EMV-Arbeitsschutztextil für den Krankenhausbereich im
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Frank Gräbner, Ass. Prof.(BG) Dr.-Ing. Axel Hungsberg, st.cert. Engineer Christian Kallmeyer, Dipl.-Ing.(FH) EMV Arbeitsschutztextil im Krankenhausbereich im Frequenzbereich von 40 MHz – 1000 MHz 0. Vorstellung Unternehmen 1. Einführung 1.1 1.2 1.3 Begriffe, Zielstellungen Wozu EMV Materialien- Textile ? Thesen 2. Beschichtungen 2.0 physikalische Grundlagen der Absorption einer magnetischen Dünnschicht 2.1 Mikrostruktur/ Gefüge 2.2 HF, EMV Eigenschaften 3. Messergebnisse 3.1 Kittel herkömmlich 3.2 neuartiger Kittel 4. Zusammenfassung/ Ausblick 5. Was bieten wir Literatur [1] [2] [3] [4] [5] Phillipow, E. Mätzler Huder, B Durcansky, G. Unger, H. [6] [7] [8] Leute, Michalowski, Weißbach, W [9] Demokritov, S [ 10 ] Hillebrands, B. [ 11 ] Mikhailowski, L. [ 12 ] Rozanov, N. [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] Fischer, H. Martin, H. J. Schaumburg, H. Bogorodizki, N. Weiss, J. Grundlagen der Elektrotechnik, Akademischer Verlag 1976, Leipzig Radarsignale von anisotropem Niederschlag, Forschungsbericht Uni Bern Einführung in die Radartevhnik, Teubner Verlag, 1999 EMV gerechtes Gerätedesign, Franzis Verlag München 1992 Elektromagnetische Wellen auf Leitungen, Hüthig Verlag, Heidelberg 1980 Kunstoffe und EMV, Hanser Verlag, 2000 Magnettechnik, Fachbuchverlag Leipzig-Köln, 1995, Leipzig Aufgabensammlung Werkstoffkunde und Werkstoffprüfung, Vieweg & Sohn, Braunschweig 1992 Brillouin Light Scattering Studies of Confined Spin Waves, Physics Reports 348 ( 2001 ) 441 – 489, Verlag Elsevier, Amsterdam Spindynamik in magnetischen Schichten und Vielfachschichten, Vorlesungsskript FB Physik der Universität Kaiserslautern Proceedings, IX International Conference on Spin-Electronics in Moscow 10-12.11. 2000 Microwave Permeability of Magnetic Films, JCTE, Vol 47, No2 Febr. 2002 Werkstoffe in der Elektrotechnik, Hanser Verlag, Stuttgart 1988 Ferroelektrika, Akademie Verlag Geest & Portig, 1964, Leipzig Einführung Werkstoffe der Elektrotechnik, Teubner Verlag Stuttgart, 1987 Werkstoffe der Elektrotechnik, VEB Verlag Technik, 1955, Berlin EMV – gerechtes Gehäusedesign, TAW Wuppertal, Seminarunterlagen, 2003 0. Vorstellung Unternehmen Hörmann IMG ist ein wirtschaftlich selbstständiges High Tech Unternehmen innerhalb der Hörmann Gruppe, das auf ausgewählten Gebieten der Antriebstechnik/Leistungselektronik/ E Mobilität Elektronik/EMV Werkstofftechnik tätig ist. Auf diesen Gebieten bietet HÖRMANN IMG marktorientiert an: Verfahrens- und Produktentwicklung ( EMV Materialentwicklung ) Auftragsforschung Wissenschaftlich-technische Dienstleistungen ( akkred. EMV / Umweltmessungen und Schirmmessungen ) Musterbau und Kleinserienfertigung Beratungsleistungen _____________________________________________________________ 1. Einführung 1.1 Begriffe, Zielstellungen Warum sind EMV Werkstoffe - in der heutigen Zeit auch im Medizinbereich so wichtig ? * Immer neue Frequenzbereiche ( Funkdienste, LAN , Wireless Anwendungen ) lassen bisherige Materialien sehr schnell veralten. Miniaturisierung ( kleine Abmessungen, Leicht, Umweltbedingungen ). * Immer neue Funkdienste und Felder wirken auf das Rettungspersonal / medizinische Personal/ im Labor * Metallische Textilien ( Silberpartikel im Gewebe ) oder Karbonfasern haben den Nachteil der Resonanzen ( Nichtwirkung der Materialien an den Resonanzstellen ) 1. Einführung 1. Einführung – gesetzliche Vorgaben zulässige Feldstärkewerte ( im Mittel ) für Menschen nach BGV11 / VDE Personenschutznorm Vermutung: im Krankenhausbereich gibt es Orte ( MRT / CRT / Notfallbehandlung ) an denen diese gesetzlichen Vorgaben nicht eingehalten werden Kein meßtechnischer Nachweis, da es bisher noch keine praktische Zusammenarbeit mit einem Krankenhaus gibt. 1. Einführung Beispiel : Defibrillatorimpuls bei Reanimationsmaßnahmen Stromgeregelter biphasischer Defibrillatorimpuls ( Quelle : www.wikipedia.de ) Da die Stromanstiegskurve sich im µs Bereich befindet, haben wir eine HF Feldstärke im mittleren Leistungsbereich im MHz – GHz Frequenzbereich . Normale Karbonfaserschutzkleidung mit einer endlichen Leitfähigkeit ( keine elektrische Leitfähigkeit gegen 0 ) wirkt im Sinne eines EMVU Schutzes unzureichend. 1. Einführung Beispiel : Defibrillatorimpuls , Zeit und Frequenzbereich unteres Bild: Oberwellen der Abstrahlung eines HF Feldes des Defibrillatorimpulses ( Quelle: Körber, Zwickau FIZ ) 1. Einführung Beispiel : CRT Raum - Feldstärke keine Daten, keine Messwerte Vermutung: hohe HF Streufelder Notwendig : Messung 1.2. Wozu EMV Materialien- Textile ? Vorteil Textilmaterialien der Nanotechnik im Krankenhaus : Sehr gute Schirmung vor HF Strahlung Arbeitsschutz des Personals Neue Effekte , höhere Wirkungsgrade , EMV Materialien für neue Oberwellenbereiche , Schichten leicht, Volumen sehr klein Nachteil Textilmaterialien der Nanotechnik im Krankenhaus : Schweres Design ( Spinwelleneffekte , Quanteneffekte ) , Werkstoff-analyse nur mit TEM, AFM , Analyser bis 40 GHz , Reinraumtechnik - > sehr Kostenintensiv Langwieriges Zulassungsverfahren 1.3. Zielstellungen/ Thesen 1.3. Zielstellungen/ Thesen 2 Thesen ( sind zu untersuchen ): Vorhandene Arbeitsschutzkittel weisen nur einen nicht ausreichenden Schutz vor den HF Effekten in einem CRT Labor eines Krankenhauses und des Defibrillatorimpulses auf. Unter Nutzung neuer Textilien mit absorbierenden Nano/ Mikroschichten ist dieser Schutz auf > 90 % Feldstärke außen zu Feldstärke innen zu erhöhen. 2. 2.0 Beschichtungen physikalische Grundlagen der Absorption einer magnetischen Dünnschicht Für ein einfaches Schichtmodell für magnetische Schichten gilt das folgende Landau Lifschitz Modell Gleichung für nichtkohärente magnetische Absorptionsverluste : Ergebnis des Simulationsmodells ist ein komplexer Permeabilitätstensor, welcher nach den Imaginärteilen umgestellt wird. Der Absorptionsverlust wird theoretisch über µ´´ m,n = f ( f , d, Korngröße , K , … ) definiert. Der Imaginärteil der komplexen Permeabilität ist für eine erhöhte Absorption zu maximieren ! 2. 2.1 Beschichtungen Mikrostruktur/ Gefüge Mikroskopische Abbildung eines leitfähigen Textils 2. 2.1 Beschichtungen Mikrostruktur/ Gefüge Nanoschicht 800°C d= 2,6 92 44 290 280 270 260 250 d= 2,2 84 91 240 230 220 210 200 190 180 Lin170 (C160 ou150 nts140 ) 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 d= 2,5 13 21 d= 1,3 08 16 d= 2,2 02 34 d= 3,6 76 76 15 20 d= 1,8 36 91 30 40 50 d= 1,6 89 67 d= 1,5 93 76 d= 1,4 84 11 d= 1,4 50 72 60 d= 1,1 03 34 70 80 90 100 2-Theta - Scale Magnetitschicht 800°C - File: 08m s 800°C.raw - Typ e: 2Th/Th locked - Start: 15.000 ° - End: 100.000 ° - Step: 0.020 ° - Step tim e: 2. s - Tem p.: 22 °C - Tim e Started: 4268 s - 2 7.500 Operations: Smooth 0.150 | Import 00-033-0664 (*) - Hem atite, syn - Fe2O3 - Y: 110.89 % - d x by: 1. - W L: 1.5406 - 0 - I/Ic PDF 2.4 - Röntgendiffraktometriediagramm einer bei 800 °C gete mperten Ferritschicht 2. 2.1 Beschichtungen Mikrostruktur/ Gefüge REM- Bild einer Rechteckfolie, Schichtdicke 1,2 µm , Granülengröße maximal 50 nm , Hematitschicht auf Aluminiumsubstrat 2.2 HF, EMV Eigenschaften F e r r it la c k ie r u n g e in e s T e x t ils 3 S c h ic h t e n d o p p e lt Transmission/ dB 0 -1 4 0 540 1040 1540 2040 2540 3040 3540 -2 D -3 -4 -5 F re q u e n z / M H z a/dB Transmissionsdämpfung IMG Nanoschicht 2 0 -2 0 -4 -6 -8 -10 5000 10000 15000 20000 f/M Hz HF Effekte nur eines Stück Textils ( nicht Kittel ) 3. Messergebnisse Messaufbau Menschnachbildung zur Kittelmessung Schirmdämpfungsmessung im Absorberraum nach Norm DIN 32/80-100 von 30 MHz – 1000 MHz 3. Messergebnisse 3.1 Herkömmlicher Kittel Schirmdämpfung herkömmlicher Kittel 40 35 oder 50 % Feld außen nach Feld innen 30 25 s / dB Dämpfungsergebnisse eines herkömmlichen Karbonfaserarbeitsschutzkittels , mittlerer Dämpfungswert = 3 dB 20 99,9 % 15 93,7 % 10 Mittelw ert 50 % 5 50 % 0 0 200 400 600 f/ MHz 800 1000 3. Messergebnisse 3.2 neuartiger Kittel Schirmdämpfung neuartiger Kittel 40 35 oder 92 % Feld außen nach Feld innen 30 25 s / dB Kittel mit Dünnschicht PVD beschichtet Dämpfungsergebnisse mittlerer Dämpfungswert = 12 dB 20 100 % 15 93,7 % Mittelwert 93 % 10 50 % 5 0 0 200 400 600 f/ MHz 800 1000 3. Messergebnisse 3.2 neuartiger Kittel Atmungsaktivität Luftdurchlässigkeit Es wurde die Luftdurchlässigkeit gemessen. Sie liegt bei 10,7 l/min,dm² und damit im gleichen Bereich wie andere Operations-Textilien. 4. Zusammenfassung/Ausblick -Mögliche Anwendungen •Arbeitsschutztextilen im Krankenhausbereich •Spezielle Anwendung 1 : Ärzte, Rettungspersonal im Rettungsbereich •Spezielle Anwendung 2 : Radiologiebereich, Narkosearzt bei CRT, MRT •Spezielle Anwendung 3 : Laborbereiche 4. Zusammenfassung/ Ausblick Schirmtextil auch für allgemeine Bereiche – auch Abschirmung Technik/ Elektronik , EMVU Neuartiges Textil mit Sputterdünnschicht wurde entwickelt Für Frequenzen 30 MHZ- 1000 MHz sinnvoll Neuer Kittel hat bessere Schirmwirkung Schirmwirkung bis 93 % Dämpfung Feldstärke von Außen nach Innen Lieferfähigkeit der Textilindustrie ( Jungmichel Textil GmbH ) und Großsputterer 4. Ausblick Folgende Arbeiten werden noch realisiert: Mechanische Effekte ( Abrieb, Waschbarkeit ) Toxikologische Aspekte Mikrobiologische Untersuchungen Hydrophobe/ Hydrophyle Eigenschaften Umweltaspekte 5. Was bieten wir Schirmmessungen an allgemeinen Gehäusen, elektrischen Geräten Nanotextilien mit Schirmeigenschaften akkred. EMV Messungen an Geräten akkred. Umweltmessungen Vielen Dank für die Aufmerksamkeit !
