Motoren EC-Motoren ermöglichen kompakte Abscheidegeräte

Autor / Redakteur: Dipl. Chem. Andreas Zeiff / Stefanie Michel

In der Zahnbehandlung sind Präparationen zur Zahnerhaltung mit Amalgam gefüllten Zähnen tägliche Praxis. Die frisch zubereitete Masse verfestigt sich schnell, so dass das Quecksilber fest gebunden und praktisch unschädlich ist. Muss eine solche Füllung aber nach langjährigem Gebrauch entfernt werden, ist die feine Partikelfracht aus dem Abwasser über Abwasserseparatoren abzuscheiden. Moderne EC-Motoren erlauben heute dank hoher Lebensdauer die Entwicklung kompakter Abscheidegeräte für die Entsorgung vor Ort im Behandlungsgerät.

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( Archiv: Vogel Business Media )

Quecksilber ist ein giftiges Schwermetall, das nicht unkontrolliert in die Umwelt gelangen darf. Andererseits wusste schon Paracelsus: die Menge macht das Gift. Je feiner verteilt ein Stoff ist, umso größer die Oberfläche und damit die lösbare Menge an Material. In der Zahnarztpraxis bedeutet dies: Amalgam ist in kompakter Füllung gut verträglich, der entfernte feine Bohrabrieb beim Austausch der Füllung aber muss aufgefangen werden. Da Amalgam sich sehr deutlich in der Dichte von Wasser unterscheidet, setzt der Spezialist für Zahnarztpraxisausrüstung Dürr-Dental auf die Trennung per Zentrifuge. Um die Zentrifuge bei hohen Drehzahlen zuverlässig zu betreiben, wurde schon in der Entwicklungsphase der Antriebsexperte ebm-papst aus St. Georgen hinzugezogen. So entstanden kompakte Separatoren mit EC-Motoren für den zuverlässigen Einsatz im Praxisalltag.

Höherer Konstruktionsaufwand bei Kompaktzentrifugen

Wie bei allen Strömungsmaschinen gilt auch bei Zentrifugen die Regel: Je kleiner desto schwieriger zu bauen. Daher erfordern kleine Kompaktgeräte einen unvergleichlich höheren Aufwand in Konstruktion und Fertigung. Hintergrund sind die so genannten Spaltverluste zwischen den bewegten und feststehenden Teilen. Im Prinzip arbeitet die Zentrifuge wie ein Entsafter, der Saft von Fruchtfleisch trennt: Durch die hohe Drehzahl eines Läufers werden die Feststoffe höherer Dichte von Flüssigkeiten geringerer Dichte getrennt.

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Separatoren unterscheiden sich dabei von Zentrifugen, da sie im semi- oder vollkontinuierlichen Betrieb arbeiten können. Dies bedeutet eine hohe Trennleistungen bei kleinen Abmessungen. Wegen Fertigungstoleranzen und thermischer Ausdehnung muss immer ein gewisser Abstand eingehalten werden, um ein Anstreifen des rotierenden Läufers am Gehäuse zu verhindern. Um hier auf hohe Abscheidungswerte zu kommen und trotzdem keine Wandberührung zu riskieren, ist erhebliches Know-how gefragt. Im vorliegenden Fall setzten die Konstrukteure auf moderne Kunststoffe für die Bauteile der Zentrifuge. Der Werkstoff ist sehr robust gegenüber abrasivem Verschleiß durch das Amalgamgranulat sowie praxisüblichen Reinigungs- bzw. Desinfektionsmitteln. Die Teile lassen sich im Spritzgussverfahren in fluiddynamisch optimaler Form bei geringsten Toleranzen hergestellen, so dass eine optimale Passform aller Teile zueinander gewährleistet ist. Aber enge Toleranzen bedeuten auch geringstes Spiel zueinander; das bedeutet: die Lagerung des Antriebs muss ebenso exakt aufgebaut sein wie die Separatoreinheit.

Antrieb und Lagerung im EC-Außenläufer-Motor vereint

Für einen hohen Abscheidungsgrad sind der Dichteunterschied der unterschiedlichen Stoffe sowie deren Zentrifugalbeschleunigung im Separator ausschlaggebend. Je höher die Dichteunterschiede und je höher die Beschleunigung umso besser wird das Material / werden die Bestandteile getrennt. Hohe Fliehkräfte bei kleinem Läufer bedeuten aber hohe Drehzahlen. Zudem wird die Zentrifuge beim Ausspülen sozusagen „stoßweise“ beaufschlagt, doch die Drehzahl muss möglichst konstant bleiben. Aus diesen konstruktiven Vorgaben zeichnete sich ein EC-Außenläufermotor als optimale Lösung ab.

Große Schwungmassen am Läufer machen den Antrieb vergleichsweise unempfindlich gegenüber Lastschwankungen. Durch den innen liegende Stator ist eine besonders toleranzarme Lagerung möglich. Um die hohen Anforderungen des Zentrifugenbetriebs zu erfüllen, wird der Lagersitz für die beiden Präzisionskugellager in einer Aufspannung ausgearbeitet. Dank des Abstandes der beiden Lager zueinander ist eine optimale Flucht der Antriebswelle, die den Läufer des Separators trägt, garantiert – und das bei hoher Steifigkeit der Lagerung. Gerade für Zentrifugen mit potentieller Unwucht durch das unregelmäßig zugeführte Medium ist dies von besonderem Vorteil. Der obenliegende Antrieb erleichtert sowohl die Abdichtung der Antriebswelle als auch den Zugang zum untenliegenden Schlammauffangraum der Zentrifuge.

Steuerung passt Grundmechank an Separator an

Als elektronisch kommutierter Antrieb bietet der Außenläufer zusätzlich die Möglichkeit, die Motorcharakteristik an die unterschiedlichen Ausführungen der Zentrifuge anzupassen. Für Eberhardt Nonnenmacher von Dürr-Dental war dies ausschlaggebend: „Unsere Wahl fiel nicht zuletzt deshalb auf ebm-papst, weil hier eine optimale Unterstützung bei der Steuerungslösung des Antriebs gegeben war. Auch bei den besonderen Bedürfnisse für die Lagerung und die Zuverlässigkeit konnten wir auf die Erfahrung des Antriebsspezialisten vertrauen“.

Ausgehend von einem bewährten EC-Außenläuferkonzept wurden für den Zentrifugeneinsatz die Eigenschaften der Antriebe optimiert. Durch die programmierbarer Motorsteuerung sind nicht für jede Zentrifugenausführung spezielle Motoren nötig, denn die Elektronik erlaubt - in bestimmten Grenzen - eine optimale Anpassung der Grundmechanik an den Separator. Die kompakte Bauweise und das geringe Betriebsgeräusch ermöglichen so eine dezentrale Entsorgung des Amalgamabfalls vor Ort im Behandlungsstuhl ohne Platzproblem oder akustische Störung. Je nach Gegebenheit stehen unterschiedliche Ausführungen zur Verfügung. Allen gemeinsam ist der unkomplizierte, wartungsarme Betrieb bei deutlicher Unterschreitung der gesetzlichen Vorgaben für den Abscheidungsgrad (Wirkungsgrad des Abscheiders nach DIN EN ISO 11143).

Moderne EC-Außenläufermotoren lassen sich auf die jeweilige Anwendung maßschneidern. Je früher die Antriebskompetenz des Motorenspezialisten in die Entwicklung eingebunden wird, umso größer sind die Vorteile bei Effizienz, Platzbedarf und Wirtschaftlichkeit. Die „Time to Market“ wird kürzer, Entwicklungs- und Fertigungskosten sinken bei gleichzeitig verbesserter Wirtschaftlichkeit.

Dipl. Chem. Andreas Zeiff ist Mitarbeiter des Redaktionsbüros Stutensee

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