Der Weg zur optimalen Elektronik-„Verpackung“

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Elektromagnetische Abschirmung

Die Anforderungen an elektronische Geräte hinsichtlich Schirmung variieren je nach Anwendung und Einsatzumgebung. Schirmung beginnt bei der elektrostatischen Entladung (ESD), reicht über niederfrequente kapazitive oder induktive Einkopplungen und leitungsgebundene Störungen bis zu hochfrequenten elektromechanischen Störstrahlungen.

Seiten-, Decken- und Bodenteile sowie Rück- und Vorderfronten der Gehäuse und Schränke werden mit einer leitenden Oberfläche (passiviert o.ä.) versehen und mit Kontaktmaterialien wie Federdichtungen aus Edelstahl oder EMV-Textildichtungen umlaufend leitend miteinander verbunden. Auch jede Kabeleinführung muss entsprechend gesichert werden. Ob die durchgeführten EMV-Dichtungsmaßnahmen den jeweiligen Anforderungen entsprechen, kann an Hand genormter EMV-Tests nachvollzogen und reproduziert werden (Bild 2).

Je nach Konstruktion von Schrank, Gehäuse oder Baugruppenträger lassen sich verschiedene Schirmwirkungsgrade erreichen. Für die Festlegung eines Schirmungslevels müssen die kritischen Störfrequenzen, die von der eingebauten Elektronik ausgehen, und auch die, die von außen auf die Elektronik wirken können, bestimmt werden.

Temperaturbedingungen absichern

Um die Funktionssicherheit und Zuverlässigkeit einer Anlage oder eines Systems sicher zu stellen, muss die Wärme abgeführt werden, die durch die eingebauten aktiven Komponenten entsteht. In den meisten Fällen wird die Art der Kühlung anhand von zwei Kriterien gewählt: der Höhe der Verlustleistung und dem Aufstellort. So setzt man in klimatisierten Räumen meist offene und luftgekühlte Elektronikschränke ein. Je nach Verlustleistung werden zu den komponenteneigenen Ventilatoren externe Lüfter zugeschaltet wie Einschublüfter, Drucklüfter, Dachlüfter, Filterlüfter oder Luft-Luft-Wärmetauscher (LLWT).

Je nach Art der unterstützenden Luftkühlung müssen die Elektronikschränke teilweise oder sogar vollständig – wie bei den Filterlüftern oder LLWT – geschlossen sein. Wo die Temperatur der Umgebungsluft nicht ausreicht, um die Solltemperatur im gewünschten Bereich zu halten, wird entweder mit Kühlgeräten oder mit Wasser (z.B. Luft/Wasser-Wärmetauscher) gekühlt.

Für die Kühlung von Baugruppenträgern und Gehäusen ist eine optimierte Luft-Kühlung in der Regel ausreichend. Für komplexere VMEbus-, CompactPCI-, MicroTCA- und Advanced-Systeme sind in den jeweiligen Spezifikationen auch Richtlinien für die Kühlung festgelegt. Mittlerweile unumgänglich ist die thermische Simulation der Wärmeentwicklung und des Wärmeflusses in einem Elektronikschrank oder einem Gehäuse mithilfe einer speziellen Software (Bild 3).

In den Händen eines erfahrenen Spezialisten liefert die Simulationssoftware Ergebnisse, die einerseits eine optimale Entwärmung gewährleisten, andererseits eine optimale Nutzung der Raumfläche erlauben. Eine professionelle Entwicklung eines Elektroniksystems setzt voraus, dass in die Planungsphase auch der Berechnungsspezialist einbezogen wird.

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