Know-How # 136

«Durch die Berechnungen der Noser Engineering konnten wir unsere Elektronik wesentlich langlebiger gestalten, ohne auf Erfahrungen aus dem Feld warten zu müssen.»

Jonas Kümin, Projektleiter, RUAG AG

Verlängerung der Lebensdauer und Zuverlässigkeit durch MTBF-BerechnungRUAG Aerospace Emmen ist ein führender Anbieter im Bereich Defence. Um die Elektronik des Produktes ISSYS Pod in Bezug auf die Lebensdauer zu verbessern, wurde Noser Engineering beauftragt die Mean Time Between Failure (MTBF) nach der Norm MIL-HDBK-217 zu berechnen.

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Das Projekt

Das ISSYS ist ein Selbstverteidigungssystem für Helikopter. Elektronisch lässt es sich in die Module «PCU», «CPD», «SIP» und «THS» aufteilen. Für alle diese Module wurde eine MTBF-Berechnung gefordert sowie zusätzlich für das Anzeigemodul «SIP» auch die FEMA (Failure Mode and Effects Analysis).

Der Nutzen

Im militärischen und Space-Bereich ist es üblich, MTBF-Berechnungen für Entwicklungen durchzuführen. Dadurch können Schwachpunkte im Design schon bereits in der Designphase aufgedeckt werden. Die Lebensdauer und damit die Produktqualität kann dadurch gesteigert werden.

Die Realisierung

Noser Engineering verfügt über eine umfassende Software und das passende Know-how, um die MTBF der einzelnen Bauteile sowie der gesamten Baugruppe zu berechnen. Das Resultat ist jedoch nur so gut, wie es die Qualität der Eingaben zulässt. Es braucht eine langjährige Erfahrung im Hardware Design, um Fragen bezüglich Baugrösse, Belastungswerte, Stressfaktoren und Leiterplatten-/Verbindungs-technologie usw. beantworten zu können. Pro Baugruppe können verschiedene Belastungsparameter angepasst werden.

Die Technologie

Unsere Software ist in der Lage, nach verschiedenen Normen zu rechnen. Im militärischen Umfeld wird meist MIL-HDBK-217 sowie FIDES benutzt. Je nach Branche werden des Weiteren verwendet: Siemens-Norm SN29000, Bellcore 332 (USA) und HRD5 (UK) sowie IEC62380 im Telekombereich. Der wesentliche Einflussfaktor für die Lebensdauer elektronischer Komponenten ist die Temperatur. Grob gesagt halbiert sich die Lebensdauer pro 10 °C Temperaturerhöhung. Bei mechanischen Teilen wie Schalter oder Relaiskontakte spielen Strombelastung und Anzahl der Schaltspiele eine grosse Rolle. Feuchtigkeit beschleunigt die Korrosion, Vibration und Schockbelastung die mechanische Alterung. Bei Luftfahrzeugen muss zusätzlich die verkleinerte Konvektionskühlung durch die geringere Luftdichte berücksichtigt werden.

Das Fazit

Beim Modul «SIP» zeigte die Belastungsrechnung eine Überlast bei einem Widerstand. Für diesen konnte dann in der Revision eine grössere Baugrösse gewählt werden. Durch die FEMA wurden Design-Schwach-stellen aufgedeckt. Durch kleine Design-Änderungen konnte eine stark erhöhte Zuverlässigkeit erreicht werden. Ansonsten zeigten die Module eine hohe MTBF-Zeit (im Bereich 15 Jahre bei ständigem Betrieb und 85 °C Umgebungstemperatur). Die Rechenergebnisse zeigten auch die Bauelemente auf, welche den grössten Beitrag zur Lebensdauerreduktion leisten. Dies sind meist IC’s in Plastikgehäuse, Leistungshalbleiter, Leuchtdioden und Steckverbindungen.

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System undInterface Panel