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Artikel und Hintergründe zum Thema

EC-13-Motor

Biokompatibler Antrieb im Bauch

Kleinmotor für implantierbares Pumpensystem.

Pumpensysteme werden in der Medizin bei diversen Krankheiten eingesetzt - auch bei Aszites, Flüssigkeitsansammlungen im Bauchraum. Um diese kontrolliert zu regulieren, hat Sequana Medical ein aktives Implantat entwickelt. Maxon-EC-Motoren sorgen in diesen Geräten für den reibungslosen Ablauf der Pumpenbewegungen.

In den Fällen, bei denen eine medikamentöse Behandlung und eine spezielle Diät nicht ausreichen, um krankhafte Flüssigkeitsansammlungen im Bauchraum wieder abzuführen, wird das Alfa-Pump-System eingesetzt – ein aktives Implantat des Schweizer Medizintechnik-Unternehmens Sequana Medical. Mit diesem Pumpsystem können Aszites-Patienten wieder ein unkomplizierteres Leben führen. Es überwacht die Flüssigkeitsmenge im Bauchraum und pumpt sie bei Bedarf in die Blase des Patienten, wo diese mit dem Urin ausgeschieden wird. Kernkomponente ist das Alfa-Pump-Implantat mit den Kathetern für Bauchhöhle und Blase; der externe Smart-Charger mit Ladestation ist eine mobile Lade- und Kommunikationseinheit, die die Batterie des Implantats auflädt und die Kommunikation ermöglicht. Die Lithium-Ionen-Batterie der Pumpe ermöglicht einen autonomen Betrieb über mehrere Tage. Aufgrund des Energiebedarfs der Pumpe ist ein regelmäßiges Aufladen des Akkus erforderlich; dies erfolgt drahtlos durch die Haut des Patienten. Für die reibungslose Überwachung ist ein Notebook im Einsatz, mit dem der Arzt das Implantat für jeden Patienten individuell mittels einer speziellen Software programmieren kann.

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Unter den besonderen Umgebungsbedingungen im menschlichen Körper sind spezielle Motoren und eine angepasste Elektronik erforderlich, da bei der Verwendung von Kunststoff keine hermetisch dichte Einkapselung möglich ist. Es muss also eine Dauerfeuchtigkeitsbelastung und eine erhöhte Salzkonzentration bei den verwendeten Materialien berücksichtigt werden. Zudem muss eine konstante Temperatur von maximal 40 Grad gewährleistet werden. Das Implantat wird wegen der vorhandenen Feuchtigkeit vollständig verfüllt, die Elektronik mit einer zusätzlichen Beschichtung geschützt, und es wird ein bürstenloser Motor verwendet.

Bürstenloser Motor treibt die Pumpe an

Die komplexe Elektronik übernimmt die Low-Level-Steuerung des Motors, die Steuerung des Pumpbetriebs, die Auswertung der Sensorsignale, die Kommunikation mit dem Smart-Charger und das Batteriemanagement. So muss die Zahnradpumpe eingeschlossene Luft ebenso pumpen wie Flüssigkeit. Das Einhalten sehr enger Toleranzen ist eine wichtige Bedingung, was wiederum ein hohes Drehmoment auch im Normalbetrieb zur Folge hat. Zudem kommt erschwerend hinzu, dass die Flüssigkeit in der Bauchhöhle Fibrin und Eiweiß enthält - sie können leicht verklumpen und den Pumpenbetrieb erschweren; im schlimmsten Fall kann die Pumpe blockieren. Damit es nicht soweit kommt, führt die Pumpe in einstellbaren Intervallen eine kurze Bewegung ohne Volumentransport aus.

Der auf all diese spezifischen Anforderungen abgestimmte EC-13-Motor von Maxon treibt die Pumpenzahnräder des Systems an. Der Motor verfügt über Hallsensoren für die Positionsrückmeldung. Die Steuerung des Motors nutzt diese Hallsensoren, um eine zuverlässige und stabile Funktion insbesondere bei niedrigen Drehzahlen und bei hohen Lastmomenten zu erreichen. Neben einer speziellen Statorbeschichtung des sterilisierbaren Motors wird auch die Welle aus biokompatiblen Materialien gefertigt. Zudem ist eine spezielle Geometrie der Welle erforderlich. Mit dem kompakten Design des EC 13, dem geräusch- und vibrationsarmen Lauf und der geringen Wärmeemission ist der Antrieb speziell auf die Medizintechnik ausgerichtet.

Um die Patientensicherheit zu erhöhen und die Komplexität der Programmierung der Pumpe zu reduzieren, wird für die Motorsteuerung ein eigener Prozessor verwendet. Der Hauptprozessor konfiguriert den Motorcontroller, um den gewünschten Volumentransport zu erreichen. Dieser Controller überprüft, ob die jeweiligen Parameter gültig sind. Kommt es beispielsweise zu einer Abweichung der maximal zulässigen Pumpdauer, schaltet der Hauptprozessor das Motorsubsystem stromlos. Durch dieses Zweiprozessor-System ist die maximale Überwachung während des Pumpvorgangs gewährleistet und bietet Sicherheit.

pb

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