Sicherungen

Entwicklung von Sicherungen für Raumfahrtanwendungen

| Redakteur: Thomas Kuther

Keramikträger sorgt für die notwendige Stabilität

Dies führte zu einem Lösungsansatz mittels Dünnfilmtechnik. Bei dieser Technik wird mit einem sogenannten Sputter eine Metallschicht in einer exakt festgelegten Stärke im Mikrometerbereich auf ein Trägermaterial aus Glas aufgebracht. Umschlossen wird das Leitungspaket analog zur MGA-S mit einem Keramikträger, der die notwendige Stabilität für die entsprechenden Betriebsfälle im Too-important-to-fail-Bereich garantiert.

Alternativ zur Dünnfilmtechnologie mittels Metall-Sputter-Verfahren wurde in der Evaluationsphase auch die Anwendung der LIGA-Technologie (steht für: Verfahrensschritte Lithographie, Galvanik und Abformung) auf etablierten Trägermaterialien der Leiterplattenindustrie geprüft. Bei der Evaluation der Vor- und Nachteile lag der Fokus auf den Faktoren Zuverlässigkeit und Langzeitstabilität. Dabei wurden beispielsweise die beim Abbrand entstehenden Kohlenstoffverbindungen aufgrund ihres undefinierten Leitwerts als nicht prozesssicher gewertet.

Entsprechend wurden hier für die verschiedenen Design-Ansätze unterschiedliche Modelle zur Simulation der Veränderung des Kaltwiderstandes, des Spannungsabfalls und der Veränderung der Strom-Zeit-Charakteristik in Abhängigkeit der Temperatur erarbeitet. Diese Modelle wurden anhand der hergestellten und ausgemessenen Versuchsmuster verifiziert.

Detailspezifikation der Raumfahrt-Hochstromsicherung

Die gemeinsam mit der ESA durchgeführte Evaluation der getesteten Ansätze zeigte, dass der technische Lösungsansatz der MGA-S auch demjenigen der zukünftigen Hochstromsicherung für Raumfahrtanwendungen, kurz HCSF (High Current Space Fuse) [9], entspricht. Damit konnte ausgehend von der allgemeinen Spezifikation für Sicherungen [2] die neue Detailspezifikation der HCSF-Sicherung [8] erarbeitet und anschliessend deren Qualifikation in die Wege geleitet werden.

Ziel von Schurter war es nun, auch für die HCSF-Sicherung das Listing gemäss den Anforderungen der ESA/ESCC zu erlangen und mit dem neu entwickelten Produkt ebenso erfolgreich wie mit der MGA-S in Serie zu gehen.

Sichere Lösungen für höhere Nennströme

Aktuell werden die Raumfahrtsicherungen eingesetzt, damit redundante Systeme in Satelliten gegen Kurzschluss geschützt sind, beziehungsweise gezielt abgeschaltet werden können, damit das Ersatzsystem die Funktion übernehmen kann. Auch Kommunikationssysteme werden gezielt ein- und ausgeschaltet, etwa um zu einem spezifischen Zeitpunkt Datenpakete zu versenden.

Diese Schaltverhalten verursachen jeweils beim Einschalten hohe Pulslasten, die von den Sicherungen aufgenommen werden müssen ohne auszulösen und ohne deren Langzeit-Ausschaltverhalten zu beeinflussen. Aufgrund des hohen Leistungsbedarfes werden dazu zur Zeit bereits zwei bis vier MGA-S Sicherungen parallel geschaltet. Dies ist aber aus Platzgründen ungünstig und reduziert zudem die Langzeitzuverlässigkeit aufgrund mehrerer verarbeiteter Komponenten. Die ESA ist deshalb an einer Lösung mit nur einer Komponente interessiert.

Eine Konzentration des Leitungsquerschnitts an einem Ort bietet ein stabileres Verhalten, als dies durch die 2 bis 4 verteilten Orte bei der MGA-S der Fall wäre. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass Wettbewerber entsprechende Lösungen für höhere Nennströme anbieten, welche nicht nur innerhalb einer Schaltung verwendet werden, sondern ganze Systeme schützen können. Daher ist ein Pin-kompatibles Produkt gegenüber einer Parallelschaltung von MGA-S zu bevorzugen. Schurter bietet mit der MGA-S Lösungen für den Schaltungsschutz, und mit der neuen HCSF-Lösung können auch Systeme geschützt werden, die selber mehrere Module beinhalten. So können z.B. die redundant ausgelegten Kommunikationssysteme komplett mit Schurter-Sicherungen geschützt werden.

Qualifizierter Lieferant von Hightech-Lösungen

Die Zusammenarbeit zwischen der ESA und Schurter hat mit der MGA-S und der HCSF zwei ausgezeichnete Produkte hervorgebracht. Damit ist Schurter als bisher einziger europäischer Lieferant von Sicherungen von der ESA qualifiziert [10]. Das breite Knowhow und die aktuellen Technologien der Raumfahrttechnik setzen die Spezialisten bei Schurter auch für ihre Kunden aus dem Industriebereich ein, beispielsweise bei der Durchführung von anspruchsvollen Qualifikationsprozessen.

(Nach Unterlagen von Schurter)

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