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Wie Bachmann electronic das »M1«-Automatisierungssystem für große Temperaturschwankungen wappnet

 

Betauung stellt ein ernst zu nehmendes Zuverlässigkeitsrisiko für elektronische Baugruppen dar. Die meisten Hersteller schlossen bislang einen Betrieb unter Betauung in ihren Spezifikationen aus. Bachmann electronic setzt nun ein Verfahren ein, das die Baugruppen noch sicherer macht, sodass diese mit diesem Umwelteinfluss zurechtkommen.

 

Immer wenn ein kalter Gegenstand in eine wärmere Umgebung gebracht wird, entstehen an der Oberfläche feine Wasserperlen: Tau. Dieses Phänomen ist im Alltag gut bekannt: Wird ein gekühltes Getränk in ein zimmerwarmes Glas gefüllt, so ist dieses rasch mit einem feuchten Film überzogen. Gleiches geschieht, wenn eine Baugruppe unter klimatischen Konditionen mit extrem steilen Temperaturgradienten aus der Kälte heraus in Betrieb genommen wird. Dies ist beispielsweise bei einem Solarkraftwerk in der Wüste der Fall: Schaltstationen werden aus den Frosttemperaturen der Nacht innerhalb einer kurzen Zeit durch Sonneneinstrahlung auf hohe Temperaturen aufgeheizt. Vor allem in tropischen Klimazonen sind die Zahlen eindrücklich: Bei einer hohen Luftfeuchtigkeit (95%) genügt bei einer Außentemperatur von 40 °C eine Temperaturdifferenz von nur einem einzigen Grad, dass auf der Oberfläche des kühleren Teils Tau entsteht. Auch beim Betrieb von Baugruppen in Umgebungstemperaturen unter dem Gefrierpunkt führen bereits geringe Temperaturdifferenzen zur Betauung.

Betriebssicherheit erhöhen

Um die zuvor beschriebenen Probleme bei Temperaturwechseln zu vermeiden, sorgte bislang zumeist eine Schaltschrankklimatisierung für eine gleichbleibende Betriebsumgebung der installierten Module. Solche Installationen sind zum einen kostenaufwändig und benötigen eine dauernde Energieversorgung. Zum anderen muss eine solche Klimatisierung in der Regel auch redundant ausgelegt werden, denn häufig sind Anlagen, die in rauen klimatischen Umgebungen installiert sind, nur eingeschränkt für Serviceeinsätze erreichbar. Betauungssichere Komponenten ermöglichen deshalb den Herstellern von Anlagen, die häufig rasch wechselnden Temperaturen ausgesetzt sind, zusätzliche Freiheitsgrade und Kosteneinsparungen.

Problem: Elektromigration

Das besondere Problem bei der Betauung elektronischer Baugruppen stellt die sogenannte Elektromigration dar. Der auf der Leiterplatte verbleibende Feuchtigkeitsfilm wirkt korrosiv, insbesondere wenn Anlagen in Meeresnähe verbaut sind (salzhaltige Luft). Aufgrund der zwischen einzelnen Leiterbahnen existierenden elektrischen Kapazität (es genügt eine Potenzialdifferenz von 3 V) findet im Wasserfilm eine Wanderung von Metallionen statt. Dadurch entstehen früher oder später elektrisch leitfähige Brücken, die Kurzschlüsse und Bauteilausfälle verursachen können. Solche Fehler sind schwierig zu diagnostizieren, weil diese häufig nur unter bestimmten Betriebsbedingungen auftreten und damit schwer reproduzierbar sind. Ein Faktum, das insbesondere bei langlebigen Investitionsgütern äußerst kritisch ist.

Problemlösung: »coldclimate«

Durch eine spezielle Bearbeitung der Leiterplatten lassen sich die Effekte der Elektromigration verhindern, sodass ein sicherer Betrieb der Baugruppe auch nach Betauung gewährleistet ist. Bei den »coldclimate«-Baugruppen von Bachmann electronic wird dazu im Vakuum durch Kondensation aus der Gasphase ein porenfreier und transparenter Polymerfilm auf die Baugruppe aufgetragen. Aufgrund der gasförmigen Abscheidung erreicht dieses Material auch Zonen und Strukturen, die mit flüssigkeitsbasierten Verfahren nicht beschichtbar sind. Der Schutzfilm dringt dabei auch unter Bauteile oder zwischen die Steckerkontakte des Moduls.

Darüber hinaus sind die in den coldclimate-Baugruppen von Bachmann eingesetzten Komponenten für einen extremen Temperaturbereich von –40 °C bis +70 °C einsetzbar und alle Steckverbinder sind besonders robust vergoldet: Ein weiteres Plus an Sicherheit für den Maschinenbauer.

Für klimatische Herausforderungen gerüstet

Die coldclimate-Baugruppen von Bachmann sind die Lösung für alle Anwendungen in anspruchsvollen klimatischen Umgebungen – gerade dort, wo eine höchste Verfügbarkeit der Anlagen zählt. Insbesondere bei dezentralen Kraftwerksinstallationen, wie Windkraftanlagen, Blockheizkraftwerken, Wasser- oder Solar-Kraftwerken stellen die coldclimate-Baugruppen die erste Wahl dar: Sicherer Betrieb in einem weiten Temperaturbereich bis zu –40 °C, und das auch unter Betauung.