Präzision in kleinen Schritten

Spezial Medizintechnik

Schrittmotoren – Mikrotome erzeugen hochfeine Dünnschnitte durch unterschiedlichste Proben. Die präzise Bewegung der Gewebeproben gewährleisten dabei Fünfphasen-Schrittmotoren mit integriertem Treiber.

15. Oktober 2010

Eine wesentliche Voraussetzung für die Herstellung von qualitativ hochwertigen mikroskopischen Aufnahmen für Histologie und Pathologie ist eine optimale Vorbereitung der Präparate. Neben einer sorgfältigen Gewebe- oder Zellentnahme durch geschultes Personal gehört dazu vor allem die Herstellung von möglichst gleichmäßigen Dünnschnitten der jeweiligen Proben mit Hilfe so genannter Mikrotome. Diese Präzisionsgeräte bewegen die Gewebeprobe relativ zum Schneidwerkzeug, das dann hauchdünne Scheiben von der Probe abhebt. Diese Bewegung stellt deshalb höchste Ansprüche an die Präzision der Antriebe. Der führende Hersteller von Präzisionsmikrotomen, die Leica Microsystems GmbH in Nussloch bei Heidelberg, verwendet in seinen Geräten Schrittmotoren der Düsseldorfer Oriental Motor (Europa) GmbH.

Im Spitzenmodell Leica RM2265 erfolgt die Probenzustellung in sehr kleinen, präzisen Schritten mit einem Fünf-Phasen-Schrittmotorantrieb mit Treibermodul der Baureihe CRK, der die erforderliche hohe Auflösung gewährleistet. Das vollmotorisierte, programmierbare Rotationsmikrotom bietet sechs Schneidebetriebsarten, eine automatische, variable Probenretraktion, ein integriertes Kontrolldisplay, zwei Probenhalter-Grobtriebgeschwindigkeiten je Richtung sowie zwei Schneide- und Trimm-Programme und Schneidefenster. Die einstellbare Zustelldicke reicht von 0,25 bis 600 Mikrometer. In den Mikrotomen können Proben von bis zu 70 Millimeter Breite bearbeitet werden. Ein optionales Zubehör-Gefriergerät kühlt die Proben nötigenfalls zuvor auf –150 Grad Celsius. Antriebe von Oriental Motors finden sich zudem in den Objektmarkierungs- und Färbesystemen von Leica Microsystems.

Die Motor-Treiber-Kombinationen der CRK-Serie sind mit der sogenannten Smooth-Drive-Funktion ausgestattet, die den Mikroschritt-Antrieb automatisch betreibt, ohne dass Schrittwinkel, Pulsanzahl und -frequenz geändert werden müssen. Die Mikroschritt-Technologie bewirkt einen sanften Wechsel des Motorstroms, sodass sich der magnetische Fluss nicht abrupt ändert. Der Smooth-Drive-Modus gewährleistet damit geringe Vibrationen sowie eine deutliche Verringerung der Geräuschentwicklung, speziell im unteren Drehzahlbereich bis 300/min.

Große Vielfalt

Insgesamt stehen 25 verschiedene Schrittwinkel zur Auswahl, vom Basis-Schrittwinkel der Zweiphasen-Schrittmotoren mit 1,8 und 0,9 Grad bis zu den 0,72 bzw. 0,36 Grad der Fünfphasen-Schrittmotoren. Diese Vielfalt ermöglicht es, die Vorzüge der Fünfphasentechnologie zu nutzen, ohne die Vorteile der Zweiphasentechnologie aufgeben zu müssen. Anwender von Zweiphasen-Schrittmotorantrieben können somit problemlos auf die CRK-Serie umsteigen. Über ein externes Signal lassen sich zwei Schrittwinkel einstellen und umschalten. Weitere Funktionen umfassen die automatische Stromabsenkung und die Motorstromabschaltung.

Große Vorteile bei der Entwicklung der Mikrotome bietet auch die innovative Elektronik zur Steuerung der Motoren. So vereinfacht insbesondere die Verringerung der Bauteile-Anzahl im Motortreiber durch eine Zusammenlegung von Stromkontrolle und Peripherieschaltkreis in zwei ICs die Konstruktion. Die Stromkontrolle über Pulsweitenmodulation (PWM) erfolgt bei der Neukonstruktion mit speziellen ICs und einem eigens entwickelten Filter, der die Überlappung mit dem Rückstrom aus der Freilaufdiode verhindert. Ein weiterer Schaltkreis zur Beschleunigungs-Kompensation verbessert zudem das Startverhalten.

Die Zusammenarbeit mit den Antriebsspezialisten vom Rhein hat sich bei Leica Microsystems bereits seit über zehn Jahren bewährt. Den Grundstein dieser Geschäftsbeziehung legte seinerzeit die kurzfristige Modifikation eines Standardtreibers durch Oriental Motor, durch die die Mikroskopierspezialisten damals eine dringende Konstruktionsaufgabe lösen konnten, erzählt Andreas Laudat, Elektronikentwickler bei Leica Microsystems. Seit diesem laut Laudat »guten Beispiel für Flexibilität« verlässt Leica Microsystems sich auf das hohe Niveau von Produkten und Beratung der Antriebsspezialisten aus Düsseldorf, die reibungslose Prozesse und eine zügige Serienreife gewährleisten. bt

Fakten

-Die Oriental Motor (Europa) GmbH in Düsseldorf ist die Deutschland-Niederlassung der japanischen Oriental Motor Co. Ltd. mit Sitz in Tokio.

-Das Portfolio umfasst mehr als 5.000 Produktlösungen aus den Bereichen Asynchronmotoren, bürstenlose Gleichstrommotoren, Schrittmotor- und Linearantriebe sowie Lüfter. Dazu kommen die passenden Controller.

Erschienen in Ausgabe: 07/2010