Éliminer les sangles et les ceintures nécessaires à la fixation des prothèses

Dynaflo, Inc, concepteur et fabricant de pompes à vide et de compresseurs à membrane OEM, Dynaflo, a une histoire de création de solutions personnalisées pour répondre aux besoins d'applications très spécifiques. L'entreprise relève chaque défi en analysant une série d'éléments, notamment la taille, le rendement, la consommation d'énergie, les besoins en matériaux et tout ce qui est important pour fournir la solution qui apporte le plus grand bénéfice à l'utilisateur.

Alors qu'ils s'engageaient dans une nouvelle application pour aider à la fixation des membres prothétiques - principalement pour la fixation des jambes - ils ont d'abord vérifié si l'une de leurs plateformes de pompe à vide existantes pouvait fonctionner. Souvent, ils sont en mesure d'apporter des ajustements mineurs à une conception antérieure pour résoudre le problème en question. Pour cette application, la société a créé un nouveau modèle, la pompe à vide de la série 2000, qui fournit les niveaux de vide les plus élevés actuellement disponibles pour une pompe à membrane de cette taille (voir figure 1).

En général, les produits Dynaflo sont conçus pour maximiser l'efficacité en utilisant jusqu'à 60 % de puissance en moins que les principaux concurrents. Ils y parviennent grâce à un certain nombre d'approches exclusives, dont l'une consiste à incorporer des composants à faible usure tels que des roulements de haute qualité, des matériaux spécialement formulés et traités, ainsi que des moteurs CC sans balais standard et semi-personnalisés qui offrent des performances extrêmement élevées pour de longs cycles de vie.

Les pompes conçues par l'entreprise étant sans huile, les dispositifs fonctionnent sans risque de contamination. La conception unique des pompes elles-mêmes tire parti de l'approche distinctive de l'entreprise selon laquelle la membrane est pliée plutôt qu'étirée. Cette stratégie minimise la force nécessaire pour déplacer le diaphragme, maximise son efficacité et réduit la puissance nécessaire à son fonctionnement. Cette combinaison d'avantages était idéale pour l'application de fixation de membres prothétiques.

Figure 2 : Utilisée pour maintenir les prothèses - en utilisant le vide au lieu de courroies et de sangles - la pompe Dynaflo devait commencer à fonctionner sous charge.

Bien que certaines prothèses s'interfacent avec une goupille de verrouillage et une chaussette ou un coussin prothétique, beaucoup d'entre elles comportent encore des sangles et des ceintures qui sont encombrantes à attacher et à maintenir dans le temps. De plus, les matériaux utilisés provoquent souvent des éraflures et des frottements de la jambe à l'endroit où ils sont fixés. La solution consistait à proposer un système de fixation par aspiration. Comme Dynaflo ne disposait pas d'une unité standard répondant aux besoins de l'application, elle a décidé de créer un produit entièrement nouveau en partant de zéro. La conception de la pompe à vide à diaphragme miniature à laquelle l'équipe d'ingénieurs de la société a abouti nécessitait un certain nombre de spécifications clés pour fonctionner correctement (voir la figure 2).

Une des principales préoccupations de l'équipe était de savoir comment maintenir la prothèse en place sans perdre ne serait-ce qu'une partie du vide pendant l'utilisation. Cette situation potentielle pourrait entraîner le détachement inattendu du membre, ce qui risquerait de blesser le patient. Pour résoudre ce problème, l'équipe savait que la pompe devait être capable de démarrer en charge. Pour ce faire, le moteur utilisé pour la pompe devait fournir des couples très élevés chaque fois que nécessaire. La pompe devait également relever le défi d'atteindre -27 Hg en quelques secondes. Si l'on ajoute à ces exigences que la pompe devait être petite, avec une épaisseur de moins d'un demi-pouce, les paramètres de conception finale sont devenus très spécifiques et difficiles à atteindre.

Le bon moteur

L'équipe d'ingénieurs de Dynaflo a choisi le moteur maxon RE16 pour alimenter sa pompe (voir figure 3). Les moteurs RE sont des moteurs à courant continu brossés de précision qui intègrent des enroulements sans fer et une commutation en métal précieux, ainsi que des aimants en terre rare pour assurer un contrôle précis où la consommation de courant est proportionnelle aux exigences de couple de l'application. La solution moteur pour la pompe a fourni un rendement de plus de 90 % tout en assurant le mouvement rotatif fin nécessaire à son bon fonctionnement.

Les moteurs utilisent des balais en graphite et ont une puissance de 2,5 watts. Le RE13 a un diamètre de 13 mm et a un couple nominal de 1,44 mNm et peut fonctionner à des vitesses allant jusqu'à 10 600 tr/min. Les moteurs de la série RE de Maxon étaient littéralement le seul moteur disponible pour une application aussi sensible et importante. Dynaflo a pu intégrer le moteur dans sa conception avec une relative facilité. En outre, les moteurs RE constituaient une solution à faible bruit.

Figure 3 : Le RE16 conçu et fabriqué par maxon a offert le couple nécessaire pour démarrer la pompe à vide en charge.

Grâce à l'expertise technique de maxon et à l'attention portée aux détails de conception et de fabrication, les moteurs ont permis à l'application de la pompe de bénéficier de longs cycles de vie. Ceci était particulièrement avantageux car l'entreprise avait besoin d'un moteur qui faciliterait l'entretien de la pompe à long terme. Étant donné que le moteur représente la majeure partie du coût de la pompe, il était important que l'entreprise puisse remettre la pompe à neuf tout en réutilisant le moteur. La longue durée de vie du moteur Maxon a permis à Dynaflo de mettre à jour et de remettre à neuf des milliers de pompes avec une nouvelle tête et une nouvelle vanne et de les remettre en service en utilisant le même moteur.

Conclusion

La pompe utilisée dans l'application de fixation de la prothèse de jambe dépendait du bon moteur pour fonctionner correctement. La création d'un vide à proximité immédiate d'un corps humain peut générer des conditions potentiellement difficiles si elle n'est pas effectuée correctement. L'équipe d'ingénieurs de Dynaflo a pris soin de sélectionner et d'utiliser les bons composants pour produire une pompe à vide sûre et facile à entretenir qui durerait des années. Le résultat est un produit facile à utiliser et à mettre en œuvre par l'utilisateur final.