Kleine Antriebe, große Aufgaben

Elektroautmation

Mikroantriebe - Medizintechnische Geräte müssen fehlerfrei funktionieren, damit die Gesundheit der Patienten nicht leidet. Die verbauten Mikroantriebe sollten daher hochpräzise arbeiten sowie den hygienischen und sonstigen Bestimmungen der ISO 13485 genügen.

27. Februar 2012

Ob zur äußerlichen Anwendung etwa bei Prothesen oder für Implantate wie zum Beispiel Insulinpumpen - Medizintechnik richtet sich nach sehr rigiden Standards. Um die geforderte Sicherheit, Verlässlichkeit, Biokompatibilität und Langlebigkeit ihrer Geräte zu garantieren, ist Maxon Medical seit 2008 nach der Medizinnorm ISO 13485 zertifiziert. Somit verfügt der Maxon-Geschäftsbereich neben einsatzfertigen Produkten von hoher Güte auch über etablierte Verfahren und Prozesse, um für Qualität zu bürgen und diese über den gesamten Produktlebenszyklus zu gewährleisten.

Typische Charakteristika von Antrieben aus dem Hause Maxon Medical sind Zuverlässigkeit, eine hohe Leistungsdichte, ein hoher Wirkungsgrad sowie eine lange Lebensdauer. Das Einsatzgebiet der Maxon-Medical-Antrieben reicht von der mobilen Forschungsplattform auf dem Mars bis hin zur Roboterchirurgie.

Antrieb unter der Haut versorgt Diabetiker mit Insulin

Die kontinuierliche subkutane Insulin-Infusionstherapie zählt ebenfalls zu den Anwendungsgebieten. Mit dieser automatisierten Insulinabgabe steht Diabetikern eine komfortable Behandlungsmethode zur Verfügung. Das System entlastet Patienten von der mehrmals täglich wiederholten Insulin-Applikation mittels Spritze oder Pen. Stattdessen übernimmt eine Pumpe die automatische, vorberechnete Dosierung und führt das Insulin über einen Katheter zu. Aufgrund des intelligenten und hocheffizienten Designs sind die Pumpenzyklen für den Träger kaum spürbar, und schon gar nicht hörbar. Der sehr hohe Wirkungsgrad trägt mit dazu bei, dass das akkubetriebene System über lange Zeit autark seinen Betrieb leistet, ohne dass sich der Träger ständig über eine falsche Insulindosierung oder über einen Ausfall der Pumpe sorgen muss. Möglich ist dieser hohe Wirkungsgrad auch aufgrund der patentierten, eisenlosen Wicklung im eingesetzten Miniatur-Antrieb von Maxon Medical.

Bei diesem Motorprinzip entstehen kein magnetisches Rastmoment und nur geringe elektromagnetische Störungen. Der Wirkungsgrad beträgt bis zu 90 Prozent. Zu jedem Motortyp gibt es zahlreiche Wicklungsvarianten. Sie unterscheiden sich durch den Drahtquerschnitt und die Windungszahl. Die verwendeten Drahtdurchmesser liegen zwischen 32 Mikrometern und 0,45 Millimetern. So ergeben sich unterschiedliche Anschlusswiderstände der Motoren. Ebenfalls variieren jene Motorparameter, welche die Umwandlung von elektrischer und mechanischer Energie beschreiben.

Roboter als Chirurgen

Auch elektronisch unterstützte minimalinvasive Operationstechniken sind erst durch den Einsatz entsprechend hochgradig entwickelter Antriebstechnik möglich. In solchen Operations-systemen übernehmen miniaturisierte Maxon-Antriebe nicht nur Steuerung und Bewegung der in Thorax oder Abdomen eingeführten, fernbedienten Werkzeuge. Auch die Regelung des für den operierenden Chirurgen essenziellen Force-Feedbacks funktioniert mit Hilfe der eigens dafür entwickelten Motoren und ermöglicht das belastungsarme Operieren auch über lange Zeitdauer.

Für intuitiv gesteuerte, chirurgische Aufgabenstellungen bietet Maxon eine Reihe Miniaturantriebe. Hierzu zählt der RE13, eine Antriebseinheit, bestehend aus Motor, Getriebe und Encoder, die nur 13 Millimeter im Durchmesser misst. Durch ihr Design verfügen die Motoren über kein magnetisches Rastmoment, was gegenüber konventionell konstruierten Antrieben besonders bei niedrigen Betriebsgeschwindigkeiten von großem Vorteil ist. Die Motoren arbeiten mit sogenannten Seltene-Erden-Magneten und eisenlosen Rotoren. Darüber hinaus erreichen die Motoren eine hohe Leistungsdichte und große Laufruhe.

Weiterhin eignen sich der Maxon-DC-Motor RE40 mit nur 40 Millimetern Durchmesser sowie der RE-max für entsprechende Applikationen im Bereich der Chirurgie. Beide Baureihen zählen zu den Gleichstrommotoren und sind mit leistungsstarken Permanentmagneten ausgerüstet. Das Herzstück des RE40 bildet der weltweit patentierte eisenlose Rotor, beim RE-max die millionenfach erprobte eisenlose Maxon-Wicklung.

Eine andere Applikation mit über 100 verbauten Maxon-Motoren ist die Intensitätsmodulierte Radiotherapie. Angetrieben von diesen auf kleinstem Raum untergebrachten Miniaturmotoren von Maxon, passt der formverändernde Multilamellenkollimator das um den Patienten rotierende Strahlenfeld der jeweiligen Tumorform an. Dies ermöglicht eine wirkungsvolle und umfassende, aber gleichzeitig schonende Strahlentherapie auch an vitalen Regionen. Mit dem System lassen sich segmentale, dynamische sowie Behandlungen mittels konformer Bogenbestrahlung in einem einzigen Gerät zusammenfassen. Der Einsatz minimiert Hot Spots und erlaubt eine homogene Modulation der eingesetzten Strahlendosis ohne das umgebende, gesunde Gewebe zu schädigen.

Neuer Antrieb zum Laufen

Die Lokomotionstherapie mittels robotergestützter Gangorthese und Laufband hingegen orientiert sich an neusten Erkenntnissen des motorischen Lernens bei neurologisch beeinträchtigten Patienten. Sie ermöglicht neue oder qualitative Verbesserungen von Bewegungen mittels ausgedehnter Repetition. Durch die Unterstützung des Lokomat werden die beiden Therapieprinzipien – Repetition und aufgabenorientiertes Training – zum Wiedererlernen der Gehbewegung genutzt. Diese funktionsorientierte Therapieform hat sich mittlerweile in der Rehabilitation von einer Vielzahl neuromuskulärer Erkrankungen wie Rückenmarkverletzungen, Schlaganfall, Schädel-Hirn-Trauma, Multiple Sklerose oder Cerebralparese etabliert.

Die eigentliche Bewegung übernimmt die motorgetriebene Orthese, an deren Hüft- und Knie-Modulen Maxon-Antriebseinheiten, bestehend aus RE 40-Motor, Bremse und Getriebe, untergebracht sind. Die Antriebe werden mit der Geschwindigkeit des Laufbandes synchronisiert, sodass die Bewegungen von Lokomat und Laufband exakt übereinstimmen. Eine entsprechende Software steuert die Hüft- und Kniegelenke mit physiologischen Gangkurven in Echtzeit. Jede der vier Achsen wird einzeln elektronisch auf die präzise Einhaltung des Gangmusters überwacht. Wichtige Kriterien zur Auswahl der Antriebe waren die außerordentliche Dynamik, hohe Leistungsdichte sowie hohe Verlässlichkeit und lange Lebensdauer der Maxon-Motoren. Zusammen mit den Lokomat-Entwicklern der schweizer Hocoma AG in Volketswil hat Maxon optimal auf diese Anwendung ausgelegte Antriebseinheiten definiert.

Um die hohen Anforderungen dieser und vieler weiterer Anwendungen zu erfüllen, setzt Maxon Medical moderne Materialien und Verfahren ein. So besitzt das Schweizer Unternehmen beispielsweise das nötige Know-how, um Titanteile herzustellen und zu schweißen, unter Vakuum Schweißverbindungen herzustellen, komplexe Teile aus Kunststoff-Mikrospritzguss oder hochanspruchsvolle Keramikkomponenten zu entwickeln und in Pulverspritzgusstechnik (CIM, MIM) zu fertigen. Bei der Beratung, Projektierung und Entwicklung angefangen, setzt sich Qualität bis hin zur 100-prozentigen Rückverfolgbarkeit aller Komponenten und Rohstoffe durchgängig fort. Moderne Produktionsstätten und hochqualifizierte Mitarbeiter garantieren die geforderte Qualität und gleichzeitig eine hohe Flexibilität.

Erschienen in Ausgabe: 01/2012