Filigrane Spindel bringt Patienten ins Bett

Kleinmotoren in mobilen Patientenliftern erleichtern in Medizin und Pflege den Umgang mit den Patienten. Eine solche, dem Einsatzzweck angepasste und sehr kompakte Antriebsmechanik wurde in Systempartnerschaft mit dem Kleinantriebsspezialisten Zeitlauf GmbH Antriebstechnik & Co. KG entwickelt. Der medizinische Einsatzbereich sowie der Zielmarkt Europa und Nordamerika gaben dabei die Randbedingungen vor, die zwingend einzuhalten waren.

An erster Stelle stehen bei Transportsystemen für Menschen die Sicherheitsvorgaben, die im medizinischen Umfeld schon mit dem Design beginnen. So müssen beispielsweise alle Geräte leicht zu reinigen sein. Die „innere Sicherheit“ eines Lifters entspricht bekannten Vorgaben aus der industriellen Technik: Die Last – also der Patient – darf auch bei Ausfall des Antriebes nicht absacken, Überlastsicherheit und Dauerhaltbarkeit der tragenden Komponenten sind zu gewährleisten.

Obwohl für den geplanten Absatzmarkt Patientengewichte bis zu 260 kg sicher angehoben und abgesenkt werden müssen, mussten aus Gründen des Energieverbrauchs Prinzipien des Leichtbaus und ein hoher Wirkungsgrad bei Motor und Getriebe berücksichtigt werden.

Um einen im Bett liegenden oder im Rollstuhl sitzenden Patienten anzuheben, muss ein Lift eine große, variable Hubhöhe aufweisen. Dabei muss der Schwerpunkt immer innerhalb der Aufstandsfläche des Lifters liegen, damit dieser nicht umkippt. Als günstigste Bauform hat sich für solche Aufgaben ein Hubmast mit gebogenem Hebearm herausgestellt. Die langen, schmalen Rollausleger passen unter jedes Bett und stützen den Lifter sicher ab. Die Akkus liegen im Grundgestell neben der Basis des Mastes. Um die Antriebsmechanik im Mast unterzubringen und gleichzeitig die nötige Tragkraft und den Wirkungsgrad zu gewährleisten, kam nur eine Kugelumlaufspindel in Frage, die eine hohe Laufruhe aufweist. Ein Ausknicken der mit 675 mm sehr langen Spindelachse wird durch eine integrierte Führungsbuchse verhindert. So erreicht der Lifter mit Hilfe des integrierten Hubrohres eine Hubhöhe von 1350 mm bei geringem Bauvolumen.

Die eigentliche Antriebsaufgabe selbst konnte auf eine kleine, kompakte Einheit reduziert werden. Ein bürstenkommutierter Gleichstrommotor mit hohem Wirkungsgrad bringt die erforderliche Kraft auf. Ein kompaktes Planetengetriebe mit einer Untersetzung von 1 : 15,33 in einer Stufe reduziert die Ausgangsdrehzahl. Mit der Motorleistung von 90 W sind so Hubkräfte von 100 N bis 5200 N möglich. Dabei erreicht der Lifter Hubgeschwindigkeiten bis zu 25 mm/s und bis zu 60 komplette Hübe pro Akkuladung.

Da Kugelumlaufspindeln nicht selbsthemmend sind, ist eine separate Bremslösung erforderlich: Diese Sicherheit liefert eine direkt ins Getriebe integrierte Friktionsbremse, die lastabhängig reagiert. Bei stehendem Motor muss der Lift den Patienten sicher halten können, und daher spricht die Bremse nur bei der Abwärtsbewegung an. Beim Heben wird die Bremse über einen Freilauf entkoppelt. Das senkt den Verschleiß, spart Energie und erlaubt eine längere Betriebszeit des Liftes pro Akkuladung. Die Friktionsbremse ist so einerseits eine Sicherheits- und Halteeinrichtung bei Motorstopp, andererseits mindert sie die Geschwindigkeit beim Absetzen des Patienten. Die Hubeinheit inklusive Spindel ist dank des kompakten Antriebsblocks aus Motor und Planetengetriebe mit integrierter Bremse schmal gebaut; die Lebensdauer der wartungsfreien Einheit ist mit über 40 000 Betätigungszyklen hoch.

Vor der Typenfreigabe werden die Lifter im hauseigenen Labor noch „auf Herz und Nieren“ geprüft. Unterschiedliche Testbedingungen simulieren dabei das Einsatzleben des Lifters in kurzer Zeit. Neben Dauerlauftests der Antriebseinheit auf dem Prüfstand ist dabei auch ein Praxistest des kompletten Lifters unter Nennlast wichtig. Nur so konnten die Vorgaben von von United Labratories (UL) und der Food and Drug Administration (FDA) für den nordamerikanischen Markt erfüllt und dokumentiert werden.

Alice Klee Fachjournalistin in Fürth