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antriebstechnik 4/2015

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ELEKTROMOTOREN Mobile

ELEKTROMOTOREN Mobile Arzneimittelpumpen sind aus der ambulanten Therapie bei vielen Erkrankungen nicht mehr wegzudenken. Sie geben den Patienten Mobilität und damit mehr Lebensqualität. Es gibt allerdings Verbesserungspotential, vor allem was Flexibilität hinsichtlich unterschiedlicher Anwendungsmöglichkeiten, Größe, Gewicht und Zuverlässigkeit betrifft. Piezo-Ultraschallmotoren als Pumpantriebe können hier interessante Perspektiven erschließen. Keine Kompromisse Piezobasierte Ultraschallantriebe eröffnen neue Perspektiven in der Medizintechnik Gernot Hamann ist Leiter Business Development bei der Physik Instrumente GmbH & Co. KG in Karlsruhe lumina. Je nach Therapie lassen sich so größere Mengen, kleinere Mengen oder über längere Zeiträume auch gar keine Arzneimittel verabreichen. Großvolumige Infusionen sind ebenfalls möglich, da man an den Pumpen Arzneimittelreservoirs mit unterschiedlichem Fassungsvermögen anschließen kann. Die Peristaltikpumpen eignen sich für verschiedene Medikamentationen, da sie einen kontinuierlichen Fluss (Basalrate) liefern, genauso sind aber auch Sonderinjektionen (Bolusraten) dosierbar, die zeitlich beliebig platziert sein können. Alle Abläufe lassen sich zudem dokumentieren, um abgegebene Arzneimittelmengen und den Therapieverlauf bewerten und z. B. gegenüber Versicherungen belegen zu können. Verbesserungspotentiale nutzen Alles in allem verknüpfen Peristaltikpumpen alle gewünschten Anforderungen, abgesehen von der Mobilität. Sie sollten deshalb möglichst kleine Abmessungen haben, leicht und leise sein, um den Benutzer möglichst wenig in seiner Bewe- Bei mobilen Arzneimittelpumpen denkt man zunächst an Ballonpumpen, denn sie sind leicht, handlich und vom Patienten einfach zu bedienen. Sie arbeiten aber mit großen Laufzeitabweichungen und die Injektionsmengen sind nur schwer dokumentierbar. Da sich der „mobile“ Patient allerdings meistens außerhalb der Klinik befindet, ist eine präzise Verfolgung des Therapieverlaufes äußerst wichtig. Der Arzt braucht für eine erfolgreiche Behandlung genaue Informationen. Gefragt ist dann ein Pumpensystem, das auch außerhalb der Klinik eine genaue Dokumentation erlaubt. Aktuell sind in solchen Fällen Peristaltikpumpen das Mittel der Wahl, die aber aufgrund ihres hohen Gewichts und der beachtlichen Größe den Patienten stark einschränken und damit nicht wirklich mobil sind. Sie erlauben allerdings eine präzise Dosierung und programmierbare Fördervogungsfreiheit einzuschränken. Ebenso wichtig sind ein niedriger Energieverbrauch, damit die Akkus lange halten und ein zuverlässiger, verschleißarmer Betrieb für lange Wartungsintervalle. In diesem Zusammenhang lohnt es sich, die üblicherweise in den Peristaltikpumpen eingesetzten Antriebe unter die Lupe zu nehmen: Die oft verwendeten kleinen, getriebeübersetzten Elektromotoren erzeugen zwar 01 Piezobasierte Ultraschallantriebe lassen sich gut in mobile Arzneimittelpumpen integrieren 110 antriebstechnik 4/2015

02 Schwingungen mit Ultraschallfrequenzen eines piezokeramischen Aktuators werden entlang einer Reibschiene in lineare Bewegung umgewandel die für das Pumpprinzip notwendigen hohen Kräfte bzw. Drehmomente. Sie sind aber auch langsam; ihre mechanischen Mikrogetriebe arbeiten selten spielfrei und sind obendrein sehr verschleißanfällig. Als wirklich zuverlässig lässt sich eine solche Lösung deshalb nicht bezeichnen, denn kurze Wartungsintervalle verursachen Aufwand und Kosten. Auch wer deshalb getriebelose Direktantriebe einsetzt, muss leider meist Nachteile in Kauf nehmen. Je nach technischer Ausführung der Peristaltikpumpen stehen vergleichsweise wenig Kraft oder Drehmoment zur Verfügung. Man muss dann den Antrieb größer wählen, was wiederum Auswirkungen auf die Abmessung der Pumpe haben kann. Hinzu kommt, dass die Direktantriebe zwar reaktionsschnell sind, deshalb mechanisch blockiert werden; auch das ist wieder mit Aufwand verbunden. Es gibt also genügend Gründe, sich bei mobilen Arzneimittelpumpen nach einer alternativen Antriebslösung umzuschauen: Kompakter Antrieb für den mobilen Einsatz „Kompakte, piezobasierte Ultraschallantriebe können bei mobilen Arzneimittelpumpen neue Perspektiven erschließen“ aufgrund der fehlenden Getriebe-Mechanik aber nicht selbsthemmend. Um bei Nicht-Betrieb der Pumpe die Position stabil zu halten, müssen sie folglich bestromt werden. Bei kurzen Betriebszyklen, also wenn die Zeitdauer der Medikamentierung nur kurz ist und die „Nicht-Betriebszeiten“ lang, würde sich das verheerend auf die Akkulaufzeit auswirken. Der Motor muss Piezobasierte Ultraschallantriebel können hier z. B. neue Perspektiven erschließen. Sie sind sehr kompakt, verschleißarm und selbsthemmend. Sie halten also auch im ausgeschalteten Betrieb ihre Position, selbst bei Stürzen und Schlägen. Aufgrund ihres Funktionsprinzips, ihrer flachen Bauweise und den individuellen Anpassungsmöglichkeiten lassen sie sich in mobile Arzneimittelpumpen integrieren und arbeiten praktisch geräuschlos. Wie die kompakten Piezoantriebe funktionieren ist einfach zu verstehen: Schwingungen mit Ultraschallfrequenzen eines piezokeramischen Aktors werden entlang eines Läufers in lineare Bewegung umgewandelt und treiben so den beweglichen Teil eines mechanischen Aufbaus an. Das Kernstück des Antriebs ist eine monolithi-

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