Norm IEC 60601-1 für Medizingeräte Anforderungen an Steckverbinder steigen

Wenn Isolation durchlässig wird

Eine Luftstrecke bricht zusammen, sobald die Spannung für den Abstand zwischen zwei Kontakten zu hoch wird. Wenn diese Luftstrecken aufgrund einer zu hohen Feldstärke zusammenbrechen, kommt es zu einem elektrischen Über- bzw. Durchschlag. Über- bzw. Durchschläge schädigen nicht nur einzelne Bauteile wie Steckverbinder, sondern gefährden auch die Sicherheit von Patienten und Bedienern, etwa durch Verbrennungen oder Muskellähmungen bis hin zum Herzstillstand.

Bei einer Kriechstrecke geschieht dies eher schleichend. Ursachen können Schmutz- und Staubablagerungen auf dem Isolierkörper sein oder Feuchtigkeit, die sich beispielsweise bei einem Wechsel von kalten zu warmen Umgebungen dort niederschlägt. Dadurch können Kriechströme auf der Isolierkörperoberfläche fließen und die Kriechstrecken verlieren teilweise oder vollständig ihre Isolationsfunktion.
Da sich Luft- und Kriechstrecken grundsätzlich nicht vermeiden lassen, kommt es darauf an, die Abstände zwischen den Kontakten der Steckverbinder so auszulegen, dass sie den jeweiligen Spannungen gerecht werden. Bei einem Schuko-Stecker ist dies unproblematisch, denn die beiden Kontaktstifte sind ca. 15 mm voneinander entfernt, was für 230 V ohne weiteres ausreicht. Wenn die gleiche Spannung mit einem Rundsteckverbinder übertragen werden soll, bei dem die Stifte nur 1 mm auseinanderliegen, wird es dagegen deutlich schwieriger und stellt eine große Herausforderung für die Hersteller dieser Komponenten dar. In der Tabelle wird deutlich, bei welchen Luft-und Kriechstrecken welche Schutzmaßnahmen erreicht werden.

Luft- und Kriechstrecken erhöhen

Isolierkrägen und Dome

Eine Möglichkeit besteht darin, diese Strecken durch labyrinthartige Geometrien zu verlängern. Hierzu werden an den Isolierkörpern der Steckverbinder Dome aus Kunststoff ausgeformt, welche die Kontaktstifte teilweise umschließen. Ferner erhalten die Isolierkörper der Buchsen-Gegenstücke Isolierkrägen, passend zu den Domen (Bild 3). Dadurch sind die Kontakte im gesteckten Zustand nicht mehr in gerader Linie miteinander verbunden und es werden höhere Luft- und Kriechstrecken erreicht, um höchsten Patienten- sowie Bedienerschutz zu erreichen.

Eine weitere Möglichkeit bieten zusätzliche Isolierhülsen (Bild 5). Diese können entweder über einen, mehrere oder alle Kontakte eines Rundsteckverbinders geschoben werden, sowohl bevor die Leitungen angelötet werden als auch danach. Diese Hülsen bewirken – ähnlich wie bei der labyrinthartigen Anordnung – längere Wege zwischen den Kontakten, sprich eine bessere Isolierung.

Asymmetrische Anordnung

Neben der Verwendung von Domen und Isolierkrägen ist es möglich, die Kontaktstifte asymmetrisch anzuordnen, etwa um mit einem mehrpoligen Steckverbinder über sechs Kontaktstifte höhere Spannungen zu übertragen als über die anderen (Bild 4). Damit diese Kontakte entsprechend höhere Luft- und Kriechstrecken aufweisen, werden sie beispielsweise mit einem Abstand von 3 mm zueinander und zu den übrigen sechs positioniert, die jeweils nur einen Abstand von 1 mm haben.

Isolierhülsen

Eine weitere Möglichkeit bieten zusätzliche Isolierhülsen (Bild 5). Diese können entweder über einen, mehrere oder alle Kontakte eines Rundsteckverbinders geschoben werden, sowohl bevor die Leitungen angelötet werden als auch danach. Diese Hülsen bewirken – ähnlich wie bei der labyrinthartigen Anordnung – längere Wege zwischen den Kontakten, sprich eine bessere Isolierung.

IEC 60601-1-konforme Rundsteckverbinder

Spezifische Rundsteckverbinder der ODU Medi-Snap-Serie sind ein Beispiel dafür, wie die Maßnahmen zur Erfüllung der IEC 60601-1 umgesetzt werden können. Sie können in elektrischen Geräten und Systemen für den Medizinbereich eingesetzt werden, um Leistung, Signale und Daten sowie flüssige und gasförmige Fluide zu übertragen. Diese Rundsteckverbinder mit einem Kunststoff- anstatt einem Metallgehäuse sind nicht nur leicht und wirtschaftlich, sondern auch komplett isoliert. Das heißt, weder Patienten noch Bediener können – außerhalb eines Fehlerfalls – einen Stromschlag bekommen, wenn sie die Gehäuse berühren. Um auch in Fehlersituationen als Patient bzw. Bediener komplett geschützt zu sein, werden die Anforderungen der IEC 60601-1 (siehe Kasten IEC 60601-1-konforme Polbilder) herangezogen und die Kunststoffs-teckverbinder entsprechend konstruiert.

Neben dem Standardportfolio bieten kundenspezifische Lösungen von ODU jederzeit die Möglichkeit, zusätzliche Anpassungen wie Isolierkrägen, eine asymmetrische Anordnung der Kontaktstifte sowie Isolierhülsen und vieles mehr zu verwenden. Denn jedes Medizingerät ist individuell und erfordert somit spezifische Maßnahmen, um den größtmöglichen Schutz für Patienten und Bediener gemäß IEC 60601-1 zu gewährleisten.

 

Die Autorin

Alexandra Fuchshuber

ist Produktmanagerin der Kunststoffsteckverbinder-Serie ODU Medi-Snap. In dieser Funktion ist sie für die Neuentwicklung marktgerechter und zukunftsorientierter Lösungen verantwortlich, unter anderem im Bereich der Medizintechnik. Sie absolvierte ihr Wirtschaftsingenieur-Studium an der Hochschule Landshut und war bereits in diversen Produktmanagement-Funktionen für ODU tätig.