Suchen

Portescap Motoren für die Chirurgie

| Redakteur: Julia Engelke

Die grundlegenden Anforderungen an sämtliche chirurgischen Apparate sind stets gleich: Das Gerät muss steril sein und zuverlässig funktionieren. Es muss eine präzise und kontinuierliche Leistung bieten sowie die Handmuskulatur des Operateurs optimal unterstützen. Diese Punkte müssen auch bei der Auswahl von Motoren für die Chirurgie mit einbezogen werden.

Firmen zum Thema

Die Anforderungen an chirurgische Produkte sind stets gleich. Das Gerät muss steril sein, zuverlässig funktionieren und eine präzise und kontinuierliche Leistung bieten.
Die Anforderungen an chirurgische Produkte sind stets gleich. Das Gerät muss steril sein, zuverlässig funktionieren und eine präzise und kontinuierliche Leistung bieten.
(Bild: Portescap)
  • Flexibilität, Präzision und Zuverlässigkeit durch BLDC-Design
  • Ergänzung des genuteten Motors um Isolierungen und Gussteile ohne Beeinträchtigung der Motorleistung
  • Kein umfassender Schutz bei Sterilisation des nutenlosen Motors

Jahrzehntelang stellten bürstenlose DC-(BLDC)-Motoren die bevorzugte Wahl für OEMs dar, die sich auf Elektrochirurgieinstrumente spezialisiert haben. BLDC-Motoren bieten ein gutes Leistungs-Gewicht-Verhältnis und hohe Drehzahlen, wodurch einerseits die erforderliche Leistung gegeben ist, andererseits aber auch der ergonomische Vorteil gewahrt bleibt. Neben der Zuverlässigkeit und Leistung müssen die Entwickler chirurgischer Produkte auch die Implikationen der Sterilisation berücksichtigen und eine Lösung entwickeln, bei der sämtliche Komponenten vor dem Reinigungsprozess geschützt sind – oder diesem standhalten können.

Ein Ansatz ist es, Einmalinstrumente zu entwickeln, die direkt nach dem Eingriff entsorgt werden. Obwohl diese Herangehensweise den Sterilisationsprozess vereinfacht und die Notwendigkeit beseitigt, die Instrumente zu warten, steigert sie die vom Krankenhaus erzeugte Menge an Sondermüll. Auch ist eine regelmäßige Versorgung mit zu wartenden Instrumenten erforderlich.

Ein anderer Ansatz ist, das Produkt so zu konzipieren, dass nur die exponierten Komponenten sterilisiert werden müssen. Bspw. können sich der BLDC-Motor und das dazugehörige Steuergerät und der Akku im Gehäuse des Produkts befinden und vor der Sterilisation entnommen werden. Obwohl diese Herangehensweise ermöglicht, dass das chirurgische Instrument oft wiederverwendet werden kann, erfordert sie aufgrund des häufigen Anschlusses und Trennens der elektronischen Komponenten, dass diese äußerst robust sind.

Bei der Schutzbarriere wird eine sterile Barriere mittels einer Kunststoffabdeckung geschaffen, die das Gerät vom sterilen Feld trennt. Diese Lösung erfordert normalerweise, dass sich der Motor an anderer Stelle als der chirurgische Endeffektor befindet und die Bewegung mittels Kabelantrieb übertragen wird. Ein Nachteil der Schutzbarriere ist die Zeit, die benötigt wird, um die komplexe Anordnung der Abdeckungen zu bewerkstelligen, sowie die möglichen Auswirkungen der Abdeckung auf die Sicht und die Ergonomie während der OP.

Verschiedene Möglichkeiten zur Wahrung des sterilen Felds

Da bei den oben genannten Methoden stets die empfindlichen Teile beim Sterilisationsprozess entfernt werden müssen, verwenden einige Ingenieure lieber Komponenten, die einer Sterilisation standhalten. Die Einführung sterilisierbarer BLDC-Motoren hat die Entwickler von Instrumenten in die Lage versetzt, chirurgische Geräte zu liefern, die ohne vorbereitende Schritte den Sterilisationsprozess durchlaufen können. Die am häufigsten in Krankenhäusern zur Sterilisation ange-
wendete Methode ist das Autoklavieren, d.h., der Motor muss hohen Temperaturen, Feuchtigkeit und Druckschwankungen ausgesetzt werden können.

Während des Autoklavierens werden chirurgische Instrumente bis zu 18 Minuten einer Feuchtigkeit von 100 Prozent, Temperaturen von bis zu 135 °C und Druckschwankungen ausgesetzt, um sämtliche Bakterien, Viren, Pilze und Sporen abzutöten, die sich in den mikroskopisch kleinen Vertiefungen des Produkts verbergen können.

Herkömmliche motorisierte Handinstrumente und roboterassistierte chirurgische Produkte können von BLDC-Motoren mit einer genuteten oder nutenlosen Konfiguration profitieren. Das Unterscheidungsmerkmal zwischen genuteten und nutenlosen Motoren ist die Art des Stators. Das herkömmliche genutete Design weist genutete Stahllamellen auf, in denen sich die Kupferwicklungen befinden. Im Gegensatz dazu weist ein nutenloser Motor einen glatten Stator auf, das Kupfer wird in einem separaten Vorgang gewickelt, in Epoxidharz eingebettet und in Form einer „selbsttragenden“ Spule eingesetzt.

Die genutete BLDC-Technologie hat sich seit mehr als 30 Jahren als Lösung für den Chirurgie-Motoren-Markt bewährt. Die Wicklung ist, nachdem sie in die Statornuten eingesetzt wurde, inhärent geschützt. Zusätzliche Isolierungen und Gussteile können einfach ergänzt werden, ohne dass hierdurch die Motorleistung beeinträchtigt wird. Weitere Vorteile der genuteten Konstruktion sind ein kleinerer magnetischer Luftspalt, wodurch dünnere Magnete verwendet werden können und ein höherer Leistungskoeffizient erzielt wird.

Sterilisierbare BLDC-Motoren von Portescap werden in einer Vielzahl von Anwendungen für die chirurgische Robotik eingesetzt.
Sterilisierbare BLDC-Motoren von Portescap werden in einer Vielzahl von Anwendungen für die chirurgische Robotik eingesetzt.
(Bild: Portescap)

Nutenlose BLDC-Motoren wurden ursprünglich konstruiert, um das konstruktionsbedingte Rastmoment zu beseitigen, welches ruckartige Drehbewegung des Motors mit sich führt. Bei diesem Design ist die magnetische Induktion in der Spule vermindert, da der Luftspalt groß ist, daher wird normalerweise ein größerer, leistungsstärkerer Magnet benötigt. Es ist auch schwieriger, einen nutenlosen Motor vor der Dampfsterilisation zu schützen, da die Wicklungen nicht den Halt durch die bauliche Struktur des genuteten Stators haben. Dennoch führen das beseitigte Rastmoment und der sich daraus ergebende gleichmäßige Lauf des Motors und sein hohes Spitzendrehmoment dazu, dass nutenlosen Motoren bei einigen Produkten immer noch der Vorzug gegeben wird.

Moderne chirurgische Produkte – sowohl Handinstrumente als auch roboterassistierte Geräte – weisen äußerst anspruchsvolle und präzise Anforderungen hinsichtlich der Bewegung auf. Das bewährte BLDC-Motordesign bietet die notwendige Flexibilität, Präzision und Zuverlässigkeit, doch jedes chirurgische Instrument bringt seine einzigartige Palette an zusätzlichen Anforderungen an die Leistung mit.

Die Zusammenarbeit mit einem Motorzulieferer, der die Anforderungen an die Leistung bei chirurgischen Anwendungen versteht – und das erforderliche technologische Know-how und die entsprechende Erfahrung mitbringt, um diese Anforderungen zu erfüllen –, beschleunigt häufig die Forschung und Entwicklung und den Prototypenbau, um eine zuverlässige und effektive Lösung auf den Markt zu bringen.

Lesen Sie auch

Weitere Artikel über OEM-Komponenten und Werkstoffe finden Sie in unserem Themenkanal Konstruktion.

(ID:46377791)