In vielen Anwendungen von Drucksensoren treten kurzzeitig hohe stoßartige Belastungen auf, die man Schock nennt. Schockfestigkeit gibt an, bis zu welcher Beschleunigung die Geräte die Schockbelastung überstehen ohne Schaden zu nehmen.
Die Belastung, die während eines Schocks wirkt, wird als ein Vielfaches der Erdbeschleunigung (g = 9,81 m/s²) angegeben. Zudem wird die Dauer der Belastung vermerkt. Eine Belastung von 3 g tritt beispielsweise bei einer Fallschirmlandung auf. 25 g wirken auf einen Autofahrer, wenn er mit 80 km/h in eine massive Wand fährt und noch 1 m Knautschzone zum „bremsen“ hat. 100 g treten bei einem Sturz eines Gegenstands aus einem Meter Höhe auf, wenn dieser auf dem Boden aufschlägt und innerhalb eines Millimeters abgebremst wird. Je härter der Boden wird, desto höher wird auch die Belastung.
Handelsübliche Industrie-Druckmessumformer verfügen über eine Schockfestigkeit von ca. 100 – 500 g über bis zu 10 ms.
Halbsinus-Schock
Schocktests werden nach der Norm IEC 60068-27 durchgeführt. Sie unterscheidet grundsätzlich zwischen 3 verschieden Schocktypen. Dem Halbsinus-Schock, dem Sägezahn-Schock und dem Trapez-Schock. An dieser Stelle beschränken wir uns auf den Halbsinus-Schock, da dieser am weitesten verbreitet ist. Der halbsinusförmige Schock bildet einen Schock nach, der bei dem Anstoßen und Abbremsen schwingungsfähiger Teile entsteht. Die Abbildung zeigt die Beschleunigungskurve.
Hersteller von Druckmessumformern ergreifen eine Vielzahl von Maßnahmen, um die benötigte Schockfestigkeit für die jeweilige Applikation zu gewährleisten.
Einige dieser Maßnahmen werden im Folgenden näher beschrieben.
- Die Gehäuse werden möglichst gedrungen ausgelegt, um hohe Hebelwirkungen zu vermeiden. Zudem sind Gehäuse aus Edelstahl im Allgemeinen robuster als Plastikgehäuse und können mechanischen Belastungen besser widerstehen. Ein Nachteil ist, dass der Druckmessumformer schwerer wird und damit die Belastung auf das Anschlussgewinde steigt.
- Im Innern sind die elektronischen Bauteile durch einen Verguss geschützt. Dieser elastische Verguss bietet eine Gegenkraft zu den Kräften, die durch den Schock auf die Leiterplatten einwirken und verhindert ein Anstoßen an das Gehäuse.
- Für die elektrischen Anschlüsse ist es sicherer Crimpkontakte, an Stelle von Lötstellen, zu verwenden. Der größte Nachteil bei Lötstellen ist, dass das angelötete Kabel am Übergang zwischen verzinntem Teil der Kabeladern und dem flexiblen Teil brechen kann. Dort treten bei hohen Vibrationen und Schocks die größten Belastungen auf. Beim Crimpen verteilt sich die Belastung besser und das Kabel bricht nicht. Allerdings ist eine Crimpverbindung teurer und technisch aufwendiger umzusetzen.