Netzwerkisolator

Netzwerkisolatoren bilden innerhalb einer kupfergeführten Ethernet-Datenleitung eine galvanische Trennstelle mit einer erhöhten Spannungsfestigkeit. Hier werden nach dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion hochfrequente Wechselspannungen in dem für die Datenübertragung genutzten Frequenzband möglichst verlustarm übertragen. Aufgrund dieses Übertragungsprinzips benötigen Netzwerkisolatoren keine eigene Stromversorgung. Netzwerkisolatoren erlauben derzeit Übertragungsraten von bis zu 1000 Mbit/s.

Anwendungsgebiete

Medizintechnik

Netzwerkisolatoren dienen im medizinischen Bereich dem Schutz des Patienten vor Ableitströmen. Die Netzwerkverbindung zwischen einem aktiven Medizinprodukt und einem Ethernet-Netzwerk oder einem Nichtmedizingerät, wie z.B. einem Büro-PC oder Laptop, wird dabei gemäß der Norm IEC 60601-1 (3. Ausgabe) für medizinisch elektrische Geräte und Systeme als eine potenzielle Gefahrenquelle eingestuft, die als Folge von Spannungsdifferenzen zwischen den Erdpotenzialen der angeschlossenen Netzwerkteile ursächlich für einen den Patienten gefährdenden Ableitstrom sein kann. Solche Spannungsdifferenzen können aber auch durch eine fehlerhafte Verlegung z. B. bei Falschbelegung oder bei metallischem Kontakt zwischen den Schirm- oder Datenleitungen eines beschädigten Kabels und spannungsführenden Teilen innerhalb der Kabelführung verursacht werden.

Netzwerkisolatoren können als Zubehör oder Bestandteil eines medizinisch-elektrischen Gerätes oder Systems verwendet werden. Netzwerkisolatoren selbst unterliegen im medizinisch-elektrischen System zwar den Anforderungen der EN 60601-1 und EN 60601-1-2, sind jedoch keine Medizinprodukte im Sinne der Medizinprodukterichtlinie 93/42/EWG, da sie für sich genommen keinerlei therapeutischen oder diagnostischen Zweck erfüllen. Allerdings kann der Hersteller des Netzwerkisolators ihn als allgemeines Zubehör eines Medizinproduktes in Verkehr bringen. Damit wäre er auch ein Medizinprodukt nach Medizinproduktegesetz. Sie unterliegen als Einzelgeräte normalerweise auch nicht der Pflicht zur Durchführung sicherheitstechnischer Kontrollen (STK), es sei denn, dies wird vom Hersteller des Netzwerkisolators oder des medizinisch-elektrischen Systems bestehend aus Netzwerkisolator und aktivem Medizinprodukt in den Begleitpapieren gefordert.

Falls allerdings der Netzwerkisolator bereits als Medizinprodukt in Verkehr gebracht wurde, erleichtert dies dem Hersteller des Medizinsystems die Feststellung der Konformität. Hierzu muss lediglich nach §10 Abs.1 MPG überprüft werden, ob alle Teilsysteme des Medizingerätesystems nach ihrer Zweckbestimmung eingesetzt werden, und sie sich gegenseitig und von außen nicht negativ beeinflussen. Dies wird durch eine einfache Erklärung schriftlich festgehalten.^[1]

Das Medizinproduktegesetz gestattet jedoch dem Betreiber eines aktiven Medizinproduktes, nach § 12 MPG, der sogenannten Eigenherstellung, ein medizinisch-elektrisches System selbst herzustellen. Nach dem Durchlaufen des vereinfachten Konformitätsbewertungsverfahrens, der Risikobewertung des neuen Systems, Messungen der elektrischen Sicherheit und klinischen Bewertung durch einen Mediziner ist es dem Betreiber gestattet, das System für den eigenen Bedarf in den eigenen Räumlichkeiten einzusetzen. Für den Einsatz eines Netzwerkisolators bedeutet dies, dass die Einhaltung der Grenzwerte nach EN 60601-1 und EN 60601-1-2 in der jeweils gültigen Fassung sichergestellt werden muss. Dieses ist in der Regel nur durch den Nachweis einer Normenprüfung durch ein akkreditiertes Prüflabor möglich. Allerdings ist bei diesem Verfahren wesentlich mehr Verantwortung bei dem "Eigenhersteller" als bei der oben genannten Variante, da er bei ersterer nur überprüfen muss, ob alle Medizinprodukte in dem Bereich des bestimmungsgemäßen Gebrauchs betrieben und benutzt werden.

Netzwerkisolatoren sollen möglichst dicht am Medizingerät angeordnet werden. Sie werden im medizinischen Bereich häufig gemeinsam mit Trenntransformatoren eingesetzt, die ebenso dem Schutz des Patienten dienen, jedoch vor zu hohen Strömen aus dem Stromversorgungsnetz im Falle eines Isolationsfehlers schützen.

Weitere Anwendungsgebiete

Netzwerkisolatoren werden außerdem in vielen weiteren technischen Einrichtungen verwendet, um eine Potenzialtrennung zwischen den angeschlossenen Geräten zu erreichen, z.B.:

• Bei Mess- und Überwachungseinrichtungen in elektrischen Prüffeldern, welche über Ethernet-Schnittstellen mit einer Leitstelle in Verbindung stehen
• Bei redundanten Serversystemen, welche über Entfernungen von bis zu 100 m mittels Kupferverkabelung verbunden sind
• Bei kupferbasierten Netzwerkverbindungen im privaten oder gewerblichen Bereich, welche durch unvermeidliche Potenzialunterschiede zwischen Gebäuden oder Gebäudeteilen gefährdet sind, bei denen jedoch eine Verbindung mittels Lichtwellenleiter zu aufwendig erscheint
• Generell als Mantelstromfilter für Ethernetverbindungen

Technische Anforderungen

Aus der internationalen Norm IEC 60601-1 (3. Ausgabe) für medizinisch elektrische Geräte und Systeme und ihren nationalen Entsprechungen z. B. DIN EN 60601-1, OEVE/OENORM EN 60601-1 ergeben sich für Netzwerkisolatoren hohe Anforderungen an den isolationstechnischen Aufbau. Dort werden deutlich höhere Anforderungen gestellt, als in der im nichtmedizinischen Bereich anzuwendenden Norm IEC 60950 (Einrichtungen der Informationstechnik), da davon ausgegangen wird, dass ein Patient bewusstlos, narkotisiert oder bewegungsunfähig sein kann und damit für ihn ein höheres Schutzbedürfnis besteht.

Für medizinische Geräte oder Systeme werden von der IEC 60601-1 (3. Ausgabe) zwei unabhängige Schutzmaßnahmen zum Patientenschutz (engl. Means Of Patient Protection = MOPP) gefordert. Ein Netzwerkisolator kann dabei abhängig von seinem Isolationsaufbau eine oder zwei Schutzmaßnahmen zum Patientenschutz bilden. Im Fall von nur einem MOPP muss eine zweite Schutzmaßnahme für das betroffene Gerät getroffen werden, z. B. durch einen festverlegten Potenzialausgleichsleiter.

Die Konformität mit den Anforderungen der anzuwendenden Normen und Richtlinien, insbesondere der IEC 60601-1 bestätigen die Hersteller durch eigene CE-Erklärungen und/oder durch Prüfzertifikate unabhängiger Prüfstellen. Ob ein Netzwerkisolator über ein oder zwei MOPPs verfügt geht aus den Zertifikaten jedoch in der Regel nicht hervor und hängt von der Kombination der realisierten Luft- und Kriechstrecken, dem Aufbau der Isolation und der Spannungsfestigkeit ab. Aus der Spannungsfestigkeit allein - gefordert sind 1,5 KV (AC) für ein MOPP und 4 KV (AC) für zwei MOPP - kann keine Aussage über die Anzahl der realisierten MOPPs abgeleitet werden.

Ungeschirmte Kabelverbindungen, die gelegentlich als Alternative zu der Verwendung von Netzwerkisolatoren genannt werden, entfalten im Sinne der IEC 60601-1 keine ausreichende Schutzwirkung, da auch die Datenleitungen selbst gefährdende Spannungen führen können.

Die auf Netzwerkkarten und anderen nach IEC 60950 gebauten aktiven Netzwerkkomponenten eingesetzten galvanischen Trennelemente entsprechen nicht den Anforderungen an eine galvanische Trenneinrichtung im Sinne der IEC 60601-1, da zum einen die Abschirmung durchverbunden ist und zum anderen der Isolationsaufbau in der Regel nicht den strengen Anforderungen der IEC 60601-1 entspricht und können deshalb im medizinischen Bereich Netzwerkisolatoren nicht ersetzen.

Die Übertragungsqualität eines Netzwerkisolators lässt sich mit Hilfe der in der Netzwerktechnik üblichen Kenngrößen für Verkabelungsstrecken bestimmen (z. B. Einfügedämpfung, Rückflussdämpfung, Nahübersprechen).

Die Bestimmung eines Netzwerkisolators ist es, jegliche direkte galvanische Verbindung zwischen den angeschlossenen Geräten zu unterbinden. Daher muss neben den Datenleitungen auch der Kabelschirm galvanisch getrennt werden.

Bauformen

Netzwerkisolatoren werden in unterschiedlichen Bauformen angeboten, Als externes Gerät in einem eigenen Gehäuse, als Einbauvarianten für Gerätehersteller und integriert in Wandauslassdosen für Netzwerke.

Quellen

• Krankenhaus IT Journal Ausgabe 05/2008
• DeviceMed Ausgabe 10/2008
• Meditronic Journal, Ausgabe

Einzelnachweise

1. ↑ R.D. Böckmann/H. Frankenberger: Durchführungshilfen zum Medizinproduktegesetz Band 2 Kapitel 3.10