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Indi­vi­du­elle Antriebs­lö­sungen für die Medi­zin­technik

Die Medi­zin­technik stellt hohe Anfor­de­rungen an die einge­setzte Antriebs­technik. Die passende Lösung durch Kombi­na­tion unter­schied­li­cher Module indi­vi­duell zusam­men­zu­stellen ist deshalb ein praxis­ge­rechter Ansatz.


Die Medi­zin­technik ist ein breites Feld und viele der Anwen­dungen benö­tigen Antriebs­sys­teme. Zahn­arzt­stühle (Bild 1) mit ihren verstell­baren Nacken­stützen gehören ebenso dazu wie Diagno­se­ge­räte und Compu­ter­to­mo­gra­phen (Bild 2), aber auch Röntgen-, und Thera­pie­ge­räte z. B. für Bewe­gungs­übungen. Hinzu kommen Beleuch­tungs­sys­teme im OP-Bereich oder auto­ma­ti­sche Verstell­ein­rich­tungen an OP-Tischen, Trep­pen­liften oder ähnli­chem.

Oft sind hier kompakte Antriebe mit vergleichs­weise nied­riger Leis­tung gefragt, die sehr zuver­lässig und mit hoher Posi­tio­nier­ge­nau­ig­keit arbeiten müssen. Lang­le­big­keit, geräusch­armer Lauf, Dynamik und eine präzise Dreh­zahl­re­ge­lung sind weitere Anfor­de­rungen, die es zu erfüllen gilt. Mit den indi­vi­duell konfi­gu­rier­baren ECI-42-Antrieben des Antriebs­spe­zia­listen ebm-papst sind Anwender in solchen Fällen gut beraten. Der Antriebs­bau­kasten erlaubt es, die passende Vari­ante durch Kombi­na­tion unter­schied­li­cher, getes­teter und vali­dierter Module, wie Bremse, Encoder etc. zusam­men­zu­stellen (Bild 3).

42-mm-Motor, Getriebe, Bremse und Encoder

Bild 1: Die Medi­zin­technik verlangt oft kompakte Antriebe mit eher nied­riger Leis­tung, zum Beispiel für diverse Einstel­lungen bei Zahn­arzt­stühlen.

In der Entwick­lung der kompakten, elek­tro­nisch kommu­tierten, bürs­ten­losen Innen­läu­fer­mo­toren steckt viel Appli­ka­tions-Knowhow. Dadurch sind die Motoren perfekt für den Einsatz in der Medi­zin­technik ausge­legt und der Anwender profi­tiert von kompletten Antriebs­lö­sungen aus einer Hand. Durch die hohe Leis­tungs­dichte bauen die Antriebe sehr kompakt, was dem Gerä­te­de­sign zu Gute kommt. Auch hier sind dadurch oft kompak­tere Abmes­sungen möglich.

Das „Herz“ aller Konfi­gu­ra­tionen ist ein bürs­ten­loser, elek­tro­nisch kommu­tierter Innen­läu­fer­motor mit 42 mm Durch­messer und Stator­bau­längen von 20 oder 40 mm. Er erreicht Leis­tungen von rund 45 bzw. 90 Watt bei 110 bzw. 220 mNm Nenn­dreh­mo­ment und 4.000 U/min Nenn­dreh­zahl. Der Wirkungs­grad liegt bei bis zu 80 %. Die Motoren gibt es stan­dard­mäßig in 24 und 48 V DC Schutz­klein­span­nung-Ausfüh­rung. Aktuell sind Hall-Sensoren zur Rotor­la­ge­er­fas­sung inte­griert und der Motor wird über einen externen Regler ange­steuert. Inte­grierte Elek­tronik-Module mit Funk­tionen wie beispiels­weise Dreh­zahl- oder Lage­regler wahl­weise mit BUS-Schnitt­stelle sind bereits in der Entwick­lung.

Getriebe- und Brem­sen­mo­dule für unter­schied­liche Anfor­de­rungen

Bild 2: Compu­ter­to­mo­gra­phen brau­chen zuver­läs­sige und leise Antriebe, um die Geräusch­be­las­tung zu mini­mieren.

Um die hohen Dreh­zahlen der Innen­läu­feran­triebe zu redu­zieren und das Abtriebs­mo­ment auf anwen­dungs­ge­rechtes Niveau zu bringen, stehen verschie­dene Getrie­be­mo­dule zur Verfü­gung. Neben Planeten- und Stirn­rad­ge­trieben mit unter­schied­li­chen Unter­set­zungs­ver­hält­nissen sind z. B. auch die platz­spa­renden EtaCrown-Winkel­ge­triebe auf Basis der inno­va­tiven Kronen­rad­tech­no­logie lieferbar. „Flüs­ter­leisen“ Betrieb garan­tiert das Plane­ten­ge­triebe Noisel­ess­Plus 42 und mit dem Optimax 42 Getriebe (Bild 4) steht jetzt auch für die kleinen 42-mm-Antriebe ein extrem robustes und über­last­festes ein- oder zwei­stu­figes Plane­ten­ge­triebe in Schutzart IP50 oder optional sogar IP54 zur Verfü­gung.

Verlangt die Anwen­dung Halte- bzw. Sicher­heits­bremsen für einen schnellen Not-Stopp oder um beispiels­weise bei einer Hubein­rich­tung bei Ausfall der Versor­gungs­span­nung die Posi­tion sicher zu halten, können Module mit Perma­nent­ma­gnet- oder Feder­druck­bremsen die Antriebs­ein­heit ergänzen. Damit ist eine Gefähr­dung des Pati­enten ausge­schlossen. Bei Rönt­gen­auf­nahmen können so die Posi­tionen auch über längere Zeit präzise und sicher gehalten werden.

Posi­ti­ons­er­fas­sung mit hoch­auf­lö­sendem Encoder

Für die präzise Posi­ti­ons­er­fas­sung lässt sich ein Encoder­modul in die Antriebs­ein­heit inte­grieren. Der magne­ti­sche Inkre­men­tal­geber arbeitet mit einer Auflö­sung von 12 Bit, die sich je nach gewählter Getrie­be­lö­sung noch erhöht, so dass eine Genau­ig­keit an der Abtriebs­welle von bis zu 0,08 Grad erreicht werden kann. Optional sind auch klei­nere Auflö­sungen möglich.

Bild 3: Der ECI-42-Antriebs­bau­kasten erlaubt es, die passende Vari­ante durch Kombi­na­tion unter­schied­li­cher, getes­teter und vali­dierter Module zusam­men­zu­stellen.

In der nächsten Ausbau­stufe wird es zudem ein abso­lutes Multi­turn-Modul geben (bis 17 Bit Auflö­sung im Single­turn- und bis 32 Bit im Multi­turn­be­reich). Der Umdre­hungs­zähler arbeitet ohne Batte­rien – statt­dessen nutzt er ein Energie-Harve­s­ting-System, das auf dem Wiegand-Effekt basiert. Die für die Spei­che­rung der Umdre­hungs­in­for­ma­tion notwen­dige Energie wird also aus einem rotie­renden Magnet­feld gewonnen. Das macht Backup-Batte­rien, Getriebe und zuge­hö­rige Wartungs­maß­nahmen über­flüssig.

Praxis­ge­rechte Anschluss­technik

Bild 4: Mit dem „Optimax 42“ steht jetzt auch für die kleinen 42-mm-Antriebe ein extrem robustes und über­last­festes ein- oder zwei­stu­figes Plane­ten­ge­triebe in Schutzart IP50 oder optional sogar IP54 zur Verfü­gung.

Die indi­vi­duell zusam­men­ge­stellten 42-mm-Antriebe aus dem ebm-papst Antriebs­bau­kasten erfüllen die Anfor­de­rungen der Schutzart IP50 oder IP54 und bieten beim elek­tri­schen Anschluss variable Möglich­keiten. Dazu zählen beispiels­weise indus­trie­taug­liche Stecker, bei denen der radiale Winkel­ste­cker mit Bajo­nett­ver­schluss drehbar ist und auto­ma­tisch einrastet. Für platz­kri­ti­sche Anwen­dungen steht ein axialer Stecker zur Verfü­gung, alter­nativ ist auch ein konfek­tio­nierter Kabel­an­schluss möglich.

Die indus­trie­ge­recht ausge­führten Antriebe eignen sich für prak­tisch alle Anwen­dungen in der Medi­zin­technik, die ener­gie­ef­fi­zi­ente Klein­an­triebe benö­tigen. Dank defi­nierter Vorzugs­typen sind ausge­wählte Antriebs­kon­fi­gu­ra­tionen inner­halb von 48 Stunden versand­fertig. So können beispiels­weise Bemus­te­rungen in kürzester Zeit reali­siert werden. Die Antriebe lassen sich über das Online-Portal idt-config.ebmpapst.com konfi­gu­rieren und bestellen. 

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