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Rugged Computer

Abgehärtet gegen Umwelteinflüsse

16. August 2018, 14:11 Uhr | Von Patrick Schäfer

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Steckkontakte durchstoßen Isolationsschicht

Auch Steckverbinder und die Kontaktierungsbereiche werden vollständig umschlossen, sodass ein lückenloser Schutz sichergestellt werden kann. Die hauchdünne Fluorpolymerschicht wird beim Einstecken der Steckverbinder verdrängt und eine elektrische Verbindung geschaffen. Der Federdruck der Kontakte durchstößt die Kontaktierungsflächen und schafft damit eine zuverlässige Kontaktierung, selbst wenn keine Ablösung der Schicht stattfindet. Aufwendige Testverfahren und Praxisbeispiele belegen, dass die Zuverlässigkeit und die elektrischen Eigenschaften unbeeinflusst bleiben. Ein weiterer Vorteil und eine Steigerung der Effizienz zeigt sich bei modularen Systemen wie beispielsweise beim Einsatz von COM-Express-Modulen. Hierbei können sowohl die einzelnen Komponenten als auch die komplett montierte Elektronikeinheit im Ganzen durch die Fluorpolymerbeschichtung geschützt werden.

Ein solcher Komplettschutz, der seine Anwendungsgebiete hauptsächlich in Outdoor-Applikationen findet, benötigt durch die Versiegelung der Komponenten keine aufwendige Gehäuselösung zum Schutz gegen äußere Einflussfaktoren wie beispielsweise eine hohe Luftfeuchtigkeit und zeitweise Betauung. Es genügt eine einfache Gehäusekonstruktion, die die Elektronik vor direktem Regeneinfluss und mechanischer Beanspruchung schützt. Dies führt zur Kostenreduzierung während der Entwicklungs- und Konstruktionsphase sowie der Serienproduktion.

Typischerweise laufen diese Systeme auch im 24/7-Dauerbetrieb und sind nur schwer zugänglich, sodass eine hohe Zuverlässigkeit und Langlebigkeit sichergestellt werden muss. Hierfür sind weitere Maßnahmen notwendig, die Anhand des folgenden Beispiels aufgezeigt werden.

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Robustes Modul

Das COM-Express-Compact-Modul TQMxE39C1, ausgestattet mit einem Intel-Atom-Prozessor der neuesten Generation (Codename »Apollo Lake«), ist mit seinen Eigenschaften für Harsh- und Rugged-Anwendungen optimiert. Angefangen beim Prozessor selbst, sind alle Bauteile für den erweiterten Temperaturbereich von -40 bis +85 °C ausgelegt, wodurch der typische Temperaturbereich von Outdoor-Anwendungen abgedeckt wird. Das Design inklusive aller Highspeed-Timings ist zudem über die offiziell spezifizierten Grenzen hinaus qualifiziert worden, um bei Bauteiltoleranzen genügend Reserve zu haben. Sollten von außen zugeführte elektrische Störgrößen so großen Einfluss nehmen, dass es beispielsweise im Bereich des Arbeitsspeichers zu einzelnen Bitfehlern kommt, wird dies durch das implementierte ECC-Verfahren (Error Checking and Correction) automatisch korrigiert. Die Funktion ist in der CPU implementiert und wird durch zusätzliche Speicherbausteine in Hardware auf dem Modul umgesetzt.

Um den zuverlässigen Betrieb auch bei großen Erschütterungen oder dauerhaften Vibrationsbelastungen sicherzustellen, ist der Speicher fest verlötet, im Gegensatz zur typischen Implementierung mit aufgesteckten Speichermodulen im SO-DIMM-Format. Weitere Funktionen wie der im Board Controller implementierte Watchdog helfen, um Software-bedingte Schwachstellen abzufangen. Falls die Applikation und das System nicht mehr regulär laufen, wird das System automatisch nach einem voreingestellten Timeout neu gestartet. Somit kehrt das System auch ohne manuellen Eingriff wieder in seinen regulären Betriebsmodus zurück.

Die Kombination aus zuverlässigem Hardware-Design, den Möglichkeiten von Lackierung und feuchtigkeitsabweisender Beschichtung sowie ausgereiftem Know-how im Bereich Kühlung und Gehäusetechnik stellt sicher, dass die resultierenden Lösungen auch bei extremen Umgebungsbedingungen dauerhaft stabil und zuverlässig laufen. Das sind wichtige Voraussetzungen, um IoT-Applikationen – besonders im industriellen Umfeld – dauerhaft erfolgreich und nachhaltig umzusetzen. Selbst die wirtschaftliche Betrachtung zeigt, dass mit diesem Ansatz Kosten eingespart werden können, da Wartung und Instandhaltung auf ein Minimum reduziert werden.

Der Autor

Patrick Schäfer

hat einen B.A. in Business Administration. Nach Stationen in der Administration der Steinbeis-Edition und als Product Sales Manager bei Rutronik für den Produktbereich Intel-CPU ist er seit Anfang des Jahres bei TQ-Systems als Produktmarketing-Manager im Bereich Embedded tätig.