Individuell konfigurierbar
Antriebsbaukasten für die Medizintechnik
Mit »ECI-42« entwickelte ebm-papst eine Baureihe, die die Anforderungen unterschiedlichster Anwendungen realisieren kann.
Die Medizintechnik stellt hohe Anforderungen an die eingesetzte Antriebstechnik. Zu den wichtigsten gehören Zuverlässigkeit, Langlebigkeit, eine präzise Drehzahlregelung, Dynamik, hohe Laufruhe, sowie eine geringe Erwärmung. Die Wünsche der Hersteller medizintechnischer Geräte sind vielfältig, zum Beispiel was Antriebsleistung, Getriebeausführungen, Untersetzungsstufen, Regelung oder Anschlusstechnik betrifft. Oft sind hier kompakte Antriebe mit vergleichsweise niedriger Leistung gefragt, die zuverlässig und positionsgenau arbeiten.
Der passende Antrieb durch Kombination unterschiedlicher Module individuell zusammenzustellen ist deshalb ein praxisgerechter Ansatz, zum Beispiel mit den ECI-42-Antrieben von ebm-papst. Der Antriebsbaukasten erlaubt es, die passende Variante durch Kombination unterschiedlicher, getesteter und validierter Module, wie Motor, Getriebe und Bremse zusammenzustellen. Durch die hohe Leistungsdichte bauen die Antriebe kompakt, was dem Gerätedesign zu Gute kommt.
Getriebe- und Bremsenmodule für unterschiedliche Anforderungen
Alle Konfigurationen verfügen über einen bürstenlosen, elektronisch kommutierten Innenläufermotor mit 42 mm Durchmesser und Statorbaulängen von 20 oder 40 mm. Er erreicht Leistungen von rund 45 beziehungsweise 90 Watt bei 110 beziehungsweise 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.
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 »EtaCrown-Winkelgetriebe« auf Basis der Kronenradtechnologie lieferbar. Das Planetengetriebe NoiselessPlus 42 sorgt für einen leisen Betrieb und 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- beziehungsweise 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. Bei Röntgenaufnahmen beispielsweise 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.
In der nächsten Ausbaustufe wird es 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 (Kasten) 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
Die individuell zusammengestellten 42-mm-Antriebe aus dem 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 kurzer Zeit realisiert werden. Die Antriebe lassen sich über ein Online-Portal konfigurieren und bestellen.
Die Autoren
Patrick Schumacher ist Leiter Produktmanagement für industrielle Antriebstechnik bei ebm-papst
Jana Strauß ist Market Manager Medical bei ebm-papst
Das Unternehmen
Die ebm-papst Gruppe, Familienunternehmen mit Hauptsitz in Mulfingen, Baden-Württemberg ist einer der weltweit führende Hersteller von Ventilatoren und Motoren. Im Geschäftsjahr 2018/19 erzielte das Unternehmen einen Umsatz von 2,18 Mrd. €. ebm-papst beschäftigt über 15.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter an 28 Produktionsstätten (unter anderem in Deutschland, China und den USA) sowie 48 Vertriebsstandorten weltweit. Ventilatoren und Motoren des Weltmarktführers sind nahezu in allen Branchen zu finden, wie zum Beispiel in den Bereichen Lüftungs-, Klima- und Kältetechnik, Haushaltsgeräte, Heiztechnik, Automotive und Antriebstechnik.
Anmerkung: Dieser Artikel erschien zuerst in der medical design 3/2020 (S. 48. – 49).
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