Luft ist Leben
Ein typisches Beispiel für die Leistungsfähigkeit moderner Medizintechnik liefert das Anästhesiegerät Zeus Infinity Empowered (IE) von Dräger, das das komplette Spektrum – von der differenzierten Beatmungstherapie bis zur Überwachung, Integration der Infusionstechnik sowie Automatisierung von Teilfunktionen – mit einem System ermöglicht.
Austauschbare und sterilisierbare Turbineneinheit
Mit einem Turbinenventilator kann das Gerät auch als geschlossenes Anästhesiesystem mit vollständiger Rückatmung betrieben werden. Die exakte Dosierung der Narkosegase im geschlossenen System reduziert den Gas- und Anästhesiemittelverbrauch. Die turbinenbasierte Beatmung erlaubt zudem zu jeder Zeit die freie Durchatembarkeit (Spontanatmung) des Patienten. Sowohl Erwachsene als auch Kinder und Neugeborene können damit über die komplette Narkose hinweg adäquat beatmet werden. Die Turbineneinheit, oft auch als Blower-Unit bezeichnet, lässt sich im Bedarfsfall mit wenigen Handgriffen austauschen und ist autoklavierbar, d.h. nach einer intensiven Behandlung mit 134 °C heißem Dampf ist sie sterilisiert.
An die eingesetzten Komponenten stellt das allerdings hohe Anforderungen, da Turbine, Antrieb und Co. dem heißen Wasserdampf standhalten müssen. Die Materialauswahl ist keineswegs trivial. So dürfen alle in der Turbineneinheit verbauten Komponenten nur aus biokompatiblen Materialien bestehen, da sie unmittelbar mit der Atemluft des Patienten in Kontakt stehen. Außerdem sind kompakte Abmessungen gefragt, damit die Einheit sich gut im Anästhesiegerät integrieren lässt und bei Austausch und Reinigung einfach zu handhaben ist. Für den eingesetzten Motor ist deshalb – neben Robustheit, Biokompatibilität und Zuverlässigkeit – auch eine hohe Leistungsdichte obligatorisch.
Anspruchsvolles Anforderungsprofil
Diese Anforderungen lassen sich mit Komponenten „von der Stange“ nicht realisieren. „Für die Entwicklung der Turbineneinheit für unseren Zeus IE haben wir mit FAULHABER schließlich einen kompetenten Partner gefunden, der uns nicht nur durch sein antriebstechnisches Knowhow, sondern auch mit seiner Systemkompetenz überzeugt hat“, freut sich Torsten Theede, Global Commodity Manager Electronics bei Dräger. „Bei der Entwicklung arbeiteten wir von Anfang an eng zusammen und heute liefern uns die Schönaicher die komplette einbaufertige Einheit, die zu 100 % aus speziell auf unsere Anwendung abgestimmten Bauteilen besteht.“
Als Basis für den Antrieb der Blower-Unit bot sich ein bürstenloser DC-Motor an. Die DC Motoren aus dem FAULHABER-Programm sind für extreme Einsatzbedingungen konstruiert und werden deshalb gern überall eingesetzt, wo hohe Zuverlässigkeit, präzise Funktion und lange Lebensdauer gefragt sind. Hohe Laufruhe, geringe Geräuschentwicklung, große Leistung und Dynamik bei kleinem Bauvolumen gehören ebenfalls zu ihren typischen Eigenschaften. Der für die Blower-Unit gesuchte Antrieb stellte die Entwickler dennoch vor große Herausforderungen: Schließlich war ein Kraftzwerg gefragt, der im Millisekundenbereich beschleunigt und ebenso schnell wieder abbremst. „Das ist wichtig, damit der Patient nicht gezwungen wird, gegen die Maschine zu atmen“, erläutert Theede. „Die Blower-Unit und damit der Antrieb muss deshalb extrem schnell und präzise reagieren.“
Kraftzwerg mit besonderen Eigenschaften
Die Herausforderungen ließen sich bewältigen und das Resultat kann sich sehen lassen. Der für die Blower-Unit maßgeschneiderte bürstenlose DC-Motor ist in einem robusten Edelstahlgehäuse untergebracht und bei 24 mm Durchmesser lediglich 46 mm lang. Um dennoch auf die gewünschten Leistungsdaten zu kommen, wurden die eingesetzten Magnete und Bleche optimiert. Dass nur biokompatible Schmier- und Klebstoffe verwendet werden durften und die komplette Einheit autoklavierbar sein musste, machte die Materialauswahl zu einer anspruchsvollen Aufgabe. Bei der Kugellagerauswahl arbeiteten die Entwickler beispielsweise mit externen Spezialisten zusammen, um für die extrem hohen Drehzahlen die optimale Materialpaarung mit biokompatiblen Schmierstoffen zu finden.Auch mechanisch überzeugt das System: Die Flügelradpumpe, die den Luftstrom erzeugt, ist direkt auf dem Motor montiert. Die elektrischen Anschlüsse sind in der herausgeführten Vergussmasse eingebettet. In der Vergussmasse wurde zudem ein EPROM integriert, aus dem sich bei Bedarf neben der Seriennummer die Antriebshistorie und sogar die Anzahl der geleisteten Betriebsstunden auslesen lassen. Die Signale der im Motor integrierten Hall-Sensoren werden von der übergeordneten Systemsteuerung verarbeitet, die den Motor entsprechend der Anästhesie- und Beatmungsanforderungen ansteuert.
Die gesamte Blower-Unit hat einen Durchmesser von 120 mm und ist lediglich 220 mm lang. Sie hat sich mittlerweile im Praxiseinsatz sehr gut bewährt“, freut sich Theede. „Die Zusammenarbeit ging deshalb weiter, und auch die Turbineneinheit für unseren Anästhesiearbeitsplatz Perseus A500 entstand gemeinsam mit den Schönaicher Antriebsspezialisten. Dieses System bietet ebenfalls differenzierte Beatmungsstrategien, die die Spontanatmung des Patienten jederzeit unterstützen und wird ebenfalls seit einigen Jahren in vielen Kliniken erfolgreich eingesetzt. „Dazu hat natürlich auch die maßgeschneiderte Antriebslösung der Blower-Unit beigetragen“, so Theede abschließend.
