Wenn medizinische elektrische Geräte im Haushalt verwendet werden, müssen sie die Anforderungen der Medizinnorm EN/IEC 60601-1 erfüllen. Als diese 2011 aktualisiert wurde, kamen die Ergänzungsnormen 60601-1-X hinzu, die unter anderem fordern, dass nicht ortsfest installierte medizinische Geräte über einen Anschluss nach Schutzklasse II verfügen müssen.
Diese zusätzliche Anforderung soll sicherstellen, dass elektrische Medizingeräte selbst dann sicher betrieben werden können, wenn die Hausinstallation fehlerhaft ist. Denn für elektrische Geräte der Schutzklasse I ist lediglich vorgeschrieben, den Schutzleiterwiderstand mit bis zu 40 A zu messen, bei der Zulassung, aber auch bei Folgemessungen. Dass alle Medizinprodukte während der Nutzungsdauer regelmäßig überprüft werden, war jedoch ebenso unwahrscheinlich, wie die Annahme, dass eine sichere Hausinstallation vorhanden ist: Schätzungen zufolge sollen etwa die Hälfte aller Haushalte in Europa und den USA nicht über einen zuverlässigen oder eben schützenden Potentialausgleich verfügen. In diesen Fällen läuft aber jede Geräteerdung im Fehlerfalle ins Leere.
Umstellung auf Schutzklasse II brachte Änderungen mit sich
Die Umstellung auf Schutzklasse II in der Ergänzungsnorm löste dieses Problem. Für den elektrischen Aufbau eines Schaltnetzteils brachte das zwei maßgebliche Änderungen mit sich. Zum einen entfällt die Schutzbarriere. Sie wird durch eine erweiterte Isolierung sowie Luft- und Kriechstrecken ersetzt. Zum anderen fehlt mit der Schutzbarriere auch die Möglichkeit, Störsignale bei der Emission gegen PE abzuleiten. Somit können, zumindest gegen PE, keine Y-Kondensatoren eingesetzt werden. Hieraus ergibt sich ein anderes EMV-Design, da unter anderem zusätzlich stromkompensierte Drosseln eingesetzt werden müssen.
Des Weiteren gilt es zu überlegen, ob die standardmäßig von Herstellern an ihren Netzteilen gemessenen Werte auch Einsatzfälle abdecken, in denen die Netzteile in Geräten mit Kunststoffgehäuse verbaut werden. Bei den Standardmessungen – auch der Schutzklasse II – sind diese nebst Lastwiderständen in einem Metallgehäuse eingebaut, als Modell für die Kundenapplikation. Geräte für Homecare-Anwendungen haben jedoch häufig Kunststoffgehäuse. Das Fehlen eines Metallgehäuses führt in der Praxis zu Ergebnissen, die von den Standardmessungen deutlich abweichen können und unter Umständen kompensiert werden müssen.
Entwickelt für den Einsatz ohne Gehäuse
Für diese Besonderheiten bei Homecare-Applikationen hat der Netzteilhersteller Magic Power Technology GmbH, Dahn, die Baureihe MPM-S120 entwickelt. Die 120-W-Netzteile mit open frame entsprechen Schutzklasse II. Hier wurde insbesondere darauf geachtet, dass die Emissionen eingehalten werden. Das bezieht die Abstrahlung mit ein, die ohne zusätzliches Gehäuse oder Schirm erfasst wurde. Die Baureihe umfasst Geräte mit 12/24/36 und 48-V-DC-Ausgang.
Beim Messen der Funkstörspannung, also der Rückspeisung vom Netzteil in Richtung Versorgungsnetz, sind die Auswirkungen durch ein fehlendes Gehäuse in aller Regel nicht so gravierend. Vergleichsmessungen mit Netzteilen dreier Hersteller haben bestätigt, dass am 230-V-AC-Netz mit 80 W Widerstandslast ohne Gehäuse die auf Schutzklasse II ausgelegten Netzteile deutlich unter den vorgegebenen Durchschnittswerten lagen. Bei einem Schutzklasse-I-Netzteil waren die Ergebnisse nicht eindeutig.
Deutlicher waren die Unterschiede, wenn die Abstrahlung gemessen wurde. Als Störquellen kommen sowohl das Eingangskabel als auch das Netzteil sowie die Last in Frage. Auf Emissionen durch das Eingangskabel hat das Gehäuse geringen Einfluss. Offensichtlicher ist der Einfluss eines Metallgehäuses für Netzteil und Last, da es einen schirmenden Effekt hat.
Hierzu wurden vier marktübliche Netzteile unterschiedlicher Hersteller mit 24-V-DC-Ausgang untersucht sowie das MPM-S125, jeweils mit 80-W-Widerstandslast und einem Anschlusskabel vom Netzteil zur Last von etwa 200 mm Länge. Gemessen wurde ohne Gehäuse unter Worst-Case-Bedingungen. Dabei lagen die Ergebnisse mit teilweise 20 dB deutlich außerhalb der zulässigen Werte. In diesen Fällen wären technische Korrekturen in der Endapplikation unumgänglich. Ob Ferrite, Schirmungen oder Filter eingesetzt werden könnten, müsste dann im Einzelnen anhand der Frequenz, des Pegels und nicht zuletzt auch der Quelle festgelegt werden.
Bei identischen Messungen im geschlossenen Blechgehäuse wurden recht hohe Dämpfungen erreicht, und alle Netzteile hielten die für die Abstrahlung vorgeschriebenen Grenzwerte der 60601-1-2 Klasse B ein. Das MPM-S125 lag wegen der grundlegenden Reduktion der Emissionen bereits auf Bauteilebene auch ohne Gehäuse und weitere Eingriffe unterhalb des Limits.
