07.09.2017

Antriebskomponenten für die Medizintechnik

Individuelle Lösungen für sensible Anwendungen

Antriebe und Aktuatoren für den Einsatz in der Medizintechnik müssen hohe technische Anforderungen und strenge Auflagen erfüllen. Hier die richtige Lösung zu finden, erfordert tiefe Produktkenntnis sowie einen Überblick über verfügbare Technik und Technologien. Mit einem Partner, der über Expertise und Erfahrung bei der Auswahl und Auslegung geeigneter Produkte verfügt, können Maschinenbauer und Medizintechnikhersteller sowohl anspruchsvolle Zeit- als auch Kostenziele erreichen.


Tauchspulenmotoren bewähren sich überall dort, wo bei kleinem Bauraum dynamische Kurzhubbewegungen gefragt sind.
Bild: A-Drive Technology GmbH

Egal ob Zahnarztbohrer, Röntgengerät oder OP-Liege: Ohne den passenden Antrieb läuft bei medizinischen Geräten nichts. Hersteller müssen diesen aber aus einer Vielzahl aus Technologien unterschiedlichen Eigenschaften wählen und in der Anwendung hohe Anforderungen und Auflagen erfüllen. Ebenfalls wichtig ist die Berücksichtigung der jeweiligen Umgebungsbedingungen. Die Suche nach geeigneten Komponenten ist für die Hersteller nicht leicht, setzt sie doch entsprechendes Know-how und eine gute Kenntnis des Marktes voraus. Mit Produkten von der Stange lassen sich die quantitativen Voraussetzungen meist noch erreichen, bei den qualitativen Kriterien werden die Zeit- und Kostenziele jedoch häufig verfehlt.

Fallstricke bei der Zulassung

Im Absatzmarkt USA sind die Anforderungen besonders hoch: "Hier dürfen nur bestimmte, von der FDA genehmigte Komponenten verwendet werden", sagt Manfred Brucksch-Richter, bei A-Drive für die Geschäftsentwicklung und für die Wahl der Antriebstechnikpartner zuständig. Diese Voraussetzungen erfüllten überwiegend Produkte US-amerikanischer Hersteller wie Lin Engineering, Haydon Kerk, Advanced Motion Control oder H2W. "Das muss man wissen", so Brucksch-Richter. Weil viele Hersteller von medizinischen Geräten nicht über ein derart fundiertes Know-how verfügen, ist der Beratungsbedarf groß. Zudem ist der Kostendruck in der Medizintechnik hoch: "Die Komponenten sollen klein und gleichzeitig günstig sein", erklärt Brucksch-Richter. Dabei ist die Miniaturisierung von Bauteilen aber in der Regel mit höheren Kosten verbunden. Für A-Drive bedeutet diese Aufgabenstellung vor allem eines: Tüfteln. Aus den Produkten der verschiedenen Technologiepartner werden für die jeweilige Anwendung passende Komponenten ausgewählt und gemeinsam mit den Produzenten des Medizintechnikgerätes und des Antriebes konfiguriert. Durch diesen Prozess erhalten die Gerätehersteller passende und normkonforme Komponenten.

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Schrittmotoren mit völlig neuartigem Design

Zu den miniaturisierten Komponenten, mit denen A-Drive im Bereich der Medizintechnik arbeitet, gehört u.a. der Nema17-ZEN-Schrittmotor von Lin Engineering. Er verfügt über ein neuartiges, magnetisches Design: Während beim klassischen Schrittmotor das radiale Magnetfeld über einen Scheibenmagnet zwischen den Blechpaketen erzeugt wird, ist bei diesem Aktuator ein Ringmagnet außen im Statorpaket verbaut. Der Magnetfluss wird über die Außenwicklung des Stators geleitet. Durch dieses Design werden das störende Rastmoment und Laufgeräusche vermieden und ein ruhiger, schwingungsarmer Lauf erreicht - Eigenschaften, die in medizinischen Geräten sehr wichtig sind. Denn das Geräusch des Motors und vor allem Vibrationen können nicht nur die Genesung der Patienten, sondern sogar die Funktion des Gerätes beeinträchtigen. Der ZEN-Motor eignet sich aufgrund seiner hohen Laufruhe z. B. gut für den Einsatz in Behandlungsstühlen oder Gebiss-Scannern für Zahnärzte. Ein weiteres Merkmal ist seine hohe Präzision. Mit einer Genauigkeit von ±1,5 Winkelminuten bei einem Mikroschrittbetrieb von 1/64 und einem Schrittwinkel von 0.9° arbeitet der Schrittmotor deutlich präziser als herkömmliche Aktuatoren, ist im Vergleich aber gleichzeitig günstiger und mit Längen von 27,9 bis 43,2mm kompakter. Den Schrittmotor gibt es bei A-Drive in der Version ZH 417 auch mit einer 11mm breiten Hohlwelle, die als Kabeldurchführung z.B. beim Einsatz in Augenlasern genutzt werden kann. Verfügbar sind darüber hinaus die Baureihen Z 417 (ruhig und genau) sowie ZN 417 (schwingungsarm und auf spezifische Optionen ausgelegt).

Linearaktuator für enge Bauräume

Ebenfalls sehr kompakt ist der Linearaktuator der 15000er-Serie von Haydon Kerk. Er eignet sich mit seinem Durchmesser von nur 15mm Durchmesser sehr gut für alle Geräte der Medizin- und Labortechnik, in denen nur wenig Bauraum zur Verfügung steht. Ein Anwendungsbereich sind Endoskope in der minimalinvasiven Chirurgie, in denen der Linearaktuator auf Knopfdruck die Verstellung des Blickwinkels bewirkt, mit dem der Operateur die zu operierende Stelle betrachtet. In medizinischen oder pharmazeutischen Laboren wiederum findet der Aktuator in motorisierten Pipetten Verwendung, die ein Mehrkanalpipettieren zwischen Mikroplatten, Röhrchenracks und Geltaschen ermöglichen. Die Verfahreinheit von Mikroskopiertischen, mit der die Arbeitsfläche in der vertikalen Ebene bewegt wird, ist ebenfalls ein passendes Einsatzgebiet des Linearaktuators. Er ist bei A-Drive in einer verdrehsicheren Ausführung und in einer Version mit externer Spindel erhältlich und bietet in der Version mit Spindel Auflösungen im Bereich von 0,02 bis 0,10mm pro Schritt. Die Aktuatoren der 15.000er-Serie sind für den Mikroschrittbetrieb geeignet und können in diesem Modus noch feinere Auflösungen liefern. Da die Kunststoffmutter aus technischem Thermoplast geformt ist und die Gewindespindel aus Edelstahl gerollt wird, ist eine hohe Effizienz und Lebensdauer der Aktuatoren gewährleistet - das ermöglicht lineare Kräfte von bis zu 1.700N.

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Erfahrung in der Medizintechnik

Solche Antriebskomponenten konfiguriert A-Drive seit fast drei Jahrzehnten für Kunden aus der Medizintechnik. So wurde u.a. eine Testvorrichtung für Herzklappen mit den passenden Tauchspulmotoren ausgestattet. Bei einem anderen Projekt galt es, den geeigneten Antrieb für Schleifgeräte zu finden, die in der Bearbeitung von Gleitsichtbrillen mit konvex/konkaven Gläsern eingesetzt werden, bei der der Motor hochfrequente, hochgenaue Kurzhubbewegungen ausführen musste. Da A-Drive mit vielen Herstellern als Technologiepartner zusammenarbeitet, kann das Unternehmen seine Kunden unabhängig beraten, um die am besten geeignete Lösung zu finden. "Wir verstehen uns als Ergänzung zu den Herstellern, quasi als deren ausgelagerte Fachberater", beschreibt Brucksch-Richter das Selbstverständnis des Unternehmens. Die eigenen Ansprüche gingen über die eines klassischen Distributors hinaus, schließlich modifiziere man die Komponenten speziell für den jeweiligen Anwendungsbereich. "Erst wenn wir die Aufgabenstellung des Kunden passend gelöst haben, sind wir zufrieden", resümiert Brucksch-Richter.

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