Bürstenlose Gleichstrommotoren Optimieren Die Leistung Der Beatmungsgeräte

Bürstenlose Gleichstrommotoren Optimieren Die Leistung Der Beatmungsgeräte

Beatmungsgeräte sorgen für den entscheidenden Luftstrom bei Patienten, deren natürliche Atmung nicht ausreicht, um ihr Leben zu erhalten. Sie werden auch als vorbeugende Maßnahme eingesetzt, um dem unmittelbaren Versagen anderer Körperfunktionen oder einem ineffizienten Gasaustausch in der Lunge entgegenzuwirken. Durch den weit verbreiteten Einsatz mechanischer Beatmungsgeräte haben sich die Überlebenschancen von Patienten, die sich Operationen unterziehen, Lungenprobleme durch Unfälle erleiden oder an akuten und chronischen Lungenerkrankungen leiden, signifikant verbessert. Ein entscheidender Aspekt für die wirksame Funktionsweise von Beatmungsgeräten ist das Mikrobewegungssystem, das die Beatmung antreibt. Dieser Artikel konzentriert sich auf den Einsatz und die Vorteile bürstenloser Gleichstrom-Mikromotoren in Beatmungsgeräten.

MEDIZINISCHE BEATMUNGSGERÄTE

Medizinische Beatmungsgeräte werden nach dem spezifischen Antriebsmechanismus kategorisiert, der den Luftstrom erzeugt. Dazu gehören sowohl mit Druckluft als auch mit Turbinen angetriebene Beatmungsgeräte.

Beatmungsgeräte mit Kompressor

Die Zufuhr der Druckluft bzw. des Sauerstoffs erfolgt in der Regel über den Netzanschluss des Krankenhauses oder über einen Tank, der direkt über einen Kompressor gespeist wird. Die Luft wird dann dem Patienten mithilfe von Bälgen, Belüftungsöffnungen oder Regelventilen zugeführt. Bei einem anderen Typ von Beatmungsgeräten mit Kompressor werden Kolben zur Verdichtung von Luft verwendet, die in der Regel von Elektromotoren betätigt werden. In diesem Fall wird weder Druckluft noch Sauerstoff aus dem Netzanschluss des Krankenhauses oder einem Kompressor benötigt.

Beatmungsgeräte mit Turbinenantrieb

Ähnlich wie mit Kolben betriebene Beatmungsgeräte benötigen Beatmungsgeräte mit Turbinen keinen Netzanschluss von Krankenhäusern oder Kompressoren. Vielmehr werden Luftstrom und Druck von einer mit hoher Drehzahl angetriebenen Turbine erzeugt, die über eine autonome Druck- und Durchflussregelung verfügt und leicht transportiert werden kann. Diese Hochgeschwindigkeits-Mikroturbinen-Beatmungsgeräte benötigen leistungsstarke bürstenlose Gleichstrommotoren, um einen zuverlässigen Betrieb sowie eine Lebensdauer von mehr als 15.000 Stunden zu gewährleisten und hohe Drehzahlen bis zu 60.000 U/min zu ermöglichen.

Turbinenbetriebene Lösungen werden aufgrund einiger wichtiger Vorteile immer häufiger von Herstellern medizinischer Geräte eingesetzt. Ein Vorteil ist, dass ihre pneumatische Leistung nicht nur gleichwertig, sondern sogar besser ist als die von kompressorbetriebenen Beatmungsgeräten für Atemgeräte auf Intensivstationen. Ein weiterer Vorteil ist die Unabhängigkeit von Druckluft während des Patiententransports, wodurch die Bewegungsfreiheit des Patienten gewährleistet ist. Ein dritter Aspekt ist die effizientere Konstruktion, wodurch eine kompaktere mechanische Stellfläche ermöglicht wird und aufgrund des geringeren Leistungsbedarfs kleinere Batterien benötigt werden.

BEATMUNGSGERÄTE IN DER ANÄSTHESIE: DIE AUSWIRKUNGEN VON ANWENDUNGSANFORDERUNGEN AUF DIE LEISTUNG VON MIKROMOTOREN

Ein bestimmter Typ von Beatmungsgeräten ist für die Anästhesie bestimmt, wobei die Luft zurückgeführt und in einem geschlossenen Kreislauf zirkuliert, um zu verhindern, dass der Operationssaal mit Anästhesiegasen verunreinigt wird, was sich negativ auf die Chirurgen und weiteres medizinisches Personal auswirken würde. Darüber hinaus handelt es sich bei den für die Anästhesie verwendeten Substanzen üblicherweise um Chlorfluorkohlenwasserstoffe (FCKW), die bei Freisetzung in die Atmosphäre schädlich für die Umwelt sind. Diese Gase wirken auch als Lösungsmittel für die meisten Kunststoffe, was für die Materialauswahl, einschließlich der Motorkonstruktion, zu berücksichtigen ist.

Anästhesie-Beatmungsgeräte können in einer Umgebung mit 100 % Sauerstoff betrieben werden, was Auswirkungen auf die Motorleistung und die Lebensdauer hat. Wenn sich ein Motor über einen längeren Zeitraum in einer Umgebung mit hoher Sauerstoffkonzentration befindet, kann der Schmierstoff der Kugellager oxidieren. Da der Motor mit hohen Drehzahlen von bis zu 60k U/min läuft, kann dies erhebliche Auswirkungen auf die Lebensdauer des Motors haben.

BÜRSTENLOSE GLEICHSTROMMOTOREN FÜR BEATMUNGSGERÄTE

Die Leistungsanforderungen von turbinenbetriebenen Beatmungsgeräten richten sich nach der bürstenlosen nutenlosen Gleichstromtechnologie auf der Grundlage der primären Anwendungsanforderungen: hohe Leistung, lange Lebensdauer und niedriger Geräuschpegel. Sehen wir uns an, wie die bürstenlose Gleichstrom (BLDC)-Technologie diese Anforderungen löst:

- Hohe Leistung. Das nutenlose Design bietet eine geringe Trägheit, um eine schnelle Schrittreaktion zu erreichen, die genau den dynamischen Bedürfnissen des Patienten entspricht. Die Konstruktion ermöglicht auch hohe Drehzahlen, Drehmomente und Effizienz, die den anspruchsvollen Anforderungen der Turbine entsprechen.

- Lange Lebensdauer. Bürstenlose Gleichstrommotoren sind elektronisch kommutiert und werden standardmäßig mit Kugellagern geliefert, wodurch die erforderliche Lebensdauer des Beatmungsgeräts erreicht oder überschritten wird.

- Geräuscharm. Das nutenlose Design ermöglicht den geräuscharmen Betrieb und ist somit ideal für medizinische Umgebungen.

Portescap bietet ein komplettes Sortiment an bürstenlosen 16- bis 22-mm Ultra EC TM-Gleichstrommotoren, die den unterschiedlichen Leistungsanforderungen für turbinenbetriebene Beatmungsgeräte entsprechen. Dazu gehören:

• Ultra EC BLDC-Motoren 22ECS60 für Beatmungsgeräte auf Intensivstationen

• Ultra EC BLDC-Motoren 22ECA60 für Beatmungsgeräte in der Anästhesie

• Ultra EC BLDC-Motoren 22ECS45 oder 22ECP35 für Transportbeatmungsgeräte

• Ultra EC BLDC-Motoren 22ECS45 oder 22ECP35 für Beatmungsgeräte für die häusliche Pflege

• Ultra EC-BLDC-Motoren 16ECP36, 16ECS36, 16ECP52 und 16ECS52 für Beatmungsgeräte für Neugeborene

BÜRSTENLOSE GLEICHSTROMMOTOREN FÜR STERILISIERTE BEATMUNGSGERÄTE

Die in Anästhesiebeatmungsgeräten verwendeten Mikromotoren müssen eine lange Lebensdauer, hohe Drehzahlen, dynamische Beschleunigung sowie eine Oxidationsbeständigkeit der Schmierung aufweisen. In einigen Anwendungen müssen die Beatmungsgeräte in der Lage sein, Hunderte von Sterilisationszyklen zu überstehen. Bürstenlose Gleichstrommotoren eignen sich hervorragend für diese anspruchsvollen Anforderungen.

Bei Anästhesiebeatmungsgeräten können Krankheitserreger mit dem Gebläse (einschließlich des Miniaturmotors) in Kontakt kommen, was bedeutet, dass es über die gesamte Standzeit Hunderte von Sterilisationszyklen der Maschine überstehen muss. Während des Sterilisationszyklus muss die Maschine mitunter einer Luftfeuchtigkeit von 100 %, Temperaturen von 135 C und Drücken zwischen 80 mbar und 2,5 bar standhalten. Die Sterilisation kann auch mit Wasserstoffperoxid H2O2 durchgeführt werden, was die Maschine weniger belastet. Während sich der Motor im Beatmungsgerät befindet, ist die alleinige Fähigkeit des Motors, Sterilisationszyklen standzuhalten, von Vorteil.

Der bürstenlose 22-mm-Gleichstrommotor 22ECA60 von Portescap eignet sich hervorragend für Anwendungen von sterilisierbaren Beatmungsgeräten. Er umfasst die proprietären Ultra EC-Spulentechnologie und hält mehr als 200 Autoklavierzyklen stand; ebenso kann er bei hohen Drehzahlen bis zu 60.000 U/ min mit geringen Eisenverlusten arbeiten und erzeugt somit nur wenig Wärme. Dies trägt zur Verlängerung der Lebensdauer des Motors bei, indem der Schmierstoff des Kugellagers auf einer niedrigeren Temperatur gehalten wird. Der niedrige mechanische Zeitkonstantenwert des 22ECA60 (im Bereich von einer Millisekunde) ermöglicht schnelle Beschleunigungen, was eine schnelle Druck- und Durchflussanpassung des Beatmungsgeräts erleichtert und die Akzeptanz durch den Patienten sowie dessen Komfort verbessert. Zudem verfügt er über einen integrierten Thermistor zur Überwachung und Steuerung der thermischen Leistung.

FAZIT

Für Konstruktionsingenieure, die an Beatmungsanwendungen arbeiten, ist es entscheidend, frühzeitig mit Bewegungsingenieuren zusammenzuarbeiten, um sicherzustellen, dass der richtige Mikromotor und die richtigen Kugellager für diese Maschinen ausgewählt werden. Die Ingenieure von Portescap verfügen über jahrzehntelange Erfahrung in der Anpassung von Gerätekonstruktionen für eine verbesserte Motorintegration sowie eine einfachere Montage des Laufrads.