Lucht is leven

Een typisch voorbeeld van de mogelijkheden van moderne medische technologie is het anesthesieapparaat Zeus Infinity Empowered (IE) van Dräger, dat het volledige spectrum van gedifferentieerde beademingstherapie tot bewaking, integratie van de infuustechniek en automatisering van subfuncties in één systeem mogelijk maakt.

Verwisselbare en steriliseerbare turbine-eenheid

Met een turbineventilator kan het apparaat ook als gesloten anesthesiesysteem met volledige herinhalatie gebruikt worden. De exacte dosering van het narcosegas in het gesloten systeem vermindert het gebruik van gas en anesthesiemiddel. De beademing op basis van een turbine maakt het mogelijk dat de patiënt altijd vrij (spontaan) kan ademen. Zowel volwassenen als kinderen en pasgeboren baby's kunnen zo gedurende de volledige narcose goed beademd worden. De turbine-eenheid, vaak 'blowerunit' genoemd, kan indien nodig eenvoudig verwisseld worden en is autoclaveerbaar. Dit wil zeggen dat hij door een behandeling met stoom op een temperatuur van 134°C kan worden gesteriliseerd.
Dit betekent wel dat de gebruikte componenten aan hoge eisen moeten voldoen: de turbine, aandrijving etc. moeten deze hete stoom kunnen weerstaan. De materiaalkeuze is zeer complex. Zo mogen alle componenten in de turbine-eenheid alleen bestaan uit biocompatibele materialen omdat ze direct in contact staan met de lucht die de patiënt inademt. Bovendien moeten de afmetingen compact zijn om te zorgen dat de eenheid goed in het anesthesieapparaat ingebouwd kan worden en eenvoudig verwisseld en gereinigd kan worden. Voor de gebruikte motor is dus naast robuustheid, biocompatibiliteit en betrouwbaarheid ook een hoge vermogensdichtheid vereist.

Groot eisenpakket

De genoemde specificaties konden niet worden bereikt met kant-en-klare onderdelen. “In FAULHABER vonden we uiteindelijk de perfecte partner voor het ontwikkelen van de turbine-eenheid voor onze Zeus IE. Ze hebben niet alleen de technische expertise op het gebied van aandrijving maar ook veel kennis van systemen,” vertelt Torsten Theese, Global Commodity Manager Electronics bij Dräger. “Bij de ontwikkeling hebben we vanaf het begin nauw samengewerkt en op dit moment levert FAULHABER de complete eenheid inbouwklaar af. Hij bestaat voor bijna 100% uit speciale componenten die op onze toepassing zijn afgestemd.”
De basis van de aandrijving van de blowerunit is een borstelloze DC-motor. De motoren uit het aanbod van FAULHABER zijn ontworpen voor extreme toepassingseisen en worden in talloze branches toegepast vanwege de hoge betrouwbaarheid, nauwkeurige werking en lange levensduur. De motoren draaien soepel, zonder veel geluid, met een hoog vermogen en grote dynamiek en hebben bovendien een klein formaat. De aandrijving voor de blowerunit was voor de ontwikkelaars echter een uitdaging: er moest een miniatuurmotor komen die in milliseconden kon versnellen en net zo snel weer kon afremmen. “Dit is erg belangrijk om ervoor de zorgen dat de patiënt niet tegen de machine in hoeft te ademen,” legt Theede uit. “De blowerunit en zijn aandrijving moesten dus extreem snel en nauwkeurig reageren.”

Klein krachtpatser met bijzondere eigenschappen

De uitdaging werd overwonnen en het resultaat mag er zijn. De op maat gemaakt borstelloze DCmotor is in een robuuste behuizing van rvs geplaatst en heeft een diameter van 24 mm en een lengte van slechts 46 mm. Om ook de vereiste vermogensspecificaties te halen zijn de gebruikte magneten en het lamellen pakket geoptimaliseerd. Omdat alleen biocompatibele smeer- en kleefstoffen gebruikt mochten worden en de complete eenheid autoclaveerbaar moest zijn, was de keuze van materialen geen eenvoudige opgave. Bij de keuze voor de kogellagers hebben de ontwikkelaars bijvoorbeeld samengewerkt met externe specialisten om de juiste materiaalcombinatie met een biocompatibele smeerstof te vinden voor de extreem hoge toerentallen.
Ook mechanisch is het systeem slim ontworpen: de waaierpomp die de luchtstroom opwekt is direct op de motor gemonteerd. De elektrische aansluitingen zijn ingebed in afdichtingen die uit de motor steken. In de afdichting is bovendien een EPROM geïntegreerd waaruit het serienummer, de bedrijfsgeschiedenis en zelfs het aantal bedrijfsuren afgelezen kan worden. De signalen van de in de motor geïntegreerde Hall-sensoren worden verwerkt door de systeembesturing, die respectievelijk de anesthesieen beademingsvereisten naar de motor stuurt.
De totale blowerunit heeft een diameter van 120 mm en is slechts 220 mm lang. Hij heeft zich in de praktijk inmiddels al bewezen,” vertelt Theede. “We hebben de samenwerking daarom voortgezet en ook de turbine-eenheid voor ons anesthesiewerkstation Perseus A500 is samen met de aandrijvingsspecialisten van FAULHABER ontwikkeld. Dit systeem biedt ook verschillende beademingsstrategieën die de spontane ademhaling van de patiënt ondersteunen en wordt al een paar jaar met succes ingezet in veel klinieken. “De op maat gemaakte aandrijving van de blowerunit heeft hier natuurlijk ook aan bijgedragen,” besluit Theede.