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4-2022

Fachzeitschrift für Medizintechnik-Produktion, Entwicklung, Distribution und Qualitätsmanagement

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November September/Oktober November-Dezember 4/2022 Jg. 1/2008 13

Fachzeitschrift für

Medizin-Technik

meditronicjournal

Europapremiere für neuen

8-Megapixel-Farbmonitor

Rein Medical, Seite 11


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Editorial

Endlich wieder als „Präsenzveranstaltung“

Guido Radig

Provvido PR & Communications

www.provvido.com

Nach zwei virtuellen Durchläufen

startete die 18. Rapid.Tech 3D in Erfurt im

Mai 2022 endlich wieder durch. Diesmal

aber als „Präsenzveranstaltung“ mit der

bekannten Kombination der Messe Erfurt

von Fachkongress und Ausstellung.

Diese Kombination unterscheidet die

Rapid-Tech von der anderen wichtigen

Branchenveranstaltung in Deutschland, der

Formnext in Frankfurt, die im November

2022 wieder startet.

Insbesondere der Fachkongress der

Rapid.Tech 3D gilt als wichtige Diskussions-

Plattform der AM-Szene. Er bildet eine

einzigartige Brückenfunktion zwischen

Wissenschaft, Anwendern und anbietender

Industrie. Im Schwerpunkt geht der

Fachkongress auf Anwendungsgebiete

in der Luft- und Raumfahrt, Automotive,

Medizintechnik, Werkzeugbau, sowie auf

digitale Prozesskette, Konstruktionsstrategien

und 3D-Werkstoffe ein. Gerade die

Bandbreite der Werkstoffe ist höchst

faszinierend: Neben den „klassischen“

Metallen, der Keimzelle der Branche,

gewinnen Polymere, Silikone, Keramik oder

Glas an Bedeutung.

Unter dem Motto „Verstehen. Sehen.

Erleben.“ trafen sich also in Erfurt die

Vertreter des Additive Manufacturing „live“.

Man sah Michael Kynast, Geschäftsführer

der Messe Erfurt, und Prof. Dr.-Ing. Gerd

Witt von der Universität Duisburg-Essen, bei

der Eröffnung die Erleichterung förmlich an,

wieder real auf Menschen aus der Szene zu

treffen. Eine hoch dynamische AM-Branche

veränderte sich in drei Jahren unübersehbar:

Technologisch, potentialbasiert, wie auch

seitens der Marktkräfte und Anteilseigner.

Falk Heilfort von der Porsche AG brachte

es in der Keynote auf den Punkt: Vor bald

20 Jahren begann in Phase 1 ein Aufbruch

in die neue 3D-Welt auf experimentellem

Niveau. Die Maschinen- und Anlagentechnik

war aus heutiger Sicht untauglich für

industrielle Anwendungen und beherrscht

von Grundlagenentwicklungen für das

Prototyping. Eine Art Spielwiese. Dem folgte

die Phase 2: Übergang in die industrielle

Skalierung mit massiven Steigerungen

von Bauvolumina und Bauraten. Heute,

so Heilfort, befinden wir uns in Phase 3:

Das industrielle Potential wird nun massiv

und disruptiv ausgebaut. Das konstruktive

Denken in bionischen Lösungen verändert

die Produkte. Sie sehen nicht nur anders

als zuvor aus. Sie sind vor allem in vielerlei

Hinsicht leistungsfähiger, leichter und

funktionsgesteigert.

Die Lücke von fast drei Jahren zeigte auch

auf, dass die Branche auf der Anbieterseite

reifte, aber vor allem, dass sich heute

AM verfahrens- und materialübergreifend

entwickelte. Hybride Bauteillösungen zeigen

sich in der Kombination von konventionell

hergestellten Geometrien, die durch AM

veredelt werden, aber auch in immer

neuen Werkstoffen, die für AM erschlossen

oder kombiniert werden. Daneben aber

ist die Szene durch vielfältige Start-Ups

gekennzeichnet die neue Geschäftsmodelle

ausloten: Mit neuen Ideen für Verfahren,

Materialien oder Konstruktionen entlang

einer digitalen Prozesskette.

Erfurt zeigte hier auch eindrucksvoll:

Wenn sich die Lösungen hoch dynamisch

entwickeln, muss man genau auf den Stand

der Technik einzelner Anbieter schauen. Ein

marktmächtiges Unternehmen zeigte eine

neue Generation von 3D-Druckern der Photo-

Polymerization. Zehn Demonstrationsteile

fertigt der 3D-Drucker in 20 Stunden. Nur

wenige Meter entfernt zeigte ein kleinerer

Anbieter eine vergleichbare Anlage: Rund

15 % teurer, aber für exakt die gleichen

10 Bauteile mit einer Baurate von knapp

über 4 Stunden.

Ausstellung und Konferenz spiegelte auch

in der Medizintechnik die hohe Dynamik

der AM-Branche wider. Traditionell spielt

AM in Prothetik, Zahnersatz oder bei

Instrumenten eine Pionierfunktion, da man

von Beginn an auf zertifizierte Materialien

zurückgreifen konnte. Die Vorträge aus

Wissenschaft und Industrie zeigten auf,

wie neue Fertigungsstrategien entstehen.

So zeigte ein Schweizer Hardware-

Anbieter neue 3D-Bauteillösungen in Silikon.

Anwendungsgebiete hier: Brustimplantate

und Hörgeräte. Auch in diesem innovativen

Ansatz erlebte man in Erfurt eindrucksvoll ,

wie es ist, am Puls der Zeit zu sein.

Guido Radig

meditronic-journal 4/2022

3


Inhalt/Impressum

3 Editorial

4 Inhalt/Impressum

6 Aktuelles

10 Bildverarbeitung

11 Titelstory

12 Schwerpunkt

Produktion

31 Messtechnik

32 Qualitätssicherung

34 Cybersecurity

40 Bedienen und Visualisieren

54 Komponenten

58 Künstliche Intelligenz

60 Sicherheit

64 Sensoren

70 Kommunikation

72 Stromversorgung

76 Medical PC/SBC/Zubehör

November September/Oktober November-Dezember 4/2022 Jg. 1/2008 13

Fachzeitschrift für

Medizin-Technik

meditronicjournal

Europapremiere für neuen

8-Megapixel-Farbmonitor

Rein Medical, Seite 11

Fachartikel in dieser Ausgabe

Europapremiere für neuen

8-Megapixel-Farbmonitor auf

dem ECR

„Building Bridges“ lautete das diesjährige

Motto des Europäischen Röntgenkongresses

ECR. Nach gut drei Jahren pandemiebedingter

Abwesenheit kehrte die Veranstaltung damit

in das Austria Center Vienna zurück. Auf dem

Stand präsentierte das Unternehmen erstmals

in Europa den neuen 8-Megapixel-Monitor

CL-R813 sowie seine großformatigen Multi-

Modality-Displays, allen voran das Flaggschiff

CL-S1200. 11

Fachzeitschrift für

Medizin-Technik

meditronicjournal

■ Herausgeber und Verlag:

beam-Verlag

Krummbogen 14, 35039 Marburg

www.beam-verlag.de

info@beam-verlag.de

Fax: 06421/9614-23

■ Redaktion:

Dipl.-Ing. Christiane Erdmann

redaktion@beam-verlag.de

■ Anzeigen:

Myrjam Weide, Tel.: 06421/9614-16

m.weide@beam-verlag.de

Sabine Tzschentke, Tel.: 06421/9614-11

sabine.tzschentke@beam-verlag.de

Tanja Meß, Tel.: 06421/9614-18

tanja.mess@beam-verlag.de

■ Erscheinungsweise:

5 Hefte jährlich

■ Satz und Reproduktionen:

beam-Verlag

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■ Druck & Auslieferung:

Bonifatius GmbH, Paderborn

www.bonifatius.de

Der beam-Verlag übernimmt trotz sorgsamer

Prüfung der Texte durch die Redaktion

keine Haftung für deren inhaltliche

Richtigkeit. Alle Angaben im Einkaufsführer

beruhen auf Kundenangaben!

Handels- und Gebrauchsnamen, sowie

Waren bezeichnungen und dergleichen

werden in der Zeitschrift ohne Kennzeichnungen

verwendet. Dies berechtigt nicht zu

der Annahme, dass diese Namen im Sinne

der Warenzeichen- und Markenschutzgesetzgebung

als frei zu betrachten sind und

von jedermann ohne Kennzeichnung verwendet

werden dürfen.

Additive Fertigung mit Silikon

Additiv gefertigte Bauteile werden längst nicht

mehr nur für den Prototypenbau verwendet.

Auch im Vorserienbau und für Serienteile wird ihr

großes Potential genutzt. Für technisch einsetzbare

Bauteile sind die Materialeigenschaften von

entscheidender Relevanz. In diesem Bereich können

3D-gedruckte Bauteile nur mit konventionell

gefertigten konkurrieren, wenn sie auch die gleichen

mechanischen und chemischen Eigenschaften

haben. 26

4 4

meditronic-journal 4/2022


September/Oktober 4/2022

PCAP ist nicht gleich PCAP

PCAP-Touchscreens können auf verschiedenen

Sensortechnologien basieren. In diesem Beitrag geht es

um kundenspezifische Aufbaumöglichkeiten im industriellen

Umfeld. 44

Einsatz von KI-Bildanalyse zur Erkennung und

Vorbeugung von Krankheiten

Die KI-Bilderkennung verbessert die Vorhersagefähigkeit von

Patientenergebnissen durch Big Data Analytics. Sie wandelt die

aufgenommenen Bilder in Daten um, bevor sie die Informationen analysiert,

um Anomalien zu erkennen. Anhand dieser Ergebnisse können Radiologen

frühe Anzeichen einer Erkrankung erkennen und einen individuellen

Behandlungsplan entwickeln. 58

Dauerläufer für die

Kurzstrecke

Sicherheit medizinischer Geräte und

Erlangung behördlicher Genehmigungen

Die KI-Bilderkennung verbessert die Vorhersagefähigkeit

von Patientenergebnissen durch Big Data Analytics. Sie

wandelt die aufgenommenen Bilder in Daten um, bevor sie

die Informationen analysiert, um Anomalien zu erkennen.

Anhand dieser Ergebnisse können Radiologen frühe

Anzeichen einer Erkrankung erkennen und einen individuellen

Behandlungsplan entwickeln. 60

Im Bereich Medizin- und Aerospace

wird häufig ein induktives Wegmess-

Verfahren mit LVDT als eine

ideale Methode zur kontaktlosen

Messung kleinster Bewegungen bis

50 mm verwendet. LVDT-Sensoren

erfordern nur wenig Einbauraum,

gewährleisten eine sehr hohe

Genauigkeit und sind auch unter

extremen Umgebungsbedingungen

einsetzbar. 64

IO-Link Wireless

entfesselt die industrielle

Kommunikation

Die intelligente Kombination

industrieller Netzwerke mit dem

Kommunikationsstandard IO-Link ist

ein wesentlicher Baustein für die Fabrik

der Zukunft. Die Erweiterung des

etablierten Standards ermöglicht eine

zuverlässige, drahtlose Datenübertragung

in der Prozess- und Fabrikautomation

unter anderem an Montagemaschinen

– zum Beispiel auch im Life- Science-

Bereich. 70

meditronic-journal 4/2022

5


Aktuelles

Bestandsprodukte und MDR

Weniger als zwei Jahre Zeit für neue Konformitätsbewertung

Auch etwas mehr als ein Jahr

nach Geltungsbeginn ist das System

rund um die neue EU-Verordnung

über Medizinprodukte (MDR)

noch immer nicht voll funktionsfähig.

Es gibt weiterhin zu wenige

Benannte Stellen. Die Hersteller

von Medizinprodukten haben deswegen

unter anderem Probleme

die erneuten Konformitätsbewertungen

nach der MDR für Bestandsprodukte

durchzuführen.

Autor:

Hans-Peter Bursig,

Geschäftsführer Fachverband

Elektromedizinische Technik

ZVEI

www.zvei.org

Artikel 120 der MDR erlaubt

es Herstellern zwar, ihre Medizinprodukte

mit einer CE-Kennzeichnung

nach der früheren

Medizinprodukte-Richtlinie der

EU (MDD) weiter in den Mitgliedstaaten

der Europäischen Union

in Verkehr zu bringen, solange

die entsprechenden Zertifikate

auf Basis der MDD noch gültig

sind. Dies ist aber an zwei Bedingungen

geknüpft: Zum einen dürfen

an den Medizinprodukten seit

dem Geltungsbeginn der MDR

keine wesentlichen Änderungen

vorgenommen worden sein und

zum anderen endet die Gültigkeit

dieser Zertifikate spätestens

am 26. Mai 2024. Bis zu diesem

Zeitpunkt müssen die Hersteller

ihre Bestandsprodukte also

einer erneuten Konformitätsbewertung

nach der MDR unterzogen

haben, wenn diese Produkte

weiter in Verkehr gebracht

werden sollen.

Aktuelle Übersicht

Nach einer aktuellen Übersicht

der europäischen Arbeitsgemeinschaft

der Benannten Stellen werden

bis zum Mai 2024 mehr als 18.000

Zertifikate nach der MDD ihre Gültigkeit

verlieren. Der größte Teil dieser

Zertifikate wird im Jahr 2024 auslaufen.

Kurz vor Ende der Frist nach

Artikel 120 könnten die Benannten

Stellen also mit einer besonders

hohen Belastung bei der Überprüfung

von Bestandsprodukten konfrontiert

werden. Die Hersteller von

Medizinprodukten müssen deshalb

die Situation bei den Bestandsprodukten

sehr sorgfältig prüfen und mit

ihrer Benannten Stelle das weitere

Vorgehen besprechen.

Verändertes

Bestandsprodukt

Dabei können verschiedene Fälle

auftreten: Einige Bestandsprodukte

sollen möglicherweise tatsächlich

technisch unverändert weiterhin in

der EU auf den Markt gebracht werden.

In diesen Fällen ist die erneute

Konformitätsbewertung nach den

Regeln der MDR notwendig. Falls

das Produkt unter der MDR anders

klassifiziert wird als bisher, müssen

die Unterlagen für die Konformitätsbewertung

von Grund auf

neu erstellt werden. Der Hersteller

muss bereits eine Benannte Stelle

nach der MDR haben und die Unterlagen

für die Konformitätsbewertung

nach der MDR zügig erstellen können.

Dieser Fall ist für die Hersteller

aber vergleichsweise einfach

zu planen, weil der Zeitpunkt, zu

dem das MDD-Zertifikat ausläuft,

ein klares Datum vorgibt. Spätestens

zu diesem Termin muss die

neue Konformitätsbewertung abgeschlossen

sein.

Unveränderte

Bestandsprodukte

Allerdings ist auch die Anzahl

der unveränderten Bestandsprodukte,

die neu bewertet werden

müssen, zu beachten. Eine

gute Vorbereitung ist notwendig,

wenn eine große Zahl von unveränderten

Bestandsprodukten

zum selben Termin neu bewertet

werden muss.

Bei anderen Bestandsprodukten

entscheidet sich der Hersteller möglicherweise,

auf eine erneute Konformitätsbewertung

des unveränderten

Bestandsprodukts nach

der MDR zu verzichten. Das kann

der Fall sein, wenn ein wesentlich

verändertes Nachfolgeprodukt mit

aktueller Technik oder ein komplett

neu entwickeltes Produkt unter der

MDR neu auf den Markt gebracht

werden soll. In diesem Fall muss

der Hersteller mit seiner Benannten

Stelle den Ablauf der Konformitätsbewertung

sorgfältig planen,

wenn zwischen dem Auslaufen des

MDD-Zertifikates des unveränderten

Bestandsprodukts und der Konformitätsbewertung

des neuen Medizinprodukts

nach der MDR kein oder

ein nur geringer zeitlicher Abstand

bestehen soll.

Genügend Zeit einplanen

Dieser zweite Fall ist für Hersteller

und Benannte Stellen deshalb

schwieriger zu planen. Der Termin,

zu dem das MDD-Zertifikat

des unveränderten Bestandsprodukts

ausläuft, ist vorgegeben. Der

Zeitpunkt, zu dem eine CE-Kennzeichnung

des neuen Medizinprodukts

möglich ist, lässt sich dagegen

nicht sicher bestimmen. Zum

einen müssen die Unterlagen für

die Konformitätsbewertung nach

der MDR von Anfang an neu erstellt

werden. Den Herstellern fehlen bisher

Erfahrungswerte, um absehen

zu können, wie viel Zeit im konkreten

Fall benötigt wird. Wie lange

die Bewertung durch die Benannte

Stelle in Anspruch nehmen wird,

kann im Moment ebenfalls nicht

sicher beurteilt werden. Sowohl

dem Hersteller wie der Benannten

Stelle fehlt es auch hier an Erfahrungswerten

mit der MDR und den

neuen Anforderungen, um einschätzen

zu können, wie lange eine Überprüfung

dauert und welche Fragen

bei der Bewertung der Unterlagen

auf tauchen können.

Fazit

Die Anwendung der MDR bleibt

für die Hersteller von Medizinprodukten

also eine große Herausforderung,

auch wenn immer mehr

Hersteller die notwendige Zertifizierung

ihres Qualitätsmanagementsystems

für die MDR erhalten. Und

es bleiben insgesamt weniger als

zwei Jahre Zeit, um die Bestandsprodukte

einer neuen Konformitätsbewertung

nach der MDR zu unterziehen.

Jeder Hersteller von Medizinprodukten

sollte hierfür im eigenen

Interesse einen Plan erstellt

haben und regelmäßig überprüfen,

wie es um die Umsetzung steht. ◄

6 meditronic-journal 4/2022


Aktuelles

EVOSYS mit der Auszeichnung

BAYERNS BEST 50 geehrt

Von links nach rechts: Hubert Aiwanger, Frank Brunnecker, Stephanie

Brunnecker, Melanie Aldebert, Holger Aldebert, Stefan Schmal (Jury)

Evosys Laser GmbH

www.evosys-group.com

An die Evosys Laser GmbH aus

Erlangen ist der Preis „BAYERNS

BEST 50“ verliehen worden. Die

Auszeichnung wird jährlich vom

Bayerischen Staatsministerium

für Wirtschaft, Landesentwicklung

und Energie an die 50 wachstumsstärksten

mittelständischen Unternehmen

Bayerns vergeben. Ausschlaggebend

war, dass die Zahl

der Mitarbeiter und des Umsatzes

in der EVOSYS Gruppe innerhalb

der letzten Jahre überdurchschnittlich

gesteigert werden konnte.

Das Erlanger Unternehmen entwickelt

und fertigt Laserschweißanlagen

für die Bearbeitung von Kunststoffen.

Eingesetzt werden diese z.B.

in der Automotive-, Medizintechnikoder

Consumerprodukt-Industrie.

Das Laserschweißen von Kunststoffen

ist ein etabliertes und weit

verbreitetes Fertigungs verfahren.

Es wird vor allem wegen seiner

Zuverlässigkeit, Sauberkeit und

Wirtschaftlichkeit geschätzt.

Nun wurde an EVOSYS der Preis

„BAYERNS BEST 50“ verliehen. Ziel

des Wirtschaftspreises ist es unternehmerische

Verantwortung zu fördern

und damit Chancen für Wachstum

und Beschäftigung zu schaffen.

Fast 7.000 Unternehmen waren aufgefordert,

ihre Bewerbungen abzugeben.

Die Auszeichnung erhalten

besonders wachstumsstarke Mittelständler,

die in den letzten Jahren

die Zahl ihrer Mitarbeiter und ihren

Umsatz überdurchschnittlich steigern

konnten.

Die Preisverleihung fand am

Dienstag, den 26. Juli im Schloss

Schleißheim in München statt. Eine

unabhängige Jury, die deutsche

Wirtschaftsprüfungsgesellschaft

Mazars, hatte die Preisträger im

Vorfeld ermittelt. Der Bayerische

Wirtschaftsminister Hubert Aiwanger

gratulierte den Gewinnern persönlich

und zeichnete sie mit dem

begehrten Wirtschaftspreis aus.

„Wir betrachten den Preis‚

BAYERNS BEST 50‘ als große Anerkennung

für unsere bisherigen unternehmerischen

Leistungen, insbesondere

unter den herausfordernden

Rahmen bedingungen der letzten

Jahre.“ freuen sich Frank Brunnecker

und Holger Aldebert, Geschäftsführer

der Evosys Laser GmbH.

Über EVOSYS:

Die Evosys Laser GmbH entwickelt

und fertigt am Standort

Erlangen maßgeschneiderte Systeme

für das Laserschweißen von

Kunststoffen. Mit der langjährigen

Markt- und Prozesserfahrung seiner

Mitarbeiter bietet das Unternehmen

weltweit kreative und

innovative Lösungen zur Integration

in Automatisierungslösungen.

Ein Dienstleistungspaket von

der Design beratung über Mustererstellung

im eigenen Technikum

rundet das Angebotsspektrum ab.

Das Unternehmen wurde bereits

mehrfach prämiert wie zum Beispiel

die Auszeichnung zum TOP

100 Innovations-Champion 2020.

Auch gab es Nominierungen zu

begehrten Wirtschaftspreisen wie

‚Großer Preis des Mittelstandes‘

oder den Bayerischen Gründerpreis.

Es bestehen intensive Kontakte

zum Hochschulstandort Erlangen-

Nürnberg und zum Bayerischen

Laserzentrum.

Die Evosys Gruppe besteht

aktuell aus vier Unternehmen,

der Muttergesellschaft Evosys

Laser GmbH, dem Tochterunternehmen

Evosys Laser Services

GmbH sowie den Niederlassungen

Evosys (Suzhou) Laser System

Co., Ltd. in China und Evosys

North America Corp. in den USA.

Die Evosys Laser GmbH konnte

ihren Umsatz zuletzt gut steigern

und schafft mit ihren Laser anlagen

zahlreiche Arbeitsplätze. Dem

Erlanger Unternehmen wurde deshalb

der Preis „BAYERNS BEST

50“ verliehen. ◄

meditronic-journal 4/2022

7


Aktuelles

3D-Simulator für Strahlentherapie

Dassault Systèmes, das H. HARTMANN-Institut und das Institut Rafaël starten VORTHEx-Projekt –

den weltweit ersten 3D-Simulator für Strahlentherapie

Dassault Systèmes

www.3ds.com/de/

Eckpunkte im Überblick

• Das Projekt nutzt virtuelle Realität, um Patienten auf ihre Strahlentherapie

vorzubereiten und damit ihr Wohlergehen zu unterstützen

• Über virtuelle Zwillinge von medizinischen Geräten, Umgebung

und Abläufen machen sich Patienten mit der Strahlentherapie vertraut

und werden dadurch besser auf die Behandlung vorbereitet

• Das Projekt stützt sich auf das technische Know-how und die

Ausstattung des 3DEXPERIENCE-Lab von Dassault Systèmes

Dassault Systèmes, das Institut

H. HARTMANN und das Institut

Rafaël gaben den Start des

VORTHEx-Projekts bekannt, des

ersten vollständig in 3D simulierten

Strahlentherapieraums weltweit.

Das Institut H. HARTMANN ist das

erste private Strahlentherapiezentrum

in Frankreich und Teil des

französischen Gesundheitsdienstleisters

ELSAN. Das Projekt ermöglicht

es den Patienten, ihre Behandlung

durch modernste Technologien

vorab virtuell zu erleben. So werden

sie während ihrer Erkrankung unterstützt

und ihr Wohlbefinden während

der Behandlung verbessert.

Therapieraum als virtueller

Zwilling

Der Therapieraum des VORTHEx-

Projekts ist ein virtueller Zwilling

eines neuen Raums des H. HART-

MANN-Instituts für Strahlentherapie

und Radiochirurgie. Er befindet

sich in der Nähe der Arztpraxen und

Behandlungsräume des französischbritischen

Krankenhauses der französischen

Stadt Levallois-Perret und

ist mit dem neuesten Cyberknife-

Roboter des US-Herstellers Accuray

ausgestattet. Die 3D-Simulation

bildet die technischen Details

und Abläufe der Behandlung genau

nach. Dies umfasst den Raum, den

Roboterarm, die Position des Patienten

sowie die Bedingungen und

Schritte der Sitzungen. Das virtuelle

Erleben lässt sich leicht in den

Behandlungsplan des Patienten integrieren

und wird von medizinischen

Fachkräften des H. HARTMANN-

Instituts überwacht, die den Patienten

während der gesamten Sitzung

begleiten.

Patienten verständlicher

aufklären

Allein in Frankreich erkranken

jährlich etwa 400.000 Menschen

neu an Krebs. 60 Prozent

von ihnen werden im Laufe ihrer

Behandlung einer Strahlentherapie

unterzogen. Die Strahlentherapie

konnte in den letzten Jahren

beträchtliche Fortschritte in Bezug

auf Effizienz und Präzision erzielen.

Dennoch kann ein durch die

Krankheit geschwächter Patient

den Bestrahlungsraum als beängstigend

empfinden. Angesichts der

Abläufe, der medizinischen Aufklärungsgespräche

und der Tatsache,

dass sie letztlich auf einem Behandlungstisch

liegen, fällt es den Patienten

oft schwer, sich darauf einzustellen.

Eine gute Unterstützung

spielt eine entscheidende Rolle im

Kampf gegen die Krankheit. Das

VORTHEx-Projekt zielt darauf ab,

die Patienten mit dem Behandlungsort

und den Geräten vertraut

zu machen, damit sie sich wohler

fühlen, ihre Ängste abbauen und

ein besseres Verständnis für die

Behandlung entwickeln.

Patientenmeinungen

„Das Projekt unterstützt unseren

Behandlungsplan und ist eine sehr

realistische und interessante Ergänzung.

Der Arzt führt vor der Strahlentherapie

selbstverständlich ein

Aufklärungsgespräch, aber nicht

alles wird man sich merken können.

Dank der Visualisierung werden die

Sachverhalte verständlicher. Bilder

sind oft besser als 1.000 Worte. Zu

wissen, was auf einen zukommt, ist

immer besser, als im Ungewissen

zu sein“, sagte Christian E., Patient.

„Das ist wirklich eine beeindruckende

Erfahrung. Man taucht förmlich

in das Geschehen ein. Alles ist

klar, präzise, gut gemacht und angenehm.

Das beruhigt mich – was mir

vor Beginn der Behandlung sehr

wichtig ist. Dank dieser Lösung kann

ich besser verstehen, was auf mich

zukommt“, sagte Marc N., Patient.

„Ich hatte Angst – aber diese

Lösung hat es mir ermöglicht,

Abstand zu gewinnen, mich konzentriert

auf die Strahlentherapie vorzubereiten

und mich zu beruhigen.

Ich sehe darin eine Ergänzung, die

uns mit vielen weiteren Details vertraut

macht und bestimmte Fragen

beantwortet, die wir zu stellen uns

vielleicht nicht getraut haben“, sagte

Alain A., Patient.

Virtual-Reality-Ausstattung

Das H. HARTMANN-Institut

arbeitet mit dem Rafaël-Institut

an einem ganzheitlichen Ansatz

für die weltweite Gesundheit, der

modernste Behandlungen und

eine personalisierte und koordinierte

Versorgung miteinander

verbindet. Beim VORTHEx-Projekt

stellte das 3DEXPERIENCE Lab

von Dassault Systèmes das tech-

8 meditronic-journal 4/2022


Aktuelles

Neuer Partner für die Qualitätskontrolle von Kameras

Das 2004 von dem Fotografen

und Ingenieur Norman Koren in

Boulder, Colorado/USA, gegründete

Unternehmen, entwickelt Software

und Testequipment für die

Prüfung der Bildqualität von Digitalkameras.

Weiter hat das Unternehmen

durch aktive Zusammenarbeit

mit den ISO-Normungsgremien

signifikant an der Erstellung

neuer verbesserter Normen mitgewirkt.

Entsprechend ist Imatest

Mitglied der Internationalen Organisation

für Normung und des Institute

of Electrical and Electronics

Engineers und trägt so zur Einführung

standardisierter Methoden zur

Analyse der Bildqualität bei.

In Zusammenarbeit mit Imatest

kann SphereOptics so seinen Kunden

ein Komplettparket zur Kontrolle

digitaler Kameras anbieten.

Um das Angebot für seine

Kunden weiter auszubauen, geht

SphereOptics jetzt eine Partnerschaft

mit Weltmarktführer Imatest

ein. Fahrerlose Transportsysteme

und autonome Systeme

in Medizin, Luft- und Raumfahrt,

aber auch Fahrerassistenzsysteme,

sind auf eine hochkomplexe Sensorik

angewiesen, um sicher navigieren

zu können. Diese Sensorik

nutzt u. a. Lidar, Radar und Kameras.

Zum Optimieren der Kamerasysteme

hat sich das Unternehmen

jetzt Imatest an die Seite geholt.

SphereOptics GmbH

info@sphereoptics.de

www.sphereoptics.de

Lab, Dassault Systèmes. „Die Auswirkungen

dieser immersiven 3D-Erfahrung,

die den Behandlungsraum in

einer virtuellen Welt originalgetreu

wiedergibt, werden in klinischen Tests

mit einer Patientengruppe evaluiert.“

„Die Umsetzung dieses hochinnovativen

Projekts zeigt einmal mehr, dass

wir unser Handeln und Denken entschlossen

auf unsere Patienten ausrichten.

Dazu nutzen wir die Integration

neuer Technologien für das Wohlbefinden

der Patienten und die Präzision

und Sicherheit der Behandlungen“,

sagte Emile Dinet, Managing

Director, H. HARTMANN-Institut. ◄

nologische Know-how und die Virtual-Reality-Ausstattung

für das

umfassende Erleben. Genutzt wurden

die 3DEXCITE-Anwendungen

von Dassault Systèmes und technische

Daten aus realen Prozessen,

um das Szenario und seine

Funktion zu erstellen. Mit digitaler

Kontinuität konnte ein präziser virtueller

Zwilling sowohl des Roboters

als auch des Behandlungsbereichs

erstellt werden. Klinische

Tests, die die Auswirkungen und

die Leistung dieser Simulation bei

der Behandlung von Patienten

messen, werden auf der Medidata

Plattform für klinische Studien

durchgeführt.

Innovative Anwendungen

im Rahmen der

Patientenbehandlung

„Die digitale Kontinuität ermöglicht

es nun, virtuelle Zwillinge medizinischer

Geräte für innovative Anwendungen

im Rahmen der Patientenbehandlung

zu nutzen“, erklärt Frédéric

Vacher, Direktor des 3DEXPERIENCE

CelsiStrip ®

Thermoetikette registriert

Maximalwerte durch

Dauerschwärzung

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+40 bis +260°C

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meditronic-journal 4/2022

9


Bildverarbeitung

Portfolio um weitere Filter und

optische Lösungen ergänzt

Die Rauscher GmbH ergänzt ihr umfangreiches Portfolio an Bildverarbeitungskomponenten um die Filter und

optischen Lösungen von Midwest Optical Systems (MidOpt).

RAUSCHER GmbH

info@rauscher.de

www.rauscher.de

Midwest Optical Systems

(MidOpt) ist ein weltweit führender

Anbieter von Filtern und optischen

Lösungen für die industrielle Bildverarbeitung

mit über 30 Jahren

Erfahrung. Das Unternehmen ist

in mehr als 30 Ländern vertreten

und bietet über 3.000 innovative

Produkte an.

In Deutschland und Österreich

sind MidOpt-Filter ab sofort bei der

Rauscher GmbH erhältlich. Die Produkte

des amerikanischen Herstellers

werden speziell für die Anforderungen

der industriellen Bildverarbeitung

entwickelt und ermöglichen

bei der Untersuchung von

Prüf objekten unterschiedlichster

Art zuverlässige Ergebnisse und

eine optimale Bildqualität. Alle

Filter werden nach den höchsten

Standards produziert, sind für den

langfristigen Einsatz optimiert und

halten auch rauesten Umgebungen

stand. Im Gegensatz zu herkömmlichen

Filtern berücksichtigen

MidOpt-Filter eine Gauß‘sche Transmissionskurve

und ermög lichen so

eine maximale Transmission, eine

optimale Anpassung an die gängigsten

LED-Wellenlängen sowie

eine geringe Winkel abhängigkeit.

„Filter von MidOpt sind weltweit

in zahlreichen Branchen im Einsatz,

unter anderem in der Fabrikautomation,

in der Verkehrsüber -

wachung, in Medizin- und Biowissenschaften,

bei landwirtschaftlichen

Inspektionsauf gaben, in der

Bewegungs analyse, in Sicherheitsanwendungen

und in vielen weiteren

Bereichen. Wir freuen uns über die

neue Partner schaft mit diesem etablierten

Hersteller, dessen umfangreiches

Angebot zu einer weiteren

Optimierung der Bildverarbeitungssysteme

unserer Kunden beiträgt“, so

die Rauscher-Geschäftsführer Raoul

Kimmelmann und Thomas Miller. ◄

15. – 18. November 2022

Driving

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10 meditronic-journal 4/2022


Titelstory

Europapremiere für neuen

8-Megapixel-Farbmonitor auf dem ECR

Rein Medical mit breiter Range an Multi-Modality- und Befundmonitoren

allen voran das Flaggschiff

CL-S1200.

einen ausgeglichenen Bildeindruck

auf dem gesamten Bildschirm.

Rein Medical GmbH

info@reinmedical.com

www.reinmedical.com

„Building Bridges“ lautete das

diesjährige Motto des Europäischen

Röntgenkongresses ECR. Nach

gut drei Jahren pandemiebedingter

Abwesenheit kehrte die Veranstaltung

damit in das Austria Center

Vienna zurück. Auf dem Stand präsentierte

das Unternehmen erstmals

in Europa den neuen 8-Megapixel-

Monitor CL-R813 sowie seine großformatigen

Multi-Modality-Displays,

Einstieg in die

hochwertige

multimodale

Befundung

Der CL-R813 ist für

Radiologen der ideale

Farbmonitor zur Befundung

von Aufnahmen

unterschiedlichster

Modalitäten, etwa DR,

CT, MR und Pathologie.

Das 32 Zoll TFT-

LCD-Display überzeugt

mit einer maximalen

Helligkeit von

500 cd/m² und einem

Kontrastverhältnis von

1000:1. Das Einstiegsgerät reduziert

durch die hohe Auflösung die Belastung

für die Augen und bietet eine

komfortable Bildgebung für die diagnostische

Befundung.

Das Sensorsystem

des CL-R813 besteht aus einem

Frontsensor und einem Umgebungslichtsensor.

„Ersterer misst kontinuierlich

Leuchtdichte und Farbe auf

dem Display und meldet die Werte

an die Kontrolleinheit. So werden

eine sehr stabile Helligkeit und eine

hohe Farbtreue gewährleistet. Letzterer

erkennt die Stärke des Umgebungslichts

und gleicht es für eine

optimale Kalibrierung aus”, erläutert

Cyganek.

Human Presence Sensor

Darüber hinaus beinhaltet der

Monitor einen Human Presence

Sensor. Dieser erkennt, ob ein Arzt

vor dem Bildschirm sitzt - was beim

Energiesparen hilft, wenn der Monitor

nicht in Gebrauch ist. So kann

beispielsweise auch sichergestellt

werden, dass ein Arzt während

der Befundung nicht von der Qualitätskontrolle

gestört wird. Darüber

hinaus sorgt der Uniformity Equalizer

durch die Korrektur der Leuchtdichte

und Farbgleichmäßigkeit für

Ein Display für

unterschiedliche

diagnostische Bilder

Der 30,9-Zoll-Farbmonitor

CL-S1200 mit 12 Megapixeln (4.200

horizontal und 2.800 vertikal) kann

ebenfalls medizinische Bilder unterschiedlicher

Modalitäten nebeneinander

auf einem Monitor darstellen.

Die Anordnung der Fenster

ist dabei frei wählbar. „Der große

Bildschirm ohne Mittelsteg schafft

eine komfortable Umgebung für die

radiologische Diagnostik. Mit seiner

maximalen Helligkeit von 1200 cd/m²

und einem Kontrastverhältnis von

1500:1 ist er auch für die Mammografie

geeignet“, so Cyganek.

Neueste Technologie

integriert

Der Monitor ist mit der neuesten

Technologie ausgestattet. Die patentierte

Funktion Dynamic Gamma etwa

analysiert den gesamten Bildschirminhalt

und wählt in Echtzeit für jedes einzelne

Pixel die jeweils richtige Gammakurve

aus. Das gilt für alle Aufnahmen

und führt zu einer stets optimalen

Darstellung – selbst von bewegten

Bildern. Die Turboluminanzfunktion

kann die Helligkeit und den Kontrast

des Bildschirms für 30 Sekunden

auf den Maximalwert erhöhen, um

erkennbare Graustufen zu vergrößern.

So kann der Radiologe selbst

kontrastarme Läsionen auf Mammografien

sicher beurteilen.

Automatische Anpassung

Leuchtdichte und Farbtemperatur

werden beim CL-S1200 automatisch

und in Echtzeit angepasst. „Der eingebaute

Farbfrontsensor auf dem

Bildschirm misst konstant die Farbtemperatur

und passt Änderungen

über einen langen Zeitraum an“, sagt

Florian Cyganek. Das schont die

Augen des Befundenden Arztes –

ebenso wie die eingebaute Beleuchtung

auf der Rückseite des Monitors

und die indirekte Beleuchtung

von Tastatur und Maus. ◄

meditronic-journal 4/2022

11


Produktion

Wie lange überstehen medizinische

Instrumente das häufige Sterilisieren?

Autoklavierbeständige UV-Klebstoffe – eine echte Alternative für Klebverbindungen bei stark beanspruchten

medizinischen Geräten

Bild 1: Physikalische und chemische Sterilisationsverfahren, die heutzutage in der medizinischen Industrie üblich sind

Dymax

https://de.dymax.com

Endoskope, chirurgische Instrumente,

zahnmedizinische sowie

andere medizinische Geräte und

deren Gehäusebaugruppen bestehen

häufig aus ganz unterschiedlichen

Materialien und sind heute

an vielen Stellen verklebt oder zum

Schutz ummantelt. Vielfach sind

sie auch mit Sensoren bzw. RFID-

Chips ausgestattet, die ebenfalls

mit den Geräten verklebt sind. Werden

diese nun Hitze, Feuchtigkeit

oder Chemikalien z. B. bei Reinigung

oder der Sterilisation ausgesetzt,

kommen sie schnell an ihre

Grenzen, denn die Klebstoffe bzw.

Schutzbeschichtungen, mit denen

die Geräte komponenten verklebt,

beschichtet oder ummantelt sind,

können so leicht beschädigt werden.

Im besten Fall gehen nur Instrumente

verloren, weil der RFID-

Chip fehlt oder sich abgelöst hat,

im schlimmsten Fall können Geräte

nicht mehr einwandfrei genutzt werden

und führen zur Schädigung des

Patienten. Deshalb ist es von entscheidender

Bedeutung, dass die

zum Einsatz kommenden Klebstoffe

und Schutzbeschichtungen einer

Vielzahl von Belastungen und Einflüssen

standhalten können.

Tests, Normen und

Zulassungen

Diese Klebstoffe und Schutzbeschichtungen

müssen nicht nur

auf einer Vielzahl von Substraten,

darunter Edelstahl, Aluminium,

Glas, sowie schwer verklebbaren

Kunststoffen ausgezeichnet haften,

sondern auch die gleichen

strengen physikalischen Tests, Normen

und Zulassungen, einschließlich

ISO 10993 durchlaufen, denen

alle medizinischen Geräte unterworfen

werden. Zusätzlich müssen

sie auch die zahlreichen Sterilisationszyklen

und unterschiedlichen

Sterilisationsmethoden, denen sie

in der Praxis ausgesetzt werden,

problemlos überstehen. Im Idealfall

sind sie darüber hinaus frei von

Lösemitteln und umweltfreundlich in

der Anwendung wie beispielsweise

lichthärtende Systeme.

Sterilisationsverfahren

Bei den Sterilisationsverfahren,

die in der Medizinindustrie eingesetzt

werden, unterscheidet man

zwischen physikalischen und chemischen

Verfahren. Zu den physikalischen

Sterilisationsmethoden

gehören die thermische Sterilisation,

die Sterilfiltration und die

Bestrahlung mit UV- oder Gammastrahlen.

Bei der chemischen Sterilisation

werden die medizinischen

12 meditronic-journal 4/2022


Produktion

Geräte einer Begasung durch ein Gas- oder

Flüssigkeitsverfahren unterzogen. Bild 1 gibt

einen Überblick über die wesentlichen Sterilisationsverfahren,

die in der Medizintechnik

eingesetzt werden.

Vor- und Nachteile der Verfahren

Jedes dieser Verfahren hat seine Vor- und

Nachteile. Zu den positiven Effekten gehören

je nach Methode beispielsweise die hohe

Durchdringungsfähigkeit, die sehr schnelle

Wirkung gegen Mikroorganismen und die

Beseitigung möglicherweise verbliebener

Rückstände. Zu den negativen Faktoren

zählen lange Sterilisationszyklen, leichte

Entflammbarkeit, die Verwendung gefährlicher

Stoffe oder Chemikalien, Vergilbung

von Kunststoffen und Korrosion verschiedener

Metallsubstrate.

Welches Sterilisationsverfahren im Einzelnen

zum Einsatz kommt hängt von dem medizinischen

Gerät oder Instrument, seiner Funktion,

den Substratkomponenten sowie den

unterschiedlichen Druckverhältnissen und

Umgebungsbedingungen ab, denen es in der

Praxis ausgesetzt ist. Autoklavieren (Dampfsterilisation),

verdampftes Wasserstoffper oxid-

Gasplasma (VHP) und die Ethylenoxidsterilisation

(ETO) gehören zu den häufigsten Sterilisationsmethoden,

die in der Medizinindustrie

eingesetzt werden.

Autoklavieren

Beim Autoklavieren wird Hochdruckdampf

in Kombination mit hohen Temperaturen (ca.

120 °C) genutzt, um die Mikroorganismen

und Bakterien auf den Substratober flächen

unwirksam zu machen und abzutöten. Diese

Sterilisationsmethode hat in der dauer haften

Anwendung allerdings ihre Schwächen, denn

viele Metalle können nach wiederholter Einwirkung

von Dampf korrodieren oder rosten;

einige Kunststoffe können ihre strukturelle

Integrität verlieren, empfindlich auf erhöhte

Hitze reagieren, anfällig für die Migration von

Weichmachern an die Substrat oberfläche sein

oder sogar zerfallen, wenn sie Wasser ausgesetzt

werden.

Daher ist die Sterilisation durch Autoklavieren

nur auf bestimmte Anwendungen

beschränkt. Viele Klebstoffe für medizinische

Geräte halten dem Autoklavieren aufgrund der

hohen Temperatur, der hohen Luftfeuchtigkeit

und des hohen Drucks nur schwer stand.

Das kann dann dazu führen, dass bestehende

Klebe verbindungen angegriffen und die Geräte

oder Instrumente dadurch unbrauchbar werden.

Daher werden immer häufiger Alternativen

zur Dampfsterilisation für wärme- und

feuchtigkeitsempfindliche Instrumente und

Geräte in Betracht gezogen, obwohl der Autoklav

nach wie vor eine der am besten zugänglichen

Optionen für Krankenhäuser, Labors,

Forschungseinrichtungen ist.

Behandlung mittels Ethylenoxid

Eine Alternative zum Autoklavieren ist die

Behandlung mittels Ethylenoxid (Abkürzung:

EO oder EtO), die als eine der häufigsten

Methoden für die Sterilisation von medizinischen

Geräten/Vorrichtungen und Instrumenten

genutzt wird. Bei diesem Verfahren

werden die Produkte in einer abgedichteten

Vakuumkammer dem Ethylenoxid ausgesetzt.

Es handelt sich hierbei um ein chemisches

Verfahren, bei dem die DNS von

Mikroorganismen inaktiviert wird, so dass

diese sich nicht mehr reproduzieren können.

Dabei dringt das Ethylenoxid auch durch luftdurchlässige

Verpackungen und eignet sich

daher optimal für eine Vielzahl von Materialien,

die nicht mit anderen Sterilisierungsmethoden

kompatibel sind.

Gas-Plasma-Sterilisation

Aufgrund einiger negativer Begleiterscheinungen

bei der Sterilisation mit Ethylen oxid,

wie beispielsweise dem Entstehen von gefährlichen

Rückständen und der Tatsache, dass

EtO als flammbares, explosives Gas nur in

Atex-klassifizierten Bereichen verwendet werden

darf, wird die Gas Plasma-Sterilisation

mit Wasserstoffperoxid (VHP) immer populärer.

Sie kommt mittlerweile häufig bei hitzeund

feuchtigkeitsempfindlichen Geräten zum

Einsatz, da die Temperaturen während des

Prozesses ~50 °C nicht überschreiten. VHP

ist ein Verfahren, bei dem Wasserstoffperoxid

in einer Sterilisationskammer zirkuliert

und mit allen Oberflächen in Kontakt kommt,

bevor es nach Abschluss des Sterilisationszyklus

in Sauerstoff und Wasserdampf zerfällt.

Dadurch wird sichergestellt, dass die Instrumente

schnell sterilisiert werden und keine

toxischen Rückstände wie bei der EtO-Sterilisation

zurückbleiben.

In der Praxis gibt es zahlreiche medizinische

Instrumente wie Chirurgische Werkzeuge,

Endoskop-Biopsie-Zubehör, zahnärztliche

Werkzeuge uvm, die wiederholt Sterilisationszyklen

oder mehrfach Autoklaviervorgänge

durchlaufen bzw. alternative Sterilisationsmethoden

wie eine Plasmabehandlung

erfordern.

RFID-Technologie in der

Medizintechnik

Eine Technologie, die sich auch in der

Medizinindustrie immer mehr durchsetzt,

ist die Verwendung von Identifikationschips

oder RFIDs (Radio Frequency Identification)

auf chirurgischen Werkzeugen, Instrumenten

und Verpackungen. RFID-Chips

helfen bei der Verwaltung des genauen

Lagerbestands und erleichtern die Nachverfolgung,

denn mittels kleinster RFID-

Chips können medizinische Instrumente

und Geräte bei Anwendung und Sterilisation

problemlos überwacht werden.

Präzision trifft

Produktivität

Mit dem zweispindligen

Bearbeitungszentrum

BA W02-22i, das mit Linear- und

Torque-Motoren und integrierter

Automatisierung ausgestattet ist,

kann das Produktionsvolumen

schnell gesteigert werden.

Highlights:

– Hohe Maschinensteifi gkeit durch

patentierte Monoblockbauweise für

mehr Präzision durch Stabilität

– Linear- und Torquemotoren in den

Vorschubachsen

– Freier Fall von Spänen durch

horizontale Bearbeitung

– Kleine Grundfl äche (ca. 4 m²)

– Ideale Zugänglichkeit für Wartungsund

Servicearbeiten

sw-machines.com

meditronic-journal 4/2022 13

13


Produktion

Bild 2: Verkapselung eines RFID-Chip, der an einer medizinischen Pinzette

befestigt ist

Anwendungsbereiche

Weitere typische Anwendungen

finden sich:

In Krankenhäusern und Kliniken:

• Ausgabemanagement von Geräten

und Werkzeugen, die für

Unter suchungen und Operationen

benötigt werden

• Vermeidung von lebensbedrohlichen

Operationsfolgen durch im

Körper vergessene Operationsutensilien

• Validierung des Sterilisationsstatus

vor der Verwendung

• Verbesserung/Vereinfachung des

Bestandsmanagement

In anderen Bereichen des

Gesundheitswesens:

• Nachverfolgung und Kontrolle

von Arzneimitteln, um sicherzustellen,

dass die richtige Dosierung

und die richtigen Lagerbedingungen

eingehalten werden

• Nachverfolgung von Blut-/Bioproben

zur Kontrolle der entsprechenden

Lagerungs- und Ablaufdaten

sowie automatisches Tracking,

um eine ordnungsgemäße

Handhabung zu gewährleisten

• Markierung von Wertgegenständen,

wie z. B. chirurgische Instrumente,

Zahnarzt- und Krankenhausausrüstung

RFIDs, die an häufig verwendeten

chirurgischen Instrumenten

angebracht sind, durchlaufen –

genauso wie die zu ihrer Befestigung

verwendeten Materialien -

zahlreiche Sterilisationsvorgänge

und müssen Hunderte von diesen

Zyklen erfolgreich über dauern

(Bild 2).

Bild 3: Lichthärtende Klebstoffe bieten viele Vorteile gegenüber ein- und zweikomponentigen Epoxidharzen

Verkleben, Beschichten und

Verkapseln

Für das Verkleben, Beschichten

und Verkapseln von medizinischen

Geräten und RFIDs stehen

zahlreiche Ein- und Zweikomponenten-Epoxidklebstoffe

zur Verfügung.

Doch häufig sind diese

Materialien im Vergleich zu lichthärtenden

Systemen nicht optimal

für diese Anwendungen im Medizinbereich

geeignet. Zu den Nachteilen

zählen nicht nur die speziell

benötigten Mischsysteme, die langen

Aushärtungszeiten von bis zu

60 Minuten, die kurze Topfzeit oder

die in einigen Fällen erforderliche

Verwendung von Wärmeöfen, sondern

auch die geringere Flexibilität

und Schlagfestigkeit sowie die Notwendigkeit

von Reinigungszyklen,

die gefährliche Abfallstoffe hinterlassen

können.

Einkomponentige, lichthärtende

Klebstoffe sind eine perfekte Alternative

zur Vermeidung dieser Probleme.

Sie garantieren Herstellern

schnelle Aushärtungszeiten von

1 - 30 Sekunden, benötigen keine

Misch- oder Reinigungsprozesse,

weisen je nach Bedarf starre oder

flexible Produkteigenschaften auf,

sind lösungsmittelfrei und RoHSkonform

für eine einfachere Handhabung

und Entsorgung. Diese

Eigenschaften der lichthärtenden

Materialien können dazu beitragen,

Fertigungsprozesse erheblich

zu verbessern, Kosten zu senken

und den Durchsatz zu erhöhen,

wie Bild 3 verdeutlicht.

Universeller UV/

LED-härtbarer Klebstoff

Entsprechend den hohen Anforderungen,

die häufige Sterilisationsvorgänge

mit sich bringen,

wurde ein neuer universeller UV/

LED-härtbarer Klebstoff entwickelt,

der eine extrem geringe Wasseraufnahme

von 0,5 % aufweist und

auch nach zahlreichen Autoklavierzyklen

und Plasmabehandlungen

seine Funktion nicht einbüßt. Dieses

Material wird für die Beschichtung

und/oder Verkapselung von

Gehäusen, Einweg- oder mehrfach

verwendeten medizinischen Instrumenten

sowie einer Vielzahl von

medizinischen Oszilloskopen und

zahnmedizinischen Geräten empfohlen.

Es eignet sich besonders

für die Verkapselung von RFID-

Chips, Sensoren und anderen

elektronischen Komponenten in

und auf medizinischen Geräten,

Werkzeugen und Fläschchen,

bei denen Feuchtigkeitsaufnahme

vermieden werden muss. Zu den

verklebbaren Substraten gehören

Edelstahl, Aluminium, Glas, PP/PE

und Leiterplatten. ◄

Dymax MD 1040-M wurde

einer Reihe von Leistungstests

unterzogen, darunter

beschleunigte Alterung und

Sterilisation, Untersuchung

der Wasseraufnahme, Prüfung

der elektrischen Eigenschaften

und Messung der

Wasserdampfdurchlässigkeit.

Das lösungsmittelfreie Material

erfüllt die Zytotoxizitätsnormen

nach ISO 10993-5 und härtet

bei Bestrahlung mit UV-Licht

oder LED-Licht mit einer Wellenlänge

von 365 nm innerhalb

von Sekunden aus.

Für Hersteller, die sich mit

der Montage und dem Schutz

von medizinischen Geräten

und Instrumenten befassen

und die einen Klebstoff oder

ein Beschichtungs- und Verkapselungsmaterial

suchen,

das zahlreichen Sterilisationszyklen

standhält, könnte

Dymax MD 1040-M die richtige

Lösung sein.

14 meditronic-journal 4/2022


Produktion

Neue Möglichkeiten für die

SLS-Materialentwicklung

Sintratec, Schweizer Hersteller von industriellen 3D-Druck-Systemen, lanciert eine neue Softwarelösung. Mit

dem Material Developer Upgrade (MDU) wird die Sintratec S2 in eine leistungsstarke Entwicklungsplattform mit

über 100 konfigurierbaren Parametern verwandelt.

das Verhalten beim Aufbringen

der Schichten, die Laserleistung,

die Steuerung der Heizzonen

und vieles mehr. Als

Highlight können die Benutzer

die Strategie des Laserpfads

mit Skripten vollständig

anpassen. Der Material

Developer Upgrade ist flexibel,

schnell und vollständig

in die Sintratec Central Software

integriert.

Sintratec

www.sintratec.com

Der 3D-Druck und insbesondere

das Selektive Lasersintern

(SLS) werden von einer begrenzten

Anzahl von Materialien dominiert.

Diese gängigen SLS-Pulver

– wie PA12 oder TPE – haben

sich für viele industriellen Anwendungen

als die ideale Wahl erwiesen.

Für Nischenbereiche, die

besondere Anforderungen an das

Material stellen, fehlte es bisher

jedoch an Optionen.

Neue Möglichkeiten

für die

Materialforschung

und -entwicklung

Mit der Einführung des

Material Developer Upgrades bietet

Sintratec nun eine Softwarefunktion,

die neue Möglichkeiten für die

Materialforschung und -entwicklung

eröffnet. Konfigurationen können in

jedem Schritt des Prozesses vorgenommen

werden - von der digitalen

Teilevorbereitung bis zu verschiedenen

Schritten während des

Drucks. Der Anwender kann insgesamt

über 100 Parameter anpassen.

Dazu gehören Slicing-Einstellungen,

Mehrere Materialien

gleichzeitig entwickeln

Das MDU soll Innovationen

entfesseln – sei es bei der

Anpassung bestehender oder bei

der Entwicklung völlig neuer Pulvermaterialien.

Und dank der Modularität

des Sintratec S2 Systems wird

eine gleichzeitige Entwicklung mehrerer

Materialien zur Realität. Da das

Lasersinter-Modul nie in direktem

Kontakt mit der materialspezifischen,

beweglichen Kerneinheit steht, kommt

es zu keiner Kreuzkontamination.

Daraus resultiert eine wesentlich

schnellere Forschungsgeschwindigkeit

und vereinfachte Einführung des

Materials in Produktionslinien. Weitere

Informationen über das Material

Developer Upgrade unter: sintratec.

com/de/MDU. ◄

meditronic-journal 4/2022

15


Produktion

Anzeige

Heinz Meise GmbH - Medizintechnik

Vom Medizinprodukthersteller zum

Sterilisationsdienstleister

Unsere Erfahrung

Als Medizinproduktehersteller

wenden wir das Verfahren im industriellen

Bereich bereits seit 1993

erfolgreich im eigenen Unternehmen

an. Seit 2001 mit speziell für unsere

Bedürfnisse entwickelten Sterilisationsanlagen.

Zurzeit sind zwei Anlagen

in Betrieb, STERIPLAS 1000

und STERIPLAS 2000. Jeweils

mit 1000 bzw. 2000 Liter Kammervolumen.

Durch die seit 2008 erhaltene

offizielle Genehmigung zur Lohnsterilisation

haben wir über unsere

eigenen Produkte hinaus eine langjährige

Expertise in der Sterilisation

von Medizinprodukten anderer

Hersteller aus anderen Branchen.

Gas-Plasma-Sterilisation -

VH202

Die Gas-Plasma-Sterilisation

wurde ursprünglich im klinischen

Bereich verwendet und wurde als

NTP-Sterilisation (Niedrig-Temperatur-Plasma-Sterilisation)

bezeichnet.

Ihr Ansprechpartner:

Herr Dirk Reinert,

reinert@meise.com

Heinz Meise GmbH -

Medizintechnik

www.meise.com

Die Heinz Meise GmbH - Medizintechnik

-wurde in ihrer heutigen

Form 1983 von Herrn Heinz Meise

im sauerländischen Schalksmühle

gegründet. Als mittelständisches

Unternehmen entwickeln, fertigen

und vertreiben wir sterile Medizinprodukte

für verschiedene Branchen,

die wir global vermarkten. Unsere

Inhouse Gas-Plasma-Sterilisation

bieten wir zudem auch als Lohnsterilisation

an, ebenso wie den

Verkauf von Sterilisationsanlagen.

Als Sterilisationsdienstleister sind

wir Ihr Partner rund um die materialschonende

Sterilisation Ihrer

Medizinprodukte. Integrieren Sie

mit den SteriVacPlas-Geräten Ihren

Sterilisationsprozess direkt in Ihren

Produktions-Workflow oder lassen

Sie die Sterilisation als Dienstleistung

bei uns durchführen. Gerne

bieten wir Ihnen professionelle

Unterstützung bei der Validierung

Ihrer Produkte an.

16 meditronic-journal 4/2022


Produktion

Vorteile der Inhouse Gas-Plasma-Sterilisation

• keine Verformung

• keine Versprödung

• keine Verfärbung

• keine Korrosion (Verfahren auf trockener Basis)

• energiesparend

Kurze Sterilisationszeit

• mehrere Läufe pro Schicht möglich

• schonende Behandlung des Sterilisationsgutes

• schnelle Verfügbarkeit der sterilen Produkte

Weitere Vorteile

• auf die Produkte abgestimmte Prozessabläufe

• keine Rückstände auf den Produkten

• keine Restgasproblematik, folglich keine Quarantäne der Produkte

nach Sterilisation

• keine allergischen Patientenreaktionen

Vorteile bei eigener Inhouse-Sterilisation

Niedrige Arbeitstemperatur von 45 - 55 °C

• das Verfahren ist sowohl für thermolabile Kunststoffe wie auch für

hochwertige elektronische Bauteile bestens geeignet

• Unabhängig von externen Dienstleistern

• Kosteneinsparung des zusätzlichen Logistikaufwands durch externe

Sterilisation

• Einsparung von Lagerkosten

• Größtmögliche Flexibilität

• keine behördlichen Auflagen zu berücksichtigen

Zu Beachten

• Das Sterilisationsgut muss begasbar sein und darf keine Zellulose

beinhalten

• Es ist eine Tyvek-Steril-Verpackung erforderlich

• Die Sekundärverpackung erfolgt nach der Sterilisation

Das auf Wasserstoffperoxid - H 2 O 2

– basierende Verfahren, wurde mit

der Einführung der MDR im Mai

2021 offiziell als VH2O2 benannt,

wobei das „V“ für vaporised, also

verdampftes Wasserstoffperoxid

steht. Bei diesem Sterilisationsverfahren

handelt es sich um eine

materialschonende und zeiteffiziente

Alternative im Vergleich zu

herkömmlichen Verfahren.

Das Verfahren

Unter Feinvacuum werden die in

der Steril Verpackung befindlichen

Produkte mit verdampftem Wasserstoffperoxid

begast. Über die

Einwirkzeit werden die Mikroorganismen

durch die Mikrobizide Wirkung

des H 2 O 2 abgetötet. Ein Hochfrequenzfeld,

welches zu Prozessbeginn

der Vorwärmung der Produkte

dient, sorgt nach der Einwirkzeit

für den Zerfall des H 2 O 2 in die

unschädlichen Endprodukte Wasser

und Sauerstoff. Während der Hochfrequenzphase

entsteht ein leuchtendes,

physikalisches Plasma, welches

dem Verfahren seinen Namen gab.

Der Meise-Service

Unser erfahrenes Expertenteam berät unsere Kunden

vom telefonischen Erstkontakt bis hin zur späteren Routinesterilisation,

ob als Lohnsterilisation oder mit Ihrem

eigenen SteriVacPlas-Gerät.

Auch im logistischen Bereich nehmen wir gerne

Herausforderungen an.

• kostenloser orientierender Vortest

• Optimierung der Sterilisationszyklen auf Ihre Produkte

• Unterstützung bei der Validierung nach DIN EN ISO 14937

• Unterstützung bei der Auswahl und Präparation geeigneter

Prüfkörper für die Validierung und späteren Routinesterilisation

Sämtliche Prozessparameter werden

gemäß dem Stand der Technik

elektronisch erfasst, ausgewertet,

gesichert und dienen der parametrischen

Freigabe. Weitere detaillierte

Informationen finden Sie auf

unserer Homepage.◄

• Durchführung von Steriltests mittels Bioindikatoren

• Unterstützung bei der Projektierung und Inbetriebnahme

Ihrer Sterilisationsanlage

• Schulung des Bedienpersonals

• Wartung und Service Ihrer Anlage

• Reparatur- und Ersatzteilservice innerhalb von

24 h in Deutschland

Auch bei Interesse an einer eigenen Anlage kann

Ihnen der Weg über die Lohnsterilisation wertvolle

Zeit sparen um Ihre Produkte frühzeitig am Markt zu

platzieren. Wir klären gerne Ihre Fragen und erstellen

Ihnen ein individuelles Angebot über die Kosten

Ihrer Sterilisation.

meditronic-journal 4/2022

17


Produktion

Aufbau- und Verbindungsstrategien

von optischen Glasfasern

Klebstofffreie Faser-zu-Chip-Anbindung durch direktes Laserschweißen für die integrierte Photonik

Fraunhofer-Institut

für Zuverlässigkeit und

Mikrointegration IZM

www.izm.fraunhofer.de

Aufbau- und Verbindungsstrategien

von optischen Glasfasern mit

photonischen integrierten Schaltkreisen

(PICs) werden üblicherweise

mit Klebstoffen realisiert.

Doch diese Verbindungstechnik

kann langfristig zu optischer

Degradation und dadurch zu

hohen optischen Übertragungsverlusten

führen, welche für kritische

Anwendungen, wie in der

Medizintechnik und Life Science,

fatal sind.

Klebstofffreies,

platzsparendes

und robustes

Laserschweißverfahren

Im Rahmen des Eurostars-Projekts

„PICWeld“ entwickelten Forschende

des Fraunhofer IZM in

Zusammenarbeit mit den Partnern

LioniX International BV,

Phix Photonics Assembly und

ficonTEC Service GmbH, ein klebstofffreies,

platzsparendes und

robustes Laserschweißverfahren

zur Fixierung von Glas fasern an

PICs. Durch die Integration des

Verfahrens in eine automatisierte

Justageanlage wurde die industrielle

Reife des Systems gezeigt,

was die Glas-Glas-Verbindungstechnik

für einen kommerziellen

Einsatz sehr attraktiv macht.

Wechselwirkungen

zwischen Licht und Materie

Schon lange ist bekannt, dass

biochemische Prozesse von Organfunktionen

über die Temperaturregulierung

bis hin zur Hormonproduktion

maßgeblich von Licht

beeinflusst werden. Inzwischen

ist die Forschung rund um Licht

und Körper weit vorangeschritten,

junge Disziplinen wie die Life Science

und Biophotonik beschäftigen

sich mit Fragen, die sich am Schnittpunkt

der Naturwissenschaften und

Medizin befinden. Mit hochpräzisen

und komplexen Messungen können

damit Informationen darüber gewonnen

werden, wie sich die Wechselwirkungen

zwischen Licht und Materie

gestalten, zum Beispiel bei der

Untersuchung der Struktur von Zellen

und Geweben, die für Krebserkrankungen

relevant sind.

Rolle des sichtbaren Lichts

in biologischen Prozessen

zeigen

Doch Einblicke in das Innerste zu

erhalten, ist kein leichtes Unterfangen:

Kürzlich wurden miniaturisierte

Systeme basierend auf photonisch

integrierten Schaltkreisen mit hochstabilen

Faserverbindungen vorgeschlagen,

um die Rolle des sichtbaren

Lichts in biologischen Prozessen

nachvollziehen zu können.

Genau an dieser Stelle setzte das

Fraunhofer IZM im BMBF-geförderten

Eurostars-Projekt „PICWeld“ an und

entwickelte ein gänzlich neuartiges

Laserschweißverfahren, mit dem

optische Fasern direkt mit PICs auf

Quarzglas verschweißt werden können.

Mit Hilfe des Partners ficonTEC

18 meditronic-journal 4/2022


Produktion

Service GmbH wurde dieses Verfahren

in einer automatischen Anlage

umgesetzt, die eine hohe Reproduzierbarkeit

und Skalierbarkeit bietet.

Ziel: robuste und

transparente Glas-Glas-

Verbindung

Das Forschungsteam rund um

Dr. Alethea Vanessa Zamora Gómez

hat es sich zur Aufgabe gemacht,

Glas-Glas-Verbindungen einfacher,

robuster und langlebiger zu gestalten.

Dabei werden die diskreten

optischen Bauteile mit einem Klebstoff

verbunden. Durch die Weichheit

des Klebstoffs kann sich die

Position des Bauteils über die Zeit

ändern, zudem stellt er eine Störstelle

zwischen den beiden Glasschichten

dar, die eine Dämpfung des Signals

verursacht und nach Alterung des

Klebstoffs brüchig werden kann. Die

Langzeit stabilität ist daher oft kritisch.

Um diese Nachteile der Verbindungstechnik

zu umgehen, haben die Forschenden

einen Prozess des CO 2 -

Laserschweißens entwickelt und realisieren

damit erstmals eine direkte,

thermisch robuste und transparente

Glas-Glas-Verbindung.

Neue, automatisierte

Prozessanlage

Um das Laserschweißen für

zuverlässige Quarzglasverbindungen

jedoch nicht nur experimentell

durchzuführen, sondern

der Industrialisierung und hohen

Skalierbarkeit einen Schritt näher

zu kommen, wurde eine gänzlich

neue, automatisierte Prozessanlage

entworfen und hergestellt.

Die entstandene Anlage ermöglicht

eine im Interface klebstofffreie

und polarisationserhaltende,

hocheffiziente Kopplung zwischen

optischen Quarzglas-Fasern und

Quarzglas-PICs mit integrierten

Wellenleitern. Doch bis zur Umsetzung

anwendungstauglicher Verbindungen

mussten die Forschenden

eine Reihe technologischer Herausforderungen

bewältigen. Da Glasfasern

und Substrate unterschiedliche

Volumina haben, sind auch

die Wärmekapazitäten der beiden

Fügepartner ungleich. Diese Diskrepanz

resultiert in einem stark unterschiedlichen

Aufheiz- und Abkühlverhalten,

was z. B. zu Deformationen

oder Rissen beim Abkühlen

führen kann. Die Lösung der Photonik-Experten

lag darin, das Substrat

mittels eines separaten und

individuell anpassbaren Lasers

homogen vorzuheizen, so dass

die Schmelzphase der Faser und

des Substrats dennoch gleich zeitig

erreicht wird.

Erfolgreicher Einsatz

Die Anlage, die mit thermischer

Prozessüberwachung bis 1300 °C,

einem bis auf 1 µm genauen Positioniersystem,

einem Bilderkennungsverfahren

sowie einer Steuerungssoftware

ausgestattet ist, schweißte

bereits im Laufe des Projekts erste

Verbindungen, so dass die Funktionsfähigkeit

getestet und erste prozessorientierte

Messungen durchgeführt

wurden.

Folgeprojekte

Nach dem PICWeld-Abschluss

im Jahr 2021 ergaben sich nahtlos

erste Folgeprojekte, in denen

die neue Technologie zum Faserkoppeln

von Kollimatoren, Wellenleiterchips

und Multilinsenarrays

genutzt wurde. „Mit unserer

Anlage zum CO 2 -Laserschweißen

haben wir das bisherige Verfahrensprinzip

erweitert: Insbesondere

das hohe Automatisierungspotenzial

ermöglicht es den

Kunden, PICs mit höchster Kopplungseffizienz

zu verwenden. In

der Industrie integriert, bedeutet

das einen Sprung für die Anwendungsbereiche

der Biophotonik,

aber auch der Quantenkommunikation

und Hochleistungsphotonik“,

erklärt die Projektleiterin

am Fraunhofer IZM, Dr. Alethea

Vanessa Zamora Gómez.

Förderung

Bundesministerium für Bildung

und Forschung (BMBF) mit dem

Förderkennzeichen 01QE1744C.

Es gehört zum Eurostars-Programm

(11324), in dessen Rahmen eine

Zusammenarbeit mit Lionix International

BV, Phix Photonics Assembly

und ficonTEC Service GmbH

erfolgt ist. ◄

MEDIZINTECHNIK-PRODUKTION.

VOLLAUTOMATISIERT.

Maßgeschneiderte und schlüsselfertige

Produktionsanlagen mit integrierter

Dosiertechnik sorgen für die hochpräzise

und ultraschnelle Herstellung Ihrer

medizintechnischen Geräte und Produkte.

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meditronic-journal 4/2022

19


Produktion

Herausforderungen für 3D-Druck-Anwender

Der 3D-Drucker microArch S230 bietet eine extrem hohe Auflösung (bis

zu 2 μm) mit beispielloser Genauigkeit, Präzision und Geschwindigkeit.

Merkmale der Teile: Lochanordnungen von 50, 100, 200 und 300 μm,

unterschiedliche Säulendesigns (massiv und ausgehöhlt), offene Kanäle

unterschiedlicher Breite, Wandstärken von 10 - 220 Mikron

Wer seine Aufgaben in Produktentwicklung

und Produktion

mithilfe von 3D-Druckern lösen

will, steht vor einigen Herausforderungen.

Sie betreffen die Auswahl

des richtigen Verfahrens mit

der gewünschten Genauigkeit, Auflösung

und Präzision, die jeweils verfügbaren

Materialien, die Wiederholbarkeit

und die erforderliche Nachbearbeitung

der Druckergebnisse.

Schließlich soll sich das 3D-Drucksystem

auf lange Sicht amortisieren.

Auswahl des richtigen

3D-Druckers

Bevor es zur Entscheidung für

einen bestimmten 3D-Drucker

Boston Micro Fabrication

www.bmf3d.com

kommt, müssen Konstrukteure, Fertigungsverantwortliche

und Einkäufer

die beste Technologie für eine

bestimmte Anwendung festlegen.

Die erforderlichen Recherchen können

beträchtlich sein, denn für alle

Anwendungen gibt es mittlerweile

verschiedene Verfahren. Laut Statista

sind die beliebtesten 3D-Drucktechnologien

FDM (Fused Deposition

Modeling), FF (Fused Filament

Fabrication) und SLS (Selective

Laser Sintering). Aber auch die

Stereolithografie (SLA) und Varianten

wie PµSL für den Mikro-3D-

Druck haben ihre Vorteile, je nach

Anwendung und den gewünschten

Eigenschaften der fertigen Bauteile.

Diese Herausforderungen

gehen über Kosten und Komplexität

hinaus. Wer einen 3D-Drucker

anschaffen will, muss genügend

3D-Druckprojekte haben, um eine

solide Kapitalrendite (ROI) zu erzielen.

Ebenso müssen Käufer über

die Geschwindigkeit von 3D-Druckern

und die Mengen nachdenken,

bei denen andere Fertigungsverfahren

kosten effektiver werden

Außerdem müssen sie 3D-Druckgeräte

auswählen, die die erforderliche

Auflösung, Genauigkeit

und Präzision unterstützen. Alle

drei Spezifikationen sind weit verbreitet,

aber die Terminologie kann

missverstanden werden.

Auflösung, Genauigkeit und

Präzision

Die Auflösung setzt sich dabei aus

folgenden Kennzahlen zusammen:

Da 3D-Drucker Teile in drei Dimensionen

produzieren, gibt es Werte für

die XY-Ebene und eine Schichthöhe

oder -dicke für die Auflösung in der

Z-Achse. Beide Zahlen sind wichtig,

aber der XY-Wert hat eine größere

Bedeutung für die Druckqualität und

Oberflächenbeschaffenheit. Es zählen

aber nicht nur die Außenmaße

eines Teils. Denn viele größere Komponenten

enthalten winzige Löcher,

scharfe Kanten oder stiftähnliche

Vorsprünge, die ebenso gedruckt

werden müssen.

Die Genauigkeit ist ein weiterer

Schlüsselparameter und bezieht

sich auf die Fähigkeit des 3D-Druckers,

die gewünschten Abmessungen

zu erreichen. Stellen Sie sich

ein stabförmiges Teil vor, das 10 μm

lang sein muss. Ein Drucker, der ein

Teil mit dieser exakten Messung herstellt,

weist einen hohen Genauigkeitsgrad

auf. Ein System, das ein

Teil mit 11 μm druckt, ist weniger

Hier wurden die 50-µm-Löcher auf

einem microArch S240-System mit

dem Material RG gedruckt

Das Ventil für Gensequenzer hat

Außenmaße von 24,5 x 28,3 x

22 Millimetern und Wandstärken

von 10 - 220 Mikron,

genau. Natürlich muss die Materialschrumpfung

berücksichtigt werden.

Solange ein Teil nicht den vom Benutzer

geforderten Abmessungen entspricht,

ist es nicht genau genug.

Präzision bezieht sich darauf, wie

nah Messungen desselben Gegenstands

beieinander liegen. Ein klassisches

Beispiel für den Unterschied

zwischen Präzision und Genauigkeit

liefert das Dartspiel. Die Darts

sind präzise geworfen, wenn alle

Darts sehr nah beieinander liegen,

aber nicht genau, wenn sie dabei

weit entfernt vom Schwarzen landen.

Genauigkeit und Präzision

sind erreicht, wenn die Pfeile nahe

am Schwarzen und nahe beieinander

landen.

Materialien

Die meisten 3D-Drucker sind

entweder für die Verarbeitung von

Polymeren, Metallen, Verbundwerkstoffen,

Keramik oder Glas ausgelegt.

Es gibt Drucker, die mehrere

Materialien verarbeiten können, wie

So sieht das gleiche Bauteil aus,

wenn es auf einem üblichen SLA-

Drucker gefertigt wird

20 meditronic-journal 4/2022


Produktion

Dieser Stent wurde auf einem

microArch Drucker von BMF aus

biokompatiblem Material gedruckt

Polymere und Keramiken. Diese

Geräte sind jedoch für höherwertige

Anwendungen bestimmt. Bei

weniger fortschrittlichen 3D-Druckern

kann die Auswahl an Materialien

ebenfalls begrenzt sein. Einige

Hersteller bieten ein offenes Materialsystem

an, das auch Fremdprodukte

enthält. Andere beschränken

die Auswahl auf die firmeneigenen

Materialien.

Die Materialauswahl

ist eine Herausforderung, weil

nicht alle in der Produktion üblichen

Stoffe auch für den 3D-Druck verfügbar

sind. Das liegt zum Teil daran,

dass einige Metalle und Polymere

nicht so temperaturgesteuert werden

können, wie die additive Fertigung

es erfordert. Außerdem gilt es, die

Anforderungen einer Anwendung

mit den Eigenschaften des Materials

in Einklang zu bringen. Die Verwendung

unterschiedlicher Materialien

während der Prototypenherstellung

und Produktion erhöht die

Komplexität zusätzlich.

Gerade bei biomedizinischen Produkten

gibt es Probleme mit den

Materialien. So ist etwa die begrenzte

Das Endoskop-Gehäuse misst 9,8 x

9,8 x 13,8 mm und weist komplexe

Strukturen auf

Auswahl an Materialien, die sich für

die Entwicklung von Membranmodulen

eignen, eine große Herausforderung.

Hinzu kommt, dass bei

allen Arten von 3D-Druckmaterialien

die Eigenschaften für die Endanwendung

nicht dieselben wie bei

herkömmlichen Materialen sind.

So hat beispielsweise ABS-Kunststoff,

der in 3D gedruckt wird, nicht

die gleiche Schlagfestigkeit wie

ABS-Kunststoff, der mikrobearbeitet

oder im Mikrospritzgussverfahren

hergestellt wird.

Wiederholbarkeit

Auch die Wiederholbarkeit ist eine

Herausforderung für die 3D-Druckbranche.

Das liegt daran, dass die

Position des Bauteils auf der Druckoberfläche

die Höhe, Breite, Tiefe

und das Gewicht des Endprodukts

beeinflussen kann. Laut einer Studie

zur Qualitätssicherung beim

3D-Druck kann dieser nicht an

jedem Ort und unter allen Bedingungen

Qualität gewährleisten.

Diese mangelnde Wiederholbarkeit

kann den Ertrag verringern

und den Durchsatz verlangsamen.

Besonders die Beziehung zwischen

Wiederholbarkeit und Präzision entspricht

nicht der Genauigkeit, die im

Allgemeinen als die Nähe einer Messung

zum wahren Wert beschrieben

wird. Dagegen ist hochauflösender

3D-Druck im Mikromaßstab

möglich und beim Druck von Mikroteilen

erreicht PµSL Toleranzen von

±25 µm. Mit der PµSL 3D-Drucktechnologie

kann eine spiegelähnliche

Oberfläche mit einer Oberflächengüte

von 0,4 - 0,8 µm Ra

erreicht werden.

Nachbearbeitung

Die meisten 3D-gedruckten Teile

müssen in irgendeiner Form gesäubert

oder nachbearbeitet werden, um

Trägermaterial aus der Konstruktion

zu entfernen. Außerdem müssen

die Oberflächen der Teile geglättet

werden, um die gewünschte Oberflächengüte

zu erreichen. Hierfür

können verschiedene Nachbearbeitungsmethoden

eingesetzt werden.

Beispiele sind Wasserstrahlen,

Schleifen, chemisches Einweichen

und Spülen sowie manuelle

Nachbearbeitung. Unabhängig

von der Methode verursachen sie

alle zusätzliche Kosten und verlängern

die Projektlaufzeit.

Dem Bericht von Wohlers über

den Stand der 3D-Druckindustrie

zufolge entfallen 27 Prozent der

Gesamtkosten für die Herstellung

eines Prototyps auf die Nachbearbeitung.

Doch die Kosten sind nicht die

einzige Sorge. „3D Natives“ berichtet

beispielsweise, dass 52 Prozent

der Befragten es für schwierig halten,

eine gleichmäßige Oberflächenbeschaffenheit

zu erzielen. Für

53 Prozent der Befragten dauern die

Nachbearbeitungszyklen zu lange.

Praktisch und leistungsstark

Die PμSL-Technologie von Boston

Micro Fabrication (BMF) ist eine

neue 3D-Drucktechnologie zur

Produktion von kleinen Teilen, die

hohe Präzision, Auflösung und Genauigkeit

bei hohen Geschwindigkeiten

erfordern. Die Projektions-

Mikro-Stereolithographie (PμSL),

eine Form der SLA, ist weltweit die

einzige Technologie, die in Bezug

auf Größe, Auflösung und Toleranz

dem Präzisionsspritzguss entspricht.

Darüber hinaus bietet BMF

eine offene Materialplattform und

kooperiert mit Drittlieferanten und

OEMs, um Materialien für spezifische

Anwendungen bereitzustellen.

Wer schreibt:

Boston Micro Fabrication (BMF)

hat sich auf 3D-Druck mit Mikropräzision

spezialisiert und die

3D-Drucktchnologie namens PμSL

(Projection Micro Stereolithography)

entwickelt. ◄

PμSL (Projection Micro Stereolithography)

Das microArch-System von

Boston Micro Fabrication beruht

auf einer 3D-Drucktchnologie

namens PμSL (Projection Micro

Stereolithography). Diese Technologie

ermöglicht eine schnelle

Photopolymerisation einer

Schicht flüssigen Polymers mittels

eines UV-Lichtblitzes mit Auflösungen

im Mikrobereich. Durch

anpassbare Optiken, eine hochwertige

Mechanik und eine validierfähige

Fertigungstechnologie,

entstehen genaue, hochauflösende

Komponenten für die

Produktentwicklung, Forschung

und industrielle Kleinserienproduktion.

Dieser Durchbruch der

Branche verschafft Herstellern

die Vorteile des 3D-Drucks ohne

Abstriche an Qualität oder Skalierbarkeit.

Der 3D-Drucker von BMF erlaubt die Mikrofertigung in Serienqualität

meditronic-journal 4/2022

21


Produktion

Laserschweißen - einfach, sicher und sauber

Lasergeschweißtes medizinisches Bauteil (nadellose Spritze)

Autoren:

Dipl.-Ing. Frank Brunnecker,

Geschäftsführer & Gesellschafter

Dipl.-Ing. Christian Ebenhöh,

Key Account Manager

Evosys Laser GmbH

www.evosys-laser.de

Laserschweißen von Kunststoffen

ist das ideale Verfahren, wenn

Kunststoffteile medizinischer Produkte

prozesssicher miteinander verbunden

werden sollen. Diese Technologie

genießt heute einen guten

Ruf in der Pharma- und Medizintechnikindustrie,

da sie als validierungssicher

gilt. Vom Blut zuckermessgerät

über die Insulin- und Medikamentendosierung

bis hin zu Strukturkomponenten

medizinischer Ausrüstung

wird das Verfahren in vielen

Bereichen eingesetzt.

Laserschweißen von Kunststoffen

hat sich in den vergangenen 20 Jahren

bedeutend weiterentwickelt und

zählt heute zu den bevorzugten Verfahren,

wenn es darum geht, sichere

Verbindungen zu erzeugen. Insbesondere

bei Anwendungen, die

eine hohe Sauberkeit im Herstellungsprozess

erfordern, spielt die

berührungslose und schonende

Fügetechnologie ihre Stärken aus.

Dabei werden die beiden zu verbindenden

Bauteile überlappend positioniert

und mit definiertem Druck

aufeinandergepresst (Bild 1). Beim

üblichen Prinzip des Durchstrahlschweißens

durchdringt der Laser

mit einer Wellenlänge im Bereich

von 800 bis 1.100 nm das obere,

lasertransparente Bauteil und wird

an der Oberfläche des unteren Bauteils

absorbiert. Der untere Fügepartner

wird dadurch direkt, der obere

über Wärmeleitung so weit erhitzt,

bis beide Materialien aufschmelzen

und es zu einer stoffschlüssigen

Verbindung kommt.

Klar-klar-Verfahren

Eine Besonderheit dieser Methode

ist die Notwendigkeit zweier unterschiedlich

gefärbter Fügeteile, um

eine ausreichende Absorption des

Bearbeitungslasers sicherzustellen.

Das EvoClear-Verfahren umgeht

diese Voraussetzung. Es wird oft

auch als 2µm-Schweißen oder

auch Klar-klar-Verfahren bezeichnet.

Durch den Einsatz einer Laserwellenlänge

im Bereich von 1,5 µm

bis 2,2 µm können zwei ungefüllte,

insbesondere im sichtbaren Bereich

klare Kunststoffe miteinander verbunden

werden. Zwar können mit

dieser Variante nicht uneingeschränkt

alle Fügeaufgaben bearbeitet

werden, jedoch lohnt sich

besonders bei medizinischen Produkten

eine genaue Prüfung, da auf

Absorberzusätze verzichtet werden

kann. Im Vergleich zum Durchstrahlschweißen

liegt der wesentliche

Unterschied in der Art der Energieeinbringung.

Das EvoClear-Verfahren

nutzt die Eigenschaft der meisten

Thermoplaste, schon im Naturzustand

Wellenlängen über 1,5 µm

stärker zu absorbieren. Die Deponierung

der Energie erfolgt im Wesentlichen

nicht im Kontaktbereich der

beiden Fügepartner, sondern komplett

im durchstrahlten Volumen und

wird durch eine geeignete Anlagentechnik

geschickt gesteuert.

Laserschweißen von

Polymeren

So ist das Laserschweißen von

Polymeren in der Medizintechnik

nicht mehr wegzudenken, zumal

der Einsatz von Kunststoffen in

der Medizin kontinuierlich wächst

und die Produktkomplexität sowie

Funktionsintegration stetig zunimmt.

Kunststoffe zählen zu den am meisten

verwendeten Materialien in

der Medizin. Der wichtigste Grund

dafür ist die hohe Sicherheit für den

Patienten. Medizinisch zugelassene

Kunststoffe sind hautfreundlich

und lösen keine Allergien aus.

Außerdem sind sie nahezu unzerbrechlich,

nehmen keine Gerüche

an und weisen eine hohe Beständigkeit

gegen Wasser und viele

andere Medien auf.

Hinsichtlich der Herstellprozesse

bieten Polymere eine fast unerschöpfliche

Form- und Anpassbarkeit,

das Design kann nahezu perfekt

auf den jeweiligen Einsatzzweck

zugeschnitten werden. Da neben

sind die Endprodukte und ihre Verarbeitungsverfahren

im Vergleich zu

Alternativen aus Metall oder Glas

häufig preiswerter und können so

in vielen Anwendungen problemlos

als einfach zu nutzender Einwegartikel

ausgelegt werden.

Breites

Anwendungsspektrum

Das Anwendungsspektrum ist

somit breit gefächert. Angefangen

von Verpackungen, Infusionsbeuteln,

Schläuchen und weiteren

Komponenten für Injektionssysteme,

über Prothesen und Inlays bis hin zu

Gehäusen für elektronische Kleinund

Großgeräte, ist der Einsatz von

Kunststoffen denkbar (Bild 2). Auch

komplexe Analyse-Cartridges für die

in-vitro Diagnostik sind mittlerweile

Standard, wofür häufig das Laserschweißen

als Fügeverfahren eingesetzt

wird.

Soll das stoffschlüssige Schweißen

als Verbindungstechnik für eine

Kunststoffbaugruppe eingesetzt werden,

können nur Thermoplaste und

thermoplastische Elastomere eingesetzt

werden. Für die Medizin relevant

und erfolgreich in der Praxis mit

dem Laser gefügt sind im Besonderen:

Polyamide (PA), Poly propylen

(PP), Polycarbonat (PC), Cycloolefin-Copolymere

(COC), Polymethylmethacrylat

(PMMA) sowie Polystyrol

(PS) und Polyetheretherketon

(PEEK).

Bild 1: Schweißprinzip mit

lasertransparentem und

laserabsorbierendem Fügepartner

22 meditronic-journal 4/2022


Produktion

Bild 2: Allgemeine medizinische Bauteile aus Kunststoff

Vorteile des

Laserschweißens

Das Laserschweißen spielt sein

Potenzial vor allem dann aus, wenn

es im Produktionsprozess auf

Hygiene, absolute Partikelfreiheit

und Reproduzierbarkeit ankommt.

Konventionelle Verfahren, wie das

Ultraschallschweißen oder Kleben,

können den immer höheren Reinheitsanforderungen

der Produkte

nicht immer gerecht werden. Beim

Ultraschallschweißen entstehen

verfahrensbedingt Partikel in der

Fügezone, wohingegen die bei einer

Klebeverbindung erforderlichen

Zusatzstoffe hinsichtlich der medizinischen

Unbedenklichkeit häufig

eine Herausforderung darstellen.

So müssen bereits für Produkte

der EU-Risikoklasse IIa (z. B. Hörgeräte)

neu in die Baugruppe eingebrachte

Stoffe zertifiziert werden,

wodurch sich eine Markteinführung

enorm verzögern kann.

meditronic-journal 4/2022

Reinraumfähigkeit

Mit dem Laserschweißen erhalten

die Entwickler und Hersteller

dagegen einen äußerst sicheren

und hygienischen Produktionsprozess

für Rein- und Sterilraumbedingungen.

Das Ziel ist dort, einen

abgeschotteten Bereich möglichst

kontaminationsfrei zu halten. Die

Partikelreduzierung im Inneren

wird durch entsprechend dimensionierte,

mehrstufige Luftfilterungseinrichtungen

ermöglicht. Die Luft

wird mehrfach pro Stunde möglichst

turbulenzarm, also ohne Verwirbelung,

umgewälzt und gefiltert.

Zugangsschleusen und Schutzkleidungen

sorgen dafür, dass möglichst

wenig Partikel von außen eingebracht

werden. Für die Klassifikation

der Reinheit solcher Räume

gibt es die Norm ISO 14644-1. Sie

erlaubt beispielsweise in der Reinheitsklasse

ISO 1 pro Kubikmeter

Luft gerade einmal noch zwölf Partikel,

davon zehn Stück in der Größe

von einem zehntausendstel Millimeter

und zwei Stück in der Größe

von zwei zehntausendstel Millimeter.

Die geforderte Klasse hängt

dabei stark von der Anwendung

ab, so dass die meisten Produktionsprozesse

in den Reinheitsklassen

ISO 5 bis 8 realisiert werden.

Zwei Herangehensweisen

Um ihren unterschiedlichen Anforderungen

Rechnung zu tragen, sind

zwei Herangehensweisen möglich.

Eine basiert auf der Integration

der gesamten Reinraumtechnik

innerhalb des Gehäuses des

Schweißsystems. Dabei wird mittels

entsprechender Filter die Partikelanzahl

um den Faktor 8.000 bis

10.000 verbessert. Abhängig von

den Umgebungsbedingungen wird

mit dieser Anlagentechnik im Bearbeitungsraum

der Maschine eine

Reinraumklasse besser als ISO 5

erreicht. Die zweite Möglichkeit enthält

keine eigenen Filterelemente,

sondern ist für den Einsatz in einer

Reinraumumgebung konzipiert. Bei

dieser Herangehensweise wird speziell

auf die Verwendung partikelarmer

Komponenten geachtet, um

die Kontamination der Luft zu reduzieren.

Beide Herangehensweisen

erlauben die Laserschutzklasse 1,

wodurch die Systeme im normalen

Produktionsumfeld ohne zusätzliche

Laserschutzmaßnahmen betrieben

werden können.

Qualitätsprüfung

Das Laserschweißen ist für die

Medizinproduktion besonders geeignet,

da sich die Prozess qualität für

jedes einzelne Bauteil erfassen und

dokumentieren lässt. Dafür stehen

in der Wertschöpfungskette

eine ganze Reihe, teilweise parallel

arbeitender Systeme und Sensoren

zur Verfügung.

Vor dem Schweißprozess kann

zunächst eine manuelle oder auch

automatische Überprüfung der Materialeigenschaften

stattfinden. Um die

für das Laserschweißen wichtige

Transmission zu messen, kann ein

Prüfgerät (Bild 3) die Baugruppen

vorab entweder einer Stichprobenoder

100%-Prüfung unter ziehen.

Schwankungen an zugeführten Rohteilen

können so frühzeitig erfasst

und dokumentiert werden. Während

des Schweißprozesses stehen

dann je nach Verfahrensvariante

unterschiedliche Methoden

zur Überwachung zur Verfügung.

Allen Varianten gemein ist die vollständige

Kontrolle und Dokumentation

der wichtigen Systemparameter,

wie etwa Schweißzeit, Spannkraft

und Laserleistung. Vorteilhaft

ist es, wenn die Laserleistung einer

100%-Überwachung in der Strahlformung

unterliegt. Üblicherweise wird

die Leistung nur in der Strahlquelle

gemessen oder indirekt berechnet,

wodurch mögliche Defekte z. B. an

der Faserführung des Lasers nicht

erkannt werden können.

Quasisimultanschweißen

Beim sogenannten Quasisimultanschweißen

wird die erwähnte Parameterkontrolle

durch eine Fügewegüberwachung

ergänzt. Ein Sensor erfasst

dabei die charakteristische Relativbewegung

der Fügeteile zu einander

und wertet diese über die Zeit aus,

was eine sichere Aussage über das

Schweißergebnis ermöglicht.

Bild 3: Das Prüfgerät PICTOR Planar

Eine weitere felderprobte Möglichkeit

zur Online-Prozesskontrolle

ist die Messung der Temperatur in

der Fügezone mittels berührungslosem

Pyrometer. Diese Methode

überträgt die Temperaturwerte ortsaufgelöst

in ein Zeit-/Temperatur-

Diagramm und vergleicht sie mit

oberen und unteren Hüllkurven.

Unterbrechungen in der Schweißnaht,

die beispielsweise durch Formfehler

oder Beschädigungen eines

der Fügepartner entstehen können,

werden damit sicher erkannt.

Die Pyro metrie wird typischerweise

beim Konturschweißen ohne Fügeweg

eingesetzt, kann aber auch

beim Quasisimultanschweißen als

ergänzende Überwachung dienen.

Nach dem Schweißvorgang

können die fertigen Baugruppen

schließlich mittels nachgeschalteter

Kamerainspektion im sichtbaren

oder infraroten Wellenlängenbereich

bewertet werden.

Fehler in der Schweißnaht werden

so zuverlässig erkannt und fehlerhafte

Bauteile aussortiert.

Fazit

Laserschweißen von Kunststoffen

ist als Verfahren prädestiniert für

die hohen Anforderungen in der

Herstellung medizintechnischer

Produkte. Es ist als sauberes und

partikelfreies Verfahren uneingeschränkt

reinraumtauglich und bringt

mit der lückenlosen Nachverfolgbarkeit

sowie den umfangreichen

Möglichkeiten zur Prozesskontrolle

alle Eigenschaften mit, die für eine

zuverlässige Produktion notwendig

sind. ◄

23


Produktion

Smarte Verbindungstechnik:

Needle Bonding mit UV-Klebstoffen

Mit UV-Klebstoffen werden Spritzen industriell gefertigt

Wenn Nadeln in Kunststoff- oder

Glasspritzen eingesetzt und verlässlich

und dauerhaft verbunden werden

sollen, stellt sich die Frage nach

einer geeigneten Verbindungstechnik.

Die Anforderungen sind hoch:

einerseits soll schnell und kostengünstig

produziert werden, insbesondere

bei Einwegartikeln, andererseits

sind Material- oder Verbindungsfehler

nicht tolerierbar.

Die moderne Klebstofftechnologie

bietet hier mit UV- oder lichthärtenden

Klebstoffen meistens die

beste und kostengünstigste Lösung.

Der Clou: UV-Klebstoffe sind

zu 100 % lösemittelfrei, sie härten

innerhalb von Sekundenbruch teilen

unter UV-Licht oder LED-UV-Licht

aus (Bild 1), und sie verfügen nach

der Aushärtung über sehr hohe

Nadelauszugskräfte. Klebstoffhersteller

wie Panacol haben sich auf

Klebstoffe für die Medizintechnik

spezialisiert und die Standardklebstoffe

für Needle Bonding bereits

entsprechend der USP Class VIoder

ISO 10993-5-Normen getestet.

Ebenso wurden die Klebstoffe auf

ihre Beständigkeit bei üblichen Sterilisationsprozessen

getestet. Dadurch

wird die Gesundheitsverträglichkeit

(Biokompatibilität) der fertigen Medizinprodukte

gewährleistet.

Anwendungsspezifische

Kleber

Für das Needle Bonding gibt

es keinen „Alleskleber“. Je nach

Anwendung, Material, Fertigungsstückzahl

und Aushärtungsprozess

stehen spezielle Klebstoffe, meist

auf Acrylatbasis, zur Auswahl. Spritzen

werden in der Regel aus Glas-

Panacol-Elosol GmbH

www.panacol.de

Bild 1: Der Klebstoff in den Nadelhubs wird mit LED-UV-Lichtquellen ausgehärtet

24 meditronic-journal 4/2022


Produktion

Bild 2: Blau fluoreszierender Klebstoff ist nach der Verklebung von Nadeln in

Glasspritzen zu sehen

Bild 3: Blau fluoreszierender Klebstoff ist in den Spritzenhubs deutlich

sichtbar

oder Kunststoffkörpern gefertigt, die

mit Nadeln aus Edelstahl verbunden

werden sollen. Für jede spezifische

Anwendung und Materialpaarung

stehen die unterschiedlichsten

Spezialklebstoffe zur Ver fügung.

Hohe Auszugskräfte der eingeklebten

Nadeln werden maßgeblich

durch eine präzise Fertigung

(Nadelpositionierung, Klebstoffdosierung

und zuverlässige Aushärtung

des Klebstoffs) sowie durch

die Auswahl des Hubs (verwendeter

Werkstoff, Design) und vor allem

durch das passende Klebstoffsystem

bestimmt.

Für die Herstellung von Spritzen,

die meist in großen Stückzahlen

in automatisierter Fertigung

hergestellt werden, eignet sich der

Einsatz von UV-härtenden Klebstoffen,

die über eine hohe Haftung

auf Glas, Kunststoffen und Metallen

verfügen. Kunststoffe wie PP

oder ABS lassen sich sehr gut kleben,

für schwer verklebbare Substrate

wie z. B. Polypropylen müssen

entsprechende Spezialklebstoffe

gewählt werden.

Voraussetzung für die Verklebung

mittels UV-Klebstoffen ist, dass mindestens

eines der Fügeteile transparent

ist. Für UV-geblockte Kunststoffe

besteht auch die Möglichkeit,

Klebstoffe zu wählen, die durch

Strahlung im sichtbaren Wellenlängenbereich

aushärten (Bild 2).

UV- und lichthärtende Klebstoffe

bestehen hauptsächlich aus

einem Harz, zumeist basierend auf

Acrylatharz, sowie Photoinitiatoren.

Diese werden durch UV-Bestrahlung

aktiviert und lösen die Aushärtungsreaktion

(Polymerisation)

aus. Moderne Photoinitiatoren reagieren

auch auf das monochromatische

Licht von LED-Lichtquellen,

so dass viele strahlungshärtende

Klebstoffe sowohl mit UV- als auch

UV-LED-Licht ausgehärtet werden

können.

Eine Besonderheit sind fluoreszierende

Klebstoffe, die für eine

schnelle und effiziente Qualitätskontrolle

eingesetzt werden: Durch

die Anregung mit schwachem UV-

Licht mit einer Wellenlänge von

365 nm fluoresziert der Klebstoff

und Unregel mäßigkeiten in der Klebestelle

sind dadurch leicht sichtbar.

Da viele transparente Kunststoffe

bläulich schimmern, bieten einige

Klebstoffhersteller auch orange fluoreszierende

Klebstoffe für eine

gut sichtbare Prozesskontrolle an

(Bild 3).

Speziell für medizinische

Produkte

spielen die Haltbarkeit

und die Beständigkeit

der Verklebung

gegenüber der

Sterilisation (Dampf-,

Elektronenstrahl-Sterilisation,

Gammaund

ETO-Bestrahlung)

eine entscheidende

Rolle. Um die

Funktionsfähigkeit

der Klebstoffe auch

nach Sterilisation zu

gewährleisten, führen

viele Klebstoffhersteller

bereits bei

der Klebstoffentwicklung

Untersuchungen

zur Beständigkeit

durch. Dafür werden

Musterteile verklebt und nach

Aushärtung die Nadelauszugsfestigkeiten

ermittelt. Im Anschluss

werden die Musterteile sterilisiert

und erneut die Nadelauszugskräfte

ermittelt, die dann einen Vergleich

zur Ausgangsverklebung zulassen.

So wird gewährleistet, dass die Haftwerte

der Klebstoffe auch nach der

Sterilisation stabil bleiben (Bild 4).

Bild 4: Eine Nadel ist mit UV-Klebstoff in einem Butterfly fixiert

Verbindung und Verklebung

früh beachten

Bereits bei der Entwicklung und

beim Design neuer Medizinprodukte

sollte die Verbindung und

Verklebung in die Planung einbezogen

werden. Dies betrifft insbesondere

das Design des Klebespaltes

als auch die Materialauswahl

der zu verklebenden Einzelteile.

Denn je nach Material und

geforderten Haftfestigkeiten ist

die Klebstoffauswahl zu treffen

und das notwendige Aushärtungsequipment

zu wählen. Im Idealfall

kommen Klebstoff und Aushärtesystem

aus einer Hand und

sind damit optimal aufeinander

abgestimmt.

Klebstoffhersteller von zertifizierten

Medizintechnikklebstoffen

verfügen über das notwendige

Knowhow und Erfahrung und bieten

mit einer spezialisierten Abteilung

aus Anwendungsingenieuren

eine individuelle Klebeberatung an.

Auf diese Weise ist Biokompatibilität

sowie eine sichere und dauerhafte

Verbindung auch nach Sterilisation

des fertigen Produktes gewährleistet.


meditronic-journal 4/2022

25


Produktion

Additive Fertigung mit Silikon

Extrusionsbasierte additive Fertigungsverfahren und Prozesse

ViscoTec

Pumpen- u. Dosiertechnik GmbH

mail@viscotec.de

www.viscotec.de

Additiv gefertigte Bauteile werden

längst nicht mehr nur für den Prototypenbau

verwendet. Auch im Vorserienbau

und für Serienteile wird ihr

großes Potential genutzt. Für technisch

einsetzbare Bauteile sind die

Materialeigenschaften von entscheidender

Relevanz. In diesem Bereich

können 3D-gedruckte Bauteile nur

mit konventionell gefertigten konkurrieren,

wenn sie auch die gleichen

mechanischen und chemischen

Eigenschaften haben. Biokompatibilität,

thermische Beständigkeit

und natürlich die sehr hohe Elastizität

machen Silikon für sehr viele

Anwendungen unverzichtbar. Es

besteht deshalb ein großes Interesse,

die Vorteile der Additiven

Fertigung auch für den Werkstoff

Silikon zu ermöglichen. Der Prozess

zur additiven Verarbeitung

von Silikon ist jedoch nicht trivial.

Von den unterschiedlichen Ansätzen

werden in diesem White Paper

die extrusionsbasierten Verfahren

und Prozesse dargestellt. Insbesondere

werden verschiedene Vernetzungsmechanismen

näher betrachtet

– mit ihren jeweiligen Vor- und

Nachteilen.

3D-Druck von Silikon:

Extrusionsbasierte

Verfahren

Ein entscheidender Vorteil der

extrusionsbasierten Verfahren ist

die große Vielfalt an verarbeitbaren

Flüssigkeiten und Pasten.

Es sind damit nahezu alle Arten

von Silikonen verwendbar: Von

niedrig- bis hochviskos und von

RTV (Raum-Temperatur-Vulkanisation)

über Standard LSR (Liquid

Silicone Rubber) bis hin zu UVvernetzenden

und mit Partikeln

gefüllten Silikonen.

Der extrusionsbasierte Fertigungsprozess

ist dem des FLM-

Druckens (Fused Layer Modelling)

sehr ähnlich. Mit Hilfe eines

Dosierkopfes wird dabei ein Strang

abgelegt. Aus diesem Strang wird

Schicht für Schicht ein Bauteil additiv

gefertigt.

In diesem White Paper werden die

2-komponentigen LSRe und RTV-

Silikone behandelt. LSR benötigen

zur Vernetzung thermische Energie,

RTV-Silikone sind für eine Reaktion

bei Raumtemperatur ausgelegt.

Vernetzung von LSRen

Beim Drucken von Silikon handelt

es sich immer um ein flüssiges

Medium. Entscheidende Prozessparameter

sind deshalb die Formstabilität

und das Vernetzen des Silikons.

Wichtig ist auch: Erst durch

die chemische Reaktion des Materials,

zum Beispiel durch Polyaddition

oder Polykondensation, wird

die Festigkeit des fertigen Silikons

erreicht.

Grundsätzlich unterscheidet man

für LSR-Silikone zwischen zwei

unterschiedlichen Zeitpunkten der

Vernetzung: Vernetzung während

der Fertigung und Vernetzung im

Postprozess bzw. in der Nachbereitung.

Vernetzung während der

Fertigung

• Beheizte Bauplattform:

Beheizbare Bauplattformen in

additiven Fertigungsmaschinen

sind weit verbreitet. Es ist also

naheliegend, die thermische Vernetzungsenergie

darüber bereitzustellen.

Je nach Reaktionszeit

des Silikons kann die Vernetzung

auf einer beheizten Bauplattform

innerhalb weniger Sekunden nach

der Extrusion erfolgen.

Dieses Verfahren hat jedoch einen

entscheidenden Nachteil: Die Temperaturverteilung

verändert sich

mit der Höhe des Bauteils. Denn

je weiter die Schicht von der Bauplattform

entfernt ist, umso weniger

thermische Energie wird zugeführt.

Das bedeutet, dass ein zuverlässiger

und konstanter Prozess für

ein Bauteil mit zahlreichen Schichten

damit sehr schwierig zu realisieren

ist. Erfahrungsgemäß ist es

nicht mehr sinnvoll, Bauteile die

größer als zwei bis drei Zentimeter

sind, mit einer beheizten Bauplattform

zu fertigen.

• Vernetzung jeder Schicht:

Ein Wärmeeintrag auf das jeweilige

Bauteil von oben – nach jeder

Schicht – ermöglicht die gleichmäßige

Vernetzung für eine beliebige

Anzahl an Schichten. Der Wärmeeintrag

erfolgt direkt während

des Druckprozesses, das Bauteil

ist also direkt nach dem Drucken

fertig. Dafür wird eine zusätzliche

Wärme quelle, wie beispielsweise

eine Infrarotlampe, benötigt. Intensität

und Belichtungszeit müssen

auf die jeweilige Schicht angepasst

sein, weshalb der ganze Fertigungsprozess

aufwändiger und komplizierter

wird.

Vernetzung im Postprozess

Ein weiterer Ansatz ist es, ein Silikon

zu verwenden, das aufgrund

seiner rheologischen Eigenschaften

nach der Extrusion die Form

behält. Das kann durch eine sehr

hohe Viskosität oder eine hohe

Thixotropie des Silikons oder auch

durch eine Kombination aus beidem

26 meditronic-journal 4/2022


Produktion

Bild 1: 3D Druck von Silikon: Fertigungsprozess Hydrogeldruck

erreicht werden. Das fertige Bauteil

aus LSR-Silikon wird im Nachgang,

dem sogenannten „postprocessing“,

in einen Ofen gestellt und

bei entsprechenden Temperaturen

vernetzt. Durch den Wärmeeintrag

darf keine Deformation im Bauteil

erfolgen. In diesem Prozess werden

keine zusätzlichen Geräte zur

Wärmezufuhr während des Druckens

benötigt.

Stützmaterial

Für steile Überhänge oder ein

Bridging (das Schließen einer Kontur)

muss eine Stützstruktur aufgebaut

werden. Dieses Stützmaterial

soll während des Fertigungsprozesses

auf dem Silikon haften

und den thermischen Bedingungen

während der Vernetzung standhalten.

Anschließend muss es im fertigen

Bauteil leicht entfernbar sein.

Es ist eine Herausforderung, das

passende Stützmaterial für jedes

Silikon zu finden. Und durch das

Aufbauen der Stützstruktur werden

zusätzliches Material und Zeit

für den Fertigungsprozess benötigt.

Fertigung im Hydrogel

Doch es gibt ein Verfahren, mit

dem Geometriefreiheit ohne das Aufbauen

einer Stützstruktur möglich

ist: Das Fertigen in einem anderen

Medium. Dazu wird das Silikon mit

einer langen Nadel in einen Behälter,

der mit einem „Stützmedium“

gefüllt ist, dosiert. Dieses Stützmedium

kann zum Beispiel ein Pulver

oder Hydrogel sein. Der Prozess ist

in Bild 1 dargestellt:

Im ersten Schritt wird das Silikon

(siehe Bild 1 in orange) in ein Stützmedium

(siehe Bild 1 in blau) dosiert.

Der extrudierte Strang wird von dem

umgebenden Medium fixiert. Nach

dem die gewünschte Struktur aufgebaut

ist und das Silikon vernetzt ist,

kann das Bauteil mit einer Pinzette

aus dem Medium entfernt werden.

Abschließend werden Reste des

Stützmedium entfernt oder einfach

abgewaschen.

Besonders geeignet für dieses

Verfahren sind RTV-Silikone, da

diese bereits nach kurzer Zeit (30

bis 60 Minuten) vernetzt sind. Das

Stützmedium kann nach dem Entfernen

des Bauteils erneut verwendet

werden.

Der größte Vorteil dieses Verfahrens

ist die sehr große Gestaltungsfreiheit.

Man ist weder durch zu steilen

Überhang noch durch Bridging

eingeschränkt. Zur Veranschaulichung

ist in Bild 2 ein Bauteil dargestellt,

das beides aufweist. Dieses

Bauteil wurde mit einer 0,3 mm

Nadel gedruckt. Die dünnen Verbindungen

zwischen der Helix sind mit

Bild 2: DNS-Struktur aus Silikon – gefertigt als 3D Druck Bauteil in Hydrogel

Weitere Infos: https://www.viscotec.de/3d-druck-von-standardmaterialien/

anderen Verfahren bisher nur sehr

schwierig fertigbar.

Nachteile dieser Technologie ist

der große Einsatz an Stützmedium,

das bei größeren Bauteilen notwendig

ist. Und dass eine Verwendung

von LSRen meist nicht sinvoll ist.

Zusammenfassung –

3D Druck von Silikon

Durch die große Vielfalt an unterschiedlichen

extrusionsbasierten

Fertigungsprozessen lassen sich

nahezu alle Bauteile aus Silikon

herstellen. Je nach gewünschter

Geometrie und Silikontyp kann

der passende Prozess definiert

werden. Die Grundlage für einen

erfolgreichen Fertigungsprozess ist

dabei immer eine präzise und wiederholgenaue

Dosierung des Silikons.

Das Potential des Silikon-

3D-Druckes ist bei weitem noch

nicht ausgeschöpft. Insbesondere

mit neuen Verfahren, wie beispielsweise

dem Verwenden von einem

Stützmedium (wie Hydrogel), eröffnen

sich völlig neue Gestaltungsmöglichkeiten.


meditronic-journal 4/2022

27


Produktion

Industrietauglicher Fokusversteller für

Mikroskopie- und Kameraanwendungen

Präzise, robust, zuverlässig und wirtschaftlich: Industrietauglicher Fokusversteller für Mikroskope und Kameras von

Steinmeyer Mechatronik © 123RF/kkolosov

Autor:

Elger Matthes,

Entwicklung und

Produktmanagement

Steinmeyer Mechatronik GmbH

info@steinmeyer-mechatronik.de

www.steinmeyer-mechatronik.de

Je kleiner der Verfahrweg,

desto geringer die Probleme? Von

wegen. Genau das Gegenteil ist

der Fall. Extrem kurze Distanzen

wie sie in Fokusverstellern für die

automatische Inspektion in Fertigungsanlagen

typisch sind, stellen

hohe Anforderungen an die

Technik und können schnell zur

großen Herausforderung werden.

Die Lösung könnte in einem

unkonventionellen Ansatz liegen.

Dabei bestehen die Fokusversteller

aus einem Federparallelogramm,

einem Exzenterantrieb mit

Schrittmotor sowie einem induktivem

Linearmesssystem und bringen

Performance, Robustheit und

Wirtschaftlichkeit optimal in Einklang.

Dadurch eignen sie sich

perfekt für den Einsatz in industriellen

Mikroskopie- und Kameraanwendungen.

Schnelles Fokussieren

Kamerasysteme, die in der Industrie

zur automatischen Inspektion

und Qualitätssicherung eingesetzt

werden, müssen in Sekundenschnelle

fokussieren. Maximal

100 ms stehen dafür in der Regel

zur Verfügung. Zwar ist ein Verfahrweg

mit 0,5 bis 2 mm nicht besonders

lang – oftmals geht es nur

darum, die Dickenvariation eines

Substrats auszugleichen oder enge

Stacks von Bildern in verschiedenen

Tiefenschärfen aufzunehmen

–, doch gerade diese kurze

Distanz wird für die standardmäßigen

Fokusversteller auf Basis

von Linearführungen schnell zum

Verhängnis. Bei Millionen kleiner

Bewegungen versagt das tribologische

System mechanischer

Wälzführungen frühzeitig, da der

Schmierstoff an der Kontaktstelle

verdrängt wird und sich nicht wie

üblich über die ganze Laufbahn verteilen

kann. Die Folge sind Kaltverschweißungen,

die den gesamten

Versteller blockieren. Bei Bewegungen

im Mikrometer- und Submikrometerbereich

wirken sich

zudem Stick-Slip-Effekte, also der

Übergang von Haft- in Roll reibung

in der Führung, negativ aus.

Innovativer Fokusversteller mit geschlitzten Membranen von Steinmeyer

Mechatronik – ideal für extrem kurze Verfahrwege mit hohen Zyklenzahlen

alle folgenden Bilder © Steinmeyer Mechatronik

Exzenterantrieb mit Schrittmotor und Getrieben für einen Membransteller

mit integrierter Optik

28 meditronic-journal 4/2022


Produktion

Die Fokusversteller bestehen aus einem Federparallelogramm,

einem Exzenterantrieb mit Schrittmotor sowie einem induktivem

Linearmesssystem

Membranversteller mit seitlich integriertem optischen Messkopf

Robustheit und Wirtschaftlichkeit

sind das A und O

In der klassischen Mikroskopie

haben sich für Anwendungen mit

kurzen Wegen und hohen Zyklenzahlen

piezoelektrische Fokusversteller

bewährt. Diese erlauben eine

sehr hohe Dynamik bei gleichzeitig

exzellenter Schrittauflösung, sind

allerdings äußerst empfindlich in

der Handhabung und teuer in der

Anschaffung. Auch benötigen sie

ein spezielles Hochspannungsinterface

für die elektrische Ansteuerung.

Das macht sie für den Einsatz

in industriellen Anwendungen

unattraktiv. Auch andere Alternativen

sind aufgrund ähnlicher Schwächen

keine Idealbesetzung. Doch wie lassen

sich die spezifischen Anforderungen

der Industrie – extrem

kurze Verfahrwege, hohe Dynamik,

robuste Verarbeitung, lange

Lebensdauer, Wartungsfreiheit,

standardisierte Schnittstellen sowie

optimale Wirtschaftlichkeit – unter

einen Hut bringen?

Eine Lösung neu denken

Fokusversteller bestehend aus

einem Federparallelogramm, einem

Exzenterantrieb mit Schrittmotor

und einem induktiven Linearmesssystem.

Auf den ersten Blick mag

diese Kombination für Maschinenbauer

eher befremdlich wirken.

Viele können sich Blattfedern als

Führungselement nicht vorstellen,

auch werden Exzenterantriebe

meist nicht mit Genauigkeit in Verbindung

gebracht - doch derartige

Vorbehalte sind absolut unbegründet.

Die Praxis hat gezeigt, dass

diese Fokusversteller hochpräzise

positionieren und trotzdem die für

das industrielle Umfeld notwendige

Robustheit bieten. Zudem sind sie

noch kostengünstig. Mittlerweile

arbeiten diese Systeme seit vielen

Jahren in der Praxis sehr zuverlässig

und problemlos. Sie absolvieren

mehr als 100 Millionen Fokussierungen

und liefern exzellente Bilder.

Aus der Messtechnik in den

Maschinenbau

Blattfedern kommen ursprünglich

aus der Messtechnik und werden

dort bereits seit über einem

Jahrhundert eingesetzt. Auch die

Hightech-Industrie macht sich das

Prinzip zunutze, im allgemeinen

Maschinenbau werden die Festkörpergelenke

dagegen kaum genutzt.

Dabei sind sie in Form eines Federparallelogramms

gerade bei extrem

kurzen Verfahrwegen eine sinnvolle

Lösung. Bei kleinen Längsbewegungen

deformieren sich die Blattfedern

elastisch, sodass kein Verschleiß

oder Ermüdungsbruch zu

befürchten ist. Die obere Plattform

führt die gewünschte Linearbewegung

aus. Senkrecht dazu kommt es

wegen der Verkürzung der Blattfedern

beim Auslenken zu einer Parasitärbewegung,

die be rechenbar,

systematisch und damit auch kompensierbar

ist.

Ist das nicht akzeptabel, kann die

Blattfeder rotationssymmetrisch als

Membranfeder ausgeführt werden.

Durch die Materialausdehnung entfällt

in diesem Fall die Parasitärbewegung.

Allerdings benötigen Membranfedern

im Vergleich zu Blattfedern

deutlich mehr Platz, was

für viele Anwendungen ein Ausschlusskriterium

darstellt. Bei sehr

kleinen Stellwegen sind die Membranfedern

ebene Blechronden,

für größere Stellwege werden sie

geschlitzt oder mit umlaufenden

Sicken ausgestattet. Bei korrekter

Dimensionierung erlauben Festkörpergelenke

dauerhaft Linearbewegungen

mit kleinen Auslenkungen.

Außerdem haben sie eine sehr hohe

Lebensdauer. Sie kommen ohne

Schmierstoff aus, arbeiten bis auf

innere Materialreibungen reibungsfrei

und weisen keinerlei Hysteresebzw.

Stick-Slip-Effekte. Zudem sind

Federparallelogramm schematisch, in Ruhelage und ausgelenkt

Federparallelogramm: Verfahrweg und Parasitärbewegung

meditronic-journal 4/2022

29


Produktion

Federparallelogramm durch Exzenter ausgelenkt

sie günstig in der Herstellung und

hinreichend robust in der Anwendung.

Reparaturen können schnell

und mit geringem Aufwand durchgeführt

werden.

Uralte Technik,

hochmodernes System

Auch das Konzept des Exzenterantriebs

ist altbekannt, bereits in

der Antike wurde die Technologie

für die Transformation zwischen

einer Rotations- und einer Linearbewegung

genutzt. Heute finden

sich Exzenterantriebe unter anderem

in Pressen und Spanneinrichtungen,

aber auch in PKW-Verbrennungsmotoren

in Form der Kurbelwelle.

Der Einsatz von Exzentern

ermöglicht eine einfache, robuste

und preiswerte Lösung, hat aber

durchaus seine Tücken hinsichtlich

Linearität und Ansteuerung. So

verhält sich das System bei einer

vollen Umdrehung in der Nähe der

Umkehrpunkte nichtlinear. In der

Folge kommt es zu einer Umkehr

der Linearbewegung bei gleicher

Drehrichtung des Motors. Also gilt

es, eine volle Umdrehung zu vermeiden.

Dies gelingt, indem man

den Drehbereich des Motors eingeschränkt.

Begrenzt man den

Drehwinkel des Motors beispielsweise

auf ±45° aus der Horizontalposition

des Exzenters, dann

verringert sich der Verfahrweg um

circa 30 %. Gleichzeitig werden die

stark nichtlinearen Bereiche ausgeblendet

und die Richtungsumkehr

im Übertragungsverhalten verhindert.

So arbeitet man also nur in

dem Bereich, der eindeutig, wiederholbar,

linear und steuerungsmäßig

gut beherrschbar ist. Die resultierende

Abweichung von einer linearen

Übertragungsfunktion beträgt

bei diesen Grenzwerten maximal

4 %, die nur in den Endbereichen

des Verfahrwegs erreicht wird. Im

Mittel liegt sie bei 1,5 %. Wählt man

die Grenzen enger, lässt sich auf

Kosten des Verstellwegs ein noch

weit besseres lineares Verhalten des

Systems erzielen. Da diese Abweichungen

systematisch sind, können

sie leicht in einer übergeordneten

Software kompensiert werden. Typischerweise

sollten Schrittmotoren

verwendet werden, da diese im Stillstand

externe Momente aufnehmen

können. Für Servomotoren empfiehlt

sich ein hochuntersetzendes

Getriebe, was aber einer einfachen

und kostengünstigen Konstruktion

widerspricht.

Unkomplizierte Erfassung

des aktuellen Verfahrwegs

Setzt man beispielsweise als

Mess- und Feedbacksystem ein

induktives Linearmesssystem ein,

ergeben sich folgende Vorteile: Es

ist gegen Verschmutzung, Schwingungen

und Vibrationen sowie elektrische

und magnetische Felder

weitgehend immun und ermöglicht

damit einen zuverlässigen Betrieb

im industriellen Umfeld. Darüber

hinaus erfüllt es die Forderung nach

einem Standard-Daten interface, das

von den Steuerungskomponenten

sofort gelesen und weiterverarbeitet

werden kann. Sehr hohe Interpolationsraten

von 12 Bit und mehr

erlauben eine Auflösung im Submikrometerbereich.

Durch Einsatz

zweier Leseköpfe auf Maßstäben

leicht unterschiedlicher Periodenlänge

lassen sich die an sich inkrementellen

Systeme als kostengünstige

Absolutmesssysteme konfigurieren.

Eine interne Kalibrierung

ermöglicht die sichere Einhaltung

einer absoluten Genauigkeit

von 10 µm über den gesamten

Verfahrbereich. Da die Ansteuerelektronik

immer die tatsächliche

Position des bewegten Objektivs

misst, ist eine zusätzliche Kompensation

der Exzenter-Nichtlinearitäten

unnötig.

Eine performancestarke,

robuste, zuverlässige und

wirtschaftliche Lösung

Ob Halbleiterindustrie, Biomedizintechnik,

Pharma oder Messtechnik:

Die lückenlose Kontrolle,

Überwachung und Dokumentation

von Prozessschritten wird vielerorts

immer wichtiger. Damit einher

geht eine zunehmende Automatisierung

der Qualitätssicherung,

die durch den Einsatz von

Kamerasystemen oftmals erst

möglich gemacht wird. Hochauflösende

Kamerachips und Rechenpower

zur Bildverarbeitung werden

immer günstiger. Casus knacksus

sind allzu oft noch die Autofokus-Einheiten.

Mit der gezeigten

unkonventionellen Lösung kann

hier Abhilfe geschaffen werden.

Sie erfüllt alle Anforderungen der

Industrie in Bezug auf Robustheit,

Performance, Zuverlässigkeit, Integration

sowie Wirtschaftlichkeit und

eröffnet so neue Möglichkeiten für

automatische Inspektionssysteme

in Fertigungsanlagen. ◄

Wird der Drehwinkel des Motors auf ±45° aus der Horizontalposition des Exzenters begrenzt, ist die Bewegung linear,

wiederholbar und steuerungsmäßig gut beherrschbar

30 meditronic-journal 4/2022


Messtechnik

Oszilloskop-Serie mit 12 Bit Auflösung

Siglent Technologies Germany

GmbH

www.siglenteu.com

Anwendungen aus der Leistungselektronik,

der Medizintechnik

oder des IoT benötigen zur Analyse

von Signalanomalien oftmals

eine feine vertikale Auflösung. Zur

Erfassung dieser Details ist die am

Markt übliche 8-bit Auflösung von

Oszilloskopen regelmäßig unzureichend.

Ein Gerät mit 12-bit Analog-

Digital-Wandlung liefert eine 16x

feiner Auflösung und eignet sich

daher sehr gut für diese Aufgaben.

Der maximale Nutzen kann nur mit

einer rauscharmen Eingangsstufe

erreicht werden. Die neue Oszilloskop-Serie

SDS2000X HD von

Siglent vereint beides und bietet

zusätzlich noch viele weitere nützliche

Standardfunktionen.

Das Besondere an diesen

Geräten

ist die 12-Bit-AD-Wandlung. Im

Vergleich zu 8-Bit ADCs kann damit

eine 16x höhere vertikale Auflösung

erreicht werden. Der von digitalen

Oszilloskopen bekannte Quantisierungsfehler

wird somit erheblich verringert.

Bei der Analyse von kleinsten

Signaldetails, speziell wenn die

Zoomfunktion zum Einsatz kommt,

ist die Verbesserung der Auflösung

besonders wertvoll. Die integrierten

Analog/Digital-Wandler haben

eine Abtastrate von 2 GS/s. Die

Geräte der Serie sind ausschließlich

als „Vierkanaler“ erhältlich. Alle

Oszillo skope sind mit zwei AD-

Wandlern und mit 2x 200 Mega-

Punkten Erfassungsspeicher ausgestattet.

Daraus ergibt sich bei vier

aktivierten Kanälen pro Kanal eine

Mindestabtastrate von 1 GS/s und

eine Speichertiefe von 100 MPkt.

Die Geräte sind in den Bandbreiten

100, 200 und 350 MHz verfügbar.

Wird mehr Bandbreite be nötigt

steht eine Bandbreitenupgrade-

Option zur Verfügung.

Die weitere Ausstattung

der neuen Serie ist identisch mit

der Ausstattung der erfolgreichen

SDS2000X Plus Serie. Damit sind

die folgenden Funktionen ebenfalls

standardmäßig enthalten:

Zonen trigger, Counter, Totalizer,

Masken test, Historie mit Suchfunktion,

FFT-Analyse mit bis zu 2 Millionen

Punkten, serielle Bus-Triggerung

und -Dekodierung für I 2 C,

UART, SPI, LIN, CAN. Die weiteren

Dekoder I 2 S-, CAN-FD-, FlexRay-,

MIL1553-, SENT und Manchester

können per Softwareoption freigeschaltet

werden. Das Gerät kann

durch den Erwerb des Logikanalysator-Adapters

um 16 digitale

Kanäle erweitert werden.

Der Sequenzmodus erhöht die

Kurven-Erfassungsrate auf bis zu

500 000 wfm/s. Damit wird die Totzeit

des Oszilloskops gegenüber dem

„Normal-Modus“ um einen Faktor

von ca. 5 verringert und seltene Signalanomalien

können bei der Fehlersuche

schneller entdeckt werden. Die

integrierte Bode-Plot-Funktion bildet,

zusammen mit dem optionalem 25

MHz Funktionsgenerator, eine komfortable,

platzsparende und kostengünstige

Frequenzganganalyse ohne

dass in zusätz liche externe Instrumente

investiert werden muss. Bei

der Schaltnetz teilentwicklung werden

Bode-Plots verwendet um die

Phasen- und Amplitudenreserve

zu messen.

X-HD-Serie

Ebenso wie die X-Plus-Serie verfügt

die X-HD-Serie über eine Leistungsanalyse-Option.

Damit können

die wichtigsten Messungen

automatisiert durchgeführt werden

und alle üblichen Eigenschaften von

Spannungskonvertern bestimmt

werden. Die feinere vertikale Auflösung

erhöht die Genauigkeit der

Ergebnisse der Leistungsmessung

und ermöglicht eine noch bessere

Optimierung. Die Oszilloskope sind

mit einem 10,1-Zoll-Touch screen

ausgestattet. Somit ist ausreichend

Platz für die Darstellung der Signale

und Analysen vorhanden. Die aus

den aktuellen Ge räten bekannte

gut durchdachte Bedienkonzept

mit der Möglichkeit der Bedienung

per Maus- und Tastatur macht das

Arbeiten mit den Ge räten einfach

und intuitiv. Die Fernsteuerung kann

über den eingebauten Webserver

erfolgen. ◄

meditronic-journal 4/2022

31


Qualitätssicherung

Maximale Präzision und

Zuverlässigkeit

Schnelle und hochauflösende CT-Inspektion für sichere, hochwertige und langlebige Medizintechnik

Phoenix Speedscan HD, das neue Hochleistungs Mikro-CT-System von Waygate Technologies für industrielle

3D-Prüfverfahren, kombiniert einen hohen Automatisierungsgrad für den produktionsliniennahen Einsatz mit

hoher Auflösung und hohem Durchsatz

Waygate Technologies

www.waygate-tech.com

Medizinische Geräte gehören

zu den am stärksten überwachten

und regulierten Produkten in der

gesamten Industrie, da sie einen

entscheidenden Einfluss auf die

Lebens qualität und das Leben selbst

haben. Deshalb stehen bei medizinischem

Equipment und der Hardware

für Patienten maximale Präzision

und Zuverlässigkeit im Vordergrund.

Höchste und strengste

Qualitäts- und Sicherheitsstandards

müssen durch Qualitätskontrollen

erfüllt werden. Gleichzeitig wird die

in vielen Geräten eingesetzte Technologie

immer komplexer, Implantate

werden beispielsweise kleiner

und es werden zunehmend elektronische

Hightech-Komponenten eingesetzt.

Darüber hinaus werden die

Produktentwicklungszyklen und Produktionsprozesse

immer schneller.

Führende CT-Bildqualität

Von Herzschrittmachern und

anderen batteriebetriebenen Implantaten

wie Nervenstimulatoren oder

Cochlea-Implantaten, über orthopädische

Implantate, Zahnersatz und

Brackets, Katheter, chirur gische

Klammern bis hin zu Hörgeräten

und Insulinpumpen – Waygate Technologies

bietet maßgeschneiderte

Inspektionslösungen mit weltweit

führender CT-Bild qualität für jede

Art von Anwendung.

Ganz gleich, ob strukturelle

Defekte in elektronischen oder

mechanischen Teilen, orthopädischen

Implantaten und zahnmedizinischen

Anwendungen aufzuspüren

sind oder hochpräzise zerstörungsfreie

3D-Messtechnik für

die Überprüfung von Bauteilabmessungen

benötigt wird, die CT-Systeme

von Waygate Technologies bieten

branchenführende Bild qualität

bei Geschwindigkeiten, die für F&E

Analsysen im Labor als auch für

hohen Probensatz in der produktionsnahen

Qualitätsüberwachung

bestens geeignet sind.

Phoenix Speed|scan HD

setzt neue Standards bei

industriellen CT-Systemen

Mit dem Phoenix Speed|scan HD

steht erstmals ein microCT Scanner

zur Verfügung, der atline-und inline

mit kurzen Taktzeiten und hohem

Probendurchsatz 3D inspizieren

und messen kann und somit die

höchsten Präzisionsansprüche der

Branche erfüllt. Das Hochleistungs-

Micro-CT-System wurde speziell für

den produktionsnahen Einsatz mit

hohem Probendurchsatz entwickelt

und kann in den unterschiedlichsten

Industrien eingesetzt werden.

Besonders geeignet ist das neue

System für die wachsenden Inspektionsanforderungen

in der Medizintechnik,

Elektronik- und Automobilindustrie

sowie in der Batteriefertigung

und im 3D-Druck. Der hohe

Automatisierungsgrad des Phoenix

Speed|scan HD ermöglicht das Prüfen

großer Stückzahlen bei durch-

Virtuelle CT-Schnittbilder durch eine gescannte Insulinpumpe

32 meditronic-journal 4/2022


Qualitätssicherung

Virtueller Schnitt durch ein CT Volumen eines Glukose-Sensors

gehender Auslastung des Systems,

um bis zu 100 Prozent des Produktionsvolumens

prüfen zu können.

Die auf künstlicher Intelligenz

basierende automatische Defekterkennung

(ADR) als Teil von Waygate

Technologies´ InspectionWorks

Software Platform erhöht die Effizienz

in der Inspektion zusätzlich. Im

Ergebnis reduzieren sich der Produktionsausschuss

und der Bedienaufwand

sowie die Kosten für die

Qualitätskontrolle.

Schneller und besser

Dr. Oliver Brunke, Application and

Engineering Leader für Industrielle

CT-Systeme bei Waygate Technologies,

erklärt: „Wir sind seit vielen

Jahren Technologieführer in der

Hochgeschwindigkeits-CT-Prüfung.

Mit höher aufgelösten Bildern

bei gleich hohem Probendurchsatz

setzt Phoenix Speed|scan HD

neue Standards in der Medizintechnik

und vielen anderen Industrien.

Dank unserem engen Austausch

mit Anwendern in zahlreichen Branchen

bietet das System eine Vielzahl

von Anpassungsmöglichkeiten.

Durch den hohen Automatisierungsgrad

ist mit unserem neuen System

eine spürbare Qualitäts- und

Effizienzsteigerung in der Produktion

möglich.“

Entwickelt für unterschiedlichste

Industrien

und Anwendungen

Haupteinsatzgebiet des Phoenix

Speed|scan HD ist die Kontrolle

und Optimierung des Produktionsprozesses.

Auf der Basis von

bewährten Technologien entwickelten

die Ingenieure von Waygate

Technologies das neue System

beispielsweise für den Einsatz

in der Unterhaltungselektronikindustrie,

in der neben der Fehlererkennung

vor allem Batterie- und Akkusicherheit

sowie deren Langlebigkeit

eine wichtige Rolle spielen – Faktoren,

die auch in der Medizintechnik

von herausragender Bedeutung

sind. Durch die hohe Detailerkennbarkeit

von bis zu 20 Mikro metern

kann Speed|scan HD gerade in der

Medizintechnik eine qualitativ hochwertige

Inspektion bei gleichzeitig

großer Effizienz gewähr leisten.

Daneben ist das System vor allem

für Fehleranalysen, quantitative

3D-Porositätsanalysen, Materialstrukturanalysen,

Montagekontrollen

oder Soll/Ist-Vergleiche auf

Basis von CAD-Daten in der Medizintechnik-,

Automobil und Luftfahrtindustrie

prädestiniert.

„Scans rund um die Uhr“:

Automatisierte Inline CT für

dauerhaften Einsatz

Speed|scan HD ist konsequent

auf den integrierten Einsatz in der

Produktionslinie mit einem bis zu

100%-ig automatisierten Inspektionsprozess

ausgelegt: ein Doppel-Manipulator

und eine Röntgen-Doppelschleuse

sorgen dafür, dass rund

um die Uhr gescannt werden kann.

Leistungsfähiges

Metrologie-System

Das neue Hochleistungs-CT-

System von Waygate Technologies

kann zudem für die 3D Metrologie

eingesetzt werden, also für die

Geometrievermessung eines Teils

oder Produkts. Damit ist der Einsatz

von Phoenix Speed|scan HD gerade

auch beim Hochfahren der Produktion

neuer Produkte interessant.

Weitere interessante Einsatzgebiete

sind der Kunststoffspritzguss oder

der industrielle 3D-Druck von geometrisch

hochkomplexen Bauteilen.

Marktführende Hard- und

Softwarelösungen

Waygate Technologies bringt

seine mehr als 125-jährige Erfahrung

in der industriellen Inspektion

für innovative Röntgen- und CT-

Lösungen ein, die den Herausforderungen

von OEMs und Zulieferern

gerecht werden. Das Ergebnis

sind marktführende Hard- und

Softwarelösungen, die höchste Auflösung

und größte Messgenauigkeit

bei höheren Geschwindigkeiten

bieten – bei gleichbleibender Bildqualität

und tadelloser Präzision. ◄

meditronic-journal 4/2022

33


Quelle: it.daily.net

Schützen Sie Ihre Produktion!

Die wichtigsten Fragen zur Cybersecurity

Hacker- und explizit Ransomware-Angriffe sind heute eine etablierte Realität. Sie gelingen relativ einfach und

sind meist auf kleine und mittlere Firmen ausgerichtet, da diese eine eher schwache Cybersecurity haben. Wir

versuchen, Hilfestellung zu geben und eventuelle Wissenslücken zu füllen.

Warum ist Cybersecurity ein

so brennendes Thema?

Einerseits verursachen Angriffe

einen sofortigen immensen Schaden,

weil Daten plötzlich unzugänglich

sind und damit die Arbeit ganz

einfach blockiert wird. Andererseits

lässt sich die globale Situation

rund um Cybersecurity nicht

schnell genug lösen, da weltweit

ganz einfach nicht genug Cybersecurity-Spezialisten

mit Erfahrung

existieren.

Wie groß ist die Dimension

der Bedrohung?

Da auch mittlere und kleine Unternehmen

immer öfter in globale

Hackerangriffe integriert und entsprechend

instrumentalisiert werden,

wird ihr Schutz schon bald

zur Frage der Nationalen Sicherheit

in allen Industriestaaten aufsteigen.

Die Gewinne der Cyberkriminellen

überschreiten inzwischen

den Umsatz der größten Konzerne

weltweit. Mit von der dortigen Politik

begünstigten Angriffen aus Russland

muss neuerdings ebenfalls

gerechnet werden!

Welches sind die

herausragenden Fälle der

letzten Jahre?

• Blockade mehrerer Gasleitungen

in den USA mittels

Ransomware 2020

• Verstellung der Grenzwerte

der Wasserversorgung von

Oldsmar/Florida auf toxisches

Niveau per Remote-Zugriff 2021

• Hackerangriff auf den amerikanischen

IT-Dienstleister Kaseya

mit weltweiten Störungen in der

IT 2021

• Katastrophenfall beim Landratsamt

Anhalt-Bitterfeld infolge

eines Cyberangriffs 2021

• Das letzte Jahr endete mit einer fulminanten

IT-Krise, nachdem eine

Sicherheitslücke in einem Framework

zum Loggen von Anwendungsmeldungen

in Java auffiel und zahlreiche

Behörden und Unternehmen

angreifbar machte. Dieser Vorfall

zeigte, wie eklatant die Sicherheitslücken

auf vielen Geräten sind, da

mehrere hundertmillionen Geräte

weltweit betroffen waren.

„Die deutsche Industrie mit ihren

zahlreichen Hidden Champions ist ein

attraktives Angriffsziel von Cyberkriminellen.

Lt. Umfrage ereignen sich

die kriminellen Vorfälle am häufigsten

in der Produktion bzw. Fertigung.“

Quelle: Bitkom

Wie hoch wird der

Schaden eingeschätzt?

Die Angaben schwanken

beträchtlich. Das ist teils verständlich,

da man den Schaden

verschieden definieren kann und

da viele Betroffene ihn nicht melden.

Gemäß Cyberthreats Report

2022, den der IT-Sicherheitsanbieter

Acronis im Dezember veröffentlicht

hat, verursachten Ransomware

und andere Cyberangriffe im vergangenen

Jahr Schäden in Höhen von

20 Milliarden Euro allein in Deutschland

(https://blog.wiwo.de/lookat-it).

Im Netz kursiert u.a. auch

die Angabe 220 Milliarden, die

in der genannten Quelle als Irrtum

bezeichnet wird. In einem

White Paper liest man: „Nach

Angaben des OCR Cybersecurity

Newsletters des US

Department of Health and

Human Services im Herbst

2019 erwirtschaften Cyberkriminelle

nach einer Schätzung

des FBI mehr als 1 Milliarde US-

Dollar an Lösegeld.“ Nimmt man

hier einen Übersetzungsfehler und

1 Billion an, würde das wiederum

gut mit 220 Milliarden hierzulande

harmonieren.

Ist Ausspähen illegal?

Potenziellen Angreifern stehen

bereits im Rahmen der Legalität

34 meditronic-journal 4/2022


CrowdStrike-Produkte

DAUERGEFAHR RANSOMWARE: WIE SICH UNTERNEHMEN

UND INSTITUTIONEN VOR NEUEN TRENDS UND METHODEN

SCHÜTZEN KÖNNEN

mächtige Werkzeuge wie das IoT-Scanning-Portal

Shodan oder Programme,

die gezielt nach Schwachstellen suchen,

zur Verfügung. Ja nach geografischem

Standort mit seiner örtlichen Gesetzgebung

können dunkle Aktivitäten legal

oder illegal sein.

DIE AKTEURE HINTER

DEN RANSOMWARE-ANGRIFFEN

Cybersecurity

Mimecast bietet Lösungen für den cloudbasierten

Web-Schutz und Cyber-Resilicence-Technologien.

Malware, Phishing-,

Credential-Harvesting- und Identitätsfälschungsangriffe

lassen sich identifizieren

und blockieren, bevor ein Schaden

entsteht. Auch interne Kommunikations-Tools

lassen sich besser verteidigen

und gegen mögliche Insider-Risi-

CrowdStrike Über welche Intelligence Position überwacht verfügen das Cybercrime-

Ökosystem,

die Angreifer?

indem es Cybercrime-Organisationen, ken absichern. unabhängige

Sowohl im üblichen frei zugänglichen

Bedrohungsakteure und deren Beziehungen verfolgt. So wurde

Internet (Clearnet, „sichtbares“ Web) als Ist mein Betrieb von Datenlecks

zum Beispiel auch im der Deppweb Entwickler (nicht von frei Samas zugänglich) (alias Sam Sam) als ein

betroffen?

Bedrohungsakteur als auch im Darknet namens (abgeschlossenes

BOSS SPIDER identifiziert. INDRIK SPIDER

wurde die Web) Entwicklung gibt es zahlreiche von Dridex illegale zugeschrieben. Angebote

für Werkzeuge, um in Firmennetz-

Sie prüfen, ob diese Adresse in Verbin-

Anhand Und Ihrer WIZARD E-Mail-Adresse können

SPIDER, werke auch einzudringen. bekannt als Man der in spricht Russland heute ansässige dung mit Betreiber anderen persönlichen der Daten

Banken-Malware von einem TrickBot „Geschäftsmodell“ (die in der namens Vergangenheit im Internet hauptsächlich

offengelegt wurde und missbraucht

werden identifiziert, könnte. die Das Hasso Platt-

auf Überweisungsbetrug Crime as a Service. abzielte), wurde als Gruppe

ner Institut bietet dazu den HPI Identy

auch Ryuk Wie entwickelt weit haben hat. sich Diese Gruppen wurden dabei beobachtet,

Leak Checker: https://sec.hpi.de/ilc/

wie sie gezielte die Möglichkeiten Ransomware-Angriffe für

initiieren, die dem Konzept der

„Großwildjagd“ Cyberkriminalität folgen und dabei entwickelt? große Gewinne Was erwirtschaften.

sind populäre Maschen des

Cyberkriminalität kann als ein ausgereifter

Markt konnte betrachtet zudem werden. eine zunehmende Hier gibt • Kooperation falsche Chefs von oder Lieferanten, die

Betrugs per E-Mail?

CrowdStrike

es Marketing und Kundenbetreuung oder Zahlungen auf ihr Konto umleiten, sog.

Bedrohungsakteuren bei gezielten Angriffen und ein zunehmendes

Dienstleistungen für maßgeschneiderte Fake President

Auftreten Angriffe als „Mega-Organisation“ werden angeboten. Cyberkriminelle

setzen 2021 bei wurde ihren darauf Erpressungsan-

hingewiesen, sog. dass Fake WIZARD Identy SPIDER Fraud –

beobachten. • Ordern Im CrowdStrike von Waren an Global Fake-Adressen,

Threat Report

ein BGH-Akteur

griffen mit

und

Ransomware

etabliertes

immer

Cybercrime-„Großunternehmen“

häufiger • Herausfischen einer


Mail und Verändern

der IBAN, sog. Paymant Diversion

eine Art Miet-Software ein, die im Netz

seine rasanten als Service Operationen bereitgestellt aufrechterhalten wird.

hat und das zweite Jahr in

Folge der am häufigsten gemeldete Cybercrime-Gegner

Was sind die Einfallstore?

Was ist beim wurde. IoT/IIoT zu

beachten?

Zum einen ist es ganz einfach die

gewöhnliche Internet-Anbindung,

zum ande-

HÖHERE KOMPLEXITÄT UND

Schwachstellen in

IoT/IIoT-Geräten sind

ren ist es das

besonders gefährlich,

da sie den

IoT bzw. IIoT.

UNSCHARFE Als größtes Ein-LINIEfallstor

werden

ler Daten begünsti-

Missbrauch sensib-

E-Mails angesehen

(70%). Cybersischen

Gefahgen

und zu phy-

Wie alle Software-Entwickler arbeiten auch Cybercrime-Gruppen

ständig kriminelle an der Verbesserung setzen ihrer Ransomware und rüsten diese mit ren führen können.

um viele Hierzu gehören

neuen Funktionen darauf, dass auf. elektronische

Post erweitert samt und unnötige und veraltete Fehlfunktionen Funktionen von aus Industrieanla-

WIZARD SPIDER zum Beispiel hat Ryuk

neue Funktionen

Anhängen oft zu

gen, Defekte an Geräten und Maschinen

Erfassungsmodule oder Störungen ein, von die Gebäudesi-

dem Code gedankenlos entfernt. geöffnet Diese Gruppe wird. Dem setzt folgen neue

auf die Systeme Hackerangriffe der Opfer (27%). heruntergeladen werden, cherheitssystemen.

um Zugangsdaten

zu orten und laterale Bewegungen in der Umgebung Zu den des Sicherheitsrisiken Opfers zählen nichtgepatchte

Schwachstellen, cloud-basier-

Gibt es Technologien, die

durchzuführen einen sicheren – immer E-Mail-Verkehr

mit dem Ziel, Zugang zum Domänencontroller

tes Management und damit Anfälligkeit

zu erhalten. gewährleisten?

Bei erfolgreichem Zugriff auf den etwa Domänencontroller für Angriffe auf kann Zugangsdaten,

WIZARD SPIDER Die E-Mail seine als eines Ransomware der wichtigsten Ryuk in schwache der gesamten Authentifizierung Umgebung und ein Mangel

an host-basierter Sicherheit.

des Opfers

digitalen

implementieren.

Kommunikationsmittel ist ein

besonders beliebter Angriffspunkt für Die Umgebung ist oft nur durch eine

Ransomware-Attacken. Etwa die Firma Firewall geschützt. Das Netzwerk selbst

„Jeder vierte Mittelständler in

Deutschland war bereits Opfer mindestens

eines erfolgreichen Cyberangriffs.“

Forsa-Studie/Gesamtverband

der deutschen Versicherungswirtschaft

Erschwerend kommt hinzu, dass sich die Grenzen zwischen

nationalstaatlichen und Cybercrime-Ransomware-Kampagnen

verwischen. Dieser Trend ist seit 2018 zu beobachten. Ob

der Ransomware-Code gestohlen oder willentlich zwischen

nationalstaatlichen Akteuren und Cyberkriminellen geteilt wird, ist nach

wie vor unklar. CrowdStrike hat allerdings beobachtet, dass beide Arten

von Gegnern ähnliche Malware wie beispielsweise Ryuk einsetzen,

entweder meditronic-journal um sofortigen finanziellen 4/2022 Gewinn zu erzielen oder um eine

Ablenkung zu schaffen, die den Ursprung eines nationalstaatlichen

DIE ENTWICKLUNG DER

MODERNEN RANSOMWARE

• Großwildjagd auf

Infrastrukturen

• Finanzunternehmen

zahlt Lösegeld von

40 Mio. US-Dollar

• Beginn der

„Großwildjagd“

(Big Game

Hunting / BGH)

• JavaScript-

Ransomware

erscheint

• Locky erscheint

• Krankenhaus

zahlt 17.000 Dollar

Lösegeld

• Erträge aus

Ransomware

> 1 Mrd. US-Dollar

• Über 250.000

Ransomware-

Varianten

• CryptoLocker

erscheint

• Einsatz von RSA-

Verschlüsselungen

mit 2048 Bit

• Ransomware für

300 US-Dollar

käuflich

• Erträge aus

CryptoLocker:

30 Mio. US-Dollar in

100 Tagen

• 10.000

Ransomware-

Varianten

• Bitcoin wird

geboren

• Ransomware mit

Bildschirmsperre

erscheint

• Scareware wird

von gefälschten

Virenschutzprogrammen

und bösartigen

Dienstprogrammen

beherrscht

• Erste Varianten

moderner

Ransomware

tauchen auf

2020

2019

2018

2017

2016

2015

2014

2013

2012

2011

2010

2009

2008

2007

2006

2005

• Großwildjagd

auf staatliche

und kommunale

Behörden

• Kommunale

Behörde zahlt

Lösegeld von

460.000 US-Dollar

• Nationalstaatlich

unterstützte

Ransomware

WannaCry

und NotPetya

kombinieren

Wurm-Techniken

zur weltweiten

Verbreitung

• Über 4 Millionen

Ransomware-

Varianten

• Ransomwareas-a-Service

erscheint

• TeslaCrypt

erscheint

• Über 100.000

Ransomware-

Varianten

• Ransomware für

200 US-Dollar

käuflich

• Varianten zur

Imitation der

Mittel von

Vollzugsbehörden

erscheinen

• Malware wandelt

sich von bösartigen

Virenschutzprogrammen

zur Dateiverschlüsselung

• Betrugsprogramm

FileFix Pro erpresst

40 US-Dollar, um

beim Entschlüsseln

von Dateien zu

„helfen“

• Ransomware

stellt von 56-Bit-

Verschlüsselung

auf 660-Bit-RSA-

Verschlüsselung

mit öffentlichem

Schlüssel um

35


Cybersecurity

wird jedoch nicht überwacht und es

mangelt an Endpunktsicherheit und

auch -sichtbarkeit, da keine Agents

eingesetzt werden können.

Welche Angriffsziele sind

möglich?

Jedes Gerät, das über eine

Rechenleistung verfügt, als mindestens

einen Mikroprozessor besitzt,

kommt als mögliches Angriffsziel

in Frage.

Titel

eines über

www.security-insider.de

erhältlichen White Papers

Wie angreifbar ist Microsoft

PowerShell?

PowerShell ist ein mächtiges Tool

für die Systemverwaltung und als

solches eine beliebte Angriffsstelle

für Hacker. Es reichen bereits grundlegende

Kenntnisse aus, um mit

leicht zugänglichen Hacking-Tools

in Systeme einzudringen. Windows

PowerShell verfügt aber seit Version

5 über mehrere Schutzmechanismen,

um Hacking-Angriffe abzuwehren.

Mehr Info: https://lp.scriptrunner.

com/de/powershell-security-guide

Was ist als größtes Risiko

anzusehen?

Viele Geräte werden durch

ihre Nutzer nicht als intelligent

oder vernetzt wahrgenommen.

Wechselnde Verantwortliche,

der schrittweise Ausbau in der

Vergangenheit und nichtstandardisierte

Umgebungen befördern

das Risiko.

Welche Angriffsmöglichkeiten

gibt es?

• Ransomware

Ransomware gelten derzeit als

die größte Bedrohung. Ransom

heißt Lösegeld. Ransomware ist

ein Schadprogramm, meist ein Verschlüsselungsprogramm,

das bei

den Angegriffenen den Zugang zu

Daten und Systemen verhindert oder

einschränkt, indem es beispielsweise

alle Festplatten verschlüsselt.

Für die Entschlüsselung wird

ein Lösegeld verlangt.

• DDoS

Distributed-Denial-of-Service

(DDoS) meint „verteilte Verweigerung“

Dahinter steckt ein Angriff,

der eine Dienstblockade verursacht.

Diese liegt vor, wenn ein angefragter

Dienst nicht mehr bzw. nur noch

stark eingeschränkt verfügbar ist.

Auslöser ist in den meisten Fällen

eine mutwillig herbeigeführte Überlastung

der IT-Infrastruktur. Angreifer

nutzen seit etwa 20 Jahren bereits

diese Spielart der Cyberkriminalität,

meist um Lösegelder zu erpressen.

• Datendiebstahl

Eine dritte Spielart ist das

Abgreifen sensibler Daten und

die Androhung, diese im Netz zu

veröffentlichen. Immer werden

dabei Trojaner eingeschleust,

die das System auskundschaften,

Daten verschlüsseln oder abzapfen.

• Sabotage

Die Cyberkriminellen dringen in

vernetzte Produktionssysteme ein

und manipulieren die Maschinen.

Wie problematisch ist

Ransomware?

Ransomware ist eine neue Form von

Malware. Letztere deckt alle

Arten von

„Während die IT-Sicherheit inzwischen

weitestgehend im Bewusstsein

der meisten Nutzer angekommen

ist und mit entsprechenden Schutzprodukten,

Maßnahmen, aber auch

gesetzlichen Richtlinien unterstützt

wird, ist die Sicherheit von Geräten

in der Peripherie vielfach noch ein

blinder Fleck.“

M. Freunek, Elektropraktiker 8/21

Schadsoftware wie Viren

oder Trojaner ab. Ransomware kann

demnach entweder den Zugang eines

Nutzers zu seinem Computer (Locker-

Ransomware) oder Daten verschlüsseln

und damit für den Nutzer unbrauchbar

machen (Crypto-Ransomware). Die

Angreifer behaupten zwar, dass die

Opfer ihrer Attacke die Kontrolle über

ihre Geräte oder Daten zurückerhalten,

sobald das Lösegeld bezahlt wurde. In

vielen Fällen tritt dies aber nicht ein.

Die durchschnittlichen Reparaturkosten

nach einem Angriff – diese umfassen

u.a. Kosten für die Ausfallzeiten,

Personal, entgangene Aufträge oder für

das Lösegeld – beliefen sich 2021 auf

1,85 Mio. USD und haben sich damit

gegenüber dem Vorjahresniveau mehr

als verdoppelt.

Was ist ein mögliches

Szenario?

Während alle in Richtung „Ransomware-Probleme“

schauen, wird

der richtige Hauptangriff auf das vorher

definierte Ziel, meistens geheime

Firmeninformationen, durchgeführt

und hat somit sehr gute Chancen,

vor dem Ransomware-Problem

unbemerkt zu bleiben.

Welche Zeitrahmen gibt es

für Angriffe?

Durchschnittlich genügen zwei

Minuten für das Eindringen und

Erkennen. Durchschnittlich 30 min

nimmt das Umschauen und Aussähen

in Anspruch.

Welche Schäden sind in

Unternehmen durch einen

Cyberangriff entstanden?

• Unterbrechung des Betriebsablaufs/der

Produktion (ca. 60%)

• Kosten für Datenwiederherstellung

(ca. 50%)

• Diebstahl sensibler Daten

(ca. 10%)

• Reputationsschaden

5%)

• Lösegeld (ca. 5%)

Welche Zeit wird zur

Wiederherstellung der

IT-Systeme benötigt?

• ein Tag (ca. 30%)

• zwei bis drei Tage (ca. 50%)

• mehr als drei Tage (ca. 20%)

(ca.

36 meditronic-journal 4/2022


Cybersecurity

Wie lässt sich Cybersecurity

auffächern?

Cyber-Sicherheitslösungen

basieren öfters auf Cloud Apps,

die Schwachstellen-Management,

Erkennung und Reaktion,

Bedrohungsschutz, kontinuierliche

Überwachung, Patch-

Management, Erkennung

und Reaktion von Multi-Vektor-Endpunkten,

Gefährdungsanzeige,

Zertifikatsbewertung,

Richtlinieneinhaltung, Sicherheitskonfigurationsbewertung,

PCI-Compliance, Überwachung

der Dateiintegrität, Fragebögen zur

Sicherheitsbewertung, Bewertung

der Out-of-Band-Konfiguration,

Scannen von Web-Anwendungen,

Web-Anwendungs-Firewall, globales

IT-Asset-Inventar, CMDB-Synchronisierung,

Zertifikatsinventar,

Cloud-Sicherheitsbewertung und

Containersicherheit anbieten.

Wie lässt sich das

Schutzniveau einfach

verbessern?

Es kostet nur Zeit, aber kein Geld,

wenn man unsicher erscheinende

Passwörter durch sichere ersetzt.

Auch diese kann man sich merken,

wenn man individuelle Floskeln

verwendet und mit Ziffern oder

Großbuchstaben anreichert. Das

ist konsequent bei allen Mitarbeitern

durchzusetzen. Die wichtigsten

Daten sind auch auf Papier

oder elektronisch völlig isoliert zu

sichern. Weiter sollten Netzwerke,

wo immer möglich, separiert und

minimiert werden. Ebenso kostenlos

ist die schnellstmögliche Installation

von Hersteller-Software-Updates.

Welche Bedeutung hat eine

Firewall?

Eine eher geringe. Denn infolge

der zusammengewachsenen IT- und

OT-Netzwerke (Operational Technology)

ist es nicht mehr effektiv,

beim Schutz kritischer Infrastrukturen

ausschließlich oder überhaupt

auf Firewalls zu setzen.

„Wenn eine Firma Alarm schlägt,

weil ihre Computerdaten von Kriminellen

verschlüsselt wurden, dann

ist Zeit der wichtigste Faktor. Denn

leider gibt es in Deutschland derzeit

keine Vorratsdatenspeicherung, und

Daten zu IP-Adressen werden nach

sieben Tagen gelöscht.“

Lars Nowack, zuständig für Cyberund

Wirtschaftskriminalität bei der

Polizeidirektion Görlitz

Wann kann Schadsoftware

die Firmendaten

verschlüsseln?

Das ist immer dann möglich, wenn

die Sicherungssysteme

unzureichend

sind oder nicht richtig

funktionieren, wenn Links gefolgt

wird oder wenn Dateianhänge geöffnet

werden. Besonders gefährlich

sind alte Office-Dateien (.doc,

.xlx, .ppt).

Wie ist die Einschätzung der

IoT-Sicherheit möglich?

Am besten mit Testsoftware. Etwa

Keysight Technologies hat eine IoT

Security Assessment Software

vorgestellt, mit der Hersteller

von IoT-Chips und

-Geräten sowie Organisationen,

die IoT-Geräte einsetzen,

umfassende automatisierte

Cybersecurity-Analysen

durchführen können.

Welches sind die

führenden Sicherheitsanbieter?

Lt. Credit Suisse-Liste mit führenden

Cybersicherheitsanbietern

ist Fortinet klarer Gewinner. Den

zweiten Platz belegt ServiceNow,

den dritten Qualys.

Was bedeutet Trusted

Computing?

Trusted Computing (TC) bedeutet,

dass der Betreiber eines PC-

Systems die Kontrolle über die verwendete

Hard- und Software an

Dritte abgeben kann. Dieses Konzept

wird von der Trusted Computing

Group (TCG) entwickelt und beworben.

Es soll die Sicherheit erhöhen,

da Manipulationen erkannt werden.

Was ist eine Trusted-Computing-Plattform?

Trusted-Computing-Plattformen

(PCs, aber auch andere computergestützte

Systeme wie Mobiltelefone

usw.) können mit einem

zusätzlichen Chip, dem Trusted

Platform Module (TPM), ausgestattet

werden. Dieser kann

mittels kryptographischer Verfahren

die Integrität sowohl

der Software-Datenstrukturen

als auch der Hardware

messen und diese Werte nachprüfbar

und manipulationssicher

abspeichern.

Was bedeutet Roots of

Trust?

Als Roots of Trust (RoT) bezeichnet

man mehrere Funktionen im

Trusted-Computing-Modell, denen

das Betriebssystem des Computers

immer vertraut. RoT ist vergleichbar

„Ransomware ist derzeit eine der

größten Bedrohungen für die IT von

Unternehmen und Organisationen.

Bei erfolgreichen Angriffen werden

Dienstleistungen und Produktion häufig

zum Stillstand gebracht.“

Arne Schönbohm, Präsident des

BSI

mit einer

eigenständigen Engine,

die den kryptografischen Prozessor

kontrolliert, der den Kern des Trusted

Platform Modules (TPM) darstellt.

So wird es z.B. möglich, Software-Updates

auf vertrauensvolle

Weise an alle potenziell betroffenen

Maschinen auf der Welt zu pushen.

Welche Bedeutung haben

Roots of Trust?

Wenn man den untersten Ebenen

der Boot-Struktur eines Geräts

vertrauen und entsprechende Software-Updates

herausgeben kann,

ist eine Fabrik in der Lage, sich

rasch von einer Attacke zu erholen

und ihren geordneten Betrieb

wieder aufzunehmen.

Was bedeutet Trusted

Network Connect?

Mit der Trusted-Network-Connect-Spezifikation

(TNC) entwickelt

die Trusted Computing Group

(TCG) einen Ansatz zur Realisierung

vertrauenswürdiger Netzwerkverbindungen.

Ziel ist eine offene,

herstellerunabhängige Spezifikation

zur Überprüfung der Endpunkt-

Integrität.

Wie ist es um den Schutz

von Edge Computers

bestellt?

Unter Edge versteht man die

Außengrenzen der Regelschleife.

Edge Computer, ausgeführt als

separate Netzwerkknoten oder in

die CPS integriert, lassen sich einfacher

als zentralisierte Netze schützen.

Weiter von Vorteil: Sie reduzieren

die Datenströme auf ihrem

energieintensiven Weg in die Cloud.

Was versteht man unter

SASE?

Da alte Netzwerksicherheitsmodelle

mit den sich weiterentwickelnden

Bedrohungen nicht

mehr Schritt halten konnten und

zudem die moderne Netzwerkarchitektur

immer komplexer

wurde, haben Unternehmen

mit der Umstellung auf ein neues

cloudbasiertes Sicherheitsmodell

begonnen: Secure Access Service

Edge (SASE).

SASE kombiniert ein softwaredefiniertes

Wide Area Network

(WAN) mit zentralen Netzwerksicherheits-Services

– wie Secure

Web Gateways, Cloud Access Security

Broker oder Cloud Firewalls –

und stellt diese an der Netzwerk-

Edge bereit.

Was bedeutet Endpoint

Security?

Endpunktsicherheit ist ein Ansatz

zum Schutz von Computernetzwerken,

die remote mit Clientgeräten

verbunden sind. Endpoint Security

schützt die verschiedenen Endgeräte

in einem Netzwerk vor diversen

Bedrohungen. Technische und organisatorische

Maßnahmen verhindern

meditronic-journal 4/2022

37


Cybersecurity

den unbefugten

Zugriff auf

Geräte oder

die Ausführung

schädlicher

Software.

Endpoint Security

hat in den

letzten Jahren an

Bedeutung gewonnen,

da die Anzahl an Endgeräten,

die in einem Unternehmensnetzwerk

kommunizieren, stetig zunimmt. Vor

allem Konzepte wie Bring Your Own

Device oder eine vermehrte Nutzung

von Home Offices und der Zugriff auf

zentrale Ressourcen einer Organisation

von mobilen Endgeräte über das Internet

machen Systeme zur Sicherstellung

der Endpoint Security unverzichtbar.

Mehr und mehr stehen mobile Endgeräte

im Fokus der Angreifer.

Titel

eines über

www.security-insider.de

erhältlichen White

Papers

„Immer wieder fallen Unternehmen

Hacker-Angriffen zum Opfer – dabei

trifft es Großkonzerne ebenso wie Mittelständler

oder kleine Betriebe. Die

Folgen sind oft verheerend!“

Stefan Heß, ZVEH

Welche

Maßnahmen

taugen zum

Endpunktschutz?

Sprechen Hersteller von Sicherheitslösungen

über den Endpunktschutz,

sind in der Regel technische Maßnahmen

gemeint. Die Lösungen bestehen

meist aus einer Mischung verschiedener

technischer Maßnahmen wie präventive,

detektive und reaktive Maßnahmen.

Typische technische Maßnahmen

zur Endgerätesicherheit sind

Malware-Schutz, Anwendungsisolation,

Sandboxing, Client Firewalls, Applikationskontrolle,

URL-Filter, Data Loss Prevention

sowie Device Management von

Peripheriegeräten wie Wechselfestplatten,

USB-Sticks oder Bluetooth-Komponenten.

Prinzipiell gehören aber auch

organisatorische Maßnahmen zur Endpoint

Security, wie Schulungen von Mitarbeitern,

Vorgaben für Mitarbeiter im

Umgang mit Endgeräten oder externen

Datenträgern und die Sensibilisierung

gegenüber den verschiedenen

Bedrohungen.

Was meint Endpoint

Detection and

Response?

Die Erkennung und Reaktion

von Endpunktbedrohungen

ist eine Cybertechnologie,

die das IT- und Kommunikations-System

auf Cyberbedrohungen

kontinuierlich überwacht

und darauf reagiert, um

sie zu mindern. Endpoint Detection

and Response und auch

Extended Endpoint Detection and

Response ist heute als Stand der

Technik anzusehen und wirde beispielsweise

von dem System Sophos

XDR realisiert. XDR ist ein Software-

Konzept von verschiedenen Lösungen,

die zusammenwirken.

Was sind die Sicherheitsherausforderungen

in der

Cloud?

Die Sicherheitsherausforderungen

in der Cloud betreffen die unbefugte

Offenlegung von Daten, den

Datenverlust, schwache Zugriffskontrollen,

die gemeinsame Verantwortung

von Nutzern und Betreibern

sowie die Gewährleistung der

Compliance in sich ständig ändernden

Cloud-Umgebungen.

Was bedeutet Automation

per Synchronized Security?

Darunter versteht man die automatisierte

Netzwerkquarantäne.

Diese wird möglich durch die Kommunikation

der Firewall mit dem

Endpunkt.

Was bedeutet Lateral

Movement Protection?

Dies könnte man frei auch mit

„Kommunikationsverweigerung“

übersetzen. Das System steht

wegen einer möglichen Infizierung

für eine Kommunikation nicht mehr

zur Verfügung.

Was ist bei Motion-Control-Anwendungen

zu

beachten?

„Schwachstellen in IoT-Geräten sind

besonders gefährlich, da sie Missbrauch

sensibler Daten begünstigen

und zu physischen Gefahren führen

können, wie z.B. Fehlfunktionen von

Industrieanlagen, Defekte an medizinischen

Geräten oder Störungen von

Haussicherheitssystemen.“

Merritt Maxim, Elsa Pikulik im

State of IoT Security Report 2021

Viele Fabriken

verwenden die standardmäßige

Public-Key-Infrastruktur. Dabei

senden sich die Geräte gegenseitig

Challenges zum Feststellen der

Authentizität und tauschen dann

mit einer bestimmten Methode

einen gemeinsamen Session Key

aus. So etwas verbietet sich leider

in schnellen Bewegungssteuerungen,

da hier eine große Zahl von

Geräten in einem bestimmten Zeitrahmen

zusammenarbeiten muss.

Wie gelingt der Spagat

zwischen schneller Analytik

und Datensicherheit?

Unternehmen stehen vor einer

Herausforderung: Business Analytics

Software aus der Cloud kann

nur einen Teil der Daten auswerten,

da sie keinen Zugriff auf besonders

kritische Daten hat. Andererseits

liegen bereits viele Daten auf einer

oder mehreren Clouds. Eine neue

Funktion von Business Intelligence

Software kann dieses Problem nun

lösen. Dank dieser können Daten

38 meditronic-journal 4/2022


Cybersecurity

sicher innerhalb der unternehmensinternen

Firewall und mit der neusten

Software analysiert werden.

Dazu werden sogenannte Forts

gebildet, virtuelle Mauern, hinter die

keine Daten gelangen. Alle Daten,

Datenverbindungen und Applikationen

werden demnach direkt im

Fort gehostet – Daten müssen also

nie in eine Cloud transferiert werden.

Zusätzlich können Unternehmen

den Workload der Datenanalyse

flexibel zwischen on-premises

und der Cloud aufteilen.

Die Daten müssen also nicht in

die SaaS-Plattform des Herstellers

übertragen werden. Stattdessen

wird die Software zu den Daten

übertragen.

Titel

eines über

www.security-insider.de

erhältlichen White Papers

Was ist ein DoS/

DDoS-Angriff?

Ein DDoS-Angriff ist eine spezielle

Art der Cyberkriminalität. Der

Distributed-Denial-of-Service-Angriff

ist ein „verteilter“ Denial-of-Service-

Angriff (DoS), der wiederum eine

Dienstblockade darstellt. Diese liegt

vor, wenn ein angefragter Dienst

nicht mehr bzw. nur noch stark eingeschränkt

verfügbar ist. Auslöser

ist in den meisten Fällen eine mutwillig

herbeigeführte Überlastung

der IT-Infrastruktur. Angreifer nutzen

diese Art der Cyberkriminalität

u.a., um von ungeschützten Organisationen

Lösegelder zu erpressen.

Kann Künstliche Intelligenz

zum Schutz beitragen?

Das Prinzip Install&Forget funktioniert

nicht mehr. Neue Einfallstore

sind bereits mit regulären Techniken

zu öffnen. Auch eine KI kann

heute die menschliche Intelligenz

und ständige Aufmerksamkeit in

punkto Cybersecurity nicht ersetzen.

Was versteht man unter

proaktivem Schutz?

Unternehmen setzen meist nur

auf Schutz- und Erkennungstechnologien.

Schutztechnologien

sind u.a. Firewalls, E-Mailund

Webgateway-Schutz oder

Antiviren-Software ins Spiel. Der

zweite Schritt sind Erkennungstechnologien

wie Log-, Prozessund

Netzwerk-Analyse.

Wenn diese Technologien allerdings

anschlagen, ist es meistens

schon zu spät und der Angreifer

bzw. die Schadsoftware befindet

sich bereits im Netzwerk. Angreifer

wissen dies und versuchen mit

immer ausgefeilteren Methoden

und immer komplexer werdenden

Schadcodes, Schutz- und Erkennungstechnologien

zu umgehen.

Proaktiver Schutz dreht den Spieß

gewissermaßen um und nimmt den

(potentiellen) Angreifer ins Visier,

indem versucht wird, Informationen

über ihn zu sammeln und sich auf

einen Angriff vorzubereiten.

Kann man sich gegen eine

Cyberattacke versichern?

Es gibt sie, die Cyberversicherung

oder Cyberpolice und die Vertrauensschadenversicherung.

Etwa bei

Franke und Bornberg (www.frankebornberg.de)

findet sich ein ständig

aktualisiertes Rating. Der Abschluss

einer solchen Police scheint sinnvoll,

weil man sich vermutlich nicht

100%-tig absichern kann. Mehr auch

unter www.gdv.de/downloads/versicherungsbedingungen

Gibt es einen Standard für

den Deckungsumfang?

Als Standard hat sich nach

Recherchen des o.g. Analysehauses

folgender Deckungsumfang bei

gewerblichen Cyberpolicen etabliert:

• Wiederherstellung von Daten, Programmen

und Systemen

• IT-Forensik durch Sachverständige

zur Feststellung von Ursache

und Ausmaß des Schadens

• Beratung zur Kommunikation im

Krisenfall

„Gerade wenn es um die Umleitung

von Zahlungsströmen geht, sind auch

viele kleine Firmen betroffen.“

Rüdiger Kirsch, AG Vertrauensschadenversicherung

im GDV

• Benachrichtigung von Betroffenen

einer Datenschutzverletzung

• Rechtsberatung zu den Informationspflichten

Wie wende ich mich im

Schadensfall an die Polizei?

Bei der Polizei gibt es spezialisierte

Cybercrime-Dienststellen.

Speziell für Wirtschaftsunternehmen

gibt es die Zentrale Ansprechstelle

Cybercrime (ZAC). Hier der

Kurz-Link: https://bit.ly/2SEE0Nz

Welche Unterstützung bietet

das Internet?

• kostenloser Quick-Check der VdS

Schadenverhütung zur IT-Sicherheit

in Unternehmen: https://www.

vds-quick-check.de

• Bundesamt für Sicherheit in der

Informationstechnik: www.bsi.

bund.de

• aktuelle Infos und Tipps: www.

allianz-fuer-cybersicherheit.de/

• Sichere Web-Seiten und Content

Management Systeme: https://

siwecos.de/

• Bundesministerium für Wirtschaft

und Energie: www.it-sicherheit-inder-wirtschaft.de/

• Cybersicherheits-Check des GDV:

www.gdv.de/cybercheck

• mehrere White Papers:

www.security-insider.de

meditronic-journal 4/2022

39


Bedienen und Visualisieren

Touch Panel Industrie-PC als HMI im

industriellen Umfeld

haben sich in den letzten drei

Jahrzehnten ständig weiterentwickelt,

um den wachsenden

Anforderungen und den veränderten

Produktionsanforderungen

gerecht zu werden.

Was ist HMI?

Touch Panel-PCs als Mensch-

Maschinen-Schnittstelle bzw. Human

Machine Interface (HMI) Plattform

sind in der heutigen Gesellschaft

weit verbreitet. Sie ermöglichen

Benutzern mit Systemen zu interagieren

und Informationen auszutauschen.

Tatsächlich sind HMIs

unverzichtbar für die Entwicklung

vieler Branchen geworden, die uns

seit langem wichtig sind, wie z. B.

Handel, Automobil, Unterhaltung,

Elektronik, medizinische Geräte,

Banken und Dienstleistungen.

Bei industriellen Anwendungen

von HMIs bestehen ihre Hauptfunktionen

im Echtzeit-Informationsaustausch

zwischen Menschen

und Maschinen, Produktionsanlagen,

speicherprogrammierbaren

Steuerungen (SPS),

Frequenzumrichtern (VFDs) und

Messgeräten. Die HMIs dienen

zum Anzeigen von Daten sowie

deren Aufbereitung und zum Eingeben

von Bedienbefehlen über

eine Eingabeeinheit (z. B. Touchscreen,

Tastatur oder Maus).

Im Rahmen der zunehmenden

Digitalisierung einer Fabrik (Industrie

4.0) ist die HMI-Technologie

unverzichtbar bei Einführung

der intelligenten Produktion

geworden. Die Leistungsparameter

und verwendeten Technologien

der HMI Platt formen

Ein Human Machine Interface

(HMI) System besteht normalerweise

aus Computer-Hardware auf

die passende Software integriert ist.

Ein Panel-PC ist als HMI ebenso ein

Anzeigegerät durch das integrierte

Display, das es Benutzern ermöglicht,

mit einem System zu interagieren

und Informationen auszutauschen.

Als Bedien einheit dient

typisch der resistive oder kapazitive

Touchscreen. Deshalb spricht

man in diesem Fall von einem Touch

Panel-PC bzw. Touch Panel Industrie-PC

bei Vorhandensein entsprechender

Eigenschaften, die für den

Einsatz im industriellen Umfeld notwendig

sind.

Wie wird HMI in Industrie 4.0

eingesetzt?

Der Aufstieg von Industrie 4.0

und IIoT (Industrial Internet of

Things) hat die Automatisierung

verändert und zu einer globalen

intelligenten Fertigungsrevolution

geführt, die das Paradigma von

„Automatisierung“ zu „intelligenter

Automatisierung“ verschiebt.

In den Produktionslinien intelli-

AMC - Analytik & Messtechnik

GmbH Chemnitz

info@amc-systeme.de

www.amc-systeme.de

40 meditronic-journal 4/2022


Bedienen und Visualisieren

genter Fabriken werden verschiedene

Sensoren in Fertigungsanlagen

eingebaut, um die Produktqualität

automatisch zu überprüfen

und Geräte daten zu erfassen.

HMI-Geräte aggregieren Daten

und verarbeiten die Informationen

einfach für ein effizienteres

und produktiveres System. Darüber

hinaus sind Fabrikmanagement

und Produktionsentscheidungen

entsprechend den Anforderungen

von Cloud-Anwendungen

und intelligenter Fertigung

stärker auf visualisierte Steuerungsplattformen

ange wiesen.

HMIs vereinfachen und visualisieren

Daten, damit sie auf den

ersten Blick intuitiv verständlich

sind. Die Industrie 4.0-Transformation

integriert IT- und OT-Systeme,

um die Verwaltungsdaten in MESoder

ERP-Systemen und die Produktionsdaten

in Produktionsanlagen

auszutauschen und zu nutzen,

um einen flexibleren und effizienteren

Fertigungsprozess zu erreichen.

HMI-Geräte übernehmen

nicht nur die Rolle der Maschinenüberwachung,

sondern sind auch

die Drehscheibe für die Datenverarbeitung

und -übertragung zwischen

IT- und OT-Systemen.

Wie werden HMI Plattformen

industriellen Umgebungsbedingungen

gerecht?

Ein rundum wasserdichter Touch

Panel IPC ist im Allgemeinen für

Anwendungen mit hohen Hygieneund

Reinheitsanforderungen erforderlich,

wie z. B. in der Lebensmittel-

und Getränkeherstellung und

der medizinischen Industrie. Die

HMI-Wasserdichtheit wird je nach

Schutzgrad gegen Fremdkörper

(Werkzeuge, Schmutz etc.) und

Feuchtigkeit durch ein IP-Rating

(Ingress Protection Rating) klassifiziert.

Typisch sind hier IP65 oder

höher. In diesem Bereich bietet AMC

die rundum wasserdichten Touch

Panel IPC der SPC-xxx Serien

als HMI Lösung an. Dazu gehören

z. B. der SPC-515 mit IP69k-zertifiziertem

Edelstahl-Gehäuse und

der SPC-221 mit IP66-Zertifizierung.

Ebenso stehen auch Touch

Panel IPCs mit nur frontseitigen

IP-Schutzgrad von IP54 oder besser

aus unseren PPC und TPC Reihen

für andere Anwendungen im

industriellen Umfeld zur Verfügung.

HMI mit Explosionsschutz-Zertifizierungen

wie C1D2 und ATEX

werden für gefährliche Bereiche

wie Ölfeldbohrungen, Pumpenstationsüberwachung,

Chemieanlagen,

pharmazeutische Fabriken, Ölpipelineüberwachung,

Tanklagerüberwachung

und Tankstellenverwaltung

benötigt. Auch hier bietet AMC

passende C1D2-zertifizierte industrielle

Touch Panel IPCs und industrieeinsatztaugliche

Monitore an,

um diesen Anforderungen gerecht

zu werden.

Weitere Umweltfaktoren

Industrieumgebungen sind Bedingungen

wie Staub, Schmutz und

Vibrationen ausgesetzt, sodass ein

industrietaugliches HMI-Design Haltbarkeit

und eine längere Lebensdauer

versprechen kann als herkömmliche

Geräte für den normalen

Gebrauch. Für einige Outdoor-

Szenarien ist ein HMI mit sonnenlichtlesbarem

Bildschirm unerlässlich.

Auch hier können die robusten

Industrie-Touch-Panel-PCs

(TPC-, SPC-, PPC-Serie) und die

Monitore der FPM-Serie von AMC

eingesetzt werden, um die industrielle

Automatisierung und Datenvisualisierung

unter verschiedenen

Umgebungsbedingungen zu erleichtern.

Insbesondere die Touch Panel

IPCs TPC-1251T und TPC-1551T

ver fügen über einen Bildschirm mit

hoher Helligkeit und geringer Reflexion

für den Außeneinsatz.

Welche wesentlichen

Auswahlmöglichkeiten

bei Displays haben HMI

Plattformen?

Bildschirmgrößen sind einer der

Faktoren, die man bedenken muss.

Üblicherweise werden Touch Panel

IPCs mit kleiner Bildschirmgröße

(typisch 6 bis 15“) für die Einzelmaschinensteuerung

verwendet; mittelgroße

HMI-Bildschirme (typisch

17 bis 32“) für das Gebäudemanagement

und Anbindung an

das MES-System; und große Touch

Panel PCs wie der UTC-542 mit 42“

Bildschirmdiagonale eignen sich perfekt

für die Fernverwaltung in Kontrollräumen.

Für intelligente Anwendungen

ist jedoch eine Datenvisualisierung

erforderlich, sodass größere

HMI-Bildschirme mit höheren

Auflösungen und Seitenverhältnissen

von 16:9 zum Mainstream werden.

AMC bietet industrielle Panel-

PCs von 3,5 bis 42“ und Monitore

unter schiedlicher Größe zur Unterstützung

aller Arten von Fabrikanwendungen

von der Automatisierungssteuerung

bis zum Felddatenmanagement

an.

Touchscreen-Typ

Die Auswahl des Touchscreen-

Typs hängt von den Anforderungen

der Benutzer ab. Wenn die

Anwendung präzise und genaue

Multi-Touch-Fähigkeiten wie Zoomen,

Ziehen, Wischen und Pinch-

Touchscreen-Gesten erfordert,

sind Touchscreen-Typen mit projektiv-kapazitiver

(P-CAP) Steuerung

ideal. Wenn der Bediener

Handschuhe tragen muss, werden

resistive Touchscreen-Typen

(RTS) bevorzugt.

Physische Tasten

Für bestimmte Benutzeranforderungen

werden immer noch HMIs mit

physischen Tasten benötigt. Touchscreen-HMIs

bieten kein taktiles

Feedback wie Tastendruckbestätigung

für Berührungsbefehle, was

besonders für Menschen mit Sehbehinderungen

wichtig ist. Physische

Tasten sind auch hilfreich,

um Probleme zu beseitigen, die bei

der Verwendung von Touchscreen-

HMIs auftreten: nämlich Schwierigkeiten,

grafische Änderungen auf

dem Bildschirm bei Sonnenlicht,

Verschiebungen und unklaren Zielen

zu erkennen, und die Notwendigkeit,

bei wichtigen Aufgaben auf

einen Bildschirm zu schauen. Das

Vorhandensein physischer Tasten

ermöglicht es Benutzern, Auf gaben

schnell und genau zu erledigen.

Optional können hierzu dem Touch

Panel IPC von AMC extern entsprechende

individuelle Lösungen

an die vorhandenen COM Schnittstellen

angeschlossen werden, um

diese in Kombination mit dem Touchscreen

zu nutzen.

meditronic-journal 4/2022

41


Bedienen und Visualisieren

auch leistungsstarke Konnektivität

mit PCs oder Sensoren für die

Datenübertragung über Ethernet

oder Wi-Fi bieten, aber auch Überwachungsprogramme

und Datenerfassungssysteme

wie SCADA

unterstützen. Auch hier erfüllen

die Touch Panel-PCs im Lieferprogramm

von AMC diese Anforderungen,

da diese optional mit entsprechend

passenden Kommunikations-Schnittstellen

aufgerüstet

werden können.

Module einfach abnehmen und

durch neuere, fortschrittlichere

Module ersetzen können. Modulare

Plattformen können schnell an die

Nutzungsanforderungen angepasst

werden und ermöglichen eine einfache

Wartung, indem Boxmodule

zur Reparatur entfernt werden, ohne

die gesamte Plattform zu demontieren.

Zusätzlich können Datenerfassungs-

und Schnittstellenerweiterungen

z. B. Module der iDOOR

Reihe einfach integriert werden.

Welche Anforderungen

an die Datenverarbeitung

müssen HMIs erfüllen?

HMIs mit hoher Rechenleistung

werden für Anwendungen be nötigt,

die große Datenmengen oder hochauflösende

Bilder verarbeiten, wie

z. B. Fehlerinspektionsanwendungen

in Qualitätskontrollprozessen für

die Lebensmittel- und Getränkeindustrie

sowie Daten- und Bildberechnungen

in der Elektronik fertigung.

AMC bietet hier erstklassige industrielle

Panel-PC-Lösungen mit

integriertem Intel i-Core Prozessor

an. Dazu gehören u. a. die modularen

und lüfterlosen Touch Panel-

PCs der TPC-5000-Reihe und der

TPC-300-Serie/Reihe und die konfigurierbaren

Touch Panel lPCs der

PPC-6000-Reihe, um anspruchsvollere

Industrie 4.0 Anwendungen

zu realisieren.

Wenn andererseits die Anforderungen

an die Datenverarbeitung

geringer sind, wird ein Thin-

Client-Terminal-HMI mit geringerem

Stromverbrauch und geringeren

Kosten empfohlen. Wenn der

Panel-PC außerdem als Web-Terminal

dienen soll, wird eine HMI-

Serie mit Webbrowser-Terminals

aufgrund ihres eingebetteten Browsers

und der schnellen Web-App-

Entwicklungsfunktionen empfohlen.

Auch hier bietet AMC kostengünstige

industrielle Thin-Client-

HMI-Lösungen wie die TPC-200

und PPC-3000-Reihen und Webbrowser-Terminalserie

WOP-200

für verschiedene Szenarien an.

Konnektivität und

Datensicherheit

Welche Anforderungen an Konnektivität

und Datensicherheit

müssen erfüllt werden?

In der intelligenten Fertigung

werden mehr Steuerungsfunktionen

benötigt, um eine höhere

Datenkomplexität und größere

Datenmengen zu verarbeiten.

HMIs müssen eine neue Generation

von Kommunikationsprotokollen

beherrschen, um die

Stabilität und Unmittelbarkeit der

Daten übertragung mit einer SPS

zu gewährleisten. Darüber hinaus

ist die Big-Data-Analyse ein

wertvolles Gut bei der Entwicklung

einer Strategie für die digitale

Transformation, sodass die Datenerfassung

für den Fertigungs- und

Fabrikbetrieb von entscheidender

Bedeutung ist. HMIs müssen

Datensicherheit

Da alle wertvollen Fabrikinformationen

digitalisiert werden müssen,

ist die Datensicherheit ein Problem,

über das man sich Sorgen machen

muss. Die Wahl eines industriellen

Panel-PCs mit TPM (Trusted

Platform Module) ist eine Möglichkeit,

die Sicherheit vor Firmware-

und Ransomware-Angriffen

zu er höhen. AMC bietet hier HMI-

Lösungen mit Windows 10 IoT an,

darunter die PPC-6000-Serie, die

modulare TPC-5000-Serie und die

TPC-300-Serie, die mit TPM 2.0

Modulen ausgestattet sind bzw. aufgerüstet

werden können, um vertrauliche

Daten durch Verschlüsselung

der Festplatte und SSD zu

schützen. Diese Systeme sind somit

auch voll kompatibel zum Einsatz

unter Windows 11.

Erweiterung und

Konfiguration

Sollten HMI Plattformen

erweiter bar und flexibel konfigurierbar

sein?

Kurz gesagt: JA. Bei der Entwicklung

industrieller IoT-Lösungen

werden immer mehr Sensoren eingesetzt

und die Anforderungen an

die Datenverarbeitung werden relativ

hoch sein, daher ist es wichtig, in

die Erweiterbarkeit und Flexibilität

von HMI-Lösungen zu investieren.

Einige Panel-PCs sind mit zusätzlichen

Steckplätzen ausgestattet,

um das Aufrüsten des Speichers

für zukünftige erweiterte Datenverarbeitungsleistungen

zu ermöglichen.

Die modulare TPC-5000-

Reihe ist eine flexible industrielle

HMI-Lösung, bei der die Anzeigemodule

mit Box-Modulen kombiniert

werden, um eine Reihe flexibler

Plattformen anzubieten. Sie

bieten auch Aufwärtskompatibilität,

sodass Bediener vorhandene

Software

Welche Betriebssysteme und

Anwendungs-Software werden

unterstützt?

HMI-Visualisierungsprogramme

und Schnittstellendesigns sind entscheidend,

da sie sich direkt auf

die Benutzererfahrung auswirken,

daher ist es notwendig, die Präferenzen

der Programmiersoftware zu

berücksichtigen. Dazu bietet AMC

die ARM-basierten Panel-PCs der

Serien TPC-100 und PPC-100 an,

die verschiedenste Betriebssysteme

unterstützen, darunter skalier bares

Windows 10/11 und kompaktes

Android 10 und Linux, um die Entwicklung

einzigartiger Anwendungen

zu erleichtern.

Integrierte Apps oder

HMI-Software

Industrielle Panel-PC-Lösungen

mit integrierten Apps oder HMI-

Software sind ebenfalls Optionen

mit Mehrwert. Beispielsweise bietet

AMC das Softwarepaket für die

TPC- oder PPC-Serie mit integrierter

WebAccess/HMI Software von

Advantech an. Weitere optionale

Softwarepakete unterstützen eine

einfache SPS-Verbindung und

Datenvisualisierung und zudem

erleichtern webbasierte Lösungen

die Fernverwaltung von Geräten.

Es lohnt sich auch, die AMC

Partnerschaft mit Drittanbietern

von Software zu beachten, um

die Stärken und Flexibilität der

Software zu bewerten, bevor man

sich für ein HMI Lösung entscheidet.

Zum umfangreichen Lieferprogramm

von AMC gehören seit vielen

Jahren die Softwareentwicklungsplattformen

für Datenerfassungsanwendungen

LabVIEW und

LabWindows als auch die Web-

HMI/Scada- Prozessleitsystem-

Softwarepakete WEBACCES Pro

und i4SCADA. ◄

42 meditronic-journal 4/2022


Medizinischer 32 Zoll 4K-Monitor mit

bis zu 12G-SDI

Leichtgewicht im Kunststoffgehäuse mit vielen Superlativen und Integrationsmöglichkeiten

im medizinischen Umfeld

Canvys - Visual Technology

Solutions

info-europe@canvys.com

www.canvys.de

direkt im

Sterilisator

Temperatur -

Feuchtigkeit -

Druck grafisch

aufzeichnen.

steril@spirig.com

Canvys – Visual Technology Solutions

präsentiert den medizinisch

zugelassenen 32 Zoll 4K-Monitor.

Der Hersteller hat dem hochauflösenden

Gerät im Format 16:9 ein

sehr helles Panel (850 Nits) spendiert.

Dieses sorgt insgesamt für

eine sehr brillante Bilddarstellung.

Das Innenleben wurde mit hochperformanten

Controllern bestückt.

Die Displays sind in verschiedenen

Grundvarianten erhältlich, welche

sich in den vorhandenen Anschlüssen

und Schnittstellen unterscheiden.

Allesamt stellen sie exzellente

visuelle Plattformen dar, um darauf

kundenspezifische Lösungen für den

medizinischen Einsatz zu gründen.

Canvys setzt bewusst auf ein

Kunststoffgehäuse und bietet damit

ein Top-Feature. Einerseits ist das

Display für einen 32-Zöller sehr

leicht (12,1 Kilogramm). Andererseits

erleichtert es in Kombination

mit der flachen Glasfront die

Reinigung und Desinfektion. Das

Gehäuse ist weiß (RAL9003).

Technische Merkmale

Bedienen und Visualisieren

• ALS Sensor zur Backlight-Stabilisierung

und Lebensdauermessung

• BT-Standards BT709, BT1886

und BT2020 werden unterstützt

• 3D-Darstellung durch einen optional

integrierten Polarizerfilm (passive

Brille erforderlich)

• 3D Look Up Table (14-Bit LUT)

mit Unterstützung von HDR10

• DICOM & DIN6868-157-konform

• Picture-in-Picture und Pictureby-Picture-Modi

Anschlüsse/Schnittstellen

Außergewöhnlich: Der Canvys

32 Zoll 4K-Monitor vereint alle marktüblichen

Anschlüsse in einem Gerät.

Das macht ihn universell einetzbar.

• 1x DVI-Eingang plus DVI-Loop-

Through-Ausgang

• optional mit 12G-SDI und 3G-SDI,

Ein- und Ausgänge (Loop-Through

/ 12G-SDI Single-Link oder

3G-Quad-Link)

• 2x Display-Port (unterstützt Display-Port

1.2) plus Display-Port-

Ausgang als Loop-Through für

HDMI & Display-Port oder Daisy-

Chaining Display Port

• 5 VDC-Ausgang zur Unterstützung

von Fiber-Optic-Lösungen

oder Signal-Extender

• Stromversorgung wahlweise mit

AC- oder DC-Eingang

• DC-Variante ist eine 24-Volt-Long-

Distance-Lösung: Stromversorgung

über ein bis zu 20 Meter

langes Kabel möglich

• serielle RS-232-Schnittstelle zur

Ansteuerung des PCAP-Touchscreens

und für Remote Control

und GPIO-Signale

• LAN, USB und DDCCI für Kommunikation

bzw. Kalibrierung

Der Canvys 32 Zoll 4K-Monitor Auch als PCAP-Touchscreen

besticht durch eine file: Vielzahl TI1-PP/CP-20-09-MT

an verfügbar

technischen Features:

Der neue Monitor von Canvys mit

• 4K-Ultra-HD-Panel dimension: (Auflösung einer 46 x Diagonale 32 mmvon 81,3 Zenti meter

von 3840 × 2160 Pixel)

ist wahlweise

4C

mit einem PCAP-

• 10-Bit-Farbtiefe (12-Bit Color Touchscreen verfügbar (10-Punkt-

Processor)

Technologie). Dieser ist mit einem

• 100 Prozent Adobe RGB-Farbrautet,

welches Fingerprints

AG-Coating (Anti Glare) beschich-

verhindert

aber dabei seine gute Gleitfähigkeit

beibehält. Auch das Tragen von

mehreren Latexhandschuhen übereinander,

was in manchen Anwendungen

notwendig und üblich ist, ermöglicht

eine fehlerlose Bedienung.

Der PCAP-Touchscreen kann optional

neben seriell (RS-232) via USB

angesprochen werden. ◄

© byrdyak/Fotolia

ERLEBEN SIE DAS

ABENTEUER PATENSCHAFT

Als Pate leisten Sie Ihren

ganz persönlichen Beitrag

zur weltweiten Naturschutzarbeit

des WWF. Schützen

Sie bedrohte Arten wie Tiger,

Luchse oder Orang-Utans und

ihre Lebensräume. Mit regelmäßigen

Infos halten wir

Sie über Ihr Projekt auf dem

Laufenden. Die Natur braucht

Freunde – werden Sie Pate!

Kostenlose Informationen:

WWF Deutschland, Tel.: 030.311 777-702

oder im Internet: wwf.de/paten

meditronic-journal 4/2022

43


Bedienen und Visualisieren

PCAP ist nicht gleich PCAP

PCAP-Touchscreens können auf verschiedenen Sensortechnologien basieren.

In diesem Beitrag geht es um

kundenspezifische Aufbaumöglichkeiten

im industriellen Umfeld.

Was ist PCAP?

Die Projected Capacitive Technologie,

kurz PCAP, erlebte mit ihrem

Einsatz im ersten Smartphone den

großen Durchbruch. Innerhalb kürzester

Zeit wurde die intuitive Touchscreen-Technologie

außerhalb der

Fachwelt bekannt und entwickelte

sich schnell zum Standard bei

Smartphones und Tablets.

Aber nicht nur aus dem Consumer-Bereich

ist die PCAP-Technologie

längst nicht mehr wegzudenken.

Display-Experten, wie Data Modul,

entwickelten sie zu einer industrietauglichen

Touch-Lösung weiter,

die eine einwandfreie Funktionalität

und ein optisch ansprechendes

Design zugleich vereint und individuell

auf Kundenwünsche angepasst

werden kann.

Das PCAP-Grundprinzip

Grundsätzlich verfügt ein PCAP-

Touchscreen über ein transparent

leitfähiges Material (z.B. Indium Tin

Oxide, kurz ITO), welches auf beiden

Seiten des Trägermaterials (beispielsweise

Glas oder PET-Folien)

Markus Hell

Head of Product Management

Data Modul

www.data-modul.de

aufgebracht ist. Die ITO- Elektroden

sind meist rautenförmig angelegt

und bilden eine Matrixstruktur. Wird

Spannung angelegt entsteht ein

kapazitives Feld. Dringt ein leitfähiger

Gegenstand, wie beispielsweise

ein Finger in das Feld ein, bewirkt

dies eine Kapazitätsänderung zwischen

den beiden Elektroden. Den

Berührungspunkt bzw. die Position

der Veränderung im kapazitiven

Feld kann der verwendete Touch-

Controller erkennen und zuverlässig

auswerten.

Moderne PCAP-Controller

arbeiten heutzutage auch unter

anspruchsvollen Industrie- bzw.

Umgebungsbedingungen zuverlässig

und präzise. Neben erhöhter

EMV-Stör festigkeit ermöglichen

sie sogar die Bedienung von Touchscreens

mit Handschuhen oder unter

Einfluss leitender Flüssigkeiten.

Um eine optimale Funktionalität zu

gewährleisten, ist jedoch ein Feintuning

des Controllers entsprechend

dem geforderten Anwendungsbereich

nötig. Data Modul Applikationsingenieure

setzen hierfür spezielle

Tools ein, mit der sich verschiedenste

Parameter oder Signalverarbeitungsalgorithmen

individuell

anpassen lassen.

PCAP-Sensoren

Je nach Einsatzgebiet und Umgebungsbedingungen

ist auch die Wahl

des richtigen PCAP-Sensors von

entscheidender Bedeutung. Grundsätzlich

lassen sich PCAP- Sensoren

in verschiedenste Aufbauvarianten

unterscheiden. Typische Faktoren

sind die Schichtdicke, Temperaturbereich

oder Leiterbahnführung,

welche die Randbreite eines Sensors

beeinflusst.

Glas/Glas (G/G)

Beim sogenannten Glas/Glas-

Aufbau (kurz G/G) werden zuerst

die ITO Trägergläser zugeschnitten

und die jeweiligen ITO-Pattern eingeätzt.

Die Leiterbahnen der Elektroden

werden anschließend aufgedruckt.

Dadurch ergibt sich ein

vergleichbarer breiter Rand von

beispielsweise 100/100 µm, quasi

der Abstand bzw. die Breite einer

Leiterbahn, auch Line/Space-Gap

genannt. Im Anschluss werden beide

ITO-Gläser mit Hilfe des OCA-Verfahrens

verklebt sowie mittels Tailbonding

zusammengeführt. Ein Vorteil

dieser Bauart ist, dass der Sensor

ohne zusätzliches Coverglas

eingesetzt werden kann und eine

lange Verfügbarkeit für die Industrie

bietet. Durch die Verwendung von

zwei Gläsern entsteht beim PCAP

G/G eine Aufbaudicke von 2,4 mm

auf, wodurch es robust und besonders

für raue Umgebungsbedingungen

geeignet ist.

Glas/Film/Film (G/F/F) mit

ITO

Bei der PCAP-Glas/Film/Film-

Variante werden Folien statt Glas

als ITO-Träger Substrat verwendet.

Zu Beginn werden die Folien

auf die benötigte Form und Größe

zugeschnitten, anschließend werden

die ITO-Pattern eingeätzt. Im

nächsten Schritt werden die Leiterbahnen

der Elektroden mit einem

50/50µm Line/Space-Gap mit Hilfe

von Laser Etching eingeätzt. Im

Anschluss werden beide ITO-Filme

durch OCA-Bonding inklusive Tailbonding

zusammengeführt. Die

Verklebung mit dem Coverglas findet

ebenfalls im OCA-Bondingverfahren

statt. Aufgrund des Folienwiderstandes

von ca. 100 Ohm eignet

sich das G/F/F Prinzip allerdings

nur für Touchscreens bis zu 24 Zoll.

Glas/Film/Film (G/F/F) mit

Metal Mesh

Bei dieser Alternative des PCAP-

G/F/F-Sensors werden statt dem ITO

Substrat transparente Metallgitterstrukturen

eingesetzt, sogenannter

Metal-Mesh-Vorteil zu ITO ist der

niederohmige Flächenwiderstand

von ca. 25 Ohm, was sich besonders

bei großformatigen Sensoren

(>30 Zoll) in Bezug auf Ladezeiten

bemerkbar macht. Im sogenannten

Roll-to-Roll-Prozess wird das

feine Metallgeflecht durch ein spezielles

Mold&Imprinting-Verfahren

auf eine transparente Folie aufgebracht.

Dank des Mold&Imprinting-

Verfahrens werden Leiterbahnen

mit einem Line/Space Gap von

25/25 µm erreicht. Metal-Mesh-

Sensoren ermöglichen trotz dem

vorwiegenden Einsatz bei großen

Diagonale, die Eingabe mit aktiven

und passiven Stiften, Handschuhfunktionalität,

großformatige Anwendungen

und hochpräzise Touch-

Performance.

Exemplarischer Aufbau eines Glas/Film/Film-basierten PCAP-Sensors mit ITO

44 meditronic-journal 4/2022


Exemplarischer Aufbau eines Glas/Film/Film-basierten PCAP-Sensors auf

Metal-Mesh-Basis

Exemplarischer Aufbau eines PCAP-Sensors mit SITO

Aufgrund ihres biegsamen Aufbaus

können mit der Metal-Mesh-

Technologie flexible, oder auch

gebogene Anwendungen realisiert

werden. Auch lassen sich sehr

schmale Ränder und große Display-

Diagonalen damit ausrüsten.

Single-Sided ITO (SITO)

Hier werden die beiden leitfähigen

ITO-Elektroden mittels eines photolithographischen

Verfahrens auf nur

einer Seite des Glassubstrats aufgebracht.

Die beiden ITO-Elektroden

werden dabei durch eine dünne

Brücke getrennt. Diese Verfahren

ermöglicht es, dass der Rand des

Touch-Sensors auf ein Minimum von

30/20 µm Line/Space Gap reduziert

werden kann. Dank des dünnen

SITO-Glassubstrats mit einer

Dicke von nur 1,1 mm lassen sich so

Anwendungen mit geringer Einbautiefe

realisieren. In Kombination mit

dem guten Signal/Rausch-Verhältnis,

wodurch ein sehr gutes Touch-

Verhalten selbst unter erschwerten

Umgebungsbedingungen ermöglicht

wird, und dem erweiterten

Temperaturbereich von -30 bis

85 °C, machen diese Eigenschaften

SITO mitunter zur idealen Lösung

für industrielle Outdoor oder Automotive-Anwendungen.

Double-Sided ITO (DITO)

In diesem Aufbau werden die

beiden ITO-Schichten auf der Vorder-

und der Rückseite des Glassubstrats

aufgebracht. Obwohl dieser

Aufbau eine größere Randdicke

von 50/50 µm hat, ist DITO mit einer

Tiefe von 1,1 mm und dank seiner

geringeren Kosten eine Alternative

zum PCAP-SITO-Aufbau.

Sensorenschutz und

Covergläser

Neben dem PCAP-Aufbau ist

für die Gesamtfunktionalität eines

Touch-Systems auch die Wahl des

richtigen Schutzes wichtig. Die empfindlichen

Sensoren der PCAP-Technologie

liegen in der Regel hinter

einem Coverglas oder einer (transparenten)

Kunststoffoberfläche.

Glas eignet sich dank seiner vielfältigen

Materialeigenschaften, sowie

Veredelungs- und Individualisierungsoptionen,

besonders gut. Von speziellen

antimikrobiellen Gläsern für beispielsweise

die Medizintechnik, über

EMV- und UV-abschirmende Gläser

bis hin zu Verbund sicherheitsglas,

gibt es für jeden Einsatzzweck passende

Schutzmöglichkeiten. Darüber

hinaus können besondere Oberflächenbehandlungen

wie Mattierung

(Anti glare), Ver- und Entspiegelung

(Mirror Glas/antireflektive) oder auch

schmutzabweisende Beschichtungen

zum Einsatz kommen.

Ist ein besonders hoher Schutz

vor beispielsweise Vandalismus,

Kratzern, Verunreinigungen oder

Temperaturschwankungen gefordert,

lässt sich die Widerstandsfähigkeit

von Gläsern mittels chemischer

oder thermischer Härtung

noch weiter steigern. Viele

der Glas eigenschaften lassen sich

auf Wunsch auch miteinander kombinieren

und so ideal für den Einsatzzweck

vorbereiten.

Ist das Endgerät zudem prüfpflichtig,

muss die Glasstärke den in der

DIN-Norm festgelegten Festigkeitsprüfungen

entsprechen. Je nach

Verwendungsart des Endproduktes

wird zwischen Schlag-, Fallund

Stoßprüfungen sowie Prüfungen

zum Abbau von Formspannungen

unterschieden.

Das Produktdesign enthält häufig

auch in Form und Oberfläche angepasste

Covergläser. Die Glasscheiben

können dabei mit verschiedenen

Weiterverarbeitungsmethoden wie

Kantenbearbeitungen (z.B. C-Kante

poliert oder geschliffen, gefasste

Kante, etc.), Bohrungen, Vertiefungen,

Mulden oder Glaskonturen

versehen werden. Auch lassen sich

Glasscheiben auf Wunsch transluzent

oder lichtdicht, organisch, keramisch

oder digital bedrucken und so

ideal an die gewünschten Designvorgaben

anpassen. Den Individualisierungsoptionen

sind hierbei

kaum Grenzen gesetzt.

Bonding-Verfahren

Das Coverglas, der Touchsensor

und letztlich das Display werden miteinander

im sogenannten Bondingverfahren

verbunden. Dabei stehen

für die Verklebung des PCAP-

Systems verschiedene Bondingverfahren

zur Verfügung. Grundsätzlich

kann zwischen Optical und Air

Bonding unterschieden werden.

Beide Varianten bieten unterschiedliche

Vor- und Nachteile, die es zu

berücksichtigen gilt.

Zu den klassischen Methoden

gehören das OCA (optical clear

adhesive) und das LOCA (liquid optical

clear adhesive) Bonding, die aufgrund

ihrer bewährten Eigenschaften

in der Fertigung von Touchdisplays

zum Großteil eingesetzt werden.

Neue Verfahren wie das Hybrid-

Bonding, eine weiterentwickelte

Kombination aus OCA und LOCA-

Bonding, eignen sich besonders für

großvolumige Projekte.

Als weitere Variante bietet sich

das sogenannte Air Bonding an,

eine vergleichsweise einfache und

kostenoptimierte Lösung, bei der ein

Exemplarischer Aufbau eines PCAP-Sensors mit DITO

doppelseitiges Klebeband rund um

den TFT-Rahmen aufgebracht wird

und so TFT und Touchglas miteinander

verklebt werden.

Die Wahl des richtigen Verfahrens

ist sowohl von der gewünschten

Anwendung, den verwendeten

Sensoren und Gläsern, als auch vom

Design und dem Zielpreis abhängig.

Experten wie Data Modul stehen

beratend zur Seite und können

OCA-, LOCA- und Hybrid-Verfahren

sowie Tail- und Airbonding zum Teil

vollautomatisiert anbieten.

Touch-Technologien für jede

Industrieapplikation

So vielfältig wie die Anwendungsbereiche

sind, so vielfältig sind auch

die damit verbundenen Anforderungen

an industrielle Touchsysteme.

Neben Faktoren wie Funktionalität,

Leistung, Preis und Lebensdauer

gilt es mittlerweile auch erhöhten

Design- und Sicherheitsansprüchen

gerecht zu werden. Bereits

bei der Produktentwicklung sollte

man sich mit den verschiedenen

Möglich keiten und deren Vor- und

Nachteilen vertraut machen. Daher

ist es ratsam, sich frühzeitig professionell

beraten zu lassen und

gemeinsam mit einem Technologieexperten

eine optimal auf die

jeweilige Anwendung zugeschnittene

Lösung zu realisieren. ◄

meditronic-journal 4/2022

45


Bedienen und Visualisieren

Wunschkonzert: Für jede Kundenanwendung

die passende Tastatur

Bild 1: Bedienfeld einer CNC-Metallbearbeitungsmaschine mit integrierter

Industrietastatur © GeBE/iStock

Der Einsatz von Tastaturen

sowohl in rauen Industrieumgebungen

als auch in sterilen medizintechnischen

Bereichen erfordert

ein flexibles und robustes Eingabemedium.

Typische Einsatzgebiete

der Tastaturen können häufig

ihren Anforderungen nach kategorisiert

werden. Der Artikel gibt einen

Überblick über die verschiedenen

Technologien und geht auf Kombinationsmöglichkeiten

mit anderen

Eingabemedien ein sowie auf

Besonderheiten, welche im Industrie-

bzw. medizintechnischen Alltag

häufig nicht bewusst wahrgenommen

werden. Der Trend geht

zu möglichst kompakten, aber leistungsfähigen

Tastaturen.

Ganz schön flexibel

im All gemeinen ein ausgewogenes

Preis- Leistungs-Verhältnis (Bild 2).

Taktile Rückmeldung

Konventionelle Folientastaturen weisen

aber häufig nur eine sehr geringe

Bedienqualität auf. Dem Anwender

vor Ort an der Maschine oder im OP

muss eine präzise und schnelle Eingabe

von Zahlen oder Ziffern ermöglicht

werden. In der Praxis hat sich

dahingehend sehr viel geändert. Die

Hersteller von Folientastaturen bieten

heutzutage fast ausschließlich Tastaturen

mit sehr guter taktiler Rückmeldung

an. Der Anwender spürt also

bei der Eingabe direkt im Finger, ob

der Druck der Taste zur Ausführung

eines Befehls geführt hat. Dies kann

man entweder durch eingebaute sogenannte

Schnappscheiben erreichen

oder durch Kurzhubtasten. Letztere

sind qualitativ hochwertiger und langlebiger.

Sie erzeugen einen eindeutigen,

hörbaren Schaltkontakt, wodurch

die Eingabesicherheit wesentlich

erhöht wird. Eine Lebensdauer von

mehr als zwei Millionen Schalt spielen

ist heute üblich.

Hart im Nehmen

Tastaturen anderer Technologien,

wie etwa Metalltastaturen, sprechen

insbesondere die Industriekunden

an und sind je nach Einsatzgebiet

mit Kurz- oder Langhubtasten ausgestattet.

Edelstahltastaturen haben

die höchste Widerstandsfähigkeit

aller Industrietastaturen. Sie werden

häufig im Outdoorbereich eingesetzt

und gelten i.d.R. als vandalensichere

Tastaturen (Bild 3).

Diese Bezeichnung nimmt bereits

eine der Haupteigenschaften vorweg:

Der Schutz vor Zerstörung

und Beschädigung. Metalltastaturen

können auf verschiedene Art

und Weise kundenspezifisch angepasst

werden.

Das Stanzen z. B. bietet den Vorteil,

dass die Tasten direkt aus dem

ausgestanzten Material verwendet

werden können. Der Nachteil sind

allerdings die hohen Kosten, da ein

Stanzwerkzeug hergestellt werden

muss. Daher eignet sich das Stanzen

erst ab höheren Stückzahlen.

Beim Lasern werden die einzelnen

Tastendurch brüche mit Hilfe eines

Lasers ausgeschnitten. Dies ist eine

preisgünstige Lösung, die auch für

geringere Stückzahlen geeignet ist.

Die Tasten müssen getrennt produziert

werden, da der Eintrittspunkt

des Lasers immer sichtbar ist und das

Material so verloren ist. Beim Fräsen

werden ähnlich wie beim Lasern die

Tasten ausgeschnitten und das ausgeschnittene

Material geht verloren.

Da bei den vorangegangenen Verarbeitungsarten

nur die Durch brüche

gemacht werden können, werden die

jeweiligen Platten unter einer Fräse

weiterverarbeitet. Mit der Fräse wer-

Autorin:

Astrid Kornelius,

TEXTamtam Agentur

Fünfseenland

GeBE Computer & Peripherie

GmbH

www.tastaturen.com

Folientastaturen sind für den

Einsatz in der Industrie und Medizin

allein schon durch ihre Wasser-

und Staubdichtigkeit (nach DIN

IP65) prädestiniert. Sie sind weitestgehend

resistent gegen Desinfektions-

und Reinigungsmittel und

können somit den hohen Ansprüchen

vollauf gerecht werden. Einschubtaschen

für Wechselbeschriftung,

LEDs, LC-Displays, Not-

Aus-Taster, Touchpads und Trackballs

lassen sich elegant integrieren.

Folientastaturen dienen i.d.R.

der Befehlseingabe an Maschinen

oder auch an Zahlungsstellen. Sie

sind zuverlässig, robust und haben

Bild 2: GFT-105 Folientastatur: Kundenspezifisches Projekt für den Einsatz in

der Medizintechnik

46 meditronic-journal 4/2022


Bedienen und Visualisieren

Bild 3: Widerstandsfähige Edelstahltastatur – gut geschützt gegen

Vandalismus

Bild 4: Standard-Langhubtastatur stets gewappnet gegen Bakterien,

Verschmutzung und Nässe

den z. B. Nuten gefräst, die in die

spezielle Halterung eingesetzt werden,

um das Verdrehen von runden

Tasten zu verhindern.

Dateneingabe mit Bedacht

Die Eingabe über Kurzhub tasten

erfolgt i.d.R. langsamer als bei einer,

für Schnellschreiber optimierten,

Langhubtastatur (Bild 4). Dennoch

ist die Technologie der folienabgedeckten

Tastaturen so weit fortgeschritten,

dass der Anwender

selbst bei Bedienung mit Handschuhen

genau und durch die rückmeldende

Kurzhubtaste eine gewisse

Eingabesicherheit bekommt und mit

etwas Übung, die Daten demnach

schneller eingeben kann.

Alles fest im Griff haben

Aufgrund der leichten Bedienbarkeit

werden nach wie vor Langhubtastaturen

im industriellen und medizintechnischen

Umfeld eingesetzt,

obwohl der Schutz gegen Bakterien,

Verschmutzung und Nässe bei

dieser Technologie häufig sehr aufwändig

ist. Es gibt zwei konkurrierende

Systeme, die allerdings im

Preisverhältnis weit auseinander

gehen. Die robusten, aber teureren

Lösungen bieten anhand von

Gummimembranen, die unter den

Tasten angebracht sind, einen guten

Schutz gegen Staub und Feuchtigkeit.

In Konkurrenz dazu steht

eine, aus weichem Plastikmaterial

geformte Abdeckhaube, die auf der

Oberseite der Tastatur einen gewissen

Schutz bietet. Letztere ist die

preislich weitaus günstigere, aber

auch unkommodere Lösung für

den Anwender. Die lose auf den

Tasten liegende Folie beeinträchtigt

die Eingabe erheblich. Die Vorund

Nachteile der verschiedenen

Technologien hängen häufig auch

von der Kombinationsmöglichkeit

mit anderen Ein- und Ausgabetechnologien

ab. Mausersatzgeräte

wie Trackball oder Touchpad

stellen einen weiteren Entwicklungsmix

dar.

Rund oder eckig

Mausersatzgeräte unter liegen den

gleichen Ansprüchen an Robustheit

und Funktionalität wie die Tastaturen

selber. Trackballs oder Touchpads

werden häufig in die jeweilige

Tastaturausführung integriert.

Ob Tisch-, Rück- oder Fronteinbau,

jede Version hat i.d.R. einen ebenso

wasserdichten Maus ersatz eingebaut.

Es gibt auch die Möglichkeit,

die Mausersatzgeräte separat anzuschließen.

Dies ist in den meisten

Fällen eine Frage der Funktionalität

und der Größe des Arbeitsplatzes.

Egal ob Trackball oder Touchpad,

beide sollten für besonders raue

oder sterile Umgebungsbedingungen

nach IP65 wasser- und staubgeschützt

sein. Mit dem Trackball

lassen sich i.d.R. grafische Zeichnungen

genauer mechanisch positionieren.

Das Touchpad dagegen ist

wegen der komplett geschlossenen

Ober fläche besser geschützt. ◄

Bild 5: Robuste TVG-Serie: Touchpad oder Trackball in Metallfrontplatte, wasserdicht nach DIN IP68/IP65

meditronic-journal 4/2022

47


Bedienen und Visualisieren

HMI-Markt im Wandel

Autor:

Stefan Heczko,

Geschäftsführer

SECO Northern Europe

https://north.seco.com

Ob bei der Automatenbedienung,

Maschinensteuerung oder bei medizinischen

Geräten – immer öfter

werden für die Interaktion zwischen

Menschen und Maschinen haptische

Bedienelemente und analoge Anzeigen

durch moderne Human Machine

Interfaces (HMIs) ersetzt. Treiber

dafür sind vor allem neue Technologien

aber auch die zunehmende Digitalisierung

in allen Branchen. Dabei

stehen vor allem eine ein fachere

Bedienung und eine präzisere Informationsdarstellung

auf den Displays

im Vordergrund. HMI-Experte SECO

Northern Europe (ehe malig Garz

& Fricke Group) erläutert, welche

Trends derzeit den Markt prägen

und wo die Reise hingeht.

Hygieneaspekt bei der

HMI-Bedienung

Bei HMIs für medizinische Anwendungen

war der Hygieneaspekt

schon immer sehr wichtig. Dies

betrifft insbesondere die Bedienelemente.

Die Corona-Krise führte

dazu, dass dieses Kriterium auch

in anderen Anwendungsgebieten

in den Vordergrund rückt. Deshalb

wird immer öfter gefordert, dass

die Bedieneinheiten komplett desinfizierbar

sein müssen, was sich

auf die eingesetzten Materialien

auswirkt. So sind beispielsweise

sichtbare, lackierte Kunststoffe

in der Regel nicht desinfektionsmittelbeständig.

Auch ist es heute

aus Hygienegründen erforderlich,

dass der Einbau fugenlos erfolgt.

So können keine Kanten entstehen,

in denen sich Schmutz ansammelt.

Die nahtlose Integration von

Displays in Kundenfronten sorgt für

einen hohen Hygieneschutz. Dieser

Aspekt treibt auch die Entwicklung

alternativer Bedienkonzepte wie die

Gestensteuerung voran.

Alternative Bedienkonzepte

Die Interaktionsmöglichkeiten

werden immer vielfältiger: vom

Touch-Screen über Remote Touch

Systeme, bei dem die Bedienung mit

dem eigenen Smartphone erfolgt,

bis hin zu Sprach- und Gestensteuerung.

Im Vordergrund steht dabei die

Überlegung, die optimale Interaktionsmöglichkeit

zwischen Nutzer

und einem spezifischen Endgerät

zu finden. So ist beispielsweise

die Sprachsteuerung in einer lauten

Umgebung nicht sinnvoll und

wenn man die Hände nicht frei hat,

kann man mit einer Gestensteuerung

relativ wenig anfangen. Letztlich

bestimmen also die Applikation,

das Umfeld und der Standort das

Bedienkonzept.

Anpassbare Software

Aus der Smartphone-Welt sind

Anwender gewohnt, ihr Gerät über

die Software individuell anzu passen.

Dieser Trend ist nun auch im B2Bund

Industrial-Bereich und hier insbesondere

im Automotiv-Sektor zu

beobachten. Für Hersteller von Produkten

mit längerer Lebenserwartung

ist es ein enormer Wettbewerbsvorteil,

wenn sich die Geräte

hinsichtlich Aussehens und Art der

Nutzung immer wieder durch Software

an die Gegebenheiten anpassen

und auch modernisieren lassen.

Dieses Konzept bietet die Möglichkeit,

Funktionen über die Software

hinzuzufügen, zu verändern, zu

entfernen oder auch nur für eine

begrenzte Zeit zuzulassen. Mit

diesen Anpassungsmöglichkeiten

können auch Optimierungen und

Funktionserweiterungen während

des laufenden Betriebs erfolgen.

Bei Softwarelösungen für HMIs

ist heute die einfache Integrationsmöglichkeit

in die Systeme der

Geräte hersteller entscheidend.

Dabei geht der Trend eindeutig zur

HMI-Gesamtlösung aus einer Hand,

inklusive kompletter Schnittstelle

zum Betriebssystem, der Einbindung

in übergreifende IoT-Lösungen,

Zertifizierungen, Dokumentation

etc. Dieser Ansatz bietet sehr

viele Möglichkeiten bei der Anpassung

der Systeme, denn durch die

Software können Features nachund

umgerüstet werden - sofern

das auch bei der Hardwareentwicklung

von vornherein berücksichtigt

wurde.

Steigende Rechenleistung

und Hardware-

Anforderungen

Zwar steigt die Rechenleistung

in allen Bereichen, doch der Markt

verlangt nicht nach einer General-

Purpose-Hardware, die alles kann.

Die Bandbreite der Komponenten ist

groß: vom einfachen Mikrocontroller

bis hin zum Controller mit Special

Features wie Industrial Ethernet

mit Echtzeitfähigkeit oder mit

speziellen Kamera-Engines. Von

einfachen Prozessorsystemen bis

hin zu High-Performance-SoCs

ist alles möglich. Durch die Vielfalt

steigen aber auch die Anforderungen

an die Entwickler. Komponenten

mit neueren Technologien und

höheren Bandbreiten verlangen ein

besonderes Augenmerk im Leiter-

48 meditronic-journal 4/2022


Bedienen und Visualisieren

plattendesign. Das ist notwendig,

um einwandfreie Funktion und Stabilität

über den kompletten Temperaturbereich

hinweg zu garantieren.

Das erfordert heute viel mehr Vorarbeit

als noch vor einigen Jahren und

wird künftig noch wichtiger werden.

Auch Schnittstellen haben Auswirkung

auf das Hardware-Design:

USB 3.0 bietet im Vergleich zu

USB 2.0 mehr Funktionen, als nur

einen Speicherstick oder eine Maus

anzuschließen. Diese Features aber

bringen neue Anforderungen hinsichtlich

der Elektromagnetischen

Verträglichkeit (EMV) mit sich. Das

wirkt sich nicht nur auf das Hardware-Design

des HMIs, sondern

auf das gesamte Gerätedesign aus.

Ebenso wie die Bildschirmauflösung

steigt auch die Leistungsfähigkeit der

Prozessoren und damit die Anforderung

an die Software-Entwicklung.

Außerdem wird die Möglichkeit zum

Anschluss von Kameras und Mikrofonen

an Bedeutung gewinnen. Heute

gehört eine umfassende Analyse der

Vorgänge in den Geräten schon fast

zum Standard. Wo auch immer die

Datenauswertung stattfinden wird,

im Gerät oder in der Cloud, es muss

vorher geklärt werden, welche Ziele

erreicht werden sollen.

zum Beispiel eine Neural Network

Engine mit. Dabei ist ein Teil des

Prozessors nur für die Ausführung

von Machine-Learning-Algorithmen

zuständig. Das Thema ist bei

industriellen Systemen noch relativ

neu, bietet jedoch viele Chancen.

Auch die Hersteller fangen

an, sich mit dem Thema auseinanderzusetzen.

Sie stellen sich

beispielsweise Fragen wie: Was

kann ich alles machen, welche Vorteile

ergeben sich daraus und welche

Auswirkungen hat es eventuell

auf meine Geschäftsprozesse?

Kann man im öffentlichen Raum

z. B. eine Kaffeemaschine platzieren,

die per künstlicher Intelligenz

(KI) Gesichter auswertet und dem

Nutzer am Ende einen doppelten

Espresso anbietet, weil er gerade

sehr müde aussieht – ist das datenschutzrechtlich

erlaubt? Hier gibt es

vieles zu beachten und wir stehen

noch ganz am Anfang einer spannenden

Entwicklung.

Zwar kommen Halbleiter mit

dedizierter KI-Einheit erst im nächsten

Jahr auf den Markt, doch ab

dann werden sie definitiv auch

genutzt. So hält diese Technologie

allmählich Einzug in die HMI-

Welt. Dies bietet Herstellern große

Möglichkeiten: Sie können mit

ihren Kunden in die Diskussion

gehen und den Nutzen einer Neural

Network Engine in einem HMI

aufzeigen. Beispielsweise könnte

eine rotierende Komponente in

der Maschine via Mikrofon und

KI überwacht und über die Bedieneinheit

gegebenenfalls Fehler-

und Warnmeldungen ausgegeben

werden. Damit ganz eng

verbunden ist natürlich auch das

Thema Datenschutz. Deshalb wird

die Entwicklungstätigkeit zukünftig

deutlich weiter gefasst sein als bisher.

Entwickler müssen sich mehr

Gedanken über die Auswirkungen

einer Innovation machen und

dabei berücksichtigen, an welche

gesetzlichen Grenzen sie eventuell

gelangen und welche Datenschutzrichtlinien

gegebenenfalls

verletzt werden könnten. ◄

Machine Learning und

Künstliche Intelligenz

Neue Prozessoren wie der

i.MX 8M Plus von NXP bringen

meditronic-journal 4/2022

49


Bedienen und Visualisieren

Entwicklung von Haptiktechnologien

Weltweit einzigartiges Tool, um Fühlbares messbar zu machen: Künstlicher Finger ermöglicht präzise

Quantifizierung von aktiver und passiver Haptik. Die Software-Suite berechnet dann den Wahrnehmungsfilter als

objektiven Vergleichswert.

Da die Akustik untrennbar zur Haptik gehört, ist der ArFi ebenfalls mit

einem Mikrofon ausgestattet. Dieses nimmt Nebengeräusche, etwa ein

durch nicht fixierte Bauteile bedingtes Klappern, ebenso auf wie gezielte

Töne, beispielsweise das typische Klicken einer mechanischen Taste

Der ArFi von Grewus kann als erstes Gerät nicht nur passive, sondern auch

aktive Haptik messen und quantifizieren

GREWUS GmbH

www.grewus.de

Ob am Smartphone, an Haushaltsgeräten,

im Auto oder in Aufzügen:

Touch-Oberflächen ersetzen

zunehmend mechanische Tasten.

Allerdings geben diese kein typisches

„Klick-Gefühl“ ab; sie bestätigen

die Eingabe also nur visuell

oder akustisch, nicht jedoch auf

haptisch wahrnehmbare Weise.

Die Aufgabe, den Tastsinn anzusprechen,

übernehmen daher nun

piezoelektrische oder elektromagnetische

Aktuatoren, welche die

Haptik von gewöhnlichen Tasten

durch Vibrationen der Oberfläche

imitieren. Da diese jedoch nur minimale

Schwingungsbewegungen

generieren, können sie nicht wie

passive Schalter in einem Kraft-

Weg-Diagramm dargestellt, sondern

müssen unter anderem über

ihre Beschleunigung und Frequenz

beziffert werden. Um aktive Haptik

neben der passiven zu quantifizieren

und so deren subjektive Wahrnehmung

mit objektiven Werten zu

beschreiben, hat die Grewus GmbH

den künstlichen Finger ArFi entwickelt.

Dieser misst Beschleunigungen

einer Oberfläche unter Krafteinfluss

sowie den Schalldruckpegel

und kann auch S-Kurven

aufnehmen. Im Anschluss berechnet

die Software-Suite den Grewus

Haptic Intensity Value (GHIV), mit

dem sich das Wahrgenommene

durch einen objektiven Zahlenwert

erfassen lässt. Die Ergebnisse bieten

zentrale Anhaltspunkte, um den

Designprozess von aktivem haptischem

Feedback zu objektivieren.

Passende Haptik für jede

Anwendungen

„Als Haptic Solution Provider

unterstützen wir unsere Kunden

mit elektromagnetischen und piezoelektrischen

Technologien bei der

Herausforderung, die passende

Haptik für ihre Anwendungen zu

Die Messergebnisse des ArFi bieten zentrale Anhaltspunkte, um den

Designprozess von aktivem haptischem Feedback zu objektivieren

50 meditronic-journal 4/2022


Bedienen und Visualisieren

Das Stand-alone-Gerät ArFi kann über eine systemunabhängige

Browseranwendung bedient werden

Die Haptics Analyser Software rendert alle gemessenen Daten live in

grafische Diagramme und berechnet außerdem den Wahrnehmungsfilter

Grewus Haptic Intensity Value (GHIV)

generieren“, berichtet Elisa Santella,

Geschäftsführerin der Grewus

GmbH. „Hier begegnet uns häufig

der Wunsch, einen bestimmten

Schalter oder eine spezifische Taste

mithilfe von aktiver Haptik zu imitieren

– das Feedback soll sich irgendwie

‚crispy‘ anfühlen, aber trotzdem

weich und angenehm sein.“ Dabei

handelt es sich natürlich um subjektive

Empfindungen und Beschreibungen,

die es zunächst zu quantifizieren

gilt. Sogenannte passive Haptik,

wie sie herkömmliche Schalter

und Tasten generieren, wird in der

Regel mit einem Kraft-Weg-Diagramm,

auch S-Kurve genannt,

grafisch dargestellt. Im Gegensatz

dazu legt aktive Haptik, die mittels

elektromagnetischer oder piezoelektrischer

Aktuatoren generiert

wird, aber nur einen Weg von etwa

0,3 mm zurück. Daher ist statt dessen

die Beschleunigung zu messen und

im Zeit- sowie Frequenzbereich zu

analysieren.

Um aktive Haptik auch mit einer

Belastung der Oberfläche messen

und so mit der passiven vergleichen

zu können, hat Grewus den ArFi entwickelt.

Das Tool vereint als weltweit

erstes Gerät alle notwendigen Messmethoden

miteinander: Es verfügt

über zwei Beschleunigungssensoren,

von denen einer unmittelbar an

der „Fingerkuppe“ des Geräts befestigt

ist und der zweite frei auf der

zu messenden Touch-Fläche platziert

wird. Außerdem ist es mit einem

Kraftsensor sowie einem Mikrofon

ausgestattet. Dank dieser Konstruktion

kann der künst liche Finger alle

Messwerte erfassen, die für die

Evaluierung von Haptik – und der

stets damit in Zusammenhang stehenden

Akustik – erforderlich sind,

und daraus den objektiven GHIV als

einzelnen, vergleichbaren Zahlenwert

berechnen.

Quantifizierung, Evaluierung

und Spezifizierung von

Haptik

„Wenn wir die aktive Haptik einer

Applikation beschreiben, dann bringen

uns die technischen Spezifikationen

des verwendeten Aktuators

allein nicht weiter“, erläutert

Santella. „Diese Angaben sind

stets normiert und berücksichtigen

so nicht die realen Gegebenheiten

wie beispielsweise das tatsächliche

Gewicht oder die Dämpfung

der vom Aktuator in Schwingung

versetzten Fläche.“ Zudem weicht

die Empfindung eines Fingers, der

mit einer bestimmten Kraft auf die

Touch-Oberfläche drückt, deutlich

von den Messdaten eines ungedämpft

auf der Fläche aufliegenden

Sensors ab. Aus diesem Grund verfügt

der ArFi über zwei Beschleunigungssensoren,

die synchron auf

drei Achsen (x, y, z) messen können:

Der erste befindet sich direkt

unter dem Finger, der eine genau

definierte Kraft auf die Ober fläche

ausübt; der zweite kann beliebig auf

der Touch-Fläche platziert werden,

um die Homogenität der Haptikverteilung

zu überprüfen. Da die

Resonanzfrequenz der Mechanik

vom individuellen Kraftaufwand

abhängt, kann der künstliche Finger

zwischen 0,1 N, was einer gerade

wahrnehmbaren Berührung entspricht,

und 10 N erzeugen, also

eine Last von etwa 1 kg.

Dazugehöriger Sound

Da die Akustik untrennbar zur

Haptik gehört, ist der ArFi ebenfalls

mit einem Mikrofon ausgestattet.

Dieses nimmt Neben geräusche,

etwa ein durch nicht fixierte Bauteile

bedingtes, ungewolltes Klappern,

ebenso auf wie gezielte Töne, beispielsweise

das typische Klicken

einer mechanischen Taste. Denn

um passive Haptik authentisch

nachzubilden, ist es unerlässlich,

den dazugehörigen Sound mit einzubeziehen.

„Jeder kennt doch

das Klick-Geräusch einer Taste“,

bekräftigt Santella. „Dabei sorgt das

Zusammenspiel mehrerer Sinnesempfindungen

– in diesem Fall Haptik

und Akustik – dafür, dass ein

bestimmter Reiz – hier das haptische

Feedback – anders wahrgenommen

wird.“ Da es sich bei dem

künstlichen Finger von Grewus um

ein Tool handelt, das den Entwicklungsprozess

erleichtern soll, wurde

Da die Resonanzfrequenz der Mechanik vom individuellen Kraftaufwand

abhängt, kann der künstliche Finger zwischen 0,1 N, was einer gerade

wahrnehmbaren Berührung entspricht, und 10 N erzeugen, also eine Last

von etwa 1 kg

meditronic-journal 4/2022

51


Bedienen und Visualisieren

Der ArFi ist ein nützliches Werkzeug für die Haptikentwicklung, das

eine Brücke zwischen den Vorstellungen der Anwender, wie sich eine

bestimmte Applikation letztendlich anfühlen soll, und den evaluierbaren,

quantifizierbaren Daten schlägt

in erster Linie auf eine unkomplizierte

Handhabung Wert gelegt. So misst

er taktiles Feedback unter Berücksichtigung

aller relevanten Werte

wie der Beschleunigung unter einem

spezifischen Krafteinfluss, der Auslöseschwellen

und der begleitenden

Akustik vollumfänglich und be reitet

sie zur Weiterverarbeitung auf. Auf

diese Weise wird es schließlich möglich,

die subjektive Empfindung von

„präzise“ oder „weich“ mit einem

objektiven Zahlenwert zu beschreiben,

auf den sich eine spezifische

Applikation gezielt hin entwickeln

und optimieren lässt.

Stand-alone-Gerät mit

Analysesoftware

Das Stand-alone-Gerät ArFi

kann über eine systemunabhängige

Browseranwendung bedient

werden. Die Software ArFi Haptic

Analyser rendert die gemessenen

Werte in Diagramme. Alle gemessenen

Daten können nachträglich

analysiert und angepasst sowie

zur weiteren Verarbeitung in gängige

Formate wie Excel oder CSV

exportiert werden. Die analytische

Bewertung eines spezifischen haptischen

Effekts wird damit komfortabel

möglich. Bei einem der automatisch

vom ArFi Haptic Analyser

berechneten Werte handelt es sich

um den bereits erwähnten GHIV. Er

basiert auf einer mathematischen

Funktion, welche die menschliche

Wahrnehmung des vibro-taktilen

Feedbacks mit einem Zahlenwert

beschreibt. Dieser lässt sich nutzen,

um die Intensitäten verschiedener

Haptiken zu vergleichen oder

nachzubilden.

„Der ArFi ist ein nützliches Werkzeug

für die Haptikentwicklung, das

eine Brücke zwischen den Vorstellungen

der Anwender, wie sich eine

bestimmte Applikation letztendlich

anfühlen soll, und den evaluier baren,

„Mit dem ArFi haben wir ein

Testsystem entwickelt, um Haptik

spezifizieren, evaluieren und

quantifizieren zu können. Dafür

wurden wir auch erfolgreich vom

Zentralen Innovationsprogramm

Mittelstand (ZIM) gefördert“, so

Elisa Santella, Geschäftsführerin bei

GREWUS

quantifizierbaren Daten schlägt“,

fasst Santella zusammen. „Er hilft

uns maßgeblich dabei, aktive Haptik

während der Entwicklungsphase

quantifizierbar und Optimierungsschritte

in der Applikation messbar

zu machen.“◄

Komfortables 3D-Stereo Arbeiten in der Medizintechnik

Komfortables Arbeiten im Sinne höchster

Anwenderzufriedenheit - die 3D PluraView

Monitorserie sorgt dank innovativer Technologie

für perfekte Stereo-Visualisierung und

komfortables Arbeiten in allen medizinischen

Anwendungsbereichen.

Anspruchsvolle Aufgabengebiete in der

modernen Medizintechnik, wie z. B. OP-Planung,

3D-Computertomographie, anatomische Bildgebung

und Visualisierung von Medizindaten

erfordern oft eine räumliche Darstellung in 3D.

Die 3D PluraView Monitorfamilie ist das passive

3D-Stereo System mit der höchsten Nutzer-Akzeptanz

aller derzeit am Markt befindlichen

3D-Stereo Monitore.

Die Plug & Play Beamsplitter-Technologie ist

bereits seit 13 Jahren im Markt etabliert und hat

sich in der 4K 10-Bit (UHD) Version als 3D-Stereo

Referenz durchgesetzt. Die intuitive Bedienung,

aber vor allem der hohe Betrachtungskomfort

in 3D-Stereo, verbessert das Handling

komplexer Visualisierungen deutlich. Denn mit

dem 3D PluraView können die Anwender im

Gegensatz zu früher (2D-Darstellung) sich nun

komplett durchgängig im 3D-Umfeld bewegen.

Diese Möglichkeit der räumlichen Betrachtung

bringt ein komfor tables und zugleich innovatives

Arbeiten in allen Anwendungsbereichen

der Medizintechnik mit sich. Der 3D PluraView

ist geeignet für alle 3D-Stereo fähigen Software-Anwendungen

im Medizinbereich, wie

z.B. VSP, Stereo staxie, MOE, Forsina CT-VR,

Versalius 3D, Sybyl, VMD syngo.fourSight

oder syngo.Via.

Das Arbeiten mit neuster Technologie ist

nicht nur für Institute, Krankenhäuser und Forschungseinrichtungen

von großem Nutzen,

auch Mitarbeiter profitieren davon. Auf gaben

können schneller und präziser umgesetzt werden,

wodurch die Motivation der Anwender, wie

auch die Identifikation mit dem Aufgabengebiet

deutlich gesteigert wird.

Schneider Digital

info@schneider-digital.com

www.schneider-digital.com


Komponenten

Sicher und zuverlässig dank anwendungsorientierter Elektromagnetischer

Verträglichkeit

Medizinische Elektronik fordert

immer höhere Standards, die

Anwendungen werden immer komplexer

und störungsfreies Arbeiten

ist gerade im Gesundheitssektor

essentiell und kann lebenswichtig

sein. Wo allerdings elektronische

Geräte im Einsatz sind, gibt

es auch elektromagnetische

Störungen. Wie

sich das auf ein Gerät

oder auch andere elektronische

Geräte in der

Umgebung auswirkt, ist

der Bereich, wo EMV ins

Spiel kommt.

Ob im Klinikalltag oder

auch bei Health-Care-

Geräten im häuslichen

Bereich: Durch Technologien

wie z. B. Bluetooth

oder WiFi, aber

auch durch elektromagnetische

Störungen,

die von anderen Ge räten

ausgehen, kann es

zu Beeinträchtigungen

hinsichtlich der elektromagnetischen

Verträglichkeit

kommen. Es ist

daher wichtig, sicherzustellen, dass

ein Gerät keine unbeabsichtigten

Ausfälle bei anderen Ge räten verursacht

und gleichzeitig soll das

Gerät selbst in diesem Zusammenhang

auch geschützt werden. Kunststoffgehäuse

bieten i.d.R. von Natur

aus keinen Schutz gegen elektromagnetische

Strahlung: Hier kann

man durch eine Aluminiumbeschichtung

auf der Gehäuse innenseite entgegenwirken,

so dass Störungen

und Schäden in diesem Zusammenhang

sogar gänzlich vermieden

werden können.

OKW bietet die Aluminiumbeschichtung

als Individualisierungsmöglichkeit

an. Zusammen mit weiteren

kundenspezifischen Dienstleistungen,

wie z. B. mechanische

Bearbeitung, Lackierung oder

Bedruckung fertigt OKW individuelle

Gehäuselösungen, abgestimmt

auf die Anforderungen der Kunden.

Odenwälder

Kunststoffwerke

www.okw.com

Massenproduktion von freiliegenden PCB-Leitern

Die Fertigung von Leiterbahnstrukturen

ohne Basismaterial ist

für viele Leiterplattenhersteller eine

Herausforderung. Doch nicht für

Varioprint: Das Unternehmen realisiert

vollständig fliegende Leiterbahnen

für Leiterplattenanwendungen

aus der Medizinbranche.

Mikroleiter für

die medizinische

Massenproduktion

Die neuartige Zwei-Lagen-

Flex-Leiterplatte wurde aus Polyimid

mit 25 - 50 µm Dicke realisiert.

Lasergebohrte Microvias mit

einem Durchmesser von 75 µm

verbinden die zwei Lagen miteinander.

Die Microvias sind zu

90 % mit Kupfer gefüllt und die

Endoberfläche wurde mit galvanischem

Gold veredelt. Die einzigartige

Varioprint-Lösung umfasst

ein speziell entworfenes, lasergefrästes

170-µm-Fenster. Die

hochflexiblen Prozessparameter

von Varioprint ermöglichen, eine

solch fragile Außenkontur

in Massenproduktion

zu fertigen.

Ein historischer

Erfolg für Varioprint

Bisherige Machbarkeitsbeschränkungen

und technische Hindernisse

wurden in

enger Zusammenarbeit

mit dem Kunden überwunden

und führten zu

einem erfolgreichen

Scale-up, bei dem alle

vorgegebenen Spezifikationen

erfüllt wurden.

Dieser einzig artige

interdisziplinäre Ansatz stellt

einen Durchbruch in der Flex-

Technologie für fliegende Leiterbahnen

dar. Zum ersten Mal in

der Geschichte von Varioprint ist

es gelungen, eine reproduzierbare

Lösung für Leiterbahnstrukturen

ohne Basismaterial als Träger

zu finden. Der moderne und

Lasergefrästes Fenster mit 100 µm Leiterbahn

zukunftsorientierte Produktionsstandort

ermöglicht es Varioprint,

solche anspruchsvollen technischen

Anforderungen erfolgreich

zu bewältigen.

Mit diesen fortschrittlichen

technischen Möglichkeiten verschiebt

Varioprint die Grenzen

der Flex-Technologie und verstärkt

die Performance der Produkte

ihrer Kunden.

Varioprint AG

info@varioprint.ch

www.varioprint.ch

meditronic-journal 4/2022

53


Komponenten

Darf es ein bisschen schneller sein?

Highspeed-Steckverbinder von ept für maximale Designflexibilität

ept GmbH

www.ept.de

Die Nachfrage nach Steckverbindern

für anspruchsvolle

Highspeed-Datenübertragungen

wächst stetig – und mit ihr das

Angebot des Steckverbinderherstellers

ept. So ist der Highspeed-

Steckverbinder Colibri nicht nur in

der Version 10 Gbit/s, sondern

auch 16 Gbit/s verfügbar. Dabei

entspricht er den Anforderungen

der COM-Express-Spezifikation

und eignet sich somit für Anwendungen

nach USB 3.1

Gen2 und PCIe 4.0.

Grund hierfür ist sein

auf Highspeed optimiertes

Kontaktdesign.

Dadurch gelingt ihm die

störungsfreie Übertragung

hoher Daten raten,

wie sie auch bei industriellen

Anwendungen

erforderlich sind. Dazu

gehören neben den

COM-Express-Spezifikationen

vor allem Mez-

zanine-Board-to-Board-

Systeme. So findet der Colibri

bereits in den verschiedensten

Gebieten Anwendung: Nicht nur

in der industriellen Automatisierung,

sondern auch in der Medizinund

Messtechnik, Gebäudetechnik,

Unterhaltungselektronik, im

Gaming sowie im Bereich Transportation

und in POS-Systemen

zählt man bereits auf seine Signalqualität.

Was diesen Steckverbinder

dabei besonders auszeichnet:

Plug und Receptacle stehen in den

Polzahlen 40, 80, 120, 160 und

220 zur Ver fügung und ermöglichen

damit maximale Flexibilität

beim Elektronik design. Eine

440-polige Version, bestehend

aus zwei Plugs beziehungsweise

Receptacles mit je 220 Pins, wird

in einem Bestückrahmen zusammengehalten.

Durch seine kompakte

Bauweise bei einem Raster

von nur 0,5 mm ist der kleine Highspeed-Profi

geradezu prädestiniert

für seinen Einsatz in miniaturisierten

Anwendungen.

Zugleich sorgen seine verschiedenen

Bauhöhen von 5 mm und

8 mm für weitere Flexibilität im

Elektronikdesign durch variable

Leiterplattenabstände. Ein weiterer

Vorteil: Beide Versionen

des Colibri, sowohl 10 Gbit/s als

auch 16 Gbit/s, sind zueinander

layout- und steckkompatibel. Mit

diesem Steckverbinder sind der

Highspeed-Anwendung wirklich

keine Grenzen gesetzt. ◄

Massenflussreglerserie um weitere Produktvarianten erweitert

Sensirion erweitert seine Produktpalette um

zwei weitere Massenflussregler der Erfolgsserie

SFC5500 sowie um vier neue Massenflussmesser,

die die Serie SFM5500 bilden.

Die neuen Massenflussregler und -messer eignen

sich bestens für Analyse-, Medizin- und

Industrie anwendungen.

Die leistungsstarken Massenflussregler

und -messer sind für mehrere Gase kalibriert

und verfügen über Steckanschlüsse, die der

Benutzer selbst aus der Liste kompatibler Teile

auswählen und austauschen kann. Dank seines

äußerst weiten Regelbereichs kann jedes

Gerät mehrere Durchflussbereiche abdecken,

für die sonst separate Geräte erforderlich sind.

Der vielseitige Massenflussregler SFC5500 ist

nun für den Bereich von 50 sccm bis 200 slm

verfügbar. Zudem wird mit der neuen Massenflussmesserserie

SFM5500 eine genauso leistungsstarke,

aber ventillose Schwesterversion

des SFC5500 angeboten. Diese druckfesten

Massenflussmesser gibt es ab sofort für die

folgenden Regelbereiche: 50 sccm, 0,5 slm,

2 slm und 10 slm.

Die Serie SFC5500 bzw. SFM5500 bildet den

Höhepunkt der 20-jährigen Erfolgsgeschichte

von Sensirion in der hochpräzisen Gasflussregelung.

Der Sensor basiert auf dem mikrothermischen

Messprinzip sowie der bewährten

CMOSens MEMS Technologie von Sensirion.

Das Ergebnis sind kompromisslose Massenflussregler

und -messer mit erstklassiger Leistung

und hoher Zuverlässigkeit, die im Gegensatz

zu den meisten anderen Geräten auf dem

Markt keine Drift aufweisen und im laufenden

Betrieb nicht nachkalibriert werden müssen.

Dank des außerordentlich großen Regelbereichs,

den der CMOSens MEMS Durchflusssensor

ermöglicht, deckt die Serie SFC5500

mehrere Durchflussbereiche traditioneller Massenflussregler

und -messer mit einem einzigen

Gerät ab. Dank der Kalibration für unterschiedliche

Gase und der austauschbaren Steckanschlüsse

sind die Massenflussregler der Serie

SFC5500 und SFM5500 die ersten Geräte auf

dem Markt, die in Standardausführung erhältlich

sind und sich für eine Vielzahl von Analyse-,

Medizin- und Industrieanwendungen

eignen. Dank dieser Vielseitigkeit ist die Serie

SFC5500 bzw. SFM5500 auch die erste weltweit,

die über Katalogdistributoren erhältlich ist.

Die Serie SFC5500 bzw. SFM5500 ist für

eine große Bandbreite an Anwendungen geeignet,

bei denen höchste Genauigkeit, maximale

Geschwindigkeit sowie ein größtmöglicher

dynamischer Bereich nötig sind: Mischgasanwendungen

in Medizin- und Analyseinstrumenten,

Prozesssteuerung und Industrieautomatisierung,

Forschung und Entwicklung

sowie Prototyping.

Sensirion

www.sensirion.com

54 meditronic-journal 4/2022


Neuronale Schnittstellen werden

leistungsfähiger

Neuronale Schnittstellen ergänzen auf spektakuläre Weise die Mensch-Maschine-Interaktion –

auch in der Medizin.

Komponenten

Imecs Lösung erreicht eine

Rausch-, Verlustleistungs- und

Flächenleistung, die mit den aktuellen

State-of-the-Art-Neuropixels-

Designs vergleichbar oder sogar

besser ist und gleichzeitig den

Dynamikbereich und die Elektroden-DC-Offset-Toleranz

über einen

AC-gekoppelten Wandler erhöht.

Das 128-kanaligen Auslese-ICs

Imec

www.imec-int.com

Als vor Jahrzehnten Wissenschaftler

verschiedene Sensoren

in Schimpansen einbrachten,

um mit deren Gefühlen eine aufwendige

Vorrichtung zu beeinflussen,

die den Probanden Bananen

spendierte, war das ein Erfolg. Der

war möglich, weil das Nervensystem

auch elektrochemische Signale

nutzt. Der heutige Stand der

Mikro elektronik verschafft dem

Konzept Breitenwirksamkeit, etwa

in Forschung und Medizin oder für

gelähmte Menschen.

Basics

Mit einer neuralen Schnittstelle

kann man die Signale lesen, um sie

hernach auszuwerten. Neuronale

Schnittstellen zielen mittels direkter

oder indirekter Verbindung auf

verschiedene Teile des neuronalen

Systems. Dabei nutzen sie nicht-eintauchende,

halb-eintauchende oder

eintauchende Sensoren.

In der Medizin dienen diese

Schnittstellen vor allem der Diagnose.

Durch sogenanntes Neurofeedback

soll der Patient lernen, seinen

eigenen Zustand zu verändern.

Solche Geräte sind bereits Realität.

In jüngster Zeit wurden mehrere

innovative Auslesearchitekturen

untersucht, um Leistungsparameter

wie Energieverbrauch, Rauschen,

Elektroden-Gleichstrom-

Offset und Eingangsbereich auszuloten.

Ein Kompromiss zwischen all

diesen Parametern ist jedoch nicht

leicht zu erreichen. Etwa Direktdigitalisierungs-Frontends,

die die Signale

nahe der Quelle in die digitale

Welt bringen, haben ein großes

Potenzial zur drastischen Verringerung

der Fläche, schneiden jedoch

in punkto Leistungsaufnahme, Bandbreite

und Unterdrückung des Elektroden-DC-Offsets

vergleichweise

schlecht ab.

Skalierbarer neuronaler

Auslese-Mikrochip

Der neue skalierbare neuronale

Auslese-Mikrochip ist besonders

klein und ermöglicht dennoch die

gleichzeitige Erfassung von lokalen

Feldpotentialen und von Aktionspotentialen

in neurophysiologischen

Experimenten. Der Chip

basiert auf einer neuartigen ACgekoppelten

Delta-Delta-Sigma-

Architektur 1. Ordnung, welche auch

sehr schwache Signale in den digitalen

Bereich umsetzen kann. Auch

in punkto Energieverbrauch steht

der Chip sehr gut da.

AC-Kopplung und direkte

Digitalisierung

„Uns ist es gelungen, AC-Kopplung

und direkte Digitalisierung zu

kombinieren, um Rail-to-Rail-DC-

Offset-Auslöschung und einen höheren

Eingangsbereich (43 mVpp) als

andere AC-gekoppelte Designs zu

erreichen. Dies ist wichtig, um eine

Sättigung der Aufnahmekanäle zu

verhindern und mögliche Bewegungs-/Stimulationsartefakte

zu

beherrschen. Die AC-gekoppelte

Eingangsstufe reduziert außerdem

den Energiebedarf (insgesamt

8,34 µW pro Kanal), da nur

AC-Signale digitalisiert werden“,

erklärt Carolina Mora Lopez, Teamleiterin

des Circuits for Neural Interfaces

Teams von Imec.

Spezielle Architektur

Diese spezielle Architektur ermöglicht

die Implementierung eines

großen Teils der Funktionalität – z.B.

des Anti-Aliasing-Filters – in die

digitale Domäne. Daher ist es möglich,

die Gesamtfläche des Kanals

(0,005 mm 2 ) deutlich zu verkleinern

und die Signalqualität zu verbessern,

indem die Vorteile eines hochskalierten

Technologieknotens (22 nm

FD-SOI) genutzt werden.

„Dieses skalierbare, digital-intensive

Design gewährleistet eine kleine

Grundfläche und einen stromsparenden

IC mit guter Leistung für die

gleichzeitige Erfassung von neuronalen

Signalen. Es öffnet den Weg

zu noch kleineren Sonden mit höherer

Elektrodendichte, die die neurowissenschaftliche

Forschung voranbringen

kann“, fasst Carolina Mora

Lopez zusammen. ◄

meditronic-journal 4/2022

55


Komponenten

Leistung auf kleinstem Raum

Panasonics Wi-Fi Modul PAN9520 im Rutronik Wireless-Portfolio

Rutronik Elektronische

Bauelemente GmbH

www.rutronik.com

Neuer Joystick basierend

auf Hall-Effekt-ICs

knitter-switch, einer der führenden Schalterhersteller

Europas, bietet einen neuen Joystick,

basierend auf Hall-Effekt-ICs. Mögliche Einsatzgebiete

sind Kamerasteuerungen, Geräte

für Behinderte, Positioniertische im medizinischen

und industriellen Bereich, Instrumente

oder Bühnentechnik.

Der Joystick ist nicht nur in alle Richtungen

flexibel – er verfügt auch über eine „Enter“-

Taste. Und dank steckbarem Kabel ist er sehr

bequem zu montieren. Der neue Joystick verfügt

darüber hinaus über eine lange Lebensdauer:

X- und Y-Achse: 5 000 000 Zyklen, Z-Achse

(Option) 1.000 000 Zyklen. Der Analogausgang

hat 0…5 V DC.

knitter-switch

www.knitter-switch.com

Das Panasonic PAN9520 ist

ein 2,4 GHz 802.11 b/g/n embedded

Wi-Fi Modul und basiert

auf dem ESP32-S2 von Espressif.

Dieser hochintegrierte Single-

Core-Wi-Fi- Mikrocontroller-SoC

mit geringem Stromverbrauch enthält

eine leistungsstarke Xtensa

32-bit LX7 CPU. Zudem ist er auf

Sicherheit und Kosteneffizienz bei

gleichzeitig hoher Leistung ausgelegt.

Durch die integrierte Chipantenne

und den QSPI-Speicher

eignet sich das PAN9520 für eine

Vielzahl von Stand Alone- und Hostgesteuerten

Anwendungen. Es zählt

zu einem der kleinsten Geräte auf

dem Markt (24 x 13 x 3,1 mm) und

ermöglicht ein breites Spektrum an

Peripheriegeräten über Schnittstellen

wie u. a. Full-Speed-USB-OTG,

SPI, UART, I²C. Das Modul ist entweder

als 4 MB Flash-Version mit

2 MB PSRAM oder als 1 MB Flash-

Variante ohne PSRAM verfügbar.

Anwendungsgebiete sind z. B.

Gebäudeautomatisierung, Medizintechnik

und Robotik sowie Smart

City-Infrastrukturen. Unter www.

rutronik24.com ist das Panasonic

PAN9520 erhältlich.

Sichere Datenverbindung

Panasonic kombiniert im

PAN9520 eine Hochleistungs-

CPU, einen Basisbandprozessor

(BB), ein hochempfindliches drahtloses

Funkgerät, einen ROM-Bootloader

und einen Medium Access

Controller (MAC). Ebenso enthält es

eine Verschlüsselungseinheit, chipinternes

SRAM sowie modulinternes

QSPI-Flash und PSRAM (4 MB

Flash-Version). Das Modul garantiert

eine sichere Datenverbindung dank

BIP, CCMP, TKIP, WAPI, WEP und

einem AES-Beschleuniger. Der integrierte

Quarz gewährleistet eine Verbindungsleistung

über die gesamte

Lebensdauer bei einem Temperaturbereich

von -40 °C bis 85 °C. Der

parallele Support von Access Point

und Station Mode gewährleistet

die einfache Einrichtung mehrerer

Wi-Fi-Verbindungen vom Modul zu

Smart Devices und Heimnetzwerk-

Routern. Das Espressif Integrated

Development Framework (ESP-IDF)

ermöglicht dank einer großen Auswahl

von Programmbeispielen die

Entwicklung von Software für verschiedenste

Anwendungen.

Weitere Eigenschaften:

• 802.11mc – Fine Time Measurement

• Output 19,5 dBm bei IEEE 802.11b

@1 Mbps

• Empfindlichkeit -97 dBm bei IEEE

802.11b @1 Mbps

• Stromverbrauch 190 mA Tx, 68

mA Rx, 310 mA Tx peak

• Spannungsbereich: 3 V bis

3,6 V ◄

56 meditronic-journal 4/2022


Komponenten

Einweg- oder Mehrwegprodukte im

medizinischen Bereich?

Wie sich Wegwerf- und wiederverwendbare Komponenten in der Medizin kombinieren lassen.

Kunststoff. Das Portfolio ist flexibel

mit allen ODU MEDI-SNAP Produkten

kombinierbar, welche für bis

zu 5000 Steckzyklen geeignet sind.

Egal ob im medizinischen, zahnmedizinischen

Bereich oder der

häuslichen Versorgung, es stellt sich

immer wieder die Frage nach der

Wiederverwendbarkeit von Medizinprodukten.

Generell gibt es zwei

verschiedene Möglichkeiten: Mehrwegartikel,

die nach der Benutzung

gereinigt und in den meisten Fällen

sterilisiert, oder Einwegartikel

die anschließend entsorgt werden.

Bereits im Vorfeld entscheidet

der Produktmanager des medizinischen

Endproduktes, welche Komponenten

und Zubehörteile als Einweg-

oder Mehrwegprodukt bezogen

werden, immer im Einklang mit

dem Risikomanagement. An oberster

Stelle steht der Patient, für den

höchste Sicherheitsstandards gelten.

Neben der Sicherheit, stehen

die Anforderungen an Kosten, Zeit

und Qualität der Medizinprodukte

im Vordergrund. Zusätzlich muss

für Anwender, wie beispielsweise

medizinischem Personal, eine einfache

Handhabung der Medizinprodukte

gewährleistet werden. Die

ODU GmbH & Co. KG

www.odu.de

Prämisse lautet, möglichst wenig

Aufwand für das Austauschen und

Ersetzen der jeweiligen Medizinkomponenten

nach dem Gebrauch.

Beständigkeit ist gefragt

Im medizinischen Alltag kommen

verschiedenste Desinfektions- und

Reinigungsmittel zum Einsatz. Diese

können Materialien des medizinischen

Endgerätes sowie der Zubehörteile,

wie beispielsweise einen

konfektionierten Steckverbinder, auf

unterschiedlichste Art beeinflussen.

Einzelne Komponenten aus Kunststoff

können sich verfärben, durch

Wärme verformen, Risse bekommen

und am Ende sogar brechen.

Der Kunde erwartet ein ressourcenschonendes,

langlebiges sowie

robustes Qualitätsprodukt, das in

verschiedensten Anwendungsbereichen,

unter anderem der Endoskopie

sowie der Robotik verwendet

werden kann. In diesen Bereichen

wird häufig auf Mehrwegprodukte

gesetzt, da die Endgeräte sehr

teuer sind und dadurch eine lange

Lebensdauer gewährleistet werden

muss. Das ODU Rundsteckverbinder-Portfolio

bietet verschiedenste

Varianten aus Metall und Kunststoff,

die desinfizier- sowie sterilisierbar

und dadurch sehr beständig sind.

Neben dem Steckverbinder wird auf

Wunsch auch die komplette Konfektionierung

übernommen. Hierbei

wird für den Mehrwegbereich

häufig eine Silikonumspritzung inkl.

Silikonkabel verwendet.

Kosteneffizienz sowie

Zeitersparnis im Fokus

Gerade in der häuslichen Versorgung

und in vielen Bereichen

von medizinischen Einrichtungen,

geht aufgrund des erhöhten Aufwands

der Reinigung, Sterilisation

und Verpackung der Trend zu Einwegprodukten.

Die bei Mehrwegprodukten

anfallenden Kosten für

z. B. die Anschaffung eines Autoklavs,

Kosten für benötigtes Desinfektionsmittel

sowie steriles Verpackungsmaterial,

können dadurch eingespart

werden. Im Zuge der Pandemie

musste das medizinische Personal

auf noch effizientere Weise

eingesetzt werden, sodass Einwegprodukte

die Aufbereitung der Medizinprodukte

ersetzten. Aus ökologischer

Sicht sind Einwegkomponenten

zu überdenken. Allerdings

ist es häufig aufgrund der Anforderungen

nicht möglich, auf diese zu

verzichten.

ODU bietet für diese Anforderungen

bereits fertig konfektionierte

Einweg-Abreißsteckverbinder

sowie Einweg-Geräteteile aus

Die Kombination macht den

Unterschied

Jedes Medizingerät hat unterschiedlichste

Anforderungen an die

Sicherheit, die Beständigkeit und die

Kostenstruktur. Der Hersteller entscheidet

bereits bei der Produktentwicklung,

welche Bauteile als Mehrweg-

oder Einwegprodukte verwendet

werden. In den meisten Fällen,

wird es eine Kombination aus beiden

sein: Kosteneffiziente Zubehörteile

als Einwegprodukte, die dennoch

den Hygiene- und Sicherheitsanforderungen

entsprechen, sowie

langlebige Medizingeräte, Monitorsysteme

und Roboter, bei denen

besonders beständige und robuste

Komponenten gefragt sind.

Erfüllung höchster Sicherheitsanforderungen

Mit dem Inkrafttreten der Medical

Device Regulation (MDR) am

27.05.2021 verändern sich die Anforderungen

an Hersteller und Inverkehrbringer

von Medizinprodukten.

Ein adäquates Änderungsmanagement

und angemessenes Risikomanagement,

sowie eine lückenlose

Rückverfolgbarkeit der Produkte

stehen unter anderem im Fokus. Als

Lieferant für medizinische Applikationen

unterstützt ODU seine Kunden

bei der Erfüllung der Forderungen.

Auch mit Blick auf den Anwender-

und Patientenschutz setzt die

Medizin auf höchste Sicherheit hinsichtlich

der IEC 60601-1. Hierbei

kommt dem vollständigen Berührschutz

von Bediener und dem versorgten

Patienten im Fall einer

Störung eine besondere Bedeutung

zu. Mit den Vorgaben von bis

zu 2x MOOP (Means of Operator

Protection) und 2x MOPP (Means

of Patient Protection) orientiert sich

ODU mit seinem Rundsteckverbinderportfolio

an den höchsten Sicherheitsstandards.


meditronic-journal 4/2022

57


Künstliche Intelligenz

Einsatz von KI-Bildanalyse zur Erkennung und

Vorbeugung von Krankheiten

Ein Eingreifen in Echtzeit kann

die Überlebensrate verbessern

und Ärzten helfen, einen personalisierten

Behandlungsplan auf der

Grundlage der gewonnenen Daten

zu entwickeln. Das Journal of the

American College of Radiology

beleuchtet die Zukunft der KI-Bilderkennung

im Gesundheits wesen,

indem es die verschiedenen Anwendungen

und deren Marktbedarf auflistet.

Einem kürzlich im Journal of

the American College of Radiology

erschienenen Bericht von Dr. Alan

Alexander zufolge werden derzeit

KI-basierte Bildgebungsgeräte für

CT-Scans (90 %), MRTs (60 %)

und Röntgenaufnahmen (56 %)

eingesetzt.

ARROW Electronics

www.arrow.de

In den letzten Jahren hat die

Gesundheitsbranche relativ schnell

Systeme für maschinelles Lernen,

fortschrittliche Algorithmen und

Lösungen für künstliche Intelligenz

integriert, um Präzisionsmedizin zu

betreiben. Die fortschrittliche Technologie

scannt und analysiert Big

Data, um relevante Diagnosen zu

erhalten und verschiedene Krankheiten

zu erkennen.

Die KI-Bilderkennung verbessert

die Vorhersagefähigkeit von Patientenergebnissen

durch Big Data

Analytics. Sie wandelt die aufgenommenen

Bilder in Daten um,

bevor sie die Informationen analysiert,

um Anomalien zu erkennen.

Anhand dieser Ergebnisse können

Radiologen frühe Anzeichen

einer Erkrankung erkennen und

einen individuellen Behandlungsplan

entwickeln.

Die rasche Einführung von KIbasierten

Bildgebungsgeräten (in

Anwendungsfällen wie Röntgen,

MRT und CT) und die steigenden

Investitionen in fortschrittliche Technologien

für das Gesundheits wesen

haben zu einem Aufschwung bei der

Einführung und Nutzung geführt.

Die Investitionen begannen im Jahr

2016, als sich KI als sehr vielversprechend

erwies – seither spielt sie

in der Medizin eine immer wichtigere

Rolle. Tatsächlich sagen Marktberichte

voraus, dass die KI-Bilderkennung

bis zum Jahr 2026 eine

jährliche Wachstumsrate (CAGR)

von 30,4 % erzielen kann (Mordor

Intelligence, 2021).

In diesem Artikel beleuchten wir

das Wachstum der KI-Bilderkennung

bei der Erkennung und Vorbeugung

von Krankheiten und erörtern,

welche Rolle Radiologen bei

dieser Entwicklung spielen und was

die Zukunft der KI mit sich bringt.

Nutzung der

KI-Bilderkennung für

die Frühdiagnose von

Krankheiten

Im Laufe der Jahre hat Künstliche

Intelligenz aufgrund ihrer höheren

Spezifität und niedrigeren Rückrufraten

begonnen, den Gesundheitsmarkt

zu dominieren. Diese

Aspekte erhöhen das Produktivitätsniveau

und die Leistungs fähigkeit bei

der Diagnose verschiedener Krankheiten.

Die moderne diagnostische

Bildgebung ermöglicht es Radiologen,

frühe Anzeichen von Krebs,

Tumoren und anderen Krankheiten

zu erkennen.

Nicht-invasive Diagnostik

Mediziner bevorzugen KI-basierte

Bildgebungsgeräte anstelle von

Biopsieverfahren. Dieser nichtinvasive

Ansatz zur Diagnose und

Erkennung hilft, unerwünschte Komplikationen

zu vermeiden, die Ärzte

bei einer Biopsie erleben können.

Die Ergebnisse sind genauer und

präziser als bei herkömmlichen

Diagnosemethoden. So können

beispielsweise CT-Scans mit Hilfe

fortschrittlicher Technologie Genmutationen

und Läsionen frühzeitig

erkennen.

Darüber hinaus lassen sich so

kleine radiologische Anomalien

feststellen, die vorher unerkannt

geblieben wären. KI nutzt maschinelles

Lernen und Algorithmen,

um gewebebezogene Muster und

Anomalien zu erkennen. Dank ihrer

hohen Empfindlichkeit können diese

Geräte inkonsistente Muster auf

einer Ebene erkennen, die Radiologen

bei der ersten Konsultation

oder bei oberflächlichen Messungen

nicht erkennen können.

Wird Künstliche Intelligenz

Ärzte ersetzen?

Oft wird es für eine unvermeidliche

Folge der Einführung von KI gehalten,

dass PCs und Roboter intelligenter

werden als ihr menschliches Vorbild

und so den Menschen irgendwann

ersetzen. Man könnte sich also fragen,

ob das stetige Wachstum von

58 meditronic-journal 4/2022


Künstliche Intelligenz

KI-basierten Geräten im Gesundheitswesen

dazu führen könnte,

dass beispielsweise der menschliche

Radiologe ersetzt werden kann.

Dies wird in absehbarer Zeit nicht

der Fall sein, da die neue Technik

unterstützt und die Diagnose erleichtert,

aber die menschliche Entscheidung

nicht ersetzen kann. Außerdem

befindet sich die KI-Bilderkennung

derzeit noch in der Entwicklungsphase.

Man sollte auch nicht vergessen,

dass die Entscheidungsfindung

Geschicklichkeit und medizinisches

Wissen erfordert, das über

die algorithmusbasierten Ergebnisse

hinausgeht. Selbst wenn die KI-Bildgebung

die traditionellen Diagnosetechniken

bei quantitativen Aufgaben

übertrifft, reicht sie bei der medizinischen

Entscheidungsfindung bisher

nicht an die menschliche Genauigkeit

heran. Man sollte also die Integration

des maschinellen Lernens

als ergänzende Diagnoselösung für

bestimmte Krankheiten in Betracht

ziehen. Es kann interessierten Radiologen

helfen, ihre Produktivität zu

steigern, indem sie den klinischen

Zeitaufwand reduzieren und die Patientenerfahrung

verbessern.

Der Radiologe für die

richtige Diagnose

Ein kürzlich erschienener Artikel

im Lancet stellt außerdem fest,

dass Radiologen die Patientenergebnisse

optimieren können, wenn

sie bestimmte KI-bezogene Rückschlüsse

berücksichtigen. So kann

es beispielsweise schwierig sein,

eine frühe Diagnose zu beweisen,

wenn die Ergebnisse auf Anomalien

hinweisen, für die es keine umfassende

wissenschaftliche Unterstützung

gibt. Ebenso kann eine

„Überdiagnose aufgrund geringfügiger

Veränderungen“ zu falsch

positiven Ergebnissen führen. Radiologen

müssen ihr Fachwissen

einsetzen, um die Symptome zu

vergleichen und die richtige Diagnose

zu stellen. Kurz gesagt, die

KI-Bild erkennung benötigt immer

noch menschliche Unterstützung,

um ihr Potenzial auszuschöpfen.

Die Zukunft der

KI-Bildgebung

Das Vertrauen in die medizinische

Bildgebung hat im letzten

Jahrzehnt erheblich zugenommen.

Mit der Verbesserung von Machine-

Learning-Netzwerken wird sich die

Erkennung und Interpretation medizinischer

Bilder verbessern. Aus diesem

Grund investieren viele große

Unternehmen und Forschungsprogramme

in KI-Bildsensoren.

Google Health zielt beispielsweise

darauf ab, „die Behandlungsplanung

zu vereinfachen und

die Effizienz der Strahlentherapie

zu verbessern“, indem es mit der

Mayo Clinic zusammenarbeitet, um

einen Algorithmus zu konfigurieren,

der gesundes Gewebe und Organe

von Tumoren trennt. Das Technologieunternehmen

hat auch in KIzentrierte

Bildgebungslösungen

zur Erkennung von Augenkrankheiten,

Brustkrebs und Lungenkrebs

investiert.

Augmented-Reality

Darüber hinaus hat der Erfolg der

KI-Bilderfassung die Entwicklung

von Augmented-Reality-3D-Bildgebung

in der Medizin vorangetrieben.

Derzeit testen Forscher

Prototypen, die es Ärzten ermöglichen,

AR-Headsets zu verwenden,

um betroffene Organe und

Gewebe zu betrachten. Alter nativ

kann die 3D-Bildgebung auch verwendet

werden, um Blockaden,

vernarbtes Gewebe und Tumore

aus verschiedenen Blickwinkeln

zu betrachten. Chirurgen können

diese Informationen nutzen, um

sich während der Operation ausschließlich

auf die Zielstellen zu

konzentrieren.

Fazit

Die Ergänzung der modernen

Diagnostik durch medizinische Bildgebung

erleichtert die Befundung

und macht sie sicherer. Außerdem

kann sie zu lebensverändernden

Erkenntnissen über verschiedene

Krankheiten, Verletzungen (einschließlich

Frakturen und Verletzungen

des Bewegungsapparats)

und Zustände führen. Gesundheitsdienstleister

können Daten generieren,

die sie ohne eine visuelle

Hilfe nicht erkennen würden. Die

hohen Sensitivitäts- und Genauigkeitsraten

führen zu erfolgreichen

Behandlungsplänen.

Letztendlich wird das wachsende

Interesse an der KI-Bilderkennung

die Diagnosetechnologie zugänglicher

und praktischer machen. ◄

November/Dezember/Januar November-Dezember 5/2021 1/2008Jg. 12

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meditronic-journal 4/2022

59


Sicherheit

Sicherheit medizinischer Geräte und

Erlangung behördlicher Genehmigungen

Autor:

Robert Bates,

Chief Safety Officer for

Embedded Platform Systems

bei Siemens Digital Industries

Software

www.sw.siemens.com

Die Sicherheit medizinischer

Geräte wird derzeit immer wichtiger.

Die Kunden oder Patienten

dieser Geräte wollen die Sicherheit

haben, dass ihre Gesundheit

und ihre persönlichen Daten auch

wirklich ernst genommen werden.

Von den Regulierungsbehörden

überall auf der Welt wird vor und

nach der Produktfreigabe in zunehmendem

Maße verlangt und überprüft,

dass die Geräte so sicher

wie möglich sind. In den USA hat

die Food and Drug Administration

(FDA) Leitlinien veröffentlicht, die

Anforderungen an medizinische

Geräte beschreiben, in denen

eine ganze Reihe von Aspekten

in Bezug auf die Entwicklung und

Wartung solcher Geräte obligatorisch

wird.

Sicherheitsschwachstellen

Eine Sicherheitsschwachstelle ist

ein Programmierfehler (auch Defekt

oder Bug genannt), der ein Gerät

anfällig gegen die Beeinflussung

oder Beeinträchtigung durch eine

unvorhergesehene externe oder

interne Anwendung macht. Sicherheitsschwachstellen

gibt es in jeder

Produktart, unter anderem auch in

medizinischen Geräten. Indem sie

diesen Fakt anerkennen und sich

auf dessen Unvermeidlichkeit einstellen,

können die Embedded-Entwickler

die Exposition und damit die

möglichen Schäden begrenzen,

die solche Schwachstellen verursachen

können.

Der wichtigste Bestandteil im

Prozess der Erkennung und Eindämmung

dieser potenziellen Probleme

ist ein Industriestandard mit

der Bezeichnung „Common Vulnerabilities

and Exposures“ (CVE). Die

ursprünglich bereits 1999 definierten

CVE stellen eine Zusammenstellung

bekannter, ausnutzbarer Sicherheitsschwachstellen

dar, die in Produkten

bestehen (oder in der Vergangenheit

bestanden). Die CVE werden

von der MITRE Corporation und der

US National Vulnerability Database

(NVD), einer vom US Department

of Homeland Security unterhaltenen

Datenbank, gemeinsam veröffentlicht

und gepflegt. Jede bedeutende

Sicherheitsschwachstelle – von

Heartbleed (CVE-2014-060) über

Shellshock (CVE-2014-6271) bis

hin zu URGENT/11 (11 CVE, entdeckt

im Jahre 2019) – ist hier bis

heute als CVE dokumentiert worden.

Die CVE werden entweder infolge

des verursachten Schadens (wenn

das zugrunde liegende Problem bei

einer nachträglichen Untersuchung

anhand seiner Auswirkungen identifiziert

wird) oder im Ergebnis der

Entdeckung durch einen gewissenhaften

Ingenieur gefunden, dem ein

möglicher Exploit aufgefallen ist. Es

ist gut, dass die meisten Exploits entdeckt

werden, bevor sie Schaden

verursachen. Schlecht ist es jedoch

andererseits, dass ein Exploit von

Hackern überall auf der Welt leicht

ausgenutzt werden kann, sobald

er über den CVE-Prozess weltweit

bekanntgegeben wird – schnelles

Handeln ist also von entscheidender

Bedeutung.

Glücklicherweise gibt der CVE-

Prozess den Produkt- oder Softwareentwicklern

genug Zeit, um

einen Exploit zu beseitigen, bevor

er weltweit bekanntgemacht wird.

Dadurch können sie schnell handeln,

um die erforderliche Gerätesicherheit

zu implementieren.

Einstufung des CVE

Nach seiner Erkennung wird

jedem CVE eine Identifikationsnummer

(ID) zugewiesen. Wird festgestellt,

dass es sich bei einem CVE

um ein Sicherheitsproblem handelt,

wird dem CVE von der NVD außerdem

ein „Vulnerability Score“ zugewiesen.

Dabei handelt es sich um

eine Zahl zwischen 1 und 10. Je

höher die Zahl, desto schwerere

Folgen kann die Schwachstelle für

die betroffenen Geräte haben. Die

NVD enthält auch alle weiteren

bekannten Informationen über das

Problem sowie Links zu relevanten

Websites, die das Sicherheitsproblem

detaillierter beschreiben – einschließlich

von Fehlerbehebungsmöglichkeiten,

soweit möglich.

Hauptvorteil des CVE-

Meldungsprozesses

Der Hauptvorteil des CVE-Meldungsprozesses

besteht darin, dass

das Sicherheitsproblem, Möglichkeiten

zu seiner Behebung sowie

sein Schweregrad und sein Risiko

bekanntgemacht werden, den es für

Produkte haben könnte. Sicherheits-

60 meditronic-journal 4/2022


Sicherheit

schwachstellen können für Geräte,

Kunden und den Anwender selbst

zu verschiedenen negativen Auswirkungen

führen, wie:

- Verlust oder Änderung kritischer

Patientendaten, die zu einer Gesundheitsschädigung

des Patienten oder

zur Gefährdung des medizinischen

Personals führen könnten,

- Offenlegung von Kunden- oder

Endnutzerdaten, die zum Identitätsdiebstahl,

zu HIPAA-Verstößen und

zu anderen schwerwiegenden Folgen

führen könnte,

- Infiltration des Geräts durch böswillige

Akteure, die das Eindringen

von Malware, die Deaktivierung des

Geräts oder die Infizierung anderer

Teile des Krankenhaus- oder Kliniknetzwerks

mit Viren oder Malware

verursachen könnten, usw.

Sicherheitsprobleme und

Produktentwicklung

Bei der Entwicklung von Geräten,

die so sicher wie möglich sein müssen,

ist es wichtig, die verschiedenen

Quellen möglicher Sicherheitsprobleme

zu berücksichtigen:

• Probleme, die der Entwicklungsgemeinschaft

zum Zeitpunkt der

Geräteentwicklung bekannt waren,

• Probleme, die nach der Produktfreigabe

des Geräts entdeckt werden,

• Probleme, die aufgrund mangelhafter

präventiver Entwicklungstechniken

durch die speziell für

das Gerät geschriebene Software

verursacht werden.

Geräteschutz vor bekannten

Sicherheitsproblemen

Viele potenzielle Exploits, die von

Hackern zum Eindringen in Geräte

benutzt wurden, sowie die Methoden

zu ihrer Beseitigung der Sicherheitsgemeinschaft

sind bereits weltweit

bekannt. Es wäre nur zu bedauerlich,

wenn ein medizinisches Gerät

durch ein Sicherheitsproblem, das

zum Zeitpunkt der Gerätefreigabe

bereits bekannt und behebbar war

in die Kontrolle von Hackern geraten

würde. Um dies zu verhindern

sind jedoch große Anstrengungen

erforderlich – Anstrengungen, die

sich später dadurch auszahlen,

dass sie Zeit sparen, den guten Ruf

des Entwicklers schützen sowie die

möglichen juristischen Kosten und

Öffentlichkeitsfolgen begrenzen,

die das Aufreten eines Exploits zur

Folge haben könnte. Darüber hinaus

verlangen die Regulierungsbehörden

von den Geräteentwicklern, dass

sie potenzielle Exploits bereits vor

der Gerätefreigabe prüfen. In den

USA ist dieser Prozess ein Bestandteil

der „FDA Guidance on the Content

of Premarket submissions for

Management of Cybersecurity“.

Prozessablauf

Und so läuft dieser Prozess ab:

Nach jedem CVE, der sich als

Exploit erwiesen hat, kann man

sowohl in der NVD- als auch in

der CVE-Datenbank suchen. Dabei

kann die Suche anhand der Komponentenbezeichnung,

der CVE-ID

oder eines beliebigen Suchworts

durchgeführt werden, das von Interesse

ist. Nehmen wir zum Beispiel

an, dass das Gerät eine Distribution

von Linux verwendet. Bei der

Suche nach Linux-Schwachstellen

tritt eine Reihe von Problemen auf;

als konkretes Beispiel könnten wir

hier CVE-201911683 betrachten.

Dabei handelt es sich um ein kritisches

Sicherheitsproblem, das

der Entwickler auf keinen Fall in seinem

Produkt zulassen sollte, weil es

einerseits sehr gut bekannt ist und

andererseits Angriffe durch Hacker

ermöglicht, bei denen es zu einer

Denial-of-Service-Attacke oder zu

„nicht spezifizierten weiteren Auswirkungen“

kommen kann. Wenn man

sich den Eintrag für diesen Defekt

ansieht, ist zu erkennen, dass er in

den Linux-Kernelversionen 5.0.13

und höher behoben wird. Das heißt,

falls der verwendete Linux-Kernel

noch eine ältere Version aufweist,

sollte man ein Upgrade des Produkts

auf eine dieser neueren Versionen

durchführen.

Tools zur CVE-Ermittlung

Für Open-Source-Komponenten

in einem Produkt steht eine Reihe

von Tools zur Verfügung, mit denen

sich ermitteln lässt, ob in Ihrer Software

wichtige CVE enthalten sind.

Das wichtigste Tool nennt sich „cvecheck“

(https://github.com/clearlinux/cve-check-tool).

Dieses Tool

erzeugt Berichte darüber, welche

Pakete CVE enthalten, die in den

verwendeten Versionen noch nicht

behoben wurden, indem es eine Versionsprüfung

durchführt. Mit diesen

Informationen lässt sich feststellen,

ob vorbeugende Handlungen ergriffen

werden müssen, bevor man die

Images für die Produkte als komplett

betrachtet.

Hersteller mögen diese Art der

Überprüfung und Aktualisierung

nicht, denn sie legen ihren Schwerpunkt

auf die schnelle Entwicklung

und Markteinführung eines Produkts.

Den meisten Geräteherstellern ist

es lieber, wenn ihre Ingenieure Produktprobleme

lösen, anstatt eine

Linux-Distribution zu verwalten und

zu pflegen. Doch für die enormen

Fähigkeiten, die hohe Stabilität und

die breitgefächerte Community von

Open Source ist ein Preis zu zahlen

(Würden Sie lieber selbst eine SSL-

Schicht entwickeln oder eine nutzen,

die bereits weltweit erfolgreich auf

zahllosen Geräten eingesetzt wird?).

Entweder muss der Gerätehersteller

diese Aufgabe selbst übernehmen

oder eine kommerzielle Linux-Distribution

einsetzen und seinen Lieferanten

für diese Aufgabe verantwortlich

machen.

Doch die Überwachung und

Sicherstellung dessen, dass

bekannte Exploits behandelt werden,

ist in dieser Phase nicht der einzige

zu berücksichtigende Gesichtspunkt.

Folgende weitere Aspekte

können zur Exploit-Gefahr für ein

Gerät werdenn, wenn sie unbehandelt

bleiben:

Zugriffskontrolle

• Besteht die Möglichkeit zur Definition

von verschiedenen Rollen,

die Zugriff auf verschiedene Arten

von Daten haben (Benutzerebene,

Managementebene, Wartungsebene

usw.) und ist es sicher, dass

nur autorisierte Rollen Zugriff auf

diese Daten haben?

• Wird der Datenzugriff aus dem

Internet für höhere Benutzerebenen

im Vergleich zum physischen

Zugriff auf das Gerät erschwert?

• Ist die Ausnutzungsmöglichkeit

der Authentifizierungsmethoden

des Geräts für Exploits schwierig?

• Werden Standardkonten und -passwörter

so verwaltet, so dass sie im

Feld nicht für Exploits genutzt werden

können? Linux bietet zumin-

meditronic-journal 4/2022

61


Sicherheit

dest zwei unterschiedliche Methoden

zur Verwaltung der Zugriffskontrolle:

1) „Discretionary“ (DAC,

diskretionär), das Standard-Linux-

Modell für die Zugangskontrolle,

und 2) „Mandatory“ (MAC, zwingend),

das komplexer und sicherer

ist – ein Bestandteil des SELinux-

Pakets.

Verschlüsselung

Werden die Daten, die auf einem

Gerät gespeichert sind (im internen

Speicher und auch in externen

Speichern) sowie zwischen diesem

Gerät und anderen übertragen werden,

so geschützt und verschlüsselt,

dass sie nur von den Personen entschlüsselt

werden können, denen

der Einblick gestattet ist? Für viele

potenzielle Exploits, die außenstehenden

Akteuren einen Einblick in

Daten gewähren würden, ist immer

noch der richtige Schlüssel erforderlich,

um diese entschlüsseln zu können.

Die Entwickler müssen sicherstellen,

dass ein anderer Mechanismus

überwunden werden muss,

um Zugang zu den Schlüsseln zu

erhalten, als der einfache Zugriff

auf einen verschlüsselten Speicher.

Hardwarebasierte

Sicherheitsunterstützung

Viele Funktionen moderner Prozessoren

tragen zur Gewährleistung

der Sicherheit von Geräten

und Anwendungen bei, doch

es liegt in der Verantwortung des

System designers, diese auszunutzen.

Moderne Mikroprozessoren verfügen

über solche Funktionen wie

TrustZone, Cryptographic Acceleration,

Trusted Platform Modules

(TPMs) und andere, die dazu vorgesehen

sind, die Entwicklung sicherer

Designs zu beschleunigen und zu

unterstützen. Das simple Vorhandensein

dieser Funktionen in der

Hardware erweist sich jedoch als

nutzlos, solange man sie nicht nutzt.

Zukunftssichere Geräte

Nach der Produktfreigabe ist die

Arbeit an einem Produkt aber noch

nicht abgeschlossen. Schließlich ist

die Anzahl bekannter Exploits eine

veränderliche Größe, die täglich

zunimmt. 2019 wurden innerhalb

eines einzigen Jahres 12.174 CVE

erstellt – das entspricht mehr als

30 CVE pro Tag. Die meisten davon

erweisen sich nicht als Sicherheitsprobleme.

Von denen, die zu Problemen

werden, treffen viele nicht

auf alle Geräte zu. Das liegt daran,

dass viele CVE im Zusammenhang

mit älteren Versionen oder Open-

Source-Komponenten gemeldet

werden, oder im Zusammenhang

mit Komponenten auftreten, die

nicht verwendet werden. Selbst in

Bezug auf den Linux-Kernel selbst

wurden 2019 170 CVE gemeldet,

von denen einige zu potenziellen

Exploits führen.

Dies lässt sich nicht verhindern.

Doch der Entwickler muss sich

klarmachen, dass es irgendwann

geschehen wird, und dass er deshalb

sicherstellen muss, dass sein

Gerät darauf vorbereitet ist. Der

richtige Zeitpunkt, um ein Gerät

zukunftssicher zu machen, liegt

noch innerhalb der Entwicklungsphase.

Dann kann er sein Gerät

so vorbereiten, dass es aktualisiert

wird, sobald neue Exploits (und

wichtige Produktdefekte) entdeckt

und behoben werden. Die Regulierungsbehörden

nehmen zu diesem

Thema eine viel nachdrücklichere

Position ein als in der Vergangenheit.

Sie fordern Pläne, mit

denen dieses Thema im Rahmen

der Aftermarket-Planung für das

Gerät behandelt wird (in den USA

gemäß „Guidance for the Postmarket

Management of Cybersecurity

in Medical Devices“).

Mirai-Botnet

Aber es sind nicht nur CVE zu

behandeln. Ein Exploit, der generell

unter dem Namen Mirai-Botnet

bekannt ist, legte im Jahre 2016 zum

Beispiel große Teile des Internets

lahm, indem er die Kontrolle über

kleinere IoT-Geräte wie Webcams

und Router übernahm und sie zur

Ausführung von Distributed-Denialof-Service-Angriffen

(DDoS-Angriffen)

auf US-amerikanische und französische

Webinfrastruktur anbieter

einsetzte. Die meisten Eigen tümer

infizierter Geräte haben keine Kenntnis

davon, dass ihre Systeme infiziert

sind, so dass Mirai (und Derivate

davon) auch heute noch eine

Bedrohung darstellt. Es gibt sogar

aktuell hergestellte Geräte, die

dagegen anfällig sind, obwohl die

zugrunde liegende Ursache so

einfach war, wie der Versuch, mit

64 bekannten Standard-Credential-Kombinationen,

wie Benutzer/Benutzer

oder Benutzer/Passwort,

Zugang zu einem Root-Level-

Zugriffskonto zu erlangen. Da die

meisten Benutzer der betroffenen

Geräte die Standardeinstellungen

nicht kannten oder nicht wussten,

wie sie diese einfach ändern konnten,

hatte das Mirai-Botnet ein leichtes

Spiel bei der Übernahme dieser

Geräte.

Zur Gewährleistung der Zukunftssicherheit

eines Geräts sind im Rahmen

der Entwicklungsphase zahlreiche

Überlegungen notwendig.

Am wichtigsten ist jedoch, dass

das Gerät oder System auf sichere

Weise aktualisiert werden kann.

Dazu gibt es zahlreiche Methoden

und Einrichtungen, die vielfältig und

komplex sind und den Rahmen dieses

Artikels sprengen würden.

Zur Prävention angewendete

Entwicklungstechniken

Wenn der Entwickler Linux und

andere Open-Source-Software als

Bestandteil seines Produktdesigns

einsetzt, gibt es Schwachstellen im

Gerät, die ihm (oder auch anderen)

bekannt sind, wenn er sein Gerät

für den Markt freigibt. Es geht für

ihn also nicht nur darum, zum Zeitpunkt

der Marktfreigabe so viele

Schwachstellen wie möglich ausgemerzt

zu haben, sondern er muss

auch davon ausgehen, dass sich

ein böswilliger Akteur irgendwann

unbefugten Zugriff auf sein Gerät

verschaffen kann. Für einen solchen

Fall will er es dem Hacker so

schwer wie möglich machen, den

erlangten Zugang erfolgreich für

seine Absichten zu nutzen. Es gibt

keinen perfekten Schutz vor zielstrebigen

Hackern, die genau wissen,

welche Exploits in einem Gerät vorhanden

sein können. Doch der Entwickler

sollte es ihnen so schwer wie

möglich machen, diese auszunutzen.

Er kann sich zwar nicht vor Fehlern

in den verwendeten Open-Source-

Modulen schützen, aber er hat die

62 meditronic-journal 4/2022


Sicherheit

Kontrolle über mögliche Fehler in

den eigenen Anwendungen. Die

oben genannten Techniken stellen

natürlich wichtige Gesichtspunkte

für einen verbesserten Schutz im

Produktdesign dar. Doch wie sieht

es mit der Arbeitsweise bei der Entwicklung

der Anwendungen aus?

Exploits aufgrund von

Fehlerwiederholung

Die meisten Exploits kommen in

Open-Source- und Anwendungssoftware

aufgrund von Fehlern

in der Entwicklung vor, die ständig

wiederholt werden. Dereferenzierte

Nullzeiger, die Freigabe von

bereits freigegebenen Speicherbereichen,

ein Überlauf bei Puffern

fester Länge usw. sind nur einige

Beispiele von Programmierfehlern,

die Hacker leicht ausnutzen können,

um ein Gerät zu kompromittieren.

Zur Behandlung dieser Probleme

können mehrere Verfahrensweisen

genutzt werden. Spezielle

Techniken gehen jedoch über den

Rahmen dieses Artikels hinaus. An

folgenden Stellen gibt es Informationen

zu den jeweiligen Themen:

Statische (und dynamische)

Analyse

Die ersten statischen Analysen,

die einem wahrscheinlich begegnen,

sind Warnungen, die der Compiler

ausgibt. Es ist überraschend, wie

viele Unternehmen dieses wertvolle

Diagnosetool in der nicht empfehlenswerten

Eile übersehen, ein

Produkt schnell auf den Markt zu

bringen. Darüber hinaus bietet die

Open-Source-Community mehrere

nützliche Tools zur statischen Analyse,

wie „cppcheck“ und „clang“.

Viele kommerzielle Lösungen sind

ebenfalls erhältlich. Alle erkennen

Probleme, die in normalen Programmiercode-Prüfroutinen

leicht übersehen

werden. Solange die Informationen

aus den Berichten dieser

Tools wirklich behandelt werden,

lassen sich mehrere schwerwiegende

Klassen von potenziellen

Exploits in den Anwendungen verhindern.

Verwendung eines

Programmierstandards

Im Allgemeinen ist der MISRA-

Programmierstandard (https://

MISRA.org.uk/) diesbezüglich

der Goldstandard. Er bietet viele

gut durchdachte Empfehlungen

zur Sicherung einer Anwendung.

Obwohl dieser Standard ursprünglich

aus der Automobilindustrie und

der Welt der Sicherheit stammt, ist

er nicht speziell auf diese beiden

Branchen orientiert. MISRA sollte

deshalb von jedem Gerätehersteller

in Betracht gezogen werden,

der seine Anwendungen sichern

möchte. Zu beachten ist, dass die

meisten statischen Analysetools

die Prüfung von Anwendungen

mithilfe der MISRA-Regeln erheblich

erleichtern. Obwohl es auch

andere Programmierstandards gibt,

stellt MISRA eine so gute Kombination

sinnvoller Erkenntnisse mit

bewährten Verfahren dar, dass

es von Unternehmen jeder Größe

implementierbar ist.

SEI CERT C

Ein weiterer nützlicher Programmierstandard

stammt vom Software

Engineering Institute in Carnegie

Mellon und ist unter der Bezeichnung

SEI CERT C bekannt (https://

wiki.sei.cmu.edu/confluence/display/seccode).

Zwischen diesem

Standard und MISRA gibt es eine

erhebliche Überlappung. Die SEI-

Standards gehen jedoch über C

und C++ hinaus und umfassen auch

Android, Java und Perl.

Es gibt noch viele weitere nützliche

Informationsquellen, die bei

der Entwicklung sicherer Software

zu berücksichtigen sind. Wenn der

Entwickler die oben aufgeführten

Techniken bisher noch nicht anwendet,

kann er an diesem Punkt beginnen

und später seinen Ansatz auf

eine breitere Basis stellen, sobald

er einen intelligenten Programmierstandard

und ein Modell zur

statischen Analyse eingeführt hat.

Schlussfolgerungen

Zu Beginn unseres Artikels wurde

die immer stärkere Verbreitung von

Konnektivität in medizinischen Geräten

beschrieben. Dabei kamen die

Vorteile und auch die Sicherheitsrisiken,

die diese Konnektivität für

unser Leben mit sich gebracht hat,

zur Sprache. Daraufhin wurde näher

auf die zunehmende Kontrolle eingegangen,

die Regulierungsbehörden

wie die FDA in den Vereinigten

Staaten der Integration und Pflege

der Sicherheit in diesen Geräten

widmen. Darüber hinaus wurde

erörtert, wie die aufgeführten Herausforderungen

bei der Konzeption,

Entwicklung und Wartung

medizinischer Geräte bewältigt

werden können. Bei Beachtung der

in diesem Artikel gegebenen Hinweise

lassen sich folgende Vorteile

erreichen:

• Erschwerte Ausnutzbarkeit für

Exploits,

• Schutz vor bekannten und unbekannten

Exploits bei Produktfreigabe,

• Schnellere Aktualisierung zum

Ausschluss neu entdeckter

Exploits,

• Erhöhte Sicherheit und das Gefühl

der Sicherheit für die Kunden,

dass sie auch dann geschützt

sind, wenn einmal etwas passiert.

Der letzte Punkt ist dabei besonders

wichtig. Den Kunden ist

bekannt, dass es keine völlig fehlerfreien

Geräte gibt. Sie wollen aber

wissen, welche Maßnahmen der

Entwickler zur Minimierung eines

Fehlers und seiner Auswirkungen

trifft, und wie er auf den (unvermeidbaren)

Fall vorbereitet ist, dass

einmal etwas passiert. Die in diesem

Artikel beschriebenen Methoden

können nicht alle möglichen,

künftig auftretenden Sicherheitsprobleme

verhindern, versetzen

einen jedoch in die gute Lage, derartige

Probleme bei ihrem Auftreten

schnell lösen zu können.

Durch den Ansatz einer erhöhten

Sicherheit und Begrenzung

der Exposition von Geräten gegenüber

Exploit-Versuchen kann

man die Anfälligkeit von Geräten

gegen Angriffe senken, sich besser

auf den Schutz von Patientendaten

einstellen und mit höherer

Wahrscheinlichkeit problemlos die

behördlichen Genehmigungen einholen

sowie die Behandlungsergebnisse

für Patienten auf der ganzen

Welt verbessern. ◄

meditronic-journal 4/2022

63


Sensoren

Dauerläufer für die Kurzstrecke

Langlebige LVDT-Sensoren messen kleinste Wege hochpräzise

LVDT in der stereotaktischen Chirurgie © Adobe.Stock 249880233

Im Bereich Medizin- und Aerospace

wird häufig ein induktives

Wegmess-Verfahren mit LVDT als

eine ideale Methode zur kontaktlosen

Messung kleinster Bewegungen

bis 50 mm verwendet. LVDT-

Sensoren erfordern nur wenig Einbauraum,

gewährleisten eine sehr

hohe Genauigkeit und sind auch

unter extremen Umgebungsbedingungen

einsetzbar. Sie arbeiten verschleißfrei,

sodass ihre Standzeiten

bei richtigem Einbau die Gesamt-

Lebensdauer vieler Anlagen übertreffen.

Und auch bei kleinen Wegen

bietet die LVDT-Technologie exzellente

Wiederholgenauigkeiten.

LVDT

Linear variable Differential-Transformatoren

(LVDT) sind analoge

Sensoren, die Bewegungen und

Positionen über einen frei beweglichen

Stößel oder Taster im Sensorgehäuse

erfassen, wo er die Induktivitäten

darin verbauter Spulen beeinflusst.

Mit der direkten Umwandlung

physikalischer Größen – auftretender

Kräfte und Momente – in

messbare Wegstrecken eignen sich

Autor:

Reinhard Koch,

Vertriebsleiter der

Inelta Sensorsysteme deren

Schwesterfirmen PiL Sensoren

und Vypro s.r.o

Inelta Sensorsysteme

www.inelta.de

LVDT-Sensoren für ein sehr breites

Anwendungsspektrum. In der Medizinanwendung

wird die Wiederholgenauigkeit

geschätzt, in Aerospace-Anwendungen

die Lebensdauer

und das Gewicht (Kernverlängerungen

können aus Teflon

statt Stahl implementiert werden).

Spulen als Herz der

LVDT-Sensoren

Die Spulen, also die Hauptbestandteile

jedes LVDT-Sensors, werden

in der Regel um ein hohles Rohr

aus wärmebeständigem Polymer-

Fiberglas gewunden, gegen Feuchtigkeit

gekapselt und mit einer hochpermeablen

magnetischen Schirmung

ummantelt. Da die Sensorkonstruktion

sehr kompakt ist, ist

die Herstellung der Geräte Präzisionsarbeit.

Diese ist nicht zu

unterschätzen. Speziell ausgebildete

und zertifizierte Spezialisten

wickeln und löten die streichholzdünnen

Spulen unter dem Mikroskop.

Je nach Wickeltechnik werden

damit unterschiedliche erforderliche

Linearitäten und Eigenschaften

erreicht, um die Sensoren

genau auf die Bedürfnisse der Kunden

auszulegen.

Unterschätzte Genauigkeit

Nach wie vor werden aus

Unkenntnis häufig LVDT für zahlreiche

Anwendungen gar nicht erst

in Betracht gezogen – unter der

irrigen Annahme, bei diesen Sensortypen

sei keine ausreichende

Linearität gegeben oder die „Genauigkeit“

unzureichend. Jedoch ist

gerade ein LVDT prädestiniert, um

kleinste Bewegungen hoch aufgelöst

zu erkennen. Das LVDT-Messprinzip

hat seine Vorteile bei kleinsten

Differenzbewegungen und hat

eine hervorragende Wiederholgenauigkeit.

Auf dem LVDT-Anbietermarkt

gibt es zwei Arten von Anbietern:

Standardsensoren nach Katalogspezifikationen

und einige

wenige Anbieter, welche die Spezifikationen

an die Anwendung

anpassen können. Bei angepassten

oder kundenspezifischen

Versionen ist es wichtig, immer mit

dem Hersteller zusammenzuarbeiten.

Der Sensor lieferant muss die

Anwendung verstehen.

Das bekannteste Qualitätskriterium

ist die Linearitätsabweichung,

welche eigentlich die Nichtlinearität

eines Sensors darstellt. An sie

werden oft sehr hohe Ansprüche

gestellt, obwohl sogar die Linearität

nicht einheitlich geregelt ist. Generell

stellt die Linearität die Abweichung

der Messwerte zu einer unterschiedlich

bestimmten Referenzgeraden

dar (Bild 1).

Drei differierende

Linearitäten

Die Berechnungsgrundlage der

Linearität hängt stark vom Anwender

ab. So gibt es zum Beispiel in

der Literatur drei differierende Linearitäten.

Die Absolute Linearität,

Bild 1: Unabhängige Linearität © Inelta

die Unabhängige Linearität und die

Anschlussbezogene Linearität. Jede

darf als Linearität bezeichnet werden,

wobei sich diese drei Berechnungsformen

teilweise bis zu 50 %

unterscheiden können. Daher ist es

wichtig das Kunde und Lieferant die

gleiche Definition verwenden.

Trägt man die Fehler bezogen

auf den Messweg zwischen tatsächlichen

Messpunkten und den

zugehörigen Referenzpunkten für

alle drei Linearitäten in ein Diagramm

ein, erhält man folgende

Übersicht (Bild 2).

Anhand dieser Übersicht kann

erkannt werden, dass die Absolute

Linearität in diesem Beispiel

Werte von ca. +1,75 % und -0,5 %

aufweist, die Anschluss-bezogene

immerhin noch Werte von ca. +1,5 %

und -0,5 %. Bei der unabhängigen

Linearität liegen diese Werte bei

ca. +0,72 % und -0,9 %.

Dadurch kommt es, dass die

Absolute Linearität in diesem

Beispiel bei ca. 1,75 % liegt, die

Anschluss-bezogene Linearität bei

ca. 1,5 % und die Unabhängige Linearität

bei nicht einmal 1 %.

Daher wird bei Datenblättern

gerne auf die unabhängige Linearität

zurückgegriffen, da diese Werte

„besser aussehen“. Die Nachvollziehbarkeit

für den Kunden ist allerdings

bei der Absoluten Linearität

besser gegeben. Im Zweifelsfall

sollte der Hersteller Auskunft

geben. Durch Abgleich kann bei

einem LVDT die absolute Linea-

64 meditronic-journal 4/2022


Sensoren

ritätsabweichung der unabhängigen

Linearität angenähert werden.

Verfahrweg und Messweg

Hierzu kommt nun noch die Tatsache,

dass laut Norm der Bereich

zum Berechnen der Linearität bei

Wegsensoren, unabhängig von der

Technologie des Sensors, nicht mit

dem gesamten Verfahrweg identisch

sein muss. Das bedeutet, dass ein

Hersteller zum Beispiel von beiden

Enden bis zu 20 % wegschneiden

darf und die Linearitätsberechnung

auf nur 60 % des Verfahrweges

reduziert. Seriöse Hersteller sprechen

von zwei unterschiedlichen

Messbereichen, dem Verfahrweg

und dem Messweg. Der Messweg

ist je nach Anwendung parametrierbar

(Bild 3).

LVDT ist hysteresefrei

Des Weiteren könnte ein System

eine einwandfreie „Linearität“ (für

Kunde und Hersteller) haben, das

System hat aber trotzdem beim Hinweg

einen anderen Wert als beim

Rückweg. Daher wäre es für diesen

Kunden wichtiger, von der Hysterese

zu sprechen, als von der Linearität.

Dieses Problem tritt bei vielen

Sensortypen auf, jedoch ist ein

LVDT hysteresefrei. Und damit wird

der LVDT die damit zusammenhängenden

Probleme der Hysteresefehler,

der Wiederholgenauigkeit

und der Reproduzierbarkeit nicht

aufweisen.

Definition Hysteresefehler:

Ein Hysteresefehler ist der Distanzunterschied

zwischen zwei

Bild 3: Messweg und Verfahrweg © Inelta

meditronic-journal 4/2022

aus verschiedenen Richtungen

angefahrenen Referenzpunkt. Das

Ausgangssignal schwankt um den

gemessenen Schaltpunkt. Ein LVDT

ist hysteresefrei.

Definition

Wiederholgenauigkeit:

Es wird das Ausmaß der Übereinstimmung

zwischen den Messergebnissen

wiederholter Messungen mit

der gleichen Messgröße unter gleichen

Bedingungen gemessen. Ein

LVDT ist wiederholgenau.

Definition

Reproduzierbarkeit:

Es wird die quantitative Angabe

der Abweichung voneinander unabhängiger

Messwerte angegeben, die

unter gleichen Bedingungen ermittelt

werden. Ein LVDT liefert reproduzierbare

Werte.

Für den Anwender stellt sich häufig

das Problem bei kurzen Messwegen,

dass die Addition der oben

aufgeführten möglichen Fehler zu

unerwünschten Ungenauigkeiten

führen. Je kürzer der Messweg, je

höher die Anforderungen umso mehr

addieren sich mögliche Fehlerquellen.

Hier spielt ein LVDT-Wegsensor

bei Weglängen von 1 mm bis

400 mm seine Stärken voll aus.

Messungen sind mit der Präzision

von Mikrometern möglich. Lackdichten

zum Beispiel können sie mühelos

hochpräzise erfassen.

Überlegene physikalische

Eigenschaften

LVDT-Sensoren sind in zahlreichen

industriellen Anwendungen

Bild 2: Linearitätsarten © Inelta

mit hohen Anforderungen an Präzision

und Ausfallsicherheit vor allem

deshalb eine optimale Lösung, weil

sie entscheidende Vorzüge gegenüber

anderer Sensorik bieten. So

ermöglicht zum Beispiel das absolute

Messprinzip auch nach Unterbrechungen

der Spannungsversorgung

zuverlässig die Bestimmung

der Sensorposition – in vielen

Anwendungen ein wichtiger

Aspekt. Anders als z. B. ein inkrementeller

Sensor muss ein LVDT

nicht stets nach dem Einschalten

eine Referenzmarke anfahren. Im

Gegensatz zu Linearpotentiometern,

die auf mechanischem Kontakt

basieren, sind LVDT-Sensoren

berührungslos.

Berührungslose Messung

Die induktive Messwertübertragung

erfolgt berührungslos und praktisch

verschleißfrei. Im Sensor entsteht

je nach Bauform keine oder nur

sehr geringe mechanische Reibung,

sodass die theoretisch unbegrenzte

Auflösung nur durch das Rauschverhalten

des Messkreises eingeschränkt

wird. Diese Eigenschaft

bildet auch die Grundlage für eine

herausragende Messpunkt-Reproduzierbarkeit.

Und im Vergleich zu

kapazitiven Sensoren können LVDT

ihre Unempfindlichkeit gegen rotative

Verschiebung im Messkörper

als Vorteil ausspielen: Werden die

Sensoren radialem Versatz ausgesetzt,

weil die zu bemessenden

Körper falsch ausgerichtet oder frei

beweglich sind, bleibt das Ausgangssignal

davon unbeeinflusst.

Absolut robust

Extremen Umgebungstemperaturen

gegenüber sind LVDT-Sensoren

ebenfalls unempfindlich. Ein

Außengehäuse aus Edelstahl, verchromtem

oder vernickeltem Stahl

schirmt sie zusätzlich gegen magnetische

Störeinflüsse ab. Zudem sind

die Geräte aufgrund des berührungslosen

Messprinzips und der

vergossenen elektronischen Bauteile

hochgradig erschütterungsresistent.

In Umgebungen mit hohem

Staub- oder Schmutzaufkommen,

in Atmosphären mit hoher Feuchtigkeit

bis hin zur Funktion im Salzwasser

oder korrosiven Gasen sind

LVDT damit also häufig die bestmögliche

Option. So sind z. B. bei der

Schwingungsmessung von Brücken

die LVDT erste Wahl – sie sind nicht

nur im Umgebungsklima, sondern

auch im Salzwasser beim Tidenhub

im Einsatz.

Vielseitig und variantenreich

Da sich mit LVDT überdies nicht

nur Wege messen lassen, sondern

auch Größen wie z. B. Drehmoment,

Kraft, Druck, Schwingung etc., die

sich in Wegstrecken umformen lassen,

eignen sie sich für vielfältige

Steuer-, Regel- und Überwachungsaufgaben

in der Fertigung. Dazu

zählen beispielsweise die Lagemessung

an Bauteilen oder Brücken,

Ventilen, Robotern und sogar die

Wachstumsmessung (z. B. Baumumfang

über längere Zeiträume

messen), sogar in der Neurochirurgie

zur Gehirnkartierung. LVDT sind

in unterschiedlichen Ausführungen

erhältlich, die eine bedarfsgerechte

Anpassung an geforderte Genauigkeit,

Messbereiche und Auflösung

sowie den zur Verfügung stehenden

Einbauplatz in der Zielanwendung

ermöglichen.

Die häufigste Bauform sind

LVDT mit Messtaster. Für diesen

Typ muss keine Befestigung am

zu messen den Objekt vorgenommen

werden – der Kern ist stattdessen

mit einer Tastspitze samt

Rückstellfeder und integriertem

Präzisionsgleit lager ausgestattet

(Bild 4). Daneben sind Wegsen-

65


Sensoren

Bild 4: LVDT mit Querschnitt in einer Flugzeugturbine © Inelta

Bild 5: Röntgengerät in der Onkologie

hospital-oncology-scanner-x-ray/122124533 © VILevi

sor-Varianten erhältlich, bei denen

der Kern über ein Innengewinde mit

Kernverlängerung verfügt. So kann

er als Stößel direkt am sich bewegenden

Objekt montiert werden.

Diese Ausführung kann entweder

mit einer Stößel lagerung versehen

sein oder berührungslos – also ohne

Kontakt zwischen Spule und Kern

– arbeiten. Die technischen Spezifikationen

eines LVDT sind durch

anwendungsspezifische Modifikationen

in einem breiten Rahmen

anpassbar. Auch das Spulensystem

kann je nach Bedarf unterschiedlich

implementiert werden,

etwa um bessere Linearitäten oder

gezielt nichtlineare Ausgangskennlinien

zu erreichen, das Verhältnis

zwischen Messbereich und Baulänge

zu optimieren oder die Temperaturkompensation

zu verbessern.

Fazit

Das Differential-Transformator-

Prinzip sorgt für hervorragende

Messqualität und bietet in einer Vielzahl

industrieller Anwendungen Vorteile.

Da LVDT-Sensoren langlebig

und robust sind und sich gut schützen

lassen, sind sie für die Verwendung

in rauen Umgebungen geradezu

prädestiniert. Induktive Wegmesser

sind kaum störempfindlich

und tolerieren auch extreme Temperaturen

sowie rasche Temperaturwechsel.

Für Pneumatik- oder

Hydraulikzylinder sind druckdichte

Ausführungen erhältlich. LVDT-Varianten

mit hohem IP-Schutzgrad

sind auch direkt in Flüssigkeiten

einsetzbar – einschließlich aggressiven

Chemikalien. Dank hoher

Vibrationsfestigkeit sind die Sensoren

zudem gut für mobile Anwendungen

gerüstet. Unproblematisch

sind angesichts der Verschleißfreiheit

nicht zuletzt auch Anwendungen

mit besonders dichten Prüfzyklen,

zum Beispiel bei der Positionsmessung

an Hydraulik-Proportionalventilen

oder der Verstellung von Triebwerksschaufeln

wie im Bildbeispiel

dargestellt.

LVDT-Auszug aus

aktuellen Beispielen der

Medizintechnik:

• Motor- und Getriebeeinheit mit Winkelsensor

zur Dimmung der Laserleistung

in der Ophthalmologie

• Sensorbaugruppe für optomechanische

Medizinprodukte

• Wegsensoren für multifunktionale

Diagnosegeräte

LVDT-Auszug aus aktuellen

Beispiele der Flugtechnik

• LVDT in Hubschraubern zur Überwachung

der Rotorsteigung

• LVDT in hydraulischen Radialkolbenpumpen

(druckfest)

So funktionieren LVDT

LVDT-Sensoren bestehen

aus einem Spulensystem mit

einer in der Mitte angebrachten

Primärspule und zwei symmetrisch

neben diesen installierten

Sekundärspulen (Bild 6).

Zur Erfassung und Übertragung

der Bewegung eines Messobjekts

wird ein mechanisch frei beweglicher,

weichmagnetischer Kern in

Form eines Stößels oder Tasters

verwendet. Abhängig vom Messbereich

wird an die Primärspule

eine Wechselspannung mit einer

Frequenz zwischen 1 und 10 kHz

und einer Amplitude von 2,5 bis

5 V angelegt, die eine Wechselspannung

in den Sekundärspulen

induziert. Je nach axialer Verschiebung

des Kerns verändert

sich der Kopplungsfaktor des

Bild 6: Schnittbild eines LVDT-Sensors in Taster-Ausführung © Inelta

LVDTs. Bei Null-Lage des Kerns

ist die Kopplung auf beide Sekundärwicklungen

gleich groß. Eine

Auslenkung dagegen verursacht

eine proportionale Veränderung:

Die induzierte Spannung ist dann

in der Sekundärspule, zu der sich

der Kern hin verschiebt, höher

als in der Spule, von der er sich

entfernt. Die Differenz der beiden

Spannungen ist proportional

zur Kernverschiebung und

kann von der Elektronik anschließend

ausgewertet und in ein normiertes

Ausgangssignal zwischen

0…10 V bzw. 4…20 mA transformiert

werden. Die zur Ansteuerung

und Signalaufbereitung

benötigte Elektronik lässt sich entweder

integrieren oder vom Sensor

absetzen. Im spezifizierten

Messbereich weisen LVDT eine

sehr gute Linearität und eine hervorragende

Wiederholgenauigkeit

und Reproduzierbarkeit auf. ◄

66 meditronic-journal 4/2022


Sensoren

Miniatur-LVDTs zur präzisen Messung kleinster Wege

Die Fertigung von Leiterbahnstrukturen

ohne Basismaterial ist

für viele Leiterplattenhersteller eine

Herausforderung. Doch nicht für

Varioprint: Das Unternehmen realisiert

vollständig fliegende Leiterbahnen

für Leiterplattenanwendungen

aus der Medizinbranche.

Die neuartige Zwei-Lagen-Flex-

Leiterplatte wurde aus Polyimid mit

25 - 50 µm Dicke realisiert. Lasergebohrte

Microvias mit einem

Durchmesser von 75 µm verbinden

die zwei Lagen miteinander.

Die Microvias sind zu 90 % mit

Kupfer gefüllt und die Endoberfläche

wurde mit galvanischem

Gold veredelt. Die einzigartige

Varioprint-Lösung umfasst ein

speziell entworfenes, lasergefrästes

170-µm-Fenster. Die hochflexiblen

Prozessparameter von Varioprint

ermöglichen, eine solch fragile

Außenkontur in Massenproduktion

zu fertigen.

Bisherige Machbarkeitsbeschränkungen

und technische

Hindernisse wurden in enger

Zusammenarbeit mit dem Kunden

überwunden und führten

zu einem erfolgreichen Scaleup,

bei dem alle vorgegebenen

Spezifikationen erfüllt wurden.

Dieser einzigartige interdisziplinäre

Ansatz stellt einen Durchbruch

in der Flex-Technologie für

fliegende Leiterbahnen dar. Zum

ersten Mal in der Geschichte von

Varioprint ist es gelungen, eine

reproduzierbare Lösung für Leiterbahnstrukturen

ohne Basismaterial

als Träger zu finden. Der

moderne und zukunftsorientierte

Produktionsstandort ermöglicht

es Varioprint, solche anspruchsvollen

technischen Anforderungen

erfolgreich zu bewältigen.

Mit diesen fortschrittlichen

technischen Möglichkeiten verschiebt

Varioprint die Grenzen

der Flex-Technologie und verstärkt

die Performance der Produkte

ihrer Kunden.

Inelta Sensorsysteme

GmbH & Co. KG

www.inelta.de

Biokompatible Drucksensoren in verschiedenen Bauformen

AMSYS bietet als Spezialist für

Sensorik im Medizinbereich biokompatible

Drucksensoren in verschiedenen

Bauformen für die unterschiedlichsten

Anwendungen an,

darunter mit dem IntraSense den

wohl kleinsten Absolutdrucksensor

für die in-vivo Anwendung in

Kathetern.

Der nur 220 µm breite IntraSense

Drucksensor passt dabei in die

kleinsten 1 French weiten Katheter.

Mit seinem weiten Druckbereich von

-300..500 mmHg kann er den Blutaber

auch Hirn- oder Blasendruck

schnell und direkt vor Ort messen. Er

wird auch als kalibrierte Version mit

Niederdrucksensoren

für die Medizintechnik

www.amsys.de

verstärktem Analog- und I²C-Ausgang

angeboten. Für rasche erste

Entwicklungsschritte bietet AMSYS

auch ein Evaluierungskit mit USB-

Anschluss und Software für erste

Messungen von Druck und Temperatur

fürs Prototyping an.

Mit dem 1620 hat AMSYS zudem

einen Relativdrucksensor im Portfolio,

der zur einmaligen Verwendung

z.B. in Dialysegeräten oder

Oxygenatoren entwickelt wurde.

Diese günstigen Sensoren decken

den für medizinische Anwendungen

typischen Druckbereich bis

300 mmHg ab. Dabei ist er genau

wie die anderen vorgestellten Drucksensoren

mit ETO sterilisierbar.

Der kleine barometrischer

Sensor MS5839

ist mit einem footprint

von nur 3,3 x 3,3 mm²

universell einsetzbar

und mit seinem biokompatiblen

Gel auch

beispielsweise in der

Anästhesiologie zu

verwenden. Über seine

I²C-Schnittstelle liefert

der MS5839 das

gemessene Druckund

Temperatursignal

hochgenau mit

24 bit. Zusätzlich sind

in dem Modul 6 individuelle

Koeffizienten

abgelegt, die die Softwarekorrektur

für die Druck- und Temperaturmessung

durch einen externen Mikroprozessor

erlauben. Die drei vorgestellten

Sensoren sind alle biokompatibel

beschichtet und für den

direkten Kontakt mit Körperflüssigkeiten

geeignet; im Falle des Intra-

Sense für 24 Stunden, beim 1620

und MS5839 sogar für volle 7 Tage.

Diese und andere Sensoren für

medizinische Produkte stellt AMSYS

auf der Compamed im November

in Düsseldorf vor.

Herausragende

Eigenschaften

• Biokompatibel, für den Kontakt

mit Körperflüssigkeiten geeignet

• Druckbereich: 300...1200 mbar

(MS5839-02BA), -300...500 mmHg

(IntraSense), -0...300 mmHg (1620)

• Temperaturbereich: -40...85 °C

(MS5839), 10...45 °C (IntraSense),

5..40 °C (1620)

• Schnittstellen: unverstärkt (mV),

0,5...4,5 V, I²C

• Keramisches Substrat

• RoHS und REACH konform

AMSYS GmbH & Co. KG

www.amsys.de

meditronic-journal 4/2022

67


Sensoren

Kundenspezifische Druckschalter

Seit 15 Jahren entwickelt und

fertigt Inelta Sensorsysteme,

Spezialist für Kraft-, Weg- und

Längen messung, auch vollgekapselte

Druckschalter für den

Maschinen- und Anlagen bau,

die Mobilhydraulik sowie den

Geräte bau. Aus ursprünglich

kundenspezifischen Entwicklungsprojekten

ging ein breites

Standard-Sortiment hervor,

das aktuell neun Baureihen an

Membran- und Kolbendruckbasierten

Druck- bzw. Vakuum-

Druckschaltern sowie induktive

Stellungsschalter für Hydrauliksysteme

umfasst. Durch die ausführungsabhängige

Optimierung

für mittlere bis sehr hohe Drücke

und erweiterte Temperaturbereiche

deckt das Programm ein

weites Anwendungsspektrum ab,

das von der Druckniveau-Überwachung,

Druckregulation und

Drucküberwachung in fluidischen

Systemen mit unterschiedlichen

Medien über die Medizin- bis zur

Klimatechnik reicht.

Alle Bau reihen zeichnen sich

durch hohe Überdruck sicherheit,

Schalt genauigkeit und Langlebigkeit

unter extremen Anwendungsumgebungen

aus. Auf Anfrage

führt Inelta auch individuelle

Anpassungen der Serien modelle

durch oder liefert die Sensoreinheiten

als integrierte Systeme für

den kundenspezifischen Bedarf.

Inelta Sensorsysteme

GmbH & Co. KG

www.inelta.de

Spezialformatige Touch-Sensoren für Wearables, Handheld und Gaming-Anwendungen

über einen Taster, an und können

diese optisch auf ein kundenspezifisches

Coverglas und Display

bonden“, erklärt Diana Nanu,

Produkt Manager bei Data Modul.

Die Anforderungen an Displays

steigen stetig und mit ihnen

auch der Bedarf an Sonderformaten

und immer individuelleren

Produkt designs. Entsprechend

dieser Marktwünsche bietet Data

Modul nun neben Touch-Displays

mit standardmäßig rechteckigen

Touch-Sensoren auch runde und

quadratische Touch-Sensoren an,

mit denen auch kleine Diagonalgrößen

effizient bedient werden können.

„Durch die Erweiterung unseres

Touch-Sensor-Portfolios um

Touch-Sensoren in diesen speziellen

Formaten, sind wir in der

Lage moderne Touch-Lösungen

auch für Märkte anzubieten, in

denen standardmäßig kleine Displaygrößen

und Produktdesigns im

Sonderformat gefordert sind. So

bieten wir jetzt auch Touch- Sensoren

zur Integration in Wearables,

Handheld-Geräte oder verschiedenste

Gaming-Anwendungen,

beispielsweise als Alternative

zur mechanischen Bedienung

Bei Wearables mit

PCAP-Technologie

stellt die Sicherstellung eines

stabilen Erdungsdesigns (Grounding)

eine besondere Herausforderung

dar. Der Display-Experte

Data Modul verfügt über langjährige

Erfahrung im Bereich PCAP,

Tuning sowie der Umsetzung kundenspezifischer

Touch-Designs

unter Berücksichtigung aller erforderlichen

mechanischen und Produktdesign-Anforderungen.

Mithilfe

des hauseigenen Tuningtools

easyANALYZER lassen

sich zudem Settings und Parameter

eines Touch-Displays individuell

einstellen und feinjustieren

und das unabhängig davon, obein

Touch-Controller von MICROCHIP

oder ILITEK eingesetzt wird.

DATA MODUL AG

www.data-modul.com

68 meditronic-journal 4/2022


Sensoren

Extrem kleine Temperatur-Sensoren

für Foliensensoren

Heraeus Nexensos und accensors starten strategische Kooperation zur Integration von miniaturisierten

Temperatur-Sensoren in Foliensensoren.

Drainage-Katheter mit Foliensensorsystem zur frühzeitigen Detektion von

intrakorporalen Entzündungen, bestehend aus microRTD Temperatur-

Element, pH-Elektrode und Referenzelektrode (© accensors)

Heraeus Nexensos

www.heraeus-nexensos.de

Miniaturisierung spielt eine immer

größere Rolle in den Bereichen der

Medizinanwendungen, Diagnostik

und Wearables sowie im automobilen

wie auch industriellen Umfeld.

Mit einer direkten Erfassung von

Entzündungsparametern am Patienten

können beispielsweise in der

Operations-Nachversorgung sehr

frühzeitig unregelmäßige Zustände

detektiert werden. Foliensensoren

eröffnen dabei ein sehr breites

Anwendungsspektrum, indem

Parameter wie pH-Wert, Leitfähigkeit,

Feuchtigkeit, Druck und auch

Temperatur erfasst werden. Die präzise

Temperaturmessung hat dabei

sowohl als Messgröße als auch als

Referenzgröße für andere Sensoren

eine zentrale Bedeutung.

Der Temperatursensor-Experte

Heraeus Nexensos und der Foliensensor-Experte

accensors werden

im Rahmen einer strategischen Kooperation

gemeinsam Lösungen entwickeln,

um den Trend der Miniaturisierung

zu unterstützen und präzise

Temperatursensorelemente

in hochintegrierbare Foliensensor-

Elemente und anwendungsspezifische

Foliensensoren zu integrieren.

Im Speziellen werden miniaturisierte

Temperatur-Sensoren der

microRTD-Reihe eingesetzt, die

mit einer Grund fläche von lediglich

0,6 × 0,3 mm und einer Bauhöhe von

unter 40 µm neue Anwendungen

ermöglichen. Die geringe Bauhöhe

der innovativen Temperatursensoren

erlaubt damit die direkte Integration

in Foliensensoren, um eine präzise

und direkte Erfassung der Temperatur

zu realisieren. In Kombination

mit ultra-dünnen Folien mit Materialstärken

von 12 µm können äußerst

flache Foliensensorsysteme mit

einem Gesamtprofil unter 100 µm

realisiert werden.

Die beiden Partner kombinieren

ihre Kompetenzen, um mittels Integration

der neu entwickelten Temperatursensoren

die Messgenauigkeit

der Foliensensoren zu erhöhen

und die Anwendungsbereiche der

Foliensensortechnologie zu erweitern.

Im Zusammenspiel mit weiteren

Plattformen werden multiparametrische

Foliensensorsysteme realisiert,

um anwendungsadaptiert eine

möglichst aussagefähige Zustandserfassung

zu gewährleisten.

„Durch die Kombination unterschiedlicher

Sensortechnologien

erreichen wir eine klassische Win-

Win-Situation: Diesen Punkt sehen

wir beim Einsatz unserer microRTD

Temperatur-Sensoren in Foliensensorsystemen.

Durch unsere

miniaturisierten, ultra-dünnen und

biegbaren Elemente bleiben die

Folien sensorsysteme weiterhin flexibel

und sind in eine Vielzahl von

Anwendungen integrierbar.“, erläutert

Christoph Hartnig, VP Business

Development bei Heraeus Nexensos

die Bedeutung der strategischen

Kooperation.

„Wir sehen den Einsatz von micro-

RTD Temperatur-Sensoren als komplementäre

Technologie zu unseren

in Drucktechnologie hergestellten

Foliensensoren. Es ist eine Synergie

unserer technologischen Möglichkeiten

mit dem klaren Ziel, unseren

Kunden noch mehr Messgenauigkeit

und eine höhere Präzision zu

liefern.“ ergänzt Eike Wilhelm Kottkamp,

CEO innoME/accensors.

Zukunftsweisende

Technologiekombination

Durch die geometrische Designfreiheit

und Flexibilität der Foliensensoren

von accensors, kombiniert

mit den hochpräzisen Temperatursensorelementen

von Heraeus

Nexensos, verschmelzen Printed

Electronics und innovative SMD-

Technologie. Die Kooperationspartner

sehen diese Technologiekombination

als zukunftsweisend und

arbeiten an weiteren Anwendungsfeldern,

in denen miniaturisierte und

flexible Sensor-Plattformen die zentrale

Komponente darstellen. ◄

OEM-Sensoren für die Medizintechnik

Flüssigkeitsdruckmessung

in Ophthalmologie-Systemen

Senstech AG

CH-8320 Fehraltorf

Telefon +41 44 955 04 55

ISO 9001 · ISO 13485

www.senstech.ch

meditronic-journal 4/2022

Senstech_Ins_2022_91x66_meditronic-journal_B.indd 1 09.11.21 08:12

69


Kommunikation

IO-Link Wireless entfesselt die industrielle

Kommunikation

Der neue Kommunikationsstandard für die intelligente Fabrikautomation: Mit IO-Link Wireless entfesselt Balluff die

Industrielle Kommunikation

Die intelligente Kombination

industrieller Netzwerke mit dem

Kommunikationsstandard IO-Link

ist ein wesentlicher Baustein für

die Fabrik der Zukunft. Die Erweiterung

des etablierten Standards ermöglicht

eine zuverlässige, drahtlose

Datenübertragung in der Prozess-

und Fabrikautomation unter

anderem an Montagemaschinen –

zum Beispiel auch im Life- Science-

Bereich.

Enge Platzverhältnisse, mobile

und dynamische Anwendungen:

Die Anforderungen an Automatisierungsleistungen

im industriellen

Umfeld sind hoch. Für die Fabrik der

Zukunft und das Industrial Internet

of Things (IIoT) spielt jedoch der flexible

Einsatz von intelligenten Technologien

und smarten Komponenten

eine elementare Rolle – nicht zuletzt,

um wertvolle Daten zu generieren

und zu analysieren. Ein wichtiger

Baustein: die intelligente Kombination

industrieller Netzwerke mit dem

Autorin:

Sandra Nippert,

Brand Communications Manager

Balluff

www.balluff.com

Kommunikationsstandard IO-Link.

Bislang wurden dabei Sensoren und

Aktoren sowie binäre oder analoge

Devices über Kabel integriert. Nicht

selten führte das zu einer erschwerten

Implementierung einzelner Use

Cases. IO-Link Wireless – eine neue

kabellose IO-Link-Variante schafft

hier nun Abhilfe.

Nahtlose Kommunikation

Als digitale Schnittstelle ermöglicht

der Kommunikationsstandard

IO-Link eine feldbusunabhängige

Punkt-zu-Punkt-Verbindung sowie

eine nahtlose Kommunikation zwischen

Sensor und Automatisierungssystem:

Die Wireless-Technologie

entfesselt die industrielle

Kommunikation, indem notwendige

Leitungen und Kabel durch

die berührungslose Datenübertragung

überflüssig werden. Auch bei

der Nach- oder Umrüstung vorhandener

Anlagen kann die Nutzung

von Wireless-Technologien sinnvoll

sein, denn ein Eingriff in die bestehende

Anlagen architektur ist hierbei

nicht notwendig. IO-Link Wireless

ist ein internationaler Funkstandard,

der das 2,4 GHz ISM (Industrial,

Scientific and Medical Band)

Frequenzband nutzt. So ist dieser

Standard weltweit lizenzfrei nutzbar

– gleich bleibende Systemintegration

und Kompatibilität garantiert.

Einsatz bei der Montage von

Inhalatoren

„IO-Link Wireless kommt überall

dort zum Einsatz, wo eine klassische

Datenübertragung bisher

nicht oder nur erschwert möglich

war“, erklärt Balluff-Produktmanager

Michael Zahlecker. Die Anwendungsbereiche

sind dabei vielseitig.

Neben der Robotik, in der dynamische

Bewegungsabläufe auf der

Tagesordnung stehen, und Transportsystemen,

die oftmals unter

hohen Geschwindigkeiten agieren,

bietet der Einsatz von IO-Link Wireless

auch im Life-Science-Bereich

und in der Medizintechnik Vorteile,

zum Beispiel bei der Montage von

Inhalatoren.

Um Skalierungseffekte zu

er zielen, werden hier die dafür

be nötigten Montagemaschinen

möglichst modular gestaltet. Wechselbare

Drehtische ermöglichen

dabei unter anderem Flexibilität,

kurze Umbauzeiten und eine hohe

Effektivität der Gesamtanlage. Im

Gegensatz zu kabelgebundenen

Systemen ermöglicht IO-Link Wireless

dabei eine noch effizientere

und zukunftsfähigere Verwendung:

Sensordaten werden drahtlos

an die Steuerung übertragen.

Indem induktive Koppler zur Energieversorgung

verwendet werden,

kann der Drehteller unkompliziert

ohne Steckverbinder ausgetauscht

– oder alternativ ein zweites Werkstück

mit einem weiteren IO-Link

Wireless Hub auf einem zusätzlichen

Drehteller bearbeitet werden.

Die Vorteile der Funktechnik?

Eine unkompliziertere Planung und

Installation, keine Abnutzung von

Steckern oder Kabeln sowie eine

Über den IO-Link-Master werden die intelligenten Sensoren und Aktoren mit

der Steuerung verbunden

70 meditronic-journal 4/2022


Kommunikation

Anstatt per Kabel empfängt der

Wireless-Master die Sensordaten per

Funk über eine Bridge (rechts) oder

einen Hub (links). Die Technologie

ist damit ein wesentlicher Baustein

für die Fabrik der Zukunft

problemlose Skalier- und Erweiterbarkeit.

Installation auch an schwer

zugänglichen Stellen

Generell gilt: IO-Link Wireless

eignet sich besonders für solche

Einsatzbereiche, die wenig Platz

für Sensorik bieten, jedoch eine

hohe Prozesssicherheit erfordern.

Hier spielt das System seine Vorteile

hinsichtlich der Robustheit aus.

Ohne die Notwendigkeit einer Verkabelung

können somit auch Condition

Monitoring Sensoren an schwer

zugänglichen Stellen installiert werden

– ideal als Nachrüstung an

bestehenden Lösungen. Mit der

Wireless Technologie hält IO-Link

Einzug in dynamischen Anwendungen

mit hohen Geschwindigkeiten

– einfach zu vergleichen beispielsweise

mit einem fahrerlosen

Transportsystem: Die Basiseinheit

hält mit einer Reichweite von 10

bis 20 Metern jederzeit Kontakt zu

den installierten Komponenten und

greift die benötigten Daten ab, um

sie gesammelt zur weiteren Analyse

zur Verfügung zu stellen.

Neuer Kommunikationsstandard

für die intelligente

Fabrikautomation

Mit der Erweiterung des Portfolios

um eine kabellose IO-Link Variante

etabliert sich ein neuer Kommunikationsstandard

für die intelligente

Fabrikautomation. IO-Link Wireless

verspricht in allen Fällen eine noch

flexiblere und nachhaltigere Anwendung:

Anstatt per Kabel empfängt

der Wireless-Master die Sensordaten

per Funk über eine Bridge oder

einen Hub. Dem Einsatz sind dabei

keine Grenzen gesetzt, da IO-Link

Wireless auf der standardisierten

IO-Link Technologie (IEC 61131-9)

aufbaut und so alle An sprüche der

Fabrikautomation erfüllt.

Mehr Flexibilität und

Mobilität

Mögliche Störungen, beispielsweise

durch den gleichzeitigen

Betrieb von WLAN-Systemen, sind

ausgeschlossen. Die implementierte

Frequency Hopping Funktion ermöglicht

es, überlastete Frequenzkanäle

zu vermeiden, durch zusätzliche

Blacklisting können außerdem

bekannte bereits belegte Kanäle

direkt ausgeschlossen werden. Die

Geräte kommunizieren über einen

Knotenpunkt (IO-Link Master) direkt

mit der Steuerung, was eine stabile

und kontinuierliche Verbindung

von Master zu Device sicherstellt.

Dabei ist IO-Link Wireless deutlich

flexibler als kabelgebundene Varianten

– mit hoher Skalierbarkeit.

Mit einem IO-Link Master mit fünf

Tracks können über acht Ports insgesamt

40 IO-Link Devices verbunden

werden. Je nach Notwendigkeit

in der Kundenanwendung können

weitere Devices über einen zusätzlichen

Master angebunden werden.

Vorteile

Die großen Vorteile gegenüber

kabelgebundenen Varianten liegen

auf der Hand: Mehr Flexibilität und

Mobilität sowie eine erleichterte Planung

und Installation, auch als Retrofit

Lösungen, sprechen für sich. Großes

Augenmerk bei der Entwicklung von

IO-Link Wireless lag für Balluff auch

auf der hohen Zuverlässigkeit: Eine

Latenz von 5 ms sowie eine Paketdatenfehlerrate

von 10 -9 ermöglichen

eine direkte Anbindung sowie schnelle

und zuverlässige Datenübertragung –

mit derselben Kommunikationsstabilität

wie der kabelgebundene IO-Link

Standard. Damit liegt die Fehlerrate

deutlich geringer als bei anderen

Wireless-Technologien, beispielsweise

WLAN, Bluetooth oder 5G. Da

über IO-Link – sowohl bei kabelgebundenen

wie auch Wireless Varianten

– zumeist nur Prozessdaten übertragen

werden, ist eine unverschlüsselte

Verbindung aus reichend. Mit

einer Reichweite von 10 bis 20 Metern

bewegen sich die Daten außerdem in

einem eingeschränkten Betriebsumfeld

– Fragen zum Thema Datensicherheit

stellen sich also beim Einsatz

des Systems nicht.

Unkomplizierte Nachrüstung

in Bestandsanlagen

Alle IO-Link Wireless Komponenten

– Master, Bridge oder Hub –

sind besonders geeignet für Retrofit-Lösungen,

da sie unabhängig von

der bereits bestehenden Maschinenarchitektur

in Bestandsanlagen integriert

werden können. Dafür müssen

– im Gegensatz zu verkabelten Varianten

– keine Kabelkanäle aufgebrochen

oder in die Bestandsarchitektur

eingegriffen werden. Produktmanager

Michael Zahlecker erklärt: „Der

Eingriff ist sozusagen minimalinvasiv.

Für die Implementierung von IO-Link

Wireless wird nur eine Spannungsversorgung

benötigt. Diese ist aber

in bestehenden Maschinen bereits

vorhanden – zusätzliche Kabel sind

also nicht notwendig“. Auch bei

der Inbetriebnahme kann sich der

Anwender auf den gewohnten Komfort

der IO-Link Komponenten verlassen.

Alle Devices sind beispielsweise

über einen integrierten Webserver

konfigurierbar. Auch bei modular

aufgebauten Anlagenkonzepten

ist IO-Link Wireless ideal geeignet,

da zusätzliche Komponenten jederzeit

ohne aufwendigen Eingriff in die

Maschinenarchitektur ergänzt werden

können.

Erweiterung zu

kabelgebundenen Lösungen

Mit der zunehmenden Flexibilisierung

in der modernen Fertigung

wird einen Anstieg des Anteils

an Wireless-Lösungen im industriellen

Umfeld bedingen. Dabei

werden diese kabelgebundenen

Lösungen ergänzt. Die Kombination

unterschiedlicher Lösungen

eröffnet große Chancen. Zentrale

Rolle spielen dabei die Anforderungen

der Anwender: Wohin werden

die Daten gesendet – per Funk

an eine Cloud oder zur nächsten

Basisstation? Werden Daten wie

bei IO-Link Wireless zunächst zur

nächsten Steuerung transportiert?

Oder müssen Daten in Echtzeit

zur Verfügung stehen? All diese

Fragen beeinflussen die Kombination

verschiedenster Wirelessoder

kabelgebundener Lösungen.

So steht IO-Link Wireless in keinerlei

Konkurrenz zu kabelgebundenen

Lösungen, sondern stellt

eine vielversprechende Erweiterung

dar.

Wer schreibt:

1921 in Neuhausen a. d. F.

gegründet, steht Balluff mit seinen

3600 Mitarbeitern weltweit für innovative

Technik, Qualität und branchenübergreifende

Erfahrung in

der industriellen Automation. Als

ein führender Sensor- und Automatisierungsspezialist

bietet das

Familienunternehmen in vierter

Generation ein umfassendes Portfolio

hochwertiger Sensor-, Identifikations-

und Bildverarbeitungslösungen

inklusive Netzwerktechnik

und Software. ◄

Die Funktionsweise von IO-Link Wireless wird unter anderem an den

wechselbaren Drehtischen an Montagemaschinen deutlich: Die kabellose

Variante sorgt hier für eine noch effizientere und zukunftsfähigere

Verwendung des modularen Konzepts

meditronic-journal 4/2022

71


Stromversorgung

Zuverlässige Versorgung von Industrie-Mainboards:

DC-ATX-Wandler mit Kontaktkühlung und

6…36V-Eingang

Bicker DC161W / Power+Board

Lüfterlose DC-ATX-Stromversorgung für Industrie-Mainboards

Bicker Elektronik GmbH

info@bicker.de

www.bicker.de

Der lüfterlose DC-ATX-Wandler

DC161W von Bicker Elektronik ist

sowohl für mobile Anwendungen

im 12V- bzw. 24V-Bordnetz, als

auch für industrielle und medizinische

Embedded-IPCs bestens

geeignet. Am ATX-Ausgang stehen

exakt geregelt +5 Vsb / +3,3 V /

+5 V / ±12 V zur Verfügung. Der

hoch effiziente DC/DC-Wandler

mit 93 % Wirkungsgrad ist für den

zuverlässigen 24/7-Dauerbetrieb im

erweiterten Temperaturbereich von

-20…+70 °C mit besonders hochwertigen

Komponenten und einem

robusten Schaltungsdesign ausgestattet,

was sich in einer MTBF von

990.000 Stunden widerspiegelt. Mit

einem Weitbereichseingang von 6

bis 36 VDC stellt der DC161W selbst

bei starken Schwankungen der Versorgungsspannung

die zuverlässige

und stabile Stromversorgung

des angeschlossenen Mainboards

sicher und überzeugt in einer Vielzahl

von Anwendungsfeldern, wie

Industrie 4.0 / IIoT, Gateways, Medizintechnik,

Transportation, Digital-

Signage, POS/POI u.v.m.

Flexibles Kabelmanagement

Das Kabelmanagement-System

des DC161W erlaubt den flexiblen

Einsatz kundenspezifischer

Kabelbaum-Lösungen. Auf Wunsch

Unterseite mit passendem Wärmeleitpad für Kontaktkühlung

realisiert Bicker Elektronik die komplette

Konfektionierung des Kabelbaumes

mit individuellen Kabellängen

und Steckerverbindungen.

Wärmeleitpad für

Kontaktkühlung inklusive

Für die optimale thermische

Anbindung der Leistungsbauteile

auf der Platinen-Unterseite ist im

Liefer umfang des DC161W bereits

ein passendes Wärmeleitkissen

(Gap-Filler-Pad) enthalten. Aufgrund

des sehr guten Wärmemanagements

reduziert sich die Erwärmung

auf ein Minimum und macht

so wartungs freie Systeme ohne

rotierende Lüfter möglich.

Vehicle-Ignition-Funktionen

Der DC161W kann sowohl im

Standard-Netzteil-Modus, als auch

im KFZ-Modus beispielsweise für

CarPCs betrieben werden. Die

zündungsabhängige ATX-Stromversorgung

sowie Start und Shutdown

des CarPCs können über

erweiterte Timing-Modi und einen

Mainboard-On/Off-Anschluss (Intel

ATX 12V kompatibel) individuell

konfiguriert werden. Die wählbare

Autolatch-Funktion gewährleistet

beispielsweise das sichere Hochund

Herunterfahren des CarPCs,

selbst bei einem sehr kurzen Zündungsplus.

Der integrierte Tiefentladeschutz

überwacht ständig die

Spannung der Fahrzeugbatterie und

schaltet den DC161W automatisch

ab, sobald die Batteriespannung länger

als eine Minute unter einen definierten

Spannungswert fällt. Zusätzlich

verfügt der DC161W über einen

Remote-On/Off-Anschluss für den

KFZ-Verstärker.

Power+Board-Bundles –

alles aus einer Hand!

Bicker Elektronik bietet im Rahmen

des Power+Board-Programms

passende Industrie-Mainboards führender

Hersteller wie Kontron, ASUS

IoT, AAEON und Avalue. Zudem

steht ein umfangreiches Portfolio

Kabelmanagement-

System ermöglicht Einsatz

kundenspezifischer Kabelbäume

72 meditronic-journal 4/2022


Produktvideo mit allen Details im Überblick: https://www.bicker.de/DC161W

(Stockbild Laptop: Adobe Stock guteksk7 / #266339089)

hochwertiger Systemkomponenten

in Industriequalität zur Verfügung:

Embedded Prozessoren,

SO-/DIMM-Speichermodule, M.2

Embedded Module, Erweiterungskarten,

aktive und passive Kühllösungen.

Mit den zuverlässigen

und langzeitverfügbaren Komplettlösungen

aus einer Hand lässt sich

die Time-To-Market verkürzen und

somit Zeit und Geld bei der Systementwicklung

einsparen.

Alle Produkteigenschaften

im Überblick

• Kontaktgekühlter DC-ATX Wandler

• Ultraweiter Eingangsbereich

6...36 VDC

• Erweiterter Temperaturbereich

-20...+70 °C

• Wirkungsgrad bis 93 %

• Mit Kfz-Ignition-Funktion

• Keine Grundlast erforderlich

• Wärmeleitpad für Gehäuse-

Montage inklusive

• Kabel-Management-System

• POWER_ON und POWER_OK

erfüllen Intel ATX 12V Design

Guide Anforderungen

• Höchste Zuverlässigkeit und

Lebensdauer dank qualitativ hochwertiger

Komponenten

• Optional EMV Filter für EN 55022

Klasse B lieferbar

• 3 Jahre Garantie ◄

Kompakte, zweifach zertifizierte Stromversorgung

TDK-Lambda Germany

GmbH

www.emea.lambda.tdk.com

Die TDK Corporation gibt

die Einführung der 250 W

AC/DC-Netzgeräte der

CUS250-Serie von TDK-Lambda

bekannt. Die Geräte haben eine

Grundfläche von 2“ x 4“ und sind

sowohl nach IEC 60601-1 als auch

nach IEC 62368-1 für Installationen

der Klasse I und der Klasse II

(doppelt isoliert) zertifiziert. Zu

den Zielanwendungen gehören

medizinische Geräte, Geräte für

die häusliche Pflege, zahnmedizinische

Geräte, Prüf- und Messgeräte,

Rundfunkgeräte, professionelle

Audiogeräte und industrielle

Geräte.

Geräuschloser Betrieb

Kontakt- und Konvektionskühlung

ermöglichen einen vollkommen

geräuschlosen Betrieb, bei

Umgebungstemperaturen von

-20 °C bis +50 °C ohne Einschränkungen.

Mit Leistungsderating ist

sogar der Betrieb bis +80 °C möglich.

Mit einem forcierten Luftstrom

von 1 m/s können die geschlossenen

Gehäusevarianten ebenfalls die

volle Ausgangs leistung von 250 W

bis zu 50 °C Umgebungstemperatur

abgeben. Diese Leistung reduziert

sich linear auf 125 W bei Temperaturen

bis 70 °C. Der Luftstrom

kann hier sowohl extern im System

als auch durch einen im Netzteil

integrierten Lüfter bereitgestellt

werden. Optional stehen für die

CUS250M eine Standby-Spannung

von 5 V@0,1 A, Remote On/Off

sowie DC OK- und AC Fail-Signale

zur Auswahl. Als mechanische Varianten

stehen neben dem Standardgerät

mit Metal-Baseplate auch

Modelle mit U-Profil, geschlossenem

Gehäuse mit integriertem Lüfter

oder Platine in Kunststoffwanne

zur Verfügung.

Verschiedene Modelle

Zunächst sind Modelle mit

12 V und 24 V erhältlich, später

folgen weitere Spannungen mit

15 V, 18 V, 28 V, 36 V und 48 V.

Die Ausgangsspannung kann

vom Anwender per Poti justiert

werden. Die Geräte arbeiten mit

einem Weitbereichseingang von

85 bis 264 Vac und der Ableitstrom

beträgt weniger als 150 µA - einschließlich

aller Toleranzen. Der

Berührungsstrom beträgt


Stromversorgung

Das leisten moderne DC/DC-Wandler

Effizient, langlebig, ausfallsicher und individuell anpassbar - in Batterie-versorgten Gleichstromnetzen müssen

DC/DC-Wandler hohen Ansprüchen genügen. Zumindest wünscht man sich das, aber der Weg dorthin hat viele

Fallstricke.

Gut geschützt und effizient: Auch mit aufwändigen Schutz- und

Analysefunktionalität ausgestattet, erreichen aktuelle DC/DC-Wandler

maximale Wirkungsgrade

An moderne Gleichstromwandler

werden die vielfältigsten Anforderungen

gestellt. Dies gilt besonders,

wenn sie in batterieversorgten

Gleichstromnetzen eingesetzt werden.

Dabei kann es sich beispielsweise

um stationäre Systeme zur

Netzausfallüberbrückung handeln

oder auch um mobile Anwendungen

etwa in den Bordnetzen von

Kraftfahrzeugen aller Art. Von 60

bis 9 Volt oder kurzfristig gar 6 Volt

ist dabei die ganze Bandbreite von

Speisespannungen möglich. Wie

alle elektrischen Geräte müssen

auch DC/DC-Wandler den einschlägigen

EMV-Vorschriften genügen.

Sie dürfen weder Störsignale aussenden,

noch von Störstrahlungen

beeinflusst werden. Ein aktiver Verpolungsschutz

ist ebenfalls unabdingbar,

damit die von ihnen versorgten

Applikationen bei einer

gewollten oder ungewollten Vertauschung

der eingangsseitigen Polarität

vor Schäden geschützt sind.

Die Potentialtrennung sorgt dafür,

dass die Versorgungsspannung

auch im Fehlerfall niemals auf die

Sekundärseite durchschlagen kann.

Dank der galvanischen Trennung ist

das System auch gegen Störungen

durch Überspannungen gefeit. Weil

im Batteriebetrieb die elektrische

Energie nicht unbegrenzt zur Verfügung

steht, dürfen diese Schutzmaßnahmen

keinesfalls zulasten

der Effizienz gehen. Dass dies nicht

der Fall sein muss, beweisen verschiedene

DC/DC-Wandler. Zum

Beispiel hat der für den Industrieeinsatz

konzipierte 72 Watt starke

DC/DC-Wandler PSU-1141-08 über

seinen gesamten Eingangsbereich

von 9 Volt bis 32 Volt einen Wirkungsgrad

über 94 Prozent. Und

das bei voller Auslastung. Im Standby-Modus

ohne Last sinkt die Leistungsaufnahme

unter 50 Milliwatt.

Wodurch der Energie-Vorrat

der Batterie-Versorgung in Bereitschaft

praktisch nicht be lastet wird.

Wenn dann schlagartig die volle

Leistung gefragt ist, verhindert eine

aktive Einschaltstrombegrenzung

die impulsartige Belastung des Versorgungsnetzes

beim Zuschalten

des Systems. Weder die Energiespeicher

selbst noch parallel ange-

Autor:

Hermann Püthe

Geschäftsführender

Gesellschafter

inpotron Schaltnetzteile GmbH

www.inpotron.com

Der PSU-1141-08 ist ein DC/DC-Wandler für den Industrieeinsatz. Er hat auf der Primärseite einen elektronischen

Verpolschutz sowie eine Einschaltstrombegrenzung.

74 meditronic-journal 4/2022


Stromversorgung

Sichere, zuverlässige und lautlose Medizinnetzteile - ein Leben lang

Der Stromversorgungshersteller

PULS bietet eine komplette

Serie an Medizinnetzteilen.

Die Stromversorgungen

sind mit 120 W (CP5.241-M1),

240 W (CP10.241-M1) und 480 W

(CP20.241-M1) erhältlich und erfüllen

alle vorgegebenen Anforderungen

zum Schutz von Patienten

und Personal. Durch die Zertifizierung

nach IEC 60601-1, 3rd Edition

und Schutzvorkehrungen gemäß

2x MOPP sind die Stromversorgungen

für den sicheren Einsatz in

der Patienten- und Bedienerumgebung

geeignet. Auch die EMV-Vorgaben

werden gemäß IEC 60601-

1-2, 4. Edition vollständig erfüllt.

Lüfterlose Netzteile bieten in

der Medizintechnik weitere Vorteile.

Die Geräte sind geräuschlos

und haben eine lange Lebensdauer

und geringe Ausfallwahrscheinlichkeit.

Das ermöglicht

einen zuverlässigen und wartungsfreien

Einsatz über Jahre hinweg,

auch im 24/7-Betrieb. Dank der

genormten DIN-Schienen-Montage

sind die Geräte einfach zu

installieren. Aufgrund der kompakten

Bauform benötigen die

Netzteile nur wenig Einbauraum

– bei beengten Platzverhältnissen

in den Systemen oder

aufgrund design-orientierter

Formgebung

sind die PULS-Produkte

also ideale Mitspieler.

Die Verdrahtung

geht ebenfalls

leicht von der Hand

und kann ohne Werkzeug

vorgenommen

werden. Dafür sorgen

die praktischen

Anschlüsse mit

Federzugklemmen.

Mit den Stromversorgungen

der CP-Serie

lassen sich zuverlässige,

kompakte und

ausfallsichere Systeme

in verschiedenen

medizinischen

Anwendungen in der

Krankenhaustechnik,

Gebäudetechnik

sowie z. B. in der

bildgebenden Diagnostik

realisieren.Die Medizinnetzteile

der CP-Serie sind als

Standardprodukte sofort ab Lager

verfügbar, auch über den PULS

Online-Shop.

PULS

www.pulspower.com

schlossene Baugruppen werden so

geschädigt.

Individuelles Design ist

effizienter

So unterschiedlich die Einsatzzwecke

für Gleichstromwandler

sind, so vielfältig sind die Anforderungen,

die an ihr Design gestellt

werden. Nur in den wenigsten Fällen

lassen sich diese mit einem Wandler

von der Stange optimal erfüllen.

Mit modularen Konzepten halten

sich die zusätzlichen Entwicklungskosten

sowie der dafür nötige

Zeitbedarf eines individuell angepassten

DC/DC-Wandlers in überschaubaren

Grenzen. Im Gegenzug

erhält der Kunde ein ganz auf

seine Bedürfnisse zugeschnittenes

Produkt. Mit allen Zusatzfunktionen

und Analyseinformationen,

die er braucht. Es enthält etwa nur

die wirklich notwendigen Kontakte

und Verbindungen, überflüssige Filter

oder andere Komponenten können

eingespart werden. Auch das

Wärmemanagement lässt sich so

optimal an die Gegebenheiten des

geplanten Einsatzes anpassen. Da

ein mechanischer Lüfter zusätzliche

Energie benötigt, störanfällig

ist und etwa in medizinischen

Ge räten unerwünschte Geräusche

und Vibrationen erzeugt, ist der passiven

Kühlung durch natürliche Konvektion

der Vorzug zu geben. Das

Ergebnis ist ein Gleichstromwandler,

der im Dauerbetrieb rund um

die Uhr zuverlässig funktioniert,

für mindestens zehn Jahre oder

länger. Und dabei Temperaturen

zwischen -40 °C und 85 °C locker

wegsteckt. Im Extremfall auch bis

+95 °C. Besonders bei einer redundanten

Stromversorgung, welche

bei Ausfall des Wechselstromnetzes

den sicheren Betrieb gewährleisten

soll, ist das von essenzieller

Bedeutung.

Smarte Wandler als

wertvolle Datenquelle

Moderne Gleichstromwandler sind

nicht bloß verlässliche Gleichspannungsquellen.

Über gängige Industrie-Bus-Systeme,

wie etwa KNX,

DMX oder Asi lassen sie sich fernsteuern

und stellen im Gegenzug

eine Fülle von wertvollen Daten

zur Systemanalyse zur Verfügung.

Durch die Auswertung von Betriebszuständen

wie Leistungsaufnahme,

Betriebsstunden oder Temperatur

lassen sich Stromnetze wirtschaftlicher

und sicherer betreiben.

Nimmt zum Beispiel der Energiebedarf

einer versorgten Maschine im

Laufe der Zeit zu, deutet dies auf

eine notwendige Wartung hin. Bahnt

sich eine kurzfristige Überlastung

der Stromversorgungen an, können

aktuell nicht benötigte Verbraucher,

etwa Displays, ausgeschaltet werden.

Lastspitzen werden vermieden,

wenn während des Anlaufs

eines DC-Motors nicht zusätzlich

der Thermotransferdrucker ein Protokoll

anfertigt. Vernetzte Systeme

werden so zuverlässiger und stabiler

mit Energie versorgt. Gleichzeitig

sinken Anschaffungs- und Betriebskosten,

weil die Überdimensionierung

der Applikationen wegfällt. ◄

meditronic-journal 4/2022

75


Medical-PC/SBC/Zubehör

Langlebig, robust und leistungsstark

Controlmaster 1019 für industrielle Anwendungen

Wer elektronische Geräte im medizinischen

Umfeld einsetzen möchte

muss sicherstellen, dass diese Geräte

entsprechend zertifiziert sind. Die

Sicherheit des Patienten und des

behandelnden Personals steht an

erster Stelle. Dienen die Geräte zur

Diagnose, Behandlung oder Überwachung

von Patienten und werden sie

an ein Versorgungsnetz angeschlossen,

greift in diesem Fall die Norm

EN 60601-1. Dabei ist nicht allein die

Frage entscheidend, ob ein Energieaustausch

zwischen Patient und Gerät

stattfindet. Auch die Anzeige eines

solchen Vorgangs ist ausreichend,

um ein Gerät zertifizieren zu müssen.

Die Medico Box PCs der ICO

Innovative Computer GmbH erfüllen

sämtliche Anforderungen und

sind somit EN 60601-1 zertifiziert.

Sie können direkt im Patientenumfeld

eingesetzt werden. Mediziner

schätzen die Geräte aber nicht nur

aufgrund ihrer Zertifizierung, sondern

vor allem aufgrund ihrer hervorragenden

Performance und den

kompakten Maßen. Auf gerade einmal

301 x 243 x 130 mm bzw. 301 x

295 x 130 mm können die leistungsstarken

Komponenten der Medico

Box PCs verbaut werden. Das lässt

die Systeme äußerst platzsparend

und mobil werden.

Anwendungsbeispiel

Ein mögliches Anwendungsbeispiel

findet sich daher im Patientenzimmer

selbst. Dort können die

Geräte neben der Visualisierung

von Prozessen auch zur Versorgung

von Beatmungsgeräten des

Patienten verwendet werden. Für

diese Umgebung erweist sich vor

allem die lüfterlose Variante des

Medico Box PCs als sinnvoll.

Zukunftssicher mit viel

Power

Ihre wahre Power entfalten die

Geräte allerdings im Zusammenhang

mit DICOM Prozessen. Hier

kommen die Intel Core i-Prozessoren

der neunten Generation zum Tragen.

Die Wahl besteht zwischen dem ausgewogenen

Intel Core i5-9500TE

2,2 GHz- und dem performanten Intel

Core i7-9700E 2,6 GHz-Prozessor.

Unterstützt durch 8 GB RAM in der

Basisversion (max. 32 GB) und eine

128 GB große SSD, entstehen so

zwei Systeme, die Zukunfts sicherheit

im medizinischen Umfeld versprechen.

Zur komfortablen Nutzung

von DICOM Viewern und anderen

Anwendungen besteht die Möglichkeit,

eine lüfterlose Grafikkarte zu

verbauen, die die Anzeigegeschwindigkeit

enorm verbessert.

Konnektivität

Auch in Sachen Konnektivität sind

die Medico Box PCs bestens ausgestattet.

Displays können wahlweise

per VGA, Displayport oder DVI

angeschlossen werden. Zusätzlich

stehen sechs USB-Ports, zwei Gigabit

LAN-Anschlüsse und zwei serielle

Schnittstellen zur Verfügung. Eine

drahtlose Anbindung der Systeme

an drahtlose Netzwerke ist ebenfalls

unkompliziert via WLAN möglich.

Mit den Medico Box PCs der ICO

Innovative Computer GmbH sind folglich

wichtige Bereiche und Auf gaben

im medizinischen Umfeld abgedeckt

und versprechen Planungssicherheit

für kommende Jahre.

ICO Innovative Computer

GmbH

www.ico.de

Brillante Grafik im mini-ITX-Format mit AMD Ryzen Embedded R2000-Serie

Kontron

www.kontron.de

Das Motherboard auf Basis der

erfolgreichen „Zen+“-Mikroarchitektur

der AMD Ryzen R2000-Serie

eignet sich für vielseitige Grafikanwendungen

und macht einen

Sprung bei der Performance.

Kontron stellte auf der embedded

world 2022 das Industrie-Motherboard

D3723-R mITX

vor, das auf der AMD Ryzen Embedded

R2000-Linie basiert und

in Deutschland entwickelt wurde

sowie zukünftig produziert wird.

Im Vergleich zu V/R1000 APUs

(Accelerated Processing Units)

von AMD liefert es eine höhere

Performance. Neben dem günstigeren

Preis überzeugt das neue

Modell auch mit Windows 11 Support

und einem langen Lebenszyklus

von sieben Jahren. Wie alle

Kontron Motherboards mit der

Bezeichnung D3xxx bzw. K3xxx

wird auch das D3723-R in Deutschland

produziert.

Attraktives Preis-/Leistungsverhältnis

Die Lösung eignet sich dank AMD

Radeon Vega Graphics insbesondere

für Embedded-Grafik-Applikationen

wie professionelle Casino

Gaming-Systeme, medizinische Displays,

Thin Clients und Industrie-

PCs sowie für Kiosk-, Infotainment-

oder Digital-Signage-Systeme. Im

Vergleich zum Vorgängermodell auf

Basis der R1000 und V1000-Serie

zeigt der R2000 ähnliche Features

wie die V1000 SKUs. Dazu gehören

16 PCIe Lanes, bis zu vier Display-Anschlüsse

und eine Skalierbarkeit

der verfügbaren APU SKUs

von 12 bis 54 W (TDP). Windows 11

Support und ein attraktives Preis-/

Leistungsverhältnis sprechen eindeutig

für den R2000.

Brillante Grafik und bis zu

vier unabhängige Displays

Die im SoC integrierte AMD

Radeon Vega GPU sorgt für eine

76 meditronic-journal 4/2022


Medical-PC/SBC/Zubehör

Eine Klasse für sich

Die neuen Kontron µATX-Motherboards K3841-Q, K3842-Q und K3843-B spiegeln den neuesten Stand der

Hybrid-CPU-Technologie mit Big-Little-Konzept, DDR5-Speicher und PCI Express Gen5

Kontron stellt drei µATX Motherboards

vor, die die neuesten Prozessoren

der 12. Generation Intel

Core i Serie (LGA1700 mit 125 W

TDP) sowie Intel Pentium/Celeron

unterstützen. Es sind die ersten Produkte

einer Reihe neuer Motherboards

„designed and made in

Germany“, bestehend aus Mini-

ITX, µATX und ATX, die im Laufe

des Jahres verfügbar sein werden.

Die neue Motherboard-Familie

unterstützt zudem die aktuelle

DDR5-Memory-Technologie für

beste Systemperformance, PCIe

Gen5 und die neueste Intel LAN-

Generation mit 2,5 Gbit Ethernet.

Die Motherboards sind mit zwei

M.2-Anschlüssen und integriertem

Intel TPM 2.0 für Windows 11

Support ausgestattet. Sie verfügen

über eine 125 W CPU TDP

einschließlich configurable Thermal

Design Power, bei der sich die

Verbrauchsleistung limitieren lässt.

In den Hybrid-CPUs von Intel können

beide Kerne, wie zum Beispiel

Atom und Core i, für noch höhere

Performance zusammen genutzt

werden. Seit Juni sind die neuen

Boards verfügbar. Auch auf der

Embedded World stellte Kontron

diese Motherboards vor.

Zukunftsfähige

Schnittstellen und Langzeitverfügbarkeit

Das Industrie-Motherboard

K3841-Q µATX ist mit dem performanten

Intel Q670E Chipsatz

mit erhöhter Zuverlässigkeit (Embedded

Broad Market) ausgestattet

und insbesondere für die Bereiche

Medizin, Banking, Industrial Automation,

Labor Diagnostik und Video

Surveillance konzipiert. Das Board

verfügt über drei LAN-Schnittstellen,

darunter 1x Intel 219LM Premium

(Unterstützung neuester

Manage ability Funktionen) sowie 2x

I225LM der neuen Generation mit

2,5 Gbit Ethernet. Hinzu kommen

vier COM-Schnittstellen, vier PCIe,

darunter Gen5 und zwei x1, sowie

elf USB-Schnittstellen (USB 3.2

Gen2 sowie Typ C). Das K3841-Q

µATX ist sieben Jahre verfügbar.

Noch mehr Performance für

die Bildverarbeitung

Das K3842-Q µATX-Board bringt

den Intel Q670 Chipsatz mit umfangreichen

Manageability-Funktionen

und Support für Intel Optane Speicher

mit. Damit eignet sich das

Board vor allem für die Integration

in höherwertige Desktop PCs oder

für semi-Industrielle Anwendungen,

wie z. B. Viewing Stations in

der Medizin. Auch hier spielen die

USB-Ports Typ-C und TPM 2.0 für

Windows 11 Support eine wichtige

Rolle. Die Verfügbarkeit beträgt bis

zu fünf Jahre.

K3843-B µATX: Power im

Standard-PC

Für kostengünstige Systeme mit

Bedarf für neueste CPU-Technologie

bietet sich die Variante K3843-B

µATX für den Einbau in kommerziellen

Desktop PCs sowie semiindustriellen

Anwendungen an. Das

K3843-B ist mit dem B660-Chipsatz

ausgestattet. Dabei werden alle

CPUs mit bis zu 125 W TDP unterstützt.

Features wie cTDP, DDR5,

vier DisplayPorts, vier PCIe Gen5-

Interfaces für höhere Geschwindigkeit

und mehr Bandbreite sorgen für

hohe Performance und Funktionalität

in vielseitigen Anwendungsszenarien.

Die Verfügbarkeit beträgt

drei Jahre.

Kontron

www.kontron.de

brillante Grafik und unterstützt bis

zu vier unabhängige Displays in

4K-Auflösung. Als Memory kommen

zwei SO-DIMM-Speichermodule,

schnelle DDR4-2666 oder

3200 mit maximal 32 GB, Dual

Channel und ECC Support zum

Einsatz. Zudem wartet das Motherboard

mit umfangreichen Schnittstellen

auf, darunter Dual GbE,

COM (RS232, RS422, RS485),

USB 3.1 Gen2, M.2 (Key-M, Key-

B) uvm. Ein Wide-Range DC-Input

(8 - 36 V) ermöglicht zudem einen

universellen Einsatz in unterschiedlichsten

Anwendungen. Passend

zum Motherboard ist zudem das

Gehäuse-Kit SMARTCASE S711

erhältlich. ◄

meditronic-journal 4/2022

77


Medical-PC/SBC/Zubehör

Skalierbare Produktfamilie mit vielen

CPU-Varianten

12. Gen Intel Core Prozessoren in leistungsstarke COM Express Compact Modulfamilie integriert

Komplettes Ecosystem

Hoher Datendurchsatz

Avnet Embedded

www.avnet.com

Avnet Embedded präsentierte auf

der embedded world 2022 die leistungsstarke

COM Express Type 6

Modulfamilie MSC C6C-ALP, die

erstmals 12. Gen Intel Core P-series

und U-series Prozessoren in den

schmalen COM Express Compact

Formfaktor mit Abmessungen von

95 x 95 mm integriert. Die skalierbare

MSC C6C-ALP Produkt familie

zeichnet sich durch eine breite Auswahl

an CPU-Varianten aus, die sich

in der Rechenleistung und Energieeffizienz

unterscheiden.

Vielseitig einsetzbar

Die modulare COM Express

Modulfamilie MSC C6C-ALP ist für

den kommerziellen Umgebungstemperaturbereich

von 0 bis 60 °C ausgelegt

und für unterschiedliche

Industrie anwendungen geeignet,

die auf engem Raum eine hohe

Performance verlangen. Typische

Beispiele sind Anwendungen in der

Medizintechnik, der Prozesssteuerung,

in HMI Terminals, in Transportation

Systemen und in intelligenten

Kiosksystemen.

Zur schnellen Entwicklung

von innovativen Embedded Produkten

stellt Avnet Embedded

auch für ihre neue Modulfamilie

MSC C6C-ALP ein komplettes

Ecosystem mit passendem

Starter Kit, Board Support Package

und Design-in Support zur

Verfügung. Darüber hinaus wird

für alle Baugruppen eine Langzeitverfügbarkeit

garantiert, die

die getätigten Systeminvestitionen

seitens der Kunden sicherstellt.

Der COM Express Standard

bietet zudem eine skalierbare

Performance und eine

Migration hin zu zukünftigen

Technologie Upgrades.

Mit der hochperformanten

Baugruppenfamilie MSC C6C-

ALP erweitert Avnet Embedded

abermals ihr umfangreiches

COM Express Produktportfolio

im oberen Leistungssektor.

Im Januar dieses Jahres

wurde die Modulfamilie im COM

Express Basic Formfaktor (125 x

95 mm) vorgestellt, die ebenfalls auf

der 12. Gen Intel Core Prozessortechnologie

basiert.

Technische Spezifikationen:

Die kompakte COM Express

Modulfamilie MSC C6C-ALP ist

mit 12. Gen Intel Core P-series

und U-series Prozessoren (Codename

„Alder Lake P-series und

U-series“) bestückt. Die neue Intel

Performance Hybrid Architecture

verfügt über Performance-cores

und Efficient-cores, deren jeweilige

Arbeitslast vom integrierten

Intel Threat Director optimiert wird.

Die Architektur bietet insgesamt

bis zu zwölf Cores und 16 Threads

bei einer Thermal Design Power

(TDP) von 28 W. Für Anwendungen

mit niedriger Verlustleistung

können einzelne Prozessorvarianten

bei 12 W betrieben werden.

Die integrierte Intel Iris Xe Architecture

Graphics mit bis zu 96 Execution

Units (EUs) liefert eine hohe

Grafik leistung.

Für einen hohen Datendurchsatz

sorgt die auf den Modulen implementierte

schnelle LPDDR5-5200

Speichertechnologie (memorydown)

mit einer maximalen Kapazität

von 32 GB.

Die MSC C6C-ALP Module können

mit dem COM Express Carrier

Board über acht PCIe Gen 3 Lanes

und vier PCIe Gen 4 Lanes angeschlossen

werden. Die Ethernet

Schnittstelle basierend auf dem Intel

i226 Netzwerkcontroller liefert bis

zu 2,5 GbE Bandbreite. Zusätzlich

sind bis zu vier USB 3.2 Gen 1 / 2

und acht USB 2.0 Ports sowie zwei

UARTs verfügbar. Zur Ansteuerung

von bis zu vier unabhängigen Displays

sind drei DisplayPort / HDMI

Interfaces, ein LVDS und Embedded

DisplayPort Anschluss sowie optional

VGA vorgesehen. Über zwei

SATA 6 Gb/s Kanäle lassen sich

Massenspeicher anbinden. Optional

können die Boards mit einer

NVMe SSD, die eine maximale

Kapazität von 1 TB aufweist, ausgestattet

werden. ◄

78 meditronic-journal 4/2022


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