Steckverbinder und Leiterplattenklemmen müssen gewisse Sicherheitsmerkmale erfüllen, damit es beim Einsatz im Medizinbereich nicht zu gesundheitsschädlichen Vorfällen kommt.

Bild: Weco

Stecker und Klemmen in der Medizin Unglückliche Fehler mit Verbindungstechnik vermeiden

04.11.2020

In der Medizintechnik liegt der Fokus auf dem Menschen und dem Schutz des Menschen. Dazu gehört auch das Einhalten von Sicherheitsstandards medizinischer Geräte, um alle Arten von Kontaminationen oder weiteren gesundheitsbeeinflussenden Verunreinigungen zu verhindern. Steckverbinder nach dem sogenannten Poka-Yoke-Prinzip können hier helfen.

Vermeidung von Irritationen und volle Konzentration auf den Menschen haben in der Medizinbranche oberste Priorität. Darauf basiert die IEC 60601-1, die neben den üblichen Normen für länderspezifische Gerätesicherheit wie VDE, UL (USA) und CSA (Kanada) die Normen für Geräte und Produkte in der Medizintechnik und in medizinischen Bereichen definiert.

Die Norm ist auch für Steckverbinder-Hersteller die Grundlage, die in Geräten beachtet werden muss. Hier gelten insbesondere die Anforderungen in Hinsicht auf die Erstfehlersicherheit und die Temperaturstabilität. Das bedeutet, dass die für die Steckverbinder genutzten Kunststoffe erhöhten Temperaturanforderungen standhalten müssen, das heißt schwer entflammbar sind und zusätzlich höheren Temperaturen widerstehen. Zudem werden die Produkte einer 100-prozentigen Prüfung unterzogen.

Ergänzend dazu ist eine Resistenz gegen Reinigungs- und Lösemittel auf Basis von Alkoholzusätzen unabdingbar. Eindringende Flüssigkeiten dürfen in der Steckverbindung nicht zum Fehler oder gar zum Ausfall führen. Eine besondere Konstruktion der Gehäuse mit eingebauten „Schikanen“, also Verlängerungen der Kunststoffisolationswände, sorgt dafür, dass die Flüssigkeiten nicht an die stromführenden Teile kommen.

Die Sicherheitsvorkehrungen gegen Fehlbedienung erstrecken sich ebenfalls auf die Bauteile, um beispielsweise eine falsche Anschlussmöglichkeit durch zusätzliche mechanische Elemente zu vermeiden. Derartige Lösungen sind als „Poka Yoke“ bekannt. Als probate Lösungen werden zum Beispiel zusätzliche, einseitige Stecknasen verwendet, die ein mechanisches Verbinden nur in der richtigen Steckart erlauben, ferner Kodierungen bei den Steckern, aber auch farbig zusammengehörige Stecker-/Buchsenelemente oder vorgegebene Steckhilfen.

Das Poka-Yoke-Prinzip erklärt

Das Poka-Yoke-Prinzip stammt ursprünglich aus dem japanischen und bedeutet so viel wie „unglückliche Fehler vermeiden“. Hierbei werden an Stellen, bei denen insbesondere Menschen im Produktionsablauf beteiligt sind, Maßnahmen ergriffen, um Fehler frühzeitig zu verhindern, die später zu hohen Kosten und Qualitätseinbußen führen könnten. Diese Maßnahmen sind mechanischer Natur, um dem Benutzer durch eine Blockade die Falschmontage unmöglich zu machen.

Im Bereich der Steckverbinder und Leiterplattenklemmen stellt das unbeabsichtigte Fehlstecken zwischen Steckverbindersystemen oder dem verkehrten Aufsetzen der Klemme auf die Leiterplatte eine Fehlerquelle dar. Eine Lösung dazu bietet die Firma Weco Contact aus Hanau. Dabei können sowohl festkodierte Stecker- und Stiftleisten als auch die Möglichkeit einer variablen Kodiermöglichkeit durch kleine Keile in einzelnen Polkammern, die vom Anwender selbst bestimmt werden, gewählt werden.

Auch die Bereitstellung des korrekten Gegenstücks wird berücksichtigt. Spezielle Kundenausführungen mit Festkodierung werden darüber hinaus auch in unterschiedlichen Farben hergestellt, wodurch sich eine zusätzliche Sicherung während des Zusammenbaus der Baugruppen ergibt. Bei Leiterplattenklemmen mit Lötstiften können mehrere Lösungen angeboten werden:

  • Klemmleisten mit Buchsen mit zwei Lötstiften pro Pol

  • Klemmleisten mit Buchsen mit Lötstift größeren Durchmessers

Beide Lösungen sorgen für die korrekte Positionierung und Ausrichtung der Klemme auf der Leiterplatte. Ein angepasstes Leiterplattenlayout des Kunden ist dazu erforderlich. Selbst im Segment der Klemmleisten sind diese Produkte für die korrekte Montage der Klemmen im Gehäuse realisiert. Spezielle, zusätzliche Rippen an der Gehäusegeometrie sorgen für eine eineindeutige Ausrichtung.

Egal, welche Art der Poka-Yoke-Lösungen gewählt wird: Der Vorteil liegt immer darin, dass während der Montage Anschlussfehler ausgeschlossen und somit Gefahr für Leib und Leben, Fehlerketten, spätere Kosten oder Produktbeschädigungen vermieden werden. Kodierte Steckverbindersysteme haben darüber hinaus auch den Vorteil, dass bei einer Wartung oder Reparatur ein Wiederanschluss ohne notwendige Dokumentation erfolgen kann und somit eine Zeitersparnis garantiert ist.

Wandtechnik bestimmt die Einhaltung von Luft- und Kriechstrecken

Um die Sicherheit beim Berühren von geöffneten Stecksystemen zu vermeiden, sind die Einzelkammern und/ oder die kompletten Gehäuse mit langen, zum Teil auch geschwungenen Kunststoffkammern und „Wänden“ zwischen den Kammern versehen, um die Einhaltung der Luft- und Kriechstrecken zu bestimmen. Durch diese Wandtechnik wird auch vermieden, dass Flüssigkeiten im Betrieb des Gerätes auf die Steckverbindung eindringen können und das Risiko eines unerwünschten Kurzschlusses auftritt, da die entsprechenden Kriechstrecken nicht mehr eingehalten werden.

Solche Basisanforderungen gibt es auch in der allgemeinen Industrie. Die in der Medizintechnik verwendeten Steckverbinder und Verbindungslösungen sind daher generell mit den verwendeten Produkten vergleichbar. Diese zusätzlichen mechanischen Vorkehrungen, Materialvoraussetzungen und ergänzenden Prüfungen sind unabdingbar, um dem Menschen mit der verwendeten Technik auch eine bestmögliche Sicherheit zu bieten.

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