Design und Auswahl von Abschirmdichtungen für medizinische Geräte und die Auswirkung von Reinigungslösungen auf die Materialleistung

Aug 07, 2023

Die EMI-Abschirmung ist ein wichtiger Bestandteil vieler elektronischer medizinischer Geräte, die wiederum für lebensrettende Eingriffe und die fortlaufende Gesundheitsversorgung der Patienten von entscheidender Bedeutung sind. Medizinische Geräte werden häufig in der Nähe anderer elektronischer Instrumente verwendet, was zu einem erhöhten Risiko elektromagnetischer Interferenzen (EMI) führt. Dieses Risiko kann durch die Verwendung und Pflege von EMI-Abschirmdichtungen gemindert werden. Seit mehr als einem Jahrzehnt äußert die FDA auch Bedenken hinsichtlich der öffentlichen Gesundheit und Sicherheit im Hinblick auf Geräte-EMI und die Lösungen für diese Bedenken.

Das Verständnis der Umgebung, in der diese Geräte verwendet werden, ist wichtig, um EMI-Probleme zu verhindern und zu beheben. Außerdem liegen viele medizinische Geräte nicht nur nebeneinander, sondern werden auch häufigen und aggressiven Reinigungs- und Sterilisationsverfahren unterzogen. Das Design des Geräts muss so gestaltet sein, dass die EMI-Abschirmung der elektronischen Komponenten unter den erwarteten Einsatzbedingungen über einen längeren Zeitraum hinweg aufrechterhalten bleibt.

Elektrisch leitfähige Elastomere (EcE) basieren auf dispergierten Partikeln in einer Elastomermatrix. Mit EcE werden elektrisch hochleitfähige und dennoch belastbare Dichtungsmaterialien zur Abschirmung elektromagnetischer Störungen sowie zur Druck- und Umgebungsabdichtung hergestellt. Leitfähige Elastomere, die zur Abschirmung elektronischer Gehäuse gegen elektromagnetische Störungen verwendet werden, bestehen normalerweise aus einer leitfähigen Dichtung, die zwischen einem Metallgehäuse und einer Abdeckung platziert wird. Die Hauptfunktion dieser Dichtungen besteht darin, eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit über das Gehäuse, die Dichtung und die Deckelverbindung hinweg bereitzustellen, um die Erdungs- und EMI-Abschirmungsanforderungen zu erfüllen, und eine sekundäre Funktion besteht darin, das Eindringen von Flüssigkeiten in den Elektroraum zu verhindern.

Bei der Betrachtung der Lebensdauer einer EMI-Dichtung spielen einige grundlegende Faktoren eine Rolle. Die erste davon ist die Häufigkeit, mit der die Verbindung während der voraussichtlichen Betriebslebensdauer des Geräts geöffnet und geschlossen wird. Zweitens wird die Lebensdauer der Dichtung durch die Schwere der Dichtungsverformung beim Schließen der Verbindung beeinflusst. Ein weiterer Faktor ist das Vorhandensein von Chemikalien und Flüssigkeiten, Ozonalterung und extreme Temperaturen. Schließlich muss auch eine unbeabsichtigte Beschädigung einer EMI-Dichtung während der Erstinstallation und zukünftigen Wartungsarbeiten berücksichtigt werden.

Durch grundlegende Reinigungs- und Sterilisationsverfahren kann eine EMI-Dichtung Chemikalien ausgesetzt werden, die sich negativ auf die Materialleistung auswirken können. Daher sind die Wahl der umgebungsfesten Dichtungs- und Abschirmmaterialien, das Design des Geräts und die Einsatzbedingungen vor Ort entscheidend für die dauerhafte Funktion und Zuverlässigkeit des Geräts. In diesem Artikel haben wir die Ergebnisse einer Studie typischer Abschirmdichtungen bei Einwirkung typischer medizinischer Reinigungslösungen überprüft und außerdem Designrichtlinien für eine wirksame Umgebungs- und EMI-Abschirmung behandelt.

MaterialkompatibilitätsstudieBeispielbeschreibung Bei den bewerteten Materialien handelte es sich um drei Sätze elektrisch leitfähiger Elastomere, die als EcE A (mit Silber/Glas gefülltes Silikon), EcE B (mit Silber/Aluminium gefülltes Fluorsilikon), EcE C (mit Silber/Aluminium gefülltes EPDM) sowie a bezeichnet wurden nichtleitendes Silikonelastomer, das üblicherweise für die Coextrusion verwendet wird (siehe unten). Die Füllstoffpartikel besitzen eine Silberbeschichtung auf einem Grundpartikel, nämlich Aluminium oder Glas. Zum Testen wurden die Proben in Testlösungen eingeweicht, die in drei Kategorien fallen:

Darüber hinaus wurden die Proben auch mit keimtötenden Sani-Cloth®-Tüchern zur Oberflächenreinigung bewertet.

Alle Materialien wurden im Lieferzustand oder in Verdünnung mit Wasser gemäß den Empfehlungen des Herstellers verwendet.

Testmethoden Die mechanischen und physikalischen Eigenschaften der Elastomere wie Härte (ASTM D2240), Zugfestigkeit und Dehnung (ASTMD-412) wurden vor und nach dem Eintauchen in die Flüssigkeit sowie unter komprimierten oder unkomprimierten Bedingungen bewertet. Das Fluidimmersionsverfahren wurde gemäß ASTM D471-06e1 durchgeführt.

Bei der unkomprimierten Methode wurden drei Testproben jedes Elastomers fünf Tage lang bei Raumtemperatur in jede der Testlösungen eingeweicht. Nach dem Eintauchen wurden die Proben trocken gewischt, mit entionisiertem Wasser gespült und 24 Stunden lang an der Luft getrocknet. Anschließend wurden die mechanischen Eigenschaften der Materialien getestet.

Bei der Komprimierungsmethode wurden drei Proben jeder Probe mit Polyethylenhalterungen komprimiert (15 %), wie in Abbildung 1 dargestellt. Die Elastomere wurden zusammen mit den Halterungen 5 Tage lang bei Raumtemperatur in den Testlösungen eingeweicht. Nach dem Einweichen wurde die Texthalterung gelöst und die Materialien trocken gewischt, mit entionisiertem Wasser gespült und 24 Stunden lang an der Luft getrocknet. Auch hier wurden die mechanischen Eigenschaften bewertet.

Abbildung 1: Nicht zusammengebaute Polyethylen-Kompressionsvorrichtung

Die Elastomere wurden außerdem 1.000 wiederholten Oberflächenwischvorgängen (500 Zyklen) unter Verwendung eines mechanisierten Crockmeters mit einem Hub von 5 cm und einer Kraft von 9 N unterzogen. Die Oberfläche wurde mit in einer der Testlösungen getränkter Baumwollgaze oder mit dem Sani-Cloth®-Wischer abgewischt. Das Scheuerpad wurde während des Tests bei Bedarf erneut angefeuchtet. Anschließend wurden die Proben trocken gewischt und ihre visuellen Eigenschaften und elektrischen Oberflächeneigenschaften bewertet.

Materialeigenschaften testen Tabelle 1 zeigt die physikalischen und mechanischen Eigenschaften der verschiedenen Elastomere vor dem Eintauchen in die Testlösungen. EcE B, das mit Silber/Aluminium gefüllte Fluorsilikon-Elastomer, weist die niedrigste Härte unter den leitfähigen Dichtungen auf, während EcE C, das mit Silber/Aluminium gefüllte EPDM-Gummi die geringste Dehnung aufweist. EcE A, ein mit Silber/Glas gefülltes Silikonelastomer, weist eine sehr gute Zugfestigkeit auf.

Tabelle 1: Physikalische und mechanische Eigenschaften

Physikalische und mechanische Eigenschaften ändern sich bei chemischer Einwirkung HärteAbbildung 2 zeigt die Auswirkung der verschiedenen Reinigungslösungen auf die Härte der Elastomerdichtungen im unkomprimierten Zustand. Wie in Abbildung 2 dargestellt, wird die Härte des Materials durch das Eintauchen in die Desinfektionslösungen entweder nur minimal oder nicht wesentlich beeinflusst.

Abbildung 2: Einfluss von Reinigungslösungen auf die Härte der Elastomere

Zugfestigkeit Die Abbildungen 3 bis 5 zeigen die Wirkung verschiedener Arten von Reinigungslösungen auf die Zugfestigkeit der verschiedenen Elastomere unter komprimiertem und unkomprimiertem Eintauchen. Stark oxidierende Mittel wie Clorox® Bleichmittel, Oxivir® TB (siehe Abbildung 3) und Aseptrol® beeinträchtigen die Zugfestigkeit metallgefüllter Silikon- und Fluorsilikonverbindungen erheblich, was zu einem Festigkeitsverlust von mehr als 20 % führt. Das EPDM-basierte Elastomer sowie das nichtleitende Silikon zeigten einen geringeren prozentualen Verlust von etwa 10 %.

Abbildung 3: Wirkung von Oxidationsmitteln (Oxivir® TB) auf die Zugfestigkeit

Abbildung 4: Wirkung von Desinfektionsmitteln auf Alkoholbasis (Virex® TB) auf die Zugfestigkeit

Abbildung 5: Einfluss von Seifen (Acquet) auf die Zugfestigkeit

Die Ergebnisse waren im unkomprimierten Zustand der Materialien ausgeprägter als im komprimierten Zustand der Dichtungen. Dies liegt daran, dass die Elastomere im unkomprimierten Zustand eine viel größere Oberfläche der Reinigungslösung ausgesetzt sind. Bei der Kompressionsvorrichtung liegen nur die Kanten des Prüflings frei, ähnlich wie bei einer komprimierten Dichtungsanwendung.

Auch alkoholhaltige Desinfektionslösungen und nichtionische Tenside wie Cavicide® und Virex® TB beeinflussen die Zugfestigkeit erheblich. Alle vier Elastomere erlitten einen Zugfestigkeitsverlust von mehr als 15 %.

Seifen- und Reinigungsmittellösungen, wie z. B. 1 %ige Acquet®-Seifenlösung, weisen keinen bis minimalen Verlust der Zugfestigkeit auf.

Oberflächenwischen Tabelle 2 zeigt das zusammengefasste Ergebnis des 1000-maligen Abwischens der Elastomerdichtungen mit in Desinfektionslösungen getauchter Baumwollgaze sowie mit Sani-Cloth®-Tüchern. Die Anwendung von Bleichmitteln und Oxidationsmitteln führte zu einer mäßigen bis starken Verfärbung der Elastomerdichtungen. Dies gilt insbesondere für elektrisch leitfähige Dichtungen mit Metallfüllstoffen. Seifen- und Reinigungslösungen sowie alkoholische Desinfektionsmittel mit ionischen und nichtionischen Tensiden zeigten sehr leichte bis mäßige Verfärbungen. Sani-Wischtücher erzielten ähnliche Ergebnisse wie Seifen und alkoholbasierte Tenside.

Tabelle 2: Auswirkung von Oberflächenwischtüchern auf das Erscheinungsbild des Materials (Verfärbung)

Änderung der elektrischen Eigenschaften bei chemischer Einwirkung Die Wirkung der Desinfektionslösungen auf die elektrischen Eigenschaften der drei elektrisch leitfähigen Elastomere ist in Tabelle 3 dargestellt. Wie erwartet führte das Eintauchen der Elastomere in stark oxidierende Mittel zu einem erheblichen bis vollständigen Verlust der elektrischen Oberflächenleitfähigkeit. Virex® TB, eine Reinigungslösung auf Alkoholbasis mit ionischen Tensiden, führte zu einem gewissen Verlust der Leitfähigkeit bei EcE A und B und einem Totalverlust bei C. Elastomere, die ebenfalls in Cavicide®, einer Lösung auf Alkoholbasis mit nichtionischen Tensiden, eingetaucht waren wie in einer Seifenlösung zeigte keine Veränderung der elektrischen Eigenschaften.

Tabelle 3: Einfluss von Reinigungslösungen auf die elektrischen Eigenschaften von EcE (Oberflächenleitfähigkeit)

Schlussfolgerungen zur Materialverträglichkeit Stark oxidierende Mittel wie Hypochloritbleiche und Wasserstoffperoxid können die mechanischen und physikalischen Eigenschaften leitfähiger Elastomerdichtungen beeinträchtigen, außerdem wurden ein völliger Verlust der elektrischen Leitfähigkeit sowie mäßige bis starke Verfärbungen beobachtet. Es wird daher empfohlen, solche Desinfektionslösungen, die den leitfähigen Füllstoff angreifen, weitgehend zu vermeiden.

Alkoholische Reinigungsmittel mit ionischen und nichtionischen Tensiden haben zwar eine geringere Tendenz, die mechanischen und elektrischen Eigenschaften der Elastomere zu beeinträchtigen, zeigten jedoch eine „Dochtwirkung“ und werden daher ebenfalls nicht empfohlen.

Seifen- und Reinigungsmittellösungen haben nur einen minimalen bis keinen nennenswerten Einfluss auf die Eigenschaften der elektrisch leitfähigen Dichtungen und können sicher verwendet werden.

Schließlich kann das Abwischen der Oberfläche des leitfähigen Elastomers mit stark korrosiven Materialien zwar möglicherweise nur minimale Auswirkungen auf die physikalischen Eigenschaften haben, aber immer noch zu einem völligen Verlust der Oberflächenleitfähigkeit führen und möglicherweise die wesentliche EMI-Funktion der Dichtung beeinträchtigen.

Designüberlegungen für eine kostengünstige Abdichtung Medizinische Geräte in Krankenhäusern müssen routinemäßig abgewaschen werden, um die Übertragung von Krankheiten zu verhindern. Es ist selten praktikabel, eine Liste der erlaubten Reinigungsmaterialien direkt auf ein Gerät auszudrucken und zu erwarten, dass das Krankenhauspersonal die Vorschriften vollständig einhält. Wie sich gezeigt hat, kann eine einmalige Exposition von EcE gegenüber einem von mehreren gängigen Krankenhausdesinfektionsmitteln zu einem schweren Verlust der elektrischen Leitfähigkeit führen, was durch HF-Emission und Anfälligkeit zu Fehlfunktionen des Geräts und/oder anderer in der Nähe befindlicher Geräte führen kann. Solche Fehlfunktionen können sowohl im Hinblick auf die Ausrüstung als auch auf die Gesundheit und Sicherheit der Patienten kostspielig sein. Daher ist es wichtig, medizinische Geräte so abzudichten, dass EMI-Dichtungen vor der Einwirkung von Reinigungslösungen geschützt sind.

Es gibt zwei Möglichkeiten, die EMI-Dichtung vor der Einwirkung von Reinigungslösung zu schützen. Der Konsistenz halber ist in Abbildung 6 elektrisch leitendes Material grau dargestellt, während nicht leitendes Material blau dargestellt ist.

1. Verwenden Sie eine Umweltdichtung an der Außenseite einer EMI-Dichtung, wie in Abbildung 6 dargestellt.

Die beiden Dichtungen können getrennt oder miteinander verbunden sein, um Platz und Montageaufwand zu sparen. Die innere EMI-Dichtung kann sein:a. EcE- oder Form-In-Place (FIP)-Technologie,b. Drahtgeflecht, c. Fingerstock aus Metall, d. Leitfähige Fabric Over Foam (FOF)-Technologie

2. Verwenden Sie eine einzelne EcE-Dichtung, wie in Abbildung 7, mit mehreren Kontaktlinien, wobei die äußerste Kontaktlinie elektrisch redundant ist und Zwischenspalt(en) enthält, die groß genug sind, um einen Kapillarfluss der Reinigungslösung zur innersten Kontaktlinie zu verhindern .

Abbildung 6

Abbildung 7: Einzelne Dichtung mit mehreren Kontaktpunkten

Eine einzelne EcE-Dichtung mit einer einzelnen breiten Kontaktfläche kann die Leitfähigkeit zur Innenseite des Gehäuses eine Zeit lang aufrechterhalten, aber die Wahrscheinlichkeit, dass die Lösung über die Kontaktfläche hinwegfegt und schließlich zu einem Leitfähigkeitsverlust führt, birgt ein Risiko.

EcE-Materialien können teuer sein, und die zweite Option (oben) minimiert den EcE-Materialverbrauch nicht. Allerdings kann die Implementierung der beiden Dichtungsoptionen in einem auch teurer sein, da sie erfordern, dass das Gehäuse über genügend Platz und Steifigkeit verfügt, um zwei Dichtungen aufnehmen zu können. Außerdem sind zwei Dichtungen oft teurer als eine. Die kostengünstigste Option ist oft eine Mischung aus Option 1 und 2, oder genauer gesagt eine Coextrusion von elektrisch leitfähigem und nicht leitfähigem Elastomer.

Das Ziel jeder Dichtung besteht darin, die Dichtungsanforderungen bei minimalen Kosten zu erfüllen oder zu übertreffen. Die Kosten für die Dichtung selbst machen nur einen Teil der Gesamtkosten für die Abdichtung eines Gehäuses aus. Das Gehäuse muss groß genug sein, um Platz und Halt für die Dichtung zu bieten, und es muss steif genug sein, um die Dichtung entlang ihrer Länge ausreichend zu komprimieren. Oft sind eng beieinander liegende Befestigungselemente erforderlich, um die relativ geringe Steifigkeit des Gehäuses auszugleichen und Abweichungen bei den Fertigungsabmessungen auszugleichen. Der Herstellungsprozess des Gehäuses muss präzise genug für die Kompressionsreaktion der Dichtung sein. Die Kosten für die zusätzliche Masse, Komplexität und Dimensionskontrolle des Gehäuses sowie für Befestigungselemente und Montagearbeit sollten als Teil der Gesamtkosten für die Abdichtung eines Gehäuses betrachtet werden.

Da ein Großteil der Kosten einer typischen EcE-Dichtung auf die Kosten des elektrisch leitfähigen Partikelfüllmaterials entfällt, werden durch die Minimierung dieser Komponente die Dichtungskosten minimiert. Eine kleinere Dichtung nimmt auch weniger Platz am Gehäuse ein. Es scheint, dass die kleinstmögliche Dichtung die beste Option ist, weil sie die Kosten minimiert. Allerdings werden die Gesamtkosten für die Abdichtung eines Gehäuses auf diese Weise selten minimiert. Um eine zuverlässige Abdichtung zu gewährleisten, erfordern kleine Dichtungen steife Gehäuse und eine sehr genaue Maßkontrolle sowohl der Dichtung als auch des Gehäuses. Eine solche Dimensionskontrolle ist normalerweise entweder nicht verfügbar oder die Kosten sind unerschwinglich.

Durch die Wahl der Dichtungsoptionen 1.b., c. oder d könnte man auch auf teure Füllmaterialien verzichten. Diese Optionen erfordern im Allgemeinen eine relativ große Fläche auf dem Gehäuse und die meisten müssen auf Gehrung geschnitten und verklebt werden, um Ecken zu umgehen. Verbindungen wie diese erhöhen die Kosten und können eine Schwachstelle sowohl bei der Handhabung als auch bei der Abdichtung darstellen. (Zwei Reihen FIP bilden eine Ausnahme und können eine sehr effiziente Lösung sein, wenn das Gehäuse über ausreichende Maßgenauigkeit und Steifigkeit verfügt.)

Das Argument für Coextrusion Durch die Verwendung einer koextrudierten Dichtung, die aus nicht leitenden und leitenden Elastomeranteilen besteht, kann das Volumen des Füllmaterials gering gehalten werden und gleichzeitig eine Dichtungsgröße verwendet werden, die typische Herstellungs- und Montageschwankungen toleriert. Ein weiterer Vorteil der Koextrusion besteht darin, dass der nicht leitende Teil die Gesamtsteifigkeit der Dichtung verringert, sie dadurch anpassungsfähiger macht und so eine bessere Abdichtung gegenüber der Umgebung ermöglicht und ein weniger steifes Gehäuse ermöglicht. Coextrudierte Dichtungen können mit den gleichen Techniken wie EcE-Dichtungen entworfen und analysiert werden, mit den folgenden zusätzlichen Überlegungen:

1. Eine koextrudierte Dichtung muss richtig ausgerichtet sein. Es wäre nicht sinnvoll, einen runden Querschnitt zu koextrudieren, da nicht sichergestellt werden könnte, dass der nichtleitende Anteil außen und EcE innen verbleibt. Die richtige Ausrichtung schützt das EcE nicht nur vor den Auswirkungen von Reinigungslösungen, sondern erhält auch den leitenden Pfad aufrecht, der die Wirksamkeit der EMI-Abschirmung gewährleistet. „D“-Formen und andere, die sich leicht in der richtigen Ausrichtung halten lassen, sind einfache Lösungen.

2. Damit ein leitfähiger Pfad vorhanden ist, muss das EcE-Material in Pfadrichtung komprimiert sein. Bei den meisten typischen Dichtungsformen stehen Teile ihrer Außenfläche zwischen den beiden Kompressions-/Dichtflächen unter Spannung. Aus diesem Grund führt das bloße Anbringen einer elektrisch leitenden Beschichtung auf der Außenseite einer nicht leitenden Dichtung nicht zu einer wirksamen EMI-Abschirmung. Wenn die Dichtung zusammengedrückt wird, steht die Beschichtung unter Spannung, leitfähige Partikel trennen sich und die Leitfähigkeit geht in der gewünschten Richtung verloren. Mithilfe der Finite-Elemente-Analyse (FEA) können Spannungs-/Druckbereiche bestimmt werden, sodass nichtleitende/leitende Bereiche gut ausgewählt werden können. Beispielsweise ist in Abbildung 8 eine Koextrusion der oben gezeigten Form, jedoch mit nicht leitenden und leitenden Abschnitten, dargestellt. Die in Abbildung 8 dargestellte FEA-Ausgabe zeigt Bereiche unter Spannung (rot) und Druck (blau) während des Vorgangs Kompression einer EcE-Dichtung, soll jedoch keine Coextrusion darstellen.

Abbildung 8: Dichtungsanalyse mit Bereichen unter Spannung (rot) und Druck (blau)

Allgemeine Designüberlegungen für Elastomerdichtungen 1. Feste Elastomere (einschließlich EcE) sind für alle praktischen Zwecke volumetrisch inkompressibel. Dichtungen aus massivem (nicht geschäumtem) Elastomer komprimieren sich durch Formänderung. Stellen Sie bei der Dimensionierung des Raums für solche Dichtungen sicher, dass die maximale Querschnittsfläche der Dichtung geringer ist als die minimale Querschnittsfläche des zulässigen komprimierten Raums.

2. Größere Dichtungen und Hohlprofildichtungen sind anpassungsfähiger als kleinere Dichtungen und Vollprofildichtungen und sorgen für eine Abdichtung gegenüber der Umgebung mit viel geringerer Kompressionskraft, wie in den Abbildungen 9 und 10 dargestellt.

Abbildung 9: Vergleich von Hohl- und Volldichtungen

Abbildung 10: Vergleich von Hohl- und Volldichtungen

3. Führen Sie eine Toleranzstapelanalyse für den Sitz und die Kompression der Dichtung durch und überprüfen Sie die Prädiktoren für die Dichtungsleistung bei den Extremwerten der Toleranz. Viele extrudierte Hohlprofil-Umweltdichtungen aus massivem Elastomer sind bei Kompressionskräften von weniger als 6 lbs/in (1 N/mm) sehr wirksame Umweltabdichtungen. Wie viel Dichtungskraft benötigt wird, hängt von den Dichtungsanforderungen, der Dichtungsgröße und der Dichtungsform ab. Die Dichtungskraft kann je nach Dichtungssteifigkeit und Kompressionsgrad erheblich variieren.

Beispielsweise variiert die Kompressionskraft der in der obigen Tabelle gezeigten Vollprofildichtungen (0,136 Zoll und 0,217 Zoll Durchmesser) um etwa ± 8 lbs/Zoll bei einer Durchbiegung von ± 0,010 Zoll. Aus der Druckdichtungstabelle geht hervor, dass diese Dichtungen für eine minimale Umweltabdichtung mit mindestens 12 lbs/in komprimiert werden müssen. Wenn die Analyse des Toleranzstapels eine potenzielle Kompressionsschwankung von ±0,020 Zoll ergibt, betragen die minimalen, nominalen und maximalen Kräfte jeweils 12, 28 und 44 lbs/Zoll oder eine beträchtlich große Kraft. Eine solch hohe Kraft würde ein sehr steifes und starkes Gehäuse erfordern.

Da größere Dichtungen und Hohlprofildichtungen weniger steif sind als kleinere Dichtungen und Vollprofildichtungen, weisen sie geringere Schwankungen der Druckkraft auf. Eine spezielle patentierte1 Dichtungsform, die in Abbildung 11 dargestellt ist, erzeugt eine nahezu konstante Kraft über einen relativ sehr weiten Kompressionsbereich (±1 lb/in mit ±0,055 Zoll Kompression). Diese „Constant Force Gasket“-Form ist sehr effektiv bei der Neutralisierung von Kompressionsschwankungen ein zuverlässiges Umweltsiegel.

Abbildung 11: Dichtungsdesign mit konstanter Kraft mit nicht leitenden und leitenden Teilen und einem harten Anschlag für zusätzlichen Schutz

4. Analysieren Sie das Gehäuse auf Durchbiegung und Spannung. Durch die Durchbiegung des Gehäuses wird die Dichtungskompression beeinträchtigt und möglicherweise die Dichtungsleistung beeinträchtigt.

5. Schützen Sie die Dichtung vor Strömungen mit hoher Geschwindigkeit (Sprühen, Strahlen usw.), indem Sie Barrieren am Gehäuse anbringen.

6. Mit EMI-Dichtungen verbundene Oberflächen sollten elektrisch leitend und galvanisch mit dem EMI-Dichtungsmaterial kompatibel sein, um Korrosion und Leitfähigkeitsverlust zu verhindern. Für Umweltabdichtungen sollte die Oberflächenrauheit in der Nähe von 32 bis 63 μin RMS liegen, was typischerweise mit den meisten Guss- und Bearbeitungsverfahren erreicht wird.

7. Verhindern Sie eine übermäßige Kompression der Dichtung mit harten Anschlägen. Dies kann auf viele Arten erreicht werden, einschließlich der Nut- und Leistenmontage.

8. Elastomermaterialien, insbesondere solche, die mit leitfähigen Partikeln gefüllt sind, werden während der ersten paar Kompressionen weicher und nehmen eine dauerhafte Verformung an. Die Erweichung (Mullins-Effekt) führt häufig zu einer etwa 50-prozentigen Reduzierung der Spannung und Kraft der EcE-Dichtung und ist unabhängig von der dauerhaften Verformung. Bei typischen extrudierten ECE-Dichtungsformen beträgt die bleibende Verformung je nach Materialtyp, Dichtungsform und prozentualer Kompression zwischen 5 und 20 % der maximalen Kompression. Dies ist deutlich niedriger als die zusammen mit den Massenmaterialeigenschaften veröffentlichten Druckverformungsrest-Prozentsätze.

Abbildung 11 zeigt den unkomprimierten und nominell komprimierten Zustand einer coextrudierten nichtleitenden/leitenden Elastomer-Konstantkraftdichtung. Die gezeigte Flüssigkeitsspritzsperre fungiert auch als harter Anschlag gegen Überkompression. Diese Dichtung bietet Umwelt- und EMI-Abdichtung auf kleinstem Raum und zu minimalen Kosten.

Allgemeine Schlussfolgerungen Der Zweck dieses Dokuments besteht darin, die Gemeinschaft der Personen, die Materialien für diesen Markt entwerfen und spezifizieren, darüber zu informieren und daran zu erinnern, dass das Zusammenspiel ihres Designs, ihrer Materialauswahl und auch der Nutzungsbedingungen berücksichtigt werden müssen. Die Konsequenzen einer Wahl sind zwar für jemanden, der sich mit einem Fachgebiet auskennt, offensichtlich, für jemanden, der sich mit einem anderen Fachgebiet auskennt, aber dennoch für das gesamte Gerät verantwortlich ist, können sie weniger offensichtlich sein. Gutes Design, gute Materialien und ein Verständnis für die Anwendung können zu einer hohen Zuverlässigkeit führen, und im Gesundheitswesen würde es niemand anders wollen.

Frau Anjali Khosla ist Produktmanagerin bei Laird Technologies am Hauptsitz in St. Louis, Missouri. Frau Khosla hat im Management und Marketing von EMI-Produkten gearbeitet und verfügt über einen Bachelor-Abschluss in Marketing und International Business.

Herr Jim Kline arbeitet seit über 10 Jahren für Laird Technologies und ist auf mechanisches Produktdesign und nichtlineare Finite-Elemente-Analyse spezialisiert. Herr Kline verfügt über einen MS- und BS-Abschluss in Maschinenbau und Bauingenieurwesen und hat mehrere Patente für kommerzielle Abschirmungen und Dichtungsdesigns erhalten.

Frau Claudine Lumibao-Arm ist Forschungschemikerin bei Laird Technologies im Materiallabor von Cleveland, Ohio. Frau Lumibao-Arm verfügt über einen MS- und einen BS-Abschluss in Chemie und war an der Entwicklung neuer Materialprodukte und -prozesse beteiligt.

Dr. Douglas McBain ist Global Technology Director für EMI-Elastomerprodukte von Laird Technologies und hat seinen Sitz ebenfalls in Cleveland, Ohio. Dr. McBain war im Laufe seiner Karriere umfassend an der Formulierung von Elastomeren, Beschichtungen und duroplastischen Harzen beteiligt. Dr. McBain hat einen Ph.D. Anorganische Chemie.

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