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Externes Fachwissen nutzen: Eine intelligente Strategie zur Einhaltung von Designvorgaben
Vor einigen Monaten weigerte sich die E-Mail-Anwendung (Microsoft Outlook) auf meinem PC plötzlich, eine Verbindung zum Server herzustellen, und gab stattdessen eine numerische Fehlermeldung zurück. Ich dachte mir: „Hey, ich bin ein Ingenieur. Ich sollte in der Lage sein, das selbst zu reparieren“. Ich habe nach der Fehlernummer gesucht und gesehen, dass das Problem ziemlich häufig auftritt. Es gab Seiten mit insgesamt mehr als einem Dutzend Vorschlägen, wie man damit umgehen kann. Das Spektrum reicht vom Offensichtlichen (überprüfen, ob die Grundeinstellungen nicht beschädigt wurden) über das Geheimnisvolle (tief in die Eingeweide des Betriebssystems eindringen) bis hin zum Riskanten (das E-Mail-Konto löschen und dann neu einrichten). Etwa die Hälfte davon konnte ich ausprobieren, an den restlichen scheiterte ich aus verschiedenen Gründen. Lange Rede, kurzer Sinn: Ich konnte das Problem trotz meiner zeitaufwendigen Bemühungen nicht beheben.
Schließlich, nachdem ich 20 bis 30 Stunden damit verbracht hatte, tat ich, was vorher undenkbar war: Ich ging online und bezahlte für die Unterstützung durch einen seriösen Hilfsdienst. Sie griffen aus der Ferne auf meinen PC zu und hatten das Problem innerhalb von 20 Minuten gelöst. Zu diesem Zeitpunkt wollte ich nicht wissen, was das Problem war, sondern nur, dass es ohne zusätzlichen Aufwand meinerseits und für eine sehr bescheidene Summe behoben wurde.
Da erinnerte ich mich wieder einmal an eine Ingenieurslektion, die harte Erfahrung lehrt: Zögern Sie nicht, Ihren Stolz beiseite zu schieben, wenn es am klügsten ist, das Fachwissen anderer zu nutzen - und zwar auch dann, wenn es bedeutet, einen fachkundigen Berater zu engagieren, um bestimmte Probleme zu lösen oder, besser noch, sie vorherzusehen und von vornherein zu vermeiden.
Schauen Sie sich die Realität heutiger Konstruktionen an: Fast jedes Projekt oder Produkt wird nicht nur durch die Anforderungen des Marketings definiert, sondern auch durch zahlreiche regulatorische Normen eingeschränkt. Vollständige Richtlinientreue umfasst mehrere Perspektiven, die Leistung, Sicherheit und sozialpolitische Ziele umfassen; sie beinhaltet:
- Technische Standards auf hohem Niveau: Beispiele sind die Erfüllung von IEEE 802.x oder eine Leistungsakkreditierung für medizinische Geräte.
- Elektrische Sicherheitsnormen: Diese nehmen in der Regel mit der Spannungshöhe an Schärfe zu.
- Medizinische Sicherheitsstandards: Sind in erster Linie mit den allgemeinen elektrischen Normen verwandt, sind jedoch strenger.
- Mechanische Sicherheitsstandards: Verhindern körperliche Schäden und den Zugang zu bestimmten Bereichen.
- Energieeffizienz-Standards: Diese werden immer strenger und gehen sogar so weit, dass sie auch kleinere Produkte betreffen, wie z. B. stromsparende AC/DC-Adapter.
- EMI- und RFI-Normen: Decken sowohl die Störaussendung als auch die Störanfälligkeit ab.
- Audio-Standards: Es wird definiert, wie laut die Alarme und Warnungen sein müssen, wie leise das Produkt im Normalbetrieb sein muss und sogar welche spezifischen Alarmtöne es erzeugen muss.
- Zuverlässigkeitsbewertungen und -maßnahmen für verschiedene Endanwendungen.
- Definition der verschiedenen Arten von schriftlichen Produktwarnhinweisen und Aufklebern, was sie aussagen können, sowie deren Größe und Platzierung.
- Und natürlich die vielen Endbenutzernormen für Automobilelektronik, Militär und Luft- und Raumfahrt und andere Anwendungen.
Die meisten dieser Sicherheitsstandards haben Gesetzeskraft, und Produkte dürfen nicht verkauft oder vertrieben werden, wenn sie nicht den Anforderungen entsprechen. Die Normen enthalten oft Details, die angeben, wie sie zu bewerten sind (Testinstrument, Stimulus und Reaktion, Datenanalyse usw.). Obwohl es einen Trend zur weltweiten Harmonisierung vieler dieser Standards gibt, gibt es auch viele Ausnahmen und Abweichungen zwischen Ländern oder Regionen. Es ist ein kompliziertes, vielschichtiges Szenario.
Angesichts der vielen Normen, die fast jedes Produkt erfüllen muss, und der Überschneidungen und sogar Widersprüche zwischen vielen von ihnen, ist es erstaunlich, dass überhaupt ein Produkt abgezeichnet und auf den Markt gebracht wird. Manchmal komme ich nicht umhin, die Situation des heutigen Ingenieurs mit der der Titelfigur in Jonathan Swifts klassischem Werk „Gullivers Reisen“ zu vergleichen Im Land der Liliputaner ist er ein schreitender Riese unter winzigen Wesen und kümmert sich nicht um sie, bis sie anfangen, ihn mit unzähligen Fäden zu fesseln, während er schläft und bald bewegungsunfähig ist (Abbildung 1). (Dies wird manchmal als „Tod durch tausend Nadelstiche“ bezeichnet.)
Abbildung 1: Wie Gulliver und die Liliputaner (wie in dieser Illustration aus dem Jahr 1726) wird vom heutigen Designer oft erwartet, dass er großartige Produkte entwirft, während er gleichzeitig durch unzählige große und kleine Standards zur Einhaltung von Vorschriften gezwungen wird. (Bildquelle: Fine Art America/Mary Evans Picture Library)
Beginnen Sie mit der Stromversorgung
Die Websites der Hersteller, die einen Einblick in die Komponentenproblematik geben, sind ein guter Ausgangspunkt, da diese Lieferanten in der Regel die regulatorischen Standards sorgfältig studiert haben und sogar an deren Erstellung beteiligt waren. Das gepostete Material kann von kleineren Themen wie dem Unterschied zwischen gängigen Begriffen wie „UL-gelistet“ versus „UL-anerkannt“ reichen (Abbildung 2).
Abbildung 2: Es gibt viele Feinheiten in den Vorschriften und Bezeichnungen, einschließlich des Unterschieds in der Bedeutung und im Logo für „UL-gelistet“ gegenüber „UL-anerkannt“ (Bildquelle: Triad Magnetics)
Ein guter Anfang ist das AC/DC-Netzteil. Zum Beispiel erfüllt ein Netzteil wie das VOF-50-15 von CUI Inc., ein 15Volt/50Watt-Gerät, eine Vielzahl von anwendbaren Normen (Abbildung 3). Zu diesen Normen gehören IEC 60950 (Sicherheit), EN 55022, EN 61000 und andere (EMI/EMC). Es wird durch die mittlere Zeit zwischen zwei Ausfällen (MTBF) gemäß MIL-HDBK-217F charakterisiert.
Abbildung 3: Das AC/DC-Netzteil VOF-50-15 (15 Volt / 50 Watt) erfüllt alle relevanten internationalen Normen zur Basissicherheit, EMI/EMV und MTBF-Bewertung. (Bildquelle: CUI Inc.)
Trotz der vielen Zertifizierungen ist dieses Netzteil nicht für medizinische Anwendungen geeignet, da diese eine zusätzliche Isolierung und einen extrem niedrigen Ableitstrom gemäß IEC 60601-1-11:2015 erfordern. Eine geeignetere Wahl wäre ein Netzteil der Serie VMS-40 von CUI, wie z. B. das VMS-40-24 (24 Volt, 40 Watt), das auch die medizinische IEC-Norm erfüllt (Abbildung 4).
Abbildung 4: Das AC/DC-Netzteil VMS-40-24 (24 Volt, 40 Watt) erfüllt nicht nur die relevanten internationalen Normen zur Basissicherheit, EMI/EMV und MTBF, sondern auch die Norm IEC 60601-1-11:2015 für medizinische Netzteile. (Bildquelle: CUI Inc.)
Wenn die Zertifizierung der AC/DC-Versorgung die einzige Konformitätsfrage wäre, die sich auf ein Produkt und die endgültige Zulassung auswirken würde, könnte das Design einfach weitergehen. Auch wenn die Verwendung von zugelassenen oder konformen Komponenten wichtig ist, bedeutet dies nicht, dass die Gesamtkonstruktion bestanden wird. So gibt es z. B. Mindestwerte für Kriech- und Luftstrecken für Bauteile und Platinen, die nichts mit der Versorgungskonformität zu tun haben. Gleichzeitig gelten viele andere Normen.
Zu bestimmen, welche davon zutreffen - und in welchem Umfang - ist eine Herausforderung für sich. Ein Experte für Richtlinienn kann dabei helfen, sich im Labyrinth der Vorschriften zurechtzufinden, diese Entscheidungen zu treffen, Prioritäten zu setzen und die unvermeidlichen Überschneidungen und Widersprüche zu bewältigen. Der richtige Experte (oder Spezialist) kann dabei helfen, potenzielle Problembereiche zu identifizieren, bevor sie in die Konstruktion einfließen, seien es greifbare, wie Kriech- und Luftstrecken, oder schwer fassbare, wie die Minimierung von RFI/EMI-Emissionen. Im letzteren Fall kann der Experte die praktische Arbeit bei der Suche nach dem Problem, dem Vorschlagen von Lösungen und dem Abwägen der Kompromisse zwischen den verschiedenen Ansätzen leiten, die Abschirmung, Ferritperlen, Bypass und mehr umfassen können.
Fazit
Hersteller-Blogs und Anwendungshinweise sind ein wichtiger erster Schritt, um die Feinheiten und Zusammenhänge der zahlreichen technischen Standards und gesetzlichen Vorschriften zu verstehen, die sich auf jedes Design auswirken. Die vielschichtigen Probleme im Zusammenhang mit der Einhaltung von Vorschriften sind jedoch kompliziert und miteinander verwoben. Wenn keine internen Ressourcen zur Verfügung stehen, kann das Hinzuziehen von erfahrenen externen Beratern zu einem frühen Zeitpunkt im Designzyklus Probleme im Zusammenhang mit der Einhaltung von Vorschriften minimieren.
Empfohlene Literatur:
„Gemäß IEC-62368-1 zertifizierte Netzteile“
https://www.digikey.de/de/product-highlight/c/cui/iec-62368-1-certified-power-adapter
„IEC 62368-1 ist auf dem Weg: Die neue Sicherheitsnorm für IKT- und AV-Ausrüstung“
„Medizintechnische Netzteile und die Normen von IEC 60601-1 für medizintechnische Geräte“
„PUI-Audio-Lautsprecher und IEC 60601-1-8: Auswahl des richtigen Lautsprechers“
https://www.digikey.de/de/pdf/p/pui-audio/pui-audio-speakers-and-iec-60601-1-8
„Wie man akustische Alarme bei der medizinischen Überwachung richtig einsetzt“
https://www.digikey.de/de/articles/how-to-properly-implement-audible-alarms-in-medical-monitoring
„Schaltungsschutz: Produktübersicht“
https://www.digikey.de/de/ptm/l/littelfuse-inc/circuit-protection-product-overview
„Ruhe, bitte! Nur zu - fügen Sie Ihre Alarme hinzu. Aber bitte nur diejenigen, die wirklich benötigt werden“
https://www.digikey.de/de/blog/quiet-please-go-ahead-and-add-your-alerts
„Sicherheit medizintechnischer Netzteile: die ultimative AC/DC-Herausforderung?“
https://www.digikey.de/de/blog/medical-supply-safety-the-ultimate-ac-dc-challenge
„Wie man die richtigen Komponenten zum Schutz von medizintechnischen Geräten, Anwendern und Patienten auswählt und einsetzt“
https://www.digikey.de/de/articles/how-to-select-and-apply-the-right-components-to-protect-medical
„Das richtige Netzteil ist für die Einhaltung der Vorgaben der neuen Norm IEC/UL IEC-62368 zur Sicherheit von Verbraucherprodukten von entscheidender Bedeutung“
Externe Referenzen
1 – Triad Magnetics. „UL-gelistet gegenüber UL-anerkannt“
https://info.triadmagnetics.com/blog/ul-listed-vs-ul-recognized
2 – CUI Inc., „IEC 60601-1-2, 4. Ausgabe: Was Sie wissen müssen“
https://www.cui.com/blog/medical-60601-1-4th-edition
3 – CUI Inc., „IEC 60601-1 - Medizinische Designstandards für Netzteile“
https://www.cui.com/catalog/resource/2480
4 – CUI Inc., „Bereiten Sie sich auf die 4. Ausgabe des medizintechnischen Standards IEC 60601-1 vor“
5 – Minntronix, „Frühzeitige Berechnung von Kriech- und Luftstrecken vermeidet spätere Konstruktionsprobleme“
https://www.minntronix.com/application/files/2914/5948/1301/CreepageandClearance.pdf
6 – Tempo Automation, „Verständnis der Standards für Kriech- und Luftstrecken von Platinen“
https://www.tempoautomation.com/blog/understanding-pcb-creepage-and-clearance-standards/
Über den Autor
Bill Schweber ist ein Elektronikingenieur, der drei Lehrbücher über elektronische Kommunikationssysteme sowie Hunderte von Fachartikeln, Stellungnahmen und Produktbeschreibungen geschrieben hat. In früheren Funktionen arbeitete er als technischer Website-Manager für mehrere themenspezifische Websites für EE Times sowie als Executive Editor und Analog Editor bei EDN.
Bei Analog Devices, Inc. (einem führenden Anbieter von Analog- und Mischsignal-ICs) arbeitete Bill in der Marketingkommunikation (Öffentlichkeitsarbeit). Somit war er auf beiden Seiten des technischen PR-Bereichs tätig. Einerseits präsentierte er den Medien Produkte, Geschichten und Meldungen von Unternehmen und andererseits fungierte er als Empfänger derselben Art von Informationen.
Vor seinem Posten in der Marketingkommunikation bei Analog war Bill Mitherausgeber der renommierten Fachzeitschrift des Unternehmens und arbeitete auch in den Bereichen Produktmarketing und Anwendungstechnik. Zuvor arbeitete Bill bei Instron Corp. als Designer von Analog- und Leistungsschaltungen sowie von integrierten Steuerungen für Materialprüfmaschinen.
Er verfügt über einen MSEE (University of Massachusetts) und einen BSEE (Columbia University), ist ein registrierter Fachingenieur und hat eine Amateurfunklizenz für Fortgeschrittene. Darüber hinaus hat Bill Online-Kurse zu verschiedenen Themen geplant, verfasst und abgehalten, etwa zu MOSFET-Grundlagen, zur Auswahl von Analog/Digital-Wandlern und zur Ansteuerung von LEDs.
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