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Medizintechnik Präzises Antreiben

| Autor: Simone Käfer

Beim Greifen und Positionieren von Glasröhrchen sind exakte Bewegungen gefragt. Nicht jede Direktantriebslösung für die Medizin ist dafür geeignet.

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Die Linearachse ist durch einen AKD & AKM Einkabelpaket (inkl. Steuerungseinheit) von Kollmorgen exakt positionierbar. Darauf sitzt der KBM-Kit-Motor, der für den Gleichlauf der zugeführten Röhrchen verantwortlich ist.
Die Linearachse ist durch einen AKD & AKM Einkabelpaket (inkl. Steuerungseinheit) von Kollmorgen exakt positionierbar. Darauf sitzt der KBM-Kit-Motor, der für den Gleichlauf der zugeführten Röhrchen verantwortlich ist.
(Bild: Kollmorgen )

Eine besondere Herausforderung bei dem von ME-Quadrat entwickelten und gebauten Produktionsmodul für die Medizinbranche ist die zweiseitige und torsionsfreie Einspannung von sehr sensiblen Glas- oder Aluminiumröhrchen. Der Durchmesser des Produktes reicht von 1 bis 20 mm mit sehr dünnen Wandstärken von rund 1/10 mm. Es werden Trenn- und Fügeprozesse an dem sensiblen Hohlstabmaterial durchgeführt. Bei der prozessbedingt hohen Drehzahl des zweiseitig eingespannten Materials muss ein absolut präziser Gleichlauf herrschen. Daher ging das schweizerische Start-up auf die Suche nach einem besonders diffizilen und exakten Antriebssystem für die Spindel der Werkstückzuführung und ebenso für die jeweiligen Prozessschritte beim eingespannten Produkt.

Ein Baukastensystem für Präzision und geringe Kosten

Für das Antriebssystems wollten die Ingenieure einen Direktantrieb mit Baukastensystem nutzen, um die geforderte Präzision einzuhalten und eine zeit- und kosteneffiziente Umsetzung zu gewährleisten. Aufgrund der Packungsdichte und der Komplexität dieser Baugruppe wurden ein Rotor und ein Stator mit der vollen Funktionalität eines Servoantriebs gewählt. ME-Quadrat entschied sich für Kollmorgen.

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Neben dem Zeitdruck und den hohen Anforderungen an die Genauigkeit des Pflichtenheftes kam eine für die Medizintechnik entscheidende Zusatzherausforderung hinzu: Die Antriebslösung musste abrieb- und schmiermittelfrei sein; Experimente bei der Implementierung und Inbetriebnahme von Mechanik und Software waren nicht möglich. Also mussten alle in diesem Maschinenmodul vorgesehenen Komponenten erprobt und absolut zuverlässig sein.

Der Direktantrieb ermöglicht im Zusammenspiel mit den AKD-Drives und den Controllern von National Instruments exaktes Positionieren. Beim Stromregler liegen die Taktzeiten bei rund 670 ns, beim Geschwindigkeitsregler bei 62,5 µs. Das Entscheidende ist, dass die beiden synchronisierten Achsen eine exakte Rundlaufgenauigkeit von 2 µm erreichen. Auch die hohe Drehzahl war einer der großen Knackpunkte bei diesem Projekt.

Für die Linearachse in dem Maschinenkonzept wurde der Antrieb AKM mit Einkabellösung und SFD-Feedback gewählt. Das AKD-Einkabelpaket (Regler und Servomotor) kam an der Komponente des Linearantriebs für die Zuführung zum Einsatz.

Die Alternative besticht durch geringen Verschleiß

Auch die Schaeffler-Tochter IDAM (INA – Drives & Mechatronics) bietet Direktantriebe für die Medizintechnik an. Sie würden sich durch ihre komfortable Handhabung hervorheben. Aber auch für andere Anwendungen ein wichtiges Kriterium ist die Angabe von Schaeffler, seine Antriebe seien nahezu verschleißfrei und böten hohe Drehzahl- und Geschwindigkeitsvarianz, eine gute Dynamik und Steifigkeit und damit Bahntreue, hohe Endgeschwindigkeiten, hohes Beschleunigungs- und Bremsvermögen sowie höchste Positionier- und Wiederholgenauigkeit.

Das Unternehmen stellt lineare, rotative und Zwei-Koordinaten-Direktantriebe in einem breiten Größen- und Leistungsspektrum sowie alle zu deren Betrieb nötigen Elektronikbaugruppen her. MM

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Über den Autor

 Simone Käfer

Simone Käfer

Redakteurin für Additive Fertigung und Werkstoffe, MM MaschinenMarkt