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2-2015

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  • Medizinelektronik
  • Medizintechnik
Fachzeitschrift für Medizintechnik-Produktion, Entwicklung, Distribution und Qualitätsmanagement

Komponenten

Komponenten Multilayer-Piezobiegeaktoren für Anwendungen in der Medizintechnik Bild 1: Hohe Zuverlässigkeit und niedrige Ansteuerspannung: Multilayer-Piezobiegeaktoren für viele Anwendungen. (Bild: PI) Piezokeramische Multilayer-Biegeaktoren sind in der Miniatur-Aktorik richtige Tausendsassas. Mit Stellkräften von einigen Newton bei hohen Auslenkungen bis zu einigen 100 µm und niedrigen Ansteuerspannungen lassen sie sich bei Mikro-Elektromechanischen Systemen (MEMS) sehr vielseitig einsetzen. Neuartige Technologien erlauben zudem die Fertigung in nahezu beliebigen Konturen und Abmessungen in großen Stückzahlen. Bei piezokeramischen Biegeaktoren hängen Lebensdauer und Zuverlässigkeit stark von den Umgebungsbedingungen am Einsatzort ab. Luftfeuchtigkeit, Temperatur und Betriebsspannung können sie erheblich beeinträchtigen. Abhilfe schaffen optimierte Materialien und Herstellungsverfahren, ein entsprechender Aufbau und die Wahl der geeigneten Isolierung. PI Ceramic setzt deshalb bei den PICMA Bender Biegeaktoren (Bild 1) auf eine spezielle Fertigungstechnologie, die eine rundum vollkeramische Isolierung bewirkt. Dadurch sind die keramischen piezoaktiven Schichten im Biegewandler bei anliegendem elektrischem Feld vor Elektrolysereaktionen mit Feuchtigkeit geschützt. Gleichzeitig werden mechanische Beschädigungen der empfindlichen Elektroden verhindert. Zuverlässigkeit und Lebensdauer sind dadurch gegenüber herkömmlich polymerisolierten Aktoren signifikant erhöht. Der vollkeramische Aufbau des Aktors ist zudem nahezu perfekt temperaturkompensiert. Bei Temperaturschwankungen in der Anwendung gibt es keine ungewollten Auslenkungen und mechanischen Spannungen im Aktor. Variable Konturen und kundenspezifische Ausführungen Aufgrund des Herstellungsverfahrens sind die Biegeaktoren in nahezu beliebigen Konturen und Abmessungen fertigbar, was die Integration in die Applikation erleichtert. So lassen sich auch eher ungewöhnliche Formen mit sehr geringen Fertigungstoleranzen realisieren, wie abgeschrägte Kanten und Innenbohrungen (Bild 2). Biegeaktoren mit kleinsten Abmessungen von wenigen Millimetern, z.B. mit nur 4 x 10 mm Kantenlänge, können ebenso hergestellt werden wie runde Aktoren und natürlich sind auch größere Abmessungen möglich. Die Geometrie wird dabei lediglich von den Anforderungen an Krafterzeugung und Dynamik bestimmt. Der runde Biegeaktor PD410 beispielsweise erreicht bei einem Durchmesser von 44 mm und 0,7 mm Höhe einen Hub von bis zu 240 µm in beide Auslenkungsrichtungen. Auch die Höhe der aktiven Schichten ist variabel ab einer Mindesthöhe von 15 µm, sodass mit Ansteuerspannungen von nur 10 V gearbeitet werden kann. Eine einseitige Auslenkung ist durch Aufbringen auf ein passives Substrat möglich, womit eine höhere Steifigkeit und eine relativ größere Auslenkung in eine Richtung als bei bidirektionalen Biegeelementen erreicht werden kann. Hohe Linearität und Wiederholgenauigkeit im positionsgeregelten Betrieb lassen sich durch das zusätzliche Aufbringen von Positionssensoren erzielen. Dazu werden Dehnmessstreifen-Sensoren (DMS), bestehend aus einer dünnen Metallfolie, auf der Piezokeramik angebracht. Bei Bedarf können Multilayer-Kontraktorplatten auch auf kundeneigenem Substrat (Metall, Silizium) appliziert werden. Die Kontraktorplatten sind ebenfalls in verschiedenen Geometrien erhältlich, z.B. quadratisch oder rund. Breites Anwendungsspektrum Die je nach Auslegung und Belastung der Biegeaktoren mit bis etwa 1000 Hz ausgesprochen hohe Resonanzfrequenz bietet zudem beste Voraussetzungen für hochdynamische Anwendungen. Ihre Zuverlässigkeit und die flexiblen Ansteuerspannungen machen sie zur idealen Antriebslösung bei präzisen Dosier- und Pumpvorgängen, z.B. in Druckern oder in der Medizintechnik. Weitere Einsatzbereiche finden sich in der optischen Strahlablenkung, z.B. bei Scananwendungen und - dank der kleinen Abmessungen - auch in mobilen oder sogar implantierbaren Geräten. Bei speziellen Hörhilfen beispielsweise wirkt das Piezoelement als akustomechanischer Wandler, der Schall wird dabei über Knochenleitung übertragen. Den Einsatzmöglichkeiten sind damit kaum Grenzen gesetzt, zumal neben einer angemessenen Preisgestaltung bei kundenspezifischen Ausführungen auch die Betreuung vom Prototypen bis hin zur späteren Serienfertigung ebenso gewährleistet ist wie die Integration 6 meditronic-journal 2/2015

Komponenten Antimikrobielle Kabel für EKG-Systeme Leoni liefert verschiedene EKG-Kabel für Systeme von Integral Process. Die Kabel haben einen antimikrobiellen Mantel, der die Keimbelastung bei Mehrfachnutzung reduziert. Integral Process bietet seinen Kunden diesen signifikanten Nutzen kosteneffizient an und bekommt positives Feedback vom Markt. Zur Reduktion von Krankenhausinfektionen setzen viele Hersteller von EKG-Systemen auf Ein-Patienten-Lösungen. Bei komplexeren Kabelaufbauten kann das jedoch kostspielig werden. Leoni bietet für wiederverwendbare medizintechnische Systeme mit komplexeren Kabelaufbauten eine Technologie, die Kunststoffoberflächen eine keimtötende Wirkung verleiht. Diese kann ungewollte Lücken in der Hygienekette schließen und wird jetzt bei wiederverwendbaren EKG-Systemen von Integral Process eingesetzt. Um die EKG-Leitungen antimikrobiell auszustatten, bindet Leoni ein Metalloxid in den Kabelmantel ein. Dieses fällt aufgrund einer größeren Kornabmessung nicht unter die umstrittene Nanotechnologie. Außerdem wird bei der innovativen Leoni-Technologie kein Silber oder Kupfer eingesetzt, sodass die Leitungen auch bei Kontakt mit Schweiß oder Proteinen ihre antimikrobielle Wirkung behalten. Gleiches gilt für die Reinigung: Die im Krankenhaus gängigen Reinigungsverfahren haben keinen negativen Einfluss auf die Wirksamkeit der antimikrobiellen Oberfläche. Trotz des Zusatzes bleiben die Leoni-Leitungen hautverträglich. Eine Zulassung der Biokompatibilität nach DIN EN ISO 10993 liegt für die EKG- Leitungen vor. Durch den Einsatz spezieller versilberter Lahnlitzen sind die Kabel sehr flexibel und leicht. Eine spezielle Schirmung gewährleistet ihre elektromagnetische Verträglichkeit. Die Farbkodierung der EKG-Ableitungskabel und ein Bild mit der Anleitung zur korrekten Positionierung der Elektroden auf dem Verstärkergehäuse ermöglichen den schnellen und einfachen Anschluss der Integral Process-EKG-Systeme an verschiedene Patientenmonitoring-Geräte. Wir stellen aus: Medtec, Stand 3F57 Leoni AG info@leoni.com www.leoni.com Über PI Ceramic Bild 2: PICMA Multilayer-Biegeaktoren in verschiedenen Konturen und Abmessungen. (Bild: PI) PI Ceramic gilt als weltweit führendes Unternehmen auf dem Gebiet aktorischer und sensorischer Piezoprodukte. Große Erfahrung im komplexen Entwicklungs- und Herstellungsprozess funktionskeramischer Bauelemente verbunden mit modernster Produktionsausstattung gewährleisten hohe Qualität, Flexibilität und Liefertreue. Prototypen und Kleinserien kundenspezifischer Piezobaugruppen stehen bereits nach kurzen Bearbeitungszeiten zur Verfügung. PI Ceramic besitzt darüber hinaus die Kapazitäten für die Herstellung mittlerer und großer Serien in automatisierten Linien. PI Ceramic ist ein Tochterunternehmen der Physik Instrumente (PI) GmbH & Co. KG und hat seinen Sitz in Lederhose, Thüringen. der Piezokeramiken in das Kundenprodukt. Dazu gehören sowohl die elektrische Kontaktierung der Elemente nach Kundenvorgaben als auch die Montage in beigestellte Bauelemente, das Verkleben oder der Verguss. Die Biegeaktoren können z. B. mit speziell angepassten Halterungen versehen werden, die den Einbau beim Kunden erleichtern. Physik Instrumente (PI) GmbH & Co. KG www.pi.ws meditronic-journal 2/2015 7

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