Foto: Faulhaber

Antriebs- und Steuerungstechnik

Faulhaber: Perfektes Klima für Neugeborene

Faulhaber hat flüsterleise Antriebe für den Dauereinsatz im Inkubator im Portfolio - K&E präsentiert.

Für die gesunde Entwicklung eines Babys ist es am besten, wenn es möglichst lange im Bauch der Mutter bleibt. Dank moderner Neonatalmedizin haben heute aber Babys schon ab der 25. Schwangerschaftswoche eine gute Chance außerhalb des Mutterleibs zu überleben. Mehr noch: etwa 80 Prozent der Frühchen holen ihr Wachstumsdefizit sogar innerhalb der ersten zwei Jahren vollständig auf. Kommt es also zu einer Frühgeburt, ist das dank moderner Technik längst nicht mehr so problematisch wie noch vor einigen Jahren. Wird Technik in einem derart sensiblen Bereich eingesetzt, muss sie allerdings hohen Ansprüchen gerecht werden. Das gilt auch für die benötigten Antriebe.

Per Definition ist ein Inkubator ein Medizinprodukt, das kontrollierte Außenbedingungen für diverse Brut- und Wachstumsprozesse schafft und erhält. Dazu erzeugt er ein Mikroklima mit eng geregelter Luftfeuchtigkeit und -temperatur. Daneben bieten Inkubatoren verschiedene Möglichkeiten, um das Neugeborene bei der Ernährung zu unterstützen. Ein Brutkasten simuliert also die physiologischen Bedingungen, die normalerweise im Mutterleib herrschen: konstante Wärme und gleichbleibende Luftfeuchtigkeit. Je nachdem wie viel zu früh ein Kind geboren wird, sind seine Organe nicht vollständig entwickelt. Der kleine Körper ist also noch nicht in der Lage, seine Temperatur selbst zu regeln. Auch die Lungen sind noch nicht ausgereift; damit sie genügend Sauerstoff aufnehmen können, benötigen sie zudem oft mit Sauerstoff angereicherte Luft.

Impeller sorgt für konstante Wärme

Tende Elektronik hat bereits seit den 1990er-Jahren als OEM-Lieferant für andere Firmen Brutkästen für Frühgeborene produziert. Seit drei Jahren exportiert das Unternehmen nun seine Produkte unter eigenem Namen in zahlreiche Länder. Ferhat Yildiz, CEO bei Tende Elektronik, erklärt das Funktionsprinzip der Brutkästen: „Der Brutkasten wird mit genau temperierter und befeuchteter Luft versorgt. Sie wird durch einen Impeller, also einen von einem Gehäuse umschlossenen Propeller, in das Innere des Kastens befördert. Dieser Lüfter ist damit eine entscheidend wichtige Komponente für die Funktion des Inkubators und das Wohlergehen des Babys.“

Da der Brutkasten nicht durchgehend geschlossen bleiben kann, muss der Impeller jedoch mehr tun, als nur die Luft in gleichbleibendem Strom zuzuführen. Zur Pflege und Behandlung des Babys und natürlich für den unerlässlichen Körperkontakt zu den Eltern, wird der Brutkasten regelmäßig ganz oder teilweise geöffnet. Der Lüfter sorgt dann für einen „Luftvorhang“, der das Eindringen kälterer Luft weitgehend verhindert. Zugleich führt er mehr warme Luft zu, um den dennoch unvermeidlichen Temperaturabfall auszugleichen. Über die Drehzahl des Impellers wird deshalb auch die Temperatur im Brutkasten geregelt.

Einsatz rund um die Uhr

Im Lastenheft der Entwickler waren mehrere Anforderungen an den Antrieb notiert: Der eingesetzte Impeller samt Antrieb sollte langlebig sein. Der Inkubator ist rund um die Uhr in Betrieb und die Neonatalkliniken wollen die Geräte über lange Zeit nutzen. „Wir zielen auf eine Einsatzzeit von mindestens zehn Jahren“, sagt Yildiz. Einen passenden Antrieb fanden die Medizintechniker bei FAulhaber. Die eingesetzten bürstenlosen DC-Servomotoren des Typs 2232...BX4 SC für stationäre und des Typs 3153...BRC für mobile Brutkästen konnten hier überzeugen. Yildiz ergänzt: „Die Komponenten – also auch der Motor – müssen also sehr lange mit höchster Zuverlässigkeit ihre Arbeit verrichten. Bei den Motoren von FAulhaber wissen wir, dass sie das können.“

Leiser Antrieb für gesunde Ohren

Zudem war eine geringe Geräuschentwicklung gefordert, denn Lüfter und Antrieb werden permanent in der Nähe des Kindes betrieben. Wie die anderen Organe sind auch die Ohren des Frühchens noch nicht voll entwickelt und deshalb besonders empfindlich. Steigt der Lärmpegel über einen bestimmten, für Erwachsenenohren sehr niedrigen Wert, besteht die Gefahr dauerhafter Hörschäden. Auch hier können die Antriebe punkten, denn das eisenlose Design der eingesetzten Antriebe eliminiert das Rastmoment. Das „Ruckeln“ bei jeder Umdrehung, das bei Elektromotoren mit Eisenanker unvermeidlich ist, kann hier konstruktionsbedingt nicht entstehen. Das Geräusch der elektromagnetischen Interferenz wird außerdem durch einen integrierten Speed Controller minimiert. Denn eine weitere Geräuschquelle ist die sogenannte Pulsweitenmodulation (PWM): Durch sie wird die Stromversorgung des Motors in sehr kurzen Abständen an- und ausgeschaltet. Die Pulsweite – der Abstand zwischen den Schaltvorgängen und ihre jeweilige Dauer – beeinflusst die Drehzahl und erlaubt eine präzise Steuerung. Die PWM kann aber ein brummendes Geräusch verursachen. Das sogenannte Elektrorauschen wird bei den im Brutkasten verwendeten bürstenlosen DC-Servomotoren durch die sehr hohe Frequenz der PWM sowie den Verzicht auf einen gesonderten Zuleitungsdraht zwischen Motor und Elektronik vermieden.

Tiziano Bordonzotti hat bei FAulhaber die Zusammenarbeit mit Tende Elektronik koordiniert und die Entwicklung der kundenspezifischen Lösung organisiert. Er erklärt: „Entscheidend für ein minimiertes Geräusch ist auch die perfekte Balance und die minimalen Toleranzen der Einzelteile. Daraus resultieren die hervorragenden Laufeigenschaften der Motoren.“ Diese haben großen Anteil daran, dass die Inkubatoren von Tende Elektronik mit einem besonders niedrigen Geräuschpegel arbeiten, nämlich mit 42 bis 45 dB – das entspricht einem Flüstern. Für die präzise und zuverlässige Steuerung der Antriebe sorgt der Speed Controller. Da er integriert ist, bleiben die Einheiten sehr kompakt und leicht, was vor allem bei den mobilen Inkubatoren eine wichtige Rolle spielt.

Zertifizierung für Medizintechnik

Neben der Qualität der Komponenten überzeugte Tende Elektronik auch die gute Zusammenarbeit, wie Yildiz erklärt: „FAulhaber hat uns umfassend unterstützt und den für uns idealen Antrieb entwickelt. Die hohe Qualität der Motoren passt zur hohen Qualität unserer Inkubatoren. Ein weiterer Vorteil für uns ist, dass die Produktionsstätte der Motoren über die nötigen ISO-Zertifikate für Medizinprodukte verfügt und wir diese Komponente ohne zusätzlichen Zertifizierungsaufwand einbauen können.“

Tende Elektronik

Tende Elektronik ist in der Ankara Technopolis der Universität der türkischen Hauptstadt Ankara angesiedelt und entwickelt seit 1997 medizinische Geräte, so z.B. das erste LED Phototherapiesystem (BabyBlue) der Türkei. Als OEM-Lieferant hat das Unternehmen bereits seit den 1990er-Jahren für andere Firmen Brutkästen für Frühgeborene produziert. Seit drei Jahren tritt Tende unter eigenem Namen auf. Inzwischen exportiert es seine Produkte in Dutzende von Ländern. Die Medizintechniker sind erste Unternehmen weltweit, das die Masimo Rainbow SET-Technologie direkt in Inkubatoren integriert. Mit ihr ist eine besonders sensible, nichtinvasive Überwachung der Körperfunktionen des Neugeborenen möglich.

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