EMV Tragbare elektronische Geräte richtig schirmen

Neuerungen bei Schirmungskonzepten und die Kommerzialisierung von Spezialtechniken wie abgeschirmte Fenster verbessern die Eigenschaften von Geräten in der Consumer- und Medizintechnik. Im Artikel geben wir einen Überblick zu den verschiedenen Möglichkeiten.

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Chomerics Europe Parker Hannifin Ltd. Seal Group

Hightech-Produkte für das mobile Leben bieten heute zahlreiche Funktionen auf kleinstem Raum. Medizintechnische Geräte für den Hausgebrauch sind z.B. eine solche Klasse tragbarer Anwendungen mit denen eine einfache, kosteneffiziente und hochqualitative Gesundheitsfürsorge für jedermann zugänglich wird.

Heute gängige Geräte enthalten meist mehrere elektronische Bauteile, die hochfrequente Störungen (Rauschen) verursachen, z.B. Schaltregler und Klasse-D-Leistungsverstärker, die aufgrund ihrer hohen Energieeffizienz eingesetzt werden. Hinzu kommen ein oder mehrere Funk-Subsysteme, die Wi-Fi, Bluetooth oder GSM-Mobilfunk unterstützen.

Für Entwickler wird es immer mehr eine Herausforderung zu verhindern, dass sich diese verschiedenen Systeme gegenseitig stören. Vor allem medizintechnische Geräte müssen gegen Störungen bzw. Interferenzen von außen geschützt sein. Im Gegensatz zu Einrichtungen, die für Krankenhäuser entwickelt werden, bieten Geräte für die Gesundheitsfürsorge zu Hause keine Garantie, dass sie in einer Umgebung ohne elektromagnetische Strahlung betrieben werden.

Der Kostendruck und die höhere Funktionsdichte auf engem Raum, schließt mittlerweile den Einsatz herkömmlicher EMV-Unterdrückungstechniken in tragbaren Geräten aus. Dazu zählen physikalisch getrennte Funk-Subsysteme oder der Einbau metallischer Abschirmungen.

Handelsübliche Abschirmtechniken

Herkömmliche metallische Schirmungen dienen seit langem zur Beschränkung elektromagnetischer Strahlung, die von starken Sendern ausgeht. Auch der Schutz empfindlicher Bauteile vor Interferenzen von außen wird damit gewährleistet. Heute können die Entwicklungsdauer einer solchen Abschirmung, die dazugehörigen Werkzeugkosten und der zusätzliche Zeitaufwand für die Montage der Abschirmung jedoch dazu führen, dass neue Produkte die Anforderungen hinsichtlich eines günstigen Verkaufspreises und einer schnellen Markteinführung nicht mehr erfüllen.

Entwickler brauchen daher neue und effizientere Techniken, um eine ausreichende EMI-Eindämmung in kompakten Geräten mit kleiner Größe, geringem Gewicht und Kosteneinschränkungen zu erzielen. Dies trifft auf die Mehrzahl heutiger mobiler Geräte zu.

Neue Materialien für eine effiziente Schirmung

Neue Materialien, die derzeit auf den Markt kommen, ermöglichen eine effiziente Schirmung, die in das Kunststoff-Außengehäuse des Geräts mit integriert werden kann. Damit erübrigen sich sämtliche Entwicklungs- und Werkzeugkosten für separate Schirmungen oder auch der Arbeitsaufwand, eine leitfähige Beschichtung für die Abschirmung zu plattieren oder aufzutragen.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Lösungen lassen sich damit die Gesamtkosten um bis zu 65% reduzieren. Auch das Gesamtgewicht wird geringer: bis zu 75% des für die Schirmung anteiligen Gewichts entfällt. Chomerics Premier ist ein Beispiel für ein deratiges neues Material (Bild 1).

Der spritzgegossene thermoplastische Kunststoff ist mit leitfähigen, vernickelten Kohlenstofffasern imprägniert und kann Störsignale bis zu 85 dB dämpfen. Die fertigen Teile bieten eine hohe mechanische Festigkeit und Temperaturstabilität bis 180 °C. Die gegossenen Teile können bis zu 2 mm dünn sein, was ein hervorragendes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis darstellt. Komplizierte Bauformen lassen sich mit demspritzgegossenen thermischen Kunststoff ebenfalls abdecken.

Alle Lücken am zu schirmenden Gerät schließen

Die Integration der Schirmung in das Gehäuse bringt aber auch einen Schwachpunkt mit sich. Da heute immer mehr große Bildschirme in Anwendungen wie Testgeräten und medizintechnischen Geräten verbaut werden, stellt dies eine sehr große Öffnung dar, durch die Strahlung hindurchdringen kann. Ein abgeschirmtes Fenster kann hier Abhilfe schaffen: diese Technologie wird normalerweise nur für spezielle Anwendungen verwendet.

Da die Nachfrage nach abgeschirmten Fenstern nun auch im kommerziellen Bereich zunimmt, finden sich immer mehr leichtgewichtige Substrate am Markt, die sich für mobile Anwendungen eignen. Darunter fällt auch Win-Shield C, welches gegossene, geschirmte Fenster aus einem Stück ermöglicht, die wesentlich leichter sind als herkömmliche laminierte Fenster (Bild 2). Das Gewicht beträgt in etwa die Hälfte von Glas und das Material lässt sich einfach maschinell bearbeiten, sodass sich Befestigungspunkte und Kerben für Dichtungen einfachen einfügen lassen.

EMV-Dichtungen für Gehäuseverbindungen

Bei einer optimalen Schirmung kommt es auf die effiziente Schirmung von Gehäusen an, um EMV-Lecks bei anderen Öffnungen und Gehäuseverbindungen zu vermeiden. Dichtungen sind dabei sehr effizient, vorausgesetzt, es wird ein leitfähiges Basismaterial verwendet, das auch hohen Druck-/Schließkräften standhält.

Schaumkerne mit geringer Dichte sind für ihre niedrigen Schließkräfte und guten Kompressionseigenschaften bekannt und stellen die Basis für eine effiziente Abschirmung dar. Abdichtmaterialien wie Soft-Shield (Bild 3) weisen einen imprägnierten Schaumkern auf, auf dem gleichmäßig verteilte, elektrisch leitfähige, versilberte Fasern aufgebracht sind. Damit steht ein ebenes, leitfähiges Material zur Verfügung, das Störsignale bis zu 95 dB dämpft.

EMV-Dichtungen werden meist als vorgeschnittene Streifen mit zuvor aufgebrachtem Haftkleber angeboten. Sie sind vielseitig einsetzbar und kommen in Backplanes, I/O-Panels und zur Abschirmung von Schaltschrank-Zugangspaneelen zum Einsatz.

In Anwendungen, in denen nicht genug Platz für herkömmliche Dichtungen vorhanden ist, bieten in situ gebildete Dichtungen (Form-in-Place) eine praktische Alternative. Diese bestehen aus einem Einkomponenten-Silikon und härten am Einsatzort aus. Eine Reihe leitfähiger Füller wie Silber/Aluminium, Nickel/Grafit oder Wolframkarbid ermöglichen die optimale Kombination aus Abschirmeigenschaften, Anpassung an die Umgebungsanforderungen und Kosten. Form-in-Place-Dichtungen, die über einen Dosierprozess angebracht werden, stellen eine kosteneffiziente Alternative zu herkömmlichen EMV-Dichtungen dar, vor allem, wenn geringe Stückzahlen oder komplexe Formen erforderlich sind. Durch die korrosionsbeständige Eigenschaft des Materials erübrigen sich auch Zweitdichtungen gegen Umgebungseinflüsse von außen.

* * Billy Sheedy... ist als Elastomers Business Unit Manager bei Parker Chomerics Europe tätig.

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