2. Gehäuse

Letztes Update: 11.01.2002


2.1 Übersicht

2.2 Gehäuse

Platz kann man nie genug haben. Deshalb wird erst mal mit einem 19" Gehäuse gearbeitet. Sollte nachher auf der rechten Seite noch Freiraum sein, kann das Gehäuse ohne große Probleme gekürzt werden. Ein Nachteil bei WUDU1 sind die Modulgehäuse gewesen. Die Schienenmontage ist zwar ganz schön gewesen, aber mal eben ein Modul austauschen ist immer mit damit verbunden gewesen, 10 bis 30 Kabel abzuschrauben. Hier kann jetzt einfach eine Karte gezogen, bzw. es kann im Betrieb mit einer Verlängerungskarte gemessen werden.

Ein Problem wird wohl noch das umgebende Gehäuse werden. Etwas Kaufbares ist mir da im Handel nicht untergekommen, und wenn, dann ist es sehr Teuer. Mal davon abgesehen, daß ein einigermaßen thermisch isoliertes Gehäuse überhaupt nicht zu finden ist. Es wird wohl ein Kasten aus Hart-PVC mit vernünftigen Isoliermaterial werden. Mal sehen was der Baumarkt so hergibt. Da die Station im Freien stehen wird, ist für die Wetterfestigkeit ein Anstrich mit entsprechender Schutzfarbe geplant.

2.2.1 19" Träger

Die gesamte Breite des Trägers beträgt 482,6mm. Das sind genau 19". Der nutzbare Teil davon sind 426,72 mm. Diese Strecke wird in Abschnitte von 5,08mm = 1/5" unterteilt und als eine Teilungseinheit = 1TE bezeichnet. In den Träger passen also 84TE. Die Höhe beträgt 3HE (= 5 1/4") (1HE = 44,45mm = 1 3/4").

2.2.2 Gehäuse

Muß selbst gebaut werden. Es sollte auf jeden Fall Regendicht und einigermäßen gegen Kälte isoliert sein, damit mit der eingebauten Heizung nicht die ganze Umwelt versorgt wird.

2.2.3 Kabeldurchführungen

2.2.3.1 Spannung und Schnittstelle

Um die Wetterstation auch mal transportieren zu können, wird die Zuführung der Spannungsversorgung und der seriellen Schnittstelle über eine wasserdichte Steckverbindung (IP67, DIN 40 050) hergestellt.

Stecker

Einbaubuchse

Schutzkappe für Einbaubuchse

2.3 Einschübe

Die Einschübe bestehen immer aus einer Frontplatte, die über einen kleinen Kunststoffadapter mit der Europakarte verbunden ist und über eine Messerleiste die in der entsprechenden Federleiste der Backplane steckt, fixiert durch zwei Führungsschienen.

2.3.1 Einschub 1 - Notstrom Batterie

Einschub 1 enthält die Batterien für die Notstromversorgung. Zusätzlich zu den Bauteilen des Schaltplans wird eine 8TE breite Frontplatte, die Führungsschienen und die Federleiste der Backplane benötigt.

2.3.2 Einschub 2 - Schalter

Einschub 2 besteht nur aus einer 4TE breiten Frontplatte und enthält zwei Schalter. Mit Schalter 1 kann die Versorgungsspannung und mit Schalter 2 die Akkuspannung Aus- und Eingeschaltet werden.

2.3.3 Einschub 3 - Energieversorgung

Einschub 3 enthält die USV und alle anderen Spannungsquellen. Zusätzlich zu den Bauteilen des Schaltplans wird eine 4TE breite Frontplatte, die Führungsschienen und die Federleiste der Backplane benötigt.

2.3.4 Einschub 4 - CPU

Einschub 4 enthält die CPU zur Steuerung der ganzen Wetterstation. Zusätzlich zu den Bauteilen des Schaltplans wird eine 6TE breite Frontplatte, die Führungsschienen und die Federleiste der Backplane benötigt.

2.3.5 Datenspeicher

Einschub 5 enthält den Massenspeicher für die Daten der Wetterstation. Der Speicher wird in einem getrennten Einschub gehalten, um ihn notfalls rauszuziehen und direkt in den PC einzulesen. Er besteht aus einer Compact Flash Karte in einem PCMCia Adapter. Bei einer 32 MB Flash Karte können bei 64 Kanälen Daten von 86 Tagen gespeichert werden.

2.3.6 Heizung

Einschub 6 enthält eine Heizung, die aus zwei Folien besteht und dafür sorgen soll, das im Winter die Temperatur im Gehäuse nicht unter 5°C sinkt, denn es werden hier nur Bauelemente für den Standardtemperaturbereich von 0 bis 70°C eingesetzt.

2.3.7 Digital Input

Einschub 7 enthält eine Karte mit 8 digitalen Eingängen. Bei einigen Sensoren ist es notwendig, nicht nur den Messwert zum Zeitpunkt der Digitalisierung zu erfassen, sondern auch alle Werte, die dazwischen liegen. Die Signale werden deshalb in eine Frequenz umgewandelt und auf einen Zähler gegeben. Der Zähler hat eine Auflösung von 12 Bit. Bei einem geplanten internen Messzyklus von 10 Sekunden kann dann eine Frequenz von ca. 400 Hz erfasst werden.

2.4 Steckverbindungen

2.4.1 Stecker

64 polige Messerleisten mit a-c Belegung auf den Europakarten.

64 polige Federleisten mit a-c Belegung auf der Backplane.

2.4.2 Steckprinzip

2.4.3 Backplane

Die Backplane besteht aus den Federleisten deren Kontakte 1a-c bis 9a-c durch eine Experimentierplatine verbunden sind.

Aus der Platine werden Streifen zu 9 Rastern Breite ausgesägt, über die unteren 18 Pins (2 mal 9 Pinreihen) der Federleisten gesteckt und verlötet. Die oberen Pins bleiben alle Frei, weil dort die Signale der Sensoren den einzelnen Platinen zugeführt werden, und die sind grundsätzlich alle unterschiedlich.

2.4.4 Eingangssicherung

 

Diese Maßnahmen sind notwendig, um den Einschlag eines Blitzes einigermaßen zu übeleben (hoffentlicht). Dazu gehören Blitzschutzpatronen, Varistoren und eine kräftige Erdleitung. Gegenüber WUDU1 wird hier noch zusätzlich ein Varistor eingesetzt, weil die Ansprechzeit eines Ableiters bei ca 5µs liegt, die eines Varistors aber bei < 25ns. Blitzschutzpatronen und Varistoren sind ganz normal im Handel erhältlich. Die Erdleitung besteht aus einer dicken Schraube, die am äußeren Gehäuse befestigt ist. Auf der einen Seite führt ein dickes Kabel an den 19" Geräteträger und die andere Seite sollte (wenn möglich) an einen Blitzableiter angeschlossen werden. Ist dies nicht möglich sollte ein dickes Kabel an ein 10mm Eisenstab angeschlossen, und dieser ca. 1m in die Erde gesteckt werden.

Die serielle Schnittstelle besitzt zusätzlich auf der CPU Karte noch eine galvanische Trennung.

2.5 Europakarten

2.6 Schaltplan

Schaltplan

2.7 Stückliste

2.A Sonstiges

2.A.1 19" Norm (DIN 41494)

Für den mechanischen Aufbau elektronischer Geräte und Anlagen stehen zwei Standards zur Verfügung:

In den Normenreihen werden die Eigenschaften aller mechanischen Komponenten festegelgt:
  19-Zoll metrisch
Leiterplatten IEC 97; IEC297-3; DIN 40801 DIN 41494, Teil 2 IEC 917-2-2
Steckverbinder DIN 41612; IEC603-2 IEC 917-2-2; IEC 1076-4-1
Steckbaugruppen und Kassetten IEC 297-3; IEC 603-2; DIN 41612; DIN 41494 Teil 5 IEC 917-2-2
Baugruppenträger IEC 297-3; 41494 Teil 5 IEC 917-2-2
Schränke und Gehäuse IEC297-1/-2; DIN 41494, Teil 1,2,7 IEC 917-2-1

Leiterkarten

Steckbaugruppen und Kassetten

Baugruppenträger

Schränke und Gehäuse

2.A.2 IP Schutzarten (DIN 40050)

Die Schutzarten sind durch international gültige Kurzzeichen gekennzeichnet (IP = International Protection). Der Abkürzung IP folgen zwei Ziffern. Die erste Ziffer steht für den Schutz gegen das Eindringen fester Körper. Die zweite Ziffer beschreibt den Schutzgrad gegen das Eindringen von Wasser. Die beiden Kennziffern werden mit Hilfe von Tabellen zusammengesetzt.

I P 6 7

Die erste Kennziffer gibt den Berührungs- und Fremdkörperschutz, die zweite den Schutz des Gehäuses gegen das Eindringen von Wasser an.

Erste
Kennziffer

Schutzgrade gegen Zugang zu gefährlichen Teilen und gegen feste Fremdlörper

 

Kurzbeschreibung

Definition

0

Nicht geschützt  

1

Geschützt gegen den Zugang zu gefährlichen Teilen mit dem Handrücken. Die Zugangssonde, Kugel 50 mm Durchmesser, muss ausreichend Abstand von gefährlichen Teilen haben.
Geschützt gegen feste Fremdkörper 500 mm Durchmesser und größer. Die Objektsonde, Kugel 50 mm Durchmesser, darf nicht voll eindringen. *

2

Geschützt gegen den Zugang zu gefährlichen Teilen mit einem Finger. Der gegliederte Prüffinger, 12 mm Durchmesser, 80 mm Länge, muss ausreichend Abstand von gefährlichen Teilen haben.
Geschützt gegen feste Fremdkörper 12,5 mm Durchmesser und größer. Die Objektsonde, 2,5 mm Durchmesser, darf nicht voll eindringen. *

3

Geschützt gegen den Zugang zu gefährlichen Teilen mit einem Werkzeug. Die Zugangssonde, 2,5 mm Durchmesser, darf nicht eindringen.
Geschützt gegen feste Fremdkörper 2.5 mm Durchmesser und größer. Die Objektsonde, 2,5 mm Durchmesser, darf überhaupt nicht eindringen. *

4

Geschützt gegen den Zugang zu gefährlichen Teilen mit einem Draht. Die Zugangssonde, 1,0 mm Durchmesser, darf nicht eindringen.
Geschützt gegen feste Fremdkörper 1,0 mm Durchmesser und größer. Die Objektsonde, 1,0 mm Durchmesser, darf überhaupt nicht eindringen. *

5

Geschützt gegen den Zugang zu gefährlichen Teilen mit einem Draht. Die Zugangssonde, 1,0 mm Durchmesser, darf nicht eindringen.
Staubgeschützt. Eindringen von Staub ist nicht vollständig verhindert, aber Staub darf nicht in einer solchen Menge eindringen, dass das zufriedenstellende Arbeiten des Gerätes oder die Sicherheit beeinträchtigt wird.

6

Geschützt gegen den Zugang zu gefährlichen Teilen mit einem Draht. Die Zugangssonde, 1,0 mm Durchmesser, darf nicht eindringen.
Staubdicht. Kein Eindringen von Staub.

* Der volle Durchmesser der Objektsonde darf nicht durch eine Öffnung des Gehäuses hindurchdringen.

Zweite
Kennziffer

Schutzgrade gegen Wasser

 

Kurzbeschreibung

Definition

0

Nicht geschützt.  

1

Geschützt gegen Tropfwasser  Senkrecht fallende Tropfen dürfen keine schädliche Wirkung haben.

2

Geschützt gegen Tropfwasser wenn das Gehäuse bis zu 15° geneigt ist.  Senkrecht fallende Tropfen dürfen keine schädliche Wirkung haben, wenn das Gehäuse um einen Winkel bis zu 15° beiderseits der Senkrechten geneigt ist.

3

Geschützt gegen Sprühwasser. Wasser, das in einem Winkel bis zu 60° beiderseits der Senkrechten gesprüht wird, darf keine schädlichen Wirkungen haben.

4

Geschützt gegen Spritzwasser. Wasser, das aus jeder Richtung gegen das Gehäuse spritzt, darf keine schädlichen Wirkungen haben.

4K

Geschützt gegen Spritzwasser mit erhöhtem Druck. Wasser, das aus jeder Richtung mit erhöhtem Druck gegen das Gehäuse spritzt, darf keine schädlichen Wirkungen haben. (gilt nach DIN 40050 Teil 9 nur für Straßenfahrzeuge)

5

Geschützt gegen Strahlwasser. Wasser, das aus jeder Richtung als Strahl gegen das Gehäuse spritzt, darf keine schädlichen Wirkungen haben.

6

Geschützt gegen starkes Strahlwasser. Wasser, das aus jeder Richtung als starker Strahl gegen das Gehäuse spritzt, darf keine schädlichen Wirkungen haben.

6K

Geschützt gegen starkes Strahlwasser mit erhöhtem Druck. Wasser, das aus jeder Richtung als Strahl mit erhöhtem Druck gegen das Gehäuse gerichtet ist, darf keine schädlichen Wirkungen haben. (gilt nach DIN 40050 Teil 9 nur für Straßenfahrzeuge)

7

Geschützt gegen die Wirkungen beim zeitweiligen Untertauchen in Wasser. Wasser darf nicht in einer Menge eintreten, die schädliche Wirkungen verursacht, wenn das Gehäuse unter genormten Druck- und Zeitbedingungen zeitweilig in Wasser untergetaucht wird.

8

Geschützt gegen die Wirkungen beim dauernden Untertauchen in Wasser. Wasser darf nicht in einer Menge eintreten, die schädliche Wirkungen verursacht, wenn das Gehäuse dauernd unter Wasser getaucht ist unter Bedingungen, die zwischen Hersteller und Anwender vereinbart werden müssen. Die Bedingungen müssen jedoch schwieriger sein als für die Kennziffer 7.

9K

Geschützt gegen Wasser bei Hochdruck-/Dampfstrahl-Reinigung. Wasser, das aus jeder Richtung unter stark erhöhten Druck gegen das Gehäuse gerichtet ist, darf keine schädlichen Wirkungen haben. (gilt nach DIN 40050 Teil 9 nur für Straßenfahrzeuge)

Erweiterungen des IP-Codes

Der IP-Code kann durch nachfolgende Buchstaben noch erweitert werden. Diese Buchstaben dienen der genaueren Spezifikation der Schutzgrade. Diese Buchstaben werden hinter den beiden Kennziffern angeordnet. Man unterscheidet bei den nachfolgenden Buchstaben zwischen zusätzlichen Buchstaben und ergänzenden Buchstaben.

Zusätzliche Buchstaben werden nur verwendet,

Ein höherer Schutz gegen den Zugang (das Berühren) eines Betriebsmittels in einem Gehäuse, der die Verwendung eines zusätzlichen Buchstabens rechtfertigt, kann z. B. durch Abdeckungen, geeignete Form von Öffnungen oder Abstände innerhalb des Gehäuses erreicht werden.

Zusätzlicher
Buchstabe

Zusätzlicher Schutzgrad

Kurzbeschreibung

Definition

A

Geschützt gegen den Zugang mit dem Handrücken. Die Zugangssonde, Kugel 50 mm Durchmesser, muss ausreichenden Abstand von gefährlichen Teilen haben.

B

Geschützt gegen den Zugang mit dem Finger. Der gegliederte Prüffinger, 12 mrn Durchmesser, 80 mm Länge, muss ausreichenden Abstand von gefährlicher Teilen haben.

C

Geschützt gegen den Zugang mit Werkzeug. Die Zugangssonde I 2 I 5 mm Durchmesser, 100 mm Länge muss ausreichenden Abstand von gefährlichen Teilen haben

D

Geschützt gegen den Zugang mit Draht. Die Zugangssonde, 1,0 mm Durchmesser, 100 mm Länge muss ausreichenden Abstand von gefährlichen Teilen haben

Ein Gehause darf nur mit einem durch einen zusätzlichen Buchstaben angegebenen Schutzgrad gekennzeichnet werden, wenn das Gehäuse auch alle niedrigeren Schutzgrade erfüllt.

Ergänzende Buchstaben werden genutzt um hinter der zweiten Kennziffer oder hinter dem zusätzlichen Buchstaben eine ergänzende Information zu geben. Ergänzende Buchstaben stellen Ausnahmefälle dar. Sie dürfen nur eingesetzt werden, wenn die Anforderungen an den Schutz des Gehäuses mit denen der DIN EN 60259 übereinstimmen. Bei Verwendung ergänzender Buchstaben muss außerdem in der Produktnorm des Gehäuses das zusätzliche Verfahren, mit dem das Gehäuse getestet wurde, klar angegeben werden.

Ergänzender
Buchstabe

Bedeutung

H

Hochspannungs-Betriebsmittel

M

Geprüft auf schädliche Wirkungen durch den Eintritt von Wasser, wenn die beweglichen Teile des Betriebsmittels (z.B. der Rotor einer umlaufenden Maschine) in Betrieb sind.

S

Geprüft auf schädliche Wirkungen durch den Eintritt von Wasser, wenn die beweglichen Teile des Betriebsmittels (z.B. der Rotor einer umlaufenden Maschine} im Stillstand sind.

W

Geeignet zur Verwendung unter festgelegten Wetterbedingungen und ausgestattet mit zusätzlichen schützenden Maßnahmen oder Verfahren.

Fehlen die Buchstaben S und M, so ist der Schutzgrad des Gehäuses nicht davon abhängig, ob bewegliche Teile des elektrischen Betriebsmittels in Bewegung sind oder nicht.

Zur Beschreibung der Gehäuseeigenschaften können auch mehrere ergänzende Buchstaben benutzt werden. Wird jedoch mehr als ein ergänzendar Buchstabe verwendet, so ist die alphabetische Reihenfolge anzuwenden.

Zusätzliche Buchstaben und/oder ergänzende Buchstaben dürfen ersatzlos weggelassen werden .

Der ergänzende Buchstabe "K" nimmt eine Sonderstellung innerhalb des IP-Codes ein. Diese Sonderstellung ist in der Norm DIN 40050 Teil 9 festgelegt und erläutert. Diese Norm gilt für die IP-Schutzarten der elektrischen Ausrüstung von Straßenfahrzeugen. Mit dem ergänzenden Buchstaben "K" werden die besonderen Festlegungene beim Staubschutz (Kennziffer 5 und 6) und beim Wasserschutz (Kennziffer 4, 6 und 9) innerhalb der Norm gekennzeichnet.

2.A.3 Layouterstellung

2.A.3.1 Leiterbahnbreite

Für die Sicherheit einer Leiterplatte ist es notwendig, die Strombelastung von Leiterbahnen in Abhängigkeit von deren Breite zu kennen.  
In der folgenden Tabelle sind die gängigen Leiterbahnbreiten in Abhängigkeit von der max. Strombelastung aufgelistet. Die Leiterbahnen der Tabelle besitzen eine Dicke von 35µm. Für Leiterbahnen mit doppelter Dicke (70µm) ist die max. Strombelastung mit dem Faktor Wurzel 2 zu multiplizieren.
 
Leiterbahnbreite max. Strombelastung [A]
8 mil (0.203mm)

0.8A *

10 mil (0.254mm)

1.0A *

12 mil (0.305mm)

1.3A *

20 mil (0.508mm)

2.0A *

30 mil (0.762mm)

2.7A *

50 mil (1.270mm)

3.5A *

60 mil (1.524mm)

4.5A *

70 mil (1.778mm)

4.8A *

100 mil (2.540mm)

6.0A *

120 mil (3.048mm)

7.3A **

150 mil (3.810mm)

8.0A **

180 mil (4.572mm)

9.5A **

200 mil (5.080mm)

11.0A **

* Quelle: DIN IEC 326 Teil 3;
** Mit einer Regression durch die Punkte nach * wurden die fehlenden Werte extrapoliert.

2.A.3.2 Leiterabstände

Der Abstand zwischen zwei Leiterbahnen kann nicht unendlich klein gewählt werden. Ausschlaggebend hierfür ist zum einen das Übersprechen und zum anderen die Spannungsfestigkeit über die Luftstrecke. In der VDE 0110b werden die Isolationsgruppen festgelegt, nach der ein Gerät oder Leiterplatte eingestuft werden kann. Die Gruppen sind in Ao, A, B, C und D unterteilt, wobei D die Gruppe mit den härtesten Anforderungen und C die Gruppe für industrielle Anwendungen darstellt. Um evtl. eine Gruppe höher zu kommen als durch die Abstände möglich ist, so ist die Leiterplatte nach dem Test mit Isolationslack einzusprühen.

Für folgende Scheitelspannungen werden die Abstände in Bezug auf die Leiterbahnbreite festgelegt:
Spannung [V] Leiterbahnbreite Leiterbahnabstand (Clearence)

5

6 mil = 0,15mm

8 mil = 0,2 mm

10

8 mil = 0,2 mm

13 mil = 0,33 mm

30

20 mil = 0,5 mm

30 mil = 0,76 mm

150

30 mil = 0,76 mm

50 mil = 1,27 mm

230

50 mil = 1,27 mm

100 mil = 2,54 mm

2.A.3.3 Leiterbahnlänge

Die Leiterbahnlänge ist für ein Design von besonderer Bedeutung. Bei der Plazierung von Leiterbahnen sind deshalb einige Punkte zu beachten:

Eine Leiterbahn hat einen Induktivitätsbelag von ca. 1nH/mm. Das heißt, daß Stromänderungen auf einer Leiterbahn einen Schwingkreis aus parasitären Kapazitäten und Leitungsinduktivitäten anregen. Daraus entstehen sehr hochfrequente Schwingungen, die sich ablösen und somit andere Geräte oder Teile einer Schaltung stören können. Eine Verkürzung einer Leiterbahn um den Faktor 10 hat eine Induktivitätsverkleinerung um den Faktor 10 zur Folge, ein Verschmalerung hingegen wirkt sich nur um den Faktor 1,5 aus. Die Leiterbahnen in der Gegenkopplung von OPs sollten, aus anderen Gründen, ebenfalls kurz sein. In diesem speziellem Fall können magnetische Felder in der Gegenkopplungsschleife kleine Störspannungen erzeugen, die mit voller innerer Verstärkung des OPs an den Ausgang gegeben werden.

Zusammenfassend ist zu beachtent, daß nicht der ohmsche Anteil, sondern der Induktivitätsbelag einer Leiterbahn Störungen verursacht!

2.A.3.4 Leiterbahnführung

Bei der Verlegung von Leiterbahnen sind grundsätzliche Punkte zu beachten:

- Gerade Leiterbahnen sollen möglichst an einem Stück gezogen werden, um ein unnötiges ansetzen des Belichters zu vermeiden. Durch die Positionierungsungenauigkeiten der Belichter-Mechanik könnte es auch zu kleinen Fehlern in den Leiterbahnzügen kommen, wenn der Belichter an der gleichen Stelle nochmals neu ansetzen muss.

- Freie Durchkontaktierungen sind auf ein Minimum zu reduzieren. Gründe dafür liegen zum Beispiel in der Zuverlässigkeit einer freien Durchkontaktierung. Durchkontaktierungen können in den meisten Fällen auch an Bauteilen erfolgen!

- Soll eine Leiterplatte einseitig verkupfert werden, so sind die Bohrungen trotzdem mit Durchkontaktierungen zu versehen. Die Bauteile haben dadurch einen festeren Halt auf der Platine und können somit weniger die Leiterbahnen abtrennen. Der Kostenaufwand ist im Vergleich zum Ärger gering.

- Abknickende Leiterbahnen sind immer im 45 Grad-Winkel zu legen, wobei folgende Schenkellängen zu bevorzugen sind: 50 oder 100 mil.

- Leiterbahnen mit T-Form müssen ebenfalls breit genug angefaßt werden.

- Für Durchführungen von Leiterbahnen zwischen Pads besteht die Möglichkeit, eine Leiterbahn der Stärke 12 mil zwischen 2 Pads der Größe 60 mil zu plazieren.

- Auf einem Layout mit Feinstleiter (kleiner gleich 8 mil Leiterbahnen) können zwei Leitungen zwischen Pads plaziert werden, sofern die Pads auf 50 mil reduziert wurden.

- Lange, parallel liegende Leiterbahnen sind aus Gründen des Übersprechens unbedingt zu vermeiden.

- Schirmflächen sind so groß wie möglich anzulegen. Sie dürfen nicht stromdurchflossen sein.

- Eine Kurzschluß-Leiterbahn (30-50mil) am Platinenrand kompensiert magnetisch induzierte Störungen. Wenn im unteren Bereich an der Frontplattenseite eine zusätzliche Lötfläche versehen wird, so können RITTAL ESD-Kontakte auf den Führungsschienen eingesetzt werden.

- Leiterbahnen mit Hochfrequenzsignalen sollten beidseitig durch Masseleitungen der zwei- bis dreifachen Breite umschlossen, sowie durch eine Massefläche auf der Unterseite geschirmt werden. Die Masseleitungen müssen so dicht wie möglich geführt werden (siehe Kapitel Leiterbahnabstand). Ein weiterer Vorteil dieser Maßnahme ist, daß diese Anordnung einen definierten Wellenwiderstand von ca. 70 Ohm besitzt und dadurch geringere Anpassungsprobleme entstehen.

Umschließung von Hochfrequenzsignalen durch Massebahnen

- Leiterbahnen zur Spannungsversorgung sollten, wenn möglich, übereinander verlegt werden. Kammstrukturen sind zu vermeiden. Der Sinn liegt darin, die Fläche zwischen der Spannungsversorgung so klein wie möglich zu halten. In dieser Fläche breitet sich ein elektrisches Feld aus, das Störungen abstrahlt (Antennen-Wirkung).

- Chipquarze müssen mit einer Massefläche auf der Lötseite (unterhalb des Bauteils) und mit dem GND-Anschluß des ICs versehen werden. Ebenfalls ist auf sehr kurze Leitungen zum Abblockkondensator zu achten.

Masseflächen unter Quarzen

-Standardquarze (HC-49/U, Uhrenquarze, etc.) sind liegend zu plazieren und ebenfalls mit einer Massefläche unterhalb des Bauteils zu versehen. Sollte aus Platzgründen eine stehende Bauform verwendet werden, ist auch hier auf eine Massefläche zu achten. Die Fläche darf nicht mit Lötstopplack überzogen sein und muß mindestens die gleiche Größe wie das Bauteil aufweisen. Auch diese Massefläche ist stromlos mit dem Massepotential zu verbinden. Die Abschirmgehäuse der Quarze werden in der Fertigung mit dieser Fläche verlötet.

2.A.3.5 Leiterbahndicke

Für die Auslegung der Leiterbahnbreite und für die Fertigung der Leiterplatte ist die Dicke der Leiterbahnen von großer Bedeutung. Dazu muß man wissen, daß die Dicke der Kupferschicht nicht von vornherein auf dem Basismaterial vorhanden ist, sondern nur eine recht dünne Schicht von etwa 10µm. Nach dem Bohren der Bauteillöcher und der Aufbringung deren Durchkontaktierung von einigen Mikrometer, wird die Leiterplatte geätzt. Im nächsten Schritt wird die Kupferschicht galvanisch auf die gewünschte Dicke aufgebracht. Diese Vorgehensweise ist notwendig um Unterätzungen zu verhindern. Übliche Dicken sind 35µm, 70µm und 105µm.

Möchte man, um den Bahnwiderstand zu reduzieren und die max. Strombelastung zu erhöhen, die Leiterbahndicke verdoppeln, so ist nur eine mit dem Faktor Wurzel 2 höhere Belastung möglich. Das liegt daran, daß die Oberfläche nicht gleichzeitig doppelt so groß wird.

2.A.3.6 Bohrdurchmesser und Padgrößen

Es hat sich in der Fertigung als sehr praktisch herausgestellt, die Bohrdurchmesser und die Padgrößen der Leiterplattenentwicklung vorzugeben.

Im Folgenden sind die gängigsten Bohrlochgrößen und Pads definiert:
Bohrlochart Bohrloch[mm] Bohrloch[mil] Pad[mil]
Transistor

0,6

23

40

Via für Datenleitungen,etc.

0,6

23

40

Via für Spannungsversorgung

0,8

31

50

Dioden: 1N4148,BAT41,etc.

0,8

31

60

Grundbohrungen für Quarze,R,SIL,
MKT-,Keramik-C,IC,LED,etc.

0,8

31

60

Drossel

0,8

31

100

Folienstecker

1,0

39

60

Dioden: 1N4007,ZPDxx,BZXxx,BZYxx 

1,0

39

60

Pfostenstecker,Molex-Stecker

1,0

39

60

Pfostenleiste

1,0

39

60

VG64ab,VG64ac,VG32ab,VG32ac,etc.

1,0

39

60

Spannungsregler

1,0

39

70

Schaltregler

1,0

39

70

VDR-Widerstand(Varistor)

1,0

39

70

Netzfilter Typ B84110-B-A14

1,0

39

100

Gleichrichter B40C800

1,0

39

100

JST-Stecker: JST2,JST3,JST4,JST5,JST6

1,2

47

70

Batterie (Lithium 3.6V)

1,2

47

70

Summer B/C14

1,2

51

80

Phoenix-Klemmen MKDS1.5,MKDSN1.5

1,3

51

80

Gleichrichter B80C1500R

1,3

51

100

Phoenix-Klemmen MKDS5

1,3

51

150

Lötnägel

1,5

59

100

Gleichrichter B40C3300/5000

1,5

59

100

Elko (großer Kapazität)

1,5

59

100

Diode BYS26-45

1,5

59

100

SI-Halter liegend

1,5

59

150

Trafo (Befestigung)

3,0

118

180

VG-Befestigungslöcher

3,0

118

180

Kühlkörperbefestigungen

3,0

118

200

Kunststoff-Schnappbefestigungen

4,7

185

220

Freie Befestigungslöcher M2,5

3,0

118

200

Freie Befestigungslöcher M3

3,3

130

200

Freie Befestigungslöcher M4

4,5

180

250

Freie Befestigungslöcher M5

5,5

216

300

Quelle: Frauenhofer IPT

2.A.4 Zahlensysteme

Die Basisgröße der Länge im SI-System (Système International d´Unites) ist das Meter, definiert als jene Strecke, die das Licht im Vakuum in einer Zeit von 1/299729458s zurücklegt.

Vielfache und Teile von Maßeinheiten:

Name

Abkürzung

Zehnerpotenz

Faktor

Yotta

Y

1024

1.000.000.000.000.000.000.000.000

Zetta

Z

1021

1.000.000.000.000.000.000.000

Exa

E

1018

1.000.000.000.000.000.000

Peta

P

1015

1.000.000.000.000.000

Tera

T

1012

1.000.000.000.000

Giga

G

109

1.000.000.000

Mega

M

106

1.000.000

Kilo

K

103

1.000

Hekto

h

102

100

Deka

D

101

10

-

 

 

1

Dezi

d

10-1

0,1

Zenti

c

10-2

0,01

Milli

m

10-3

0,001

Mikro

µ

10-6

0,000.001

Nano

n

10-9

0.000.000.001

Piko

p

10-12

0,000.000.000.001

Femto

f

10-15

0,000.000.000.000.001

Atto

a

10-18

0,000.000.000.000.000.001

Zepto

z

10-21

0,000.000.000.000.000.000.001

Yocto

y

10-24

0,000.000.000.000.000.000.000.001

Bei der 19" Zoll Technik wird noch das englische Maßsystem verwendet:

 

 

 

SI

1 mile

1760 yards

 

1609 m

1 yard

3 feet

 

914,4 m

1 foot

12 inches

 

20,48 cm

1 inch

12 lines

1 Zoll

25,4 mm

1 line

 

 

2,116 mm

Bei der Layouterstellung werden die Maße auch in mil angegeben.

1 mil

0,0253968254 mm

39,375 mil

1 mm

315 mil

8 mm