5-2023

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