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Robuste EMV-Dichtung Störschutz für hohe elektrische und mechanische Ansprüche

Autor / Redakteur: Gerhard Bächer* / Kristin Rinortner

Die Datenraten bei AdvancedTCA bis zu 40 GBit/s und Signalanstiegszeiten im Pikosekundenbereich stellen sehr hohe Anforderungen an Störschutzmaßnahmen. Eine neue Fabric-over-Foam-Dichtung trägt nicht nur dazu bei, die elektromagnetische Verträglichkeit zu gewährleisten. Sie ist auch gegenüber den bei Installation und Tausch der Kartenmodule eines AdvancedTCA-Systems auftretenden mechanischen Belastung wesentlich unempfindlicher als bisherige Lösungen.

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Bild 1: MicroTCA-Power-Einspeisemodul von Schroff mit DTR-Dichtung von MTC. Die Dichtung ist gemäß Spezifikation auf der linken Seite angebracht, um Beschädigungen beim Stecken und Ziehen von benachbarten Modulen zu vermeiden.
Bild 1: MicroTCA-Power-Einspeisemodul von Schroff mit DTR-Dichtung von MTC. Die Dichtung ist gemäß Spezifikation auf der linken Seite angebracht, um Beschädigungen beim Stecken und Ziehen von benachbarten Modulen zu vermeiden.
( Archiv: Vogel Business Media )

Viele Jahre galt CompactPCI als das Non-Plus-Ultra, wenn es in Telekommunikations- und Industrieanwendungen um die Realisierung hoher Datenraten ging. Nach dem Siegeszug von AdvancedTCA und den „Derivaten“ MicroTCA und AdvancedMC in der Kommunikationsindustrie sollen zukünftig auch andere Anwendungsgebiete von den Vorteilen dieser Technologie profitieren.

AdvancedTCA ist eine skalierbare, leistungsfähige Architektur, die sich durch hohe Datendurchsatzraten auf Grundlage von Punkt-zu-Punkt-Verbindungen (serielle Schnittstellen), eine hohe Funktionsdichte, Verfügbarkeit und Zukunftssicherheit auszeichnet.

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Die heute mit AdvancedTCA realisierten Datenraten liegen in der Regel im Bereich um die 3,125 GBit/s. Damit lassen sich bekannte Protokolle wie 10-Gigabit-Ethernet, Infiniband, PCI-Express oder Rapid I/O u.a. implementieren.

Die kommende Gerätegeneration arbeitet bereits mit Übertragungsraten von etwa 5 bis 6 GBit/s und schon in wenigen Jahren kann mit Übertragungsraten von bis zu 10 GBit/s gerechnet werden. Die Spezifikation 3.0 der PCIMG nennt 40 GBit/s als obere Grenze. Die Ablösung der parallelen Busse, die in diese Regionen nicht vorstoßen können, ist folglich nur noch eine Frage der Zeit.

Serielle Busse: Zukünftig noch schnellere Signale

Bezogen auf die elektrischen Signale bedeutet allerdings schon der Übergang von parallelen Bussen wie CompactPCI oder VMEbus zu PCI-Express oder Rapid I/O auch eine Verringerung der Bitbreite von ca. 30 bis 100 ns auf 320 ps. Damit einher geht ein deutlicher Anstieg der Signalanstiegsgeschwindigkeit von 1 bis 2 ns und mehr auf weniger als etwa 100 ps. Mit der wesentlich höheren Flankensteilheit nimmt die Zahl der Oberschwingungen zu und damit das Störpotenzial der Leitungen bzw. Systeme durch abgestrahlte elektromagnetische Felder. Systemtakte im Gigahertzbereich erschweren das EMV-gerechte Design zusätzlich. Gleichzeitig fordert die AdvancedTCA eine minimale Systemverfügbarkeit von 99,999 %.

Fachgerechter Störschutz

Ohne eine fachgerechte EMV-Schirmung kann die hohe Zuverlässigkeit und das Stören anderer Systeme kaum ausgeschlossen werden. Wegen der hohen Frequenzen und schnellen Signalanstiegzeiten muss dabei den sehr schmalen Schlitzen im Gehäuse besonderes Augenmerk geschenkt werden. Diese treten bei modularen Systemen mit steckbaren Karten oder Modulen naturgemäß zahlreich auf und würden ohne zusätzliche EMV-Dichtungen die Schirmwirkung des Metallgehäuses unterbrechen.

Traditionell werden zur Abdichtung von Einschüben oder Baugruppenträgern mit elektrisch leitfähigem Gewebe ummantelte Halbrundprofildichtungen eingesetzt. Die Dichtung wird auf den Einschüben in der Regel durch eine selbsthaftende (ggf. leitende) Klebeschicht fixiert, die auf der Basis des Profils aufgebracht ist. In der Praxis zeigt sich allerdings, dass zwar die elektrischen Anforderungen erfüllt werden, es aber bei Installation und Entfernen der Einschubmodule zu einer mechanischen Belastung kommt, die die Dichtung verschiebt oder beschädigt. Die Ursache liegt zum einen in dem steilen Anstieg der Materialstärke bei einem halbrunden Profil. Dies bedeutet eine vergleichsweise große Materialmenge, die beim Einschieben des Steckmoduls im 90° Winkel zur Klebefläche einen großen Widerstand darstellt und entsprechend belastet wird. Die Dichtung kann dadurch bei der Installation des Moduls beschädigt oder abgestreift werden. Zum anderen kann die Klebefläche nur so breit sein wie die Dichtung.

EMV-Dichtung mit Dreiecksprofil deutlich robuster

Diese Probleme löst eine neuartige Dichtung, für die das Europäische Patentamt die Ersteilung des Patents angekündigt hat. Sie wurde von MTC Micro Tech Components zusammen mit einem führenden Anbieter von Electronic-Packaging-Systemen für die Elektronik, Automatisierung, Informations- und Kommunikationstechnik entwickelt.

Die vermeintlich kleine, jedoch entscheidende Neuerung der so genannten DTR-Serie liegt in der Weiterentwicklung der Profilform. Die Dichtung ist nicht mehr halbrund, sondern dreieckig aufgebaut. Der vom Rand her (in Richtung der Einschubrichtung) betrachtete geringere Anstieg der Materialstärke bewirkt, dass anfangs weniger Material vom Einschubmodul zusammengedrückt werden muss und sich so leichter über die Dichtung bewegt. Gleichzeitig wirken geringere Scherkräfte auf die Dichtung.

Zusätzlich ist das leitende Gewebe an den Längsseiten der Dichtung als Lasche ausgeführt, so dass ein zusätzlicher Rand minimaler Dicke entsteht, der die Basis und damit die Klebefläche der Dichtung vergrößert. Er sorgt ferner dafür, dass ein Modul schon beim Einsetzen einige Millimeter in das Rack ragt und die Dichtung an Ort und Stelle durch das Modul selbst angedrückt und damit fixiert ist, bevor bei dem weiteren Einschieben des Moduls der Schaumkern der Dichtung komprimiert werden muss. Die auftretenden Scherkräfte reichen nicht mehr aus, die Dichtung abzureißen.

MTC führt verschiedene Varianten dieser Dichtung im Programm. Das Standardprogramm umfasst Dichtungen mit unterschiedlichen Dimensionen sowie Ausführungen mit asymmetrischem und symmetrischem Querschnitt und Varianten, die mit leitfähigen oder nicht leitfähigen Kleberflächen ausgestattet sind. Die Ausführung mit 10 mm Breite und 2,3 mm Höhe ist mit dem AndvancedTCA-Standard kompatibel. Durch die spezielle Form des Profils können die DTR-Dichtungen vielfach konventionelle Metallkontaktfederleisten ersetzen und so in vielen Anwendungen zu einer Reduktion des Montageaufwands und der Materialskosten beitragen.

Dank der eigenen Fertigungskapazitäten in Deutschland und Asien sind zusätzlich zum Standardprogramm auch kundenspezifische Varianten bei kurzen Lieferzeiten erhältlich. Die Dichtungen sind nach UL 94-V0 zertifiziert und RoHS-konform. Sie eignen sich daher auch für die Ausrüstung von Systemen, die für den Export bestimmt sind.

*Gerhard Bächer ist Geschäftsführer der MTC Micro Tech Components GmbH in Dillingen.

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