Klimatisierungselemente in Elektronikgehäusen nach IP 69 K

Atmen gegen Korrosion

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Gerecktes PTFE ist ein mikroporöses Material mit einzigartigen Eigenschaften. Gore-Tex-Membrankonstruktionen mit hochporöser Membranstruktur ermöglichen Behältern und Gehäusen zu atmen und verhindern gleichzeitig das Eindringen von Feuchtigkeit, Flüssigkeiten und Partikeln.

Der Autor Alfred Gahse ist Produktmanager der W. L. Gore & Associates GmbH, Putzbrunn

Die Ursache für den Ausfall elektrischer und mechanischer Aggregate ist in vielen Fällen Kurzschluss oder Korrosion. Durch kontrollierte Belüftung mit mikroporösen ePTFE-Membranen lassen sich derartige Schadensfälle vermeiden und Kosten für den Schutz der sensiblen Elektronik erheblich senken.
Die Problemstellung
Immer wieder sind Qualitätssicherung sowie Konstruktion und Entwicklung mit Fällen konfrontiert, wo Gehäuse, die eigentlich nach IP Standard flüssigkeitsdicht sein sollten, im Inneren Feuchtigkeit und Nässe zeigen.
Beispiele dafür sind:
– Antennenverstärker und Antennenfilter von Mobiltelefonnetzen
– Mit Dampfstrahl gereinigte Füllstandsensoren nach Schutzgrad IP 69 K in der Lebensmittelindustrie
– Eingehäuste Elektronik unter Freiwetterbedingungen oder wechselnden Temperaturen
Hervorgerufen werden diese Ausfälle in der Regel durch das selbe Medium: Nässe bzw. Kondenswasser, das sich im Gehäuse sammelt und dort Korrosion auf Leiterplatten und Kontakten hervorruft oder zum Kurzschluss führt.
Feuchtigkeit in dichten Gehäusen?
Wie aber kann Nässe in Gehäuse gelangen, die dem IP 68 Standard genügen, d.h. gegen zeitweiliges Untertauchen flüssigkeitsdicht sind? Die Antwort: Die nach IP Standard geprüften Gehäuse sind zwar flüssigkeitsdicht, nicht jedoch gasdicht. Hierbei ist es wichtig, sehr genau zwischen „Nässe“ und „Feuchtigkeit“ zu unterscheiden: Nässe bedeutet z.B. Regen, also Wasser im flüssigen Aggregatzustand. Wenn wir von Feuchtigkeit sprechen, meinen wir allerfeinste Aerosole oder Wasserdampf, also Wasser im gasförmigen Aggregatzustand. Gehäuse nach IP Standard sind zwar flüssigkeitsdicht, nicht jedoch dauerhaft gasdicht – es kann zwar kein Regen, jedoch Wasserdampf in das Gehäuse gelangen. Feuchtigkeitsgesättigte Luft wird in das Gehäuse eingesaugt, wenn im Gehäuse ein Unterdruck entsteht. Unter- bzw. Überdruck kommt sehr schnell zustande, wenn Gehäuse unter Freiwetterbedingungen eingesetzt werden. Ein Gehäuse für z.B. einen Antennenverstärker erreicht sehr schnell 60 °C und mehr. Wenn das selbe Gehäuse einem kalten Regenschauer von ca. 10 °C ausgesetzt wird, entsteht durch die Temperaturdifferenz schnell ein Vakuum von ca. 0,12 bar. Sobald also ein solcher Unterdruck im Gehäuse auftritt, wird feuchte Luft über die Dichtung in das Gehäuse eingesaugt. Je öfter das Gehäuse solchen Temperaturwechselzyklen ausgesetzt wird, desto mehr Feuchtigkeit wird in das Gehäuse transportiert. Auch deshalb, weil die Dichtungen bei jedem Temperaturwechselzyklus aufs neue belastet werden und daher ihre Funktion aufgrund von Abrasion und Spannungsrissen – also Materialermüdung – immer weniger erfüllen können. Ist es erst einmal soweit gekommen, wird nicht nur Feuchtigkeit in Form von Gas angesaugt, sondern auch Nässe aus den Dichtungsspalten. Die Feuchtigkeit kann nicht mehr aus dem Gehäuse entweichen, sie sammelt sich dort an und kondensiert. Ergebnis: Kurzschluss bzw. Korrosion.
ePTFE-Membranen statt überteuerter Gehäuse
Konstrukteure und Entwickler versuchen dieses Problem häufig in den Griff zu bekommen durch:
– Extremer Gehäuseschutz
– Dicke und z.T. zweischalige Gehäusewände; separate Schutzhaube
– Besonders starke und hochwertige Dichtungen
– Aufwendige Kabelkonstruk-tion, Kabeldurchführungen, Connectoren und Interfaces
– Einsatz einer thermostatgeregelten Kühlung bzw. Heizung usw.
Gegenüber diesen Kostentreibern ist die einfachste und kostengünstigste Problemlösung eine Druckausgleichsbohrung im Gehäuse, über die der entstehende Unter- bzw. Überdruck egalisiert werden könnte. Bei dieser Maßnahme wäre aber das Gehäuse dann nicht mehr flüssigkeitsdicht, der IP Standard gegen mechanische Beschädigung nicht mehr erfüllt. Abhilfe besteht also darin, die Druckausgleichsbohrung so zu verschließen, dass einerseits ein Schutz vor Flüssigkeit gewährleistet ist, andererseits ein Druckausgleich stattfinden kann.
Die Lösung sind mikroporöse, atmungsaktive aber flüssigkeitsdichte ePTFE Membranen von Gore-Tex. ePTFE Membranen aus gerecktem PTFE mit einer hochporösen Netzstruktur aus Fibrillen und Knoten. Diese Netzstruktur sorgt für einen hohen Luftdurchsatz und hält gleichzeitig kleinste Partikel wie z.B. Staub dauerhaft zurück.
PTFE ist eines der chemisch und thermisch stabilsten Polymere: Membranen aus PTFE sind dauerhaft unempfindlich und flüssigkeitsdicht gegen Säuren, Laugen, Alkohole und Öle.
Membran-eigenschaften
Die wichtigsten Eigenschaften der Gore-Tex ePTFE Membranen sind:
– wasserdicht, öldicht und staubdicht
– höchst gasdurchlässig
– hydrophob, oleophob
– alterungs- und UV-beständig
– temperaturbeständig von -240 bis +260 °C
– universell chemikalienbeständig
– biokompatibel und nicht toxisch
– glatte, nicht fasernde Oberfläche
Gore-Tex-Membranen sind in der Lage, einerseits extreme Wasserdrücke zurückzuhalten, andererseits sind sie luftdurchlässig und somit druckausgleichend. Gore hat anwendungsfertige Druckausgleichselemente Pre Vent, z.B. mit Panzergewinde (PG7) entwickelt, in welche die Gore-Tex ePTFE Membrane integriert ist. Mit einem Gore Druckausgleichselement kann ein Gehäuse dem IP-Standard 69 K genügen, und dennoch ist ein Druckausgleich gewährleistet:
– Die Elektronikkomponenten werden gezielt belüftet
– Das gefürchtete feuchte Mikroklima kann nicht entstehen
– Das Gehäuse kann „atmen“ und ist vor Ausfällen geschützt.
Ausführliche Informationen
Technische Broschüre
Druckausgleichselemente
KEM 528
Kalkulation der Druck-entwicklung für Ihre Anwendung
KEM 529
Internet
Mehr als Bekleidung und Membran-technologie
Im Bereich Textiltechnologien entwickelt und produziert Gore nicht nur die bekannten Marken Gore-Tex und Windstopper für Bekleidung und Accessories im Sport- und Freizeitbereich. Heute bieten auch individuell entwickelte Gore-Funktionstextilien und Bekleidungssysteme den Trägern bei Feuerwehren und Rettungsdiensten, bei Polizei und Sicherheitskräften, in Verkehr und Logistik, in der Industrie sowie im Energie- und Entsorgungsbereich im täglichen Einsatz dauerhaft Schutz und Komfort.
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