Beim Schaltungsschutz geht es um mehr als nur um Dioden und Sicherungen. Mit einem speziellen Bauteil können Sie Ihre Schaltung vor Blitzeinschlägen schützen, aber wie bewahren Sie sie vor Umweltstressoren wie Feuchtigkeit oder Vibration? Hier erhalten Sie ein paar Ratschläge, wie Sie Ihre Schaltung vor Ereignissen schützen, die nicht mit elektrischer Spannung zusammenhängen.
Gussmaterialien
Der „Guss“ einer Platine oder einer Komponente ist ein Fachbegriff dafür, dass Schmiere auf die Oberseite aufgetragen wird. Das mag sich auf den ersten Blick seltsam anhören, aber der „Guss“ hat definitiv Vorteile.
Imprägnierung
Leiterplatinen werden in der Regel in einem Kasten als Ganzes gegossen, sodass das Gussmaterial die Leiterplatine vollständig umhüllt und von allen Seiten schützt. Wenn ein wasserfestes Gel auf eine ganze Platine aufgetragen wird, hat dies den gleichen Effekt, als würde man es in Plastik hüllen. Das Gel passt sich an die Oberfläche aller Teile an und schützt sie auch bei Eintauchen vor Nässe.
Vibrationswiderstand
Durch den Guss wird das Design auch vor Vibrationen geschützt. Lötzinn eignet sich für viele Anwendungen, aber nicht für die Gestaltung einer vibrationsgeschützten Verbindung. Wenn eine Leiterplatine hohen Stößen oder Schwingungen ausgesetzt ist, brechen die Lötverbindungen und die Teile lösen sich oder fallen einfach von der Platine. Wenn die Komponenten von einem Klebstoff umhüllt werden (oder nur die Teile, die Schwingungen ausgesetzt sein könnten) wirkt dieser wie ein Stoßdämpfer um die Komponenten und verlängert die Lebensdauer der Lötverbindungen.
Thermische Entlastung
Einige Gussmaterialien sind besonders geeignet, ein Wärmeübermaß von den Komponenten abzuleiten und gleichmäßig über das Material zu verteilen. Mit diesen Materialien kann ein Metallkühlkörper oder sie selbst in einem Gusskasten umhüllt werden.
Wärmeleitfähige Gussmaterialien leiten nicht nur die Wärme von einem heißen Chip ab, sie können die Wärme auch von einem heißen Punkt in die Umgebung verteilen. Wenn eine gegossene Leiterplatte auf einem Kasten in einem Automotor sitzt, verteilt das Gussmaterial die Wärme gleichmäßig im Kasten und konzentriert sie nicht auf die Komponenten, die am weitesten unten im Kasten sitzen. Wenn der Schaltkreis jedoch in sehr heißen Umgebungen funktionieren muss, sind Metallkühlkörper möglicherweise nicht ausreichend, um die Wärme auf der Platine zu steuern. Aktive Kühlung wie z. B. über einen Ventilator kann die Temperatur der Leiterplatine durch die konstante Luftbewegung erheblich senken. Aktive Kühlung kann ganz einfach durch einen kleinen axialen Ventilator oder komplizierter durch ein angepasstes Flüssigkeits- oder Gaskühlsystem erfolgen.
Zugentlastung
Jeder, der schon einmal einen Draht verlötet hat, weiß, wie schwer es ist, ihn auf der Stelle zu halten. Stellen Sie sich jetzt einmal vor, der Draht befindet sich in einer Umgebung, in der ständig an ihm gezerrt und gezogen wird. Zugentlastung ist ein breiter Begriff dafür, dass ein Material auf die Drähte gebracht wird, das die Zugspannung absorbiert. In der Regel ist dies eine Dichtung, die um die Drähte gelegt wird, die in ein Gehäuse eingefügt werden, das den Rest des Systems enthält. Das Grummi knüllt sich um die Drähte und hält sie auf der Stelle, damit Zugspannung an den Drähten nicht direkt auf die Platinenverbindungen wirkt und sie abreißt.
Natürlich kann man immer eine einfache Lösung für die Zugentlastung finden, z. B. durch einen Knoten im Draht, damit dieser nicht durch die Bohrung des Gehäuses auf der anderen Seite der Gehäusewand passt. Wenn es kein Gehäuse für eine Befestigung gibt, müssen Sie sich um eine Steckverbindung zum Montieren der Platine kümmern, die über Zugentlastung verfügt.
Wenn ein abgetrennter Draht für den Schaltkreis gefährlich werden könnte (z. B. überhöhte Spannung an einem Schalter), ist eine dritte Option die Implementierung eines Zugsensors, der den Strom für das ganze System abschaltet, wenn der Zug auf den Draht einen bestimmten Schwellenwert überschreitet, bei dem der Draht wahrscheinlich abgerissen wird. Einige Drähte zu Platinensteckverbindern können auch besonderes Schwingungen widerstehen, z. B. die Zugfedersteckverbinder von Phoenix Contact. Der Zugfedersteckverbinder übt unabhängig von externem Zug immer die gleiche Kraft auf den Leiter aus und garantiert damit eine dauerhafte Verbindung.
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Wenn Sie also an Systemlösungen für den Schaltungschutz für Ihr Design nachdenken, müssen Sie auch an das Innere des Kastens denken. Solche physischen Schaltungsschutzlösungen können über Erfolg und Katastrophe eines Designs entscheiden.