của trục, chỉ cho phép độ lệch ở mức vài phần mười milimet và góc xoay vài độ.

Hệ thống phải đáp ứng nhiều thách thức kỹ thuật: vận hành không cần bảo trì và duy trì độ chính xác ổn định dưới tải trọng biến thiên. Bạc lót trơn phải chịu được tải trọng xoắn lặp lại trong suốt tuổi thọ 5 năm (khoảng 370 triệu chu kỳ), cũng như tải trọng dọc trục thay đổi tùy theo tư thế và chuyển động của bệnh nhân.

Kích thước lắp đặt nhỏ gọn, trọng lượng nhẹ, cùng khả năng kháng hóa chất và độ hút ẩm thấp cũng là những yếu tố quyết định. Bạc lót nằm bên trong bộ truyền động và không tiếp xúc trực tiếp với dịch cơ thể. Tuy nhiên, do đặc tính thẩm thấu của nhựa, về lâu dài vẫn có thể xuất hiện độ ẩm bên trong bộ truyền động và trên bạc lót. Ngoài ra, không được phát sinh mạt kim loại do mài mòn có khả năng gây nguy hiểm.

Trong lần thử nghiệm đầu tiên, hệ thống hai trục đã được sử dụng nhưng gặp khó khăn khi chuyển động do dung sai chế tạo khắt khe và khó duy trì, thậm chí dẫn đến gãy một trục. Ngoài ra, giải pháp này cần không gian lắp đặt lớn hơn đáng kể do sử dụng hai bạc lót trơn.

Do không có giải pháp tiêu chuẩn nào đáp ứng được toàn bộ các tiêu chí khắt khe, hệ thống trục và bạc lót trơn đã được ReinHeart nghiên cứu, thiết kế riêng và hiện thực hóa với sự hợp tác của igus. Bạc lót được đúc theo hình dạng đặc biệt được làm từ vật liệu iglidur J, rất phù hợp với ứng dụng này nhờ khả năng kháng hóa chất, độ hút ẩm thấp và không cần bôi trơn. Do không có nguy cơ phát sinh mạt kim loại do mài mòn, hệ thống có thể vận hành an toàn. Trục được sử dụng là trục nhôm drylin AWMP, an ideal mating partner for iglidur J, bề mặt đối tiếp lý tưởng cho iglidur J, giúp hệ thống chuyển động ổn định và giảm thiểu độ mài mòn trong suốt vòng đời sử dụng.

Linh kiện có thiết kế tiết kiệm không gian, trọng lượng nhẹ cùng các phần khoét rỗng để tích hợp cảm biến vị trí, giúp giám sát chính xác chuyển động của trục. Bạc và trục được trang bị cơ cấu chống xoay, có hình dạng tương thích với nhau và được kiểm soát dung sai chặt chẽ về hình dáng cũng như vị trí. Một đặc điểm cốt lõi của hệ thống trục và bạc lót là giai đoạn "chạy rà" được thiết lập sẵn: khi lắp trục vào lần đầu, trục được chủ động kẹp chặt trong bạc lót và chỉ có thể chuyển động khi chịu một lực xác định. Trong giai đoạn vận hành ban đầu, biên dạng của bạc lót dần thích ứng với trục để đạt khả năng dẫn hướng tối ưu.

Sự kết hợp giữa trục, bạc lót và hệ thống cảm biến đáp ứng các yêu cầu về khe hở không khí tối thiểu, khả năng dẫn hướng chính xác và độ bền trước tải trọng ngang cũng như tải trọng xoắn thay đổi. Nhờ đó, hệ thống đạt được khả năng dẫn hướng chính xác và không cần bảo trì trong suốt tuổi thọ 5 năm.

Sau nhiều năm phát triển, hệ thống trục và bạc lót hiện đã bước sang thế hệ thứ hai. ReinHeart TAH GmbH rất hài lòng với kết quả này và hệ thống sẽ tiếp tục được kiểm chứng qua các thử nghiệm độ bền. ReinHeart đã phối hợp cùng igus xây dựng các phương án thử nghiệm dành cho bạc lót trơn, qua đó mở ra những hướng phát triển hoàn toàn mới cho igus.