Individuelle Antriebe für die Medizintechnik

A-Drive Technology Individuelle Antriebe für die Medizintechnik

16.10.2017Autor / Redakteur: Tom Kiel* / Peter Reinhardt |

Bei der Auswahl und Auslegung geeigneter Motoren und der Zusammenstellung abgestimmter Antriebspakete für die Medizintechnik lauern viele Fallstricke. Der Antriebsspezialist A-Drive Technology unterstützt Hersteller, die richtige Wahl für ihre Anwendung zu treffen.

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Für Laborezentrifugen müssen Antriebe kompakt und leistungsfähig sein. A-Drive konfiguriert gemeinsam mit den Herstellern die passenden Komponenten.
(Bild: gemeinfrei)

Den am besten geeigneten Antrieb auswählen

Zulassungen wie UL oder FDA bekommen

Schrittmotor mit neuartigem magnetischen Design

In Krankenhäusern, Praxen oder Laboren kommen täglich viele medizinische Geräte zum Einsatz – Zahnarzt-Bohrer, Röntgengeräte, OP-Liegen, Augenlaser oder Zentrifugen sind nur einige davon. Alle diese Geräte haben eines gemeinsam: Damit sie funktionieren, benötigen sie einen Antrieb. Dafür stehen verschiedene Technologien mit unterschiedlichen Eigenschaften zur Verfügung. Aus diesem Angebot müssen Medizintechnik-Hersteller nicht nur den für ihre Zwecke am besten geeigneten Antrieb auswählen – dieser muss außerdem noch Anforderungen genügen, die über den reinen Antrieb hinausgehen.

Dazu zählen besondere Auflagen, die medizintechnische Geräte im jeweiligen Absatzmarkt zu erfüllen haben, um beispielsweise eine Zulassung wie UL oder FDA zu bekommen. Ebenso wichtig ist es die Umgebungsbedingungen der Anwendung zu berücksichtigen: Welche Temperaturen herrschen dort, wie sieht es mit der Strahlung und der nötigen Schutzart aus, ist ein Einsatz in aseptischen Bereichen angedacht, der ein Produkt-Design ohne scharfe Kanten und spezielle Materialien erfordert? Die Suche nach geeigneten Komponenten ist für die Hersteller deshalb nicht leicht, sie setzt großes Know-how und eine sehr gute Kenntnis des Antriebstechnik-Marktes voraus.

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Der Nema-17-ZEN-Motor von A-Drive eignet sich aufgrund seines ruhigen Laufs, seiner hohen Präzision und seines kompakten Bauraums für den Einsatz in medizinischen Geräten.

Die Miniatur-Linearaktuatoren der 15000er-Serie von Haydon Kerk finden unter anderem in Endoskopen, motorisierten Pipetten oder Verfahreinheiten von Mikroskopiertischen Verwendung.

Tauchspulenmotoren bewähren sich überall dort, wo bei kleinem Bauraum dynamische Kurzhubbewegungen gefragt sind.

Bei der Zulassung lauern Fallstricke

Bei der A-Drive Technology GmbH kennt man die Herausforderungen, vor denen die Firmen der Branche bei der Wahl ihrer Lieferanten stehen. Im Haupt-Absatzmarkt USA sind sie besonders hoch: „Hier dürfen nur bestimmte, von der Food-and-Drug-Administration (FDA) genehmigte Komponenten verwendet werden“, sagt Manfred Brucksch-Richter. Der Ingenieur ist bei A-Drive für die Geschäftsentwicklung zuständig und damit auch für die Auswahl der Antriebstechnik-Hersteller, mit denen sein Unternehmen zusammenarbeitet. „Die strengen Voraussetzungen in den USA erfüllen fast nur Produkte US-amerikanischer Hersteller wie Lin Engineering, Haydon Kerk, Advanced Motion Control oder H2W “, erklärt er.

Weil aber viele Hersteller von medizinischen Geräten nicht über ein derart fundiertes Know-how verfügen, ist der Beratungsbedarf groß. Das hat auch mit dem hohen Kostendruck zu tun, den Brucksch-Richter in der Medizintechnik festgestellt hat: „Die Komponenten sollen klein und gleichzeitig günstig sein.“ Solche Anforderungen seien nicht leicht zu erfüllen, denn die Miniaturisierung von Bauteilen sei in der Regel mit hohen Kosten verbunden.

Für das Techniker-Team von A-Drive bedeutet eine solche Aufgabenstellung vor allem eines: Tüfteln. Aus den Produkten der Technologiepartner wählen sie das für die jeweilige Anwendung passende aus und konfigurieren es gemeinsam mit den Produzenten des Medizintechnik-Gerätes und des Antriebes. Damit dieser Prozess so effizient wie möglich abläuft, wird jedes Projekt von einem A-Drive-Mitarbeiter betreut, der sich mit den eingesetzten Produkten auskennt.

Schrittmotoren in neuem Design

Zu den miniaturisierten Komponenten, mit denen A-Drive im Bereich der Medizintechnik arbeitet, gehört u. a. der Nema-17-ZEN-Motor von Lin Engineering. Der Schrittmotor zeichnet sich durch ein neuartiges, magnetisches Design aus: Während beim klassischen Schrittmotor das radiale Magnetfeld über einen Scheibenmagnet zwischen den Blechpaketen erzeugt wird, ist bei diesem Aktuator ein Ringmagnet außen im Statorpaket eingebaut. Der Magnetfluss wird über die Außenwicklung des Stators geleitet. Durch diesen konstruktiven Kniff wurden das störende Rastmoment und die Laufgeräusche eliminiert.

Aufgrund des neuen Designs bietet der Nema 17-ZEN einen ruhigen, schwingungsarmen Lauf. Diese Eigenschaft ist in medizinischen Geräten sehr wichtig, denn das Geräusch des Motors und die durch seinen Betrieb ausgelösten Vibrationen können nicht nur die Genesung der Patienten, sondern im Extremfall sogar die Funktion des Gerätes selbst beeinträchtigen. Der ZEN-Motor eignet sich daher z. B. ideal für den Einsatz in Behandlungsstühlen oder Gebiss-Scannern für Zahnärzte.

Eine weiteres Merkmal des Nema-17-ZEN-Motors 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 ZEN-Motor dreimal so präzise wie herkömmliche Aktuatoren, ist im Vergleich zu ihnen aber günstiger und kompakter. Auch seine geringe Größe prädestiniert den Motor für den Einsatz in der Medizintechnik: Der NEMA 17-ZEN misst in der Länge je nach Modell 27,9 mm bis 43,2 mm.

Den Schrittmotor gibt es bei A-Drive in der Version ZH 417 auch mit einer 11 mm breiten Hohlwelle, die als Kabeldurchführung z. B. beim Einsatz in Augenlasern genutzt werden kann. Verfügbar sind darüber hinaus die ruhige und präzise Baureihe Z 417 sowie die schwingungsarme Baureihe ZN 417, die für Optionen vorbereitet ist.

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Miniatur-Aktuator für enge Bauräume

Kleiner als der ZEN-Motor ist der Linearaktuator der 15000er-Serie von Haydon Kerk. Er eignet sich mit seiner kompakten Bauform von 15 mm Durchmesser für alle Geräte der Medizin- und Labortechnik, in denen nur ein minimaler 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 ideales Einsatzgebiet des Miniatur-Aktuators.

Der Linearaktuator ist bei A-Drive in einer verdrehsicheren Ausführung (Captive) und in einer Version mit externer Spindel (External Linear) erhältlich und bietet in der Version mit Spindel Auflösungen im Bereich von 0,02 mm bis 0,10 mm pro Schritt. Die Aktuatoren 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 1700 N.

Herstellerunabhängige Beratung

Diese und zahlreiche weitere Antriebskomponenten konfiguriert A-Drive seit fast drei Jahrzehnten für seine Medizintechnik-Kunden. „Wir haben u. a. eine Testvorrichtung für Herzklappen mit den passenden Tauchspulmotoren von Akribis ausgestattet“, nennt Manfred Brucksch-Richter ein Beispiel. 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. „Der Motor musste hier hochfrequente, hochgenaue Kurzhub-Bewegungen ausführen können“, beschreibt er die Herausforderung.

A-Drive arbeitet mit vielen Herstellern als Technologiepartner zusammen. So will das Unternehmen sicherstellen, dass es seine Kunden unabhängig beraten und so die am besten geeignete Lösung finden kann. „Wir verstehen uns als Ergänzung zu den Herstellern, quasi als deren ausgelagerte Fachberater“, beschreibt Brucksch-Richter das Selbstverständnis von A-Drive. Die Ansprüche des Unternehmens gingen weit über die eines klassischen Distributors hinaus, schließlich modifiziere man die Komponenten speziell für den jeweiligen Anwendungsbereich.