Leiser Blutfluss

Für einen Medizingerätehersteller im Dialysebereich hat die Sonceboz SA einen Spritzenpumpenantrieb mit Low-Noise-Ansteuerelektronik realisiert. Anfangs plante der Kunde nur die Beschaffung eines Schrittmotors. Im Verlauf des Beratungsgesprächs wurde die Idee entwickelt, den Motor zusätzlich mit einer integrierten kundenspezifischen Spindel auszurüsten. Nach weiterer Beratung erhielt der Kunde von dem Antriebsspezialisten aus dem Schweizer Jura schließlich die Umsetzung aller seiner medizinischen Anforderungen anhand eines kompletten mechatronischen Systems, das durch eine lineare Bewegung das jeweils erforderliche Spritzen-Volumen entsprechend dosiert.

Kundenvorgabe war ein sehr präziser Antrieb, ausgerüstet mit einem sensiblen und schnellen Fehlererkennungsverhalten. Eine handelsübliche Kunststoffspritze sollte in einem Dialysegerät als Dosiereinheit eingesetzt werden. Gemeinsam ermittelten Hersteller und Kunde die Anforderungen sowie die technischen Möglichkeiten. Die Schweizer Antriebsspezialisten mussten hier konsequent ein Verständnis für die medizintechnischen Anforderungen dieser speziellen Anwendung entwickeln. Ein Beispiel: Einem Patienten darf nur eine gewisse Menge einer Flüssigkeit in einem festgelegten Zeitraum injiziert werden. Das System soll eine Störung durch Blockierung oder Durchtrennung der Zuleitung zum Patienten schnellstmöglich detektieren. Doch der kontrolliert geringe Durchfluss lässt bei einer solchen Störung den Druck nur sehr langsam ansteigen oder abfallen. Lösen konnte das Schweizer Unternehmen diese Problemstellung alleine durch den Einsatz eines präzisen Kraftsensors, der zusammen mit den von Sonceboz und seinem Kunden gefundenen, aufwendigen Algorithmen eine präzise Flusskontrolle sicherstellt. Eine Vielzahl unterschiedlicher Parameter werden ausgewertet, um eine eventuelle Störung möglichst frühzeitig zu ermitteln.

Da der Antrieb in einem medizinischen Gerät arbeitet, das stundenlang neben einem Patienten steht, wären laute Antriebsgeräusche mit großen psychischen Belastungen verbunden. Deshalb ist eine ebenso wichtige Anforderung an den Antrieb seine minimale Geräuschentwicklung. So entwickelte Sonceboz einen Low-Noise-Antrieb. Dabei ist es dem Schweizer Unternehmen gelungen, trotz des Einsatzes eines einfachen 2-Pol-Schrittmotors, durch eine intelligente Elektronik das Geräuschniveau extrem niedrig zu halten. Diese Low-Noise-Lösung war zwar in der Entwicklung aufwendig, ist aber in der Serienproduktion kaum teurer als herkömmliche Ansteuerelektroniken.

Umgesetzt hat Sonceboz die Kundenwünsche mittels eines mechatronischen Systems, bestehend aus einem Standard-Hybridschrittmotor als Basis, einer spielfreien Spindel, einem Kraftsensor und der entsprechenden Elektronik. Die Spindel ist gerollt, wird aber dank eines ausgeklügelten Federsystems spielfrei gehalten.

Die Medizingeräteanforderungen verlangen eine zusätzliche unabhängige Signalgebung, um die Motordrehzahl zu überwachen. Bei der Produktion dieser Lösung wird Plastoferrit in Form einer Scheibe eingespritzt und anschließend magnetisiert. Gelesen wird dieser magnetische Geber von zwei Hall-Sensoren. Angesteuert wird der Spritzenpumpenantrieb über einen I2C-Bus mit kundenspezifischem Protokoll. Die Kombination eines Standard-Schrittmotors mit einer intelligenten Elektronik, einer optimierten Spindel, einem Kraftsensor und dem beschriebenen Encoder ergibt ein leistungsfähiges, aber doch kostenoptimiertes mechatronisches System.

Die Konstruktionsphase ist Schlüsselelement nach der Beratung. Hier wird festgelegt, wie das System aussehen soll, und eine Machbarkeitsstudie durchgeführt. Die Kompetenz des Schweizer Unternehmens mit Sitz in Sonceboz reicht von der Entwicklung über die Industrialisierung, die Validierung bis zu den Abschlusstests. Der Kunde muss anschließend nur noch das fertige Produkt einbauen und die Schlussprüfung seines Gerätes durchführen.

Die Montage erfolgt bei diesem Produkt manuell mit Hilfe speziell dafür entwickelter Fertigungslinien. Zusätzlich sind die Kontroll-Werkzeuge auf dieses Produkt ausgerichtet und die Aufnahmen spezifisch, so dass ein fehlerfreier Zusammenbau gewährleistet ist. Wie immer bei Sonceboz gilt auch hier die Forderung nach einer Fehlerquote, die gegen 0 ppm strebt. Sämtliche Parameter der technischen Spezifikation, sprich des Pflichtenhefts, werden bei jeder Pumpe durch einen Endtest kontrolliert.

Ein weiterer Schritt der Entwicklung bei Sonceboz ist die Validierung des Produkts. Sie umfasst Lebensdauertests, Stresstests, Alterungstests und das Verhalten bei Unkonformitäten. Nach den Vorgaben des Kunden werden Limitsituationen ausgetestet.

Nicole Hillmayr Journalistin in Tübingen

Weitere Informationen www.sonceboz.com