DE102004058675A1 - Vorrichtung und Verfahren zum adaptiven Schutz von Trägereinrichtungen - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zum adaptiven Schutz von Trägereinrichtungen Download PDF

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Abstract

Eine Vorrichtung (1, 10) zum adaptiven Schutz von Trägereinrichtungen (12), insbesondere Substrate und/oder Leiterplatten, mit Bauelementen (8, 9) und Dämpfungselementen (16), ist dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungselemente (16) aus mindestens einem Sensor (2) oder Aktuator (3) mit einem Verbraucher (4) und/oder mit mindestens einem Sensor (2) und mindestens einem Aktuator (3) gebildet sind; sowie dazu ein Verfahren mit einer aktiven Vorrichtung, ein Verfahren mit einer passiven Vorrichtung und ein Verfahren mit einer aktiven und passiven Vorrichtung.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum adaptiven Schutz von Trägereinrichtungen, insbesondere Substrate und/oder Leiterplatten, mit Bauelementen und Dämpfungselementen.
  • Bei elektronischen Systemen, die auf Substraten und Leiterplatten aufgebaut sind, können auf Grund von thermomechanischen und/oder mechanischen Beanspruchungen sowohl statischer als auch dynamischer Art Verformungen der Substrate und Leiterplatten auftreten, die zur Schädigung elektronischer Bauteile und/oder zu Störungen bzw. Funktionsbeeinträchtigungen des jeweiligen elektronischen Systems führen können.
  • Als Abhilfemaßnahme sind Konstruktionsoptimierungen zum Beispiel hinsichtlich der Befestigungseinrichtungen von Substraten und Leiterplatten vorgeschlagen worden. Alternativ werden auch Elastomerbauteile an Stellen eingesetzt, an denen die Beanspruchungen in das System eingeleitet werden, um das elektronische System zu entkoppeln.
  • Weiterhin werden Silikongele zur Umhüllung der elektronischen Bauteile eingesetzt, um bei Resonanzen beispielsweise so genannte Verschiebungsamplituden von Bonddrähten zu verringern, indem das Silikongel eine Dämpfung bewirkt.
  • Die Steifigkeit des Trägermaterials, das heißt von Substraten und Leiterplatte, kann so verändert werden, dass Verformungen verringert werden bzw. ausbleiben.
  • Seit etwa 10 Jahren wird im Bereich der Adaptronik geforscht, Vibrationen und Verformungen durch gegenphasige Bewegungen auszulöschen. Adaptive Verfahren arbeiten mit passiven und aktiven Vorrichtungen. Bei passiven Vorrichtungen werden Sensoren oder Aktuatoren in einem Stromkreis mit elektrischen Verbrauchern verbunden, wobei die Sensoren oder Aktuatoren durch die Beanspruchung beispielsweise einen elektrischen Strom erzeugen, der von dem Verbraucher gedämpft wird, wodurch die Beanspruchung verringert wird. Bei einer aktiven Vorrichtung werden Sensoren zur Abtastung mechanischer Beanspruchung verwendet. Die Sensorsignale werden in einem Regler verarbeitet. Der Regler erzeugt Steuersignale für Aktuatoren, die damit beaufschlagt werden und eine zu der Bean spruchung gegenphasige Reaktion ausführen, so dass die Gesamtverformung verringert bzw. unterdrückt werden kann.
  • Eine Dämpfung von strukturellen Schwingungen mit piezoelektrischen Bauelementen wird beschrieben von N. W. Hagood und A. von Flotow, "DAMPING OF STRUCTURAL VIBRATIONS WITH PIEZOELECTRIC MATERIALS AND PASSIVE ELECTRICAL NETWORKS" im Journal of Sound and Vibration (1991), 146(2), S. 243 bis 268.
  • Zur Illustration einer Anwendung bei einer praktischen Anwendung bei einem Snowboard und einem Baseballschläger sei folgende Schrift genannt: Shoko Yoshikawa, Adam Bogue, Brian Degon, "Commercial Application of Passive and Active Piezoelectric Vibration Control", Proceeding, International Symposium on Application of Ferroelectrics XI, 1998, Montreux, Switzerland, Aug. 24-27, 1998. IEEE catalog number 98CH36245, pp 293-294.
  • Piezokeramische Folienaktuatoren zum Aufkleben auf Trägermaterialien werden beispielsweise von der Firma Smart Material Corp., Sarasota, USA angeboten.
  • VORTEILE DER ERFINDUNG
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum adaptiven Schutz von Trägereinrichtungen sowie die dazugehörigen Verfahren haben den Vorteil dass Verformungen von Substraten und Leiterplatten vermieden bzw. minimiert werden, wobei eine Ermüdung von elektronischen Bauteilen und Loten durch Vibrationen und Funktionsbeeinträchtigungen verhindert werden.
  • Ein besonderer Vorteil liegt darin, dass passive und aktive Vorrichtungen miteinander kombinierbar sind, wobei die entsprechenden Bauelemente für Sensoren und Aktuatoren gleiche Ausbildung als piezoelektrische Bauelemente aufweisen.
  • Die Grundidee der Erfindung wird im Folgenden erläutert.
  • Der Kern der Erfindung ist das Aufbringen oder/und Integrieren von Aktuatoren und/oder Sensoren auf bzw. in Trägermaterialien (zum Beispiel Leiterplatten, Keramiksubstrate usw.) für elektronische Bauteile mit dem Ziel, Verformungen des Trägermaterials auf Grund von Vibrationen oder statischen thermischen und/oder mechanischen Belastungen durch passive oder aktive Dämpfung bzw. Versteifung zu vermindern bzw. zu unterdrücken. Weitere elektronische Bauteile, die zur passiven oder aktiven Dämpfung oder Versteifung erforderlich sind, können auf dem Trägermaterial bzw. an anderen Stellen des Systems angeordnet und fixiert werden. Auf Grund der Unterdrückung bzw. Verminderung von Verformungen des Trägermaterials können Schädigungen der elektronischen Bauteile bzw. auch der leitenden Verbindungen zwischen den Bauteilen und der Verbindungsstellen der Bauteile mit diesen leitenden Verbindungen (zum Beispiel Leiterbahnen, Lote, Lötstellen) sowie Funktionsstörungen des Systems verhindert oder verringert werden.
  • Die erfindungsgemäße Kombination von Aktuatoren und Sensoren mit elektronischen Bauteilen (zum Beispiel Widerstände) ist im Zusammenwirken mit Trägereinrichtungen wie Leiterplatten und Substraten deshalb besonders vorteilhaft, da die Aktuatoren, Sensoren und elektronischen Bauteile, die zur passiven und/oder aktiven Dämpfung oder Versteifung erforderlich sind, insbesondere bei flacher Bauform in das Trägermaterial integriert bzw. auf der Oberfläche des Trägermaterials direkt aufgebracht werden können. Zudem können auf der Trägereinrichtung schon vorhandene Bauteile, wie zum Beispiel Spannungsquellen und Prozessoren genutzt werden.
  • Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum adaptiven Schutz von Trägereinrichtungen, insbesondere Substrate und/oder Leiterplatten, mit Bauelementen und Dämpfungselementen, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungselemente aus mindestens einem Sensor oder Aktuator mit einem Verbraucher und/oder mit mindestens einem Sensor und mindestens einem Aktuator gebildet sind. Hiermit ist es möglich, einen adaptiven Schutz für Trägereinrichtungen in einer Großserienfertigung zu ermöglichen.
  • Bei hochfrequenten Beanspruchungen, zum Beispiel im kHz-Bereich eignen sich schwingungsentkoppelnde Materialien wie zum Beispiel Elastomere in aller Regel nicht zur Vibrationsunterdrückung, da sie nicht schnell genug ansprechen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung spricht dagegen schnell an, da sie elektronisch betrieben wird und somit geringste Verzögerungen aufweist.
  • In bevorzugter Ausgestaltung sind die Sensoren und/oder Aktuatoren in der Trägereinrichtung und/oder auf der Trägereinrichtung angeordnet. Die Anordnung innerhalb der Trägereinrichtung hat einen besonderen platzsparenden Vorteil, da diese Bauelemente günstig in den Bereichen angeordnet werden können, in denen Beanspruchungen auftreten. Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, wenn die Bauelemente flach ausgebildet sind, zum Beispiel als piezokeramische Folienaktuatoren, da sie so leicht in den Aufbau einer Leiterplatte integriert werden können.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist die Vorrichtung als eine passive Vorrichtung und/oder eine aktive Vorrichtung ausgebildet, wobei die passive Vorrichtung einen Sensor oder Aktuator und einen Verbraucher und die aktive Vorrichtung einen Sensor, eine Abtasteinrichtung, eine Steuereinrichtung, eine Aktivierungseinrichtung und einen Aktuator aufweist. Hierbei ist es vorteilhaft, dass die Sensoren und die Aktuatoren als gleiche piezoelektrische Bauelemente ausgebildet sind, wobei die Funktion als Sensor oder als Aktuator unabhängig vom Bauelement ist.
  • Es ist vorteilhaft, dass der Verbraucher als ein ohmscher und/oder als ein frequenzabhängiger Widerstand ausgebildet ist. Somit können hierfür einfache und vorteilhaft kostengünstige Bauteile Verwendung finden. Insbesondere ist es dabei vorteilhaft, dass der frequenzabhängige Widerstand des Verbrauchers aus Operationsverstärkern gebildet ist, da hierbei eine Möglichkeit zur einfachen Anpassung des frequenzabhängigen Widerstands ohne gewickelte Induktivitäten gegeben ist.
  • Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Sensor als ein kapazitiver oder induktiver oder piezoelektrischer Sensor ausgebildet ist. Dieses ist besonders dann vorteilhaft, wenn diese Ausführung von Sensoren für die Anpassung an die mechanische Beanspruchungsart der Trägereinrichtung jeweils ausge wählt werden kann, da somit in bestimmten Fällen spezielle mechanische Anpassungen nicht erforderlich werden.
  • Ein Verfahren zum adaptiven Schützen von Trägereinrichtungen, insbesondere Substrate und/oder Leiterplatten, mit Bauelementen und Dämpfungselementen, weist die folgenden Verfahrensschritte aufweist:
    • (S1) Abtasten einer auf die Trägereinrichtung einwirkenden Kraft durch einen Sensor zum Erzeugen eines elektrischen Signals in Abhängigkeit von der einwirkenden Kraft;
    • (S2) Bearbeiten des so erzeugten Signals zum Erzeugen eines von der einwirkenden Kraft abhängigen Signals zum Erzeugen einer der einwirkenden Kraft entgegengesetzten Kraft; und
    • (S3) Aktivieren eines Aktuators in Abhängigkeit von dem so erzeugten Signal zum Erzeugen einer der einwirkenden Kraft entgegengesetzten Kraft und Aufbringen der Kraft auf die Trägereinrichtung zum Schützen der Trägereinrichtung.
  • Eine weitere Versteifung des Trägermaterials kann die Verformung unter statischen und/oder dynamischen Belastungen nur in einem gewissen Grad verringern. Jedoch durch passive und aktive Dämpfung oder Versteifung kann die Deformation mit der vorliegenden Erfindung mittels einer gegenphasigen mechanischen Reaktion auf die Beanspruchung ausgelöscht werden.
  • Zur Anpassung des Signals im Verfahrensschritt (S2) ist es vorteilhaft, dass das Signal verstärkt wird, um Informationsverluste durch einen zu niedrigen Signalpegel zu vermeiden. Diese Verstärkung lässt sich besonders vorteilhaft durch auf der Trägereinrichtung vorhandene Bauelemente ermöglichen, die für weitere Funktionen vorgesehen sind aber nicht benutzt werden (zum Beispiel 4fach Operationsverstärker und dergleichen).
  • Ein weiteres Verfahren zum adaptiven Schützen von Trägereinrichtungen, insbesondere Substrate und/oder Leiterplatten, mit Bauelementen und Dämpfungselementen, ist dadurch gekennzeichnet, dass eine auf die Trägereinrichtung einwirkenden Kraft eine Formänderung eines Sensors oder Aktu ators zum Erzeugen eines elektrischen Stroms in Abhängigkeit von der einwirkenden Kraft erzeugt, wobei der Sensor oder Aktuator mit einem Verbraucher zum Dämpfen des elektrischen Stroms belastet wird und somit eine Dämpfung der einwirkenden Kraft zum Schützen der Trägereinrichtung erfolgt.
  • Weiterhin ist es möglich eine Kombination beider Verfahren mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorteilhaft auszuführen, wodurch eine Vergrößerung der Anwendung auf unterschiedliche Einsatzfälle ermöglicht ist.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen und der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
  • ZEICHNUNGEN
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in den Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert.
  • Es zeigt dabei:
  • 1 ein schematisches Blockdiagramm eines schwingungsfähigen Systems;
  • 2 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen passiven Vorrichtung;
  • 3 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen aktiven Vorrichtung;
  • 4 eine schematische Schnittansicht einer ersten Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
  • 5 eine schematische Schnittansicht einer zweiten Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • In dem Bereich der Schwingungsdämpfung von mechanischen und elektromechanischen Systemen existieren viele Ausführungen. In 1 ist ein schematisches Blockdiagramm eines beispielhaften schwingungsfähigen Systems vereinfacht dargestellt. Ein Masseelement 17, beispielsweise eine Leiterplatte, wird mit einer Kraft F1 beaufschlagt, welche zum Beispiel durch eine Wärmeeinwirkung eines elektrischen oder elektronischen Bauteils zu einer Verformung des Masseelementes 17 in Richtung der Einwirkung der Kraft F1 führt. Das Masseelement 17 ist an seinen Seitenenden an ein Gehäuse 11 gekoppelt. Diese Kopplungen sind in Gestalt von Kraftspeicherelementen 15 und Dämpfungselementen 16 dargestellt. Die Kraftspeicherelemente 15 symbolisieren die Federeigenschaften der Kopplung. Im Masseelement 17 ist ein weiteres Dämpfungselement 16' angeordnet, welches beispielsweise die Steifigkeitseigenschaften des Masseelementes 17 darstellt, welche der einwirkenden Kraft F1 eine Kraft F2 in gegenläufiger Richtung entgegensetzen. Durch Erhöhung der Steifigkeit des Masseelementes 17 wird eine Verformung des Masseelementes 17 weitgehend verhindert.
  • Ist die Kraft F1 eine Schwingung, beispielsweise verursacht durch ein oder mehrere Bauteile, so wird diese Schwingung auf das gesamte Masseelement 17 übertragen, welches relativ zu dem Gehäuse 11 ebenfalls eine Schwingung mit mehr oder weniger großer Amplitude in Abhängigkeit von der Eigenfrequenz des Masseelementes 17 ausführt. Diese Schwingung wird durch die Dämpfungselemente 16 in den Kopplungen des Masseelementes 17 zum Gehäuse 11 gedämpft. Diese Dämpfungselemente 16 können beispielsweise Elastomerbauteile sein, welche viskoelastische Eigenschaften und somit Feder- und Dämperwirkung aufweisen. So wird eine Entkopplung des Masseelementes 17 vom Gehäuse 11 ermöglicht.
  • Es ist nun erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Dämpfungselemente 16 in Form von Bauelementen ausgebildet sind, welche in ihren Dämpfungseigenschaften einerseits beeinflussbar sind und andererseits Krafteinwirkungen statischer oder quasistatischer Art (thermisch verursacht) oder veränderlicher bzw. dynamischer Art in Form von Schwingungen aktiv durch korrespondierende Gegenkräfte passiv und/oder aktiv entgegenwirken. Hierdurch wird eine geeignete so genannte Formadaption ermöglicht, wofür passive und/oder aktive Verfahren genutzt werden können, deren Funktionen mit den zugehörigen Vorrichtungen im Weiteren erläutert werden.
  • Hierzu zeigt 2 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen passiven Vorrichtung mit einem solchen Bauelement, welches als ein Sensor 2 oder Aktuator 3 der Kraft F1 ausgesetzt ist. Der Sensor 2 ist vorzugsweise ein piezoelektrisches Bauelement, welches in diesem Fall unter Einwirkung der Kraft F1 eine Formveränderung erfährt, die eine elektrische Spannung erzeugt, die an Anschlüssen a, b von an dem Bauelement angebrachten Elektroden verfügbar ist. Diese Spannung an den Anschlüssen a, b wird auf einen elektrischen Verbraucher 4 aufgebracht, wobei ein Strom durch diesen fließt. Durch eine angepasste Auslegung des Verbrauchers 4 kann der Stromfluss ge dämpft werden, wodurch die durch die Kraft F1 bewirkte Formveränderung des Sensors ebenfalls gedämpft wird. Ist die einwirkende Kraft F1 eine Schwingung mit einer bestimmten Frequenz, so kann der Verbraucher 4 so ausgelegt sein, das seine Dämpfungswirkung diese Frequenz und/oder einen – bereich besonders stark dämpft, also frequenzabhängig ist.
  • Der Verbraucher 4 weist für diesen Einsatzfall einer passiven Vorrichtung 1 einen ohmschen Widerstand und einen frequenzabhängigen Widerstand auf, der beispielsweise durch einen Kondensator und/oder eine Induktivität gebildet ist. Es können auch mehrere Widerstands-Kondensator-Schaltungen kombiniert werden. Die Werte der Bauteile des Verbrauchers 4 sind so ausgewählt, dass sie die jeweiligen unerwünschten Schwingungsmoden, das heißt Frequenzen mit hoher Amplitude bei Resonanz mit dem Aufbausystem, unterdrücken.
  • In der 3 ist ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen aktiven Vorrichtung 10 dargestellt.
  • Im unteren Bereich der 3 ist der der Kraft F1 ausgesetzte Sensor 2 mit seinen Anschlüssen a, b mit einer Abtasteinrichtung 6 verbunden, welche ihrerseits mit einer Steuereinrichtung 7 in Verbindung steht. Von der Steuereinrichtung 7 ist ein Verbindungsweg zu einer Aktivierungseinrichtung 5 angeordnet, welche an Anschlüsse c, d eines Aktuators 3 angeschlossen ist. Der Aktuator 3 erzeugt eine der Kraft F1 entgegenwirkende Kraft F2.
  • Die Kraft F1 wird von dem Sensor 2, welcher ein oben erläutertes piezoelektrisches Bauelement ist, in eine Spannung umgesetzt, die über die Anschlüsse a, b der Abtasteinrichtung 6 zugeführt wird. Die Abtasteinrichtung 6 tastet die Spannung auf Höhe und Frequenz ab und bildet ein korrespondierendes elektrisches Signal, das sie der Steuereinrichtung 7 zuleitet.
  • Die Steuereinrichtung 7 bearbeitet dieses Signal dergestalt, dass es zum Erzeugen einer der einwirkenden Kraft F1 entgegengesetzten Kraft F2 geeignet ist, und unterzieht das Signal dabei einer geeigneten Verstärkung. Die Bearbeitung des Signals kann beispielsweise so erfolgen, dass das Vorzeichen dieses Signals verändert wird. Eine Vorzeichenänderung wird zum Beispiel im Fall von so genannten unipolaren Aktuatoren nicht vorgenommen. Das so bearbeitete und verstärkte Signal wird der Aktivierungseinrichtung 5 zugeführt, welche den Aktuator 3 in geeigneter Weise mit einer elektrischen Spannung in Abhängigkeit von dem bearbeiteten und verstärkten Signal und somit in Abhängigkeit von der einwirkenden Kraft F1 beaufschlagt. Der Aktuator 3 ist ebenfalls als ein piezoelektrisches Bauelement ausgebildet, welches bei Beaufschlagung mit einer elektrischen Spannung eine Formveränderung erfährt, die die Kraft F2 erzeugt.
  • Somit wird die einwirkende Kraft F1 wirksam durch die Gegenkraft F2 reduziert bzw. eliminiert.
  • Eine praktische Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1, 10 wird in 4 gezeigt, welche eine schematische Schnittansicht einer ersten Ausgestaltung darstellt.
  • Eine Trägereinrichtung 12 für eine elektronische Schaltung ist zum Beispiel als eine mehrlagige Leiterplatte (Multilayer) ausgebildet und in einem Gehäuse 11 über Befestigungseinrichtungen 13 angebracht. Bei der Trägereinrichtung 12 kann es sich auch um ein Keramiksubstrat handeln. Innerhalb der Trägereinrichtung 12 sind Sensoren 2 und/oder Aktuatoren 3 angeordnet. Es handelt sich dabei beispielsweise um piezokeramische Folienbauteile, die in den Schichtenaufbau der Leiterplatte oder des Keramiksubstrats integriert sind. Sie können wie oben erläutert sowohl als Aktuatoren 3 als auch als Sensoren 2 betrieben werden. Auf Grund ihrer flachen Ausführung sind sie besonders vorteilhaft für diesen Einsatzzweck.
  • Die Anordnung der Aktuatoren 3 und Sensoren 2 erfolgt dergestalt, dass sie in den Bereichen des Layouts der Leiterplatte bzw. Trägereinrichtung 12 angeordnet sind, in welchem Einwirkungen von Kräften zu erwarten sind. Dieses ist durch entsprechendes Layout der Leiterplatte bzw. des Keramiksubstrats sowie durch empirische Werte möglich.
  • Auf der Trägereinrichtung 12 sind weiterhin erste Bauelemente 8 angeordnet, welche die Funktion der auf der Trägereinrichtung 12 gebildeten elektronischen Schaltung wahrnehmen. Weitere zweite Bauelemente 9 übernehmen zusätzlich zu ihrer Funktion in der elektronischen Schaltung Funktionen der Steuerung der Sensoren 2 und Aktuatoren 3, wobei dieses nicht immer der Fall sein muss.
  • Die Steuerung der Sensoren 2 und Aktuatoren 3 zur Formadaption der Trägereinrichtung 12 wird von Bauelementen vorgenommen, welche den/die Verbraucher 4, die Aktivierungseinrichtung(en) 5, die Abtasteinrichtung(en) 6 und die Steuereinrichtung(en) 7 bilden. Dieses können beispielsweise Kontroller wie Mikroprozessoren, DSP und dergleichen sein.
  • Die Bauelemente 8, 9 sowie weitere Bauteile können zum Teil oder vollständig mit einer Umhüllung 14 versehen sein, die beispielsweise ein Silikongel oder dergleichen ist. Ebenfalls können die Befestigungseinrichtungen 13 entsprechende bekannte mechanische Dämpfungsbauteile aufweisen, zum Beispiel aus einem Elastomerwerkstoff.
  • 5 zeigt eine schematische Schnittansicht einer zweiten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei im Gegensatz zu der ersten Ausgestaltung nach 4 die Aktuatoren 3 und Sensoren 2 unterhalb der Trägereinrichtung 12 angeordnet sind. Aber auch eine Anordnung zwischen den Bauelementen auf der gegenüberliegenden Seite oder auf beiden Seiten ist je nach Anwendungsfall selbstverständlich möglich. Die Aufbringung der Aktuatoren 3 und Sensoren 2 erfolgt in guter mechanischer Kopplung mit der Trägereinrichtung 12, beispielsweise durch Kleben.
  • Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
  • So ist es beispielsweise denkbar, dass eine Kombination aus einer passiven Vorrichtung 1 und einer aktiven Vorrichtung 10 in einem System angeordnet ist. Ebenfalls kann die Funktion der Sensoren 2 und Aktuatoren 3 je nach Bedarf festgelegt werden.
  • Die Sensoren 2 können auch als kapazitive, induktive und/oder piezoelektrische Sensoren ausgebildet sein.
  • Auch ist es möglich, dass der Verbraucher 4 synthetische Induktivitäten aufweist, das heißt, dass die benötigten Induktivitäten mit Hilfe von Operationsverstärkern ausgebildet sind.
  • Bei der Dämpfung von mehreren Schwingungsmoden kann der Verbraucher eine Vielzahl von Operationsverstärkern enthalten. Es sind auch Verwendungen von synthetischen Admittanzen möglich.
  • BEZUGSZEICHENLISTE
    Figure 00100001

Claims (16)

  1. Vorrichtung (1, 10) zum adaptiven Schutz von Trägereinrichtungen (12), insbesondere Substrate und/oder Leiterplatten, mit Bauelementen (8, 9) und Dämpfungselementen (16), dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungselemente (16) aus mindestens einem Sensor (2) oder Aktuator (3) mit einem Verbraucher (4) und/oder mit mindestens einem Sensor (3) und mindestens einem Aktuator (2) gebildet sind.
  2. Vorrichtung (1, 10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (2) und/oder Aktuatoren (3) in der Trägereinrichtung (12) und/oder auf der Trägereinrichtung (12) angeordnet sind.
  3. Vorrichtung (1, 10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1, 10) als eine passive Vorrichtung (1) und/oder eine aktive Vorrichtung (10) ausgebildet ist, wobei die passive Vorrichtung (1) einen Sensor (2) oder Aktuator (3) und einen Verbraucher (4) und die aktive Vorrichtung (10) einen Sensor (3), eine Abtasteinrichtung (6), eine Steuereinrichtung (7), eine Aktivierungseinrichtung (5) und einen Aktuator (3) aufweist.
  4. Vorrichtung (1, 10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbraucher (4) als ein ohmscher und/oder als ein frequenzabhängiger Widerstand ausgebildet ist.
  5. Vorrichtung (1, 10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der frequenzabhängige Widerstand des Verbrauchers (4) aus Operationsverstärkern gebildet ist.
  6. Vorrichtung (1, 10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (2) und der Aktuator (3) piezoelektrische Bauelemente sind.
  7. Vorrichtung (1, 10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (2) als ein kapazitiver oder induktiver oder piezoelektrischer Sensor ausgebildet ist.
  8. Verfahren zum adaptiven Schützen von Trägereinrichtungen (12), insbesondere Substrate und/oder Leiterplatten, mit Bauelementen (8, 9) und Dämpfungselementen (16), dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweist: (S1) Abtasten einer auf die Trägereinrichtung (12) einwirkenden Kraft (F1) durch einen Sensor (2) zum Erzeugen eines elektrischen Signals in Abhängigkeit von der einwirkenden Kraft (F1); (S2) Bearbeiten des so erzeugten Signals zum Erzeugen eines von der einwirkenden Kraft (F1) abhängigen Signals zum Erzeugen einer der einwirkenden Kraft entgegengesetzten Kraft; und (S3) Aktivieren eines Aktuators (3) in Abhängigkeit von dem so erzeugten Signal zum Erzeugen einer der einwirkenden Kraft (F1) entgegengesetzten Kraft (F2) und Aufbringen der Kraft (F2) auf die Trägereinrichtung (12) zum Schützen der Trägereinrichtung (12).
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (2) ein kapazitiver, induktiver oder piezoelektrischer Sensor und der Aktuator (3) ein piezoelektrisches Bauelement ist.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Verfahrensschritt (S2) das Signal verstärkt wird.
  11. Verfahren zum adaptiven Schützen von Trägereinrichtungen (12), insbesondere Substrate und/oder Leiterplatten, mit Bauelementen (8, 9) und Dämpfungselementen (16), dadurch gekennzeichnet, dass eine auf die Trägereinrichtung (12) einwirkenden Kraft (F1) eine Formänderung eines Sensors (2) oder Aktuators (3) zum Erzeugen eines elektrischen Stroms in Abhängigkeit von der einwirkenden Kraft (F1) erzeugt, wobei der Sensor (2) oder Aktuator (3) mit einem Verbraucher (4) zum Dämpfen des elektrischen Stroms belastet wird und somit eine Dämpfung der einwirkenden Kraft (F1) zum Schützen der Trägereinrichtung (12) erfolgt.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (2) oder Aktuator (3) als ein piezoelektrisches Bauelement und der Verbraucher (4) als ein ohmscher und/oder als ein frequenzabhängiger Widerstand ausgebildet ist.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der frequenzabhängige Widerstand des Verbrauchers (4) aus Operationsverstärkern gebildet ist.
  14. Verfahren zum adaptiven Schützen von Trägereinrichtungen (12), insbesondere Substrate und/oder Leiterplatten, mit Bauelementen (8, 9) und Dämpfungselementen (16) dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren nach den Ansprüchen 8 bis 10 in Kombination mit dem Verfahren nach den Ansprüchen 11 bis 13 ausgeführt wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass in der Befestigungseinrichtung (13) Kraftspeicher- (15) und Dämpfungselemente (16) integriert sind.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftspeicher- (15) und Dämpfungselemente (16) als Elastomerbauteile ausgebildet sind.
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