DE3546403A1

DE3546403A1 - Waermeschutzgehaeuse

Info

Publication number: DE3546403A1
Application number: DE19853546403
Authority: DE
Inventors: Johannes B. Kirkland Wash. Groeneweger
Original assignee: Sundstrand Data Control Inc
Current assignee: Sundstrand Data Control Inc
Priority date: 1984-12-31
Filing date: 1985-12-31
Publication date: 1986-07-03
Also published as: GB2169146B; GB2169146A; FR2582183A1; DE3546403C2; JPS61162787A; AU5147485A; SE8505946D0; DK608085D0; US4694119A; GB8530467D0; SE8505946L; DK608085A

Description

Sundstrand Data Control, Inc. Redmond Washington 98o52, V.St.A.

Wärmeschutzgehäuse

Die Erfindung betrifft Wärmeschutzgehäuse zum Schutz von Vorrichtungen oder Baugruppen vor schädlichen bzw. zerstörenden hohen Umgebungstemperaturen und insbesondere Wärmeschutzgehäuse, bei denen Größe und Gewicht eine große Rolle spielen. Die erfindungsgemäßen Wärmeschutzgehäuse eignen sich insbesondere als kompakte, leichte Speichereinheiten für flugzeugabsturzbeständige Flugschreiber-Speichervorrichtungen, die so ausgelegt sind, daß sie einen Flugzeugabsturz mit anschließendem Brand mit nur geringem Verlust oder sogar ohne Verlust der darin gespeicherten Informationen überstehen.

Es gibt zwar zahlreiche Fälle, in denen es erforderlich oder wünschenswert ist, einen Gegenstand, eine Vorrichtung oder eine Baugruppe vor der Einwirkung schädlicher hoher Umgebungstemperaturen zu schützen, jedoch bringt die Abschirmung der Speichereinheit von Flugschreibern bei einem Flugzeugabsturz und einem damit einhergehenden Brand extreme Konstruktions- und Eigenschaftsanforderungen mit sich. So muß die Speichereinheit, um Flugdaten, die

ihr von der Datenerfassungseinheit des Flugschreibers während eines vorbestimmten Zeitraums unmittelbar vor einem Flugzeugabsturz geliefert wurden, dauerhaft zu speichern, so ausgelegt und angeordnet sein, daß sie Temperaturen von über 1100 ⁰C standzuhalten vermag, die während eines Brands auftreten, wobei sie zugleich so gebaut sein muß, daß sie den Druck- und Eindringkräften standhält, die bei einem Aufprall oder einem sekundären Zusammenprall mit anderen Teilen oder Stücken eines Flugzeugs auftreten. Darüber hinaus müssen die Speichereinheiten von Flugschreibern zusätzlichen Konstruktionsbedingungen genügen, die sich aus Überlegungen ergeben, die allgemein auf Anlagen und Systeme von Flugzeugen anzuwenden sind und unter anderem Größe, Gewicht, Kosten, Wartung, Wartungsfreundlichkeit und Zuverlässigkeit betreffen.

Der technische Fortschritt auf den verschiedenen Gebieten der elektronischen Festkörper-Vorrichtungen und insbesondere Halbleiterspeichern hat zu elektronischen Speichervorrichtungen hoher Kapazität für die nicht flüchtige Speicherung digital codierter Information geführt, wobei programmierbare FET-Festwertspeicher und Blasenspeicher zwei typische Arten solcher Speichervorrichtungen darstellen. Da diese Vorrichtungen klein und leicht sind und hohe Zuverlässigkeit aufweisen, werden die bisher in Flugschreibersystemen verwendeten Magnetbandspeicher derzeit in zunehmendem Umfang durch Festkörperspeicher ersetzt.

Wegen,der gestiegenen Anforderungen hinsichtlich der Wärmeabschirmung ist es mit dem derzeit angewandten Verfahren, bei dem eine Magnetband- oder eine andere Flugschreiber-Speichereinheit innerhalb eines Hohlraums vorgesehen wird, der durch Umhüllen der Speichereinheit mit

einem festen Werkstoff, der ein relativ guter Wärmeisolator ist, entsteht, und Umgeben dieser Baugruppe mit einem metallischen Schutzgehäuse nicht möglich, die erwünschte Gesamtverringerung der Größe und des Gewichts der Speichereinheit zu erzielen, die bei Flugschreibern auf der Basis von Halbleiter-Speichervorrich-

und programmierbaren tungen wie etwa löschbaren/Festwertspeichern erzielbar ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wärmeschutzgehäuse zum Schutz von wärmeempfindlichen Gegenständen und insbesondere elektronischen Speichervorrichtungen vor dem Einfluß hoher Umgebungstemperaturen anzugeben, das insbesondere für Flugschreiberzwecke geeignet ist, die entsprechenden Anforderungen hinsichtlich Größe, Gewicht und Wartung sowie Betriebszuverlässigkeit erfüllt und ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Wärmeisolationsvermögen gegenüber dem Einfluß hoher Umgebungstemperaturen aufweist.

Die Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Das erfindungsgemäße Wärmeschutzgehäuse ist entsprechend gekennzeichnet durch

- ein Außengehäuse mit einem ersten inneren Hohlraum,

- eine Wärmeschutzauskleidung, die auf der Innenoberfläche des ersten inneren Hohlraums vorgesehen ist und einen zweiten inneren Hohlraum bildet und die einen Feststoff darstellt, der auch fest bleibt, wenn das Wärmeschutzgehäuse dem Einfluß hoher Umgebungstemperaturen ausgesetzt ist,

wobei innerhalb des zweiten inneren Hohlraums der Wärmeschutzauskleidung die wärmeempfindlichen Gegenstände beabstandet von seinen Innenwänden angeordnet sind,

und

- einen Wärmeisolator, der innerhalb des zweiten inneren Hohlraums vorgesehen ist und in dem die wärmeempfindlichen Gegenstände teilweise oder vollständig eingebettet sind und der bei einer vorgegebenen Temperatur einen Fest-Fest-Phasenübergang aufweist, wobei die vorgegebene Temperatur so gewählt ist, daß der Wärmeisolator in einer ersten festen Phase bleibt, wenn das Wärmeschutzgehäuse keiner hohen Umgebungstemperatur ausgesetzt ist, und ein Phasenübergang in eine zweite feste Phase stattfindet, wenn das Wärmeschutzgehäuse hohen Umgebungstemperaturen ausgesetzt ist.

Gemäß der Erfindung wird eine relativ kompakte und leichte Wärmeabschirmung dadurch erzielt, daß wenigstens als Teil des Wärmeschutzaufbaus, der die vor Wärme zu schützende Vorrichtung umgibt oder umhüllt, ein Wärmeisolator eingesetzt wird, der einen Fest-Fest-Phasenübergang aufweist. Dabei ist die Temperatur, bei welcher der Fest-Fest-Phasenübergang auftritt, wie folgt gewählt:

(a) Oberhalb der unter normalen Betriebsbedingungen auftretenden Höchstemperatur

und

(b) bei oder unterhalb der für die zu schützende Vorrichtung relevanten Höchsttemperatur.

Wenn der Wärmeisolator, der einen Fest-Fest-Phasenübergang besitzt, einem Feuer oder einer anderen hohen Umgebungstemperatur ausgesetzt wird, dient dieses Material (sowie jedes weitere verwendete Wärmeisoliermaterial) zunächst als konventionelle Wärmeabschirmung, da es eine relativ hohe thermische Trägheit aufweist. Wenn der zu einem Phasenübergang befähigte Wärmeisolator die Phasenübergangstemperatur erreicht, dient er dann als wirksamer Wärmeableiter, da die dem Material zugeführte Wärmeenergie

den Wärmeisolator von seiner ersten festen Phase in seine zweite feste Phase umwandelt, was mit einem Energieumsatz verbunden ist. Dadurch wird die bei Einwirkung einer hohen Umgebungstemperatur erreichte Höchsttemperatur auf einem annehmbar niedrigen Wert gehalten.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der bevorzugten Anwendung der Erfindungskonzeption auf Flugschreiber n'äher erläutert.

Entsprechende bevorzugte Ausführungsformen sind so ausgelegt, daß elektronische Festkörper-Speichervorrichtungen von Flugschreibern bei oder unterhalb einer Höchsttemperatur von 200 ⁰C gehalten werden, wenn die Flugschreiber-Speichereinheit einem Feuer ausgesetzt wird, bei dem Temperaturen von 1100 ⁰C während einer Dauer von 0,5 h vorliegen, und anschließend weitere 4 h ungestört belassen wird.

Ein Wärmeschutzgehäuse dieses Typs ist Gegenstand der DE-OS 34 32 789, wobei jedoch als Wärmeisolator ein synthetisches organisches Amidwachs eingesetzt ist, das einen Fest-Flüssig-Wärmeübergang aufweist. Ein derartiges Amidwachs, das günstig geeignet ist, ist unter der Bezeichnung HM 23 (Hersteller Glyco Inc., Greenwich, Connecticut, U.S.A.) im Handel. Nach dem oben genannten Stand der Technik ist als bevorzugter Wärmeisolator auch N,N-Ethylen-bis Cstearamid) (Ν,Ν-Distearoylethylendiamin, H₃₅C₁₇CONHC₂H₄NHCOc₁₇H₃₅) verwendbar, bei dem an beiden Seiten des Moleküls lineare Alkydgruppen an den Amidbindungen vorliegen.

Im Gegensatz zu diesem Stand der Technik beruht die erfindungsgemäße Wärmeschutzkonzeption wesentlich auf der Verwendung von Pentaerythrit (2,2-Bis(hydroxymethyl)-1,3-propandiol) als Wärmeisolator, der keinen Fest-Flüssig-

Phasenübergang, sondern einen Fest-Fest-Phasenübergang aufweist. Mit der Verwendung dieses Wärmeisolatormaterials ist eine signifikante Verbesserung des thermischen Verhaltens entsprechender Wärmeschutzgehäuse verbunden, was insbesondere für Flugschreiber zu einem erheblichen technischen Fortschritt führt.

Das Wärmeschutzgehäuse, das im folgenden anhand einer Anwendung als Flugschreiber erläutert wird, umfaßt ein Außengehäuse aus Metall, das hohe Wärmeleitfähigkeit und hohe Beständigkeit gegen Bruch und Eindringkräfte aufweist. Zur zusätzlichen Wärmeisolierung sind die Außenflächen des Außengehäuses üblicherweise mit einer Intumeszenzbeschichtung bzw. einem Intumeszenzanstrich versehen. Eine Isolierschicht aus einem festen Isoliermaterial mit relativ geringer thermischer Leitfähigkeit ist auf der Innenoberfläche des Außengehäuses vorgesehen und bildet einen viereckigen bzw. quaderförmigen Hohlraum, | der zentral innerhalb des Außengehäuses angeordnet ist. Eine oder mehrere gedruckte Schaltungsplatten, welche die zu schützenden elektronischen Festkörper-Speichervorrichtungen enthalten, sind innerhalb eines metallischen Zentralgehäuses vorgesehen, das innerhalb des zentralen Hohlraums eingesetzt ist, wobei der aus Pentaerythrit bestehende Wärmeisolator die gedruckten Schaltungsplatten umgibt und verkapselt.

Die elektrische Verbindung zwischen den elektronischen Festkörper-Speichervorrichtungen und einer an anderer Stelle befindlichen Flugdatenerfassungseinheit erfolgt über ein flexibles Mehrleiter-Flachbandkabel, mit dem die gedruckten Schaltungsplatten mit einem elektrischen Verbinder verbunden sind, der außerhalb des Außengehäuses angeordnet ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen Flugschreiber-Speichereinheit;

Fig. 2 eine teilweise im Querschnitt dargestellte Draufsicht auf die Flugschreiber-Speichereinheit von Fig. 1;

Fig. 3 ein Phasendiagramm eines in Vorrichtungen nach Fig. 1 und 2 gemäß dem Stand der Technik als Wärmeisolator eingesetzten synthetischen organischen Wachses bzw. des erfindungsgemäß eingesetzten Pentaerythrits

und

Fig. 4 ein Diagramm mit Temperatur-Zeit-Kurven für Flugschreiber-Speichervorrichtungen gemäß dem Stand der Technik, wobei lediglich ein konventionelles Feststoff-Wärmeisoliermaterial verwendet ist (Kurven 62 und 64) bzw. gemäß der Erfindung (Xurve 60).

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine wärmegeschützte Flugschreiber-Speichereinheit 10 gemäß der Erfindung. Derartige Speichereinheiten dienen bekanntlich dazu, verschiedene wichtige Betriebsparameter eines Flugzeugs während eines vorgegebenen Zeitintervalls aufzuzeichnen, das unmittelbar vor jeder Abschaltung des Flugschreibers liegt, wobei die Abschaltung auch durch Flugzeugabsturz erfolgen kann. Im Betrieb wird die in der Speichereinheit gespeicherte Information ständig von zusätzlichen Einheiten des Flugdatenauf Zeichnungssystems wie etwa einer Flugdatenerfassungseinheit geliefert, die Eingangssignale von verschiedenen Sensoren und Systemen des Flugzeugs empfängt

und verarbeitet und Ausgangssignale abgibt, die mit dem Aufzeichnungs- oder Speichermedium kompatibel sind, das in der Flugschreiber-Speichereinheit verwendet ist. Im Fall des vorliegenden Ausführungsbeispiels, bei dem als Informationsspeichermedium eine elektronische Festkörper-Speichervorrichtung wie etwa elektronisch löschbare und programmierbare Halbleiter-ROM-Schaltungen, verwendet ist, liefert die Flugdatenerfassungseinheit periodisch digitale Signale, die sequentiell in die Halbleiterspeicherschaltungen eingeschrieben werden, so daß die Speicherschaltungen eine Sequenz von Digitalworten speichern, die eine über die Zeit abgetastete Datendarstellung des Verlaufs jedes überwachten Parameters darstellt. Typischerweise wird bei den derzeit angewandten Verfahren allgemein Datenkompression eingesetzt, so daß eine Speicherung von Digitalsignalen möglich ist, die dem zeitlichen Verlauf jedes überwachten Parameters während 15 bis 30 min entsprechen.

Wie aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht, umfaßt das erfindungsgemäße, für Flugschreiber verwendbare Wärmeschutzgehäuse ein Außengehäuse 12 aus Metall, das bei Betrachtung jeweils senkrecht zu jeder seiner Hauptachsen im wesentlichen viereckigen Querschnitt besitzt. Flansche 14 erstrecken sich senkrecht von einander gegenüberliegenden Kanten an der Grundseite des Außengehäuses 12, mit denen eine Befestigung der Flugschreiber-Speichereinheit 10 an einer passenden Stelle im Flugzeug mit Bolzen oder anderen üblichen Befestigungselementen leicht möglich ist. Ein im wesentlichen im Querschnitt viereqkiger erster innerer Hohlraum 16 erstreckt sich von einer Endfläche des Außengehäuses 12 nach innen zur Grundfläche der Flugschreiber-ipeichereinheit 10, so daß der Hauptteil des Außengehäuses 12 eine im wesentlichen viereckige Außenhülle darstellt. Das Außengehäuse 12

besteht aus einer Titanlegierung oder einem anderen Werkstoff mit relativ geringer Dichte, relativ hoher Wärmeleitfähigkeit und relativ hoher Bruch- und Eindringbzw. Durchschlagfestigkeit, wobei die Wandabschnitte zwischen dem ersten inneren Hohlraum 16 und den Außenflächen des Außengehäuses 12 so dimensioniert sind, daß sie im Fall eines Flugzeugabsturzes bruch- und durchdringungsbeständig sind. Eine Intumeszenzbeschichtung oder Intumeszenzfarbe ist auf den Außenflächen des Außengehäuses aufgebracht, die während der anfänglichen Phasen eines Brandes eine thermische Isolierung ergibt. Derartige Materialien sind bekannt; hierzu gehört beispielsweise die handelsübliche Intumeszenzfarbe FLAMAREST 1000 (Vertrieb AVCO, Specialty Materials Division, Lowell, Massachusetts, U.S.A.).

Eine schalenartige Wärmeschutzauskleidung 18, die in den inneren Hohlraum 16 des Außengehäuses eingeschachtelt ist, bildet eine erste Wärmebarriere zum Schutz der Komponenten, die in den Innenbereichen der Flugschreiber-Speichereinheit 10 angeordnet sind, vor den hohen Temperaturen von Bränden, die während und nach eines Flugzeugabsturzes auftreten können. Die Wärmeschutzauskleidung hat relativ zu jeder ihrer Hauptachsen im wesentlichen viereckigen Querschnitt und bildet einen zweiten inneren Hohlraum 20, der koaxial im ersten inneren Hohlraum 16 des Außengehäuses 12 positioniert ist. Die Wärmeauskleidung 18 ist bevorzugt einstückig ausgebildet und besteht aus einem Feststoff, der einen guten Wärmeisolator darstellt, dh eine niedere Wärmeleitzahl K besitzt, und ferner eine relativ niedere Dichte hat. Geeignete Werkstoffe hierfür sind Wärmeschutzmaterialien, die geeignete Kombinationen eines Fasermaterials und eines sehr feinen teilchenförmigen Materials darstellen; derartige Wärmeschutzmaterialien sind handelsüblich (zB MIN-K 2000, Hersteller Johns-Manville Co., Denver, Colorado, U.S.A.,

sowie MICROTHERM, Hersteller Micropore Insulation, Ltd., Upton-Wirral Merseyside, England). Von den genannten Handelsprodukten ist das Material MICROTHERM für die Wärmeschutzauskleidung 18 bevorzugt, da es eine sehr niedere Wärmeleitfähigkeit aufweist (beispielsweise K = 0,146 bei 170 ⁰C; K = 0,27 bei 1100 ⁰C).

Wie am besten aus Fig. 1 ersichtlich ist, sind in einem relativ dünnwandigen Zentralgehäuse 22, das in den zweiten inneren Hohlraum 20 eingeschachtelt ist, eine oder mehrere gedruckte Schaltungsplatten 24 angeordnet, die eine Anzahl von Festkörper-Speichervorrichtungen 26 haltern wie auch untereinander elektrisch verbinden.

Die Anordnung von Fig. 1 entspricht einer herkömmlichen Anordnung gedruckter Schaltungsplatten, wobei jede Festkörper-Speichervorrichtung in einem sog.'dual-in-line'-Gehäuse (DIL-Gehäuse) eingekapselt ist; es können jedoch auch andere Anordnungen und Arten von Speichervorrichtungen gleichermaßen Verwendung finden."

So kann es zB bei einigen Ausführungsformen der Erfindung vorteilhaft sein, Halbleiterchips, die Schaltkreise für eine Anzahl von elektronisch löschbaren und programmierbaren Festwertspeichern enthalten, direkt auf einem Keramiksubstrat oder einem anderen Träger zu befestigen, der elektrische Verbindungen aufweist, die im Vakuum aufgedampft oder in anderer Weise darauf ausgebildet sind. In jedem Fall besteht das Zentralgehäuse 22 vorzugsweise aus einem Werkstoff wie rostfreiem Stahl oder einem anderen Metall, das einen annehmbaren Kompromiß zwischen Werkstoffdichte und Wärmekapazität darstellt (dh, bei dem das Produkt von Werkstoffdichte und Wärmekapazität relativ hoch ist), und das ferner eine einfache Bearbeitung oder Formgebung erlaubt. Außerdem ist jede ge-

gedruckte Schaltungsplatte 24 innerhalb des Zentralgehäuses 22 so befestigt, daß jede Festkörper-Speichervorrichtung 26 von den Innenoberflächen des Zentralgehäuses 22 beabstandet ist.

Zur Erzielung eines hohen Wärmeabschirmungsgrads sind gemäß der Erfindung die Hohlräume bzw. Zwischenräume zwischen den Innenwänden des Zentralgehäuses 22, der gedruckten Schaltungsplatte(n) 24 und den daran angrenzenden Festkörper-Speichervorrichtungen 26, wie insbesondere auch aus Fig. 2 hervorgeht, mit dem Wärmeisolator 28 ausgefüllt, der bei oder unterhalb des erwünschten Temperaturgrenzwerts für Festkörper-Speichervorrichtungen 26 einen Fest-Fest-Phasenübergang aufweist.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, ist ein derartiges Material durch einen ersten Temperaturbereich gekennzeichnet, in dem eine Erhöhung der ihm zugeführten Wärmeenergie eine entsprechende lineare Erhöhung der Materialtemperatur zur Folge hat (Material befindet sich auf einer Temperatur unterhalb seines Schmelzpunkts T in Fig. 3), sowie durch einen relativ konstanten Temperaturbereich, in dem eine Erhöhung der zugeführten Wärmeenergie eine Zustandsänderung des Materials, beim Stand der Technik einen Fest-Flüssig-Phasenübergang und im erfindungsgemäßen Fall einen Fest-Fest-Phasenübergang, hervorruft. Wie Fig. 3 schematisch zeigt, bewirkt eine weitere Erhöhung der einem solchen Material nach Erreichen bzw. Abschluß des ersten Phasenübergangs zugeführten Wärmeenergie allgemein einen zweiten Phasenübergang, der bei herkömmlichen Wärmeisolatormaterialien wie synthetischen organischen Wachsen zum Verdampfen und im Fall des erfindungsgemäß eingesetzten Pentaerythrits zum Schmelzen des Wärmeisolatormaterials führt, wobei eine weitere Erhöhung der zugeführten Wärmeenergie dann einen Temperaturanstieg des erzeugten Dampfes bzw. im erfindungsgemäßen Fall der resultierenden

Schmelze von Pentaerythrit bewirkt. Diese letztgenannte ,Eigenschaft ist für die Erfindungskonzeption nur insofern von Bedeutung, als der in der Praxis eingesetzte Wärmeisolator 28 so ausgewählt ist, daß nur ein geringes oder kein Schmelzen ces Pentaerythrits erfolgt, wenn die Flugschreiber-Jpeichereinheit 10 gemäß Fig. 1 hohen Umgebungstemperaturen ausgesetzt wird, wie sie etwa im Fall eines Flugzeugbrandes auftreten.

Im Stand der Technik gemäß der DE-OS 34 32 789 sind als Wärmeisolatormaterialien synthetische organische Wachse vom Amidtyp eingesetzt, während erfindungsgemäß Pentaerythrit bzw. feste Lösungen von Pentaerythrit verwendet werden. Nach dem Stand der Technik günstig geeignete Amidwachse sind die Handelsprodukte HM 23 (Glyco, Inc., Greenwhich, Conn., U.S.A.) sowie Ν,Ν-Ethylen-bisCstearamid) (Ν,Ν-Distearoylethylendiamin, H₃₅C₁₇CONHC₂H₄NHCOc₁₇H₃₅) bzw. ACRAWAX C (Glyco, Inc., Greenwich, Conn., U.S.A.). Das Handelsprodukt HM 23 besitzt den Vorteil eines hohen Flammpunkts (277 ⁰C) und Schmelzpunkts (193 ⁰C), was sich als zum Schutz von Festkörper-Speichervorrichtungen, wie sie in Flugschreibersystemen des gattungsgemäßen Typs eingesetzt werden, geeignet erwies. N,N-Ethylen-bis(stearamid) (Flammpunkt 271 ⁰C, Schmelzpunkt 143 ⁰C) wurde im Stand der Technik für Fälle als vorteilhaft angesehen, in denen ein niedrigerer Schmelzpunkt gewünscht wurde. Beide herkömmlicherweise verwendeten Materialien sind nicht toxisch und in verschiedenen Teilchenformen verfügbar.

Im Gegensatz dazu wird gemäß dem Erfindungskonzept als Wärmeisolator Pentaerythrit (2 ,2-Bis(hydroxymethyl)-1,3-propandiol) verwendet, also ein-Polyalkohol mit tetraedrischer Molekülstruktur, bei der an einem zentralen C-Atom vier Hydroxymethylgruppen gebunden sind. Dieses Material besitzt einen Schmelzpunkt von 258 - 260 ⁰C

(F. Pentaerythrit 262 °C), eine Fest-Fest-Übergangstemperatur von 184 bis 185 °C und eine latente Wärme des Phasenübergangs von etwa 301 J/g (72 cal/g).

Gemäß den Fig. 1 und 2, die den mechanischen Aufbau der Flugschreiber-Speichereinheit 10 zeigen, erfolgt der elektrische Anschluß an die gedruckte Schaltungsplatte 24 über ein biegsames Flachbandkabel 30, das aus Polyimidband oder einem anderen entsprechenden Material besteht und eine Reihe von voneinander beabstandeten Leiterstreifen umfaßt. Wenn die Schaltungsplatte 24 im Zentralgehäuse angeordnet ist, geht das Flachbandkabel 30 durch einen rechtwinkligen Schlitz 32 hindurch nach außen, der in einer Randkante des Zentralgehäuses 22 vorgesehen ist. Das Zentralgehäuse 22 wird nach dem Einsetzen der gedruckten Schaltungsplatte(n) erfindungsgemäß mit Pentaerythrit gefüllt, so daß die gedruckte Schaltungsplatte(n) 24, die elektronischen Festkörper-Speichervorrichtungen 26 und das Flachbandkabel 30 damit umkapselt werden. Eine innere Abdeckeinheit 34, die eine viereckige Metallplatte 36 und Flansche 38 aufweist, die sich senkrecht dazu erstrecken und an den Innenwandungen des Zentralgehäuses 22 anliegen, verschließt das Zentralgehäuse 22 im wesentlichen hermetisch und enthält den Wärmeisolator 28, dh Pentaerythrit, der bei einem Flugzeugabsturz mit anschließendem Brand entsprechend die oben erläuterten Phasenübergänge und damit eine entsprechende Wärmeschutzwirkung ergibt.

Die Wärmeisolierung für die Stirnfläche des Zentralgehäuses 22, die durch die Abdeckeinheit 34 vorgegeben ist, wird durch einen im wesentlichen viereckigen Wärmeisolator 40 gebildet, der aus dem gleichen Material besteht, das auch für die Wärmeschutzauskleidung 18 herangezogen wird (zB das oben erwähnte handelsübliche Material MICROTHERM).

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Wie Fig. 1 zeigt, ist der Wärmeisolator 40 bevorzugt mit einem glasfaserverstärkten Harz 42 oder einem anderen beständigen Werkstoff zum Schutz des Wärmeisolators 40 beschichtet.

Eine zweite im wesentlichen viereckige Platte 44, die aus dem gleichen Werkstoff wie das Außengehäuse 12 besteht, verschließt die offene Endfläche des Außengehäuses 12, so daß die Flugschreiber-Speichereinheit 10 im wesentlichen hermetisch dicht vollständig umschlossen ist, und sorgt für im wesentlichen identische Wärmeleitung in Bezug auf die Wärmeenergie, die durch jede viereckige Fläche der Flugschreiber-Speichereinheit 10 eingeführt wird.

Wie Fig. 1 zeigt, tritt das elektrische Flachbandkabel 30 aus dem ersten inneren Hohlraum 16 des Außengehäuses 12 durch, einen rechteckigen Schlitz 46 aus, der in einer Wand des Außengehäuses 12 vorgesehen ist. Ein Verbinder 48 am Ende des Flachbandkabels 30 paßt in einen Verbinder 50, der auf einer gedruckten Schaltungsplatte 52 vorgesehen ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die gedruckte Schaltungsplatte 52 im wesentlichen parallel zu der den Schlitz 46 aufweisenden Fläche des Außengehäuses 12 angeordnet und enthält übliche elektronische Interface- oder Steuerschaltungen (in Fig. 1 nicht dargestellt) zur sequentiellen Adressierung der Festkörper-Speichervorrichtungen 26 während des Betriebs des Flugdatenauf Zeichnungssystems. Zur Bewahrung der in den Festkörper-Speichervorrichtungen 26 gespeicherten Daten ist es zwar nicht erforderlich, daß diese Steuerschaltung einen.Brand übersteht; sie ist jedoch bevorzugt innerhalb der Flugschreiber-Speichereinheit 10 angeordnet, um Datenfehler auszuschalten, die sonst durch elektromagnetische Störungen und verschiedene andere in elektrischen Anlagen von Flugzeugen auftretende Transienteneffekte hervorgerufen werden könnten.

Zur Vervollständigung der Flugschreiber-Speichereinheit 10 und zum elektrischen Anschluß zwischen der Flugdatenerfassungseinheit und der gedruckten Schaltungsplatte 52 ist noch ein elektrischer Verbinder 54 vorgesehen, der durch die Hauptfläche eines im wesentlichen U-förmigen Flansches 56 hindurchgeht. Wie Fig. 1 zeigt, ist der Flansch 56 am Außengehäuse 12 befestigt, wobei der Verbinder 54 von der gedruckten Schaltungsplatte 52 beabstandet ist. Ein geeignet bemessenes Flachbandkabel 58 verbindet den Verbinder 54 elektrisch mit der gedruckten Schaltungsplatte 52.

Fig. 4 zeigt den Grad der Wärmeisolierung, der in der Praxis gemäß der Erfindung erzielbar ist, im Vergleich mit herkömmlichen Vorrichtungen gleichen Typs, bei denen jedoch andere Wärmedämmaterialien eingesetzt sind. In Fig. 4 ist die Abhängigkeit der Temperatur von der Zeit für eine Flugschreiber-Speichereinheit mit dem auch erfindungsgemäß zugrundegelegten Aufbau dargestellt, wobei Kurve 60 dem erfindungsgemäßen Fall entspricht, während die Kurven 62 und 64 auf eine ansonsten gleiche Vorrichtung bezogen sind, bei der allerdings kein Wärmeisolator 28 mit einem Fest-Fest-Phasenübergang, sondern lediglich dickere Wärmeschutzauskleidungen 18 vorgesehen sind, die aus dem oben erwähnten handelsüblichen Material MIN-K 2000 (Kurve 62) bzw. MICROTHERM (Kurve 64) bestehen. Jede der Fig. 4 zugrundeliegenden Flugschreiber-Speichereinheiten, welche die Daten von Fig. 4 lieferten, besaß eine Höhe von 7,62 cm, eine Länge von 12,2 cm und eine Breite von 11,4 cm, wobei das Außengehäuse 12 eine Wandstärke von 0,32 cm aufwies. Der viereckige Hohlraum im Außengehäuse 22 der drei Fig. 4 zugrundeliegenden Flugschreiber-Speichereinheiten war folglich etwa 7 cm hoch, etwa 11,6 cm lang und etwa 10,8 cm breit. Bei den beiden Flugschreiber-Speichereinheiten mit der herkömmlichen

Isolierung ohne Verwendung eines schmelzbaren bzw. einen Fest-Fest-Phasenübergang aufweisenden Wärmeisolator betrug die Dicke der festen Wärmeschutzauskleidung etwa 2,3 cm. Im Gegensatz dazu wurde bei der erfindungsgemäßen Flugschreiber-Speichereinheit (Kurve 60) eine Wärmeschutzauskleidung aus MICROTHERM einer Dicke von 1,5 cm verwendet, so daß ein mittlerer Hohlraum (zweiter innerer Hohlraum 20 in Fig. 1) von etwa 5,5 cm Höhe, etwa 8,5 cm Länge und etwa 7,6 cm Breite vorlag.

In den zweiten inneren Hohlraum 20 wurden etwa 184 g

bzw. eine entsprechende Menge Pentaerythrit geschmolzenes Amidwachs HM 23 (F. 1Z3 C)/eingebracht, so daß die gedruckte Schaltungsplatte 24 und die zugehörigen Festkörper-Speichervorrichtungen 26 vollständig damit umkapselt wurden. Die Außenoberflächen sämtlicher drei Fig. 4 zugrundeliegenden Flugschreiber-Speichereinheiten wiesen ferner eine aufgesprühte Beschichtung mit der oben erwähnten Intumeszenzfarbe FLAMAREST 1000 in einer Schichtdicke von 0,5 cm auf.

Das bessere thermische Verhalten der erfindungsgemäßen Flugschreiber-Speichereinheit ist aus Fig. 4 unmittelbar ersichtlich, in der die an oder nahe an den Festkörper-Speichervorrichtungen vorliegende Temperatur in Abhängigkeit von der Zeit angegeben ist, die beim Testen an oder nahe den Festkörper-Speichervorrichtungen erhalten wurde, wenn die geprüften Flugschreiber-Speichereinheiten der Hitzeeinwirkung eines Kerosinbrenners ausgesetzt wurden, der Temperaturen im Bereich von 1100 ⁰C bei einem Wärmefluß von 568.000 kJ/m²A- h (etwa 50.000 BTU/ft² « h) während einer Zeit von 0,5 h erzeugte, und die Einheiten dann für 4 h ungestört belassen wurden. Es ist dabei von besonderer Wichtigkeit, daß die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzielte Höchsttemperatur etwa 176,6 ⁰C betrug, während die zu Vergleichszwecken herangezogenen Vorrichtungen eine Höchsttemperatur von etwa 337 ⁰C

(Isolierung mit MIN-K 2000) bzw. von 218,3 °C (Isolierung mit MICROTHERM) erreichten. Ferner erreichte die Vorrichtung mit herkömmlicher Isolierung mit MIN-K 2000 (Kurve 62) die höchste Innentemperatur etwa 39 min nach dem Zünden des Kerosinbrenners, während die mit MICRO-THERM-Isolierung versehene Vorrichtung (Kurve 64) die höchste Innentemperatur etwa 55 min nach Zünden des Brenners erreichte. Im Gegensatz dazu wies die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Wärmeträgheit auf, die erheblich über der der beiden zu Vergleichszwecken herangezogenen Vorrichtungen mit Feststoffisolierung lag, wobei die höchste Innentemperatur im erfindungsgemäßen Fall etwa 68 min nach Zünden des Kerosinbrenners erreicht wurde.

Aus Fig. 4 geht ferner hervor, daß die in dem getesteten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel erreichte Temperatur nach einer Brenndauer von 30 min des Kerosinbrenners erreichte Temperatur (137,8 ⁰C) erheblich unter der Temperatur liegt, die mit den in herkömmlicher Weise wärmegedämmten Vorrichtungen erzielbar ist (MICROTHERM-Isolierung: etwa 160,6 ⁰C; MIN-K 2000-Isolierung: etwa 204 ⁰C).

Während der gesamten Brenndauer des Kerosinbrenners (Zeit weniger als 30 min) sowie während der gesamten Zeit, die erforderlich war, damit die geprüften Speichereinheiten die höchste Innentemperatur erreichten, blieb die Temperatur der erfindungsgemäßen Vorrichtung unter derjenigen der beiden zu Vergleichszwecken herangezogenen Vorrichtungen, bei denen als Isoliermaterialien lediglich MIN-K 2000 bzw. MICROTHERM herangezogen worden waren.

Da der bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel verwendete Pentaerythrit die gespeicherte Wärmeenergie langsamer abgibt als in den Fällen der mit MIN-K 2000 bzw. MICROTHERM isolierten Vergleichsvorrichtungen, ist die Temperatur der getesteten erfindungsgemäßen Vorrich-

tung am Ende der Testzeit von Fig. 4 (4,5 h) geringfügig höher als diejenige der beiden Vergleichsvorrichtungen.

Die Differenz zwischen der Temperatur-Zeit-Kurve der erfindungsgemäßen Vorrichtung und denjenigen der Vergleichsvorrichtungen, die lediglich eine feste Wärmeauskleidung aufwiesen, ist insbesondere im Hinblick auf die Bewahrung der digital codierten Information von Bedeutung, die in den Festkörper-Speichervorrichtungen 26 enthalten ist. So ist insbesondere die Wahrscheinlichkeit einer Zerstörung von Bits gespeicherter Daten nicht nur eine Funktion der höchsten erreichten Temperatur, sondern nimmt im wesentlichen proportional mit der Zeit zu, während der sich die Speichervorrichtungen auf im wesentlichen hohen Temperaturen befinden. Wie aus Fig. und der obigen Erläuterung hervorgeht, sind die Speichervorrichtungen in der geprüften Ausführungsform gemäß der Erfindung einer geringeren Wärmeenergie ausgesetzt als diejenigen in den Speichereinrichtungen gemäß den Vergleichsvorrichtungen. Da somit die Fläche unterhalb Kurve 60 kleiner ist als die Flächen unterhalb der Kurven 62 bzw. 64, ist ersichtlich, daß durch die erfindungsgemäße Ausführungsform mit der entsprechenden Temperatur-Zeit-Kennlinie gemäß Kurve 60 von Fig. 4 die Wahrscheinlichkeit des Verlusts einer unannehmbaren Menge gespeicherter Flugdaten gegenüber Speichereinheiten vergleichbarer Größe, bei denen nur feste Wärmeauskleidungen verwendet sind, erheblich herabgesetzt wird.

Die Erfindung ist vorstehend anhand einer bevorzugten Ausführungsform in der Anwendung als Flugschreiber eines FlugdatenaufZeichnungssystems erläutert. Für den Fachmann ist jedoch ersichtlich, daß sich die zugrundeliegende allgemeine Erfindungskonzeption auch auf zahl-

reiche andere Anwendungsfälle übertragen läßt.

So kann die Erfindungskonzeption beispielsweise auch für alle anderen Anwendungsfälle angewandt werden, in denen eine kompakte und leichte thermische Isolierung gefordert wird. Derartige Anwendungsfälle werden immer häufiger, zB bei Flugzeugen und Raumfahrzeugen, da immer mehr elektronische Systeme, die üblicherweise früher mit Analogschaltungen realisiert wurden, nunmehr durch Digitalsysteme ersetzt werden.

Das Zentralgehäuse 22 ist ferner erfindungsgemäß nicht zwingend erforderlich und kann entsprechend auch, je nach Anwendungszweck, entfallen. Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wird allerdings zum leichteren Zusammenbau sowie als Behälter zur Aufnahme des Teils der Flugschreiber-Speichereinheit, der zur Wiedergewinnung aufgezeichneter Flugdaten gefunden werden muß, ein Zentralgehäuse 22 angewandt.

Claims

Ansprüche

1. Wärmeschutzgehäuse zum Schutz eines oder mehrerer wärmeempfindlicher Gegenstände vor dem Einfluß hoher Umgebungstemperaturen,
gekennzeichnet durch

- ein Außengehäuse (12) mit einem ersten inneren Hohlraum (16),

- eine Wärmeschutzauskleidung (18), die auf der Innenoberfläche des ersten inneren Hohlraums (16) vorgesehen ist und einen zweiten inneren Hohlraum (20) bildet und die einen Feststoff darstellt, der auch fest bleibt, wenn das Wärmeschutzgehäuse dem Einfluß hoher Umgebungstemperaturen ausgesetzt ist,

wobei innerhalb des zweiten inneren Hohlraums (20) der Wärmeschutzauskleidung (18) die wärmeempfindlichen Gegenstände (24, 26) beabstandet von seinen Innenwänden angeordnet sind,

und

- einen Wärmeisolator (28), der innerhalb des zweiten inneren Hohlraums (20) vorgesehen ist und in dem die wärmeempfindlichen Gegenstände (24, 26) teilweise oder

572-(B01844A)-SF/Ms

vollständig eingebettet sind^und der bei einer vorgegebenen Temperatur einen Fest-Fest-Phasenübergang aufweist, wobei die vorgegebene Temperatur so gewählt ist, daß der Wärmeisolator (28) in einer ersten festen Phase bleibt, wenn das Wärmeschutzgehäuse keiner hohen Umgebungstemperatur ausgesetzt ist, und ein Phasenübergang in eine zweite feste Phase stattfindet, wenn das Wärmeschutzgehäuse hohen Umgebungstemperaturen ausgesetzt ist (Fig. 1, 2).

2. Wärmeschutzgehäuse nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß

- innerhalb des zweiten inneren Hohlraums (20) der Wärmeschutzauskleidung (18) ein Zentralgehäuse (22) vorgesehen ist, innerhalb dessen die wärmeempfindlichen Gegenstände (24, 26) beabstandet von seinen Innenwänden angeordnet sind,

und

- der Wärmeisolator (28) die Zwischen- bzw. Hohlräume zwischen den Innenwänden des Zentralgehäuses (22) und den darin angeordneten wärmeempfindlichen Gegenständen (24, 26) teilweise oder vollständig ausfüllt (Fig. 1, 2),

3. Wärmeschutzgehäuse nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch

Pentaerythrit (2,2-Bis(hydroxymethyl)-1,3-propandiol) als Wärmeisolator (28).

4. Wärmeschutzgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

daß die wärmeempfindlichen Gegenstände Festkörper-Speichervorrichtungen (26) zur Speicherung von Daten sind, die nach Beaufschlagung des Wärmeschutzgehäuses mit hohen Umgebungstemperaturen wiederzugewinnen sind.

5. Wärmeschutzgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

daß es als zerstörungsfeste Speichereinheit ausgebildet ist,

wobei die Wärmeschutzauskleidung (18) und der Wärmeisolator (28) die Speichereinheiten (26) sowohl innerhalb eines normalen Bereichs der Betriebstemperatur als auch unter Einfluß hoher Umgebungstemperaturen jeweils unterhalb eines vorgegebenen Temperaturgrenzwerts halten, und die vorgegebene Temperatur, bei welcher der Fest-Fest-Phasenübergang des Wärmeisolators (28) stattfindet, nicht höher ist als der vorgegebene Temperaturgrenzwert, aber über dem normalen Bereich der Betriebstemperatur liegt.

6. Wärmeschutzgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

daß es als flugzeugabsturzbeständige Flugschreiber-Speichereinheit ausgebildet ist,
wobei

- die Speichereinheiten (26) zur Speicherung von Flugdaten bei Temperaturen bis zu einer maximal zulässigen Spitzentemperatur vorgesehen sind,

und

- die vorgegebene Temperatur, bei welcher der Fest-Fest-* Phasenübergang des Wärmeisolators (28) stattfindet, nicht höher ist als die maximal zulässige Spitzentemperatur.

7. Flugzeugabsturzbeständige Flugschreiber-Speichereinheit, gekennzeichnet durch

ein Wärmeschutzgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 5.