Der einfache Kartenhalter hat vielleicht nicht den Glamour, den man mit den neuesten Embedded-Prozessoren verbindet, die für schnelleren Datendurchsatz, geringen Stromverbrauch und eine Vielzahl anderer leistungsbezogener Eigenschaften stehen, aber dieses oft übersehene Strukturelement ist ein integraler Bestandteil eines eingebetteten Systems. Ein direkt auf der Leiterplatte (PCB) selbst montierter Kartenhalter, auch Keilschloss genannt, hält die Platine sicher an ihrem Platz und reduziert so das Risiko einer Beschädigung der Elektronik in einem eingebetteten System.
Die meisten Anwendungen, für die Kartenhalter erforderlich sind, finden sich in der Avionik. Einer der entscheidenden Aspekte eines hochwertigen Kartenhalters ist die Fähigkeit, eine gleichmäßige Klemmkraft über die gesamte Länge der Karte aufrechtzuerhalten, insbesondere wenn sie den extremen Stößen und Vibrationen ausgesetzt sind, wie sie in solchen Anwendungsumgebungen auftreten. Diese Kraft wird benötigt, um eine solide mechanische Festigkeit aufrechtzuerhalten und den Kontakt von Oberfläche zu Oberfläche aufrechtzuerhalten, der für das Wärmemanagement sorgt. Die Anzahl der verwendeten Keile, ein anpassbares Merkmal eines Kartenhalters, hat direkten Einfluss auf die Leistung des Halters. Je höher die Anzahl der Keile, desto höher die Spannkraft und die Wärmeübertragung.
Komplexität in einer einfachen Komponente
Hinter den Kulissen des einfachen Kartenhalters verstecken sich viele weitere Funktionen. Bei genauer Betrachtung werden Elemente wie geprägte Kanten aufgedeckt, die ein reibungsloses Ein- und Ausziehen aus einem System ermöglichen. (Abbildung 1) Die Verwendung von stranggepresstem Aluminium verleiht den Kartenhaltern eine leichte und dennoch außergewöhnlich stabile Konstruktion — eine wichtige Komponente bei mobilen und luftgestützten Anwendungen.
Flexcom Cutout Surelocks
Und diese vielseitigen Komponenten bieten überraschend viele Optionen, um maßgeschneiderte Lösungen zu ermöglichen, die an die Betriebsumgebung angepasst sind. Was genau macht also einen Kartenhalter für eine bestimmte Anwendung geeignet?
Zu den beliebten Designelementen gehören Halterungen mit mehreren Segmenten, die in einer bestimmten Länge hergestellt werden können, um den Anforderungen einer Anwendung gerecht zu werden, sowie die Wahl der Größe und des Stils für Befestigungslöcher. Beides sind wichtige Eigenschaften im wachsenden Markt für kleine Formfaktoren (SFF).
Es gibt noch andere Elemente, die es einem Ingenieur ermöglichen, einen Kartenhalter für seine Anwendung „maßgeschneidert“ zu entwerfen. Der Laufwerkstyp ist in der Regel benutzer- oder projektabhängig. Wird das Laufwerk beispielsweise in einer metrischen Umgebung verwendet, handelt es sich in der Regel um ein metrisches Laufwerk. Auch bei der Auswahl eines Kartenhalters spielt es eine wichtige Rolle, das richtige Gleichgewicht zwischen leichtem Design und der richtigen Oberfläche zu finden.
Um sicherzustellen, dass die Kartenhalterung gesichert ist, werden verschiedene Verriegelungsmechanismen verwendet, die in der Regel entweder verschraubt oder hebelgestützt sind. Einige bieten visuelle Anzeigen, die bestätigen, ob die Kartenhalterung geschlossen oder geöffnet ist.
Bei den meisten Kartenhalterungen für Anwendungen mit hoher G-Kraft muss ein Schraubenzieher verwendet werden, um sicherzustellen, dass die Platine sicher sitzt. Es gibt jedoch einige Halterungen ohne Werkzeug, mit denen eine Platine ausreichend gesichert werden kann. Dabei wird in der Regel ein Hebel verwendet, der in die Kartenhalterung selbst eingebaut ist. Diese Konstruktion mag zwar für bestimmte, weniger robuste Anwendungen geeignet sein, es muss jedoch darauf geachtet werden, dass der Hebel nicht zu fest angezogen wird. Dies kann zu einer kostspieligen Reparatur führen, wenn die Wände beschädigt sind, da die meisten Avionikgehäuse gefräst sind und daher zur Reparatur die gesamte Einheit entfernt werden muss. In ähnlicher Weise wirken sich etwaige Unvollkommenheiten in der sprühbeschichteten Oberfläche auf das Wärmemanagement aus, sodass in der Regel eine völlig neue Oberfläche auf das Gehäuse aufgebracht werden muss.
Am besten berücksichtigen Sie die Robustheit, Mobilität und raue Umgebung, da hierfür möglicherweise eine eingeschraubte Kartenhalterung erforderlich ist.
Integrierte Wärmeübertragungseigenschaften
Obwohl Kartenhalter in der Regel in mobilen, unternehmenskritischen und robusten Anwendungen eingesetzt werden, haben sie dank ihrer inhärenten Wärmemanagementeigenschaften, die auf den starken Kontakt der Kartenschienen mit dem Gehäuse zurückzuführen sind, auch in stationären Industrieumgebungen ihren Platz gefunden.
Zum Beispiel dehnen sich die SureLock-Halterungen von Elma durch einfaches Drehen einer Schraube aus, um sowohl die Leiterplatte sicher an ihrem Platz zu halten als auch die Konduktionskühlung zu erleichtern, indem sie Wärme von der Karte abziehen und sie auf eine Kühlplatte oder eine extrudierte Wand des Gehäuses übertragen. Sie bieten auch einen optischen Hinweis darauf, dass die Karte ordnungsgemäß gesichert wurde. Sie sind in Form eines roten Schraubenkopfs sichtbar (oder auch nicht), wenn der richtige Festzug erreicht wurde.
Tests, die mit diesen Arten von Kartenhaltern durchgeführt wurden, haben beeindruckende Wärmeübertragungsfähigkeiten in zwei verschiedenen Ausführungen gezeigt: Yellow Alodin und Black Eloxed (Abbildung 2). Eine weitere beliebte Oberflächenbehandlung ist stromloses Nickel, das in der Regel sogar noch besser abschneidet als eine eloxierte Oberfläche.
Thermischer Widerstand der Serie Surelock 290
Es ist wichtig, den Unterschied zwischen den Oberflächenarten und der damit verbundenen Spannkraft zu beachten.
Yellow Alodine und Black Anodize sind beliebte Optionen, die beide eine gute Spannkraft und thermische Eigenschaften bieten. Die am häufigsten angegebene Oberfläche ist eloxiert, da sie in der Regel das optimale Preis-Leistungs-Verhältnis bietet. Wenn Sie sich diese Oberfläche unter dem Mikroskop ansehen würden, würden Sie eine Architektur erkennen, die fast aus einem Tal besteht und für mehr Stabilität sorgt, um zwei Oberflächen an ihrem Platz zu halten. Wenn die Karten häufig entfernt werden müssen, ist dies möglicherweise nicht die beste Option, da die Halterungen durch diese Reibung beim Entfernen „stecken bleiben“ können.
Stromloses Nickel könnte für diese Art von Anwendungen eine bessere Option sein, obwohl es mit einem höheren Preis verbunden ist, der manchmal um 25% steigt. Es ist jedoch auch am effizientesten, da es eine hervorragende Spannkraft und außergewöhnliche thermische Eigenschaften bietet, während die glattere Oberfläche nicht die bindende Wirkung der eloxierten Oberfläche hervorruft.
Frühzeitig angeben, um Kopfschmerzen zu vermeiden
Einige der einfachsten technischen Versäumnisse haben zu katastrophalen Systemausfällen geführt, und Kartenhalter sind nicht davor gefeit. Wenn für Ihre Anwendung eine Kartenhalterung erforderlich ist, sollten Sie Ihre Anforderungen am besten früh im Entwurfsprozess abwägen, da Sie sonst Gefahr laufen, mit unvorhergesehenen Designherausforderungen konfrontiert zu werden. Zu den häufigsten Fallstricken bei der Angabe von Kartenhaltern am Ende des Prozesses gehören:
- Kein Platz im Vorstand: Wenn Sie keine Vorkehrungen für die Platzierung der Kartenhalter treffen, können bestimmte Komponenten den Stellen, an denen die Schienen auf der Platine selbst angebracht werden müssen, im Weg stehen.
- Bodenflächen an der Außenseite: Um eine korrekte Wärmeübertragung zu gewährleisten, sollten die Masseflächen so positioniert werden, dass so viel Wärme wie möglich an die Außenseite des Gehäuses geleitet wird. Wenn Sie bis zum Ende warten, können Sie Ihre Möglichkeiten einschränken.
- Die Schienen sind zu kurz: Nichts ist schlimmer, als zu entdecken, dass sich deine Schienen nicht über die gesamte Länge deines Boards erstrecken. Stellen Sie sicher, dass die Halterungen richtig auf die Abmessungen Ihres Systems abgestimmt sind.
Verbessern Sie die Systemstabilität
Kartenhalter sind ein äußerst integraler Bestandteil in mobilen, robusten und rauen Umgebungen sowie in dynamischen, kommerziellen Umgebungen, die starken Stößen und Vibrationen ausgesetzt sind. Sie sorgen dafür, dass die Karte fest sitzt und ordnungsgemäß gekühlt wird, und ermöglichen so eine konsistente, zuverlässige Schnittstelle zwischen der Platine und der Rückwandplatine eines eingebetteten Computersystems. Und mit einer gesicherten Platine, die keinen thermischen Belastungen ausgesetzt ist, wird die Zuverlässigkeit des Systems erhöht, was zu einem besseren Betrieb und einer besseren Gesamtfunktionalität führt... und das alles mit Hilfe der „einfachen“ Kartenhalterung.
