Infusionspumpen: Kunststoff-Gleitlager helfen bei hochpräziser Dosierung

Sehr, sehr langsam und ganz gleichmäßig: Das kennzeichnet die Linearbewegung von wenigen Zentimetern, die eine Infusionspumpe ausführt, wenn sie über mehrere Stunden Medikamente in die Blutbahn des Patienten eindosiert. Für diese Medizingeräte hat sich weltweit der Markenname ‚Perfusor‘ etabliert. Hergestellt werden sie von der B. Braun Melsungen AG. Und auch in der neuesten Perfusor-Baureihe „Compact Plus“ wird der Linearantrieb der Pumpe mit Gleitlagern des motion plastics Spezialisten igus geführt – ruckelfrei und hoch präzise.
 
Mit dem Perfusor hat die B. Braun Melsungen AG erreicht, was im Marketing als eines der höchsten Ziele gilt: Ein Markenname hat sich als Gattungsbegriff für eine ganze Produktgruppe durchgesetzt. In diesem Fall für die von B. Braun erfundenen Spritzen- oder Infusionspumpen. Diese Medizingeräte sind heute in jedem Krankenhaus verbreitet. Sie dosieren das in Spritzen enthaltene Medikament mit hoher Genauigkeit und bei Bedarf über lange Zeiträume in die Blutbahn des Patienten.

Auf einer Intensivstation können pro Patienten bis zu 24 solcher Perfusoren zum Einsatz kommen. Sie versorgen den Patienten zum Beispiel mit Schmerzmitteln, Adrenalin, Nährlösungen, Betablockern oder Blut. Sie können gruppiert und am Krankenbett befestigt werden und sind über ein Kommunikationsmodul und eine Online-Suite vernetzungsfähig. Da sie auch beim Transport am Bett verbleiben, übernehmen Akkus die Stromversorgung.

Bei der Infusion muss eine gleichmäßige Bewegung ausgeführt werden. Dazu war für die B. Braun Melsungen AG ein besonders guter Reibwert der Bauteile notwendig, um eine ruckelfreie Bewegung auf kleinstem Bauraum zu realisieren. Die Lösung sollte zudem leicht zu montieren sein.

Mit einem speziell angefertigten iglidur J Clipslager wird trotz engem Bauraum eine einfache Lösung gewährleistet. Die Clipslager sind zudem wartungs- und schmierfrei, was in dieser Anwendung zwingend notwendig ist, um Verunreinigungen zu vermeiden. Ihr geringer Reibwert sorgt dafür, dass die Infusionspumpe, trotz sehr kurzen Hüben, ruckelfrei funktioniert.

Die Perfusoren sind eine wichtige Produktgruppe für B. Braun, aber eben nur eine von diversen. Denn das in Melsungen bei Kassel ansässige und seit 180 Jahren in Familienbesitz befindliche Unternehmen ist in nicht weniger als achtzehn Produkt- und Anwendungsbereichen der Medizintechnik tätig. Dazu gehören u. a. Pumpen, Dialysegeräte, Einmalartikel wie Spritzen und „Braunülen“ (noch ein Produktname als Gattungsbegriff, diesmal für Venenkatheter) sowie die Chirurgieinstrumente der Tochtergesellschaft Aesculap.
 
Im Geschäftsjahr 2017 erzielte die B. Braun AG, die weltweit rund 62.000 Mitarbeiter beschäftigt, einen Umsatz von rund 6,8 Mrd. €. Das entspricht einem Plus von 5 % und kennzeichnet die Wachstumsstrategie: In nur acht Jahren stieg der Umsatz um 2,7 Mrd. €. Die Investitionen beliefen sich auf knapp 970 Mio. € und wurden vollständig aus eigenen Mitteln finanziert.

Mit der „Compact plus“ hat B. Braun in 2017/18 eine neu konstruierte Perfusor-Baureihe im Markt eingeführt. Nötig war die Neuentwicklung wegen veränderter internationaler und nationaler Vorschriften, die großen Einfluss auf die Gestaltung und die Funktionen von Medizinprodukten haben. Die neuen Perfusoren sind mit zahlreichen Sicherheitsfunktionen ausgestattet. Dr. Dirk Aljets, Lead Engineer Infusionspumpen der „Compact“-Serie: „Das Gerät erkennt z. B. die eingelegte Spritze und überwacht alle wesentlichen Prozesse selbst. Die Steuerung ist redundant; die beiden Prozessoren kommunizieren miteinander und melden sofort, wenn sie abweichende Werte erfassen.“ Und erst wenn das Gerät die Spritze erkannt hat, wird sie verriegelt und der Antrieb gestartet.

Die Bedienerführung ist ganz auf „Usability“ ausgelegt: Viele Spritzentypen und Wirkstoffe sind in der integrierten Datenbank hinterlegt. Das OP-Personal gibt die z. B. vom Gewicht des Patienten abhängige Förderrate ein und kann sich darauf verlassen, dass dieser Wert exakt eingehalten wird. Auch vorgegebene Infusionsprofile sind möglich. Dr. Dirk Aljets: „Bei manchen Wirkstoffen muss zunächst schnell ein Bolus, d. h. ein bestimmter Pegel erreicht werden, dann wird nur noch nachdosiert.“

Bei einer Fördermenge von 0,01 bis 999,9 Millilitern pro Stunde (Bolusraten sogar bis 1800 ml/h) – typisch sind Werte um 5 ml/h – muss der (Linear-)Antrieb des Perfusors extreme Anforderungen an die Genauigkeit erfüllen, und das bei sehr langsamem Bewegungsablauf, mit dem der Spritzeninhalt in die Zuleitung gefördert wird.
 
In die Konstruktion des Antriebs haben die Braun-Ingenieure deshalb sehr viel Knowhow investiert. Dr. Dirk Aljets: „Wir verwenden einen Schrittmotor, der auf eine Spindel mit einem von uns entwickelten Sondergewinde wirkt.“ So lässt sich die gewünschte Genauigkeit und Zuverlässigkeit bei den minimalen Linearbewegungen sicherstellen. Diese Genauigkeit lässt sich sogar in Zahlen ausdrücken: „Unsere Perfusoren arbeiten mit einer maximalen Abweichung von weniger als +/- 1 %.“
 
Bei der Antriebskonstruktion verwendet B. Braun große Sorgfalt auf die Auswahl der Lager und verwendet seit 1992 Kunststofflager aus dem igus Konstruktionsbaukasten. Für die neue Compact-Serie wurde eine neue Lagerung entwickelt. Dr. Dirk Aljets: „Beim Vorgängermodell war die Wellenführung recht aufwändig – mit zwei Führungsstangen und je einem igus Lager mit Sondertolerierung und einem als Loslager. Der neue Antrieb wird über eine Rundstange mit Schlitten geführt. Das ist einfacher, spart Bauraum und auch Kosten – und ist genauso präzise.“

Die Gleitbewegung des Schlittens auf der Rundstange erfolgt über Lagerbuchsen aus dem Hochleistungspolymer iglidur J. Dass diese Buchsen schmiermittelfrei sind, ist für B. Braun nicht entscheidend, denn die Spindel muss geschmiert werden. Viel wichtiger ist ein ruckelfreies Gleiten bei extrem geringer Geschwindigkeit der Linearbewegung. Diese Anforderung wird mit den iglidur J-Buchsen erfüllt. Zudem wird die Schubstange über ein iglidur Clipslager mit Sonderkontur an der Blechplatine befestigt. Bei dieser Anwendung haben igus und B. Braun gemeinsam eine Spezifikation entwickelt, die eine zuverlässige Lagerung gewährleistet und ein Verkanten der Schubstange unmöglich macht.

Über die Jahre ist eine kontinuierliche Zusammenarbeit von B. Braun mit igus entstanden, die dazu führt, dass in den Medizingeräten diverse iglidur Kunststofflager zum Einsatz kommen – bei der Compact-Serie zum Beispiel an der Entriegelungsvorrichtung für die Spritze. Weitere Beispiele sind Bundlager in Normal- und Sondermaßen, etwa mit Ausnehmungen für die Durchführung von Leitungen. Dr. Dirk Aljets: „Teilweise brauchen wir für solche Anwendungen gar keine High-Performance-Kunststoffe, ein PE-Bauteil täte es manchmal auch. Aber uns überzeugen Qualität und Lieferfähigkeit von igus. Deshalb nutzen wir diese Lager gern, auch wenn es technisch nicht zwingend erforderlich ist.“ Und deshalb kommen sie nicht nur in den Perfusoren zum Einsatz, sondern auch in den Dialysegeräten von B. Braun.