Kugelgewindetrieb im Takt des Pulses - NSK-Miniaturantriebe in Herzunterstützungssystem von Berlin Heart

Ein menschliches Herz arbeitet im „24/7“-Betrieb – und es darf nicht ausfallen. Deshalb stellt die Berlin Heart GmbH allerhöchste Qualitätsanforderungen an ihre Herzunterstützungssysteme.

Bild 1: Das Herzunterstützungssystem EXCOR^® erhält die Mobilität des Patienten.

In den mobilen Versionen der EXCOR^®-Serie wird das externe Kunstherz von einem Miniatur-Kugelgewindetriebe aus dem NSK-Programm angetrieben. Hubvolumen und Taktfrequenz bilden exakt die Arbeitsweise des menschlichen Herzens nach.

Drei bis viereinhalb Liter Fördervolumen pro Minute im Ruhezustand, adaptive Regelung mit Taktraten von 50 bis 200 Zyklen in der Minute und über 100.000 Arbeitszyklen pro Tag: Das menschliche Herz ist eine bemerkenswerte „Maschine“. Leider gibt es Menschen, bei denen das Herz seine Aufgabe nicht oder nur unzureichend erfüllt. Für sie hat die Berlin Heart GmbH Herzunterstützungssysteme oder „VADs“ (Ventricular Assist Devices) entwickelt (Bild 1).

Das 1996 gegründete Unternehmen ist der einzige europäische Hersteller von VAD-Systemen und auch der einzige, der diese anspruchsvolle Technik für Erwachsene, Kinder und Säuglinge anbietet. Der jüngste Patient, der erfolgreich bis zur Herztransplantation unterstützt wurde, war erst acht Tage alt, als er ein VAD-System erhielt.
Bild 2: Das mobile Antriebssystem „EXCOR^® mobil“. Die VAD-Systeme werden in Berlin gefertigt und sind weltweit in vielen Ländern im Einsatz.

Bei den mobilen EXCOR^®-VADs wird der Blutkreislauf des Patienten über Kanülen mit Druckluftmembranpumpen verbunden, die sich außerhalb des Körpers befinden (Bild 2). Ein Miniatur-Kugelgewindetrieb von NSK führt 60 bis 130mal pro Minute einen Hub von bis zu 55,5 mm aus und drückt damit eine definierte Menge Luft gegen die Membran, auf deren anderer Seite sich die Kanülen und mit ihnen der Blutkreislauf des Patienten befinden.

Bei der Auswahl des Antriebssystems war die Lebensdauer das entscheidende Kriterium. Nedim Arslan, Abteilungsleiter Konstruktion bei Berlin Heart: „Die NSK-Antriebe haben in unserem Benchmark-Test eine Lebensdauer von rund 120 Millionen Zyklen erreicht – das war mit Abstand der beste Wert."

Um höchste Betriebssicherheit zu erreichen, erfolgt alle drei Monate – nach rund zehn Millionen Zyklen – eine Wartung der Antriebseinheiten bei Berlin Heart, während der u.a. die Spindel gereinigt und gefettet wird. Erleichtert wird der Service durch Modifikationen an der Geometrie des Kugelgewindetriebs, die NSK vorgenommen hat.
Bild 3: Blick in das geöffnete Antriebssystem der Pumpe. Der Kugelgewindetrieb befindet sich nicht sichtbar im Zentrum der Einheit.

Auch die Auswahl des  Fettes wurde bei der Projektierung des Antriebs berücksichtigt. Trotz der geringen Leistung der Servomotoren erreicht die Miniaturspindel mit 8 mm Durchmesser im Betrieb Temperaturen von 70 bis 80 °C. Das Fett wurde auf dieses hohe Temperaturniveau abgestimmt.

Basis des Spindelsystems ist ein Kugelgewindetrieb in geschliffener Ausführung mit Genauigkeitsklasse C3. Die Spindeln werden gemäß Kundenanforderung gefertigt, so dass sie als „tailor-made“ gelten können. NSK liefert den Antrieb als einbaufertiges Modul mit passend aufgebauter Lagereinheit.
Bild 4: NSK liefert an Berlin Heart einen kundenspezifischen Miniatur-Kugelgewindetrieb für höchste Anforderungen.

Berlin Heart verfügt über zwanzig Jahre Erfahrung in der Entwicklung und Produktion von parakorporalen Herzunterstützungssystemen und betreut zurzeit mehr als 3800 Patienten. Als Lieferant des Spindelsystems ist NSK aus Sicht von Berlin Heart ein verlässlicher Technologiepartner. Die beiden Unternehmen arbeiten eng zusammen, um das Antriebssystem des VADs optimal an die besonderen Anforderungen des sensiblen Anwendungsfalls anzupassen.

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