EMI-Abschirmmaterialien gegen Korrosion bei Militärfahrzeugen

Der weltweite Markt für militärische Landfahrzeuge wurde im Jahr 2023 auf 31,8 Milliarden USD geschätzt und wird bis 2030 voraussichtlich auf 40,5 Milliarden USD steigen. Militärfahrzeuge werden unter oftmals extrem rauen Bedingungen eingesetzt, was das Risiko galvanischer Korrosion erhöht. Dieses häufige Problem kann die Wirksamkeit der EMI-Abschirmung (elektromagnetische Interferenz) für elektronische Systeme beeinträchtigen und entscheidende Missionen gefährden. Die bewährte Anwendung von Grundierungen, leitfähigen Lacken und Flachdichtungen ist daher von größter Bedeutung.

Militär-Elektronik Normen: Überblick über MIL STD & MIL PRF

Wie müssen Elektronikkomponenten für militärische Anwendungen geprüft und standardisiert sein? Dieser Leitfaden erklärt die wichtigsten Normen – von MIL STD 810 und 461 über MIL STD 883 bis hin zu Sensor Architekturen wie SOSA und MOSA.

Viele aktuelle militärische Landfahrzeuge sind jetzt IoMT-fähig („Internet of Military Things“), was ihre Fähigkeit zur Kommunikation mit anderen Land-/Luftfahrzeugen und Artilleriesystemen verbessert. Virtuelle und/oder Cyberschnittstellen ermöglichen eine breite Streuung intelligenter Erfassungs-, Lern- und Betätigungsfunktionen. Die integrierte Elektronik muss aus offensichtlichen Gründen effizient und zuverlässig arbeiten, aber die schnell wachsende Dichte und Komplexität dieser Systeme bedeutet, dass ein effektiver Schutz vor EMI immer höhere Priorität haben muss.

Mehrere optische Periskopkameras und Sensoren in militärischen Landfahrzeugen erfordern beispielsweise eine EMI-Abschirmung und Umgebungsabdichtung, um die Zuverlässigkeit zu gewährleisten, ebenso wie Antennen, Waffenhalterungen, Antireflexionssysteme, Infrarotsysteme und vieles mehr. Auch für Luken und Zugangsplatten ist möglicherweise eine vollständige EMI-Kompatibilität erforderlich. Alle EMI-Abschirmmaterialien müssen strikten Militärstandards (MIL-STD) entsprechen und unterliegen strengen EMI-Tests. Aber auch militärisch zugelassene EMI-Abschirmmaterialien erfordern eine korrekte Anwendung, um die Auswirkungen galvanischer Korrosion zu mindern.

Wie gefährlich ist galvanische Korrosion für EMI-Systeme?

Galvanische Korrosion bei militärischen Landfahrzeugen ist hauptsächlich auf Elektrolyten wie Luftfeuchtigkeit oder Salznebel zurückzuführen, die mit unterschiedlichen Metallen in Kontakt kommen. Ohne das korrekte Auftragen von EMI-Abschirmmaterialien kann sich galvanische Korrosion an wichtigen Eintritts-/Austrittspunkten des Fahrzeugs bilden. Die resultierende Korrosions- oder Oxidschicht, die sich wie bei korrodiertem Stahl bildet, ist nicht leitfähig, was die elektrische Leitfähigkeit und die EMI-Wirksamkeit beeinträchtigt.

Zu den gängigen EMI-Schnittstellenmaterialien, die bei militärischen Landfahrzeugen verwendet werden, gehören Grundierungen, Lacke und Dichtungen, die alle gemäß den Herstellerrichtlinien aufgetragen werden müssen.

Was leisten Grundierungen, Lacke und Dichtungen?

Der Weg zur bewährten Anwendung beginnt mit der Betrachtung der Oberfläche des Stahlsubstrats, insbesondere seiner Rauheit. Wenn ein leitfähiger Lack mit einer Dicke von 100 µm aufgetragen wird, das Substrat jedoch beispielsweise eine Oberflächenrauheit von 150 µm aufweist, ragen Spitzen durch die Lackschicht, wodurch freiliegender Stahl korrodiert. Die Überprüfung und (falls erforderlich) Lösung dieses Problems hat oberste Priorität.

Vor dem Aufbringen von EMI-Abschirmmaterialien müssen alle Substratoberflächen korrosionsfrei, sauber (frei von Öl und Schmutz) und trocken sein.

Nachdem der Bereich entsprechend abgedeckt wurde, kann eine Grundierung wie CHO-Shield 1091 von Parker Chomerics, eine lufttrocknende Flüssigbeschichtung, mit einem feuchten, fusselfreien Baumwolltuch erfolgen. Das Produktionspersonal sollte die Grundierung in horizontalen und vertikalen Bewegungen auftragen und die Oberfläche jederzeit feucht halten. Wenn die Oberflächen nicht innerhalb von 4 Stunden nach dem Auftragen der Grundierung lackiert werden, müssen die Reinigung und das Auftragen der Grundierung wiederholt werden. Um das Risiko einer Erhöhung des Oberflächenwiderstands zu eliminieren, wird nur eine dünne Schicht des Primers empfohlen, die nach dem Aushärten in der Regel weniger als 0,025 mm dick ist.

DC/DC-Wandlung in Militärfahrzeugen: Hohe Effizienz

Die Elektronik in Militärfahrzeugen erfordert robuste, skalierbare und zuverlässige DC/DC-Wandler, um unter extremen Bedingungen den Betrieb sicherzustellen.

Dann wird ein leitfähiger Lack, wie aus der korrosionsbeständigen Produktserie CHO-SHIELD 2000 von Parker Chomerics, aufgetragen. Diese robusten, dreikomponentigen, kupfergefüllten Urethanbeschichtungen bieten eine hochleitfähige Schnittstelle, die die Gesamtleistung der EMI-Abschirmung verbessert und gleichzeitig die elektrische und mechanische Stabilität in rauen Umgebungen aufrechterhält.

Vor dem Auftragen sollten die Materialkomponenten mit einem Farbrüttler gemischt und die Homogenität durch Abtasten der Seitenwände und des Bodens des Behälters mit einem Spatel überprüft werden, um eine gute Verteilung sicherzustellen. Der Auftrag des leitfähigen Lacks kann dann mit einer herkömmlichen Nassbeschichtungs-Sprühausrüstung erfolgen, entweder manuell oder automatisiert. Der Sprühdruck muss angepasst werden, um beim Auftragen der leitfähigen Beschichtung einen ordnungsgemäßen Nassfilm zu erhalten.

Eine Trockenfilm-Nenndicke von 0,075 mm bis 0,125 mm wird empfohlen, um eine typische Abschirmwirkung von 80 MHz bis 18 GHz zu erhalten. Um Blasenbildung und mögliche Haftungsprobleme zu vermeiden, sollte die aufgesprühte Beschichtung mindestens 2 Stunden bei Umgebungsbedingungen trocknen, bevor eine Härtung bei erhöhter Temperatur durchgeführt wird. Das Befolgen des vom Hersteller empfohlenen Aushärtungsplans führt zu den besten Ergebnissen.

Industriestandard in Grün: Warum NATO-Lack mehr kann

Nachdem der leitfähige Lack vollständig ausgehärtet ist, kann der Fahrzeughersteller nun den nicht leitfähigen Lack, meist NATO-Grün, auftragen. Ein entscheidender Punkt hierbei ist, sicherzustellen, dass die NATO-Grün-Lackierung die leitfähige Beschichtung um 3 bis 5 mm überlappt, um einen vollständigen Schutz zu gewährleisten.

Zahlreiche Anwendungen erfordern auch das Aufbringen einer EMI-Elastomerdichtung wie CHO-SEAL 1298 von Parker Chomerics, einer mit Silber-Aluminium gefüllten EMI-Abschirmdichtung aus Elastomer in einem Fluorsilikon-Bindemittel, die eine gute Abschirmung und ein sehr gutes Korrosionsverhalten bietet. Die EMI-Dichtung sollte den leitfähigen Lack und einen kleinen Teil der nicht leitfähigen Lackkanten abdecken, meist ebenfalls 3 bis 5 mm. Dieser Ansatz trägt dazu bei, das Eindringen von Feuchtigkeit zu begrenzen und das Risiko galvanischer Korrosion zu minimieren.

Wenn zu erwarten ist, dass Feuchtigkeit an die Substratgrenzflächen gelangen könnte, empfiehlt es sich, ein nichtleitendes Schutzdichtmittel um die EMI-Dichtung herum zu verwenden. So kann das Eindringen von Feuchtigkeit und die Bildung von galvanischer Korrosion reduziert werden. Verwenden Sie diesen Schutz am besten beim Einbau der Dichtung und nicht nachträglich, wenn bereits ein Problem aufgetreten ist.

Zusammenfassung

Alle Oberflächen und Materialien sollten sauber und korrosionsfrei sein; ebenso empfiehlt sich eine möglichst galvanisch kompatible Auswahl der Schnittstellenmaterialien wie Substrat, Grundierung, Farbe und Dichtung. Korrosionsbeständige Ni/Al- oder Ag/Al-Elastomere gelten dabei als geeignete Optionen. Falls erforderlich, können Schutzdichtmittel oder sekundäre Dichtungen für die Umgebung als zusätzlicher Schutz der Schnittstelle dienen.

EMI-Vorschriften in Fahrzeugen einhalten

Mit dem Umstieg auf EVs sind kleinere und leistungsstärkere Lösungen mit V2G-Schnittstellen gefragt. Schnell schaltende DC/DC-Wandler eignen sich optimal für den Job, sofern sie trotz der hohen Schaltfrequenz die EMI-Vorschriften einhalten.

Bei Designtipps richtet sich der Fokus in der Regel auf Konzepte, die keine Feuchtigkeitsansammlungen begünstigen, sowie auf Gestaltungen ohne scharfe Kanten oder Vorsprünge, die die leitfähige Schnittstelle beeinträchtigen könnten.

Als letzten Punkt ist zur Maximierung der elektrischen Eigenschaften von leitfähigen Elastomeren eine Durchbiegung erforderlich. Dieser Prozess ermöglicht es den integrierten leitfähigen Partikeln der Dichtung, sich gegenseitig zu berühren und den Oberflächenkontakt mit dem Substrat zu maximieren, wodurch ein effektiver elektrischer Pfad entsteht. Parker Chomerics kann die empfohlene Durchbiegung (min., max., nominal) für verschiedene leitfähige Elastomerformen bereitstellen, einschließlich massivem O, massivem D, rechteckigem (einschließlich gestanztem) und hohlem O, D und P. Die Kompression erfordert eine sorgfältige Kontrolle gemäß den Empfehlungen beim Ausgleich von Fertigungs- und Montagetoleranzen. Wenn es nicht möglich ist, die Durchbiegung zu kontrollieren, müssen Anschläge angebracht werden, um eine übermäßige Kompression und Schäden an der Dichtung zu vermeiden.

Entsprechende Minderung

Die heutigen gepanzerten Landfahrzeuge ähneln mobilen Kontrollzentren, was die Dichte und Komplexität der Bordelektronik betrifft. Galvanische Korrosion kann die Wirksamkeit der EMI-Abschirmung beeinträchtigen. Daher ist die Umsetzung bewährter Vorgehensweisen bei der Anwendung von Materiallösungen unerlässlich. Obwohl es unmöglich ist, galvanische Korrosion vollständig zu eliminieren, bietet die Notwendigkeit, dieses Problem zu mindern, klare Vorteile.

Parker Chomerics ist der einzige Hersteller von EMI-Abschirmmaterial, der eine vollständige Palette von Lösungen für militärische Landfahrzeuge anbietet – von Grundierungen und Lacken bis hin zu Elastomerdichtungen. (bs)