DE69600389T2

DE69600389T2 - Stossgeschützte elektronische Vorrichtung durch Einkapsulierung

Info

Publication number: DE69600389T2
Application number: DE69600389T
Authority: DE
Inventors: Claude Bouyon; Marc Lacroix
Original assignee: Airbus Group SAS
Current assignee: Airbus Group SAS
Priority date: 1995-05-18
Filing date: 1996-05-06
Publication date: 1998-11-19
Anticipated expiration: 2016-05-07
Also published as: EP0743816A1; CA2176285C; FR2734405A1; GR3027577T3; NO314430B1; FR2734405B1; CA2176285A1; DE69600389D1; EP0743816B1; NO961991D0; NO961991L; US5706180A; ES2119551T3

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Vorrichtung mit einer Gruppe von Platten mit elektronischen Bauteilen, die gegenüber energiereichen Stößen in einer bestimmten Richtung beständig ist, sowie auf ein Verfahren zur Verwirklichung der elektronischen Vorrichtung.
Diese Erfindung ist besonders, wenn auch nicht ausschließlich, für Aufzeichnungsvorrichtungen in einem beweglichen Gerät, insbesondere einem Luftfahrzeug, geeignet und ist gegen sehr hohe physikalische Belastungen vor allem bei einem Stoß gegen das Gerät beständig.
Derartige Aufzeichnungsvorrichtungen beispielsweise für ein Lufffahrzeug, die Daten während des Fluges des Luftfahrzeugs und/oder während eines Stoßes aufzeichnen, der von diesem verursacht wurde oder nicht, müssen so konzipiert sein, daß sie Wärmebeanspruchungen und vor allem mechanischen Belastungen während des Stoßes, die sehr hoch sein können, standhalten können, so daß die aufgezeichneten Informationen verarbeitet werden können.
Derartige Aufzeichnungsvorrichtungen werden insbesondere für Aufzeichnungen bei Flugtests, vor allem bei Raketentests eingesetzt, die beispielsweise bei der Entwicklung eines Waffensystems unter Verwendung derartiger Raketen durchgeführt werden.
Aufzeichnungsvorrichtungen und ganz allgemein die hier betrachteten elektronischen Vorrichtungen haben eine Gruppe von ebenen Platten mit elektronischen Bauteilen, die im Abstand parallel zueinander angeordnet sind.
Wie bekannt sind diese im allgemeinen gleichen runden Platten miteinander durch eine Vielzahl starrer Metallstangen verbunden, die senkrecht zur Plattenebene verlaufen und gleichmäßig am äußeren Umfang der Platten verteilt sind, wobei die Metallstangen mitunter ebenfalls eine elektrische Verbindung zwischen den Platten gewährleisten.
Eine derartige Montagelösung ist jedoch sehr teuer und bei einem im allgemeinen senkrecht zur Plattenebene zu erwartenden Stoß außerdem wenig zufriedenstellend, da:
- einerseits alle bei einem derartigen Stoß erzeugten Belastungen durch die oben beschriebene ausschließlich starre unelastische Struktur aufgenommen werden müssen; und
- andererseits die Metallstangen zwar einen relativ guten mechanischen Halt der Platten insbesondere an deren äußerem Umfang gewährleisten, die auf diesen Platten angebrachten elektronischen Bauteile jedoch durch keine spezifischen Mittel fixiert werden und demzufolge für die vorgesehenen Operationen unzureichend befestigt sind, so daß eine hohe Gefahr besteht, daß diese elektronischen Bauteile abgerissen oder beschädigt werden.
Außerdem sind diese elektronischen Bauteile auch nicht gegen andere nichtmechanische Beanspruchungen, wie zum Beispiel Belastungen durch das Umfeld, insbesondere thermische Belastungen, geschützt.
Gegenstand dieser Erfindung ist die Beseitigung dieser Nachteile. Sie bezieht sich auf eine elektronische Vorrichtung mit einer Gruppe von Platten mit elektronischen Bauteilen, die im Abstand parallel zueinander angeordnet sind, wobei die elektronische Vorrichtung Stößen in einer bestimmten Richtung, annähernd senkrecht zur Plaffenebene sowie sehr ungünstigen Belastungen durch das Umfeld standhalten kann.
Dazu ist die elektronische Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch bemerkenswert, daß sie ein Schutzgehäuse aus Elastomer um die Plattengruppe herum hat, wobei das Elastomer alle Räume zwischen den Platten ausfüllt und in Stoßrichtung für die Plattengruppe mindestens eine vordere Abschirmung bildet.
Durch diese vordere Abschirmung und die elastischen Eigenschaften des Elastomers kann das Schutzgehäuse sehr energiereiche Stöße dämpfen und so die Plattengruppe gegen sehr hohe mechanische Belastungen schützen.
Da das Elastomer des Schutzgehäuses darüber hinaus alle Räume zwischen den Platten ausfüllt und damit alle elektronischen Bauteile auf den Platten umhüllt, besteht im Gegensatz zu den obengenannten bekannten Vorrichtungen keine Gefahr, daß die elektronischen Bauteile abgerissen oder beschädigt werden.
Außerdem hat das Schutzgehäuse aus Elastomer zahlreiche weitere Vorteile, insbesondere:
- Es ist dicht, so daß es einen wirksamen Schutz vor allem gegen Wasser und Staub bietet; und
- es weist über sehr weite Temperaturbereiche eine hohe Wärmebeständigkeit auf.
Da diese Erfindung zudem für alle elektronischen Vorrichtungen einsetzbar ist, die dem einleitenden Anspruch entsprechen, hat sie den Vorteil einer Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten.
Vorteilhafterweise bildet das Elastomer außerdem eine hintere Abschirmung der Plattengruppe, so daß die Plattengruppe gegen einen etwaigen Stoß von hinten durch einen Rückpralleffekt geschützt werden kann. Das Schutzgehäuse hat günstigerweise eine allgemein zylindrische oder parallelepipedische Form.
Als Elastomer für die Herstellung des Schutzgehäuses wird vorzugsweise Silicon verwendet. Silicon hat den Vorteil, flammwidrig zu sein. Bei einem Brand (Überhitzung) hält es mehrere Sekunden lang 3000ºC stand. Seine Temperaturleitfähigkeit beträgt 0,23 W/M/ºK. Vorteilhaft ist es auch, wenn das Silicon zumindest teilweise durchsichtig ist, so daß eine wenigstens ungefähre Sichtkontrolle der Plattengruppe erfolgen kann.
Außerdem haben die vordere und die hintere Abschirmung des Schutzgehäuses günstigerweise Aussparungen am Umfang, die vorzugsweise konisch sind, so daß Räume entstehen, die bei einem Stoß, der zu einer Verformung des Schutzgehäuses führen kann, eine Ausdehnung des Elastomers ermöglichen.
Darüber hinaus hat die elektronische Vorrichtung vorteilhafterweise mindestens ein Hilfsteil, beispielsweise eine wabenförmige Unterlegscheibe, das vorne am Schutzgehäuse in Stoßrichtung angebracht ist. Das Zusammendrücken des Hilfsteils bei einem Stoß trägt ebenfalls zur Dämpfung bei, vor allem da sich dadurch die Schutzdauer des Schutzgehäuses erhöht und die induzierten Stoßbelastungen somit verringert werden.
Natürlich kann die erfindungsgemäße elektronische Vorrichtung direkt in einer Lagerung von geeigneter Form an dem mit der elektronischen Vorrichtung auszurüstenden Fluggerät angebracht werden.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung hat das Schutzgehäuse jedoch eine starre Ummantelung vorzugsweise aus einem Verbundwerkstoff, die mit dem Fluggerät fest verbunden wird, so daß die elektronische Vorrichtung einen seitlichen Schutz erhält und gleichzeitig die Dämpfung bei einem Stoß aufgrund der dann zwischen dem Schutzgehäuse und der starren Ummantelung bestehenden Reibung verbessert wird. Diese starre Ummantelung ermöglicht zudem eine Vereinfachung der Ausführung der erfindungsgemäßen elektronischen Vorrichtung, da sie die Anwendung eines vorteilhaften erfindungsgemäßen Ausführungsverfahrens, das im weiteren beschrieben wird, ermöglicht.
Diese Erfindung bezieht sich somit ebenfalls auf ein Verfahren zur Verwirklichung der obengenannten elektronischen Vorrichtung.
Dazu ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch bemerkenswert, daß:
- die Plattengruppe in die starre Ummantelung eingesetzt wird, die in ihrer Längsrichtung mit Öffnungen versehen ist;
- die Enden der starren Ummantelung abgedichtet werden;
- durch die Öffnungen in die starre Ummantelung ein Elastomer gegossen wird, so daß das Elastomer die Plattengruppe umgibt und die Räume zwischen den Platten ausfüllt; und
- das Elastomer, das somit das Schutzgehäuse und zumindest die vordere Abschirmung bildet, zum Erstarren gebracht wird.
Mit Hilfe der Erfindung kann das Schutzgehäuse somit sehr einfach hergestellt und direkt innerhalb der entsprechenden starren Ummantelung angebracht werden.
Die Figuren der beigefügten Zeichnung erleichtern das Verständnis dafür, wie die Erfindung verwirklicht werden kann. In diesen Figuren werden gleiche Teile mit identischen Bezugszahlen bezeichnet.
Figur list ein schematischer Längsschnitt einer erfindungsgemäßen elektronischen Vorrichtung nach einer ersten Ausführungsart.
Figur 2 ist ein schematischer Längsschnitt einer erfindungsgemäßen elektronischen Vorrichtung nach einer zweiten Ausführungsart
Figur 3 ist ein Teilschnitt der erfindungsgemäßen elektronischen Vorrichtung nach Linie III-III von Figur 2.
Die Erfindung findet auf eine elektronische Vorrichtung 1 Anwendung, die schematisch für eine erste Ausführungsart in Figur 1 dargestellt ist.
Die elektronische Vorrichtung 1 hat eine Gruppe runder ebener Platten 2, auf denen sich elektronische Bauteile 3 befinden, die schematisch in Figur 1 dargestellt sind.
Die Platten 2 sind parallel zueinander angeordnet, wobei der Abstand zwischen ihnen durch Stege 4 bestimmt wird, die gleichförmig in der Nähe des Umfangs der Platten 2 verteilt sind.
Entsprechend der vorgesehenen Ausführungsart sind die Stege 4:
- entweder einzeln an den jeweils benachbarten Platten befestigt;
- oder, wenn sie hohl sind, zusammen in Längsrichtung durch eine nicht dargestellte innere Stange befestigt, die lediglich an den äußersten Platten der Plattengruppe beispielsweise angeschraubt ist.
Die elektronische Vorrichtung 1 wird so ausgeführt, daß sie starken Stößen in einer bestimmten Stoßrichtung annähernd senkrecht zur Ebene der Platten 2 standhalten kann.
Dazu hat die elektronische Vorrichtung 1 erfindungsgemäß ein Schutzgehäuse 5 aus Elastomer von allgemein zylindrischer Form, das die Gruppe aus Platten 2 und elektronischen Bauteilen 3 umhüllt, wobei das Elastomer die Räume zwischen den Platten 2 ausfüllt und mindestens eine vordere Abschirmung 6 in Stoßrichtung für die Gruppe von Platten 2 bildet.
Das Schutzgehäuse 5 weist sehr viele, insbesondere folgende Vorteile auf:
- Durch die vordere Abschirmung 6 und die elastischen Eigenschaften des Elastomers Dämpfung sehr starker Stöße und damit Schutz der Gruppe von Platten 2 gegenüber sehr hohen mechanischen Beanspruchungen, beispielsweise gegenüber Zufallsschwingungen von 10 bis 3000 Hz bei 21 geff (wobei geff die wirksame Fallbeschleunigung ist) und mechanischen Stößen von 3500 g (wobei g die Fallbeschleunigung ist) innerhalb von 0,5 ms bei einer Masse der elektronischen Vorrichtung unter 1 kg;
- hohe dauerhafte (mehrere Stunden) Wärmebeständigkeit in einem sehr weiten Temperaturbereich, beispielsweise von 70ºC bis über +200ºC;
- Abdichtung und damit wirksamer Schutz gegen Wasser, Staub usw.; und
- Verhinderung von Abrissen oder Beschädigungen durch die Bewegung der elektronischen Bauteile 3, da die elektronischen Bauteile 3 zusammen mit den Platten 2 vom Elastomer umhüllt sind.
Vorzugsweise wird Elastomer, zum Beispiel Silicon, das zumindest teilweise durchsichtig ist, verwendet, sodaß eine annähernde Sichtkontrolle der Gruppe der Platten 2 erfolgen und vor allem die jeweilige Lage der Platten 2 festgestellt werden kann.
Da das Elastomer, insbesondere Silicon, zudem im allgemeinen eneut verklebt werden kann, kann dieser Erfindung zufolge das Schutzgehäuse 5 nach einer ersten Verwendung in zylindrische Scheiben mit jeweils mindestens einer Platte 2 geschnitten werden kann. Anschließend können lediglich die Platten 2 miteinander verklebt werden, die für eine zweite Verwendung benötigt werden, und/oder die jeweiligen Stellungen dieser Platten 2 verändert werden. Dies ist besonders vorteilhaft und wirtschaftlich, da so ein und dieselben Platten für weitere Anwendungszwecke genutzt werden können.
Wie auf Figur 1 zu sehen ist, hat das Schutzgehäuse 5 darüber hinaus eine hintere Abschirmung 7, die nicht so breit wie die vordere Abschirmung 6 ist und die Gruppe von Platten 2 gegen einen etwaigen Stoß auf die Rückseite infolge eines Rückschlageffekts schützen soll.
Die vordere und hintere Abschirmung 6 und 7 haben konische, nach außen zunehmende Umfangsaussparungen 8 und 9, die bei einem Stoß mit anschließender Verformung des Schutzgehäuses 5 eine Ausdehnung des Materials des Schutzgehäuses 5 ermöglichen sollen.
Es ist festzustellen, daß die Aussparung 8 zu diesem Zweck größer als die Aussparung 9 ist, da die Aussparung 8 für den Initialstoß auf die Vorderseite und die Aussparung 9 für einen etwaigen Stoß auf die Rückseite infolge eines Rückschlageffekts bestimmt ist.
Außerdem ist festzustellen, daß die nicht dargestellte Stromversorgung der elektronischen Vorrichtung 1 unterschiedlich vorgesehen und dem Fachmann entsprechend dem beabsichtigten Anwendungszweck überlassen werden kann. Beispielsweise kann eine Batterie oder eine Thermosäule vorgesehen werden, die entweder in das Schutzgehäuse 5 eingebaut wird oder außerhalb des Schutzgehäuses 5 angeordnet und über eine elektrische Verbindung mit der Gruppe von Platten 2 verbunden ist. Äußerdem hat die erfindungsgemäße elektronische Vorrichtung 1 eine starre Ummantelung 10 vorzugsweise aus einem Verbundwerkstoff, zum Beispiel aus Epoxi-Kohlenstoff, von hohler zylindrischer Form, die das Schutzgehäuse 5 umgibt.
Die starre Ummantelung 10 ermöglicht die mechanische Unversehrtheit der elektronischen Vorrichtung 1, die damit über einen Freiheitsgrad in Richtung von Pfeil zur Stoßdämpfung verfügt.
Diese starre Ummantelung 10 wird mit dem Fluggerät, beispielsweise einem Lufffahrzeug, das mit der elektronischen Vorrichtung 1 ausgerüstet werden soll, fest verbunden.
Die bei einem Stoß entstehenden Reibungen zwischen der starren Ummantelung 10 und dem Schutzgehäuse 5 tragen ebenfalls zur Dämpfung bei.
Es ist zu bemerken, daß das Schutzgehäuse 5 bei einer anderen, nicht dargestellten Ausführungsart direkt in einer entsprechenden Lagerung im Fluggerät angebracht oder in diese vergossen werden kann.
Die starre Ummantelung 10 hat jedoch einen weiteren wesentlichen Vorteil. Sie erleichtert die Verwirklichung des Schutzgehäuses 5, da sie die Anwendung eines zu diesem Zweck vorgesehenen erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden folgende Arbeitsgänge ausgeführt:
- die Gruppe von Platten 2, die durch die Stege 4 miteinander verbunden sind, wird in die starre Ummantelung 10 eingesetzt;
- die Gruppe von Platten 2 wird an mindestens drei Position ierungsleisten 11 an der Innenseite der starren Ummantelung 10 befestigt;
- die Enden der starren Ummantelung 10 werden durch geeignete Mittel abgedichtet;
- in das Innere der starren Ummantelung 10 wird über Öffnungen 12, die in Längsrichtung in der starren Ummantelung 10 vorgesehen sind, ein Elastomer in flüssigem Zustand gegossen, wobei die Öffnungen 12 so angeordnet sind, daß der Raum zwischen den Platten 2 leicht ausgefüllt werden kann; und
- das Elastomer wird zur Erstarrung gebracht, so daß dieses das Schutzgehäuse 5 bildet, das direkt in Betriebsstellung in der zugeordneten starren Ummantelung 10 angeordnet ist.
In einem zweiten Ausführungsverfahren, das in Figur 2 dargestellt ist, hat die elektronische Vorrichtung 1 vor der vorderen Abschirmung 6 zudem ein Hufsteil in Form einer Scheibe 13.
Die Scheibe 13 ist wabenförmig, zum Beispiel aus Metall und hat, wie in Figur 3 dargestellt, im Querschnitt aneinander angrenzende hexagonale Strukturen 14.
Außerdem ist zwischen dem Schutzgehäuse 5 und der Scheibe 13 eine Metallplatte 15 vorgesehen.
Aufgrund ihrer speziellen Form trägt die Scheibe 13 bei einem Stoß wirksam zur Dämpfung bei, da durch das Zusammendrücken dieser Scheibe 13 die Schutzdauer des Schutzgehäuses 5 erhöht und die induzierten Stoßbelastungen verringert werden.
Diese zweite Ausführungsart von Figur 2 ist besonders vorteilhaft, wenn sehr heftige energiereiche Stöße vorgesehen sind.
Bei dieser Lösung werden für die Stoßfestigkeit gleichzeitig genutzt:
- die Reibungen zwischen dem Schutzgehäuse 5 und der starren Ummantelung 10;
- die elastische Verformung des Schutzgehäuses 5; und
- die plastische Verformung der Scheibe 13.

Claims

1. Elektronische Vorrichtung mit einer Gruppe von Platten (2) mit elektronischen Bauteilen (3), die im Abstand parallel zueinander angeordnet sind, wobei die elektronische Vorrichtung (1) in einer bestimmten Richtung annähernd senkrecht zur Ebene der Platten (2) stoßbeständig ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Schutzgehäuse (5) aus Elastomer hat, das die Gruppe der Platten (2) umgibt, das Elastomer alle Räume zwischen den Platten (2) ausfüllt und in Richtung der Stöße ( ) für die Gruppe der Platten (2) mindestens eine vordere Abschirmung (6) bildet.

2. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Elastomer in Richtung der Stöße ( ) für die Gruppe der Platten (2) eine hintere Abschirmung (7) bildet.

3. Elektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzgehäuse (5)eine allgemein zylindrische Form hat.

4. Elektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzgehäuse (5) eine allgemein parallelepipedische Form hat.

5. Elektronische Vorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Elastomer Silicon verwendet wird.

6. Elektronische Vorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Elastomer zumindest teilweise durchsichtig ist.

7. Elektronische Vorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vordere Abschirmung (6) des Schutzgehäuses (5) eine Umfangsaussparung (8) hat.

8. Elektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die hintere Abschirmung (7) des Schutzgehäuses (5) eine Umfangsaussparung (9) hat.

9. Elektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsaussparung (8, 9) konisch ist.

10. Elektronische Vorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens ein wabenförmiges Hufsteil (13) hat, das vorne am Schutzgehäuse (5) in Richtung der Stöße ( ) angebracht ist.

11. Elektronische Vorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzgehäuse (5) von einer starren Ummantelung (10) umgeben ist.

12. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die starre Ummantelung (10) aus einem Verbundwerkstoff verwirklicht wird.

13. Verfahren zur Verwirklichung der in einem der Ansprüche 11 oder 12 näher dargestellten elektronischen Vorrichtung (1), dadurch gekennzeichnet, daß:

- die Gruppe der Platten (2) in die starre Ummantelung (10) eingesetzt wird, die in Längsrichtung verteilte Öffnungen (12) hat;

- die Enden der starren Ummantelung (10) abgedichtet werden;

- in die starre Ummantelung (10) durch die Öffnungen (12) ein Elastomer gegossen wird, so daß das Elastomer die Gruppe von Platten (2) umgibt und die Räume zwischen den Platten (2) ausfüllt; und

- das Elastomer zur Erstarrung gebracht wird, das damit das Schutzgehäuse (5) und zumindest die vordere Abschirmung (6) bildet.