Die Entwicklung von Medizingeräten wie Beatmungsgeräten stellt Ingenieure vor hohe technische und regulatorische Anforderungen. Eine modulare Toolbox, die speziell auf die Medizintechnik abgestimmt ist, bietet neue Möglichkeiten, Entwicklungsprozesse flexibler zu gestalten. Sie unterstützt einen strukturierten Prozess von der Konzeptphase bis zur finalen Validierung. Darüber hinaus ermöglicht sie den schnellen Austausch sowie die Anpassung einzelner Module und verkürzt so die Entwicklungszyklen erheblich.
Die Pneumatik-Toolbox des Schweizer Engineering-Spezialisten IMT Information Management Technology aus Buchs basiert auf einem modularen Systemansatz. Sie ermöglicht es, verschiedene Module je nach Anwendungsfall zu kombinieren und nahtlos in diverse Entwicklungsumgebungen zu integrieren. Ein CAN-Bus verbindet sämtliche Module, die durch ein zentrales Steuergerät wie eine Speedgoat-Maschine (Simulink Real-Time) oder einen PC mit einem USB-CAN-Adapter gesteuert und ausgelesen werden können. Im Rahmen dieses Projekts wurden mehrere wesentliche Module entwickelt, welche die Funktionalität und Vielseitigkeit der Pneumatik-Toolbox erheblich erweitern.
(Bild: IMT)
Gebläse-Modul bietet hohe Drehzahlen und präzise Steuerung
Zu den entwickelten Modulen gehört ein Gebläse (Turbine), das hohe Drehzahlen und eine präzise Steuerung ermöglicht und besonders wichtig in Anwendungen der Beatmungstechnik ist, wo eine kontrollierte Luftzufuhr essenziell ist. Ein weiteres Modul, das Proportionalventil (Stromregler), steuert den Durchfluss von Gasen und spielt eine entscheidende Rolle in der Pneumatik. Mit diesem Modul kann der Gasstrom exakt reguliert werden, was für viele industrielle und medizinische Anwendungen von großer Bedeutung ist. Der Spannungsregler ermöglicht es, andere Module oder Komponenten mit einer stabilisierten Spannung zu versorgen. Das gewährleistet die zuverlässige und konsistente Funktion der gesamten Pneumatik-Toolbox gewährleistet.
Das Piezo-Pumpen-Modul ermöglicht die präzise Steuerung von Gasflüssen in Anwendungen, die geringe Fördermengen erfordern. Es findet auch Anwendung in Bereichen, die eine feine Dosierung und präzise Regelung von Gasen verlangen. Das Schrittmotor-Modul sorgt für die präzise Positionierung und Bewegung mechanischer Komponenten und ist besonders nützlich in automatisierten Systemen und Maschinen, die exakte Bewegungen erfordern.
Pneumatik-Toolbox: Flexibilität durch verschiedene Module
Ein weiteres, wesentliches Modul ist das Sensormodul, das zur Erfassung von Druck, Massendurchfluss und Temperatur dient. Es ist zentral für die Regelung und Überwachung pneumatischer Systeme und stellt sicher, dass alle relevanten Parameter in Echtzeit überwacht werden. Das UART-Modul für IMT-Analytics-Geräte ermöglicht die direkte Kommunikation mit Messgeräten aus dem Portfolio von IMT Analytics, wodurch beispielsweise genaue Flussmessungen einfach integriert werden können, was die Funktionalität der Pneumatik-Toolbox erweitert. Schließlich wandelt das ADC/DAC-Modul analoge Signale in digitale und umgekehrt, was die Integration von analogen Sensoren und Aktoren ermöglicht und die Flexibilität des Systems weiter erhöht.
Die Toolbox bietet durch den modularen Aufbau und die Möglichkeit der einfachen Integration in verschiedene Entwicklungsumgebungen eine flexible und leistungsfähige Lösung für Anwendungen in der Pneumatik. Ob in der Beatmungstechnik oder der industriellen Automatisierung oder auch anderen spezialisierten Bereichen – die Toolbox stellt sicher, dass jede Anwendung sehr gut unterstützt wird.
Beim Entwickeln die Messdaten mit Prototypenteilen sammeln
Für eine erfolgreiche Produktentwicklung sollten Medizingerätehersteller bereits in der Planungsphase grundlegende Anforderungen und Spezifikationen festlegen. Der systematische Ansatz unterstützt eine effiziente Prototypenerstellung, da die Module ohne großen Integrationsaufwand in bestehende Systeme eingebunden werden können. Die Unabhängigkeit der Module erlaubt schnelle Tests und Anpassungen verschiedener Konfigurationen, was besonders in der frühen Produktentwicklung von Vorteil ist und Projektrisiken minimiert. Zudem lassen sich zusätzliche Sensoren oder Aktoren nahtlos in bestehende Systeme integrieren, ohne die Elektronik anzupassen.
Der Einsatz der modularen Toolbox senkt Entwicklungskosten und bietet Entwicklern mehr Spielraum für innovative Lösungen. Die Toolbox ist einfach zu bedienen, selbst mit minimalen Programmierkenntnissen, und eignet sich für den Einsatz in verschiedenen Fachdisziplinen.
(Bild: IMT)
Dank 3D-Druck lässt sich die mechanische Anbindung in Testaufbauten (Gehäuse, Abdeckelemente und Halterungen) maßgeschneidert fertigen. Die Entwicklung von zusätzlichen Modulen, Erweiterungen und angepasster Software ist möglich. Durch die frühzeitige Einbindung in die Produktplanung, idealerweise bereits in der Konzeptionsphase, lassen sich von Beginn an maßgeschneiderte Lösungen entwickeln.
Die Pneumatik-Toolbox hat sich in Projekten bewährt und ermöglicht effizientere Entwicklungsprozesse mit Erweiterungsoptionen beispielsweise für Aspiratoren, Anästhesie-, CPAP/BIPAP- und Vakuumgeräte und andere Produkte. Schon in der frühen Phase der Entwicklung eines Beatmungsgeräts ließen sich Messdaten mit Prototypenteilen sammeln, ohne spezifische Elektronik entwickeln zu müssen. Zusätzliche Drucksensoren und Flussmessungen ließen sich mit minimalem Aufwand in Prototypen integrieren und simultan in Echtzeit auf einem System verarbeiten.
