Kleinstantriebe für medizinische Pumpen:

Insulin zuverlässig dosiert

Mit einer Insulinpumpe können chronisch Kranke ihre Behandlung optimal steuern. Bild: click_and_photo - stock.adobe.com

Diabetes gehört in der heutigen Gesellschaft zu den großen Volkskrankheiten. Wird die Krankheit nicht rechtzeitig oder nicht richtig behandelt, können wichtige Organe wie Herz, Augen und Nieren großen Schaden erleiden. Mit einer Insulinpumpe haben Kranke nun die Möglichkeit, ihre Behandlung optimal zu steuern. Weil vom Antrieb der Pumpe sogar Menschenleben abhängen, sind die Anforderungen an die Technik immens. Zuverlässigkeit und Präzision stehen an oberster Stelle. Für die komfortable Nutzung spielen dann aber auch geringes Gewicht und kompakter Aufbau der Antriebseinheit eine entscheidende Rolle.

Diabetes mellitus, im Volksmund Zuckerkrankheit genannt, ist eine chronische Stoffwechselerkrankung, bei der die Versorgung des Körpers mit dem Hormon Insulin gestört ist. Bei Gesunden steigt kurz nach dem Essen der Blutzuckerspiegel an, weil die Glukose aus der Nahrung in das Blut übergeht. Das Insulin bewirkt, dass der Zucker aus dem Blut von den Körperzellen aufgenommen wird. Dadurch sinkt der Blutzuckerspiegel wieder. Über diesen körpereigenen Regelmechanismus hält das Insulin den Blutzuckerspiegel in engen Grenzen konstant. Menschen, die kein oder nicht ausreichend Insulin produzieren oder verwerten können, leiden an Diabetes.

Diabetes – zwei unterschiedliche Typen

Die Medizin unterscheidet Typ-1- und Typ-2-Diabetes. Typ-1-Diabetes tritt in der Regel schon im Kindes- oder Jugendalter auf. Diese Patienten produzieren kein Insulin im Körper. Dagegen ist Typ-2-Diabetes auf ungesunde Ernährung, Übergewicht und mangelnde Bewegung zurückzuführen. An Diabetes Erkrankte benötigen regelmäßig Insulin, um ihren Blutzuckerwert zu regulieren.

Bei Patienten, die am Typ-2-Diabetes leiden, genügt in der Regel die orale Einnahme von Tabletten. Bei schweren Typ-2-Fällen sowie bei Typ-1-Patienten ist Spritzen von Insulin ins Gewebe notwendig. In Deutschland ist das Einspritzen mithilfe eines Pens sehr verbreitet, einem Injektionsgerät, das einem Füller ähnelt. Zusätzlich zur Insulingabe müssen die Patienten ihren Blutzucker regelmäßig überprüfen und den Kohlenhydratgehalt ihrer Mahlzeiten einschätzen lernen, um die benötigte Insulinmenge richtig zu berechnen.

Entlastung durch Technik: Insulinpumpen mit Kleinstmotor

Insulinpumpe – ein Blick ins Innere. Bild: FAULHABER

Insulinpumpe – ein Blick ins Innere.
Bild: FAULHABER

Tatsächlich gibt es seit einiger Zeit eine neue technische Entwicklung, die Diabetes-Patienten das Leben deutlich erleichtern soll: die Insulinpumpe. Diese trägt der Patient direkt am Körper. Sie gibt laufend eine kleine Menge an Insulin ins Unterhautfettgewebe ab, das zu den Mahlzeiten zusätzlich benötigte Insulin lässt sich per Knopfdruck steuern. Die Kohlenhydratmenge im Essen muss der Patient nach wie vor selbst abschätzen, dennoch ist die Insulinpumpe für die meisten Anwender eine große Erleichterung im Alltag. Selbst bei Kleinkindern wird sie bereits genutzt. Hier kann sie von den Eltern per Fernbedienung gesteuert werden.

Unabhängig vom Hersteller der jeweiligen Insulinpumpe ist ihr Aufbau immer ähnlich: Eine Ampulle enthält das Insulin, das bei Bedarf mit der batteriebetriebenen Pumpe über einen Katheter und eine Kanüle in den Körper gelangt. Ein kleiner Motor drückt dazu über eine Gewindestange den Stopfen der Insulinampulle so nach vorne, dass die richtige Menge an Insulin abgegeben wird. Die Anforderungen an den Motor sind dabei äußerst hoch: Um das tragbare Gerät leicht zu halten, muss der Motor kompakt sein, in der Regel darf der Durchmesser nicht mehr als etwa 10 Millimeter betragen. Dabei muss er eine zuverlässige und präzise Leistung erbringen, denn sowohl zu wenig als auch zu viel Insulin sind für den Patienten schädlich. Von der Zuverlässigkeit des eingesetzten Motors kann sogar ein Menschenleben abhängen. Da das Insulin alle paar Minuten in den Körper eingespritzt werden muss, bedeutet das für den Motor einen regelmäßigen Start-und-Stopp-Betrieb. Zudem muss er wegen des Batteriebetriebs sehr effizient arbeiten.

Kompakter Antrieb mit höchster Zuverlässigkeit

Um all diese hohen Anforderungen abzudecken, setzen Insulinpumpenhersteller auf Kleinstmotoren von FAULHABER. Je nach Konstruktion der jeweiligen Insulinpumpe kommen dabei verschiedene Motorentechnologien zum Einsatz: DC-Kleinstmotoren mit Edelmetallbürsten, bürstenlose Motoren mit 2-Pol-Technologie oder Schrittmotoren. DC-Kleinstmotoren mit Edelmetallkommutierung der Serie 0816…SR beispielsweise spielen in Insulinpumpen gleich mehrere ihrer Stärken aus. Die winzigen Antriebe mit einem Durchmesser von 8 mm und einer Länge von 15,9 mm sind durch den freitragenden, in Schrägwicklung hergestellten Rotor sehr leicht und überzeugen durch geringes Trägheitsmoment sowie rastmomentfreien Lauf. Dank extrem geringer Stromaufnahme und niedriger Anlaufspannung eignen sich die Antriebe sehr gut für batteriebetriebene Anwendungen, z.B. in tragbaren Geräten.

Verschiedene Motorentechnologien aus dem Hause FAULHABER für den Einsatz in Insulinpumpen: DC-Kleinstmotoren mit Edelmetallbürsten, bürstenlose Motoren mit 2-Pol-Technologie sowie Schrittmotoren. Bild: FAULHABER

Verschiedene Motorentechnologien aus dem Hause FAULHABER für den Einsatz in Insulinpumpen: DC-Kleinstmotoren mit Edelmetallbürsten, bürstenlose Motoren mit 2-Pol-Technologie sowie Schrittmotoren.
Bild: FAULHABER

Die bürstenlosen DC-Servomotoren der Serien 0620…B und 0824…B dagegen überzeugen bei einem Durchmesser von 6 mm und einer Länge 20 mm (bzw. Durchmesser 8 mm, Länge 24,1 mm) durch eine sehr lange Lebensdauer. Sie sind speziell für extreme Einsatzbedingungen konstruiert, finden ihre Anwendung also überall da, wo hohe Zuverlässigkeit, präzise Funktion und lange Lebensdauer gefragt sind. Bemerkenswert sind die ruhigen Laufeigenschaften und der besonders niedrige Geräuschpegel. In Ergänzung mit analogen Hallsensoren lässt sich bei diesen bürstenlosen DC-Servomotoren die Dosierung besonders exakt kontrollieren.

Einige Hersteller von Insulinpumpen setzen auf die Schrittmotoren der Serien AM 0820 oder AM 1020. Der robuste Aufbau der Motoren, ein großer Drehzahlbereich und die hohe Leistungsfähigkeit auch unter schwierigsten Einsatzbedingungen machen die PRECIstep® Antriebssysteme zur idealen Lösung für anspruchsvolle Positionieraufgaben. Sie lassen sich mit einer Vielzahl an modularen Servokomponenten ergänzen, wie Encodern, spielarmen Getrieben oder integrierten Spindeln. Mit zwei Phasen bieten sie 20 Schritte pro Umdrehung und das bei einem Durchmesser von 8 mm und einer Länge von 13,8 mm (bzw. Durchmesser von 10 mm und Länge von 15,9 mm).

Technik macht das Leben leichter

Tragbare medizinische Pumpen werden heute vornehmlich von Diabetespatienten genutzt, doch weitere Anwendungsgebiete zeichnen sich ab. Denn auch bei anderen chronischen Krankheiten wie etwa Parkinson oder bei Immundefekten sind Patienten auf regelmäßige Injektionen angewiesen. Erste Projekte mit Schrittmotoren der Serie AM 0820 wurden bereits realisiert und machen deutlich, wie moderne Technik das Leben von Patienten erheblich erleichtern kann.

Über FAULHABER
FAULHABER ist spezialisiert auf Entwicklung, Produktion und Einsatz von hochpräzisen Klein- und Kleinstantriebssystemen, Servokomponenten und Steuerungen bis zu etwa 250 Watt Abgabeleistung. Dazu zählt die Realisierung von kundenspezifischen Komplettlösungen ebenso wie ein umfangreiches Programm an Standardprodukten wie bürstenlose Motoren, DC-Kleinstmotoren, Encoder und Motion Controller. Die Marke FAULHABER gilt weltweit als Zeichen für hohe Qualität und Zuverlässigkeit in komplexen und anspruchsvollen Anwendungsgebieten wie Medizintechnik, Fabrikautomation, Präzisionsoptik, Telekommunikation, Luft- und Raumfahrt sowie Robotik. Vom leistungsstarken DC-Motor mit 224 mNm Dauerdrehmoment bis zum filigranen Mikroantrieb mit 1,9 Millimetern Außendurchmesser umfasst das FAULHABER Standardportfolio mehr als 25 Millionen Möglichkeiten, ein optimales Antriebssystem für eine Anwendung zusammenzustellen. Dieser Technologiebaukasten ist zugleich die Basis für Modifikationen, um auf besondere Kundenwünsche für Sonderausführungen eingehen zu können.

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Dipl Ing. (BA) Andreas Seegen

Leiter Marketing bei FAULHABER

Nora Crocoll

Nora Crocoll

Studium Technische Redaktion, Praxis in der Elektronik-Industrie. Diplomarbeit in der Softwareentwicklung (XML-basierte Arbeitsumgebung für Redaktionsleitfaden). Seit 2005 als Autorin beim Redaktionsbüro Stutensee.

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