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Minitatur-Steckverbinder

Der Kontakt bestimmt den Ton

26. Oktober 2018, 14:00 Uhr | Bob Stanton (Omnetics)

Sehr gefragt: In der Medizin kommt kaum noch ein Bereich ohne Elektronik aus. Und mit jedem Gerät werden auch die Steckverbinder mehr.

Auch Steckverbinder folgen dem allgemeinen Trend zur Miniaturisierung. Sie orientieren sich jedoch nicht nur an den Entwicklungen in der Medizintechnik, sondern sind selbst Impulsgeber für deren stetige Weiterentwicklung.

Die elektronische Medizintechnik entwickelt sich stetig weiter – durch smarte Armbänder, Hautsensoren, Vibrationspads, neurologische Sensoren und optische Scanner für das körperliche Wohlbefinden. Fernbedienbare Chirurgie-Systeme werden für präzise Verfahren verwendet und gehirngesteuerte Computerschnittstellen erfassen Signale, um Prothesen zu bedienen, die Lebensqualität zu verbessern und Mobilität zu ermöglichen. Dabei liegt der Fokus vorwiegend auf der Miniaturisierung der Geräte inklusive aller verwendeten Bauteile; das gilt für die Elektronik im Inneren genauso wie für die verwendeten Steckverbinder und Kabel.

Mikro- und Nano-Steckverbinder mit miniaturisierten flexiblen Kabeln finden sich in biomedizinische Geräten, die zum Beispiel zur Früherkennung und Diagnose von Krankheiten dienen. Sensoren und Prozessoren werden dabei vom Instrument in das Kabelende und die Sonde verlegt. Beispiel für bereits existierende sowie potenzielle Anwendungen gibt es genügend: Tragbare Ultraschallgeräte dienen zur Untersuchung der inneren Organe – von der Blutgerinsel-Analyse bis hin zur Krebsuntersuchung. In Praxen und Kliniken sorgen neue Sensor-ICs für die Verarbeitung winziger Blutzellen, um bei Untersuchungen sofort Daten zu liefern. Winzige Prozessoren im Gehirn können Menschen nach einer Amputation dabei helfen, ihre Prothesen zu bewegen. Von Medikamenten bis hin zu Neuromodulations-Implantaten erstreckt sich die Weiterentwicklung der Mikrosignalverarbeitung für Anzeigegeräte, um Verletzungen beziehungsweise Krankheiten zu diagnostizieren und zu heilen. Digitaldisplays werden tragbar und liefern Informationen in Echtzeit – für das medizinische Personal und den Patienten.

Ein Beispiel eines Miniatur-Steckverbinders ist ein Mikro-Rundsteckverbinder, um Sonden und Sensoren in der medizinischen Diagnostik schnell wechseln zu können. Das Einsetzstück eines Miniatur-Rundsteckverbinders ist umgossen, um als Steckverbinder und Handgriff für kleine Elektroniksonden zu dienen. Dabei findet sich am Ende der Sonde einen Thermistor, der sich elektrisch mit der Temperatur ändert. Der Chirurg führt die Sonde in den Körper des Patienten ein und kann so dessen Blut- und Gewebetemperatur überwachen. Die Daten werden in Echtzeit auf einem Display oder Papierstreifen angezeigt beziehungsweise ausgedruckt. Dem Arzt stehen damit frühzeitig Informationen zur Verfügung, die den Eingriff unterstützen und Risiken minimieren. Die Steckverbinder-Einsätze können mit unterschiedlichen Kontaktsystemen mit einem Abstand von bis zu 0,635 mm vorverdrahtet und mit verschiedenen Materialien vergossen werden. Kabel mit kleinerem Durchmesser, die robust und mit biosicheren Materialien beschichtet sind, müssen oft spezifiziert werden. Die Herstellung erfolgt meist in Reinräumen, die für Medizintechnik ausgelegt sind.

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Federkontaktstift

Bei der Vorausplanung für die Nutzung am Patienten wählen Entwickler häufig Federkontaktstifte. Wie der Name schon verrät, entsteht die Kontaktierung nicht wie bei herkömmlichen Steckverbindern durch das Einstecken eines Stiftes in eine Buchse, sondern durch Antastung mittels eines federunterstützten Stiftes. Ein wesentlicher Vorteil dieses Systems besteht in der hohen Funktionssicherheit und Lebensdauer. Es bietet auch bei Stößen, Vibrationen und Temperaturschwankungen hohe Zuverlässigkeit, festen Sitz sowie eine hohe Leistungsfähigkeit.

In der Regel besteht ein Federkontakt aus drei Bauteilen: dem Kolben, einem Führungsröhrchen (auch Stifthülse oder Gehäuse genannt) und natürlich die Feder. Standardmäßig sind Kolben und Stifthülse aus Messing und die Federn aus Edelstahl gefertigt; je nach Anforderung sind aber auch andere Materialien wie Berylliumkupfer oder Federstahldraht möglich. Jede Komponente wird mit 50 Mikrozoll Gold beschichtet, um eine gute Leitfähigkeit und hohe Standzeiten zu gewährleisten. Außerdem schützt es die Grundwerkstoffe aus Kupfer-Legierungen oder Stählen vor Korrosion und Oxidation. Stifthülse und Kolben sind unter der Goldschicht zusätzlich vernickelt. Die Komponenten werden dann in Miniatur-Isolatorgehäuse eingesetzt, die aus einem Flüssigkristallpolymer (liquid crystal polymer, LCP) besteht. Dieses Format bietet die höchste Zuverlässigkeit für die Bereiche Medizin-, Militär- und Luftfahrttechnik.

Auf einen Blick: Begriffe der Crimptechnik
Crimpbacken: Teil eines Crimpwerkzeugs, der den Crimpbereich verformt und üblicherweise den Crimpamboss, den Crimpstempel und das Positionierstück beinhaltet. Crimpbereich: Teil einer Crimphülse, in dem die Crimpverbindung durch Druck-verformung oder Druckumformung der Hülse um den Leiter herum erzielt wurde. Crimpen: Verfahren zur Herstellung einer guten elektrischen und mechanischen Verbindung durch das bleibende Verformen einer Hülse um einen elektrischen Leiter. Crimphülse: Anschlusshülse, die einen oder mehrere Leiter aufnehmen kann und durch Anwendung eines Crimpwerkzeugs gecrimpt werden kann. Die Hülse kann vor dem Crimpen geöffnet oder verschlossen sein. Crimphülse, vorisolierte: Eine Crimphülse mit einer dauerhaften Außenisolierung. Der Crimpvorgang erfolgt durch die Isolierung hindurch. Crimpkontakt: Kontakt mit einer Anschlusshülse, die zum Crimpen geeignet ist. Crimpverbindung: Eine durch Crimpen hergestellte lötfreie Verbindung. Mit Hilfe eines Crimpwerkzeugs wird der Anschlussbereich des Kontaktteils verformt und damit eine feste, gasdichte Verbindung mit dem Leiter hergestellt. Crimpen eignet sich für ein- oder mehrdrähtige bis feinstdrähtige Leiter (Litzen). Die Crimpverbindung kann durch Handcrimpwerkzeuge oder auf halb- oder vollautomatischen Crimpmaschinen hergestellt werden. Das Abisolieren der Leitungen und das Crimpen der Kontaktteile lässt sich maschinell in einem Arbeitsgang durchführen. Quelle: ZVEI – Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie e.V.

Auf einen Blick: Begriffe der Crimptechnik

Crimpbacken: Teil eines Crimpwerkzeugs, der den Crimpbereich verformt und üblicherweise den Crimpamboss, den Crimpstempel und das Positionierstück beinhaltet.

Crimpbereich: Teil einer Crimphülse, in dem die Crimpverbindung durch Druck-verformung oder Druckumformung der Hülse um den Leiter herum erzielt wurde.

Crimpen: Verfahren zur Herstellung einer guten elektrischen und mechanischen Verbindung durch das bleibende Verformen einer Hülse um einen elektrischen Leiter.

Crimphülse: Anschlusshülse, die einen oder mehrere Leiter aufnehmen kann und durch Anwendung eines Crimpwerkzeugs gecrimpt werden kann. Die Hülse kann vor dem Crimpen geöffnet oder verschlossen sein.

Crimphülse, vorisolierte: Eine Crimphülse mit einer dauerhaften Außenisolierung. Der Crimpvorgang erfolgt durch die Isolierung hindurch.

Crimpkontakt: Kontakt mit einer Anschlusshülse, die zum Crimpen geeignet ist.

Crimpverbindung: Eine durch Crimpen hergestellte lötfreie Verbindung. Mit Hilfe eines Crimpwerkzeugs wird der Anschlussbereich des Kontaktteils verformt und damit eine feste, gasdichte Verbindung mit dem Leiter hergestellt. Crimpen eignet sich für ein- oder mehrdrähtige bis feinstdrähtige Leiter (Litzen). Die Crimpverbindung kann durch Handcrimpwerkzeuge oder auf halb- oder vollautomatischen Crimpmaschinen hergestellt werden. Das Abisolieren der Leitungen und das Crimpen der Kontaktteile lässt sich maschinell in einem Arbeitsgang durchführen.

Quelle: ZVEI – Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie e.V.