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#Neues aus der Industrie
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Bürsten-DC VS. Bürstenlose Gleichstrommotoren für chirurgische Einweg-Elektrowerkzeuge
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Einwegwerkzeuge sind ein schnell wachsendes Segment auf dem Markt für chirurgische Handwerkzeuge, das durch Kosten- und Hygienevorteile angetrieben wird.
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Für Werkzeugkonstrukteure ist die Motortechnologie oft eine entscheidende Entscheidung, insbesondere die Wahl zwischen einem bürstenbehafteten oder bürstenlosen Gleichstrommotor.
Konstrukteure von chirurgischen Elektrowerkzeugen müssen sich entscheiden, ob sie einen Einweg- oder einen wiederverwendbaren Konstruktionsansatz verfolgen wollen. Dank der Fortschritte bei der Entwicklung von Komponenten und Fertigungstechniken ist es zunehmend möglich, Geräte mit den für komplexe Operationen erforderlichen Fähigkeiten zu einem Preis herzustellen, der die Entsorgung des Geräts nach einer einzigen Operation rechtfertigt. Diese Fortschritte gelten auch für Motoren. Konstruktions- und Fertigungsverbesserungen sowohl bei bürstenbehafteten Gleichstrom- als auch bei bürstenlosen Gleichstrommotoren (BLDC-Motoren) haben den Preis gesenkt und gleichzeitig die Leistung erhöht, so dass es möglich ist, mit einer Einwegkonstruktion ausreichend niedrige Werkzeugkosten pro Eingriff zu erzielen. Darüber hinaus besteht bei einigen Instrumenten die Möglichkeit, die Sicherheit zu erhöhen, indem das Risiko einer Infektion aufgrund unzureichender Sterilisation beseitigt wird.
Motorische Leistungsanforderungen für Einwegwerkzeuge
Während die Anforderungen an die Motorleistung für wiederverwendbare und Einweg-Chirurgiegeräte ähnlich sind, unterscheiden sich die Anforderungen an Lebensdauer und Kosten erheblich. Ein für ein wiederverwendbares Instrument spezifizierter Motor kann eine Lebensdauer von Hunderten oder sogar Tausenden von Operationen haben und muss daher hochwertige Komponenten und Materialien verwenden, um diese bemerkenswerte Leistung zu erbringen. Ein Motor für ein Einwegwerkzeug muss eine ähnliche Leistung erbringen - wenn auch nur für einen einzigen Eingriff - und muss dennoch in großen Mengen und zu einem wettbewerbsfähigen Preis erhältlich sein.
Bei der Spezifikation von Motoren für Einwegwerkzeuge sollten Konstrukteure die möglichen Vorteile herkömmlicher Bürsten-Gleichstrommotoren gegenüber der fortschrittlicheren BLDC-Technologie berücksichtigen. Aufgrund der Art der Konstruktion und der inhärenten Zuverlässigkeitsvorteile sind BLDC-Motoren die typische Wahl für den Einsatz in wiederverwendbaren Elektrowerkzeugen. Die Vorteile des BLDC-Motors erhöhen leider die Kosten im Vergleich zum Brush-DC-Motor; daher ist es oft nicht möglich, einen BLDC-Motor für ein Einwegwerkzeug zu spezifizieren. Konstrukteure sollten mit einem Motorlieferanten zusammenarbeiten, der sich mit beiden Technologien auskennt, damit die Leistungs- und Kostenabwägungen zwischen einer Bürsten-Gleichstrom- und einer BLDC-Motortechnologie korrekt ermittelt werden können.
Bürsten-DC-Motoren vs. bürstenlose DC-Motoren
Wenn das Ziel eines neuen Projekts darin besteht, die Leistung und Zuverlässigkeit zu maximieren, wird ein Konstrukteur wahrscheinlich zur BLDC-Technologie tendieren. Die bürstenlose Technologie ermöglicht den Betrieb bei hohen Drehzahlen (bis zu 100.000 U/min) über eine lange Betriebsdauer. Bei der BLDC-Technologie erfolgt die Kommutierung ohne mechanische Bürsten (d. h. über magnetische Hallsensoren oder sensorlosen Antrieb mit einem bürstenlosen Motorcontroller), so dass sich der Kontakt zwischen den rotierenden und den stationären Komponenten des Motors auf die Kugellager beschränkt. Dies bedeutet, dass die Lebensdauer des Motors in erster Linie von der Langlebigkeit des Lagers abhängt und der Motor über einen längeren Zeitraum mit hoher Drehzahl betrieben werden kann.
Im Vergleich dazu wird bei einem Bürsten-Gleichstrommotor die Kommutierung durch mechanische Bürsten (Graphit oder Edelmetall) erreicht, die in physischen Kontakt mit dem Rotor treten, um die elektrische Verbindung herzustellen. In diesem Fall ist die Lebensdauer des Motors in erster Linie auf die Lebensdauer der Bürsten begrenzt, wobei höhere Drehzahlen zu einem vorzeitigen Verschleiß führen. Bei einem Einwegwerkzeug mag die höhere Drehzahl angesichts der kurzen Lebensdauer kein Problem darstellen - dies hängt jedoch stark von der Einschaltdauer und den Drehzahlanforderungen der Anwendung ab.
Die Leistung eines Bürsten-Gleichstrommotors variiert auch erheblich in Abhängigkeit von der Konstruktion und den verwendeten Materialien. Die Bürsten-Gleichstrommotoren von Portescap sind zum Beispiel kernlos" (die meisten preisgünstigeren Bürstenmotoren haben einen Eisenkern), was bedeutet, dass der Rotor nur aus einer Spule und einer einzigen Welle besteht. Das kernlose Design bietet eine geringere Trägheit, was zu einer höheren Leistung hinsichtlich Beschleunigung und Effizienz führt. Außerdem entfällt das Rastmoment (Cogging-Drehmoment), das bei niedrigeren Drehzahlen zu einer geringeren Laufruhe führen kann.
Für wiederverwendbare chirurgische Werkzeuge sind BLDC-Antriebe aufgrund der Anforderungen an Lebensdauer und Geschwindigkeit oft die ideale Lösung. Für einige Anwendungen, bei denen ein Einwegdesign zum Einsatz kommt, kann ein Bürsten-DC-Motor jedoch eine attraktive Lösung darstellen.
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