Bauelemente in sicherheitskritischen Anwendungen Auswahlkriterien für EMV-Dichtungen

Standardkonform für Luft- und Raumfahrtanwendungen: Leitfähige EMV-Dichtungen von Chomerics
Standardkonform für Luft- und Raumfahrtanwendungen: Leitfähige EMV-Dichtungen von Chomerics

Leitfähige Elastomere für Dichtungs- und EMV-Abschirmfunktionen in sicherheitskritischen Anwendungen wie der Luft- und Raumfahrt müssen nach dem entsprechenden Standard MIL-DTL-83528 zertifiziert sein. Doch worauf kommt es – abgesehen von der detailliert nachvollziehbaren Zertifizierung - bei der Auswahl wirklich an?

Leitfähige Elastomere vereinen ein silikonbasiertes Bindemittel mit leitfähigen Füllpartikeln (Filler), bieten eine hohe Druckverformungsfestigkeit und lassen sich auch für eine geringe Schließkraft entwickeln. Dabei bieten sie dennoch alle nötigen Eigenschaften zum Einsatz als Dichtung und Abschirmung. Sie lassen sich auch extrudieren oder im Spritzgussverfahren verarbeiten und nehmen dabei jede Form bzw. jedes Profil an – und das zu relativ niedrigen Kosten in kurzer Durchlaufzeit. Im Material selber gibt es jedoch gravierende Unterschiede.

Das elastomere Bindemittel ist ein synthetischer Kautschuk, beispielsweise Silikon, Fluorsilikon, Fluorkohlenstoff-Fluorsilikon oder EPDM-Material (Ethylen-Propylen-Dien-Monomer). Diese Materialien unterscheiden sich in ihrer mechanischen Festigkeit, der Leistungsfähigkeit bei hohen Temperaturen und ihrer Beständigkeit gegen bestimmte Flüssigkeiten: EPDM bietet die beste Beständigkeit gegen Kohlenwasserstoff-basierte Kraftstoffe, während Silikonmaterialien eine hohe Beständigkeit gegen Flüssigkeiten bei hohen Temperaturen bieten. Fluorsilikone bieten gute Allround-Eigenschaften und übertreffen Silikone in Bereichen, die gegen Säuren und Öle bestehen müssen.

Leitfähige Filler haben auch einen Einfluss auf Eigenschaften wie Korrosionsbeständigkeit und Leitfähigkeit und können ein wesentlicher Faktor für Performance-Unterschiede zwischen Produkten verschiedener Hersteller sein. So hat zum Beispiel Parker Chomerics eine eigene Filler-Technologie entwickelt, die eine präzise Steuerung der Zusammensetzung, Größe, Morphologie und gleichmäßigen Verteilung innerhalb des Bindemittels erlaubt. Damit lassen sich stabile, konsistente elektrische und physikalische Eigenschaften erreichen.

»Bei korrekter Komprimierung an der Schnittstelle zwischen zwei Teilen einer elektrischen Anlage bietet die leitfähige Elastomer-Dichtung eine Feuchtigkeits- und Druckabdichtung und verhindert das Eindringen elektromagnetischer Interferenzen und Impulsenergie – genauso wie das Austreten selbiger«, erklärt Tim Kearvell, Project/Process Engineer bei Parker Chomerics. »Verwendet man keine leitfähigen Dichtungen, können gestörte elektrische Kontinuitäten die Abschirmung an den Verbindungsstellen zwischen Gehäuseteilen schwächen, was ein Ein- oder Austreten von EMI/EMP-Strahlung zur Folge hat. Durch das Aufrechterhalten der Kontinuität und elektromagnetischen Abschirmung und aufgrund ihrer Funktion als Barriere gegen das Eindringen von Feuchtigkeit, garantiert die Dichtung die sichere Funktion der Elektronik im Inneren des Gehäuses.«

Militärischer Standard für Materialien

Die beiden wichtigsten Aufgaben leitfähiger Elastomer-Dichtungen – EMI/EMP-Abschirmung und Feuchtigkeits-/Druckschutz – stellen hohe Anforderungen an das verwendete Material. Speziell in militärischen und Luft-/Raumfahrt-Anwendungen muss das Dichtungsmaterial seine mechanische Integrität und elektrische Leistungsfähigkeit über lange Zeit und unter den verschiedensten Umgebungseinflüssen aufrechterhalten. Dazu zählen Hitze, Vibration, das Eindringen von Flüssigkeiten wie Ölen oder Enteisungsmitteln und elektromagnetische Impulse.

Um sicherzustellen, dass leitfähige Dichtungen einen zuverlässigen Schutz in einsatzkritischen und lebenswichtigen Navigations-, Kommunikations- und Flugsteuerungs-Systemen bieten, fordert der entsprechende Militärstandard MIL-DTL-83528 strenge Kriterien für zahlreiche Leistungsparameter:

  • Betriebstemperaturbereich
  • Spezifische Dichte
  • Härte
  • Komprimierung/Durchbiegung
  • Zugfestigkeit
  • % Dehnung
  • Druckverformungsrest
  • Reißfestigkeit
  • Durchgangswiderstand
  • Abschirmeffizienz
  • elektrische Stabilität bei Vibrationen
  • elektrische Stabilität nach Bruch
  • Durchbiegung bei niedrigen Temperaturen
  • Durchgangswiderstand nach Lebensdauertest
  • Durchgangswiderstand nach elektromagnetischem Impuls
  • Eintauchen in Flüssigkeit

Parameter wie Härte, Komprimierung/Durchbiegung, Dehnung, Druckverformungsrest und Zugfestigkeit, wie sie in den Spezifikationen nach MIL-DTL-83528 aufgeführt sind, hängen direkt von den Dichtungseigenschaften des Materials gegen Feuchtigkeit und Druck ab. Die elektrische Leistungsfähigkeit des Materials bestimmt hingegen die Effizienz der EMI/EMP-Abschirmung und wird durch die Eigenschaften der Filler-Partikel sowie des Bindemittels festgelegt.

»Weil die Leitfähigkeit vom zuverlässigen Kontakt zwischen den Filler-Partikeln abhängt, kann eine schlechte Bindemittel-Funktion, z.B. bei Vibrationen, die Leitfähigkeit verringern und die innenliegende Elektronik elektromagnetischen Störungen aussetzen«, führt Kearvell aus. »Daher bieten Vibrationstests und Testergebnisse, die unter Bedingungen wie Durchbiegung, Betrieb bei minimalen und maximalen Temperaturen, beschleunigte Alterung, EMP und Eintauchen in Flüssigkeiten gewonnen werden, einen genauen Einblick in die Materialleistungsfähigkeit für Luft-/Raumfahrt- sowie Kommunikations-Anwendungen.« Erwähnenswert sei, dass die Zuweisungen der MIL-DTL-83528-Tests und -Zertifizierung sich auf die Leistungsmerkmale von Materialien wie Parker Chomerics‘ CHO-SEAL-Angebot beziehen. »Die Dichtung selbst, wie sie im Endgerät zum Einsatz kommt, muss unabhängig charakterisiert werden, weil viele anwendungsbezogene Faktoren wie die Dicke und die Druckkräfte die Leistungsfähigkeit im Feldeinsatz beeinflussen können.«