Elektromekaniske komponenter for medisinsk utstyr - Elektronikknett
Front elmek

Elektromekaniske komponenter for medisinsk utstyr

Medisinsk-teknisk utstyr krever pålitelige elektromekaniske deler av høy kvalitet, samtidig som de må være enkle i bruk og tåle både røff bruk og rengjøring. Her ser vi på noen av dem.

Forfattere: Burak Duman, teknisk støtte mekanikk, og Martin Unsöld, markedsdirektør for mekanikkprodukter hos Rutronik

Utviklere av medisinsk utstyr må være i stand til å gjøre stadig mer komplekse teknologier klare for serieproduksjon så raskt som mulig. Men de må også oppfylle de høyeste kvalitets- og sikkerhetsstandardene - når alt kommer til alt, kan deres evne til å jobbe feilfritt i verste fall bety forskjellen mellom liv og død – bokstavelig talt.

Kompakt og renslig
Innen medisinsk teknikk kreves ofte kompakte sluttsystemer som er enkle å rengjøre og sterilisere. Elektromekaniske komponenter bidrar til å oppnå dette, og gir beskyttelse mot bruksfeil, overstrøm og overspenning samt overoppheting. Brukervennlig design for medisinsk utstyr krever moderne styringskonsepter som minimerer interaksjonsfeil mellom menneske/maskin så mye som mulig. Men de må også tilby en steril enhet som er enkel å rengjøre, og med IP67-beskyttelse.

Fig1 ENC-Series Figur 1: C&Ks optiske koderbrytere muliggjør pålitelig bruk av medisinske enheter, takket være robust haptisk tilbakemelding. Figur: C&K

Betjening
Evnen til å enkelt betjene en enhet manuelt kan sikres ved hjelp av robuste vippebrytere, roterende brytere og trykknapper produsert av høykvalitets materialer, for eksempel ved bruk av ENC-serien med optiske koderbrytere fra C&K (figur 1). Disse komponentene, tilgjengelig med tokanals, 2-biters utgang, gir robust haptisk tilbakemelding med tydelig innlåsingsfølelse.

Taktbrytere
Taktile trykkbrytere, taktbrytere, muliggjør pålitelig bruk på grunn av den taktile tilbakemeldingen de gir. C&Ks modeller i KSC-serien (figur 2) er designet for mer intensiv bruk, og tilbyr en lang levetid på opptil 10 millioner sykluser. Silikon- og gummiaktuatorene i disse tilbyr spesifisert haptisk tilbakemelding og hørbare reaksjoner, avhengig av kraften og aktuatorens hardhet, og gjør det også mulig å integrere bryteren på en enkel måte.

Metalltastatur
Tilpassede metalltastaturer tilbyr mange måter å håndtere betjening av medisinske enheter, som ofte er utstyrt med forskjellige applikasjoner. Disse tastaturene, som er svært motstandsdyktige mot væsker, kan også enkelt rengjøres og steriliseres.

Fig2 KSC-Series Figur 2: C&Ks KSC taktile brytere er motstandsdyktige mot større påkjenninger. Figur: C&K

Lydløs svitsjing
Komplekse, moderne enheter kan anvende menneske-maskingrensesnitt (HMI) for å muliggjøre styring av dem. De tilsvarende funksjonene styres ved hjelp av styreenheten via et signal og/eller MOSFET-relé. MOSFET-reléer som G3VM fra Omron (figur 3) garanterer et høyt antall lydløse koblingssykluser. Det genereres ingen lysbue når kontaktene byttes, noe som betyr at det ikke oppstår svikt som følge av kontaktslitasje. Disse komponentene gir derfor fordelen med lang levetid.

Høy-ytelses kraftforsyning
I likhet med andre teknologier avhenger medisinske nyvinninger og forbedringer av disse av en pålitelig, spesialtilpasset drivstrøm som leveres av en kraftforsyningsenhet. Imidlertid må en sikker deaktiveringsmekanisme som kobler over til en reservestrømforsyning, for eksempel et oppladbart batteri, også sikres for feil som f.eks. kortslutninger. Ulike sikringsmekanismer som patronsikringer, 5 mm/¼” aksiale blysikringer og blokksikringer brukes til dette formålet. Spesielt blokksikringer karakteriseres av en liten og kompakt konstruksjon.

Fig3 G3VM Figur 3: Omrons G3VM serie med MOSFET-reléer tilbyr et høyt antall støyfri svitsjesykluser. Figur: Omron

Blokksikringer
De overflatemonterbare blokksikringene i 6125-serien fra Eaton Bussmann anbefales spesielt for applikasjoner der arbeidet må fortsette i tilfelle en feil oppstår, uten å føre til skade på komponenter. De beskytter ikke bare strømforsyningen mot kortslutning, men fungerer også som EMI-filtre. De hurtigvirkende typene (6125FF) er spesialdesignet for høye innkoblingsstrømmer. 6125TD-serien med tidsforsinkelse tilsvarer EIA-IS-722-standarden og kan lede spesifiserte strømmer i minst fire timer. 6125FA-modellene garanterer overstrømsbeskyttelse opp til 125V AC/DC.

1025-serien fra Eaton Bussmann (figur 4) spiller inn når enda høyere strømmer er involvert. Disse konvensjonelle overflatemonterte sikringene gir beskyttelse mot høyeste strømnivå. Deres høyere smeltepunkt tillater også høyere innkoblingsstrømmer. Med en driftstemperatur på -55 til + 125°C er de også egnet for bruk i tøffe omgivelser.

fig4 1025HC-Series Figur 4: Eaton Bussmanns 1025 serie skal kunne tåle høye strømmer. Figur: Eaton Bussmann

Eaton Bussmann tilbyr også sikringsbraketter for montering på panel eller kretskort, hvor mange passer for 5 mm og ¼”. De er tilgjengelige i en rekke IP-beskyttelses klasser.

Tilbakestillbare
Tilbakestillbare sikringer er ideelle for kretser som er vanskelig tilgjengelige, spesielt i applikasjoner som trenger å være kontinuerlig tilgjengelige eller der overstrøm er vanlig. Disse PTC-komponentene (positiv temperaturkoeffisient) øker motstanden når temperaturen stiger som følge av for høy strøm. Når problemet er løst og temperaturen synker igjen, blir motstanden automatisk "tilbakestilt". Det største utvalget av PTC-komponenter finnes på Littelfuse, for eksempel PolySwitch og Poly-Fuse-serien. Nano SMD-serien fra Littelfuse har også spesielt små dimensjoner, noe som bidrar til å spare plass og kutte kostnader. Med det store utvalget av forskjellige modeller gir det også allsidighet i design. Takket være deres høye spenningsområder kan de også integreres i nyere applikasjoner.

Må tåle steken
Varmeutstråling fra komponenter i bruk utgjør en viss risiko for komponentenes evne til feilfri funksjon og levetid, og det er derfor varmestyringsdesign skreddersydd for applikasjonen og de spesifikke installasjonsforhold er viktig. Kjøleribber på kortnivå (pin heatsinks) er en etablert metode for kjøling av kretskort som ikke bare er vert for krafthalvledere, men også kontrollere og signalprosessorer. Ettersom de er montert direkte på den aktuelle komponenten, kan de utnyttes til å kjøle dem spesifikt og effektivt. Fischer Elektronik og Assmann WSW er blant leverandørene med det største utvalget av kjøleelementer i aluminium eller kobber i forskjellige størrelser, formfaktorer og installasjonsmekanismer.

Fig5 Wärmeleitfolie Figur 5: Termisk ledende folier er tynne, og likevel meget effektive mot varmeutvikling. Figur: Panasonic

Folie
Termisk ledende folier så tynne som 10 µm til 100 µm bidrar til å spare enda mer plass (figur 5), og gir også en høy varmeledningsevne på opptil 1.950 W/mK. De er enkle å håndtere da de er enkle å kutte i ønsket størrelse. Varmeledende folier er tilgjengelige på markedet fra leverandører som 3M og Panasonic.

Vifter
Der det genereres veldig store mengder varme, er imidlertid vifter den beste metoden. De er passiv kjøling overlegne både når det gjelder ytelse og når det gjelder kostnader. Hvis fokuset er på å maksimere luftstrømmen, anbefales AD12032 fra ADDA. Hvis støynivåer er en faktor, derimot, for eksempel i enheter som brukes i pasientrom, anbefales modeller med flytende lagre som AD12032-serien fra ADDA eller JV0620-00 fra Jamicon. De doble kulelagermodellene fra Jamicon har spesielt lang levetid.

Kommentarer