Die Sicherheit von Patienten und Klinikpersonal steht in der Medizintechnik im Fokus. Deshalb gelten auch für Medizinnetzteile strenge Vorgaben in Bezug auf Sicherheit, Zuverlässigkeit und EMV. Im Blog-Artikel erfahren Sie, warum die Medizintechnik dabei von den Erfahrungen aus dem Maschinen- und Anlagenbau profitieren kann.
Netzteile müssen die Spannung möglichst sicher und effizient umwandeln und sollen dabei über Jahre hinweg und auf engstem Raum einen reibungslosen Betrieb gewährleisten. Dieser Grundsatz gilt sowohl im Maschinen- und Anlagenbau als auch in der Medizintechnik. Ab Lager verfügbare Standardnetzteile, die diese Voraussetzungen erfüllen, sind im Maschinenbau jedoch deutlich breiter gesät. Hersteller von medizintechnischen Geräten sind wiederum häufig auf kundenspezifische Einschub- oder Panel-Mount-Netzteile angewiesen.
Dabei können besonders medizinische Anwendungen in der Krankenhaustechnik, Gebäudetechnik, Labortechnik sowie in der bildgebenden Diagnostik von dem hohen Industriestandard und der schnellen Verfügbarkeit profitieren. Unsere PULS-Medizinnetzteilen schlagen die Brücke zwischen beiden Anwendungsgebieten und übertragen die Maschinenbau-DNA in die Medizintechnik.
Schutz vor elektrischem Schlag
Bei der europäischen Norm für medizinische elektrische Geräte EN 60601-1 steht neben der Basissicherheit vor allem die funktionale Sicherheit im Fokus. Im Falle der Stromversorgung bedeutet das, Patienten und Bediener im Klinikalltag jederzeit, d.h. sowohl im Normalbetrieb als auch im Fehlerfall, vor einem elektrischen Schlag zu schützen.
Die höchste Schutzstufe ist dabei 2 MOPP (Means of Patient Protection), die die Sicherheit des möglicherweise geschwächten Patienten gewährleistet werden soll. Das bedeutet ein Netzteil muss mindestens 2 Maßnahmen zum Schutz des Patienten aufweisen. Im Netzteil wird dies z.B. durch entsprechend groß ausgelegte Luft- und Kriechstrecken, eine stärkere Isolation zwischen Primär- und Sekundärstromkreis und die Einhaltung der definierten Ableitströme sichergestellt.
Um dies zu erreichen haben wir die Industrienetzteile unserer CP-Serie so modifiziert, dass sie auch die medizintechnischen Vorgaben für 2 MOPP erfüllen. Das gibt Herstellern von medizinischen Equipment die Flexibilität und die Sicherheit PULS-Netzteile mit der Kennung „-M1“ bedenkenlos auch in Patientennähe einzusetzen.
Schutz vor elektromagnetischen Störungen
An medizintechnische Geräte werden hohe Ansprüche in Bezug auf die elektromagnetische Störfestigkeit gegenüber externer Strahlung, wie z.B. Mobilfunksignale, gestellt. Doch Medizinprodukte dürfen auch selbst keine Störwirkung auf die umliegende Technik haben. Deshalb gelten gleichzeitig klare Regeln für die elektromagnetischen Aussendungen. Störfestigkeit und Aussendungen ergeben zusammen die elektromagnetische Verträglichkeit – kurz EMV. Die Grenzwerte für die Medizintechnik sind in der IEC 60601-1-2 (Edition 4) definiert.
Diese Vorgaben stellen Hersteller von Medizinnetzteilen immer wieder vor technische Herausforderungen. Aufgrund von hochfrequentem Rauschen und Restwelligkeit verursachen viele Schaltnetzteile sowohl auf den Leitungen als auch durch Abstrahlung elektromagnetische Störungen.
PULS-Entwickler reduzieren die Störungen innerhalb des Schaltungsdesigns bereits so weit wie möglich. Dadurch erzielen unsere Industrienetzteile sehr gute EMV-Werte. Für unsere Medizinnetzteile hat das R&D-Team noch einmal nachgelegt, so dass die medizintechnische EMV-Prüfung nach IEC 60601-1-2 (z.B. EN 55011 Klasse B für abgestrahlte Störaussendungen) vollständig erfüllt wird.
Schutz vor Geräteausfällen
Zuverlässigkeit und Langlebigkeit sind im Maschinen- und Anlagenbau häufig entscheidend für die Auswahl von Systemkomponenten. Der Betrieb vieler Maschinen ist auf Jahre oder sogar Jahrzehnte ausgelegt – ähnlich wie in der Medizintechnik. Im medizinischen Bereich hat die Zuverlässigkeit jedoch noch einmal eine andere Tragweite, da die Gesundheit und Genesung der Patienten von zuverlässigen Systemen abhängen.
Mit diesem Aspekt vor Augen entwickeln wir auch unsere Medizinnetzteile. Im Fokus steht dabei die Maximierung der Mindestlebensdauer und der MTBF (Mean Time Between Failures). Beide Werte spezifizieren wir im Detail und veröffentlichen sie für jedes Netzteil im dazugehörigen Datenblatt.
Der Schlüssel für hohe Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer ist dabei der Wirkungsgrad der Stromversorgung. Je höher der Wirkungsgrad eines Netzteils ist, desto geringer ist die Verlustleistung und damit die Wärmeentwicklung im Netzteil. Das ist wichtig, da ein Temperaturanstieg von nur +10 °C im Netzteil die Lebensdauer der Elektrolytkondensatoren halbiert. Dieser Verlust führt zwar nicht zwangsläufig zum sofortigen Ausfall der Stromversorgung, beeinträchtigt aber wiederum die Lebensdauer des gesamten Netzteils.
Neben der Lebensdauer verschlechtert sich auch die MTBF durch hohe Temperaturen. Die MTBF beschreibt, wie viele Ausfälle im statistischen Durchschnitt zu erwarten sind, wenn man eine bestimmte Anzahl von Geräten über einen bestimmten Zeitraum betreibt.
Ein einfaches Beispiel macht dies deutlich. Liegt der MTBF-Wert z.B. bei 1.000.000 Stunden bedeutet das, dass statistisch alle 1.000 Stunden ein Gerät ausfällt, wenn 1.000 Geräte installiert sind. Frühausfälle fließen in diese Berechnung nicht mit ein, da die Hersteller diese im Rahmen der Qualitätssicherung ausschließen. Auch Verschleißeffekte spielen bei der Berechnung der MTBF keine Rolle, da in der Nutzungsphase keine alterungsbedingten Ausfälle auftreten (siehe Grafik 2).
Bei unseren Medizinnetzteilen, wie auch bei den industriellen Stromversorgungen, achten wir auf eine hohe MTBF (z.B. CP5.241-M1 bei 24 V, 5 A bei 40 °C gemäß MTBF SN 29500: 867.000 Stunden). Die Geräte sind damit äußert zuverlässig und haben eine sehr geringe Ausfallquote.
Schutz vor Lärm
Die hohe Effizienz der Netzteile hat einen weiteren Vorteil. Sie erlaubt die passive Konvektionskühlung, die sich bei Netzteilen im Maschinen- und Anlagenbau inzwischen als Standard durchgesetzt hat. Da insgesamt weniger Wärme im Netzteil entsteht, kann diese über einen kühlenden Luftstrom und das Aluminiumgehäuse aus dem Gerät abgeleitet werden. Die Geräte benötigen für den Abtransport der warmen Luft somit keine Lüfter. Das gilt über den kompletten Leistungsbereich.
Für die Medizintechnik ist dieser Aspekt besonders interessant. Lüfter führen immer zu einer Geräuschentwicklung, die vor allem in Patientennähe als störend wahrgenommen werden kann. Als mechanisches Bauteil sind Lüfter außerdem häufiger von Ausfällen betroffen.
Stromversorgungen mit Konvektionskühlung arbeiten hingegen geräuschlos im Hintergrund. Das trägt zu einer heilungsfördernden Umgebung für die Patienten bei und ermöglicht zudem einen wartungsfreien Betrieb.
Neue Möglichkeiten für Entwickler von Gesundheitstechnik
In Krankenhäusern und Laboren werden hohe Anforderungen hinsichtlich der Hygiene gestellt. Beim Design von Medizingeräten wird deshalb, wo möglich, auf Ecken und Kanten verzichtet. So sind die Geräte leichter zu reinigen und zu desinfizieren. Ein abgerundetes Design lässt jedoch deutlich weniger Platz für die Elektronik. Möglichst kompakte Netzteile kommen da gelegen und erlauben neue Möglichkeiten im Medical Design.
Dank des hohen Wirkungsgrades kann PULS seine Medizinnetzteile sehr kompakt aufbauen und damit trotzdem alle geforderten Schutzmaßnahmen für das Patientenumfeld einhalten. Aufgrund der zusätzlichen Isolationsmaßnahmen – wie z.B. größeren Luft- und Kriechstrecken – sind die meisten Medizinnetzteile größer als ihre Pendants aus der Industrie. Den PULS-Entwicklern ist es jedoch gelungen, für die Medizinnetzteile die identischen Gehäuse einzusetzen, wie sie auch in den Standardnetzteilen im Anlagen- und Maschinenbau verbaut werden.
240 W finden so in einem Gehäuse mit nur 39 x 124 x 117 mm (Breite x Höhe x Tiefe) Platz. Damit profitiert die Medizintechnik auch von der voranschreitenden Miniaturisierung von Systemkomponenten im Maschinen- und Anlagenbau.
Eine weitere Besonderheit aus der Industrie, die in immer mehr Branchen Fuß fasst, ist die DIN-Schiene – auch Hutschiene genannt. Die wichtigsten Argumente für die Montage von Systemkomponenten auf der DIN-Schiene sind die schnelle Installation sowie die größtmögliche Flexibilität, die einen modularen Systemaufbau ermöglicht. So können die einzelnen Komponenten verschiedener Hersteller zu einem individuellen System zusammengestellt werden, das in Bezug auf Effizienz, Leistung und Preis der Anwendung entspricht. Ein weiterer Vorteil der DIN-Schienen-Montage ist, dass Anwender Stromversorgungen aus verschiedenen Leistungsklassen auf einem einheitlichen Montagesystem befestigen können. Das erleichtert zudem das Nachrüsten oder Austauschen von Komponenten.
Fazit
Hersteller von medizintechnischen Geräten greifen meist auf Open Frame Stromversorgungen zurück. Die meisten am Markt verfügbaren Netzteile mit Medizinzulassung basieren auf dieser Bauform. Mit den M1-Geräten der CP-Serie geht PULS einen anderen Weg. Auf Basis unserer erfolgreichen Industrienetzteile bauen wir ein wachsendes Portfolio für die Medizintechnik auf. Inzwischen sind Lösungen für drei verschiedene Leistungsklassen , und verfügbar. Unsere Motivation ist dabei, die Effizienz und Zuverlässigkeit aus dem Maschinen- und Anlagenbau mit den notwendigen Sicherheitsanforderungen aus dem Medizinbereich zu verbinden. Das Ergebnis sind ausfallsichere, langlebige und kompakte Medizinnetzteile von denen sowohl Systementwickler, als auch Anwender und Patienten profitieren.
