Treibende Kraft für Gesundheitsversorgung, Medizintechnik und LaborKleine Antriebe, großer Nutzen
Kleinstantriebe leisten heute in den unterschiedlichsten Anwendungen Beachtliches. Kompakt, drehmomentstark, dynamisch bei präziser Ansteuerung und möglichst geräuschlosem Lauf sind aber nicht nur Anforderungen in vielen industrielle Anwendungen. Die gleichen Eigenschaften sind auch in der Medizin- und Labortechnik gefragt.
Um die Verbreitung des Coronavirus SARS-CoV-2 einzudämmen, werden weltweit zahlreiche, zum Teil sehr drastische Maßnahmen ergriffen. Gleichzeitig gilt es Labor- und Analysekapazitäten auszubauen, um Tests schneller voranzutreiben und an Gegenmitteln oder Impfstoffen zu forschen. Aber auch der Schutz des medizinischen Personals, das sich in den Krankenhäusern um die Patienten kümmert, muss lückenlos sein und ebenso zuverlässig funktionieren wie die Beatmungsgeräte für erkrankte Menschen. Für diese lebenswichtigen Systeme entwickelt und fertigt FAULHABER (vgl. Firmenkasten) Antriebssysteme, die neben den hohen Standards nach EN ISO 9001 und 14001 speziell für den Einsatz in Medizinprodukten auch nach EN ISO 13485 zertifiziert sind. Anwendungsbereiche finden sich vom Beatmungsgerät bis zur Erfassung der Körpertemperatur mit Infrarotthermometrie.
Beatmungsgeräte: Leiser Lauf und hohe Dynamik
Weltweit ist der Bedarf an Beatmungsgeräten dramatisch gestiegen. Die hier eingesetzten Antriebe müssen hohe Anforderungen erfüllen. So spielt für die Hersteller der Beatmungsgeräte bei der Luftstromsteuerung die gute Regelbarkeit der Drehzahl, vibrationsarmer und leiser Lauf sowie der zuverlässige und wartungsarme Betrieb eine wichtige Rolle. Bürstenlose DC-Servomotoren und DC-Kleinstmotoren mit Grafitkommutierung erfüllen diese Anforderungen besonders gut. Gleichzeitig bieten sie durch ihre geringen Trägheitsmomente große Dynamik und es lassen sich hohe Drehzahlen realisieren.
Die grafitkommutierten DC-Motoren sind erhältlich mit Durchmessern von 13 bis 38 mm und werden ergänzt durch eine umfangreiche Auswahl an Standardkomponenten wie hochauflösende Encoder, Präzisionsgetriebe und Steuerungen. DC-Servomotoren gibt es in mehreren Baureihen. Die BXT-Flachmotoren (Bild 2) beispielsweise bauen in axialer Richtung ungewöhnlich kurz. Dank innovativer Wickeltechnik und optimierter Auslegung sind die Motoren selbst nur 14, 16 und 21 mm lang, liefern aber Drehmomente bis 134 mNm bei einem Durchmesser von 22, 32 bzw. 42 mm. Zur exakten Drehzahlregelung oder bei hohen Anforderungen an die Positioniergenauigkeit werden durchmesserkonforme magnetische Encoder oder Speed Controller vollständig in die gehäusten Motorvarianten integriert, wobei sich der Antrieb lediglich um 6,2 mm verlängert. Die passenden Metall-Planetengetriebe der Baureihe GPT zeichnen sich ebenfalls durch kurze Bauweise, hohes Drehmoment und feinste Abstufungen der zahlreichen Untersetzungsverhältnisse aus.
Personenschutz: Hohe Leistungsdichte bei kompaktem Design
Da sich die Corona-Viren über Tröpfcheninfektion verbreiten, spielt der Atemschutz bei der persönlichen Schutzausrüstung eine wichtige Rolle. Geschlossene PAPR-Systeme (Powered Air-Purifying Respirator) schützen das medizinische Personal sehr effektiv. Solche tragbaren Beatmungssysteme, die Luft über ein Gebläse filtern, sind für den Anwender deutlich angenehmer als jene, die auf die Lungenkraft des Nutzers setzen. Die PAPR ermöglichen durch die konstante Luftzufuhr ein ermüdungsfreies Atmen. Antriebe, die sich hierfür eignen, müssen leistungsfähig, aber auch im mobilen Einsatz besonders leicht und kompakt sein und sollen im Akkubetrieb möglichst effizient arbeiten. Die bereits erwähnten BXT-Flachmotoren sind deshalb auch hier eine gute Wahl. Ebenfalls für diesen Anwendungsbereich eignen sich DC-Kleinstmotoren mit Edelmetallkommutierung. Sie bieten bei kompaktem Design eine hohe Leistungsdichte und haben ihre Langlebigkeit in zahlreichen Applikationen bewiesen. Sie werden mit Durchmessern von 6 bis 26 mm angeboten, arbeiten rastmomentfrei, verbrauchen nur wenig Strom und sind obendrein ausgesprochen leicht.
Laborautomation: Dynamik und Präzision
Ein wichtiger Baustein im Kampf gegen COVID-19 ist die Ausweitung der Testkapazitäten. Je mehr Tests durchgeführt werden, desto mehr lässt sich über das Virus erfahren. Auch für Menschen mit Symptomen ist es wichtig zeitnah zu wissen, ob sie erkrankt sind. Der sicherste Test zur Erkennung einer Corona-Infektion ist der PCR-Test (Polymerase Chain Reaction). Da dieser sehr aufwändig ist, führt an automatisierten Laboren mit hohem Durchsatz kein Weg vorbei. Besonders häufig sind in den Analysegeräten kleine Servoantriebe für Längs- und Drehpositionierungen gefordert. Bei diesen kommt es vor allem auf hohe Dynamik und Präzision an. FAULHABER DC-Kleinstmotoren und Glockenankermotoren mit intergierten Encodern erfüllen diese Anforderungen beim Dauereinsatz in medizinischen Testlaboren. Auch beim Transport der Proben zwischen den einzelnen Analysegeräten haben sich die kleinen Antriebe bewährt (Bild 4). Treibende Kraft der Transportwägelchen, die Proben zwischen den einzelnen Analysegeräten hin und her fahren, sind bürstenlose Gleichstrommotoren, sogenannte Flachläufermotoren. Sie sind für hohe Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer ausgelegt; können also ohne weiteres in den automatischen Verteilsystemen viele Kilometer zurücklegen, ohne dass Verschleiß zu befürchten ist. Darüber hinaus überzeugen sie durch ihre ruhigen, rastmomentfreien Laufeigenschaften, was besonders wichtig ist, wenn offene Blutproben zu transportieren sind.
Point-of-Care-Analyse: Kompakt und zuverlässig
Sollen Test-Ergebnisse zeitnah vorliegen, damit zum Beispiel auf Intensivstationen, in Ambulanzen oder Arztpraxen schnelle Entscheidungen auf Basis von Laborwerten getroffen werden können, sind sogenannte Point-of-Care-Untersuchungen erforderlich. Mit ihnen werden vor Ort Parameter erfasst wie Herzenzyme und Blutwerte oder es lassen sich mit PCR Krankheitserreger wie SARS-CoV-2 in Abstrichen nachweisen. Die entsprechenden Analysegeräte sind nahezu komplett automatisiert und durch den Einsatz von Teststreifen sind nur wenige Eingriffe des Anwenders notwendig. Antriebe für diese Anwendung müssen möglichst kompakt, aber auch zuverlässig und schnell sein. Eine gute Wahl sind deshalb auch hier DC-Kleinstmotoren mit Grafit- oder Edelmetallkommutierung, aber auch Schrittmotoren kommen in Frage. Mit Spindeln, kundenspezifischen Ritzeln an der Antriebswelle und mit UL-kompatiblen Kabeln mit Steckern lassen sie sich perfekt auf die Applikation abstimmen.
Infrarotthermometrie: Kosteneffizient und schnell
Als berührungslose und mobile Methode zur Erfassung der Körpertemperatur z.B. an Grenzübergängen oder in Flughäfen ist die Infratotthermometrie weltweit verbreitet. Vereinfacht dargestellt fokussiert dabei in einem Infrarotthermometer ein Objektiv die Wärmeenergie eines Objekts, in diesem Fall eines Menschen, auf einen Detektor. Die damit verbundene Wärmestrahlung wird in elektrische Signale und schließlich in ein Bild oder einen Zahlenwert umgewandelt. So sieht der Anwender schnell, ob die Körpertemperatur einer Person erhöht ist. Schrittmotoren haben sich in diesen mobilen Messgeräten zur Unterstützung der Infrarotkameras bei Schwenks und Neigungsverstellung, Zoom, Focus oder zur Shuttersteuerung beim Kalibrieren bewährt. Ohne Encoder positionieren sie sehr präzise; dadurch sind kosteneffektive Positionierantriebe realisierbar. Gleichzeitig ermöglichen sie extrem schnelle Richtungswechsel beim Fokussieren. Die kleinen Antriebe aus Schönaich beweisen damit einmal mehr, dass sie die Technik in Medizin, Forschung und Labor zum Wohle der Menschen vorantreiben.
