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Oct 16, 2023

Entwerfen von EMI O

Dominic Testo | 25. Januar 2023 EMI-O-Ringe sind ringförmige Dichtungen, die sich verbinden

Dominic Text | 25. Januar 2023

EMI-O-Ringe sind ringförmige Dichtungen, die eine Abdichtung gegen Umwelteinflüsse mit Schutz vor elektromagnetischen Störungen (EMI) kombinieren, einer Störung, die die effektive Leistung von Elektronik und Elektrogeräten einschränkt. Unabhängig davon, ob sie sich durch Leitung oder Strahlung ausbreiten, schränken die Signale, die elektromagnetische Störungen verursachen, die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) ein, d. h. die Fähigkeit verschiedener Geräte, ohne gegenseitige Beeinflussung zu funktionieren. Zu den Anwendungen für EMI-O-Ringe gehören Elektrofahrzeuge, Roboterarme, medizinische Fusionspumpen für IVs, 5G-Telekommunikationsgeräte sowie Militär- und Luft- und Raumfahrtelektronik.

Eine solche EMI-Abschirmung ist nicht die einzige Möglichkeit, die EMV zu fördern und die elektrische Leitfähigkeit sicherzustellen, sie erfüllt jedoch eine spezifische und wichtige Funktion. Elektronikentwickler können für gezielten Schutz auch EMI-Unterdrückungsfilter verwenden, typischerweise an den Ein- und Ausgängen eines elektrischen Systems oder an anderen spezifischen Schaltkreisstellen. Bei elektronischen und elektrischen Gehäusen werden jedoch EMI-Dichtungen benötigt, um die Lücken zwischen den Passflächen wie Deckeln und Platten zu füllen. Diese Dichtungen können in verschiedenen Formen hergestellt werden, EMI-O-Ringe sind jedoch so konzipiert, dass sie in eine Nut passen und beim Einbau an Ort und Stelle gedrückt werden.

Konstrukteure müssen die Abmessungen des EMI-O-Rings wie Querschnitt und Innendurchmesser angeben, aber auch die Materialauswahl ist wichtig. Silikone, eine Familie synthetischer Elastomere, sind normalerweise elektrisch isolierend. Durch die Zugabe von Metall oder metallbeschichteten Partikeln wird Silikon jedoch elektrisch leitfähig. Als Basiselastomer für EMI-O-Ringe kombinieren Silikone eine hohe Kompressibilität mit einer starken Umweltbeständigkeit, einschließlich einer breiten Temperaturbeständigkeit. Diese EMI-Dichtungen werden zusammengedrückt, um in die Nuten zu passen, in denen sie platziert sind, können aber auch „zurückfedern“, wenn die Druckkraft wegfällt.

Die Partikel in EMI-Silikonen bestehen aus reinem Silber, Silber, das mit einem anderen Metall beschichtet ist, oder einem Metall und einem Nichtmetall. Reines Silber bietet eine hervorragende elektrische Leitfähigkeit, kann jedoch teuer sein und korrodiert leicht. Zu den Bimetallpartikeln gehören Nickel-Aluminium, Silber-Aluminium, Silber-Kupfer und Silber-Nickel. Nickel-Graphit- und Silberglas-Partikel bestehen aus metallischen und nichtmetallischen Materialien. Nickel-Graphit-gefüllte Compounds bieten heute Schirmwirkungswerte von über 100 dB von 100 MHz bis 1 GHz. Einige dieser EMI-Elastomere entsprechen auch MIL-DTL-83528, einer Detailspezifikation des US-Militärs für Elastomer-Abschirmdichtungen.

Zusätzlich zu den Abmessungen und Materialien der EMI-O-Ringe müssen Designer auch Prototyping- und Fertigungsmethoden berücksichtigen. Um Leistungsprobleme, Projektverzögerungen und Kostenüberschreitungen zu vermeiden, lohnt sich ein Vergleich zwischen Formen und Kleben. EMI-O-Ringe können als Einzelstücke geformt oder aus abgeschnittenen Strangpressteilen verbunden werden. Das Formen ermöglicht die Produktion größerer Stückzahlen, die Werkzeuge sind jedoch teurer und die Herstellung dauert länger. Außerdem ist es schwieriger, eine teure Form für den Prototypenbau kostenmäßig zu rechtfertigen, wenn sich das Design ändern könnte. Beim Kleben werden einfachere und kostengünstigere Werkzeuge verwendet, einige Klebemethoden haben jedoch Nachteile.

Die erste Möglichkeit, EMI-O-Ringe zu verkleben, ist die Verwendung eines nicht leitenden, bei Raumtemperatur vulkanisierenden (RTV) Silikonklebstoffs ohne EMI-Füllstoff. Dieser RTV-Silikonfüllstoff ist möglicherweise kostengünstiger, aber Signale können die Verbindung durchdringen und im Endprodukt elektromagnetische Störungen verursachen. Ein zweiter Ansatz besteht darin, einen nicht silikonhaltigen, nicht leitenden Acrylkleber zu verwenden. Dieser Klebstoff hinterlässt jedoch eine „harte Stelle“ in der Dichtung, und Acrylklebstoffe können den Temperaturbereich des EMI-Kabelmaterials selbst nicht bewältigen. Bei EMI-O-Ringen wie diesem kann die Verbindung bei sehr hohen oder sehr niedrigen Temperaturen versagen. Bei medizinischen, militärischen und vielen anderen Anwendungen stellt dies ein inakzeptables Risiko dar.

Die dritte Möglichkeit, EMI-O-Ringe zu verbinden, ist eine Technik, die als Heißspleißen bezeichnet wird. Im Gegensatz zu den ersten beiden Methoden, bei denen es sich um Formen des Kaltbondens handelt, werden beim Heißspleißen Wärme und Druck auf ein leitfähiges Silikon mit einem Durometer oder einer Härte ausgeübt, die dem EMI-Kabel selbst ähnelt. Dieser Ansatz verringert das Risiko der Bildung einer „harten Stelle“ und trägt, da der Füllstoff leitfähig ist, zur Vermeidung von EMI-Leckagen bei. Da bei dieser Technik Silikon anstelle von Acryl verwendet wird, weist die Verbindung außerdem eine bessere Temperaturbeständigkeit auf und sorgt so für eine zuverlässigere Leistung unter anspruchsvollen Umgebungsbedingungen.

Betrachten Sie das Beispiel eines Designers, der Prototypen geformter EMI-O-Ringe mit einem Durchmesser von 0,93 Zoll bestellt. Querschnitt und ein 4,7-Zoll. Durchmesser. Die Kosten für eine kleine Form mit einer Kavität betragen 2.500 US-Dollar und die Vorlaufzeit beträgt 8 Wochen. Die Prüfung der Passgenauigkeit ergab ein Problem mit den Abmessungen des Gehäuses, und der Designer benötigte stattdessen EMI-O-Ringe mit einem Durchmesser von 4,9 Zoll. Neue Werkzeuge werden für weitere 2.500 US-Dollar bestellt, und die Vorlaufzeit beträgt weitere acht Wochen. Bis der Dichtsitztest erfolgreich abgeschlossen ist, hat der Designer allein 5.000 US-Dollar für die Werkzeuge bezahlt und 16 Wochen gewartet, um zu bestätigen, dass die Prototyp-Dichtung funktioniert.

Hätte der Konstrukteur stattdessen heißgespleißte EMI-O-Ringe bestellt, wären die Zeit- und Geldeinsparungen erheblich gewesen. Anstelle größerer und kleinerer Formen hätte ein einziges Heißspleißwerkzeug verwendet werden können. Der Konstrukteur hätte Muster in den Größen 4,7 und 4,9 Zoll sowie O-Ringe mit einem Zwischendurchmesser von 4,8 Zoll erhalten können. Wenn der Konstrukteur feststellen würde, dass der EMI-O-Ring-Durchmesser von 4,7 Zoll zu klein ist, hätte er kein zusätzliches Werkzeug benötigt nötig gewesen. Produktion für 4,9 Zoll. Mit dem gleichen Heißspleißwerkzeug hätte man dann mit der Herstellung von O-Ringen mit einem größeren Durchmesser beginnen können.

Elektromagnetische Interferenzen (EMI) stellen eine wachsende Herausforderung für Elektronikdesigner dar. Daher ist es wichtig, zuverlässige und kostengünstige Lösungen zu finden, die den Entwicklungsprozess vom Prototyping bis zur Produktion unterstützen. Geformte EMI-O-Ringe aus leitfähigem Silikon sind eine gute Wahl für die Fertigung größerer Stückzahlen oder wenn ein Design ausgereift ist. Bei Anwendungen mit geringerem Volumen, zu denen auch Prototyping gehört, und insbesondere wenn es zu potenziellen Designänderungen oder Dimensionsproblemen kommt, beweisen heißgespleißte EMI-O-Ringe aus leitfähigen Silikonen den Wert der Verbindung.

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