Portescap ergänzt seine Plattform für bürstenlose DC-Miniaturmotoren der Ultra EC-Reihe um den bürstenlosen 22ECP-Motor mit neuem integrierten Treiber. Dieser neue Motor mit 22 mm Durchmesser hat eine Länge von 35 mm. Diese kompakten Motoren bieten knapp 50 Prozent höhere Dauerdrehmomente im Vergleich zu ähnlichen Motoren, ohne dabei den reibungslosen Betrieb und die lange Lebensdauer zu beeinträchtigen, die Sie von nutenfreien, bürstenlosen Motoren von Portescap gewohnt sind.

Die Integration des Treibers in den Motor reduziert viele der mit dem Betrieb des Motors verbundenen Komplexitäten, verkürzt die Installationszeit, verringert den gesamten Platzbedarf der Anwendung, minimiert Kabelsalat und bietet Vorteile für die Kostenoptimierung.

Die integrierten Motorantriebslösungen eignen sich gut für Anwendungen wie z. B. Atmungs- und Beatmungsgeräte, Infusionspumpen, industrielle Miniaturpumpen, medizinische Handwerkzeuge, klinische Diagnostik und Ventilbetätigung.

Da der Elektromotor einen wesentlichen Kostenfaktor elektrisch betriebener Chirurgieinstrumente darstellt, verlangt dessen Auswahl größte Sorgfalt. Clémence Muron, Applications Engineer bei Portescap, erläutert die jeweiligen Vorzüge von bürstenbehafteten und bürstenlosen DC-Motoren für medizinische Einweginstrumente.

In den vergangenen Jahren sind bei der Entwicklung von chirurgischen Elektrowerkzeugen Einwegtechnologien in den Vordergrund getreten. Dabei bedeutet der Umstand, dass sie für den einmaligen Gebrauch in der Chirurgie bestimmt sind, keineswegs Abstriche bei der Leistung und Zuverlässigkeit. Im Gegenteil: ein Hauptargument für Einweginstrumente ist die erhöhte Sicherheit im Vergleich zu Fehlerquellen bei der Sterilisation. Darüber hinaus sind Einweginstrumente eine gute Option für spezielle und seltene Operationen, die besondere Werkzeuge erfordern. Aufgrund des niedrigeren Preises können sich mehr Kliniken diese Art von Instrumenten leisten und sind somit in der Lage mehr Patienten zu behandeln und zu heilen.

Bei wiederverwendbaren Instrumenten ist die Sterilisierbarkeit ein ganz wesentlicher Kostentreiber. Potenzielle Risiken ergeben sich nicht aus dem Sterilisationsprozess selbst, der sich als sicher und effektiv bewährt hat, und auch die Instrumente sind sicher, obwohl die Entwicklung von Produkten, die diese Prozedur überstehen, keine leichte Aufgabe ist. Aber wie ist zu gewährleisten, dass es bei der Sterilisation der Instrumente zwischen den Eingriffen nicht zu Fehlern kommt?

Von wiederverwendbaren Instrumenten geht in diesem Fall ein Infektionsrisiko aus, während Einweglösungen vom Hersteller sterilisiert und für den einmaligen Gebrauch verpackt werden. Bei bestimmten Anwendungen und Krankenhaussystemen kann dies zur Patientensicherheit beitragen.

Leistungsanforderungen

Selbstverständlich darf es aber bei Einweginstrumenten keinerlei Kompromisse geben, was die für die Operation erforderliche Performance angeht. Die Designüberlegungen werden sich hier auf die Auswahl des optimalen elektrischen Antriebs für das Instrument konzentrieren. Oft beginnen die Designüberlegungen mit der Auswahl der Motortechnologie (in der Regel ein bürstenbehafteter oder ein bürstenloser DC-Motor (BLDC-Motor).

Fortschritte in der Konstruktion und Herstellung haben beide Technologien preisgünstiger und zugleich leistungsfähiger gemacht. Während sich an den Leistungsanforderungen nichts ändert, sind die Anforderungen an die Lebensdauer und die Kosten für wiederverwendbare Instrumente und Einweglösungen sehr unterschiedlich. Motoren für wiederverwendbare Instrumente müssen eine Lebensdauer für Hunderte oder gar Tausende von Operationen mitbringen, und diese bemerkenswerte Leistung ist nur mit Premium-Komponenten und -Materialien zu erreichen. Für Motoren in Einweginstrumenten gelten dieselben Anforderungen an die technische Leistung, allerdings nur einmalig und in Kombination mit Verfügbarkeit in großen Mengen und zu einem wettbewerbsfähigen Preis.

Wenn es bei einer Neuentwicklung um dauerhafte Leistung und Zuverlässigkeit geht, wird die Wahl vermutlich zugunsten der BLDC-Technologie ausfallen. Die bürstenlose Bauweise ermöglicht den Betrieb bei hohen Drehzahlen (bis zu 100.000 min-1) über eine lange Nutzungsdauer. Die Kommutierung kommt ohne mechanische Bürsten aus, sodass die Lebensdauer des Motors in erster Linie von der Langlebigkeit des Lagers abhängt und der Motor über lange Zeiträume bei hoher Drehzahl betrieben werden kann.

Bei bürstenbehafteten DC-Motoren erfolgt die Kommutierung hingegen über den mechanischen Kontakt der Bürsten mit dem Rotor, durch die der Strom fließt. Hierbei ist die Lebensdauer des Motors in erster Linie durch die Lebensdauer der Bürsten begrenzt, wobei höhere Drehzahlen zu schnellerem Verschleiß führen. Bei Einweginstrumenten spielt dieser Verschleiß aber kaum eine Rolle, weil die zuverlässige Funktion lediglich für einen einzigen chirurgischen Eingriff gegeben sein muss.

Bürstenbehaftete DC-Motoren sind deutlich kostengünstiger als BLDC-Motoren, sodass sie sich für chirurgische Einweginstrumente anbieten. Abgesehen von den Kosten und der Lebensdauer gibt es jedoch noch andere relevante Leistungsaspekte für den Einsatz in Einweginstrumenten. Ist der Motor in der Lage, die Anforderungen der Anwendung an den Taktbetrieb und die Drehzahl zu erfüllen? Liefert er eine ausreichende Beschleunigung und Effizienz? Hat er bei niedrigeren Drehzahlen die notwendige Laufruhe? Hiermit sind die potenziellen Schwächen bürstenbehafteter DC-Motoren umrissen, bis hin zu dem Punkt, an dem potenzielle Kostenvorteile für das Einweginstrument keine Rolle mehr spielen.

Eisenlose bürstenbehaftete DC-Motoren

Bestimmte bürstenbehaftete DC-Motoren können diese konstruktionsbedingten Nachteile jedoch überwinden. Anders als die Mehrzahl der bürstenbehafteten DC-Motoren, die einen Eisenkern haben, sind die bürstenbehafteten DC-Motoren von Portescap „eisenlos“, d. h. der Rotor besteht lediglich aus einer Spule und Welle. Die eisenlose Bauweise zeichnet sich durch eine geringere Trägheit aus, was durch bessere Beschleunigung und Effizienz zum Tragen kommt. Sie eliminiert zudem das Rastmoment, das bei niedrigen Drehzahlen die Laufruhe beeinträchtigen kann.

Bürstenbehaftete DC-Motoren mit dieser Technologie haben ein höheres Leistungspotenzial ohne gravierende Auswirkungen auf die Kosten. Im Hinblick auf Einweginstrumente, die keine hohen Lebensdaueranforderungen stellen, lassen sich damit auch Pflichtenhefte erfüllen, die bisher als generell zu anspruchsvoll für die günstige, bürstenbehaftete DC-Technologie mit Eisenkern galten.

Nicht zuletzt hängt die Wahl der Technologie auch in starkem Maße von der jeweiligen Anwendung ab. Während wir bis hierher den Kostenanteil des Motors als Kriterium in der Debatte um Einweg- vs. Mehrweginstrumente betrachtet haben, spielen bei der Entscheidung für das eine oder andere noch weitere Faktoren eine Rolle. So wird beispielsweise ein wiederverwendbares High-End-Instrument vermutlich eine bessere Performance als jedes Einwegwerkzeug und zusätzliche positive Eigenschaften mitbringen. Selbst wenn die Anzahl der Eingriffe nicht ausreicht, um das wiederverwendbare Instrument wirtschaftlicher zu machen als eine Einweglösung, kann dessen Mehrwert für Operateure und Patienten es dennoch zur richtigen Wahl machen.

In jedem Fall empfiehlt es sich, bereits in der frühen Designphase mit dem Motorlieferanten zusammenzuarbeiten. Obwohl die BLDC-Technologie im Allgemeinen eine kostspieligere Lösung ist, ist sie eine zuverlässigere Option für Anwendungen mit sehr hohen Geschwindigkeiten und kann in solchen Fällen auch für Einwegwerkzeuge eingesetzt werden. Wichtig ist eine sorgfältige Bewertung der Anwendungsanforderungen, bevor die Motortechnologie ausgewählt wird.

Roboter werden in einem immer breiteren Anwendungsspektrum eingesetzt, das von chirurgischen Eingriffen bis hin zu Militäreinsätzen reicht. Ungeachtet der Spezialisierung sind jedoch alle Roboter auf die Entwicklung entsprechender Miniaturmotoren angewiesen. Fortschritte in der Robotik hängen somit unmittelbar von Fortschritten in der Motorentechnologie ab. Schauen wir uns daher die wichtigsten Trends in der Miniaturmotortechnologie an.

Mobilität und Platzbedarf

Mobilität und Kompaktheit zählen zu den Grundanforderungen im Roboterdesign, insbesondere bei kollaborativen Robotern (Cobots). Um die Fertigkeiten einer menschlichen Hand adäquat nachbilden zu können, müssen die Antriebsmotoren eine hohe Leistungsdichte in einem kleinen, leichten Format liefern. Kompaktes Format und geringes Gewicht bei einer höheren Leistungsdichte als herkömmliche DC-Bauarten; das sind die elementaren Vorteile bürstenloser DC-Motoren (BLDC). Nutenlose BLDC-Motoren erfüllen in Kombination mit effizienten Planetengetrieben diese Spezifikation und lassen sich gut in typische Roboterformate mit ihren knappen Einbauräumen integrieren.

Die wesentlichen Kriterien für Roboter in Anwendungen wie der Fertigungsautomatisierung sind Tempo und Präzision. Aufgrund ihres extrem geringen Trägheitsmoments sind eisenlose DC-Motoren und Scheibenmagnet-Schrittmotoren gut für Pick-and-Place-Anwendungen geeignet, weil sie ständige schnelle Änderungen der Beschleunigung und Verzögerung ermöglichen. In gleicher Weise profitieren Anwendungen, die eine dynamische und dennoch ruckfreie Steuerung erfordern, von der Eliminierung des Rastmoments, beispielsweise Kamerasysteme. Auch hierfür sind nutenlose BLDC-Motoren eine exzellente Wahl.

Die Mobilität vieler Roboteranwendungen hängt von der Batterieleistung ab. Insofern ist die Energieeffizienz ein weiterer wesentlicher Faktor. Eisenlose, bürstenbehaftete DC-Motoren erreichen Wirkungsgrade von bis zu 90 % und werden dort eingesetzt, wo es auf lange Roboterlaufzeiten ankommt. Für Anwendungen mit hohem Drehmoment und niedriger Drehzahl kommt es außerdem darauf an, dass das Getriebe effizient und auf den Motor abgestimmt ist.

Widerstandsfähigkeit und lange Lebensdauer

Ein entscheidender Vorteil von Robotern ist, dass sie in Umgebungen und unter Bedingungen eingesetzt werden können, die der Mensch nicht ertragen kann oder möchte. Überwachung und Kontrollgänge für Industriepipelines, Hochspannungsübertragungsnetze oder gar Kriegsschauplätze setzen voraus, dass die entsprechenden Roboter mit Miniaturmotoren arbeiten, die den härtesten Umgebungsbedingungen standhalten können.

Schutz vor extremen Temperatur- und Druckbelastungen ist darüber hinaus auch für Roboteranwendungen in der Medizin erforderlich, wo chirurgische Roboter im Autoklaven sterilisiert werden. Die Robotermotoren müssen hoch belastbar sein; die Einbettung von Motorkomponenten in Epoxidharz macht sie widerstandsfähig und verlängert die Lebensdauer des Roboters.

Sicherheit und Produktivität

Was Roboter angeht, so sind Sicherheit und Produktivität zwei Seiten derselben Medaille: Eine ungenaue Steuerung kann zu Personenschäden führen, sei es im Operationssaal oder in der Fabrikhalle. Umgekehrt bedeutet jeder Maschinenstillstand infolge einer Sicherheitsverletzung potenzielle Produktmängel und Produktionsausfall. Roboter sind daher stets auf hochpräzise Feedbackgeräte angewiesen, die den eigenen Schutz und denjenigen ihrer unmittelbaren Umgebung gewährleisten.

Hochauflösende Encoder ermöglichen eine präzise und schnelle Motorsteuerung in Anwendungen, die gleichermaßen Tempo und Präzision verlangen. Bei Roboterschweißsystemen ist ein hochauflösendes Feedback mit kompakter Hardware entscheidend für eine präzise Roboterbewegung.

Autonomie und mehrachsige Steuerung

Wichtige Trends in der Roboterentwicklung sind Autonomie und maschinelles Lernen. Beispiele hierfür sind autonome Fahrzeuge und Überwachungsroboter. Lidar (light detection and ranging) ist eine Technologie, die 3D-Bilder der Umgebung erfasst und autonome Navigation ermöglicht. Scanvorgänge mit sehr hohen Refreshraten und hochauflösendem Feedback sorgen für schnelle und präzise Steuerung. Lidar-basierte Spiegelsysteme werden immer öfter durch nuten- und bürstenlose Miniaturmotoren angetrieben, die eine gute Wärmeableitung mit hohem Wirkungsgrad kombinieren.

Komplexe Roboteranwendungen verlangen zum Teil die synchronisierte Steuerung mehrerer Achsen, beispielsweise im Fall chirurgischer Roboter. Hierfür können Sensoren mit Schnittstellen für serielle Kommunikation die absolute Position mit einer typischen Auflösung von 14 Bit und einer Winkelgenauigkeit im Bereich von 1° (mechanisch) ermitteln. Ein wichtiges Kriterium bei mehrachsigen Anwendungen ist die Minimierung des Platzbedarfs. Die bauartbedingte Kompaktheit von Miniaturmotoren kann mit Schnittstellen für serielle Kommunikationsprotokolle kombiniert werden, die durch Daisy-Chain-Vernetzung der Encoder den Verdrahtungsaufwand reduzieren.

Kundenspezifische Anpassung

Die kundenspezifische Anpassung von Miniaturmotoren in der Robotik ist ein eindeutiger Trend. Die maßgeschneiderte Auslegung gewährleistet, dass alle speziellen Anforderungen an Präzision, Wirkungsgrad und Platzbedarf erfüllt werden. Die Hersteller von Miniaturmotoren werden immer häufiger mit der Ermittlung der Lastpunkte eines konkreten Designs beauftragt, um anschließend hochkompakte, leichte Motoren zu entwickeln, deren Drehmoment- und Drehzahlleistung perfekt auf die Anforderungen der Anwendung abgestimmt ist.

Portescap ist Spezialist für die Entwicklung von Miniaturmotoren für Roboteranwendungen, einschließlich der entsprechenden Getriebe- und Encodertechnik für verbrauchsarme und platzsparende Applikationen.

Dr. Sunil Kedia, Core Market New Product Development Manager bei Portescap, erläutert die Vorteile des PWM-Antriebs als Alternative und Faktoren wie die optimale Frequenz, Stromwelligkeit und Lebensdauer für die Steuerung bürstenbehafteter DC-Motoren.

Von der Robotik und Industrieautomation bis hin zu Haushaltsgeräten und sogar Spielzeug gibt es zahlreiche Anwendungen für bürstenbehaftete DC-Kleinstmotoren, die an mehr als einem Lastpunkt oder mit besonderen Lastzyklen betrieben werden müssen. Eine stufenlose Regelung ist zwar mit einer Stromversorgung mit Linerarregler realisierbar, doch sind diese Geräte in der Regel ineffizient und sperrig – zwei Eigenschaften, die bei batteriebetriebenen Geräten besonders unerwünscht sind.

Eine Alternative ist die Spannungsregelung durch Pulsweitenmodulation (PWM). Hierbei wird die Eingangsspannung des Motors kontinuierlich mit einer hohen Frequenz ein- und ausgeschaltet. Die Kombination aus Spuleninduktivität und Motorträgheit dient zur Glättung der Drehzahl, sodass sich der Motor so verhält, als würde er an kontinuierlicher Gleichspannung betrieben. Die Motordrehzahl ist abhängig vom Taktverhältnis – dem zeitlichen Verhältnis der Phasen mit und ohne angelegte Spannung.

Die Motorsteuerung mit PWM eliminiert die beiden Hauptnachteile von Stromversorgungen mit Linerarregler und ermöglicht kompakte Antriebe mit hohem Wirkungsgrad. Das Drehmoment lässt sich präzise regeln, und bei korrekter Auslegung können Wirbelstromeffekte – die Kehrseite der Medaille bei der PWM-Ansteuerung von Motoren – auf ein Minimum reduziert und die Motorsteuerung optimiert werden. Der verbesserte Wirkungsgrad des PWM-Antriebs reduziert die Erwärmung der elektronischen Bauelemente und erhöht bei batteriebetriebenen Anwendungen die Standzeit.

Vieles spricht also für eine PWM-Steuerung. Bei der PWM-Steuerung von bürstenbehafteten DC-Motoren kommen jedoch eine Reihe von konstruktiven Überlegungen ins Spiel, weil Parameter wie die PWM-Frequenz und das Taktverhältnis sich auf die Leistung und Lebensdauer des Motors auswirken.

Konstruktive Überlegungen

Bürstenbehaftete DC-Motoren können einfach als Reihenschaltung von Widerstand R und Induktivität L modelliert werden. Wird an eine derartige Schaltung Spannung angelegt, so steigt der Strom in einem Kurvenverlauf bis auf einen stationären Wert an. Wird der Stromkreis unterbrochen, fällt der Strom im umgekehrten Kurvenverlauf zurück auf null. Die Zeitkonstante der RL-Schaltung bestimmt die maximale Änderungsrate der angelegten Spannung.

Bei PWM-gesteuerten Motoren steigt und fällt der Strom im Stromkreis mit jeder PWM-Periode. Lässt man die Gegen-EMK des Motors außer Acht, ist der Stromanstieg eine Funktion der Motorinduktivität und des Gesamtwiderstandes. Intuitiv würde man nun die PWM-Frequenz so wählen, dass der Strom in jedem Takt genug Zeit hat, um den stationären Zustand zu erreichen. Das ist aber nicht immer der richtige Ansatz.

Wenn die PWM-Frequenz über diesen Schwellwert hinaus erhöht wird, hat der Strom nicht genügend Zeit, seinen stationären Zustand zu erreichen. Er oszilliert dann zwischen zwei nicht stationären Zustandswerten, was zu einer Stromwelligkeit führt. Die Welligkeit ist direkt proportional zur angelegten Frequenz, d. h. mit einer Erhöhung der PWM-Frequenz, verringert sich die Stromwelligkeit auf ein akzeptables Maß. Diese Stromwelligkeit beeinträchtigt die Motorleistung auf unterschiedliche Weise, u. a. durch ein nicht lineares Drehmomentverhalten, da das abgegebene Drehmoment proportional zum Strom ist. Die Frequenz wird daher so gewählt, dass die Drehmomentwelligkeit keinen Einfluss auf die Performance der Anwendung hat.

Außerdem ist die Erwärmung durch den Widerstand der Motorwicklung proportional zum Quadrat des Stroms. Eine zu hohe Stromwelligkeit erhöht die Erwärmung im Wicklungspaket, wodurch die Motorleistung abnimmt und die Lebensdauer des Motors beeinträchtigt wird.

Bei bürstenbehafteten DC-Motoren ohne Elektroblech-Pakete sind die Wirbelstrom- und Hystereseverluste im magnetischen Kreis direkt proportional zur Stromwelligkeit, sodass unter einer zu hohen Stromwelligkeit wiederum die Gesamtleistung des Motors leidet. Die Stromwelligkeit hat außerdem direkten Einfluss auf die Kommutierung des Motors. Bei der Edelmetallkommutierung kann die Elektroerosion an den Bürsten während der Stromspitzen ein ernsthaftes Problem darstellen, wobei die Elektroerosion proportional zum Quadrat des effektiven Stroms in der Wicklung ist. Der Bürstenverschleiß ist bei bürstenbehafteten DC-Motoren ohnehin der dominierende Ausfallfaktor. Stärkere Elektroerosion würde die Abnutzung noch beschleunigen.

Bei der Kohlebürstenkommutierung verstärkt ausgeprägte Stromwelligkeit die Bildung der Patina – der Kupferoxidschicht, die sich auf der Oberfläche des Kollektors bzw. dem Schleifpartner der Kohlebürste, bildet. Eine gewisse Patina ist zwar vorteilhaft für die Kommutierung und reduziert die Reibung, aber mit zunehmender Schichtdicke verschlechtert sich der Bürstenkontakt. Bei mittleren bis hohen Drehzahlen beeinträchtigt das die Motorleistung unter Umständen nicht, aber bei niedrigen Betriebsdrehzahlen macht es sich auf jeden Fall bemerkbar.

Reduzieren der Stromwelligkeit

Nachdem die Stromwelligkeit sich so empfindlich auf die Leistung und Lebensdauer des Motors auswirkt – wie lässt sie sich herabsetzen? Vorauszuschicken ist, dass die Stromwelligkeit bei einem Taktverhältnis von 50 % am größten ist. Das Ziel muss also darin bestehen, den Motor abseits eines Taktverhältnisses von 50 % zu betreiben.

Außerdem ist, wie wir gesehen haben, die Stromwelligkeit unmittelbar an die PWM-Frequenz gekoppelt. Auf jeden Fall empfiehlt es sich, die PWM-Frequenz außerhalb des menschlichen Hörvermögens (20 Hz bis 20 kHz) zu halten, da eine Stromwelligkeit in diesem Frequenzspektrum zu einer Lärmbelastung durch den Motorbetrieb führen kann. Wenn man nun noch bedenkt, dass eine Stromwelligkeit unter 10 % anzustreben ist, um die Leistung und Lebensdauer des Motors zu maximieren, ergibt sich daraus ein recht hoher PWM-Frequenzbereich von bis zu 40–120 kHz.

Portescap empfiehlt die Hinzuziehung eines sachkundigen Ingenieurs, um die konkrete Anwendung zu diskutieren, denn die Zusammenhänge zwischen deren Anforderungen, den Leistungsmerkmalen des Motors und der sich daraus ergebenden Konstruktion bzw. Spezifikation des PWM-Antriebs sind komplex. Besonders wichtig ist eine Harmonisierung der gegenseitigen Abhängigkeiten bei batteriebetriebenen Anwendungen, da zur Forderung einer optimalen Gesamtperformance der Anwendung noch die Notwendigkeit einer möglichst langen Batteriestandzeit kommt.

Jamie Gewirtz, F&E-Manager für Chirurgiemotoren bei Portescap, beschreibt die Herausforderungen bei der Konstruktion und nennt Kriterien für die Auswahl des optimalen Elektromotors.

Nachdem inzwischen praktisch alle Hersteller von angetriebenen chirurgischen Werkzeugen von pneumatischem auf elektrischen Betrieb umgestellt haben, ist die Auswahl des am besten geeigneten Elektromotors zu einem zentralen Konstruktionsaspekt geworden. Geräte wie Arthroskopie-Shaver, Sagittalsägen, oszillierende Sägen, orthopädische Bohrer, Bohrer mit mittlerer und hoher Drehzahl, Drahttreiber und Klammernahtgeräte (Stapler) stellen an sich schon hohe Anforderungen an den Motor. Darüber hinaus müssen die Hygieneanforderungen berücksichtigt werden.

Die in Krankenhäusern am häufigsten verwendete Sterilisationsmethode ist das Autoklavieren, ein Dampfsterilisationsverfahren. Hierbei werden die chirurgischen Handwerkzeuge mehrere Minuten lang hohen Temperaturen und hohem Dampfdruck ausgesetzt, um sie steril zu machen. Die meisten Autoklaven arbeiten zusätzlich mit Vakuumzyklen, um vollständige Dampfdurchdringung zu erreichen, damit auch Bakterien, Viren, Pilze und Sporen im Inneren des Werkzeugs abgetötet werden.

Diese wiederkehrenden Extrembedingungen im Autoklaven sind es, die die Hersteller bei der Elektrifizierung ihrer Werkzeuge vor die größten Herausforderungen stellen. Welche Optionen stehen also zur Verfügung?

Angesichts des belastenden Sterilisationsprozesses ist ein Ansatz die Entwicklung von Einwegwerkzeugen, die nach der Operation einfach entsorgt werden. Diese können von einem kostengünstigen DC-Motor mit Kunststoffkomponenten betrieben werden. Ein anfänglicher Kostenvorteil kann allerdings auch schnell wieder zunichte gemacht werden, wenn beispielsweise Operationen täglich mehrfach stattfinden. Außerdem bemühen sich die Krankenhäuser zunehmend um Umweltschutz und insbesondere eine Reduzierung ihres Sondermülls.

Ein alternatives Konzept ist die Verwendung von Standard-DC-Motoren mit einem separaten, nicht autoklavierbaren Elektronik- und Batteriepaket. Hier muss das chirurgische Personal den Motor/Akkupack vor der Sterilisation des Werkzeugs entfernen. Anschließend müssen die unsterilen Komponenten wieder in das sterile chirurgische Instrument eingesetzt werden. Hierbei sind jedoch bestimmte Vorgehensweisen erforderlich, bei denen es unter Umständen zu Anwenderfehlern kommen kann. Auch sind Bedenken nicht von der Hand zu weisen, dass das chirurgische Personal einmal vergessen könnte, die nicht autoklavierbaren Komponenten vor dem Sterilisieren zu entfernen, was unweigerlich zum vorzeitigen elektrischen Versagen des Gerätes führt.

Wieder ein anderer Ansatz besteht darin, einen regulären, fest mit dem Werkzeug verbundenen Gleichstrommotor zu verwenden und diesen gegen die äußere Umgebung abzudichten. In den meisten Fällen führt dies jedoch zu sehr sperrigen Konstruktionen, weil die Dichtungen redundant ausgelegt werden müssen, um die notwendige Zuverlässigkeit zu erreichen.

Wir sehen also, dass die Wahl des Motors unmittelbaren Einfluss auf die Sicherheit der Sterilisation hat sowie auf die Zuverlässigkeit der Werkzeuge und die Instandhaltungskosten. So kann ein kostengünstiger, nicht autoklavierbarer Motor das Endprodukt letztlich sogar verteuern, wenn man die Zusatzkosten berücksichtigt. Schließlich hängen von der Wahl des Motors auch die Zuverlässigkeit des Werkzeugs und die Wartungskosten ab.

Autoklavierbare Motoren

Angesichts der oben beschriebenen Nachteile wäre die ideale Lösung ein DC-Motor, der dem Sterilisationsprozess im Autoklaven konstruktionsbedingt standhält, ohne dass Werkzeugteile entfernt oder Elemente des Dichtungssystems doppelt ausgeführt werden müssen. So bliebe der Sterilisationsprozess möglichst einfach und das Werkzeug handlich.

Nur wenige Motorenhersteller, darunter Portescap, verfügen über das notwendige Know-how für derartige autoklavierbare Motoren für chirurgische Handwerkzeuge. Tests haben nachgewiesen, dass diese Motoren mehr als 1.000 Sterilisationszyklen überstehen können, was oft bei weitem die erwartete Lebensdauer des handgeführten chirurgischen Elektrowerkzeugs übersteigt.

Darüber hinaus bietet Portescap eine vollständige kundenindividuelle Anpassung des Motors an die jeweilige Anwendung an. Die Optionen umfassen unter anderem kundenspezifisch kanülierte Wellen, Querbohrungen, Getriebeübersetzungen, Wicklungskonfigurationen, Stiftverbindungen und Temperaturoptimierung. Portescap bietet in diesem Produktsegment eine große Auswahl mit Motor- und Planetengetriebedurchmessern von 12,7 mm bis 38,1 mm an.

Immer mehr Hersteller chirurgischer Instrumente erkennen die Vorteile der autoklavierbaren, bürstenlosen Motortechnologie. Durch überlegene Leistung und unübertroffene Leistungsdichte sowie die Sterilisierbarkeit im Autoklaven tragen diese Motoren dazu bei, die Sicherheit von Operationen zu gewährleisten und auf Dauer die Gesamtbetriebskosten zu senken.

Portescap ist seit vielen Jahrzehnten ein führender Experte für Miniaturmotoren und Präzisions-Motion-Control-Lösungen für medizinische Geräte und klinische Diagnostik. Wir sind stolz darauf, in dieser aussergewöhnlichen Zeit eine entscheidende Rolle spielen zu können. In diesen beispiellosen Zeiten ist jedoch mehr als technisches Fachwissen erforderlich. Zusammenarbeit, Schnelligkeit und Flexibilität sind notwendig, wenn viele von uns zusammenarbeiten, um diesen heimtückischen Gegner zu besiegen. Diese Elemente machen Portescap zu einem mächtigen Streiter im Kampf gegen Covid-19. Portescaps Ingenieurteam ist es sich gewohnt, eng mit Geräteherstellern zusammenzuarbeiten, um maßgeschneiderte Antriebslösungen zu entwickeln, die Leben retten.

Mit unserer globalen Fertigungs- und Engineering-Präsenz kommt eine dringende Verantwortung auf, schnell zu mobilisieren, unser Know-how zu nutzen, die Ärmel hochzukrempeln und unseren Teil für die medizinische Gemeinschaft zu leisten. Als Teil von Altra Motion hat Portescap eine Business Continuity Task Force sowie einen Pandemic Response Plan eingerichtet, um gleichwohl die Sicherheit unserer Kunden als auch unserer Mitarbeiter zu gewährleisten.

Das Team von Portescap arbeitet hart daran, Motoren zu bauen, die Ventilatoren, Infusionspumpen, klinische Diagnosegeräte und viele andere medizinische Geräte, die im Kampf gegen Covid-19 verwendet werden, antreiben. Wir arbeiten eng mit den Geräteherstellern zusammen, um den durch den plötzlichen Anstieg der Nachfrage und die Angebotsverknappung verursachten Druck auf die medizinische Gemeinschaft zu verringern. Gleichzeitig steht die Gesundheit und Sicherheit unserer Mitarbeiter, Kunden und Partner an erster Stelle. Wir sind in der Lage, unsere globalen Teams zu mobilisieren, um Produktion und Trandsport aufrechzuerhalten und gleichzeitig ihre Sicherheit und Gesundheit zu gewährleisten, einschließlich virtueller Meetings, Arbeitsraumdistanzierung und planmäßiger Schichtarbeit in Zusammenarbeit mit den Empfehlungen der Weltgesundheitsorganisation (WHO), nationaler Gesundheitsorganisationen und anderer lokaler Regierungsstellen.

Wir sind alle Teil dieser aussergewöhnlichen Situation. Portescaps Engagement für Motoren, die Leben verbessern und retten, ist stärker denn je.

Der 35DBM Schritt-Linearaktuator ist mit einer Haltekraft von 112 N ideal für Anwendungen wie Autoinjektoren, Laborautomatisierung, medizinische Pipetten und Ventilbetätigung geeignet. Die 35DBM Aktuatoren für hohe Kraft von Portescap können vollständig auf Adapterspitzen, Hublängen, Wicklungen, Flansche und Bewegungsende-Erkennungssensoren angepasst werden.

Der 35DBM ist in Ausführungen mit und ohne Verdrehsicherung mit diversen Gewindespindelsteigungs- und Wicklungsoptionen auf unserem Online-Motorauswahl-Tool, MotionCompass, erhältlich. Sie werden in einem ISO-zertifizierten Werk hergestellt und entsprechen den RoHS-Richtlinien.