Voice-Coil-Aktoren

Kleine und präzise Antriebe für die Medizintechnik

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Voice-Coil-Aktoren – oder auch Tauchspulenmotoren – sind eine besonders präzise Alternative zu herkömmlichen Antriebslösungen Bild: Sensata
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Tauchspulenmotoren | Um Entwicklern den Einsatz kleiner und präziser Tauchspulenmotoren zu erleichtern, bietet der Hersteller Sensata Development Kits an. Verwendet wird diese Art von Antrieben bereits für Anästhesie- oder auch Beatmungsgeräte.

James McNamara,
Sensata Technologies, Attleboro/USA

Für Anwendungen, in denen es auf hohe Präzision ankommt, sind Voice-Coil-Aktoren (VCAs) eine interessante Lösung. Die auch als Tauchspulenmotor bezeichnete Technik wurde für Lautsprecher entwickelt, wird heute aber ebenso für die präzise und zuverlässige Bewegungssteuerung in der Medizin, industriellen Prozesstechnik und Raumfahrt genutzt. Für manche Entwickler ist sie unbekanntes Terrain – was vermutlich auch daran liegt, dass Anwendungen, in denen sich diese Antriebe kostengünstig einsetzen ließen, relativ begrenzt waren.

Inzwischen können Linearbewegungssysteme mit VCAs jedoch einfacher und kostengünstiger umgesetzt werden – und kommen als Alternative zu herkömmlichen Lösungen in Frage. Voice-Coil-Aktoren gelten als einfach, robust und so präzise, wie es die Positionsmessung und die weiteren Komponenten im Antriebssystem erlauben. VCAs beschleunigen innerhalb des Hubs gleichmäßig und schnell, nahezu ohne Hysterese. Damit sind sie bei Medizinprodukten und Robotern ebenso gefragt wie in der Prozessausrüstung.

Medikamentendosierpumpen und Beatmungsgeräte beispielsweise müssen mit maximaler Genauigkeit arbeiten, jeden Mikroliter Flüssigkeit (oder Luft) sorgfältig dosieren. Eine VCA-basierte Lösung für medizinische Durchflussmanagementsysteme bietet diese Genauigkeit, ohne zusätzlichen Platz zu beanspruchen. Weitere Vorteile linearer VCA-Motoren sind ihre Bidirektionalität sowie das Vorhandensein von Permanentmagneten und magnetischen Haltespulen. Sie ermöglichen es, bei Unterbrechung der Stromversorgung an einem Ende des Hubs zu verbleiben – um zum Beispiel sicherzustellen, dass Ventile bei einem Stromausfall offen oder geschlossen bleiben.

Einsatz in Anästhesiegeräten, Schallköpfen und Laborgeräten

Kompakte VCAs, wie sie beispielsweise die Sensata Technologies B.V. anbietet, haben einen Durchmesser von 19 mm und wiegen 21 g. Ihre Spitzenkraft beträgt 8,9 N bei einem Betriebshub von ±2 mm mit geringer Hysterese. Sie weisen kein Rastmoment auf. Einsatzbereiche sind unter anderem Anästhesiegeräte sowie Ultraschall-Schallköpfe, Blutanalysegeräte und Laborgeräte.

Das Entwicklungstool Voice Coil Actuator Developer’s Kit enthält einen VCA mit integriertem Feedback-Sensor und eine programmierbare Steuerung
mit PC-kompatibler Motion-Control-Software. Damit können Anwender die Vorteile von VCAs nutzen, ohne die für ein vollständiges Steuerungssystem erforderliche Elektronik spezifizieren zu müssen. Diese Art von Tools soll Entwickler bei der Konzeption von Antriebssystemen unterstützen. Der funktionsfähige Entwurf inklusive Steuerung der Geschwindigkeit, Positionierung, Kraft, bidirektionalen Bewegung und Beschleunigung ermöglicht es, sehr viele Anwendungen zu modellieren. So lassen sich bestehende Anwendungen optimieren, aber auch neue Applikationen entwickeln.

www.sensata.com


Über die Technik im VCA

Axiale Voice-Coil-Aktoren bestehen aus einem Permanentmagneten in einer beweglichen Röhrenspule aus Draht, die sich in einem ferromagnetischen Zylinder befindet. Wenn Strom durch die Spule fließt, wird sie magnetisiert und stößt die Magneten ab. Auf diese Weise wird eine Bewegung nach innen und nach außen sowie vor und zurück erzeugt.

Entwickelt wurde die Technik, um in Lautsprechern die Membran in schnelle und gut steuerbare Schwingungen zu versetzen.

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