Engineering Case: Eliminatie van Hysteresis en 50% Productie-uitval in Kritische Flow-systemen
Introductie: Wanneer de techniek de software inhaalt
In de medische wereld is hysteresis eliminatie voor een stabiele proportionele flow essentieel voor de veiligheid van patiënten. Een fabrikant van hoogwaardige beademingssystemen stond voor een technisch raadsel: hun prototype moest een bereik dekken van 50 ml/min (neonataal) tot 200 SLPM (volwassenen). In theorie klopte het ontwerp, maar door mechanische onzekerheid werd meer dan 50% van de geproduceerde units afgekeurd.
Het probleem: Mechanische onzekerheid
De engineers ontdekten dat standaard kleppen de precisie van de software niet konden bijbenen. Zonder effectieve hysteresis eliminatie was een betrouwbare proportionele flow onmogelijk door drie factoren:
- Stiction en Hysteresis: De glijdende wrijving (frictie) van de plunjer in de klep zorgde ervoor dat de flow bij een stijgend signaal (mA) afweek van een dalend signaal. De software kon hierdoor nooit een exacte flow-waarde garanderen.
- Flow-oscillaties (Hunting): Bij lage inlaatdrukken (11 PSI) begon de klep te resoneren. Het regelsysteem probeerde dit constant te corrigeren, wat resulteerde in een instabiele, schommelende flow die onveilig was voor patiënten.
- Calibration Shift: Na verloop van tijd veranderden de mechanische eigenschappen door slijtage, waardoor de kostbare kalibratie van het instrument niet langer geldig was.
De Oplossing: De overstap naar Wrijvingsloze “Servoid” Architectuur
De oplossing lag in het fundamenteel veranderen van de mechanica. Door de overstap naar de Humphrey Servoid-technologie werd een volledige hysteresis eliminatie voor proportionele flow gerealiseerd. Dit ontwerp haalt mechanische variabelen simpelweg uit de vergelijking.
De technische doorbraak: Frictionless Design
Het hart van de Servoid is de eliminatie van glijdende onderdelen. In plaats van een plunjer die door een koker schuift, wordt het anker opgehangen in een spring cartridge met twee platte spiraalveren.
- Geen Glijdende Wrijving: Omdat het anker ‘zweeft’ in de veren, is er geen contact met de wanden. Mechanische hysteresis wordt hiermee gereduceerd tot nagenoeg nul.
- Drukgebalanceerd Systeem: De Servoid is intern drukgebalanceerd, waardoor fluctuaties in de inlaatdruk geen invloed hebben op de openingsstand. De flow is puur een functie van de mA-aansturing.
- Zelfuitlijnende Metalen Zittingen: In plaats van vervormbaar rubber zorgen metaal-op-metaal zittingen voor een lineaire respons, zelfs bij de uiterst lage flows van 50 ml/min.
Resultaat: Van 50% naar 100% First-Pass Yield
Door de overstap naar deze wrijvingsloze architectuur werd het probleem bij de bron aangepakt.
- Productie-stabiliteit: De uitval tijdens de eindtest daalde onmiddellijk naar 0%.
- Software-vereenvoudiging: Engineers hoefden geen complexe compensatie-algoritmes meer te schrijven voor mechanische hysteresis; de klep reageerde nu voorspelbaar en lineair.
- Toekomstbestendig: De ventilator kon succesvol opnieuw worden gekwalificeerd (FDA) met een superieur bereik dat veilig genoeg is voor baby’s en krachtig genoeg voor volwassenen.
Lees meer over de casestudy.
