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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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