Leise Motoren für die Medizintechnik

Direktantriebe mit geringer Geräuschentwicklung

10. Dezember 2014, 11:23 Uhr | Caspar Grote
Sonceboz Antrieb
Geräuscharmer Antrieb für Medizingeräte
© Sonceboz

Medizinische Geräte im Praxis-, Labor- und Krankenhausalltag müssen bei minimaler Geräuschentwicklung Höchstleistung erbringen und das mit äußerster Zuverlässigkeit. Hier sind also besonders leise elektrische Antriebe gefragt, die trotzdem hohe mechanische Leistung mit viel Drehmoment erzeugen.

Anwendungen für Positionier- und Stellantriebe in der Medizintechnik – wie beispielsweise Antriebe von Blutpumpen – verlangen bei relativ geringen Drehzahlen bis 1000 U/min Drehmomente im Nm-Bereich. Getriebemotoren sind hier oft erste Wahl. Sie schaffen aber neben dem Motor eine zusätzliche Geräuschquelle. Dies lässt sich durch einen »LoadSense«-Antrieb vermeiden, da dieser Direktantrieb Drehmomente bis 8 Nm unmittelbar und getriebelos an die Motorwelle abgibt. Für geringe Geräuschentwicklung sorgt dabei auch die Ansteuerungsart. Eine saubere Sinus-Kommutierung hat hier gegenüber der Block-Kommutierung klare Vorteile.

Da bei Direktantrieben Motoren mit einer hohen Anzahl von Polpaaren eingesetzt werden, sind die Anforderungen an die Geberauflösung und die Rechenleistung der Antriebssteuerung höher. Der Hersteller Sonceboz verwendet deshalb einen hochauflösenden Geber mit 0,06 Grad pro Inkrement und einen leistungsfähigen Controller mit hoher Rechenleistung. Als willkommener Nebeneffekt funktioniert damit die Motorregelung ohne Einschränkungen auch bei Drehzahlen bis 0 U/min.

Um den Istwert für den Positionsregelkreis zu erzeugen, wurde speziell ein robuster magnetischer Geber entwickelt. Durch dessen hohe Auflösung lässt sich der Lastwinkel des Motors auswerten und so ein zur Motorlast äquivalenten Istwert generieren. Die Information der Last steuert den Motorstrom und sorgt damit für einen energieeffizienten Betrieb.

Diese Direktantriebe haben außer den beiden Kugellagern im Motor keine Verschleißteile. Damit hält der Aktuator auch einem dauernden Wechsel von hohen Beschleunigungs- und Bremsmomenten stand, sodass Betriebsstundenzahlen von über 40 000 h bei einem Drehmoment bis zu 8 Nm direkt an der Motorwelle realisierbar sind. In einem Gehäuse der Schutzklasse IP67 bei einem erweiterten Temperaturbereich von -40° C bis +85° C eröffnen sich weitere Möglichkeiten, beispielsweise in schwieriger Laborumgebung oder in mobilen Geräten. Durch die hohe Integration von Motor, Geber, Treiber und Steuer-Elektronik ließ sich die Anzahl der verwendeten Komponenten und internen Schnittstellen verringern, was sich positiv auf Kosten und Qualität auswirkt. Dank der Spannungsversorgung von 24 V bis 48 V ist auch ein Einsatz im Batteriebetrieb ohne Wechselrichter für mobile medizinische Geräte möglich.

Anwendungen für Positionier- und Stellantriebe in der Medizintechnik - wie beispielsweise Antriebe von Blutpumpen - verlangen bei relativ geringen Drehzahlen bis 1000 U/min Drehmomente im Nm-Bereich. Getriebemotoren sind hier oft erste Wahl. Sie schaffen aber neben dem Motor eine zusätzliche Geräuschquelle. Dies lässt sich durch einen »LoadSense«-Antrieb vermeiden, da dieser Direktantrieb Drehmomente bis 8 Nm unmittelbar an die getriebelos an die Motorwelle abgibt. Für geringe Geräuschentwicklung sorgt dabei auch die Ansteuerungsart. Eine saubere Sinus-Kommutierung hat gegenüber der Block-Kommutierung klare Vorteile. Da bei Direktantrieben Motoren mit einer hohen Anzahl von Polpaaren eingesetzt werden, sind die Anforderungen an die Geberauflösung und die Rechenleistung der Antriebssteuerung höher.

Anwendungen für Positionier- und Stellantriebe in der Medizintechnik – wie beispielsweise Antriebe von Blutpumpen – verlangen bei relativ geringen Drehzahlen bis 1000 U/min Drehmomente im Nm-Bereich. Getriebemotoren sind hier oft erste Wahl. Sie schaffen aber neben dem Motor eine zusätzliche Geräuschquelle. Dies lässt sich durch einen »LoadSense«-Antrieb vermeiden, da dieser Direktantrieb Drehmomente bis 8 Nm unmittelbar und getriebelos an die Motorwelle abgibt. Für geringe Geräuschentwicklung sorgt dabei auch die Ansteuerungsart. Eine saubere Sinus-Kommutierung hat hier gegenüber der Block-Kommutierung klare Vorteile.

Da bei Direktantrieben Motoren mit einer hohen Anzahl von Polpaaren eingesetzt werden, sind die Anforderungen an die Geberauflösung und die Rechenleistung der Antriebssteuerung höher. Der Hersteller Sonceboz verwendet deshalb einen hochauflösenden Geber mit 0,06 Grad pro Inkrement und einen leistungsfähigen Controller mit hoher Rechenleistung. Als willkommener Nebeneffekt funktioniert damit die Motorregelung ohne Einschränkungen auch bei Drehzahlen bis 0 U/min.

Um den Istwert für den Positionsregelkreis zu erzeugen, wurde speziell ein robuster magnetischer Geber entwickelt. Durch dessen hohe Auflösung lässt sich der Lastwinkel des Motors auswerten und so ein zur Motorlast äquivalenten Istwert generieren. Die Information der Last steuert den Motorstrom und sorgt damit für einen energieeffizienten Betrieb.

Diese Direktantriebe haben außer den beiden Kugellagern im Motor keine Verschleißteile. Damit hält der Aktuator auch einem dauernden Wechsel von hohen Beschleunigungs- und Bremsmomenten stand, sodass Betriebsstundenzahlen von über 40000 h bei einem Drehmoment bis zu 8 Nm direkt an der Motorwelle realisierbar sind. In einem Gehäuse der Schutzklasse IP67 bei einem erweiterten Temperaturbereich von -40° C bis +85° C eröffnen sich weitere Möglichkeiten, beispielsweise in schwieriger Laborumgebung oder in mobilen Geräten. Durch die hohe Integration von Motor, Geber, Treiber und Steuer-Elektronik ließ sich die Anzahl der verwendeten Komponenten und internen Schnittstellen verringern, was sich positiv auf Kosten und Qualität auswirkt. Dank der Spannungsversorgung von 24 V bis 48 V ist auch ein Einsatz im Batteriebetrieb ohne Wechselrichter für mobile medizinische Geräte möglich.


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