Elektronische Gerätetechnik

Das Fachbuch behandelt die technische Realisierung elektronischer Geräte. Es soll auf Probleme aufmerksam machen und Lösungswege aufzeigen.

Das Buch erschien bereits im Jahr 1980. Die physikalisch/technischen Grundlagen haben sich seitdem nicht verändert, lediglich die damals verwendeten Bauweisen wurden weiter entwickelt. Die heute nicht mehr aktuellen Abschnitte des Buches wurden hier entfernt.

Der Autor dankt dem Vogel-Verlag in Würzburg für die freundliche Genehmigung zur Veröffentlichung (ISBN 3-8023-0610-4)

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1. Systematisches Entwickeln und Konstruieren

Eine erfolgreiche berufliche Tätigkeit erfordert, neben dem fachlichen Können, die Fähigkeit, die eigene Arbeit systematisch zu organisieren. Diese Organisation hat das Ziel, die für die gestellte Aufgabe optimale Lösung mit geringstem Aufwand zu finden und dabei Fehler und Versäumnisse möglichst zu vermeiden. Die Technik des systematischen Entwickelns und Konstruierens wird während der Ausbildung leider nur sehr selten vermittelt. Da die Beachtung gewisser Leitlinien während der Entwicklung den Erfolg eines Produktes wesentlich mitbestimmen kann, sollen hier einige Hinweise gegeben werden.

Inhalt: Entwicklungsplanung / Projektphasen / Informationsfluß / Durchführbarkeitsstudie / Vorstudie / Pflichtenheft / Terminplanung

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2. Die Zuverlässigkeit elektronischer Geräte

An elektronische Geräte wird häufig die Forderung nach hoher Betriebszuverlässigkeit und Brauchbarkeitsdauer gestellt. Ein Geräteausfall hat im allgemeinen Produktionsausfall oder -ausschuß zur Folge. Die damit verbundenen Kosten sind oft erheblich höher als die Anschaffungskosten des gestörten Gerätes.

Zuverlässigkeitsangaben weisen prinzipiell in die Zukunft. Da die Kennwerte der Zuverlässigkeit stochastischer Art sind, ist eine fehlerfreie Arbeitsweise nur mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit vorherzuberechnen. Zuverlässigkeit bedeutet die Beibehaltung bestimmter Eigenschaften während einer gewissen, vorausbestimmten Zeitspanne. Im Gegensatz zur Qualität ist sie daher, streng genommen, nur im praktischen Einsatz meßbar. Als Qualität bezeichnet man die Übereinstimmung von Eigenschaften mit den vorher festgelegten Wünschen (Spezifikationen).

Inhalt: Begriff der Wahrscheinlichkeit / Begriff der Zuverlässigkeit / ZuverlässigkeitskenngröBen / Wichtige mathematische Modelle / Redundanz / Ausfallraten von Bauelementen / Drift / Derating / Elektronische Geräte mit und ohne Reparatur / Wartung / Maßnahmen zur Zuverlässigkeitserhöhung.

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3.2 Elektrische Kontakte

Der Begriff Kontakt bezeichnet sowohl einen Zustand als auch ein konkretes Bauelement. Kontakte lassen sich grob in Unterbrecherkontakte und ruhende Kontakte einteilen.

Die Betrachtungen beziehen sich insbesondere auf elektrisch gering belastete Kontakte, die in Geräten der Elektronik und Nachrichtentechnik im Vordergrund stehen. Während bei niedrig belasteten Kontakten der Kontaktwiderstand eine wichtige Rolle spielt, ergeben sich bei den Kontaktstellen der Energietechnik durch Erwärmung, Verschweißung und Abbrand durch Lichtbögen besondere Problemgruppen.

Inhalt: Kontaktwiderstand / Kontaktbelastung und Kontaktwerkstoffe / Elektrische und mechanische Kontaktbelastung / Kontaktbelastung durch Umwelteinflüsse / Ausführung von Kontaktbauelementen / Zuverlässigkeit elektrischer Kontakte

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4. Wärmeableitung bei elektronischen Geräten

Die Temperatur ist eine der wichtigsten Einflußgrößen auf die Ausfallrate von Bauelementen. Eine Halbierung der Betriebstemperatur eines Bauelementes kann dessen Ausfallrate um eine halbe bis ganze Zehnerpotenz reduzieren. Daher sind elektronische Geräte nicht nur in elektrischer, sondern auch in thermischer Hinsicht sorgfältig zu dimensionieren.

In elektronischen Geräten treten im Normalfall Wärmeleitung, Konvektion und Wärmestrahlung nebeneinander auf. Da sie unterschiedlichen Gesetzmäßigkeiten unterliegen, sind sie bei der Berechnung einzeln zu behandeln.

Inhalt: Physikalische Grundlagen / Verlustleistung. Energie und Temperatur / Thermischer Widerstand / Wärmeübertragung durch Wärmeleitung, Konvektion und Strahlung / Beispiele aus der Gerätetechnik / Kühlkörper, Kühlbleche /Absorptionsbleche / Wärmeableitung bei Bauelementen / Hinweise zur Meßtechnik / Oberflächentemperatur von Gehäusen / Wärmeableitung im Innern von Gehäusen und Schränken / Erzwungene Konvektion / Wärmeleitbleche.

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5. Störungen in elektronischen Geräten

Unter Störung wird hier die ungewollte Beeinflussung von Schaltungsfunktionen verstanden, verursacht durch das Auftreten von unerwünschten Signalen an beliebigen Stellen in Geräten. Die Ursache liegt meist in der unbeabsichtigten Verkopplung von Stromkreisen, die ganz, teilweise oder auch gar nicht zum System gehören (Eigen- oder Fremdstörungen).

Inhalt: Ursachen der unerwünschten Verkopplung von Stromkreisen / Galvanische, kapazitive, induktive und elektromagnetische Verkopplung / Die Bedeutung von Bezugspotentialen / Empfehlungen für die Führung des Rückleiters zum Bezugspunkt / Erdschleifen / Schirmung elektrischer, magnetischer und elektromagnetischer Felder / Elektrische Filter und Überspannungsableiter / Entstörschaltungen gegen Hf-Störungen / Maßnahmen gegen kurzzeitige Überspannungen / Schutz von Schaltkontakten / Empfehlungen für den Aufbau von Schränken und Baugruppen / Störsicherheit integrierter digitaler Schaltkreise / Maßnahmen in der Stromversorgung / Eigenschaften von Übertragungsleitungen / Anschluss externer Geräte.

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6. Umwelteinflüsse

Umwelteinflüsse lassen sich grob in klimatische, mechanische und sonstige Einflüsse einteilen. In diesem Kapitel soll, neben der kurzen Angabe von möglichen Wirkungen wichtiger Einflüsse, auf Gegenmaßnahmen hingewiesen werden.

Inhalt: Art und Wirkung der Umwelteinflüsse / Tieftemperaturen / Wärme und Licht / Feuchte / Wasser / Kondensation / Korrosion / Mechanische Beanspruchungen / Sonstige Umwelteinflüsse.

Schutz gegen Umwelteinflüsse: Tauchverfahren / Gießen / Sinterverfahren / Härtung / Silikone / Epoxidharze / Ungesättigte Polyesterharze / Polyurethanharze

Pflichtenhefte für Umweltbedingungen / Simulation der Umwelteinflüsse

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