5-2023
Fachzeitschrift für Medizintechnik-Produktion, Entwicklung, Distribution und Qualitätsmanagement
Fachzeitschrift für Medizintechnik-Produktion, Entwicklung, Distribution und Qualitätsmanagement
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Komponenten<br />
Vom passiven Steckverbinder<br />
zur aktiven Systemkomponente<br />
Hybridsteckverbinder mit NFC-Interface demonstriert<br />
WiFi gute Beispiele für verbreitete<br />
Wireless-Verbindungen. Bei Datenraten<br />
oberhalb dieses Spektrums<br />
oder in elektromagnetisch störbehafteter<br />
Umgebung werden auch<br />
optische Übertragungsmethoden,<br />
beispielsweise mit Lichtwellenleitern,<br />
genutzt.<br />
Schnittstellen für die medizinische<br />
Gerätetechnik erfordern eine enorme<br />
Funktionsvielfalt auf engstem IPgeschützten<br />
Raum. Häufig stellen<br />
die erforderlichen Signal- und<br />
Daten-Pins, Power- und Schutzleiterkontakte<br />
sowie Schirm- und<br />
Schutzmaßnahmen die Entwickler<br />
vor konstruktive Probleme. In<br />
den Rundsteckverbinder integrierte<br />
Hochfrequenz-Elektronik kann helfen,<br />
die elektromechanische Funktionsdichte<br />
im Steckergehäuse zu<br />
reduzieren, die Miniaturisierung<br />
voranzutreiben und dennoch mehr<br />
Platz für eine optimierte Leistungsübertragung<br />
zu schaffen.<br />
Extrem hohe Ansprüche<br />
Miniaturisierte Schnittstellen für<br />
Signale, Daten und elektrische<br />
Leistung stellen an sich eine<br />
Franz Binder GmbH & Co.<br />
Elektrische Bauelemente KG<br />
info@binder-connector.de<br />
www.binder-connector.de<br />
ingenieurtechnische Herausforderung<br />
dar. Handelt es sich dabei<br />
um Komponenten für die Medizintechnik,<br />
stehen Entwickler noch<br />
einmal verschärften Ansprüchen<br />
gegenüber: Ausfallschutz, Signalintegrität<br />
sowie Funktions-, Bediener-<br />
und Patientensicherheit lassen<br />
ihre Design aufgaben noch deutlich<br />
komplexer werden.<br />
Die zunehmende funktionale<br />
Komplexität setzt der Miniaturisierung<br />
von Schnittstellenkomponenten<br />
enge physikalische Grenzen.<br />
In modernen Rundsteckverbindern<br />
der Bauform M12 beispielsweise,<br />
die dem Normentwurf 63171-7 entsprechen,<br />
koexistieren Power-Pins,<br />
Schutzleiterkontakte, Schirmung<br />
und Datenports auf engstem Raum.<br />
Was für die Vielfalt der Gesamtfunktionalität<br />
sinnvoll und wünschenswert<br />
ist, schränkt die Freiheit bei<br />
der Ausgestaltung einzelner Funktionen<br />
immens ein. Problematisch<br />
für Medizingeräte: Somit ist auch<br />
die Kompaktheit der Steckverbinder<br />
limitiert, und viele dieser Schnittstellen<br />
haben die Grenzen des Realisierbaren<br />
bereits erreicht.<br />
Kontaktierung hinterfragt<br />
Traditionell erfolgt die Signal-,<br />
Daten- und Leistungsanbindung in<br />
Steckverbindern über elektrische<br />
Kontakte, deren mechanische und<br />
chemische Beschaffenheit grundsätzlich<br />
über die Performance,<br />
Qualität und Effizienz der Übertragung<br />
entscheidet. Um Verluste<br />
möglichst gering zu halten, ist für<br />
die Leistungsanbindung eine solche<br />
direkte Kontaktierung zwingend<br />
erforderlich – jedoch nicht für<br />
Signale und Daten.<br />
Denn in der Welt der Datenübertragung<br />
existieren bewährte<br />
Standards sowohl für die kabelgebundene<br />
als auch für die drahtlose<br />
Konnektivität. Der Einsatz der<br />
dementsprechenden Technologien<br />
hängt hauptsächlich von Art<br />
und Umfang der zu übertragenen<br />
Daten, aber auch von den Umgebungsbedingungen<br />
ab. Während<br />
sich das breitbandige kabelgebundene<br />
Ethernet mehr und mehr in<br />
der Geräte-, Mess- und Automatisierungstechnik<br />
etabliert, geben<br />
die Low-Energy-Standards Zigbee<br />
und Bluetooth LE oder das schnelle<br />
Problem: limitierte<br />
Miniaturisierbarkeit<br />
Angesichts dieser Vielfalt von<br />
Möglichkeiten stellt sich die Frage,<br />
inwiefern sie dazu beitragen können,<br />
das Problem der limitierten Miniaturisierbarkeit<br />
von Schnittstellenkomponenten<br />
in der kombinierten<br />
Signal-, Daten- und Leistungsanbindung<br />
zu lösen. Was wäre beispielsweise,<br />
wenn Signale und Daten<br />
sich zwischen Stecker und Gerät<br />
übertragen ließen, ohne Platz für<br />
elektrische Kontakte zu beanspruchen?<br />
Ohne sie von Versorgungs-<br />
Pins und -leitungen abschirmen<br />
zu müssen? Was wäre, wenn der<br />
IP-geschützte Bauraum im Innern<br />
eines Steckverbindergehäuses künftig<br />
ausschließlich – oder zumindest<br />
in weit größerem Umfang als bisher<br />
– dem Leistungstransfer zur Verfügung<br />
stünde? Wenn der Steckverbinder<br />
sogar noch weitere Funktionen<br />
beherbergen könnte?<br />
Früher Stecker,<br />
jetzt Micro Device<br />
Mit der Technologiedemonstration<br />
NeaCo² ist binder dieser Frage<br />
auf den Grund gegangen – und hat<br />
erfolgreich zwei Welten – die der<br />
elektromechanischen und die der<br />
drahtlosen Schnittstellen – miteinander<br />
verschmolzen. Anhand von<br />
NeaCo² haben die Ingenieure aus<br />
Neckarsulm gezeigt, wie sich Elektromechanik<br />
und Hochfrequenz-<br />
Elektronik (HF) in einem kleinen<br />
Hybridsteckverbinder kombinieren<br />
lassen. Während die Energieübertragung<br />
über die traditionellen Pins<br />
erfolgt, haben sie die drahtlose Kommunikation<br />
mittels NFC (Near-Field<br />
Communication) implementiert. NFC<br />
hat eine deutlich geringere Reichweite<br />
als etwa Bluetooth oder WiFi,<br />
eröffnet aber dem NeaCo² viele neu-<br />
138 meditronic-journal 5/<strong>2023</strong>