Anforderungen an Medical Design setzen Messlatte für Linearantriebe

In den vergangenen Jahrzehnten hat in der Medizin – genau wie in vielen anderen Bereichen unseres Lebens – eine rasante Technologisierung stattgefunden: Nahezu alle Geräte der Diagnostik, der Therapie und der Patientenversorgung sind heute Hightech-Produkte mit höchster Funktionalität. Die Palette dieser Geräte reicht von ergonomisch perfektionierten Wannenliften und Behandlungsstühlen über hochkomplexe Geräte der nicht-invasiven Diagnostik wie Computer-Tomographen und Cardio-Scanner bis hin zu chirurgischen Robotern, die bereits ganze OP-Eingriffe übernehmen. Ähnliches gilt auch für das breite Feld der Labortechnik, wobei hier der Aspekt der automatischen und damit effizienten, aber auch hochpräzisen Bearbeitung eine große Rolle spielt. Geräte in diesem Feld werden genutzt, um beispielsweise Blut- und DNA-Proben zu bearbeiten oder um Zahnkronen vollautomatisch und computergesteuert auf den Zehntel-Millimeter genau herzustellen.

Unendliche Anforderungen

Schauen wir uns zwei dieser Beispiele etwas genauer an, wird schnell deutlich, auf welcher immensen Bandbreite sich die Anforderungen an die genutzten Antriebssysteme abspielen. Bei einem Behandlungsstuhl beginnt die Anforderungsskala am Punkt der Sicherheit. Das heißt, es müssen ausreichende Leistungsreserven vorhanden sein, um auch schwere Patienten sicher zu bewegen und zuverlässig abzubremsen. Ebenso wichtig ist die möglichst sanfte Ausführung der Bewegungen, um den Patienten nicht unnötig zu irritieren. Hinzu kommen jedoch weitere Aspekte. Hierzu zählt die Kompaktheit der Antriebe, damit der behandelnde Arzt möglichst nah an den Stuhl gelangt, um optimal arbeiten zu können. Damit nicht genug, müssen die Antriebe hygienischen Vorschriften genügen und unempfindlich gegen Reinigungs- sowie Desinfektionsflüssigkeiten sein.

Eine computergesteuerte CNC-Fräsmaschine zur automatisierten Herstellung präziser Zahnkronen hat wiederum ihre eigenen, speziellen Anforderungen an die Antriebskomponenten. An erster Stelle steht hier die absolute Präzision der Bewegungen. Eine solche Maschine fräst einzelne Zahnkronen oder ganze Brücken aus einem Vollblock – beispielsweise aus keramischem Zirkonium oder aus Wachs. Dazu benötigt die Maschine wiederholgenaue Linearbewegungen auf drei Achsen im Hundertstel-Millimeter-Bereich. Genauso hinaus müssen die linearen Antriebe möglichst schnell die Positionen anfahren, um den Zeitaufwand pro Bearbeitungseinheit gering zu halten. Eine weitere wichtige Anforderung ist die Unempfindlichkeit gegen eindringenden Staub und Schmutz, da der Keramikstaub äußerst aggressiv ist und die Linearführungskomponenten beschädigen könnte. Hinzu kommt, dass Dentalfräsen immer häufiger in den zahntechnischen Labors der Zahnärzte eingesetzt werden, woraus die Forderung nach besonders kompakten Bauformen erwächst.

Für die Entwickler solcher Geräte bedeutet das ein ganzes Konglomerat von Spezifikationen, Anforderungen, Einschränkungen, Randbedingungen, Sicherheitsvorschriften, Toleranzen usw., die berücksichtigt werden müssen. Darüber hinaus sollen die Geräte nach Möglichkeit kompakter, leichter und kostengünstiger in der Anschaffung sowie im Betrieb sein – Stichwort Energieverbrauch. Daher wenden sich Gerätekonstrukteure frühzeitig an die Herstellerunternehmen der benötigten Komponenten, um deren Know-how bereits in den ersten Planungsphasen für ein neues Gerät einzubinden. So verfügt Thomson Industries, Hersteller von Lineareinheiten, über speziell ausgebildete Experten im Bereich der Medizintechnik. Gemeinsam mit den Konstrukteuren erarbeiten sie eine nach Prioritäten sortierte Liste der Spezifikationen, um die je nach Anwendung optimalen Antriebskomponenten zusammenzustellen. Durch ihre langjährige Erfahrung können sie somit auf mögliche Probleme oder Optimierungsmöglichkeiten hinweisen.

Online-Tools beschleunigen Auswahl und Dimensionierung

Kunden können auch selbst auf komfortable Weise die passenden Antriebskomponenten zusammenstellen. Hierzu bietet Thomson auf seiner Website http://www.thomsonlinear.de unter der Rubrik „Linear Motioneering“ anwenderfreundliche Planungs-, Dimensionierungs- und Auswahlwerkzeuge für seine umfangreiche Produktpalette. Mit Hilfe interaktiver Fragenkataloge führen diese Tools den Konstrukteur zur optimalen Antriebslösung. Hierzu werden Schritt für Schritt das Anforderungsprofil und die Randbedingungen der vorgesehenen Anwendung abgefragt. Am Ende der Befragung werden die am besten geeigneten Produkte mit der zugehörigen Spezifikation ausgegeben.

Die Zusammenarbeit mit einem so breit aufgestellten Hersteller bietet zudem den Vorteil eines Produktprogramms, das alle denkbaren Szenarios und Anforderungsprofile vollständig abdeckt. Für medizintechnische Anwendungen bietet das Unternehmen Aktuatoren, Linearlager, Kugel- und Trapezgewindetriebe, Linearführungen (Rund- und Vierkantausführung), seine patentierten Micron-Planetengetriebe, Linearführungen und -systeme sowie Deltran-Kupplungen und Bremsen mit den unterschiedlichsten Leistungskennzahlen. Dank dieser Produktauswahl kann jeweils die bestmögliche Lösung für ein bestimmtes Problem zusammengestellt werden.

Kostendämpfung: Standards und Sonderlösungen im Paket

Kunden profitieren darüber hinaus von der Möglichkeit, Standardkomponenten mit eigens entwickelten Sonderlösungen zu kombinieren. Auf diese Weise entstehen Antriebseinheiten, die einerseits besonders kostengünstig in der Beschaffung sind, andererseits jedoch bei Bedarf auf den jeweiligen Einsatzzweck maßgeschneidert werden können. Das Ergebnis sind Geräte und Maschinen, bei denen trotz ihrer hohen Funktionalität oder Spezialisierung die Entwicklungs- und Herstellungskosten nicht aus dem Ruder laufen. Damit lässt sich der Kundenkreis der Geräte deutlich erweitern. Die Dentalfräsmaschine ist ein Beispiel, das diese Entwicklung verdeutlicht: Während jene Maschinen aufgrund ihrer Anschaffungskosten – aber auch ihrer Größe – bislang nur für große zahntechnische Labors interessant waren, finden sich die gleichermaßen kompakten wie kostengünstigen Ausführungen der neuesten Generation heute vermehrt in kleinen, direkt angeschlossenen Labors von Zahnarztpraxen.

Fazit

Es lässt sich festhalten, dass die Anforderungen an Linearantriebe medizintechnischer Geräte derart komplex und vielfältig sind, dass selbst erfahrene Konstrukteure den Überblick verlieren können. Umso wichtiger ist hier die fachlich versierte Unterstützung durch den Komponenten-Hersteller, denn nur er kennt seine Produkte bis ins kleinste Detail und kann die optimale Auswahl treffen. Eine zielführende Auswahl ist nur möglich, wenn der Anbieter eine breite Produktauswahl bietet und darüber hinaus in der Lage ist, seine Produkte an spezielle Anforderungen anzupassen. Auch aus diesen Gründen zählt Thomson zu den führenden Anbietern für Entwickler medizinischer Geräte. (anm)

  • Selbsttragende Ausführung mit geringem Gewicht z.B. für Behandlungsstühle. Bietet hohe Lastmomente, minimale Länge, sehr kleines Verhältnis von Hub zu eingefahrener Länge.
  • Lineareinheit mit hoher Wiederholgenauigkeit.
  • Eine zentrale Hubsäule (Bild 1) verwandelt diesen Stuhl bei Bedarf in ein Bett oder Stehrahmen. Aktuatoren ermöglichen maximalen Komfort für Fahrbedingungen im Innen- und Außenbereich.
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