biologische Beständigkeit

Biologische Beständigkeit

Der Begriff "biologische Beständigkeit" bezeichnet, inwieweit Materialien bzw. Werkstoffe durch Mikroorganismen wie Bakterien, Algen oder Pilze abgebaut werden können.

Je nachdem aus welchem Material der Prüfling besteht, werden andere Sporen zur Prüfung verwendet, diese ergeben sich aus der angewandten Prüfnorm.

Bei vielen Anwendungen dürfen die verwendeten Materialien das Wachstum von Bakterien und Pilzen nicht fördern, da dies eine Beeinträchtigung bis hin zur Zerstörung des Prüflings zur Folge haben könnte.

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Schimmel
Elektronische Komponenten  Normen

  • DIN EN 60068-2-10
  • MIL-STD-810 H (Method 508.8)→ Fallstudie
  • RTCA/DO-160F Section 13 fungus resistances→ Fallstudie
  • AS 1157.1
  • BMW GS 95003-5 Mikrobiologische Prüfungen (Pilze)
Kunststoffe  Normen

  • DIN EN ISO 846 Verfahren A - B - B' - C - D
  • BMW GS 95003-5 Mikrobiologische Prüfungen (Pilze)
  • ASTM G 21
  • ASTM C1338
Textilien  Normen

  • AATCC Test Method 30
  • AS 1157.2
Wir bieten u.a. auch folgende Prüfungen an:
hv-prüfstand
u.a. nach folgenden Normen:

  • MBN LV 124-2
  • VW 80000
  • GS 95024-3-1

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HV-/LV-Prüfstände
chemie
u.a. nach folgenden Normen:

  • RTCA DO-160G
  • DIN ISO 16750-5
  • MIL-STD-810G
  • VW 50180
  • Airbus ABD0100.1.6
  • BMW GS 95003-5

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Chemische Beständigkeit
korrosion
u.a. nach folgenden Normen:

  • ASTM B 117-73
  • BMW GS 95024-3-1
  • DIN EN 60068-2-11
  • MIL-STD-810
  • RTCA DO-160
  • VW 80000

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Salznebelprüfungen
Erläuterungen zur Biologischen Beständigkeit (Fungustest)

Allgemeines zu Schimmelpilzen

"Schimmelpilze" bezeichnen Mikroorganismen, die Pilzfäden und Sporen entwickeln und mit bloßem Auge meist als Belag (schwarze, dunkelbraune oder grüne Flecken) erkannt werden. Sie sind Bestandteil unseres Alltags und spielen als Zersetzer organischen Materials eine wichtige Rolle in den natürlichen Kreisläufen. Bisher sind über 100.000 Schimmelpilzarten bekannt; Vermutungen gehen von mehr als 250.000 Arten aus. Da sie sehr genügsam sind, können sie sich auf beinahe allen Oberflächen niederlassen und ernähren. Sie können Monate und Jahre auch bei Trockenheit überleben, aber nur in feuchter Umgebung können sie wachsen.
Daher sollte jedes Endprodukt oder auch Bauteil, das in feuchter Umgebung zum Einsatz kommen kann, auf Pilzbeständigkeit getestet sein. Bei nicht wenigen Militär- und Luftfahrtkomponenten sind solche Tests auch vorgeschrieben.

Pilze können sich nachteilig auf den Betrieb und das Erscheinungsbild von Produkten auswirken, die in warmen und feuchten Umgebungen verwendet werden. Es handelt sich hierbei um die landläufig als „Schimmelpilze“ bekannten Pilzarten (s.o.) Im Betrieb kann Pilzwachstum Korrosion, mechanische Ausfälle, vorzeitigen Verschleiß und unbeabsichtigte elektrische Leitungswege verursachen. Äußerlich-ästhetisch macht Pilzwachstum Objekte so unansehnlich, dass befallene Gerätschaften nicht verwendet werden können, selbst wenn keine Auswirkungen auf die Betriebsfähigkeit feststellbar sind. Schießlich können durch Pilze bei Menschen Infektionen verursacht werden.

Vielerlei Materialen dienen Pilzen als Nährstoffe, u.a. Papier, Leder, Holz, Kohlenwasserstoffe, Polyurethane, PVC. Dazu kommt, dass durch Oberflächenauftrag von organischem Material auch pilzunempfindliche Materialien zu Nährböden werden können.

Testverfahren

Für Pilzresistenztests überträgt man Pilz-Sporen auf den zu testenden Gegenstand bzw. das Material. Dazu eignen sich die häufig anzutreffenden Sporen der Sorten Aspergillus, Penicillium funiculosum und Chaetomium globosum. Nach dem Auf- bzw. Eintrag der Spore verbringt man das Objekt in eine Kammer, in der heiße und feuchte Bedingungen herrschen. Dort verbleibt sie zwischen einigen Wochen und mehreren Monaten. Das Wachstum des Pilzes hängt von der Menge der vorhandenen Nährstoffe ab.

Testmethoden und Normen

ASTM G21

Entwickelt für polymere Materialien. Da Polymere ihrem Wesen nach pilzresistent sind (enthalten keinen Kohlenstoff) dient diese Prüfnorm der Bestimmung der Pilzbeständigkeit der Additivmaterialen, die gemeinsam mit Polymeren zum Einsatz kommen. Dazu gehören vor allem Schmiermittel, Weichmacher, Farbstoffe, Zellulosefasern und Stabilisatoren. Wenn diese von Pilzen befallen werden, können wesentliche Produktschäden die Folge sein, auch wenn das Polymerprodukt selbst unanfällig ist.

ASTM C1338

Entwickelt für die Untersuchung von Pilzwachstum bei im Hausbau eingesetzten Verkleidungsmaterialien für die Isolierung. Wegen der möglichen Gesundheitsrisiken von erheblicher Bedeutung für Bauherren und Anbieter von Dämmmaterialien.

RTCA-DO-160

Entwickelt für die Luftfahrtindustrie unter Berücksichtigung strenger Normen. Kann Teil einer größeren Prüfnorm sein, ist aber auch für Pilztests sehr nützlich.

MIL-810 508.6

Entwickelt zur Feststellung der Pilzresistenz von Lichtwellenleitern. Dadurch soll festgestellt werden, ob die Leitmedien (Fasern, Kabel) ihre Integrität behalten und gleichbleibende Leistung erbringen, auch wenn sie 5 verschiedenen Pilzen ausgesetzt werden.

Fallstudie

Biologische Beständigkeit von Avionik-Elektronik

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Pilzresistenzprüfung gemäß RTCA/DO-160G Abschnitt 13
Biologische Resistenz von Avionik-Elektronik

Die Herausforderung

Die Elektronik in Flugzeugen muss unter den unterschiedlichsten Umgebungsbedingungen zuverlässig funktionieren. Während Temperatur, Vibrationen und Korrosion oft als primäre Umweltbelastungen angesehen werden, kann auch biologische Kontamination in bestimmten Betriebsumgebungen ein erhebliches Risiko darstellen.
Flugzeuge, die in tropischen oder feuchten Klimazonen eingesetzt werden, können Bedingungen ausgesetzt sein, die das Wachstum von Pilzen und Mikroorganismen begünstigen. Ein solches Wachstum kann auftreten auf:
  • organischen Materialien, die in Beschichtungen oder Isolierungen verwendet werden
  • Polymerkomponenten und Dichtungsmaterialien
  • Kabelisolierungen oder elektronischen Baugruppen
Pilzbefall kann zu folgenden Problemen führen:
  • Zersetzung organischer Materialien
  • Korrosion durch Stoffwechselprodukte
  • Durchschlag der Isolierung
  • Kontamination von Steckverbindern und Elektronik
Um langfristige Zuverlässigkeit zu gewährleisten, müssen Avionikgeräte Beständigkeit gegen mikrobielles Wachstum aufweisen. Umweltqualifizierungstests gemäß RTCA/DO-160G umfassen spezielle Verfahren zur Bewertung der Pilzanfälligkeit von Bordgeräten.
Diese Fallstudie stellt die Pilzbeständigkeitstests eines versiegelten Avionik-Steuermoduls vor, das für den Einbau in Passagierflugzeugsystemen entwickelt wurde.


Prüfling (DUT)

Bei dem getesteten Gerät handelte es sich um ein Flugsteuerungs-Schnittstellenmodul, das zur Regelung von Flugzeug-Hilfssystemen dient.
Die Elektronik ist in einem versiegelten Aluminiumgehäuse untergebracht, das empfindliche interne Schaltkreise vor Umwelteinflüssen schützen soll.
Wesentliche Merkmale des Prüflings
Parameter
Beschreibung
Produkttyp
Avionik-Steuerelektronik
Anwendung
Systeme für Passagierflugzeuge
Gehäuse
Aluminiumgehäuse
Oberflächenschutz
Eloxiertes Gehäuse und beschichtete Komponenten
Steckverbinder
Rundsteckverbinder in Luftfahrtqualität
Interne Elektronik
Mehrschichtige Leiterplattenbaugruppe
Einbauort
Avionikraum
Obwohl Avionikräume in der Regel geschützte Umgebungen sind, verlangte der Hersteller einen Nachweis der biologischen Beständigkeit, um sicherzustellen, dass das Gerät auch dann zuverlässig funktioniert, wenn das Flugzeug in feuchten oder tropischen Regionen eingesetzt wird.


Testziel

Der Pilzbeständigkeitstest bewertet die Anfälligkeit von Materialien, die in luftgestützten Geräten verwendet werden, gegenüber mikrobiellem Wachstum.
Der Test überprüft, ob:
  • Materialien kein Pilzwachstum begünstigen
  • Beschichtungen und Dichtungsmaterialien intakt bleiben
  • die elektronische Funktionalität nicht beeinträchtigt wird
  • keine biologische Kontamination die Systemzuverlässigkeit beeinträchtigt
Das Prüfobjekt (DUT) blieb während der Funktionsprüfungsphasen des Tests unter Strom, um einen stabilen Betrieb zu bestätigen.


Prüfaufbau

Die Prüfung wurde in einer kontrollierten Klimakammer durchgeführt, die für biologische Expositionstests ausgelegt ist.
In der Kammer wurden Umgebungsbedingungen aufrechterhalten, die für das Pilzwachstum geeignet sind, einschließlich erhöhter Luftfeuchtigkeit und Temperatur. Es wurden standardisierte Pilzkulturen eingebracht, um eine Kontamination zu simulieren, wie sie in tropischen Betriebsumgebungen auftreten kann.
Das Prüfobjekt (DUT) wurde in einer repräsentativen Einbaulage in die Kammer gebracht, um realistische Expositionsbedingungen zu gewährleisten.


Testbedingungen

Die Tests wurden gemäß RTCA/DO-160G Abschnitt 13 – Pilzbeständigkeit durchgeführt.
Typische Umgebungsparameter umfassen:
Parameter
Typische Bedingung
Relative Luftfeuchtigkeit
Umgebung mit hoher Luftfeuchtigkeit
Temperatur
Bedingungen mit erhöhter Temperatur
Expositionsdauer
mehrtägige biologische Inkubation
Biologische Arbeitsstoffe
standardisierte Pilzkulturen
Das Verfahren prüft, ob die in den Geräten verwendeten Materialien Nährstoffe für das Pilzwachstum liefern oder ob Schutzbeschichtungen eine mikrobielle Kontamination verhindern.


Prüfverfahren

Das Prüfprogramm folgte dem in der Umweltnorm festgelegten Verfahren.
  1. Prüfung vor dem Test
    Vor der Exposition wurde das Prüfobjekt folgenden Prüfungen unterzogen:
    • Sichtprüfung
    • Funktionsprüfung
    • Dokumentation des Ausgangszustands
  2. Biologische Exposition
    Das Prüfobjekt wurde in die Klimakammer gebracht, wo kontrollierte Pilzkulturen auf repräsentative Oberflächen aufgetragen wurden.
    Die Umgebungsbedingungen förderten das Pilzwachstum und die Inkubation.
  3. Inkubationszeit
    Das Gerät verbleibte über einen längeren Zeitraum in der Kammer, um eine mögliche mikrobielle Besiedlung anfälliger Materialien zu ermöglichen.
  4. Inspektion nach dem Test
    Nach Ablauf der Inkubationszeit wurde das Prüfobjekt aus der Kammer entnommen, um eine detaillierte Inspektion und Funktionsbewertung durchzuführen.


Prüfung nach dem Test

Nach der Umweltexposition wurde das Gerät einer eingehenden optischen und funktionalen Bewertung unterzogen.
Die Prüfmaßnahmen umfassten:
  • Beurteilung der Oberflächenverunreinigungen
  • Prüfung von Dichtungen und Steckverbindern
  • Überprüfung von Beschichtungen und Materialien
  • elektrische Funktionsprüfung


Ergebnisse

Die Avionik-Steuereinheit hat den Pilzresistenztest erfolgreich bestanden.
Wichtige Beobachtungen:
Bewertung
Ergebnis
Pilzbefall am Gehäuse
Keine festgestellt
Verunreinigung der Verbindungsstücke
Keine festgestellt
Materialverschleiß
Nicht festgestellt
Interne Verunreinigung
Keine festgestellt
Elektrische Funktionalität
Voll funktionsfähig
Die im Gehäuse und in der Elektronikbaugruppe verwendeten Materialien begünstigten kein Pilzwachstum.


Fazit

Das getestete Avionik-Steuermodul hat die Qualifizierung hinsichtlich Pilzbeständigkeit gemäß RTCA/DO-160G Abschnitt 13 erfolgreich bestanden.
Der Test bestätigte, dass:
  • die im Gerät verwendeten Materialien kein Pilzwachstum begünstigen
  • Beschichtungen und Dichtungssysteme intakt bleiben
  • die Elektronik nach biologischer Belastung voll funktionsfähig bleibt
Diese Ergebnisse belegen die Eignung des Geräts für den Langzeitbetrieb in feuchten und tropischen Umgebungen, in denen mikrobielle Kontamination auftreten kann.


Why Fungus Testing Matters

Fungus resistance testing plays an important role in ensuring the durability of airborne equipment operating in humid or tropical environments.
Environmental qualification according to DO-160 helps manufacturers:
  • identify biological contamination risks early
  • validate material selection
  • ensure long-term equipment reliability
  • support certification of airborne electronics
By verifying biological resistance under controlled laboratory conditions, manufacturers can ensure that avionics systems remain reliable even in the most challenging environmental conditions.

Fallstudie

Prüfung der Pilzbeständigkeit
eines Funksystems für gepanzerte Fahrzeuge

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Umweltqualifizierung gemäß MIL-STD-810H – Methode 508.8 (Pilz)
Pilzbeständigkeitstests eines Funksystems für gepanzerte Fahrzeuge


Hintergrund

Militärfahrzeuge wie Kampfpanzer und gepanzerte Mannschaftstransporter werden häufig in tropischen und subtropischen Klimazonen eingesetzt, wo hohe Luftfeuchtigkeit und Temperaturen das Wachstum von Mikroorganismen begünstigen. Unter solchen Bedingungen können Pilze elektronische Geräte besiedeln, was zu Materialzerfall, Isolationsversagen, Korrosion und Funktionsstörungen führen kann.
Ein besonderes Risiko besteht für Fahrzeugkommunikationssysteme, die oft in geschlossenen Karosseriestrukturen installiert sind, wo:
  • sich Feuchtigkeit ansammeln kann
  • die Belüftung eingeschränkt sein kann
  • Temperaturgradienten zu Kondensation führen
Pilzbefall auf Leiterplatten, Kabelisolierungen, Dichtungsmaterialien oder Beschichtungen kann folgende Folgen haben:
  • elektrische Leckströme
  • eine Verschlechterung des Isolationswiderstands
  • Korrosion von Steckverbindern
  • Verunreinigungen von optischen Anzeigen oder Displays
Daher müssen missionskritische Kommunikationsgeräte gemäß MIL-STD-810H Methode 508.8 (Pilzbefall) eine Beständigkeit gegen Pilzbefall nachweisen.

Prüfziel

Ziel der Prüfung war es, zu überprüfen, ob eine Funkkommunikationseinheit für gepanzerte Fahrzeuge gegen Pilzbefall resistent ist und ob ihre Leistungsfähigkeit nicht beeinträchtigt wird, wenn sie in einer feuchten tropischen Umgebung Pilzsporen ausgesetzt ist.
Die Bewertung konzentrierte sich auf:
  • Anfälligkeit der Materialien für Pilzbefall
  • Auswirkungen auf die elektrische Isolierung
  • Zersetzung der Schutzbeschichtungen
  • Funktionsfähigkeit nach der Exposition


Prüfling (DUT)

Ausrüstung:
Fahrzeugmontierte taktische Funkeinheit für gepanzerte Fahrzeuge.
Anwendung:
Interner Einbau in ein Kommunikationsrack eines Panzers.
Typische Betriebsbedingungen:
  • Umgebungstemperatur: –32 °C bis +55 °C
  • Relative Luftfeuchtigkeit: bis zu 95 %
  • Anfällig für Staub, Vibrationen und tropische Umgebungen
Hauptkomponenten
Komponente
Beschreibung
Gehäuse
Versiegeltes Gehäuse aus Aluminiumlegierung
Elektronik
Mehrschichtige Leiterplatten mit Schutzbeschichtung
Anschlüsse
Militärische Rundsteckverbinder
Anzeigen
LED-Statusanzeigen
Kühlung
Passive Wärmeableitung durch das Gehäuse


Versuchsaufbau

Die Tests wurden in einer biologischen Klimakammer durchgeführt, die darauf ausgelegt ist, Temperatur und Luftfeuchtigkeit unter Einbringung von Pilzsporen konstant zu halten.
Verwendete Pilzkulturen (typische MIL-STD-Mischung):
  • Aspergillus niger
  • Penicillium funiculosum
  • Chaetomium globosum
  • Aspergillus flavus
  • Aureobasidium pullulans
Diese Organismen wurden ausgewählt, da sie typische Pilze darstellen, die in der Lage sind, in der Elektronik verwendete organische Materialien abzubauen.


Testbedingungen

Die Tests wurden gemäß den in MIL-STD-810H, Methode 508.8, festgelegten Verfahren durchgeführt.
Parameter
Testwert
Temperatur
30 °C
Relative Luftfeuchtigkeit
≥ 95 %
Expositionsdauer
28 Tage
Sporeninokulation
Standard-MIL-Pilzmischung
Beleuchtung
Schwaches Licht / Dunkelheit zur Simulation einer geschlossenen Umgebung
Das Prüfobjekt (DUT) wurde in die Kammer gegeben und mit Pilzsporen beimpft. In der Kammer wurde eine kontinuierlich hohe Luftfeuchtigkeit aufrechterhalten, um das Pilzwachstum zu fördern.


Prüfung nach dem Test

Nach der 28-tägigen Expositionsdauer wurde das Funkgerät einer detaillierten Prüfung und Funktionsüberprüfung unterzogen.
Prüfverfahren:
  • Sichtprüfung (mit Vergrößerung)
  • Optische Mikroskopie
  • Messung des elektrischen Isolationswiderstands
  • Funktionsprüfung
  • Bewertung der Beschichtungsintegrität


Testergebnisse

Bewertungsparameter
Ergebnis
Pilzbefall am Gehäuse
Keiner beobachtet
Befall auf PCB-Beschichtungen
Keine beobachtet
Verschmutzung der Steckverbinder
Keine beobachtet
Isolationswiderstand
Innerhalb der Spezifikation
Betriebsleistung
Voll funktionsfähig
Es wurde keine Pilzbesiedlung am Prüfling oder an internen elektronischen Bauteilen festgestellt.


Technische Bewertung

Die erfolgreiche Bekämpfung von Pilzbefall wurde auf mehrere Konstruktionsmerkmale zurückgeführt:
  • Konformbeschichtung der Leiterplatten, die die Verfügbarkeit von Nährstoffen und das Eindringen von Feuchtigkeit verhindert
  • Verwendung anorganischer Materialien für interne Isolationskomponenten
  • Hermetisch versiegeltes Aluminiumgehäuse, das die Umwelteinwirkung begrenzt
  • Steckverbinder in Militärqualität mit Umgebungsabdichtung


Fazit

Die Funkgerät-Einheit für gepanzerte Fahrzeuge erfüllte erfolgreich die Anforderungen der MIL-STD-810H Methode 508.8 (Pilzbefall).
Selbst bei längerer Einwirkung von hoher Luftfeuchtigkeit und Pilzsporen zeigte das Gerät:
  • vollständige Resistenz gegen Pilzbefall
  • stabile elektrische Isolationsleistung
  • volle Betriebsfähigkeit
Das getestete Funksystem ist daher für den Einsatz in tropischen und biologisch aggressiven Umgebungen geeignet und gewährleistet eine zuverlässige Kommunikation auf dem Schlachtfeld


Marketing-Zusammenfassung

Zuverlässige Kommunikation – selbst in tropischen Umgebungen.
Umweltqualifizierungstests gemäß MIL-STD-810H Methode 508.8 (Pilzbefall) bestätigen, dass kritische militärische Kommunikationssysteme auch nach längerer Einwirkung feuchter und biologisch aktiver Umgebungen funktionsfähig bleiben.
Durch den Einsatz fortschrittlicher Materialien, Schutzbeschichtungen und einer versiegelten Systemkonstruktion können Hersteller sicherstellen, dass taktische Elektronikgeräte ihre Leistungsfähigkeit in Dschungelgebieten, bei Einsätzen in tropischen Regionen und in Klimazonen mit hoher Luftfeuchtigkeit beibehalten.