Steckverbinder
Robustes Bindeglied
Von medizinischen Geräten hängt oftmals ein Leben ab. Dabei ist ein solches System immer nur so stark wie das schwächste seiner Glieder. Damit dieses nicht der Steckverbinder ist, kommt es besonders auf die Materialauswahl und die Konstruktion an.
Mit dem Hippokratischen Eid (siehe Kasten) gelobte ein Arzt früher, seinen Patienten die bestmögliche Pflege angedeihen zu lassen. Dieser Eid betrifft nicht nur die Maßnahmen des Arztes, sondern erstreckt sich auch auf die verschriebenen Behandlungen und die von ihm benutzten medizinischen Geräte.
Jobangebote+ passend zum Thema
| Der Eid des Hippokrates |
|---|
|
Der Eid des Hippokrates, benannt nach dem griechischen Arzt Hippokrates von Kós (um 460 bis 370 v. Chr.), gilt als erste grundlegende Formulierung einer ärztlichen Ethik. Die Urheberschaft des Eides ist jedoch ungeklärt. Bei Hippokrates selbst findet sich keine Erwähnung des Eides, ebenso wenig in zeitgenössischen Quellen. Die älteste bekannte Erwähnung stammt von Scribonius Largus, einem römischen Arzt aus dem Umfeld von Kaiser Claudius, also aus dem 1. Jahrhundert n. Chr. Die zeitliche Lücke zwischen Hippokrates (um 460 bis 370 v. Chr.) und Scribonius Largus wird durch kein Dokument geschlossen. Der Ursprung des Eides verliert sich somit im Dunkel der Geschichte. Der Eid des Hippokrates wird in seiner klassischen Form heute nicht mehr von Ärzten geleistet und hat keine Rechtswirkung, hat aber gleichwohl immer noch Einfluss auf die Formulierung moderner Alternativen. Er enthält mehrere Elemente, die auch heute noch Bestandteil ärztlicher Ethik sind (Gebot, Kranken nicht zu schaden, Schweigepflicht, Verbot sexueller Handlungen an Patienten, etc.). Manche Teile entsprechen nicht mehr den heutigen Gegebenheiten (beispielsweise das Verbot, Blasenstein zu operieren, da Chirurgen damals ein eigener Berufsstand neben den Ärzten waren); diese werden oft entsprechend heutiger Gegebenheiten uminterpretiert (z.B. als Verbot, Behandlungen durchzuführen, für die der Arzt nicht das nötige Spezialistenwissen besitzt). Schwangerschaftsabbruch und aktive Sterbehilfe werden durch den Eid des Hippokrates ausdrücklich untersagt. |
(Quelle: Wikipedia)
Wahrscheinlich interessiert sich ein Patient nicht für das Innenleben des Gerätes, das zum Beispiel seine Herzfrequenz überwacht oder ein Familienmitglied am Leben erhält; aber für den Arzt, die Aufsichtsbehörden und Ingenieure von medizinischen Geräten ist diese Kenntnis absolute Pflicht.
Herzüberwache, bildgebende Systeme, tragbare Blutzuckermonitore und dergleichen sind nur so zuverlässig und genau wie die verwendeten Bauteile darin.
Folglich müssen sie absolut fehlerfrei und hochzuverlässig arbeiten. Damit ein Steckverbinder beispielsweise entsprechend eingestuft werden kann, muss er eine Reihe von Tests bestehen.
Stoß- und Vibrationsprüfungen eignen sich, um Ermüdung auszuschließen, die zu Leitungsunterbrechungen und Geräteausfall führen können.
Hochzuverlässige Steckverbinder verwenden daher häufig eine Vielzahl von Kontaktplattierungen.
Eine Unterschicht aus Nickel, gefolgt von einer Goldschicht, ist beispielsweise äußerst stabil bei extremen Temperaturen bis zu +200 °C.
Viele Steckverbinder verwenden jedoch eine Silberplattierung, die nur einer Temperatur von +85 °C standhalten kann. Daher ist Gold die bessere Wahl für medizinische Anwendungen.
Zudem eignet sich dieses Edelmetall auch für den Einsatz bei extrem niedrigen Temperaturen und verliert nicht seine Leitfähigkeit durch den Kontaktwiderstand des Materials.
Kunden haben C&K berichtet, dass Steckverbinder der Reihe »MTB1« sich sogar noch bei Temperaturen bis hinunter zu -270 °C fehlerlos verhalten (Bild 1).
Außerdem müssen die Plattierungsmaterialien auch den täglichen Gebrauchs- und Verschleißbeanspruchungen standhalten können.
Hochzuverlässige Steckverbinder werden Salzbädern ausgesetzt, um sicherzustellen, dass keine Partikel eindringen, die zur Korrosion der Materialien am Stecker führen können.
Austretendes Wasser beispielsweise, das sich zwischen den Bauteilflächen ablagert, kann Korrosion und Kristallbildung verursachen.
Die Metallplattierung muss mit diesen Problemen umgehen können und von Natur aus korrosionsbeständig sein – ohne Abstriche an der elektrischen Leitfähigkeit.
Die Verwendung spezialisierter Plattierungsmaterialien ermöglicht Herstellern von Steckverbindern auch, Produkte nach individuellen Spezifikationen zu entwickeln und zu fertigen.
Darunter fallen zum Beispiel vollständig abgeschlossene Stecker, kundenspezifische Isolierkörper, Ausführungen mit und ohne Abschirmung sowie außen angegossene Zugentlastungen zum Schutz des Kontaktabschlusses von Steckerleitungen.
Kontaktsysteme hochzuverlässiger Steckverbinder müssen extrem passgenau sein, damit die robuste, stabile Metallplattierung erhalten bleibt.
Üblicherweise werden Kontaktsysteme maschinell bearbeitet oder gestanzt; durch Verwendung von Twist-Pin-Kontaktsystemen lässt sich der Sockel jedoch befestigen und liefert die eigentlichen elektrischen und mechanischen Aus- und Eingänge.
Bei einem Twist-Pin-Kontakt werden Beryllium-Kupferdrähte um einen verseilten Kern gewickelt. Das Drahtbündel wird an einem Ende in eine Hülse gecrimpt, während eine halbkugelförmige Schweißung das andere Ende abschließt.
Die Twist-Pin-Kontaktausführung liefert mehrere elektrische Kontaktstellen und gewährleistet somit eine zuverlässigere und ununterbrochene Verbindung.
Die Micro-D-Subminiatur-Steckverbinder von C&K verfügen über diesen flexiblen Twist-Pin, der in den Isolierkörper eingegossen ist, während die starre Buchse freiliegt (Bild 2).
Durch diesen speziellen Prozess kehren sich die herkömmlichen Positionen von Stift und Buchse um.
Die Twist-Pin-Kontaktausführung bietet mehrere elektrische Kontaktstellen, hochzuverlässige Crimpungen, hohe Stromleitungsfähigkeiten und längere Lebensdauer.
Solche Kontakte lassen sich sogar unter starker Fehlausrichtung stecken.
Anleihen aus der Raumfahrt
Medizinische Anlagen wie EEGs (Elektroenzephalographen), MRTs (Magnetresonanztomographen) und Ultraschallgeräte erfordern die Verwendung spezieller Rohmaterialien. Bei MRTs müssen nichtmagnetische Metallwerkstoffe zum Einsatz kommen, da die Magnetfelder und Hochfrequenzen zur Bilderzeugung nicht durch ein magnetisches Metall gestört werden dürfen.
Auch müssen die Geräte jegliche Umweltbelastung verhindern, sodass eine Ausgasung bestimmter Stoffe unzulässig ist. Beide Faktoren können die leistungsrelevanten Messwerte verfälschen und die Gesundheit des Patienten gefährden. Folglich ist eine der typischen Anforderungen von hochzuverlässigen Steckverbindern die Verwendung von Materialien ohne Gasabgabe und Elementen mit niedrigem Restmagnetismus.
So lassen sich klare Bilder erzeugen, die nicht durch HF- und Magnetinterferenzen verzerrt werden. Bei diesen Anwendungen kommen häufig spezielle Kupferlegierungen zum Einsatz, die auch für extrem hohe Temperaturen gut geeignet sind. MIL- und raumfahrtqualifizierte Steckverbinder werden allmählich auch bei medizinischen Anwendungen zum Standard, da die Anforderungen oft ähnlich sind.
Bauteile, die in der Raumfahrt zum Einsatz kommen, müssen robust und stabil genug sein, um den atmosphärischen Bedingungen standzuhalten. Um MIL- und Raumfahrtqualifikation (z.B. nach EN 9001 oder ESA) zu erreichen, müssen die Steckverbinder die Null-Fehler-Norm erfüllen und dürfen ausschließlich nicht ausgasende und nichtmagnetische Materialien aufweisen. Der Qualifikationsprozess, um die MIL- und Raumfahrt-Zulassungen zu erhalten, ist unumgänglich für den Einsatz eines Bauteils in einem Gerät, das den Unterschied zwischen Leben und Tod bedeuten kann.
Lesen Sie mehr zum Thema
