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Antriebssystem Antriebe für medizintechnische Geräte

| Autor / Redakteur: Patrick Schumacher und Jana Strauß / Dipl.-Ing. (FH) Sandra Häuslein

Wer in der Medizintechnik Geräte mit dem passenden Antriebssystem ausstatten will, wird mit zahlreichen unterschiedlichsten Anforderungen konfrontiert. EBM-Papst unterstützt mit einem Baukasten aus Antriebsmodulen, die sich flexibel kombinieren lassen.

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Mit dem Antriebsbau­kasten von EBM-Papst lassen sich Motoren und Getriebe mit unterschiedlichen, getesteten und validierten Modulen wie Bremsen, Encoder und Elektronik kombinieren.
Mit dem Antriebsbau­kasten von EBM-Papst lassen sich Motoren und Getriebe mit unterschiedlichen, getesteten und validierten Modulen wie Bremsen, Encoder und Elektronik kombinieren.
(Bild: EBM-Papst)

Ob Zahnarztstühle mit ihren verstellbaren Nackenstützen, Diagnosegeräte und Computertomographen oder Röntgen-, und Therapiegeräte für Bewegungsübungen – in medizintechnischen Geräten stecken zahlreiche Antriebssysteme mit unterschiedlichsten Anforderungen. Auch Bleuchtungssysteme im OP-Bereich, automatische Verstelleinrichtungen an OP-Tischen und Treppenlifte oder ähnliches gehören dazu.

Oft sind 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 bietet EBM-Papst für jede Anwendung die passende Variante, die sich mit unterschiedlichen, getesteten und validierten Modulen, wie Bremse, Getrieben und Encoder, etc. kombinieren lässt.

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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 W bzw. 90 W bei 110 mNm bzw. 220 mNm Nenndrehmoment und 4000 min–1 Nenndrehzahl. Der Wirkungsgrad liegt bei bis zu 80 %. Die Motoren gibt es standardmäßig in 24 V DC und 48 V DC Schutzkleinspannungsausführung. Aktuell sind Hall-Sensoren zur Rotorlageerfassung integriert und der Motor wird über einen externen Regler angesteuert. Integrierte Elektronik-Module mit Funktionen wie Drehzahl- oder Lageregler wahlweise mit BUS-Schnittstelle sind bei EBM-Papst in der Entwicklung.

Passende Getriebe- und Bremsenmodule wählen

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 zum Beispiel auch die platzsparenden Eta-Crown-Winkelgetriebe auf Basis der innovativen Kronenradtechnologie lieferbar. Einen sehr leisen Betrieb garantiert EBM-Papst mit dem Planetengetriebe Noiseless Plus 42. Mit dem Optimax-42-Getriebe steht auch für die kleinen 42-mm-Antriebe ein robustes und überlastfestes ein- oder zweistufiges Planetengetriebe in Schutzart IP50 oder optional 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.

Buchtipp

Das Buch Praxishandbuch Antriebsauslegung hilft bei der Auswahl der wesentlichen Bestandteile elektrischer Antriebssysteme: Motor, Getriebe, Stellgerät, Netzversorgung sowie deren Zusatzkomponenten. Auch auf die Berechnung wird intensiv eingegangen.

Positionserfassung mit 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, sodass eine Genauigkeit an der Abtriebswelle von bis zu 0,08° erreicht werden kann. Auch kleinere Auflösungen sind möglich.

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.

Anwendertreff mechatronische Antriebstechnik

Im Fokus des Anwendertreffs mechatronische Antriebstechnik stehen die mechanischen Komponenten Getriebe, Kupplungen und Bremsen sowie deren Auslegung, Dimensionierung und Zusammenspiel im mechatronischen Gesamtsystem.

Mehr Infos

Unterschiedliche elektrische Anschlüsse möglich

Die individuell zusammengestellten 42-mm-Antriebe aus dem EBM-Papst-Antriebsbaukasten bieten auch 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 Antriebe eignen sich für praktisch alle Anwendungen in der Medizintechnik, die energieeffiziente Kleinantriebe benötigen. Aufgrund der definierten Vorzugstypen sind ausgewählte Antriebskonfigurationen innerhalb von 48 Stunden versandfertig. So können beispielsweise Bemusterungen in kurzer Zeit realisiert werden. Die Antriebe lassen sich über das Online-Portal idt-config.ebmpapst.com konfigurieren und bestellen.

* Patrick Schumacher leitet das Produktmanagement für industrielle Antriebstechnik, Jana Strauß ist Market Manager Medical, beide bei EBM-Papst St. Georgen.

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