Alta precisión de más de 370 millones de ciclos: Sistema de cojinete de fricción en el corazón artificial

Perfil

• Qué se necesitaba: Cojinete de fricción especial y eje para la unidad de accionamiento que desvía el diafragma en las cámaras bombeo.
• Requisitos: Sin mantenimiento, compacto, con poco juego, resistente a los productos químicos, la humedad y las cargas de torsión y axiales alternas repetidas, vida útil de más de 370 millones de ciclos, ligero
• Industria: Tecnología médica, dispositivos médicos
• Éxito para el cliente: Con un cojinete de deslizamiento especial iglidur J y un eje de aluminio drylin a juego, ReinHeart TAH GmbH pudo desarrollar un sistema de accionamiento preciso, libre de mantenimiento y duradero que funciona de forma fiable a pesar de las altas cargas y el mínimo espacio de instalación y maximiza la eficiencia del corazón artificial.

El corazón artificial consta de una unidad motriz y dos cámaras de bombeo que funcionan como bombas de desplazamiento positivo. Las cámaras de bombeo tienen una carcasa de cierre y membranas flexibles que se desvían alternativamente mediante un accionamiento lineal electromecánico patentado. Este movimiento hace que las válvulas cardíacas artificiales generen un flujo sanguíneo dirigido y pulsátil.

Dentro de la unidad de accionamiento, se utiliza un sistema de cojinetes de fricción, para guiar las bobinas del actuador con gran precisión a través del campo magnético del estator. Para maximizar la eficacia del accionamiento, sólo hay un espacio de aire mínimo entre las bobinas del actuador y los imanes. Los sensores de posición del cojinete controlan con precisión el movimiento del eje y sólo permiten unas décimas de milímetro de desplazamiento y unos pocos grados de rotación.

Los retos técnicos son numerosos: el sistema debe estar exento de mantenimiento y garantizar una precisión permanente bajo cargas alternas. El cojinete liso debe soportar cargas de torsión repetidas durante una vida útil de cinco años (unos 370 millones de ciclos), así como una carga axial cambiante, en función de la posición y los movimientos del paciente.

Un tamaño de instalación compacto, un peso ligero, así como la resistencia química y una baja absorción de humedad son otros factores decisivos. El cojinete de fricción se encuentra en el interior de la unidad de accionamiento, donde no hay contacto directo con los fluidos propios del cuerpo. Sin embargo, debido a la permeabilidad del plástico, cabe esperar que a largo plazo se produzca humedad en el interior de la unidad de accionamiento y, por tanto, en el cojinete. Además, no deben producirse residuos de abrasión metálica potencialmente peligrosos.

En el primer intento, se probó un sistema de dos ejes, pero resultó difícil de manejar debido a unas tolerancias de fabricación difíciles de mantener que incluso provocaron la rotura de uno de los ejes. Además, el espacio necesario para la solución era considerablemente mayor debido a los dos cojinetes.

Dado que no existía ninguna solución estándar para el amplio perfil de requisitos, ReinHeart concibió y diseñó el cojinete, y lo realizó en colaboración con igus. El Cojinete especialmente moldeado se compone del material iglidur J, que es ideal para esta aplicación debido a su resistencia química, baja absorción de humedad y ausencia de lubricación. Como no hay riesgo de abrasión por partículas metálicas, el funcionamiento seguro está garantizado. El eje es un eje de aluminio drylin AWMP, un compañero ideal de iglidur J, que garantiza un buen comportamiento de funcionamiento y un desgaste mínimo durante toda la vida útil.

El cojinete ocupa poco espacio, es ligero y tiene huecos que permiten la integración de sensores de posición para una monitorización precisa del movimiento del eje. El cojinete y el eje disponen de una función antirrotación, están adaptados geométricamente entre sí y presentan tolerancias estrictas en cuanto a forma y posición. Una característica esencial del sistema eje/rodamiento es una fase de rodaje planificada "burn-in": cuando el eje se junta por primera vez, se sujeta deliberadamente en el cojinete y sólo puede moverse aplicando una fuerza específica. En la primera fase de funcionamiento, el contorno del rodamiento se armoniza con el eje para garantizar un guiado óptimo. La combinación

de eje cojinete y sistema de sensores cumple los requisitos de espacios de aire mínimos, guiado preciso y robustez frente a cargas transversales y de torsión cambiantes. El resultado es un guiado preciso que no requiere mantenimiento durante una vida útil de cinco años.

Tras varios años de desarrollo, el sistema de eje/rodamiento se encuentra ahora en su segunda generación. Para ReinHeart TAH GmbH, el resultado es muy satisfactorio y ahora debe demostrar su valía en pruebas de resistencia. Junto con igus, se desarrollaron conceptos de prueba para los cojinetes de fricción, en los que igus también está abriendo nuevos caminos.