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Elektromechanische Bauelemente für die Medizintechnik - Für vielfältigen Schutz und maximaler Zuverlässigkeit

Entwickler medizinischer Geräte müssen immer komplexere Technologien schnellstmöglich zur Serienreife bringen. Gleichzeitig müssen die Geräte höchsten Qualitäts- und Sicherheitsstandards gerecht werden – schließlich kann ihre einwandfreie Funktionsweise im schlimmsten Fall über Leben und Tod entscheiden.

In der Medizintechnik sind häufig kompakte Endsysteme gefordert, die einfach zu reinigen bzw. steril zu halten sind. Dazu tragen auch elektromechanische Komponenten bei, die Schutz vor Bedienfehlern, Überströmen und Überspannungen sowie Überhitzung bieten. Für die anwendergerechte Bedienung von medizinischen Geräten sind zeitgemäße Bedienkonzepte gefragt, die Fehler während der Mensch-Maschine-Interaktionen so weit wie möglich reduzieren. Gleichzeitig müssen sie ein steriles und einfach zu reinigendes Endgerät der Klasse IP67 ermöglichen.

Eine unkomplizierte manuelle Bedienung lässt sich mit robusten und aus hochwertigen Materialien gefertigten Wipp- und Drehschaltern sowie Drucktastern realisieren, beispielsweise mit den optischen Encoderschaltern der Serie ENC von C&K (Bild 1). Mit klarer Rastung und starker Haptik sind sie in zwei Kanälen mit 2-bit-Ausgang erhältlich.

Tastschalter bieten aufgrund ihrer taktilen Rückmeldung Bediensicherheit. Die Modelle der KSC-Serie von C&K (Bild 2) sind für eine intensive Nutzung ausgelegt; mit bis zu zehn Millionen Zyklen erreichen sie eine lange Lebensdauer. Ihre Silikon- und Gummi-Aktoren bieten je nach Kraft und Aktorhärte eine spezifische Haptik und akustische Reaktionen, zudem sorgen sie für eine leichte Integration des Schalters.

Kundenspezifische Metalltastaturen offerieren vielfältige Möglichkeiten, die oftmals mit diversen Applikationen ausgestatteten Medtech-Geräte zu handhaben. Die gegenüber Flüssigkeiten hochbeständigen Tastaturen lassen sich außerdem gut reinigen und sterilisieren.

Bei komplexen, modernen Geräten bieten sich Human-Machine Interfaces zur Steuerung an. Die entsprechenden Funktionen werden in der Steuereinheit über ein Signal- und/oder ein MOSFET-Relais gesteuert. MOSFET-Relais, wie die der G3VM-Serie von Omron (Bild 3), gewährleisten eine hohe Anzahl geräuschloser Schaltzyklen. Beim Schalten der Kontakte wird kein Lichtbogen erzeugt, sodass es nicht zu Ausfällen wegen Kontaktverschleiß kommt. Die Bauelemente zeichnen sich folglich durch eine lange Lebensdauer aus.

Hochperformante Stromversorgung

Wie alle Technologien sind auch medizintechnische Neu- und Weiterentwicklungen auf eine zuverlässige, maßgeschneiderte Stromversorgung angewiesen. Dafür sorgt ein Netzteil. Bei Fehlfunktionen wie etwa einem Kurzschluss muss jedoch eine sichere Abschaltung gewährleistet sein, um dann auf eine Notstromversorgung, z.B. einen Akkumulator, umschalten zu können. Hierfür kommen verschiedenartige Sicherungen zum Einsatz, z.B. Sicherungseinsätze und axial bedrahtete Sicherungen in 5 mm oder ¼" oder Blocksicherungen. Letztere zeichnen sich durch ihre kleine und kompakte Bauform aus.

Die oberflächenmontierbaren Blocksicherungen der Serie 6125 von Eaton Bussmann empfehlen sich vor allem für Applikationen, die auch bei einem Fehler weiterarbeiten sollen, ohne dass Bauteile dadurch Schaden nehmen. Sie schützen die Stromversorgung nicht nur vor Kurzschlüssen, sondern fungieren auch als EMI-Filter. Die schnell schaltenden Typen (6125FF) sind speziell für hohe Einschaltströme ausgelegt. Die 6125TD-Serie mit Zeitverzögerung entspricht dem EIA-IS-722-Standard und kann Nennströme für mindestens vier Stunden leiten. Die 6125FA-Modelle gewährleisten Überstromschutz bis zu 125 V AC/DC.

Geht es um noch höhere Stromstärken, kommen vor allem die Sicherungen der 1025-Serie von Eaton Bussmann (Bild 4) infrage. Unter den klassischen SMD-Sicherungen bieten sie Schutz vor der höchsten Stromstärke. Durch ihr höheres Schmelzintegral ermöglichen sie außerdem höhere Einschaltströme. Mit einem Betriebstemperaturbereich von -55 bis +125 °C eignen sie sich auch für den Einsatz in rauen Umgebungen.

Dazu bietet Eaton Bussmann Sicherungshalter für die Panel- oder PCB-Montage, von denen sich viele sowohl für 5 mm als auch für ¼" eignen. Sie sind in verschiedenen IP-Schutzklassen erhältlich.

Für schwer zugängliche Schaltkreise, vor allem in Applikationen, bei denen ständig Überstrombedingungen auftreten oder die konstant verfügbar sein müssen, sind rückstellbare Sicherungen ideal. Diese PTC- (Positive Temperature Coefficient) Bauteile erhöhen den Widerstand, wenn die Temperatur durch einen übermäßigen Stromfluss ansteigt. Ist der Fehler behoben und sinkt die Temperatur wieder, wird der Widerstand automatisch "zurückgestellt". Die größte Auswahl an PTC-Bauteilen findet sich bei Littelfuse, z.B. die PolySwitch- und Poly-Fuse-Serien. Die nano­SMD-Serie von Littelfuse hat zudem besonders geringe Abmessungen und hilft so, Platz und Kosten zu sparen. Gleichzeitig bietet sie durch die große Auswahl an verschiedenen Modellen vielfältige Designmöglichkeiten. Dank ihrer hohen Spannungsbereiche lassen sie sich auch in neuen Applikationen einsetzen.

Wenn's heiß hergeht

Auch von der Abwärme der Bauteile während des Betriebs geht eine gewisse Gefahr für die einwandfreie Funktion und die Lebensdauer der Komponenten aus. Ein auf die Applikation und die spezifischen Einbaubedingungen ausgelegtes Wärmemanagement ist deshalb unabdingbar. Für die Entwärmung der Leiterkarten, auf der sich nicht nur die Leistungshalbleiter, sondern auch die Ansteuerung und Signalverarbeitung befinden, haben sich Board-Level-Kühlkörper (Fingerkühlkörper) etabliert. Da sie direkt am betreffenden Bauteil befestigt sind, entwärmen sie dieses gezielt und effizient. Zu den Anbietern mit dem größten Sortiment an Board-Level-Kühlkörpern aus Aluminium oder Kupfer in verschiedenen Größen, Formen und Einbaumöglichkeiten zählen Fischer Elektronik und Assmann WSW.

Noch platzsparender sind 10 µm bis 100 µm dünne Wärmeleitfolien (Bild 5). Sie bieten zudem eine besonders hohe thermische Leitfähigkeit von bis zu 1950 W/mK. Da sie sich einfach auf die gewünschte Größe zuschneiden lassen, sind sie leicht zu verarbeiten. Wärmeleitfolien sind etwa von 3M und Panasonic auf dem Markt.

Bei sehr starker Wärmeentwicklung sind Lüfter das Mittel der Wahl. Sie sind der passiven Kühlung sowohl bei der Leistung als auch bei den Kosten überlegen. Liegt der Fokus auf einem sehr hohen Luftstrom, empfiehlt sich der AD12032 von ADDA (Bild 6). Spielt jedoch auch der Geräuschpegel eine Rolle, etwa in Geräten, die in Patientenzimmern zum Einsatz kommen, sind Modelle mit Gleitlager zu empfehlen, wie die Serien AD12032 von ADDA oder die JV0620-00 von Jamicon (Bild 7). Die doppelt kugelgelagerten Modelle von Jamicon sind zudem besonders langlebig.

 

Komponenten gibt es auf www.rutronik24.de.

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