Neue Beschichtungen für Hochspannungsanlagen in Flugzeugen
Der von SAE International erstellte Informationsbericht (Aerospace Information Report, AIR) "High Voltage Design Guidelines for Aerospace Systems" (Richtlinien für die Hochspannungsauslegung von Luftfahrsystemen) stellt eine Rahmenumgebung für die Auslegung von Hochspannungs-Subsystemen zum Einsatz bei im stärkeren Maße elektrisch betriebenen Flugzeugen (More-electric aircraft) bereit. Der AIR identifizierte Auslegungsrisiken, Minderungsverfahren und Prüfverfahren für im stärkeren Maße elektrisch betriebene Flugzeuge. Hochspannungsanlagen an Bord sind gegenüber elektrischen Entladungen anfällig, die durch niedrige Drücke, Feuchtigkeit und schwankende Temperaturen noch verstärkt werden können. Zu den elektrischen Entladungen zählen Durchschläge, Teil- und Kriechstromentladungen, die ab einem bestimmten Schwellenwert die Wahrscheinlichkeit eines elektrischen Entladungsereignisses erhöhen, die zu erheblichen Ausfällen der Hochspannungs-Leistungselektronik führen kann. Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts PECOAT (Novel coating systems for power electronics in aerospace environments) arbeiteten die Forscher an der Entwicklung neuer Beschichtungen für Leistungselektronik, die extremen Bedingungen in rauen Umgebungen standhalten können. Schwerpunkt war die Elektronik in einer Druck und Temperatur ausgesetzten Umgebung, wo je nach Höhe Schwankungen auftreten. Die Forschenden untersuchten Polymere wie etwa Polyurethan, Acryl, Parylen und Silikon. Die Testresultate zeigten, dass Temperaturwechselbeanspruchung, thermische Alterung und Feuchtigkeit im Verhältnis zu den Proben, die nicht Gegenstand des Alterungsprozesses waren, einen geringen Einfluss auf die Durchbruchspannungen ausübten. Man stellte fest, dass Teilentladungen stärkere Auswirkungen auf der Oberfläche von Beschichtungen haben und in erheblichem Maße Alterung und Zersetzung verursachen. Zu den wichtigsten Auslegungsentscheidungen zur Eindämmung der Gefahr einer elektrischen Entladung gehören auch der sorgfältig eingehaltene Abstand zwischen den Bauteilen und die Steuerung des Fertigungsprozesses. PECOAT gab den Industriepartnern Empfehlungen in Sachen Leiterplattenentwurf und fertigte neue Leiterplatten mit reduzierten Leiterbahnabständen. Die neuen Auslegungsrichtlinien für Leiterbahnabstände auf gedruckten Leiterplatten und überarbeitete Beschichtungsverfahren sollten es den Industriepartnern ermöglichen, Fertigungsprozesse zu verändern und Leiterplatten von geringerer Größe herzustellen, die bei höheren Spannungen frei von Teilentladungen sind. Der Einsatz der neu entwickelten Beschichtungen wird den Betrieb von Leistungselektronikanlagen mit erhöhter Leistungsdichte gestatten. Mit dem Weglassen der bisher eingesetzten hermetisch dichten Gehäuse zum Schutz der Leistungselektronik wird außerdem eine Verringerung des Flugzeuggewichts möglich.
