Netzwerkisolatoren FAQs

Häufig gestellte Fragen (edit: 2021-03-12)

1Was ist ein Netzwerkisolator?
Ein Netzwerkisolator ist eine galvanische Trenneinrichtung für Ethernet-basierte Netzwerke. Er unterbricht alle elektrisch leitenden Verbindungen zwischen der angeschlossenen Netzwerkperipherie und dem angeschlossenen Gerät und bietet üblicherweise einen Schutz vor Gleich- und Wechselspannungen von 4KV und mehr. Gleichzeitig ermöglicht er eine nahezu verlustfreie Übertragung von hochfrequenten Wechselspannungen > 1 MHz, die im Ethernet-Protokoll für die Signalübertragung verwendet werden.
EMOSAFE Netzwerkisolatoren eignen sich im medizinischen Bereich für die normgerechte galvanische Trennung von Ethernet-basierten Signalschnittstellen (SIP/SOPs) entsprechend den Anforderungen der IEC 60601-1.
2Wodurch können in der Netzwerkleitung gefährliche Spannungen verursacht werden?
Bei kupferbasierten Netzwerkverkabelungen ist es möglich, dass die Leitungsadern oder der Kabelschirm durch Installations- oder Auslegungsfehler, Alterungsprozesse oder Feuchtigkeit ungewollt eine elektrische Verbindung zu anderen spannungsführenden Teilen erhalten. Dabei wird angenommen, dass die auf diese Weise an der Netzwerkverkabelung anliegende Spannung maximal der örtlichen Netzspannung entspricht. Aus diesem Grund sind Netzwerkisolatoren meist für eine dauerhaft anliegende Spannung von 250 VAC ausgelegt.
In den Versorgungsnetzen treten jedoch kurzzeitig hohe Überspannungen auf, welche z.B. durch Schaltvorgänge verursacht werden (Spannungstransienten). Da diese Überspannungen ein Vielfaches der Netzspannung betragen können, besitzen Netzwerkisolatoren eine hohe Spannungsfestigkeit. Weiterhin verhindern Netzwerkisolatoren, dass Ausgleichsströme zwischen den angeschlossenen Geräten fließen, welche durch Potenzialunterschiede zwischen den Anschlusspunkten hervorgerufen werden.
3Wo werden Netzwerkisolatoren üblicherweise eingesetzt?
Netzwerkisolatoren werden allgemein in kupferbasierten Netzwerkverbindungen im privaten, öffentlichen oder gewerblichen Bereich eingesetzt.
Übliche Anwendungsgebiete sind:

  • Medizinische elektrische Geräte, deren Betrieb nur zulässig ist, wenn vorhandene Signalschnittstellen eine normgerechte Trenneinrichtung aufweisen. Daher auch die häufig verwendete Bezeichnung „medizinischer Netzwerkisolator“.
  • Empfindliche Mess- und Überwachungseinrichtungen in elektrischen Prüffeldern, welche über Ethernet-Schnittstellen mit einer Leitstelle in Verbindung stehen und die vor Störspannungen und Potenzialdifferenzen geschützt werden müssen.
  • Rechnersysteme, welche über eine Ethernet-Verkabelung über größere Entfernungen galvanisch miteinander verbunden sind und bei denen Potenzialausgleichsströme verhindert werden sollen.
  • Audioanwendungen, bei denen die Übertragung niederfrequenter Wechselspannungen (Netzbrummen) über die Netzwerkverbindung reduziert werden soll.
  • Anwendungen, bei denen wertvolle oder besonders schutzbedürftige Geräte vor Brumm- und Überspannungen aus der Netzwerkperipherie geschützt werden sollen.
4Wann sollten Netzwerkisolatoren nicht eingesetzt werden?
Ein Netzwerkisolator ist für die Datenübertragung im Frequenzbereich von 0,3 MHz bis 100 MHz ausgelegt. Tiefere Frequenzen werden stark bedämpft. Aus diesem Grund ist es in der Regel nicht möglich, Signale von Schwesternrufsystemen, TK-Anlagen oder analoge Audio- oder Videosignale über einen Netzwerkisolator zu übertragen.
Höhere Frequenzen bis zu 500 MHz werden von einem Netzwerkisolator übertragen, allerdings entspricht die Signalqualität in diesen Frequenzbereichen in vielen Fällen nicht den Anwendungsanforderungen.
Die Spannungsversorgung von PoE-Endgeräten (PoE: Power over Ethernet) ist über eine Kabelstrecke, die mit einem Netzwerkisolator ausgerüstet ist, nicht möglich.
5Ich bin Hersteller:in von Medizingeräten mit einer Netzwerkschnittstelle. Benötige ich Netzwerkisolatoren?
Befindet sich das Gehäuse des Medizingerätes in der Patientenumgebung und können berührbare, elektrisch leitende Teile des Gehäuses direkt oder auch indirekt z.B. über den Körper der behandelnden Person in elektrischen Kontakt mit dem/der Patient:in geraten, muss der Hersteller des Medizingerätes Maßnahmen ergreifen, um zu verhindern, dass über den Körper des/der Patient:in Ströme abfließen, die die Vorgaben der IEC 60601-1 für sogenannte Ableitströme überschreiten. Im Rahmen der vorgeschriebenen Baumusterprüfung eines ME-Gerätes wird die Netzwerkschnittstelle (Adern und Schirm) mit 250 VAC beaufschlagt. Ein mit einem Prüffinger verbundenes Messgerät wird nun mit allen berührbaren Teilen des Gehäuses in Verbindung gebracht. Fließt unter Normalbedingungen (NC) an irgendeiner Stelle ein Strom > 100µA über den Prüffinger ab, wird das Gerät nicht zugelassen. Die vom Hersteller getroffenen Maßnahmen müssen darüber hinaus erstfehlersicher sein, d.h. sie müssen auch dann noch einen ausreichenden Schutz bieten, wenn eine zweite Maßnahme zum Patientenschutz, die demselben Zweck dient, ausfällt (z.B. die Schutzleiterverbindung). Dies wird separat geprüft. Die Ableitströme unter Erstfehlerbedingungen (SFC) dürfen 500µA nicht überschreiten. Netzwerkisolatoren bilden direkt an der Netzwerkschnittstelle eine galvanische Trennstelle und schneiden damit die für die Ableitströme verantwortliche Stromquelle ab.

Zu beachten ist weiterhin, dass die Schnittstelle oder nicht isolierte Teile des Steckers selbst berührbar sein können. Dieses Problem kann durch geeignete Abdeckungen gelöst werden oder in dem ein Netzwerkisolator in der Zuleitung außerhalb der Patientenumgebung angeordnet wird.

Hersteller können die Netzwerkschnittstelle Ihres Medizingerätes auch nur für die Verbindung mit anderen Medizingeräten zulassen und die Schnittstelle entsprechend kennzeichnen. In diesem Fall entfällt die eingangs beschriebene Prüfung und die Netzwerkschnittstelle muss nicht galvanisch getrennt werden. Dies ist jedoch nur dann eine Lösung, wenn die Schnittstelle nicht zur Verbindung mit dem Kliniknetzwerk vorgesehen ist.

Als Hersteller müssen Sie jedoch nicht unbedingt einen Netzwerkisolator einbauen oder mitliefern. Es genügt, wenn Sie in den Begleitpapieren dessen Verwendung für den Fall vorschreiben, dass Ihr Gerät mit einem Nichtmedizingerät oder dem Kliniknetzwerk verbunden werden soll. Sie übertragen damit die Verantwortung für den elektrisch sicheren Anschluss Ihres Gerätes dem Betreiber.

Sofern ihr Gerät unbeweglich installiert ist und eine fest installierte Schutzleiterverbindung aufweist, welche den Anforderungen der IEC 60601-1 genügt benötigen Sie keine Netzwerkisolatoren.
6Ich bin Betreiber:in von Medizingeräten. Benötige ich Netzwerkisolatoren?
Die Betreiber:innen von medizinisch elektrischen (ME)-Geräten sind u. a. gemäß der deutschen MPBetreibV dafür verantwortlich, dass die Vorgaben zum bestimmungsgemäßen Errichten, Betreiben und Anwenden eingehalten werden. Dazu gehört auch, für die elektrische Sicherheit von Patient:innen und Personal Sorge zu tragen. In Bezug auf die Ethernetschnittstelle eines ME-Gerätes erfordert dies eine galvanische Trennung entsprechend den Anforderungen der IEC 60601-1 bzw. deren nationalen Entsprechungen.
Für Deutschland ist dies beispielsweise die DIN EN 60601-1. Netzwerkisolatoren werden dann benötigt, wenn eine solche galvanische Trenneinrichtung nicht bereits geräteseitig vorhanden ist oder dies nicht als gegeben vorausgesetzt werden kann. Auch kann an einem ME-Gerät eine Ethernetschnittstelle vorhanden sein, die nur für die Kombination mit anderen ME-Geräten vorgesehen ist und deshalb keine eigene galvanische Trenneinrichtung besitzt. Soll diese dennoch mit einem Nicht-ME-Gerät, wie z.B. einem Drucker verbunden werden, muss ebenfalls ein Netzwerkisolator zwischengeschaltet werden.
Siehe auch die Antwort zu Frage 5.
7Es gibt Netzwerkisolatoren für den Geräteeinbau, für die Wandmontage oder als eigenständiges Gerät? Welche Bauart ist für mich die richtige?
Grundsätzlich ist es erforderlich einen Netzwerkisolator im medizinischen Einsatz so nah wie möglich an dem zu schützenden Gerät anzuordnen, um zu verhindern, dass eine Beschädigung der Kabelstrecke oder ein Installationsfehler zwischen dem Netzwerkisolator und dem zu schützenden Gerät die Schutzwirkung vermindert oder aufhebt. Insofern ist eine geschützte Netzwerkschnittstelle am Gerät eine sinnvolle Variante.
Allerdings nur dann, wenn elektrisch leitende Teile des in das Gerät eingesteckten Steckers (z.B. die Schirmbleche im vorderen Steckerbereich), nicht während der Behandlung versehentlich berührt werden können. Vergleichen Sie hierzu auch die Antwort auf Frage 6.

Geräteherstellern empfehlen wir einen Netzwerkisolator für den Geräteeinbau, ggf. mit Berühr- und Aussteckschutz. Gerätehersteller entlasten damit ihre Kund:innen von der Aufgabe, sich selbst um die galvanische Trennung der Netzwerkschnittstelle kümmern zu müssen.

Als Betreiber:in einer medizinischen Einrichtung haben Sie die Verantwortung für die elektrische Sicherheit einer Vielzahl an Geräten.
Hier haben Sie prinzipiell zwei Möglichkeiten:

A) Sie bewerten alle in Ihrem Verantwortungsbereich betriebenen Medizingeräte mit Netzwerkschnittstelle, ob diese im Rahmen des beabsichtigten Verwendungszwecks und des naheliegenden Fehlgebrauchs (= Risikoanalyse) mit Nicht-Medizin-Geräten (z.B. PCs oder Druckern) oder dem (ungesicherten) hausinternen Netz verbunden werden können. Ist dies der Fall, informieren Sie sich in den Geräteunterlagen oder beim Gerätehersteller darüber, welche zusätzlichen Anforderungen an die galvanische Trennung der Netzwerkschnittstelle gestellt werden.
Um Platz und Kosten zu sparen, erlauben Gerätehersteller:innen oft nur die in der Regel unkritische Verbindung mit anderen Medizingeräten oder empfehlen die Verwendung von externen galvanischen Trenneinrichtungen. Macht ein/eine Gerätehesteller:in in den Begleitdokumenten bezüglich der Erfordernisse an die galvanische Trennung seiner Schnittstellen keine Angaben, ist dies oft ein Zeichen fehlender Kenntnis der Anforderungen an die elektrische Sicherheit von Netzwerkschnittstellen und ein Indiz für eine fehlende galvanische Trennung.
Abhängig von den ermittelten Erfordernissen beschaffen Sie sich nun für jede betroffene Netzwerkschnittstelle einen Netzwerkisolator und verbinden diesen fest mit dem Gerät. Außerdem schulen Sie Ihre Mitarbeiter:innen, um die versehentliche Verbindung von Medizingeräten mit Nicht-Medizin-Geräten über ungesicherte Netzwerkschnittstellen zu verhindern.

B) Sie rüsten alle zugänglichen Netzwerkschnittstellen in Kabelkanälen und Wandauslassdosen in den Räumen, in denen Medizingeräte in der Patientenumgebung betrieben werden, mit Netzwerkisolatoren nach, die die Anforderungen an die galvanische Trennung erfüllen. Sie schulen Ihre Mitarbeiter:innen dahingehend, dass alle Netzwerkverbindungen zwischen diesen Geräten über diese Schnittstellen gebildet werden müssen und niemals direkt erfolgen dürfen.
Diese Möglichkeit reduziert besonders in großen medizinischen Einrichtungen den Verwaltungsaufwand erheblich und ist damit oft die kostengünstigere Lösung. Auch verhindert sie, dass gefährdende Spannungen über die Patchkabel in die Patientenumgebung hineingetragen werden, so dass ggf. Berührschutzmaßnahmen entfallen können.

Hersteller:innen sogenannter medizinischer Versorgungseinheiten (MVE) für Wand, Decke oder Boden sowie Hersteller:innen medizinischer Gerätewagen sind mit einer besonderen Situation konfrontiert. Einerseits leiten Sie Netzwerkverbindungen häufig nur durch und orientieren sich bei der Ausstattung Ihrer Geräte stark an den Vorgaben Ihrer Kund:innen. Gleichzeitig sind medizinische Versorgungseinheiten aber selbst medizinische elektrische Geräte entsprechend EN 60601-1, von denen der Anwender erwarten darf, dass die angebotenen Schnittstellen an der MVE den Anforderungen an Signaleingangs- bzw. Signalausgangsteile gemäß EN 60601-1 entsprechen.
Da häufig strittig ist, ob die Betreiber:innen medizinischer Einrichtungen oder die Hersteller:innen medizinischer Versorgungseinheiten (MVE) hierfür verantwortlich sind, hat EMO Systems zu dieser Frage ein Gutachten bei der VDE Prüf- und Zertifizierungsinstitut GmbH in Auftrag gegeben. Dies ist auf Anfrage bei uns erhältlich. Danach sind die Betreiber:innen für den sicheren Betrieb der Geräte verantwortlich, die Hersteller:innen der MVE müssen dies jedoch durch bauliche Ausführung oder entsprechende Gebrauchshinweise ermöglichen.

EMO Systems bietet Netzwerkisolatoren an, welche speziell für den Einsatz in MVEs entwickelt wurden. Bei weitergehenden Fragen hierzu, wenden Sie sich bitte an unseren Vertrieb.
8Einige Netzwerkisolatoren haben einen Berühr- und Aussteckschutz für den Stecker. Wozu braucht man diesen?
Befindet sich die Netzwerkschnittstelle zusammen mit dem zu schützenden Gerät in der Patientenumgebung, ist es denkbar, dass das meist freiliegende metallische Schirmblech am Netzwerkstecker während der Behandlung versehentlich berührt wird und so die Schutzwirkung eines in das Gerät eingebauten Netzwerkisolators aufhebt, da gefährdende Spannungen über den Körper des/der Bediener:in zum/zur Patient:in gelangen können, ohne dass die im Gerät eingebauten Schutzmaßnahmen wirksam werden.
Um dies zu verhindern besteht bei einigen EMOSAFE Netzwerkisolatoren die Möglichkeit, die Netzwerkschnittstelle mit einem Berührschutz auszurüsten. Dies kann mit einem Aussteckschutz kombiniert werden, welcher verhindert, dass ein Patchkabel am Gerät während der Behandlung werkzeuglos ein- und ausgesteckt werden kann. Damit soll erreicht werden, dass das Patchkabel untrennbarer Bestandteil des Geräts wird und die Stec