Wer im Schiffbau Erfolg haben will muss die Standards beherrschen

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Das Wärmebild deckt die kritischen Stellen auf

Eine Wärmebildkamera verdeutlicht die Temperaturbedingungen in einem typischen Industrieprodukt: Halbleiter, die Leistungen umsetzen (beispielsweise IGBT´s oder lineare Spannungsregler), fallen im Wärmebild immer auf. So wie Mikroprozessoren und schnell schaltende FPGA´s müssen sie ihre Wärme durch Konvektion, Wärmestrahlung und Wärmeleitung an die Umgebung abgeben. Steigt die Umgebungstemperatur in kurzer Zeit (etwa 2 Stunden) auf 70°C, ist eine Erhöhung der Betriebstemperatur der Halbleiter nur in Ausnahmefällen kritisch.

Dies ändert sich jeodoch, wenn die Umgebungstemperatur über einen längeren Zeitraum (z.B. 16 Stunden) anhaltend erhöht wird: Die interne Temperatur der Halbleiter steigt kontinuierlich an, und abhängig vom Wärmeverhalten der Halbleiter sind Funktionsstörungen nicht auszuschließen. Treten sie auf, müssen Konvektion und Wärmestrahlung durch Änderung des Gehäuses und Vergrößerung der Oberfläche der Kühlköper verbessert werden. Bei Spannungsschwankungen durch Temperaturprobleme mit linearen Spannungsreglern sind hochwertigere Sperrwandler mit einem besseren Wirkungsgrad einzusetzen. Schon dieses kleine Beispiel zeigt, dass eine Erweiterung des Zeitfensters der Trockene Wärme bei 70°C gravierende Folgen für das Design eines Industrieprodukts hat, das in Offshore- oder in Schiffbau-Anwendungen eingesetzt werden soll.

Manchmal hängt alles von den Messpunkten ab

Bei der Vibrationsprüfung wiederum schreiben die Klassifikationsgesellschaften eine Resonanzuntersuchung vor. Ein entscheidender Faktor dabei der Gütefaktor Q, der laut Rev. 6 auf einen Maximalwert von 5 begrenzt werden soll. Messtechnisch wird die Resonanzstelle mit Beschleunigungswerten von Sensoren bestimmt, die auf ausgewählten Bauteilen, Leiterplatten oder Gehäusestellen des Prüflings haften. Hier kann schon die Auswahl der Messpunkte über das Bestehen der Prüfung entscheiden.

Ein Verfahren, das diese Unsicherheit beenden würde, ist die Resonanzermittlung mit Laserabtastung während der Resonanzsuche. Die Kosten für dieses Analysewerkzeug liegen bei etwa 4000 Euro pro Tag und würden die Prüfkosten überproportional in die Höhe treiben.

Um nun den Gütefaktor einer Resonanzstelle zu senken, muss die Dämpfung der Resonanzstellen erhöht werden – weil nämlich mit der Dämpfung die Bandbreite und der Q-Faktor reduziert werden. Dämpfungsmaßnahmen sind beispielsweise die Einschränkung der Bewegung einiger Bauteile durch Verkleben, was allerdings höhere Produktionskosten verursacht.

Auch sind zusätzliche Stützstellen für Leiterplatten im Layout vorzusehen. Ob dann alle Stützstellen genutzt werden, stellt sich erst bei der Precompliance-Prüfung mit dem Prototypen heraus.

Alle Gehäuseformen, die mit einer Hutschiene befestigt werden, sind besonders gefährdet. Werden sie in der technischen Spezifikation vorgeschrieben, muss der Entwickler auf die Schwerpunktlage seines Geräts achten: Der Schwerpunkt sollte so weit wie möglich in Richtung Hutschienen-Befestigung verschoben werden.

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