Air Transportation Rack High-Tech-Gehäuse unter extremen Bedingungen

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Die Elektronik in Luftfahrtanwendungen ist enormen Belastungen ausgesetzt. Gefordert sind nicht nur absolute Zuverlässigkeit, sondern auch wirtschaftlich realisierbare Gehäuse nach Norm.

Für elektronische Geräte an Bord von Flugzeugen hat sich ATR (Air Transportation Rack) als Standard etabliert. Bekannt unter der Bezeichnung ARINC 404, definiert er die Bauformen von Flugzeugausrüstungen.

So bieten ATR-Gehäuse zum Beispiel einheitliche Optionen zur Befestigung der Applikation sowie zur Integration von Hardware und Kühlung. Durch ihr modulares Design in den Basisformen ½, ¾, 1 und 1½ ATR lassen sie sich für vielfältige Anwendungen kosteneffizient konfigurieren.

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Je nach Einsatzort sind die Gehäuse rauen mechanischen, klimatischen, chemischen und elektrischen Bedingungen ausgesetzt. Sie müssen hohe dynamische Belastungen überstehen und Schock und Vibrationen bis 40 g verkraften. Extreme Temperaturen, große Höhen, Feuchtigkeit, Sand und Staub stellen eine zusätzliche Herausforderung dar.

Konduktion/Konvektion versus Zwangskühlung

Für den Einsatz eines ATR-Systems in der Luft- und Raumfahrt spielen Faktoren wie Einsatztemperaturbereich und Betriebstemperatur sowie maximale Systemleistung eine entscheidende Rolle. Sie bestimmen, welche Art von Kühlung zum Einsatz kommt.

Im Allgemeinen werden die ATR Chassis für Betriebstemperaturen im Bereich –55 bis 85°C konzipiert. Die Umgebungstemperatur liegt dabei um 50°C.

Sollen im System Leistungen bis zu 120 W umgesetzt werden, bietet sich der Einsatz eines rein passiv gekühlten Systems an. Für eine optimierte Wärmeableitung setzen Hersteller die Konduktionskühlung ein. Dabei werden alle Wärmequellen, die sogenannten Hot-Spots, mit der Verschalung kontaktiert. Die Wärme wird dadurch von den einzelnen Quellen, wie dem Hauptprozessor (CPU), zur Verschalung übertragen und über die Keilverschlüsse zum Gehäuse weitergeleitet.

So gelangt die Wärme zur Gehäuseoberfläche, die mit Kühlrippen versehen ist, und wird von dort nach außen geleitet. Das Gehäuse kann dabei komplett luftdicht (IP67 und höher) aufgebaut werden. Damit sind sowohl Systemboards als auch Netzteil und andere Systemkomponenten vor Umwelteinflüssen geschützt. Da der Einbau von rotierenden Bauteilen wie Lüftern bei dieser Kühlung entfällt, reduziert sich der Wartungsaufwand.

Die Entwärmung von Systemen mit höherer Leistung wird in der Regel mit zusätzlicher Zwangskühlung realisiert. Bei dieser Variante werden die Kühlrippen, die in Belüftungsrichtung angeordnet sind, mit einer äußeren Platte abgedeckt. So entstehen zwischen den äußeren Platten und dem eigentlichen Gehäuse Belüftungskanäle. Die Belüftung wird meist an der Rückseite des ATR Chassis angebracht, die Luftzufuhr lässt sich entweder an der Frontseite oder an den Seiten unterbringen.

Die relativ kalte Luft wird an den Lufteinlässen angesaugt und durch die Belüftungskanale transportiert. Hierbei erfolgt die Entwärmung durch Konduktions- und Zwangskühlung. Diese Methode erfordert den Einsatz von höhentauglichen Lüftern, die unter den speziellen Druckverhältnissen die geforderte Leistung erbringen. Dabei muss die Belüftungsvorrichtung auf die herrschenden Betriebstemperaturen und die Luftfeuchtigkeit abgestimmt sein, um selbst bei hohem Druck einen gleichmäßigen Luftdurchfluss zu garantieren.

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