Passive Bauelemente Welche Anforderungen Sicherungen für die Raumfahrt erfüllen müssen

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kuther

Komponenten für Raumfahrt-Anwendungen müssen extreme Anforderungen erfüllen − das gilt auch für Sicherungen. Wir verraten Ihnen, welche Bauteilqualifikationsprozesse der ESA sie bestehen müssen.

Firmen zum Thema

Die SMD-Sicherung MGA-S für Anwendungen in der Raumfahrt: erfüllt höchste Anforderungen und hält ein Satelliten-Leben lang.
Die SMD-Sicherung MGA-S für Anwendungen in der Raumfahrt: erfüllt höchste Anforderungen und hält ein Satelliten-Leben lang.
(Bild: Schurter)

Elektronik ist aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken. Eine der ältesten Erfindungen ist dabei die Sicherung als Überstromschutz. Eine besondere Herausforderung an Sicherungen stellt der Einsatz bei Anwendungen in der Raumfahrt dar, so bestehen für diese Bauteile extrem hohe Qualitätsanforderungen: Der Bauteilqualifikationsprozess bei der europäischen Weltraumbehörde ESA ist aufwändig und verlangt Qualitätsprozesse auf sehr hohem Niveau.

Bildergalerie

Sicherungen erfüllen Anforderungen der ESA

Schurter hat sich dieser Herausforderung gestellt und bietet als einziger europäischer Hersteller Sicherungen an, die diese extrem hohen Anforderungen erfüllen. Die neu entwickelte SMD-Sicherung für Weltraumanwendung − MGA-S − hat eine ebenso lange Lebensdauer wie ein Satellit: bis zu 30 Jahre.

Sicherungen als Überstromschutz für Schaltkreise

Sicherungen dienen generell als Überstromschutz für Schaltkreise. Sie sorgen dafür, dass im Fehlerfall, z.B. bei einem Kurzschluss, ein Gerät oder ein Stromkreis von der Stromversorgung zuverlässig und kontrolliert getrennt wird. Die Sicherungen können auf der Primär- und/oder auf der Sekundärseite eingesetzt werden. Oft fordern Normen wie IEC oder UL, dass für die Abnahme eines Gerätes beim Kunden mindestens eine Sicherung auf der Primärseite eingesetzt wird.

Verschiedene Lasttypen, ohmsch, kapazitiv, induktiv, stellen unterschiedliche Anforderungen an die Sicherung, welche bei der Auswahl berücksichtigt werden müssen. So müssen z.B. bei kapazitiven Lasten mit Einschaltpulsen, welche typisch für Stromversorgungen mit Gleichrichter und Kondensatoren sind, die Aspekte der Pulsbelastung miteinbezogen und entsprechende Berechnungen durchgeführt werden.

Alle Raumfahrt-Sicherungen durchlaufen Burn-In-Prozedur

Auch für Sicherungen, die für Raumfahrtanwendungen zugelassen sind, gelten diese generell gültigen Bedingungen und müssen bei einer Dimensionierung berücksichtigt werden. Der Unterschied zwischen einer Sicherung für die Raumfahrt und einer Standardsicherung liegt jedoch an den Anforderungen an das Bauteil selbst: Jedes einzelne Bauteil wird mittels der Burn-In-Prozedur ausführlich auf seine sichere Funktion getestet; die Ergebnisse werden protokolliert.

Anforderungen an Bauteile für die Raumfahrt

Bauteile, die in der Raumfahrt verwendet werden, müssen folgende Eigenschaften aufweisen:

1. Hermetisch dichte und robuste Konstruktion, so dass bei einer Unterbrechung keine Funken oder Gase entweichen können.
2. Konsistente minimale und maximale Schmelzzeiten bei Überströmen, unabhängig von der Betriebsart (z.B. im Vakuum). Die rot markierten Dreiecke in Bild 1 sind zusätzlich definierte Schmelzzeitpunkte bei entsprechenden Überströmen, welche bei der Standardausführung nicht bestimmt sind.
3. Sichere Unterbrechung von Überströmen bei Nennspannung.
Stabile Deratingkurve bei höheren Umgebungstemperaturen am Bauteil.
4. Höhere Beständigkeit gegen mechanische Vibration und Schock am Bauteil.
5. Die Dünnfilmtechnologie (Metall-Sputter-Verfahren) erhöht durch die homogene Kristallstruktur der Metallschicht die Langzeitbeständigkeit der Sicherungen. Diese Langzeitbeständigkeit wird beeinflusst von Verlustleistung, Alter und Umgebungstemperatur in Kombination mit thermischen Zyklen, welche bei Satelliten sehr häufig sind. Die Technologie der Standardsicherung erfüllt diese Anforderungen an die Langzeitzuverlässigkeit von bis zu 30 Jahren nicht, was vor allem auf die Alterungserscheinungen des verzinnten Schmelzleiters zurückzuführen ist.

(ID:42770969)