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Die Erfindung betrifft ein Spannungsversorgungssystem zur Versorgung von Geräten in Operationssälen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Im medizinischen Umfeld, insbesondere in kritischen Bereichen wie zum Beispiel in Operationssälen oder auf Intensivstationen, werden häufig eine Vielzahl unterschiedlicher medizinischer Geräte für die Behandlung oder Überwachung des Patienten eingesetzt, die mit unterschiedlichen Gleichspannungen im Kleinspannungsbereich versorgt werden müssen. Dabei werden zum Beispiel Versorgungsspannungen im Bereich von 12 VDC bis 48 VDC, insbesondere 12 VDC, 24 VDC oder 48 VDC verwendet. Häufig stellen die Hersteller medizinischer Geräte externe Netzteile bereit, die die in dem regionalen Niederspannungsnetz vorherrschende Wechselspannung von zum Beispiel 230 V in die jeweils benötigte Versorgungsspannung umwandeln. Es handelt sich üblicherweise um separate externe Netzteile, die jeweils nur für ein bestimmtes Gerät verwendet werden können. Die externen Netzteile müssen an einem passenden Ort im Einsatzbereich platziert werden, was häufig zu Platz- und Gewichtsproblemen führt, da insbesondere in Operationsumgebungen und Bereichen der Intensivüberwachung sehr viele verschiedene medizinische Geräte auf engem Raum zum Einsatz kommen.
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Alternative Netzteile, die mehrere Geräte versorgen können, sind beispielsweise in
WO 2016/192789 A1 ,
US 2013/0339760 A1 und
US 2011/0133551 A1 beschrieben. Bei der Auswahl alternativer Netzteile, die gleich mehrere medizinische Geräte versorgen können, müssen die benötigten Versorgungsspannungen und maximalen Leistungsaufnahmen der verwendeten Geräte berücksichtigt werden. Hier stößt man schnell auf das Problem der Inflexibilität vorhandener Lösungen und fehlender Kompatibilität. Ein weiteres Problem besteht darin, dass in vielen medizinischen
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Bereichen wie zum Beispiel in Operationssälen oder Intensivstationen strenge hygienische und technische Auflagen erfüllt werden müssen, was die Platzierung von Netzteilen im unmittelbaren Umfeld zum medizinischen Gerät erschwert. Weiter erschwerend kommt hinzu, dass an den von den Herstellern gelieferten Netzteilen typischerweise feste Anschlussleitungen montiert sind, wodurch der Abstand zwischen Netzteil und Gerät begrenzt ist.
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Um der Problematik des begrenzten Platzangebotes und hygienischer Auflagen zu begegnen, werden Netzteile häufig im Deckenbereich montiert oder in separaten Technikräumen aufgestellt. Das erfordert in vielen Fällen die Verlängerung des Versorgungskabels zwischen Netzteil und medizinischem Gerät, was wieder zu technischen Problemen der Versorgungssicherheit zum Beispiel aufgrund zunehmender Kabellängen führen kann.
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Die Unterbringung der Netzteile an einem vom Einsatzort des versorgten Gerätes entfernten oder schwer zugänglichen Ort und eine feste Verkabelung vom Aufstellort des Netzteils bis zum medizinischen Gerät haben wegen der schlechten Erreichbarkeit des Netzteils darüber hinaus zur Folge, dass die Netzteile häufig im Dauerbetrieb bleiben und somit auch ohne Nutzung des medizinischen Gerätes ständig den für den Bereitschaftsbetrieb des jeweiligen Netzteils notwendigen Strom aus dem Versorgungsnetz entnehmen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Spannungsversorgungssystem für die elektrische Versorgung medizinischer Geräte bereitzustellen, das eine platzsparende und gewichtsparende Anordnung der Netzteilkomponenten zulässt und zudem einen sicheren und ressourcenschonenden Betrieb der zu versorgenden Geräte ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Spannungsversorgungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß ist ein Spannungsversorgungssystem zur Versorgung eines oder mehrerer Geräte in Operationssälen, vorzugsweise eines oder mehrerer medizinischer Geräte, mit elektrischer Energie, mit einem Netzteil und mit mindestens einem extern zum Netzteil angeordneten Schnittstellenmodul, das eingangsseitig mit einem Anschlusskabel an das Netzteil und ausgangsseitig mit einem Versorgungskabel an das zu versorgende (medizinische) Gerät anschließbar ist, wobei für die Versorgung eines ausgangsseitig an das Schnittstellenmodul angeschlossenen (medizinischen) Gerätes von dem Netzteil eine Anschlussspannung in das Schnittstellenmodul eingespeist wird, die mittels des Schnittstellenmoduls ungeändert oder nach einer Umwandlung an das ausgangsseitig angeschlossene (medizinische) Gerät weitergeleitet wird, und wobei das Schnittstellenmodul eine Steuereinrichtung umfasst, die eingerichtet und ausgebildet ist, den von einem ausgangsseitig an das Schnittstellenmodul angeschlossenen Gerät aufgenommenen Laststrom zu überwachen, und wobei die Steuereinrichtung des Schnittstellenmoduls eingerichtet und ausgebildet ist, mit einer zur Steuerung des Netzteils ausgebildeten Steuerungseinrichtung zu kommunizieren, um Mess- und/oder Steuerungssignale auszutauschen, wobei mindestens einer für den Anschluss des Schnittstellenmoduls (18) vorgesehenen Ausgänge (16a, 16b, 16c, 16n) des Netzteils (10) mittels der Steuereinrichtung (42) des Schnittstellenmoduls (18) und/oder mittels der zur Steuerung des Netzteils (10) ausgebildeten Steuerungseinrichtung (20) einschaltbar und/oder abschaltbar ist.
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Ein erfindungsgemäßes Spannungsversorgungssystem mit einem zentralen Netzteil löst die eingangs erwähnten Probleme, insbesondere hinsichtlich des umwelt- und ressourcenschonenden Betriebs der angeschlossenen medizinischen Geräte. Zudem kann mit dem erfindungsgemäßen Spannungsversorgungssystem das Problem unerwünschter Spannungsverluste aufgrund von hohen Leitungswiderständen längerer Kabel gelöst werden und es ermöglicht eine flexible Konfiguration der Spannungsversorgung zur Versorgung mehrerer medizinischer Geräte auch bei Verwendung eines zentral angeordneten Netzteils.
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Das erfindungsgemäße Spannungsversorgungssystem erlaubt die Platzierung eines Schnittstellenmoduls in unmittelbarer Nähe zum zu versorgenden Gerät. Dieses Schnittstellenmodul dient als Zwischenelement zwischen dem Netzteil und dem Verbraucher, also dem medizinischen Gerät. Das Schnittstellenmodul umfasst eine Steuereinrichtung, mit der der Laststrom des angeschlossenen Gerätes überwacht werden kann. Neben der Überwachung des Laststroms kann auch die Überwachung der von dem Netzteil an das medizinische Gerät übertragenen Versorgungsspannung vorgesehen sein. Unter Überwachung des Laststroms und/oder der Spannung, wird in erster Linie die Bestimmung des gerätebezogenen Laststroms bzw. der von dem Netzteil an das Schnittstellenmodul übertragenen Anschlussspannung verstanden. Das Schnittstellenmodul umfasst dafür vorzugsweise eine Schaltung zur Strom- und/oder Spannungsmessung. Insbesondere für Auswertungszwecke kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung des Schnittstellenmoduls eingerichtet ist, zumindest einige Laststromwerte und/oder Spannungswerte abzuspeichern. Grundsätzlich kann vorgesehen sein, den Laststrom und/oder die von dem Netzteil bereitgestellte Anschlussspannung permanent oder punktuell, insbesondere in bestimmten oder einstellbaren Intervallen zu bestimmen, abzuspeichern oder in sonstiger Weise zu überwachen. Neben der Überwachung der Anschlussspannung kann auch die Überwachung der von dem Schnittstellenmodul an das medizinische Gerät übertragenen Versorgungsspannung vorgesehen sein.
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Mit der Überwachung des Laststroms lässt sich der Verbrauch der angeschlossenen Geräte überwachen. Somit lässt sich beispielsweise frühzeitig ein Ausfall oder ein Defekt eines Gerätes erkennen. Außerdem kann vorgesehen sein, die überwachten Daten auszuwerten und/oder auf einer Anzeigevorrichtung wie einem Display zur Anzeige zu bringen. Anhand von Auswertungen der überwachten Daten können Zeiträume identifiziert werden, in denen ein angeschlossenes Gerät nicht verwendet wird. Für den ressourcenschonenden Betrieb kann das Gerät während der Dauer der Nichtbenutzung vollständig von der Netzversorgung getrennt werden. Dies senkt den Verbrauch und erhöht die Produktlebenszeit des angeschlossenen Gerätes.
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Das Netzteil weist vorzugsweise eine externe Steuerungsschnittstelle auf, an die eine externe Steuerungseinrichtung anschließbar ist. Alternativ oder zusätzlich kann das Netzteil eine interne Steuerungsschnittstelle zum Anschluss einer internen Steuerungseinrichtung aufweisen. Als externe Steuerungseinrichtungen kann beispielsweise ein PC, ein Laptop oder eine tragbare Computereinheit wie zum Beispiel ein Tablet oder dergleichen dienen. Zum Anschluss an die externe Steuerungsschnittstelle kann auch eine zentrale Steuerungsvorrichtung vorgesehen sein, die neben der Steuerung des Netzteils auch zur Steuerung und/oder Überwachung anderer medizinischer Geräte ausgebildet sein kann. Insbesondere die externe Steuerungsschnittstelle des Netzteils kann dabei zur drahtgebundenen, also beispielsweise per Bus- oder LAN-Verbindung und/oder zur drahtlosen Kommunikation, also insbesondere per Wifi- oder Bluetooth-Verbindung, eingerichtet sein.
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Es ist daran gedacht, dass mittels der internen und/oder externen Steuerungseinrichtung sämtliche oder ausgewählte Einstellungsparameter mindestens eines der von dem Netzteil zum Anschluss eines Schnittstellenmoduls zur Verfügung stehenden Anschlussausgänge einstellbar sind. Einstellparameter können beispielsweise der Einschaltzustand, die Spannungshöhe und/oder eine Strombegrenzung sein. Denkbar ist zudem, dass die an dem einstellbaren Ausgang zur Verfügung gestellte Spannungsart einstellbar ist, wobei sich die einstellbaren Spannungsarbeiten insbesondere zwischen einer Gleichspannung und einer sinusförmigen Wechselspannung unterscheiden können.
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Zur Versorgung der an die Schnittstellenmodule angeschlossenen medizinischen und nichtmedizinischen Geräte mit der vorschriftsmäßigen Versorgungsspannung ist in erster Linie an zwei unterschiedliche Einstellmöglichkeiten gedacht. In der ersten Variante kann vorgesehen sein, die gewünschte Versorgungsspannung, die am medizinischen Gerät zur Verfügung stehen soll, an einer Steuerungseinrichtung des Netzteils einzustellen. In dieser Variante wird die von dem Netzteil an das Schnittstellenmodul übertragene Anschlussspannung ungeändert, also ohne Umwandlung in eine anderswertige oder andersartige Spannung an das medizinische Gerät weitergeleitet. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Einstellung mittels einer netzteilinternen Steuerungseinrichtung, insbesondere mit an dem Netzteil angeordneten Bedienelementen, und/oder mittels einer netzteilexternen Steuerungseinrichtung, insbesondere mittels einer auch für die Steuerung und Überwachung anderer medizinischer Geräte vorgesehenen Zentralsteuerung und/oder mittels eines stationären oder mobilen Computers vornehmbar ist.
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Durch den Einsatz eines erfindungsgemäßen Schnittstellenmoduls lässt sich das Spannungsversorgungssystem einrichten, den zum Anschluss des Schnittstellenmoduls vorgesehenen Ausgang des Netzteils so zu regeln, dass jederzeit die gewünschte Spannung am medizinischen bzw. nichtmedizinischen Gerät anliegt. Ein zum Beispiel durch Leitungsverluste entstehender Spannungsabfall auf der Übertragungsleitung kann somit in einfacher Weise kompensiert werden, was insbesondere bei sich verändernden Leitungslängen oder beim Austausch von medizinischen und nichtmedizinischen Geräten von großem Vorteil ist, da der Ausgleich der Spannungsverluste automatisiert durchgeführt werden kann.
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In einer zweiten Variante ist daran gedacht, dass das Netzteil an einem für den Anschluss eines Schnittstellenmoduls vorgesehenen Ausgang eine feste Zwischenspannung bereitstellt, die von dem Schnittstellenmodul in die gewünschte Zielspannung umgewandelt wird. In dieser Variante ist daran gedacht, dass die von dem Netzteil an das Schnittstellenmodul übertragene Spannung zunächst umgewandelt wird, bevor sie an das Gerät weitergeleitet wird. Die feste Anschlussspannung kann zum Beispiel eine Gleichspannung oder eine sinusförmige Wechselspannung sein, die mittels eines Umwandlers, wie zum Beispiel einem Schaltnetzteil im Schnittstellenmodul in eine anderswertige und/oder in eine andersartige Versorgungsspannung umgewandelt wird. Beispielsweise ist denkbar, dass die von dem Netzteil gelieferte Anschlussspannung 42 V Gleich- oder Wechselspannung ist, also 42 VDC oder 42 VAC. Im Schnittstellenmodul erfolgt dann die Umwandlung und Regelung auf die von dem Gerät benötigte Gleich- oder Wechselspannung.
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Durch die erfindungsgemäße Aufteilung der Spannungsversorgungskomponenten in ein zentral und geräteentfernt platzierbares Netzteil und ein oder mehrere an das Netzteil anschließbare und gerätenah platzierbare Schnittstellenmodule lässt sich wertvoller Platz im Umfeld der Geräte in einem Operationssaal einsparen. Durch die zentrale Platzierung des Netzteils, zum Beispiel in einem Technikraum, in dem üblicherweise geringere hygienische Anforderungen zu erfüllen sind und in dem üblicherweise mehr Platzangebot besteht, wird zudem die Installation und die Wartung des Netzteils deutlich vereinfacht. Durch eine Zulassung nach IEC/EN 60601-1 lässt sich das Netzteil im Übrigen ideal im medizinischen Umfeld einsetzen und es kann zur Versorgung von in einem Operationsumfeld eingesetzten medizinischen und nichtmedizinischen Geräten verwendet werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist daran gedacht, dass das Netzteil an mindestens einem zum Anschluss eines Schnittstellenmoduls vorgesehenen Ausgang eine variable Ausgangsspannung bereitstellt, und wobei das Netzteil eingerichtet und ausgebildet ist, eine von einem Leitungswiderstand des Anschlusskabels verursachten Leitungs-Spannungsabfall derart zu kompensieren, so dass die in das Schnittstellenmodul eingespeiste Anschlussspannung einem gewünschten Spannungswert entspricht. Bei einer variablen Ausgangsspannung ist insbesondere an eine Gleichspannung oder an eine sinusförmige Wechselspannung mit einstellbarer Spannungshöhe gedacht.
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Zur Kompensation eines durch den Leitungswiderstand zwischen Netzteil und Schnittstellenmodul zu überwindenden Leitungswiderstand ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung daran gedacht, dass die Steuerungseinrichtung des Schnittstellenmoduls eingerichtet und ausgebildet ist, einen von einem Leitungswiderstand des Anschlusskabels verursachten Leitungs-Spannungsabfall zu erfassen und zur Kompensation an eine zur Steuerung des Netzteils ausgebildete Steuerungseinrichtung zu kommunizieren.
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Hinsichtlich der Kommunikation zwischen dem Schnittstellenmodul und dem Netzteil ist denkbar, dass die Steuereinrichtung des Schnittstellenmoduls und die Steuerungseinrichtung des Netzteils drahtgebunden, insbesondere mittels einer die Anschlussspannung von dem Netzteil an das Schnittstellenmodul übertragenen Drahtleitung, und/oder drahtlos miteinander kommunizieren.
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In einer Ausgestaltung ist daran gedacht, dass die Zielspannung, also die zur Beaufschlagung des an das Schnittstellenmodul angeschlossenen medizinischen Gerätes vorgesehene Versorgungsspannung am Schnittstellenmodul auf die für das medizinische Gerät vorgesehene Spannung geregelt wird. Dabei ist daran gedacht, dass das Netzteil an mindestens einem zum Anschluss eines Schnittstellenmoduls vorgesehenen Ausgang eine unveränderliche Ausgangsspannung bereitstellt, und wobei das Schnittstellenmodul eine Spannungsregler-Schaltung aufweist, mittels der die in das Schnittstellenmodul eingespeiste Anschlussspannung in eine vorgebbare Versorgungsspannung änderbar ist.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die von dem Schnittstellenmodul zur Verfügung gestellte Versorgungsspannung einstellbar, wobei insbesondere der Spannungswert, also die Höhe der Spannung einstellbar ist. Für die Einstellbarkeit der Versorgungsspannung kann vorgesehen sein, dass das Schnittstellenmodul mindestens ein Stellelement aufweist mittels dem die Spannung einstellbar ist. In einer einfachen Variante kann das Stellelement beispielsweise als Drehknopf ausgebildet sein, mit dem der gewünschte Versorgungsspannungswert einstellt werden kann.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der von dem Schnittstellenmodul an das medizinische Gerät abzugebende gewünschte Versorgungsspannungswert mittels einer Steuerungseinrichtung des Netzteils einstellbar ist, wobei insbesondere daran gedacht ist, dass die Steuerungseinrichtung ein Steuersignal an eine Steuereinrichtung des Schnittstellenmoduls überträgt, und wobei das Schnittstellenmodul die Versorgungsspannung in Abhängigkeit des Steuersignals regelt.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die in das Schnittstellenmodul eingespeiste Anschlussspannung eine Gleichspannung ist. Alternativ ist auch denkbar, dass die in das Schnittstellenmodul eingespeiste Anschlussspannung eine Wechselspannung ist, wobei das Schnittstellenmodul eine Gleichrichterschaltung aufweisen kann, um die von dem Netzteil an das Schnittstellenmodul übertragene Wechselspannung in eine Gleichspannung umzuwandeln. Insbesondere wenn das an das Schnittstellenmodul angeschlossene Gerät eine Gleichspannungsversorgung benötigt, ist es vorteilhaft, das Schnittstellenmodul mit einer Gleichspannung zu beaufschlagen, um den Zwischenschritt der Umwandlung zu vermeiden. Die Gleichspannungsübertragung führt zudem zu weniger Leitungsverlusten, da keine elektrischen Wechselfelder entlang der Übertragungsleitungen entstehen, die zu unerwünschten Blindleistungsverlusten führt.
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Eine besonders ressourcenschonende Betriebsweise des Versorgungssystems wird dadurch erreicht, dass mindestens einer der für den Anschluss eines Schnittstellenmoduls vorgesehenen Ausgänge des Netzteils mittels der Steuereinrichtung des Schnittstellenmoduls und/oder mittels einer zur Steuerung des Netzteils ausgebildeten Steuerungseinrichtung einschaltbar und/oder abschaltbar ist. Mit Hilfe einer Laststromüberwachung kann beispielsweise festgestellt werden, ob sich ein angeschlossenes Gerät in einem Standby-Modus befindet oder ob beispielsweise ein Kurzschlussdefekt am Gerät vorliegt. Insbesondere in solchen Fällen kann vorgesehen sein, den betreffenden Ausgang abzuschalten, um eine unnötige Stromaufnahme des angeschlossenen Gerätes im Standbybetrieb zu vermeiden und um Sicherheit im elektrischen Fehlerfall herzustellen.
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Zusätzlich zur Ein- und Abschaltbarkeit eines Ausgangs des Netzteils kann vorgesehen sein, dass ein für den Anschluss eines medizinischen Gerätes vorgesehener Ausgang des Schnittstellenmoduls mittels der Steuereinrichtung des Schnittstellenmoduls und/oder mittels einer zur Steuerung des Netzteils ausgebildeten Steuerungseinrichtung einschaltbar und/oder abschaltbar ist. Gegenüber der Abschaltung des Ausgangs des Netzteils kann das Schnittstellenmodul in dieser Ausgestaltung mittels des Anschlusskabels weiterhin mit einer Anschlussspannung versorgt werden. Diese Schaltungsmöglichkeit bietet sich insbesondere an, wenn das Schnittstellenmodul Steuerungseinrichtungen oder Anzeigevorrichtungen aufweist, die eine permanente Energieversorgung benötigen.
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In einer Ausgestaltung des Spannungsversorgungssystems ist daran gedacht, dass das Netzteil eine Kommunikationsschnittstelle aufweist, mittels der eine Kommunikationsverbindung zwischen einem Konfigurationsgerät und der Steuerungseinrichtung herstellbar ist. Als Konfigurationsgerät kann in erster Linie ein stationärer Computer wie zum Beispiel ein Desktop-Rechner oder ein mobiler Computer wie zum Beispiel ein Laptop dienen. Denkbar ist auch die Verwendung eines tragbaren Mobilgerätes wie zum Beispiel eines Tablets oder eines Mobiltelefons als Konfigurationsgerät. Auch ein externes Steuergerät, das als zentrale Steuerung mehrerer Geräte dient, kann als Konfigurationsgerät dienen.
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Die Kommunikationsschnittstelle kann eine kabelgebundene oder eine drahtlose Kommunikation zwischen einem Konfigurationsgerät und der Steuerungseinrichtung ermöglichen. Beispielsweise könnte das Netzteil eine Netzwerkschnittstelle, wie zum Beispiel eine Ethernet-Schnittstelle oder eine serielle Schnittstelle, wie zum Beispiel eine RS 232 Schnittstelle bereitstellen, über die eine Kommunikation mit der Steuerungseinrichtung herstellbar ist. Neben den derzeit gängigen drahtlosen und drahtgebundenen Schnittstellenarten, die als Kommunikationsschnittstellen in Frage kommen, ist unter den drahtlosen Schnittstellenarten vor allem an eine Bluetooth-Schnittstelle oder eine WLAN-Schnittstelle gedacht. Derartige Kommunikationsschnittstellen sind hinlänglich bekannt, sodass an dieser Stelle auf eine genauere Erläuterung verzichtet werden kann.
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Mittels der Kommunikationsschnittstelle soll eine Möglichkeit eingeräumt werden, die Steuerungseinrichtung zu programmieren, um damit das Netzteil zu konfigurieren. Beispielsweise könnten durch eine geeignete Programmierung der Steuerungseinrichtung individuelle Laststromschwellen vorgegeben werden, die bei Überschreitung zum Abschalten bestimmter Ausgänge und/oder bei Unterschreitung zum Einschalten bestimmter Ausgänge dienen. Des Weiteren könnte eine Programmierung vorgenommen werden, die Zeitintervalle für die zeitversetzte Einschaltung verschiedener Ausgänge vorgibt. Denkbar ist beispielsweise die individuelle Einstellbarkeit der Zeitintervalle von Verzögerungsgliedern, die zur zeitverzögerten Einschaltung verschiedener Ausgänge dienen.
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Netzteile zur Versorgung medizinischer Geräte enthalten häufig eine Trennschaltung, um einen Stromkreis eines eingangsseitig an das Netzteil angeschlossenen Versorgungsnetzes elektrisch von dem ausgangsseitig an dem Netzteil zur Verfügung gestellten Stromkreis zu isolieren. Üblicherweise wird als Trennschaltung ein Trenntransformator verwendet, der die eingangsseitig in das Netzteil eingespeiste Netzspannung von einer Primärwicklung im Verhältnis 1:1 auf eine Sekundärwicklung überträgt. Im medizinischen Umfeld werden solche Trenntransformatorschaltungen insbesondere eingesetzt, um durch Wechselstrom bedingte Ableitströme zu verringern. Auf diese Weise können auch im Falle eines Defekts keine signifikanten Ströme über den Patienten, Anwender oder Dritte abfließen.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist daher daran gedacht, dass das Spannungsversorgungssystem eine Trennschaltung zur elektrischen Isolation eines eingangsseitigen Versorgungsnetzes gegenüber einem ausgangsseitig an dem Netzteil zur Verfügung gestellten Stromkreis umfasst, wobei die Trennschaltung insbesondere als Trenntransformator ausgebildet ist. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Trennschaltung in das Netzteil integriert ist. Alternativ kann eine separate netzteilexterne Trennschaltung vorgesehen sein, die eingangsseitig mit dem Versorgungsnetz verbunden ist und ausgangsseitig das Netzteil speist.
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Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf schematische Figuren beschrieben. Es zeigen:
- 1 ein erfindungsgemäßes Spannungsversorgungssystem mit daran angeschlossenen medizinischen Geräten, und
- 2 eine Detaildarstellung einer denkbaren Signalverbindung zwischen einem erfindungsgemäßen Netzteil und einem erfindungsgemäßen Schnittstellenmodul.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Spannungsversorgungssystem mit einem Netzteil 10 mit mehreren Spannungsausgängen 16a bis 16n. Mittels Anschlusskabeln 14 sind an den Ausgängen 16a bis 16c jeweils erfindungsgemäße Schnittstellenmodule 18 anschließbar. Ausgangsseitig sind die Schnittstellenmodule 18 jeweils mit einem medizinischen Gerät 12 verbunden.
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Das Netzteil 10 kann, wie vorliegend gezeigt, mittels einer redundant ausgelegten Versorgungseinheit 26 mit Eingangsspannung versorgt werden. Dabei kann die Versorgungseinheit 26 des Netzteils 10 mittels eines ersten Anschlusselementes 28 mit einer ersten Eingangsspannung 30 und mittels eines zweiten Verbindungselements 32 mit einer zweiten Eingangsspannung 34 versorgt werden. Zur Erhöhung der Ausfallsicherheit des Netzteils 10 kann vorgesehen sein, dass die Eingangsspannungen 30 und 34 unabhängig voneinander abgesichert sind. So kann bei einem unerwarteten Ausfall einer ersten Eingangsspannung 30 die Versorgung über eine zweite Eingangsspannung 34 sichergestellt werden. Vorzugsweise ist die Versorgungseinheit 26 entsprechend eingerichtet, den Betrieb des Netzteils 10 bei Ausfall einer der Eingangsspannungen sicherzustellen. Darüber hinaus können weitere Sicherungsmechanismen, wie eine Batteriepufferung und/oder ein zusätzlicher Dieselgenerator, vorgesehen sein, um die Ausfallsicherheit des Spannungsversorgungssystems zu erhöhen. Solche Maßnahmen sind hier nicht dargestellt, Fachleuten aber bekannt. Es ist ebenfalls denkbar, neben dem Netzteil 10 ein zweites, hier nicht gezeigtes Netzteil vorzusehen, das bei Ausfall des ersten Netzteils 10 dessen Funktionen übernimmt. Auf diese Weise wird die Ausfallsicherheit noch weiter verbessert.
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Zu Konfiguration und Steuerung umfasst das Netzteil 10 eine Steuerungseinrichtung 20. Die Steuerungseinrichtung 20 kann eingerichtet und ausgebildet sein, unterschiedliche Funktionen des Netzteils 10 zu steuern. Beispielsweise kann vorgesehen sein, die Einschaltreihenfolge der Spannungsausgänge 16a bis 16n zu steuern. Durch eine verzögerte Einschaltung der Ausgänge kann beispielsweise der vom Netzteil 10 abgegebene Einschaltstrom auf ein definiertes Maximum beschränkt werden. Die Spannungseinrichtung 20 kann darüber hinaus eingerichtet und ausgebildet sein, Steuersignale an die erfindungsgemäßen Schnittstellenmodule 18 zu übertragen, um beispielsweise eine von dem Netzteil 10 mittels des Anschlusskabels 14 an das Schnittstellenmodul 18 übertragene Anschlussspannung in eine gewünschte Versorgungsspannung umzuwandeln, die schließlich mittels des Versorgungskabels 24 an ein medizinisches Gerät 12 übertragen wird. Die Steuerungseinrichtung 20 kann darüber hinaus eingerichtet und ausgebildet sein, einen Laststrom eines oder mehrerer der Spannungsausgänge 16a bis 16n zu überwachen und bei Überschreiten oder Unterschreiten eines einstellbaren Spannungsschwellwertes den betreffenden Spannungsausgang des Netzteils 10 abzuschalten. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Steuerungseinrichtung 20 ein Steuersignal an eine Steuereinrichtung 42 des Schnittstellenmoduls 18 überträgt, um mittels der Steuereinrichtung 42 des Schnittstellenmoduls 18 den Spannungsausgang des Schnittstellenmoduls 18 einzuschalten bzw. abzuschalten.
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Zur Konfiguration der Steuerungseinrichtung 20 können an dem Netzteil 10 angeordnete Bedienelemente 36 vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann das Netzteil 10 mit einer Kombinationsschnittstelle 22 ausgestattet sein, mit der eine Kommunikationsverbindung zwischen dem Netzteil 10 bzw. der Steuerungseinrichtung 20 und einem zum Beispiel als Computer ausgebildeten Konfigurationsgerät 38 herstellbar ist. Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass das Netzteil 10 eine Anzeigevorrichtung 40 aufweist, mit der bestimmte Funktionszustände des Netzteils 10 und/oder bestimmte Konfigurationsinformationen der Steuerungseinrichtung 20 darstellbar sind.
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Die Erfindung sieht vor, dass das Netzteil 10 eine Ausgangsspannung erzeugt, die als Anschlussspannung mittels des Anschlusskabels 14 an das Schnittstellenmodul 18 übertragen wird. Von dem Schnittstellenmodul 18 wird diese Spannung entweder ohne dortige Zwischenumwandlung oder nach einer dortigen Zwischenumwandlung mittels der Versorgungsleitung 24 an das medizinische Gerät 12 weitergeleitet. Eine Zwischenumwandlung der Anschlussspannung kann zum Beispiel eine Umwandlung der Anschlussspannung durch Spannungserhöhung oder Spannungserniedrigung sein.
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Zur Überwachung der von dem Netzteil 10 an das Schnittstellenmodul 18 übertragenen Anschlussspannung kann das Schnittstellenmodul 18 eine Spannungsüberwachungsschaltung aufweisen, die die eingangsseitig an dem Schnittstellenmodul 18 ankommende Anschlussspannung des Netzteils 10 überwacht und bei Feststellen eines, zum Beispiel aufgrund von Leitungsverlusten, auftretenden Spannungsverlustes kann die Steuereinrichtung 42 des Schnittstellenmoduls 18 eingerichtet sein, Einstellungssignale an das Netzteil 10 bzw. an die Steuerungseinrichtung 20 des Netzteils 10 zu übertragen, sodass die von dem Netzteil 10 ausgegebene Spannung derart verändert wird, dass die an dem Schnittstellenmodul 18 ankommende Anschlussspannung dem für die Versorgung des angeschlossenen medizinischen Gerätes 12 notwendigen Spannungswert entspricht. Etwaige bei der Übertragung der Anschlussspannung von dem Netzteil 10 an das Schnittstellenmodul 18 auftretende Leitungsverluste können somit in einfacher Weise kompensiert werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Spannungsversorgungssystem ist in erster Linie an zwei unterschiedliche Möglichkeiten zur Bereitstellung einer gewünschten Versorgungsspannung am medizinischen Gerät 12 gedacht.
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Einerseits kann die an dem medizinischen Gerät 12 benötigte Versorgungsspannung an einer Zentraleinheit einstellbar sein. Die Zentraleinheit kann dabei das Netzteil 10 oder eine Netzteil-externe Konfigurationsvorrichtung sein, die mit einer Steuerungseinrichtung 20 des Netzteils 10 kommuniziert. In dieser ersten Variante kann das Schnittstellenmodul 18 eingerichtet sein, die an dem Schnittstellenmodul 18 ankommende Anschlussspannung zu messen und bei Abweichungen von der gewünschten bzw. eingestellten Zielspannung kann das Schnittstellenmodul 18 Steuersignale an die Zentraleinheit bzw. an das Netzteil 10 übertragen, die zur Nachregelung der von den Netzteil 10 abgegebenen Anschlussspannung führen. Somit kann sichergestellt werden, dass das angeschlossene medizinische Gerät 12 mit der gewünschten Versorgungsspannung versorgt wird und dass ein etwaiger, zum Beispiel durch Leitungsverluste über die Leitungslänge auftretender Spannungsabfall kompensiert wird.
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Andererseits ist daran gedacht, dass das Netzteil 10 eine feste Ausgangsspannung wie beispielsweise 42 V Gleichspannung bereitstellt und die für das an das Schnittstellenmodul 18 angeschlossene medizinische Gerät 12 nötige Versorgungsspannung mittels einer Spannungsreglerschaltung des Schnittstellenmoduls 18 aus der an dem Schnittstellenmodul 18 ankommenden Anschlussspannung erzeugt wird.
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Die Erfindung ermöglicht somit, auch längere, typischerweise aufgrund von Leitungswiderständen Spannungsabfälle bedingende, Leitungslängen zwischen einem gerätefern platzierten Netzteil 10 und einem gerätenah platzierten Schnittstellenmodul 18 zu realisieren.
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2 zeigt rein schematisch eine erste denkbare Konstellation von Spannungs- und Signalpfaden zwischen dem Netzteil 10, dem Schnittstellenmodul 18 und einem an das Schnittstellenmodul 18 angeschlossenen medizinischen Gerät 12. Gemäß dieser schematischen Darstellung ist vorgesehen, dass auf einem Spannungspfad 44 eine Anschlussspannung von dem medizinischen Netzteil 10 an das Schnittstellenmodul 18 übertragen wird. Der Signalpfad 46 zeigt den Übertragungsweg von Steuersignalen zwischen dem Netzteil 10 und dem Schnittstellenmodul 18. Auf einem rückwärtigen Überwachungssignalpfad 48 von dem Schnittstellenmodul 18 an das Netzteil 10 können Mess- und/oder Steuersignale übertragen werden. Auf dem Überwachungssignalpfad 48 können insbesondere Messsignale betreffend die an dem Schnittstellenmodul 18 ankommende Anschlussspannung des Netzteils 10 übertragen werden. Die von dem Schnittstellenmodul 18 an das medizinische Gerät 12 übertragene Versorgungsspannung wird auf den Versorgungsspannungspfad 50 übertragen.
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Die einzelnen Pfade 46-48 zwischen dem Netzteil 10 und dem Schnittstellenmodul 18 können als physisch getrennte Leitungsverbindungen ausgestaltet sein, also beispielsweise als voneinander separierte Drahtleitungen. Gleichfalls ist denkbar, dass sowohl die Anschlussspannung des Netzteils 10 als auch Steuer- und/oder Messsignale zwischen dem Netzteil 10 und dem Schnittstellenmodul 18 über eine gemeinsame Leitungsverbindung realisiert wird. Dabei ist insbesondere daran gedacht, dass Steuer- und/oder Messsignale zwischen dem Netzteil 10 und dem Schnittstellenmodul 18 über die für die Übertragung der Anschlussspannung benutzte Drahtverbindung übertragen werden. Denkbar ist auch, dass die Signalpfade 46 und 48 über eine gemeinsame oder physisch voneinander getrennte Drahtverbindung übertragen werden. Beispielsweise könnte die Kommunikation zwischen dem Schnittstellenmodul 18 und dem Netzteil 10 über eine gemeinsame, bidirektionale Bus- oder Netzwerkverbindung ausgeführt sein. Dabei ist neben einer drahtgebunden Kommunikation auch denkbar, dass der Steuersignalpfad 46 und/oder der Überwachungssignalpfad 48 als drahtlose Kommunikationsverbindung, zum Beispiel als Wifi- oder als Bluetooth-Verbindung oder dergleichen, ausgeführt sind.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Netzteil
- 11
- Geräte in Operationssälen
- 12
- Medizinische Geräte
- 14
- Anschlusskabel
- 16a-16n
- Netzteilausgänge
- 18
- Schnittstellenmodul
- 20
- Steuerungseinrichtung
- 22
- Kommunikationsschnittstelle
- 24
- Versorgungskabel
- 26
- Versorgungseinheit
- 28
- Anschlusselement
- 30
- Eingangsspannung
- 32
- Anschlusselement
- 34
- Eingangsspannung
- 36
- Stellelemente
- 38
- Computer
- 40
- Anzeigeeinrichtung
- 42
- Steuereinrichtung
- 44
- Anschlussspannungspfad
- 46
- Steuersignalpfad
- 48
- Überwachungssignalpfad
- 50
- Versorgungsspannungspfad
