Prin­zi­piell ist Klein­span­nung als Bereich der Nieder­span­nung defi­niert mit maximal 120 Volt Gleich­span­nung oder maximal 50 Volt Wech­sel­span­nung. Für Mensch und Tier sind diese Werte nicht voll­kommen harmlos, aber nicht lebens­be­dro­hend. Auch für empfind­liche Gerät­schaften kann eine solche Klein­span­nung in der Umge­bung für eine sichere Funk­tion sinn­voll sein. Es lässt sich nicht allge­mein­gültig beant­worten, welche Klein­span­nung bei elek­tri­schen Antrieben aus Sicher­heits­gründen ange­bracht ist.

Die in vielen Auto­ma­ti­sie­rungs­an­wen­dungen verbrei­teten, indus­trie­ge­recht ausge­legten Antriebe von ebm-papst St. Georgen arbeiten übli­cher­weise mit Klein­span­nung, konkret sind das Gleich­span­nungen von 24 oder 48 V (Bild 1). Das heißt nicht immer, dass die Motoren genau an diesen Span­nungen betrieben werden müssen. Viel­mehr sorgen Trans­for­ma­toren in den Netz­teilen und Batte­rien in mobilen Geräten für die notwen­dige galva­ni­sche Tren­nung und Sicher­heit.

Modu­lares Antriebs­system für den Klein­span­nungs­be­trieb

Wie bei Gleich­span­nungen unter 60 V allge­mein üblich, ist prin­zi­piell bei den Antrieben kein aufwän­diger Berüh­rungs­schutz vorzu­sehen. Denn die Klein­span­nungs­werte gelten im normalen Umfeld als unge­fähr­lich. Eine klas­si­sche Defi­ni­tion für die Schutz­klein­span­nung gibt es nicht, nur das Ziel, dass diese Span­nung völlig unge­fähr­lich sein muss. Ob sie das ist, hängt von der Anwen­dung ab: Ein Indus­trie­ro­boter oder ein Fahrer­loses Trans­port­system stellen hier andere Anfor­de­rungen als ein medi­zin­tech­ni­sches Gerät, das direkt am Pati­enten einge­setzt wird.

Ein OP-Tisch (Bild 2) ist dafür ein gutes Beispiel: Obwohl bei weniger als 60 V Gleich­span­nung keine lebens­be­dro­henden Strom­schläge zu befürchten sind, könnten schon kleinste elek­tri­zi­täts­be­dingte Muskel­re­flexe beim Pati­enten oder Opera­teur schwer­wie­gende Auswir­kungen haben. Das gesamte Sicher­heits­kon­zept und das Gerä­te­de­sign entscheiden in solchen Fällen über die Wahl der rich­tigen Span­nung. Die Klein­span­nungs­an­triebe sind hier eine sehr gute Wahl (Bild 3).

Bild 2: Medi­zin­technik stellt beson­ders hohe Sicher­heits­an­for­de­rungen. Bei einem OP-Tisch könnten schon kleinste elek­tri­zi­täts­be­dingte Muskel­re­flexe beim Pati­enten oder Opera­teur fatale Auswir­kungen haben. (Grafik | Adobe Stock/Viktor)

Bild 3: Servo­an­trieb ECI 80 mit robustem Optimax Getriebe für den Einsatz z. B. in OP-Tischen. Durch das modu­lare Antriebs­system ist dieser Antrieb auch zusätz­lich mit Geber­sys­temen, effi­zi­enter Bremse (Green Brake) etc. indi­vi­duell konfi­gu­rierbar. (Grafik | ebm-papst)

Kleine Span­nung, viele Vorteile

Was bedeutet dies nun für die Antriebe aus dem Modu­laren Antriebs­system von ebm-papst? Das “Herz” aller hier mögli­chen Konfi­gu­ra­tionen sind elek­tro­nisch kommu­tierte Innen- und Außen­läu­fer­mo­toren im Leis­tungs­be­reich von ca. 10 bis 750 W, die alle mit Klein­span­nungen arbeiten. Neben den Motoren sind Regel­elek­tro­niken mit unter­schied­li­chen Kommu­ni­ka­ti­ons­schnitt­stellen, unter­schied­liche Getrie­be­va­ri­anten sowie Encoder und Bremsen verfügbar, so dass sich Antriebs­lö­sungen quer durch alle Bran­chen reali­sieren lassen.

Klein­span­nung geht nicht mit einer Leis­tungs­ein­schrän­kung einher, wie man vermuten könnte; sondern das Gegen­teil ist der Fall.  So treiben elek­trisch kommu­tierte Antrieb­sys­teme wie im Fahr-Lenk-System ArgoDrive etwa Fahrer­lose Trans­port­fahr­zeuge (Auto­mated Guided Vehicles (AGV), Bild 4) in der Intra­lo­gistik an und sind dabei dreh­mo­ment­stark und effi­zient. Anwender brau­chen hier keine Kompro­misse bei der Leis­tung einzu­gehen und haben trotzdem die Sicher­heit, dass durch die Fahr­zeuge keine Gefahr eines elek­tri­schen Schlags ausgeht.

Ein typi­scher Klein­span­nungs­an­trieb von ebm-papst kann bei glei­chem Bauraum und Gewicht meist mehr als die 3-fache Leis­tung (oder noch höher) eines vergleichbar leis­tungs­starken und mit Elek­tronik und Sensorik ausge­stat­teten Nieder­span­nungs­an­triebs errei­chen (Bild 5, Tabelle). Wer also Kompakt­heit in Kombi­na­tion mit einfa­cher Instal­la­tion und Inbe­trieb­nahme schätzt, ist damit gut beraten.

Antriebe für AGVs

Wer für seine Anwen­dung so wie bei den AGVs ohne Weiteres auf Antriebe mit Klein­span­nung setzen kann, profi­tiert an uner­war­teten Stellen: So darf beispiels­weise Personal ohne spezi­elle Quali­fi­ka­tion die Inbe­trieb­nahme durch­führen, wenn Sicher­heits- und Risi­ko­be­trach­tung dies erlauben. Bei Monta­ge­ro­bo­tern etwa könnten einfa­chere Anlagen- und Werks­kon­zepte möglich werden. Klein­span­nung lohnt sich also mehr­fach; die rich­tige Schutz­klein­span­nung sogar noch mehr. Dazu zählen auch Anwen­dungen, bei denen eine beson­ders hohe elek­tri­sche Sicher­heit gewähr­leistet sein muss, wie beispiels­weise beim oben erwähnten OP-Tisch.

Denn auch wenn die Hersteller hier auf den ersten Blick sehr anspruchs­volle Wünsche haben, lässt sich meist die passende Lösung finden. Sie haben die Verant­wor­tung für ihr Gerät und defi­nieren dementspre­chend die Anfor­de­rungen an die Antriebe. Dazu zählen etwa die Einhal­tung der Luft- und Kriech­stre­cken, Isola­ti­ons­kon­zepte oder der Einsatz bestimmter Mate­ria­lien, die beispiels­weise nicht ausgasen oder brennen dürfen.

Ein Antrieb für jeden Fall

Dank der jahr­zehn­te­langen Erfah­rung von ebm-papst lässt sich in solchen Fällen meist eine Stan­dard­lö­sung aus dem modu­laren Antriebs­system mit weit über 4.000 Kombi­na­ti­ons­mög­lich­keiten finden. Durch die Klein­span­nung können die Kabel bei den elek­tri­schen Anschlüssen kleiner dimen­sio­niert werden. Im Vergleich zu Nieder­span­nungs­an­trieben sind diese Motoren inklu­sive Elek­tronik dadurch wesent­lich kompakter und lassen sich auch bei beengten Einbau­ver­hält­nissen gut unter­bringen.

Mit den Prüf­ein­rich­tungen, die bei ebm-papst im Haus verfügbar sind, werden die gewählten Antriebs­lö­sungen auf Herz und Nieren geprüft und entspre­chende Doku­men­ta­tionen erstellt. Dabei ist es auch möglich, dass Stan­dard­an­triebe mit über­schau­barem Aufwand sich an die Anwen­der­wün­sche anpassen lassen. Schon eine andere Betrach­tungs­weise kann helfen. Viel­leicht lässt sich der gewünschte Effekt zum Beispiel schon mit einem galva­nisch getrennten Netz­teil errei­chen.

ebm-papst in der Medi­zin­technik