Medizintechnik-Entwicklung // Power
Customized Standard: Stromversorgung für Medizingeräte
Brauchen Medtech-Stromversorgungen immer eine maßgeschneiderte Entwicklung? Der »Custom Standard«-Ansatz kombiniert bewährte Designs und spezifische Adaption für hohe Zuverlässigkeit und Effizienz. Gerade kritische Medizintechnik-Anwendungen profitieren von den Vorzügen hybrider Entwicklungswege.
Die Entwicklung einer individuellen Stromversorgung von Grund auf ist zwar in der Medizintechnik manchmal notwendig, will aber wenn möglich vermieden werden. Auf der anderen Seite sind Standardprodukte zwar für viele Anwendungen geeignet, erfordern aber häufig auch Kompromisse. In solchen Fällen kann der »Custom Standard«-Ansatz helfen: Eine bewährte und verfügbare Stromversorgung wird gemeinsam mit den Entwicklern an die eigenen, für das Medizinprodukt spezifischen Anforderungen angepasst. Dieser Artikel beleuchtet, wann Designer diesen Weg einschlagen sollten und wägt die Vor- und Nachteile ab, um Ingenieuren – insbesondere im kritischen Medizintechniksektor – bei der Entscheidungsfindung zu helfen.
Optionen für Stromversorgungen in Medizingeräten
Die Bedeutung einer zuverlässiger Stromversorgung in medizinischen Geräten kann nicht genug betont werden. Designingenieure, die Beatmungsgeräte, Dialysemaschine sowie andere lebenserhaltende Systeme entwickeln, benötigen spezifische Leistungsanforderungen mit verschiedenen Ausgangsspannungen und -kombinationen. Wenn das Gerät batteriebetrieben ist, muss zudem eine Art von Steuerungs- und Überwachungsfähigkeit vorhanden sein.
- Hierbei verfolgen Ingenieure typischerweise einen von drei Ansätzen: Entwicklung von Grund auf, Standardprodukte von der Stange und angepasste Standardlösungen.
Die Entwicklung einer Stromversorgungslösung von Grund auf ermöglicht ein maßgeschneidertes System, das alle spezifischen Anforderungen erfüllt. Obwohl dieser Ansatz maximale Flexibilität und Anpassung bietet, erfordert es oft viel Zeit, um das endgültige Design zu perfektionieren, was erhebliche Ressourcen und Fachkenntnisse erfordert.
Alternativ bieten Standard-Stromversorgungen von der Stange eine schnellere und kostengünstigere Lösung, stimmen jedoch möglicherweise nicht immer perfekt mit den einzigartigen Leistungsanforderungen des Endgeräts überein.
Eine dritte Methode ist die angepasste Standardlösung, die die Vorteile beider Ansätze kombiniert. Diese hybride Methode zur Lösung des »Leistungsanforderungspuzzles« bietet die Agilität zur Bewältigung einzigartiger Herausforderungen und profitiert gleichzeitig von der Zuverlässigkeit und den Skaleneffekten standardisierter Produkte.
Überlegungen für Medtech-Entwickler
Bei der Suche nach einer angepassten Standard-Stromversorgung spielen mehrere wichtige Überlegungen eine Rolle. Zunächst müssen die wichtigsten Leistungsparameter bewertet werden, wie Eingangs- und Ausgangsspannungs- und Spannungsbereiche, Effizienz, Größe und Gewicht. Diese Parameter beeinflussen direkt die Eignung der Stromversorgung für die beabsichtigte Anwendung sowie deren Effizienz und physischen Platzbedarf innerhalb des Systems.
Regulatorische Standards und Zertifizierungen sind ebenfalls entscheidende Aspekte. Sicherheitsstandards – EN62368-1 (ITE) und EN60601-1 (medizinisch) – sind beide erforderlich, wobei Überlegungen zu den Klassifikationen Typ B/BF/BC sowie Ableitstrom und Schutzstufen (Klasse I vs. Klasse II) berücksichtigt werden müssen. Die Einhaltung des EN55032-Standards zur elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) ist ebenfalls unerlässlich, um elektromagnetische Störungen (EMI) zu mindern, wobei Anforderungen der Klasse A und Klasse B berücksichtigt werden.
Anwendungsspezifische Anforderungen treiben den Anpassungsprozess des Netzteils oder des Batterie- bzw. Akkusystem. Ingenieure müssen die erwartete Lebensdauer und Zuverlässigkeit der Stromversorgung bewerten und Faktoren wie Komponentenqualität, Kühlmechanismen und begrenzende Faktoren wie die Lebensdauer von Kondensatoren berücksichtigen. Spezialisierte Anforderungen wie geräuscharme Lüfter und digitale Steuerungsschnittstellen zur Überwachung und Steuerung können ebenfalls die Entscheidungen beeinflussen, die Entwickler treffen.
Kontrolle, Anpassung und Echtzeitüberwachung
Für die sich mit der steigenden Digitalisierung der Medizingeräte wandelnde Power-Anforderungen bieten Anbieter eine Reihe innovativer, oft programmierbarer AC-DC-Stromversorgungen an. Beim Referenzbeispiel XP Power sind das beispielsweise die 1.5kW HPA- und 3kW HPF-Serie mit digitalen Steuerungsmöglichkeiten, die Ingenieuren einfachen Zugriff auf Daten für präzise Steuerung, Überwachung und Diagnose bieten.
Die Stromversorgungen verfügen über verschiedene Standardschnittstellen wie PMBus, CANopen und RS485. Anpassungsoptionen umfassen den Austausch von RS485 durch RS232 oder UART-Schnittstellen. Zusätzlich ermöglicht das benutzerfreundliche GUI auf den HPA/HPF-Einheiten eine Echtzeitüberwachung des AC-Stromeingangs, was besonders für eine Zulassung und den Betrieb in Asien vorteilhaft ist, wo solche Schwankungen häufig auftreten.
Darüber hinaus können sich diese modernen Stromversorgungen an das sich wandelnde Stromnetz anpassen und kommen mit Netzschwankungen, wie sie durch den verstärkten Einsatz erneuerbarer Energien wie Wind- und Solarenergie auftreten, besser zurecht. XP Power bietet auch konfigurierbare Stromversorgungen an, um spezifische Anforderungen zu erfüllen, die mehrere nicht standardisierte Spannungen benötigen. Der Anbieter unterstützt Medizintechnik-Kunden bei der Power-Entwicklung und teilt seine Erfahrung sowohl mit Standard wie auch Custom-Designs um sicherzustellen, dass alle erforderlichen Kriterien erfüllt werden.
| Custom-Standard Power für Gerätewagen in der Chirurgie |
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In der Chirurgie fungieren Gerätewagen als tragbare chirurgische Systeme, die mit Batteriestrom betrieben werden. Sie benötigen eine zuverlässige unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV), um während kritischer Eingriffe wie Biopsien oder Tumorresektionen kontinuierlich zu funktionieren. Die USV muss ausreichend Leistung bieten – bis zu 1000 Watt mit mehreren Ausgängen –, einschließlich Batterieladefähigkeit und einer Ethernet-Schnittstelle zur Überwachung. Firmware-Überwachungsfunktionen wie Batteriespannung, -stromstärke, -temperatur sowie geschätzte verbleibende Minuten und Alarme für verschiedene Batterie- und Systemzustände sind wesentlich für proaktive Wartung und Fehlersuche. Das Design einer USV für einen Chirurgenwagen erfordert Überlegungen zur Leistungskapazität, Ausgabeflexibilität, Kommunikationsschnittstellen sowie robuste Firmware-Überwachungsfähigkeiten. Das Design muss Faktoren wie Größe, Gewicht und Energieeffizienz ausbalancieren und gleichzeitig sicherstellen, dass es mit den Anforderungen des chirurgischen (Hochfrequenz-)Systems kompatibel ist. |
Batteriemanagement und Firmware-Überwachung
Für chirurgische Gerätewagen hat XP Power eine USV-Lösung nach dem Custom-Standard-Ansatz zur effizienten Erfüllung der Mischung aus festen und variablen Ausgangsanforderungen entwickelt. Zusätzlich verwaltet eine kundenspezifisch gestaltete Steuerkarte per integrierten Mikroprozessor die Batterieladeausgänge durch Implementierung von Ladeprofilen basierend auf Empfehlungen des Batterieherstellers. Die Firmware-Überwachungsfunktionen wurden entwickelt, um Echtzeiteinblicke in den Zustand von Batterie und System zu gewährleisten; dies ermöglicht proaktive Wartung und minimiert das Risiko unerwarteter Ausfallzeiten aufgrund einer erschöpften Batterie beispielsweise.
Wie im Beispiel des chirurgischen Patientenwagens trägt auch der Patientenwagen wesentliche Überwachungsgeräte zum Patientenbett; er benötigt jedoch weiterhin robuste Batterieladefähigkeit sowie Firmware-Überwachungs- und Alarmfunktionen für proaktive Wartungssystemzuverlässigkeit – hat jedoch einen geringeren Leistungsbedarf (200W) mit weniger Ausgängen. Die spezifische Power-Lösung besitt einen 48V-Eingang mit fünf Ausgängen zum Aufladen des Batteriepakets sowie eine Ethernet-Schnittstelle zur Fernüberwachung und -verwaltung.
Custom-Standard-Balance für optimale Medtech-Power
Durch eine Erkundung verschiedener Optionen zur Stromversorgung wird deutlich: Angepasste Standardlösungen stellen einen strategischen Mittelweg dar. Durch Nutzung bereits bestehender Designs können sie optimal an spezifische Bedürfnisse angepasst werden; Medtech-Ingenieure können so optimale Ergebnisse hinsichtlich Compliance-Zeit bis zur Markteinführung sowie Zuverlässigkeit über die lange medizinische Lebensdauer erzielen. (uh)
| Über XP Power |
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XP Power ist auf sichere, zuverlässige und effiziente Stromversorgungslösungen für kritische Systeme spezialisiert. Das Angebot umfasst eine breite Palette von AC-DC-Stromversorgungen, DC-DC-Wandlern, Hochspannungs-Stromversorgungen und HF-Stromsystemen. Ein dezidierter Fokus liegt auf Healthcare-Lösungen und der Medizintechnik. Digitale Steuerungen und anpassbare Schnittstellen unterstützen die Digitalisierung in der Medizin, alle Komponenten und Systeme sind vielseitig und je nach Applikation anpassbar. XPs langjährige Erfahrung gewährleistet effiziente Anpassungsprozesse und maßgeschneiderte Lösungen, die den spezifischen Bedürfnissen medizintechnischer Anwendungen entsprechen. |
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