Miniaturantriebe in Herzunterstützungssystem von Berlin Heart

Ein menschliches Herz arbeitet im 24/7-Betrieb und darf nicht ausfallen. Deshalb stellt die Berlin Heart allerhöchste Qualitätsanforderungen an ihre Herzunterstützungssysteme. In den mobilen Versionen der „Excor“-Serie wird das externe Kunstherz von einem Miniatur-Kugelgewindetriebe von NSK angetrieben. Hubvolumen und Taktfrequenz bilden in Excor exakt die Arbeitsweise des menschlichen Herzens des Patienten nach.

Drei bis viereinhalb l Fördervolumen/min im Ruhezustand, adaptive Regelung mit Taktraten von 50 bis 200 Zyklen/min und über 100.000 Arbeitszyklen pro Tag: Das menschliche Herz ist eine bemerkenswerte „Maschine“. Leider gibt es Menschen, bei denen das Herz seine Aufgabe nicht oder nur unzureichend erfüllt. Für sie hat die Berlin Heart GmbH Herzunterstützungssysteme oder VADs (Ventricular Assist Devices) entwickelt.

1996 gegründet ist Berlin Heart der einzige europäische Hersteller von VAD-Systemen und auch der einzige, der diese anspruchsvolle Technik neben Erwachsenen auch für Kinder und Säuglinge anbietet. Der jüngste Patient, der erfolgreich bis zur Herztransplantation unterstützt wurde, war erst acht Tage alt, als er ein VAD-System erhielt.

Wie die Kunstherze bei Berlin Heart funktionieren

Bei den mobilen Excor VADs von Berlin Heart wird in der Therapie der Blutkreislauf vom Patienten über Kanülen mit Druckluftmembranpumpen verbunden, die sich außerhalb des Körpers befinden. Ein Miniatur-Kugelgewindetrieb führt 60 bis 130 Mal/min einen Hub von bis zu 55,5 mm aus und drückt damit eine definierte Menge Luft gegen die Membran, auf deren anderer Seite sich die Kanülen und mit ihnen der Blutkreislauf des Patienten befinden. Bei der Auswahl des Antriebssystems war die Lebensdauer das entscheidende Kriterium. Nedim Arslan, Abteilungsleiter Konstruktion bei Berlin Heart: „Die NSK-Antriebe haben in unserem Benchmark-Test eine Lebensdauer von rund 120 Millionen Zyklen erreicht – das war mit Abstand der beste Wert."

Miniatur Steckverbinder für sichere Signalübertragung 

Für höchste Betriebssicherheit muss der Patient alle drei Monate – nach rund zehn Millionen Zyklen – eine Wartung der Antriebseinheiten vornehmen lassen, während der u. a. die Spindel gereinigt und gefettet wird. Erleichtert wird der Service durch Modifikationen an der Geometrie des Kugelgewindetriebs, die der Hersteller vorgenommen hat. Auch die Auswahl des Fettes wurde bei der Projektierung des Antriebs berücksichtigt. Trotz der geringen Leistung der Servomotoren erreicht die Miniaturspindel mit 8 mm Durchmesser im Betrieb Temperaturen von 70° bis 80 °C. Das Fett wurde auf dieses hohe Temperaturniveau abgestimmt.

Basis des Spindelsystems ist ein Kugelgewindetrieb in geschliffener Ausführung mit Genauigkeitsklasse C3. Die Spindeln werden gemäß Kundenanforderung gefertigt, so dass sie als „tailor-made“ gelten können. Der Antrieb wird als einbaufertiges Modul mit passend aufgebauter Lagereinheit geliefert.