WO/2015/003927 | TAMPER RESPONSIVE SENSOR |
JPH09173599 | SECURITY MECHANISM |
JP2002077133 | DATA RECORDER AND DATA TERMINAL EQUIPMENT |
DIEDRICHS HELMUT W (DE)
WO2007055716A2 | 2007-05-18 |
EP2998939A1 | 2016-03-23 | |||
DE20012350U1 | 2000-11-16 | |||
US20100073493A1 | 2010-03-25 | |||
US20040012316A1 | 2004-01-22 | |||
US5479341A | 1995-12-26 |
P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Gehäuse (1) für eine elektronische Datenverarbeitungseinheit (2) für digitale Daten, wobei die Datenverarbeitungseinheit (2) in einer vorgegebenen Betriebsposition innerhalb des Gehäuses (1) angeordnet und von einer in oder an dem Gehäuse (1) angeordneten Wärmeschutzeinrichtung (10) umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeschutzeinrichtung (10) mindestens zwei Wärmeschutzschichten (11, 12, 13, 15, 16, 17, 22, 24, 26) aufweist, von denen mindestens zwei Wärmeschutzschichten (11, 12, 13, 15, 16, 17, 22, 24, 26) unterschiedliche Materialien aufweisen und die sich mindestens bereichsweise überlappen und gemeinsam die Datenverarbeitungseinheit (2) umgeben. 2. Gehäuse (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Wärmeschutzschichten (11, 12, 13, 15, 16, 17, 22, 24, 26) die Datenverarbeitungseinheit (2) jeweils vollständig umgeben. 3. Gehäuse (1) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wärmeschutzschicht (26) eine Ummantelung der Datenverarbeitungseinheit (2) aus einem doppelwandigen und ein Vakuum umschließenden Behälter (27) aufweist. 4. Gehäuse (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wärmeschutzschicht (12) eine Ummantelung der Datenverarbeitungseinheit (2) aus einem Vakuumdämmplattenmaterial ist. 5. Gehäuse (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Wärmeschutzschicht (12) gebildete Ummantelung aus zwei Halbschalen gebildet ist, die jeweils aus Vakuumdämmplattenmaterial bestehen. 6. Gehäuse (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an oder in dem Gehäuse (1) eine Wärmeschutzschicht (15) aus einem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit angeordnet ist. 7. Gehäuse (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Außenseite (21) einer Gehäusewand (7) des Gehäuses (1) eine Wärmeschutzschicht (22) aus einem wärmestrahlungsreflektierenden Material angeordnet ist. 8. Gehäuse (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wärmeschutzschicht (11) eine Schicht aus einem Aerogel aufweist. 9. Gehäuse (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wärmeschutzschicht (13, 16) eine Schicht aus einem Vlies, einem Gewirk, einem Gewebe oder einem Gelege aus keramischen oder mineralischen Fasern aufweist. 10. Gehäuse (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wärmeschutzschicht (17) eine Schicht aus einem intumeszierenden Material (18) aufweist . 11. Gehäuse (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das intumeszierende Material (18) bei einer temperaturbedingten Aufschäumung eine endotherme chemische Reaktion durchführt. 12. Gehäuse (1) nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das intumeszierende Material (18) bei einer temperaturbedingten Aufschäumung einen flammhemmenden Wirkstoff freisetzt. 13. Gehäuse (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das intumeszierende Material (18) auf einer wärmedämmenden Trägerschicht (19) angeordnet ist. 14. Gehäuse (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das intumeszierende Material (18) zwischen einer Innenseite (14) einer Gehäusewand (7) des Gehäuses (1) und der Trägerschicht (19) angeordnet ist. 15. Gehäuse (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusewand (7) mehrere Öffnungen (23) aufweist, durch welche das intumeszierende Material (18) bei einer temperaturbedingten Aufschäumung hindurchdringen und aus dem Gehäuse (1) austreten kann. 16. Gehäuse (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Außenseite (21) einer Gehäusewand (7) des Gehäuses (1) eine Wärmeschutzschicht mit einer Schicht aus einem intumeszierenden Material (18) angeordnet ist. 17. Gehäuse (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wärmeschutzschicht eine Schicht aus einem endothermen Material aufweist, welches bei einer Erwärmung eine endotherme Reaktion durchführt. 18. Gehäuse (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (1) ein Wärmeübertragungselement (25) angeordnet ist, welches eine wärmeübertragende Verbindung der Datenverarbeitungseinheit (2) mit einer wärmeleitenden Gehäuseschnittstelle (8) in einer Gehäusewand (7) des Gehäuses (1) bildet. 19. Gehäuse (1) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeübertragungselement (25) aus einem Feststoff besteht, der bei einer Erwärmung über eine Schwellentemperatur von weniger als 100°C, vorzugsweise von weniger als 80°C schmilzt. 20. Gehäuse (1) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeübertragungselement (25) eine Trennvorrichtung aufweist, die bei einem übermäßigen Wärmeeintrag von der Gehäuseschnittstelle (8) zu der Datenverarbeitungseinheit (2) die wärmeübertragende Verbindung des Wärmeübertragungselements (25) zwischen der Gehäuseschnittstelle (8) und der in der Betriebsposition angeordneten Datenverarbeitungseinheit (2) unterbricht. 21. Gehäuse (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinheit (2) mit einer feuchtigkeitsdichten Beschichtung umhüllt ist . 22. Gehäuse (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinheit (2) eine Speichereinrichtung (5) für digitale Daten aufweist . 23. Gehäuse (1) nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichereinrichtung (5) ein Solid-State-Drive aufweist . 24. Gehäuse (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinheit (2) eine Fläche von weniger als 25 cm2 und ein Raumvolumen von weniger als 25 cm3 einnimmt. 25. Gehäuse (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) Abmessungen aufweist, die kleiner oder gleich einem standardisierten 3, 5-Zoll-Gehäuse mit Außenabmessungen kleiner oder gleich 146 mm x 102 mm x 25 mm sind. |
Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für eine elektronische Datenverarbeitungseinheit für digitale Daten, wobei die Datenverarbeitungseinheit in einer vorgegebenen
Betriebsposition innerhalb des Gehäuses angeordnet und von einer in oder an dem Gehäuse angeordneten
Wärmeschutzeinrichtung umgeben ist.
Eine zuverlässige Bearbeitung und insbesondere Speicherung und Aufbewahrung von digitalen Informationen ist in vielen Bereichen von großer Bedeutung. Die meisten elektronischen Datenverarbeitungsanlagen sind für Betriebsbedingungen konzipiert, wie sie in geschlossenen Räumen herrschen, und vertragen weder Feuchtigkeit noch große
Temperaturschwankungen. Treten außergewöhnliche Belastungen oder Betriebsbedingungen auf, beispielsweise eine große Hitzeeinwirkung infolge eines Brandes oder Kontakt mit Wasser während der Brandlöschung, werden die
Datenverarbeitungsanlagen üblicherweise beschädigt und die gespeicherten Daten können oftmals nicht mehr ausgelesen oder weiterverwendet werden.
In vielen Fällen können die digitalen Informationen kopiert und an einem anderen Ort zusätzlich gespeichert werden, um bei einer Beschädigung oder bei einem Ausfall einer
Datenverarbeitungsanlage einen zuverlässigen Zugriff auf diese Informationen zu ermöglichen. Geeignete Backup- Lösungen können die kopierten Informationen auf zusätzlich an die Datenverarbeitungsanlage angeschlossenen
Speichereinheiten oder auf oftmals weit entfernt
befindlichen Speichereinheiten speichern, zu denen die kopierten Daten über drahtlose oder leitungsgebundene
Verbindungen übertragen werden.
Durch eine geeignete Datensicherung insbesondere in einer räumlich entfernten Speichereinheit oder in der Cloud können die digitalen Informationen einer
Datenverarbeitungsanlage auch nach deren Beschädigung oder Ausfall weiterverwendet werden, sodass beispielsweise
Datenverarbeitungssysteme mit mehreren
Datenverarbeitungsanlagen, die jeweils auf die in einer gesonderten Speichereinheit gespeicherten Daten zugreifen, ausfallsicher betrieben werden können. Dies setzt jedoch voraus, dass bei einem drohenden Ausfall einer einzelnen Datenverarbeitungsanlage sowohl genug Zeit zur Verfügung steht als auch die Möglichkeit besteht, die digitalen
Informationen zu kopieren und zu einer räumlich entfernten Speichereinheit zu übertragen.
Aus der Praxis sind auch Gehäuse für
Datenverarbeitungsanlagen oder auch für einzelne
Datenverarbeitungseinheiten bekannt, die eine zusätzliche Ertüchtigung für beanspruchende Betriebs- oder
Umgebungsbedingungen aufweisen. So können die Gehäuse besonders stoß- und bruchfest ausgestaltet sein oder eine gesonderte Abdichtung gegenüber Feuchtigkeit aufweisen bzw. wasserfest sein. Durch zusätzliche Isolierungen und
Dämmungen können die entsprechend geschützten
Datenverarbeitungsanlagen oder Datenverarbeitungseinheiten zumindest über einen Zeitraum hinweg eine größere
Hitzeeinwirkung überstehen. In US 2004/0012316 AI, US
5,479,341 oder WO 2007/055716 A2 sind verschiedene
Ausgestaltungen von Datenverarbeitungsmodulen, bzw.
Datenspeichereinheiten beschrieben, die in einem Gehäuse mit einer Schutzeinrichtung angeordnet und durch
verschiedene Maßnahmen vor Feuer oder Wasser geschützt sind .
Solche gegenüber außergewöhnlichen Umgebungsbedingungen möglichst gut geschützten Datenverarbeitungseinheiten werden derzeit beispielsweise bei einer sogenannten Black- Box eingesetzt, einer Speichereinrichtung für digitale Daten, die Informationen während eines Betriebs eines
Flugzeugs oder eines Fahrzeugs speichert, um im Falle eines Unfalls eine nachträgliche Auswertung der aufgezeichneten Informationen und eine Rekonstruktion des Unfallhergangs zu ermöglichen .
Die in vielen Fällen besonders wichtige
Wärmeschutzeinrichtung, bzw. die Abschirmung der in einem Gehäuse angeordneten Datenverarbeitungseinheit gegenüber Hitzeeinwirkungen setzt üblicherweise eine möglichst effiziente und wirksame Dämmung und Isolierung der
Datenverarbeitungseinheit voraus, sodass keine Wärme von außerhalb des Gehäuses eindringen und die
Datenverarbeitungseinheit beschädigen kann.
Bei den aus der Praxis bekannten Gehäusen mit einer vor einer übermäßigen Hitzeeinwirkung schützenden
Wärmeschutzeinrichtung weist die Wärmeschutzeinrichtung beispielsweise eine in dem Gehäuse angeordnete Umhüllung der Datenverarbeitungseinheit aus einer keramischen
Isolationswolle oder aus einem wärmedämmenden Vliesmaterial auf. Es hat sich jedoch gezeigt, dass eine derartige
Umhüllung entweder einen sehr hohen Raumbedarf aufweist, sodass die Datenverarbeitungseinheit in einem
vergleichsweise großvolumigen Gehäuse angeordnet sein und von einer möglichst dicken Wärmedämmschicht umgeben sein muss, oder dass die Wärmedämmwirkung für viele
Schadensfälle zu gering ist und trotz der Wärmedämmschicht eine übermäßige Erwärmung und Beschädigung der
Datenverarbeitungseinheit nicht zuverlässig verhindert werden kann.
Es ist aus der Praxis ebenfalls bekannt, ein Vakuumpanel oder mehrere Vakuumdämmplatten in dem Gehäuse so
anzuordnen, dass die Datenverarbeitungseinheit möglichst großflächig bzw. vollständig von Vakuumdämmplattenmaterial umgeben ist, welches eine thermische Isolierung bewirkt. Allerdings weisen die üblichen Vakuumdämmplattenmaterialien nur eine geringe bzw. ungenügende mechanische Festigkeit auf, sodass beispielsweise bei plötzlichen Stoßbelastungen oder länger einwirkenden Vibrationen die thermische
Dämmwirkung der Vakuumdämmplatten nachlässt oder sogar weitgehend aufgehoben wird.
Die aus der Praxis bekannten Gehäuse mit einer
Wärmeschutzeinrichtung, welche eine in dem Gehäuse
angeordnete Datenverarbeitungseinheit vor einer übermäßigen thermischen Beanspruchung schützen soll, sind deshalb nur bedingt für den Einsatz als Black Box in einem
Landfahrzeug, insbesondere in einem autonom fahrenden
Landfahrzeug geeignet, da die in dem Gehäuse angeordnete Datenverarbeitungseinheit nicht ausreichend vor den bei einem Unfall auftretenden mechanischen Belastungen und insbesondere vor den im Brandfall auftretenden thermischen Belastungen geschützt ist. Zudem weisen derartige Gehäuse oftmals einen großen Raumbedarf und ein hohes Eigengewicht auf, was insbesondere bei der Verwendung in einem Fahrzeug als nachteilig angesehen wird.
Es wird deshalb als eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen, ein Gehäuse mit einer Wärmeschutzeinrichtung für eine Datenverarbeitungseinheit so auszugestalten, dass eine möglichst effektive thermische Dämmwirkung bei einem möglichst geringen Raumbedarf ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die in dem Gehäuse angeordnete Wärmeschutzeinrichtung
mindestens zwei Wärmeschutzschichten aufweist, von denen mindestens zwei Wärmeschutzschichten unterschiedliche
Materialien aufweisen und die sich mindestens bereichsweise überlappen und gemeinsam die Datenverarbeitungseinheit umgeben. Die Wärmeschutzeinrichtung kann auch drei oder mehr Wärmeschutzschichten aufweisen, um mit Hilfe eines mehrschichtigen Aufbaus eine möglichst effektive bzw. hohe Wärmedämmung zu ermöglichen. Mindestens zwei der
vorgesehenen Wärmeschutzschichten weisen erfindungsgemäß unterschiedliche Materialien auf. Die unterschiedlichen Materialien können dabei auch unterschiedliche
physikalische oder chemische Wirkungsweisen aufweisen und verschiedene Arten der Wärmedämmung verwirklichen. So können Wärmeschutzschichten, die Wärmestrahlung
reflektieren, kombiniert werden mit Wärmeschutzschichten, die eine möglichst effiziente Wärmedämmung bewirken. Weiterhin können beispielsweise Materialien mit einem möglichst geringen Wärmeleitwert kombiniert werden mit einem Vakuumdämmplattenmaterial , mit einem Vakuumgefäß oder mit einem intumeszierenden und bei einer Temperaturerhöhung über einen Schwellenwert aufschäumenden Material. Es hat sich gezeigt, dass im Vergleich zu einer einzelnen
Wärmeschutzschicht die Kombination von zwei verschiedenen Wärmeschutzschichten bei einem vergleichsweise geringen Raumbedarf eine besonders hohe und vorteilhafte
Wärmedämmwirkung erzielen kann. Zudem können die
verschiedenen Wärmeschutzschichten während der Dauer einer äußeren Hitzeeinwirkung jeweils unterschiedliche
Eigenschaften aufweisen, sodass eine einfache Anpassung der Wärmeschutzeinrichtung an die räumlichen Vorgaben sowie an die angestrebte thermische Dämmung ermöglicht wird.
Optional ist vorgesehen, dass die mindestens zwei
Wärmeschutzschichten die Datenverarbeitungseinheit jeweils vollständig umgeben. Eine Wärmeschutzschicht umgibt dabei im Sinne der vorliegenden Erfindung die
Datenverarbeitungseinheit vollständig, wenn die
Wärmeschutzschicht die Datenverarbeitungseinheit an allen Seiten und bis auf Nahtstellen, kleine Spalten oder
Stoßfugen umgibt, wie sie beispielsweise bei einer aus mehreren Segmenten hergestellten Wärmeschutzschicht nahezu unvermeidlich auftreten. Die Wärmeschutzschicht umgibt die Datenverarbeitungseinheit auch dann vollständig im Sinne der vorliegenden Erfindung, wenn die Wärmeschutzschicht durch ein optionales Wärmeübertragungselement unterbrochen, bzw. durchdrungen wird, welches dazu vorgesehen ist, eine von der Datenverarbeitungseinheit während des regulären Betriebs erzeugte Wärme durch die Wärmeschutzschicht hindurch aus dem Gehäuse abzuführen, sofern eine
Querschnittsfläche des Wärmeübertragungselements wesentlich geringer als eine der Datenverarbeitungseinheit zugewandte Oberfläche der Wärmeschutzschicht ist und die
Querschnittsfläche des Wärmeübertragungselements
beispielsweise weniger als 10 % der Oberfläche der
Wärmeschutzschicht, vorzugsweise weniger als 5 % und insbesondere weniger als 2 % der Oberfläche der
Wärmeschutzschicht beträgt. Die Wärmeschutzschicht umgibt die Datenverarbeitungseinheit nicht vollständig, wenn die Wärmeschutzschicht lediglich eine Außenseite der
Datenverarbeitungseinheit bedeckt oder beispielsweise eine an einer Seite offene Wanne bildet, in welcher die
Datenverarbeitungseinheit angeordnet ist.
Einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des
Erfindungsgedankens zufolge ist vorgesehen, dass eine
Wärmeschutzschicht eine Ummantelung der
Datenverarbeitungseinheit aus einem doppelwandigen und ein Vakuum umschließenden Behälter aufweist. Das in dem
doppelwandigen Behälter eingeschlossene Vakuum erzeugt eine besonders effektive Wärmedämmung. Der das Vakuum
umschließende Behälter kann aus einem möglichst
permeabilitätsfesten Material wie beispielsweise Edelstahl hergestellt sein. Der Behälter kann auch aus einem
wärmedämmenden Material wie beispielsweise aus einem
Kunststoff bestehen, der in geeigneter Weise mit einem reflektierenden Material wie beispielsweise Aluminium beschichtet ist. Gegebenenfalls kann eine zusätzliche
Beschichtung vorgesehen sein, um eine Diffusion von Gasen in den vakuumierten Hohlraum zu verhindern. Zusätzlich kann eine Außenwand des Behälters, die sich auf einer von der darin angeordneten Datenverarbeitungseinheit abgewandten Seite befindet, verspiegelt oder mit einem
wärmestrahlungsreflektierenden Material beschichtet oder verkleidet sein. Es hat sich gezeigt, dass bereits mit einer dünnen Vakuumschicht bzw. mit einer dünnen
Ummantelung mit dem doppelwandigen und evakuierten Behälter eine vergleichsweise hohe Wärmedämmung erreicht werden kann .
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des
Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass eine
Wärmeschutzschicht eine Ummantelung der
Datenverarbeitungseinheit aus einem
Vakuumdämmplattenmaterial ist. Das
Vakuumdämmplattenmaterial besteht üblicherweise aus einem offenporigen Stützkern, der von einer möglichst luftdichten Hülle umgeben ist. Als Material für den Stützkern können beispielsweise ein offenporiger KunstStoffschäum, pyrogene Kieselsäuren oder Perlite verwendet werden, die jeweils eine Wärmeleitfähigkeit von weniger als 0,01 W m _1 K _1 aufweisen. Der Stützkern kann von einer Hülle umgeben sein, die aus einer oder mehreren Lagen einer metallisierten Kunststofffolie besteht. Jede metallisierte Kunststofffolie kann dabei mit einer oder mehreren Lagen einer
Metallbeschichtung, beispielsweise einer
Aluminiumbeschichtung überzogen sein. In dem Stützkern oder zwischen dem Stützkern und der Hülle können Trockenmittel oder Bindemittel eingelagert sein, mit welchen durch die Hülle eindringender Wasserdampf oder Gasmoleküle wie beispielsweise Stickstoff oder Sauerstoff gebunden werden können . Das Vakuumdämmplattenmaterial kann eine an die Abmessungen der Datenverarbeitungseinheit angepasste Formgebung
aufweisen und eine allseitige Umhüllung der
Datenverarbeitungseinheit erzeugen. Die Umhüllung mit dem Vakuumdämmplattenmaterial kann aus mehreren im Wesentlichen ebenflächigen Segmenten von Vakuumdämmplatten
zusammengesetzt sein. Bei einer dünnen und näherungsweise scheibenförmigen Datenverarbeitungseinheit, die
beispielsweise aus einer mit einem Mikroprozessor und mit einem oder mehreren Speicherchips bestückten Leiterplatte besteht, können auch zwei Vakuumdämmplatten vorgesehen sein, welche die Leiterplatte an den beiden größten
gegenüberliegenden Außenseiten bedecken. Es ist ebenfalls denkbar, dass ein Vakuumdämmplattenmaterial verwendet wird, welches flexible oder elastische Eigenschaften aufweist und bei der Einbringung in das Gehäuse an die Formgebung des Gehäuses und der darin angeordneten
Datenverarbeitungseinheit angepasst werden kann.
Um in vorteilhafter Weise die Umhüllung aus
Vakuumdämmplattenmaterial aus möglichst wenigen Segmenten bzw. mit möglichst wenig Spalten oder Stoßfugen zwischen einzelnen Segmenten zu bilden ist optional vorgesehen, dass die Ummantelung aus zwei Halbschalen gebildet ist, die jeweils aus einem Vakuumdämmplattenmaterial bestehen. Jede Halbschale kann eine an die Abmessungen der
Datenverarbeitungseinheit angepasste Bodenfläche und einen seitlich umlaufenden und von der Bodenfläche abstehenden, bzw. aufragenden Umfangsrand aufweisen. Die beiden
Halbschalen können längs ihres Umfangsrandes miteinander verbunden werden und dabei eine die dazwischen angeordnete Datenverarbeitungseinheit allseitig umgebende Umhüllung bilden .
Um eine möglichst wirksame Wärmedämmung zu ermöglichen ist gemäß einer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens
vorgesehen, dass zwischen zwei Umhüllungen aus
Vakuumdämmplattenmaterial eine Wärmeschutzschicht aus einem anderen wärmedämmenden Material, beispielsweise keramische Isolationswolle oder ein Wärmedämmvlies aus keramischen oder mineralischen Fasern angeordnet ist. Zweckmäßigerweise verlaufen die Spalten oder Stoßfugen der zwei oder mehreren Segmente einer jeder Umhüllung aus
Vakuumdämmplattenmaterial nicht deckungsgleich, sondern versetzt relativ zueinander.
Erfindungsgemäß ist optional vorgesehen, dass an oder in dem Gehäuse eine Wärmeschutzschicht aus einem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit angeordnet ist. Das Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit soll zweckmäßigerweise eine höhere Wärmeleitfähigkeit als Edelstahl aufweisen und kann beispielsweise Aluminium sein. Diese
Wärmeschutzschicht kann dabei eine gesondert hergestellte Metallfolie oder Aluminiumfolie sein. Die
Wärmeschutzschicht kann beispielsweise nachträglich an der Innenseite der Gehäusewand angeordnet und festgelegt sein. Es ist ebenfalls möglich, dass die Wärmeschutzschicht als gegebenenfalls mehrlagige Beschichtung auf die Innenseite der Gehäusewand aufgebracht wird. Die Wärmeschutzschicht kann jedoch auch an einer beliebigen Stelle innerhalb einer Anordnung mehrerer Wärmeschutzschichten in dem Innenraum des Gehäuses angeordnet sein. Die an oder in dem Gehäuse angeordnete Wärmeschutzschicht wirkt dabei als vergleichsweise schlechter Wärmestrahler und gibt nur eine geringe Wärmestrahlung in einen Innenraum des Gehäuses ab. Das Gehäuse kann im Hinblick auf eine möglichst hohe mechanische Belastbarkeit und Temperaturfestigkeit eine Gehäusewand aus Metall, insbesondere aus einem Edelstahl aufweisen, sodass die Gehäusewand eine höhere
Wärmeleitfähigkeit als zahlreiche Wärmedämmmaterialien aufweist, jedoch im Vergleich zu dem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit eine geringere Wärmeleitfähigkeit aufweist. Durch die an oder in dem Gehäuse angeordnete Wärmeschutzschicht aus einem Material mit einer hohen
Wärmeleitfähigkeit wird verhindert, dass bei einer
inhomogenen Erwärmung der Gehäusewand lokale
Temperaturspitzen innerhalb des Gehäuses erzeugt werden, die zu einer hohen Wärmebelastung einzelner Bereiche der Datenverarbeitungseinheit führen und diese Bereiche
beschädigen oder zerstören könnten. Durch die
Wärmeschutzschicht wird eine lokale äußere Hitzeeinwirkung auf das Gehäuse in dem Innenraum möglichst gleichmäßig verteilt und dadurch die ansonsten auftretenden
Temperaturspitzen zu einem niedrigeren, aber großflächigen Temperaturanstieg umgewandelt.
In vorteilhafter Weise kann zusätzlich oder alternativ vorgesehen sein, dass an einer Außenseite einer Gehäusewand des Gehäuses eine Wärmeschutzschicht aus einem
wärmestrahlungsreflektierenden Material angeordnet ist. Die außen angeordnete Wärmeschutzschicht wirkt
wärmereflektierend und verhindert ein rasches Erwärmen der Gehäusewand infolge von erhöhten Umgebungstemperaturen. Diese Wärmeschutzschicht kann durch eine bezüglich
Wärmestrahlung effiziente Verspiegelung bewirkt werden. Es ist ebenfalls möglich, beispielsweise eine Aluminiumschicht als wärmereflektierende Schicht vorzusehen.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass eine Wärmeschutzschicht eine Schicht aus einem Aerogel aufweist. Ein Aerogel ist ein hochporöser Festkörper, bei welchem ein Anteil von bis zu 99,98 % des Volumens aus Poren besteht. Es sind Aerogele auf Silikatbasis handelsüblich erhältlich, jedoch können auch andere Materialien beispielsweise auf KunstStoffbasis oder Kohlenstoffbasis verwendet werden. Die Porengröße liegt bei üblichen Aerogelen im Nanometerbereich, wobei die Aerogele innere Oberflächen mit bis zu 1000 m 2 pro Gramm Feststoff aufweisen können. Es sind verschiedene
Herstellungsverfahren für Aerogele bekannt, wobei eine Synthese mit dem Sol-Gel-Prozess vorteilhaft ist und häufig durchgeführt wird.
Ein Aerogel weist regelmäßig eine sehr hohe thermische Dämmwirkung bzw. eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit verbunden mit einem sehr geringen Eigengewicht auf. Auf Grund dieser vorteilhaften Eigenschaften eignet sich eine Wärmeschutzschicht aus einem Aerogel in besonderer Weise für die Verwendung in einem Gehäuse, welches für eine Black Box zur Aufzeichnung von Daten während einer Fahrt eines Fahrzeugs eingesetzt wird.
Es ist ebenfalls möglich, dass eine Wärmeschutzschicht eine Schicht aus einem Vlies, einem Gewirk, einem Gewebe oder einem Gelege aus keramischen oder mineralischen Fasern aufweist. Eine derartige Wärmeschutzschicht kann auf Grund der hohen Flexibilität und der einfachen Verformbarkeit an die Formgebung des Gehäuses und insbesondere an den in dem Innenraum des Gehäuses um die Datenverarbeitungseinheit herum zur Verfügung stehenden Nutzraum für die
Wärmeschutzeinrichtung angepasst werden.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des
Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass eine
Wärmeschutzschicht eine Schicht aus einem intumeszierenden Material aufweist. Ein intumeszierendes Material dehnt sich bei einer Erwärmung oberhalb einer Schwellentemperatur aus und erzeugt eine Volumenzunahme, die mit einer
entsprechenden Dichteabnahme einhergeht. Das
intumeszierende Material bildet bei einer Hitzeeinwirkung eine Dämmschicht mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit, wodurch ein unerwünschter Wärmeübertrag durch die
Wärmeschutzschicht hindurch erheblich reduziert werden kann. Zudem kann die Wärmeschutzschicht aus dem
intumeszierenden Material zunächst nur einen
vergleichsweise kleinen Anteil des Innenraums des Gehäuses ausfüllen, sodass Zwischenräume verbleiben und während des regulären Betriebs der Datenverarbeitungseinheit in dem Gehäuse eine effektive Abführung der von der
Datenverarbeitungseinheit erzeugten Wärme beispielsweise durch Konvektion möglich ist. Bei einer Hitzeeinwirkung aus der Umgebung erwärmt sich das intumeszierende Material und dehnt sich aus, sodass eine großvolumige Wärmeschutzschicht aus einem ausgedehnten, bzw. aufgeschäumten Dämmmaterial erzeugt wird, welche den gesamten verfügbaren Innenraum des Gehäuses ausfüllt.
Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das intumeszierende Material bei einer temperaturbedingten Aufschäumung eine endotherme chemische Reaktion durchführt. Durch die endotherme Reaktion wird Wärme aufgenommen und zur
Umwandlung der Reaktionspartner verbraucht, sodass ein kühlender Effekt eintritt.
Weiterhin kann optional zusätzlich oder alternativ
vorgesehen sein, dass das intumeszierende Material bei einer temperaturbedingten Aufschäumung einen flammhemmenden Wirkstoff freisetzt oder bildet. Flammhemmende Wirkstoffe können beispielsweise verschiedene Flammschutzmittel, insbesondere halogenierte Flammschutzmittel wie etwa
Tetrabrombishpenol A oder polybromierte Diphenylether, stickstoffbasierte Flammschutzmittel wie etwa Melamin oder anorganische Flammschutzmittel wie etwa Aluminiumhydroxid verwendet werden.
Gemäß einer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass das intumeszierende Material auf einer wärmedämmenden Trägerschicht angeordnet ist. Auf Grund der Verwendung einer gesonderten Trägerschicht muss das intumeszierende Material nicht auf der Innenseite der Gehäusewand oder unmittelbar auf der
Datenverarbeitungseinheit angeordnet sein oder aufgebracht werden. Durch die Anordnung und Ausrichtung der
Trägerschicht kann in einfacher Weise vorgegeben werden, in welcher Vorzugsrichtung sich das intumeszierende Material während der Ausdehnung, bzw. Aufschäumung ausdehnt. Die Trägerschicht besteht ihrerseits zweckmäßigerweise aus einem wärmedämmenden Material, welches eine ausreichende Formstabilität und eine möglichst geringe
Wärmeleitfähigkeit aufweist. Optional ist vorgesehen, dass das intumeszierende Material zwischen einer Innenseite einer Gehäusewand des Gehäuses und der Trägerschicht angeordnet ist. Sobald auf Grund einer ansteigenden Umgebungstemperatur ein erhöhter
Wärmeeintrag durch die Gehäusewand in den Innenraum des Gehäuses stattfindet und sich das intumeszierende Material über eine Schwellentemperatur erwärmt, dehnt sich das intumeszierende Material aus und bildet eine unmittelbar an der Innenseite der Gehäusewand anliegende
Wärmeschutzschicht, die eine weitere Wärmeübertragung in den Innenraum des Gehäuses verringert. Zudem kann durch die Ausdehnung des intumeszierenden Materials Wärme aufgenommen und umgewandelt werden, sodass ein zusätzlicher kühlender Effekt eintritt.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass die Gehäusewand mehrere Öffnungen aufweist, durch welche das
intumeszierende Material bei einer temperaturbedingten Aufschäumung hindurchdringen und aus dem Gehäuse austreten kann. Auf diese Weise kann ermöglicht werden, dass das Gehäuse während des regulären Betriebs der
Datenverarbeitungseinheit bei normalen
Umgebungstemperaturen wie beispielsweise üblichen
Raumtemperaturen vergleichsweise geringe äußere Abmessungen aufweisen kann. Im Falle einer übermäßigen Hitzeeinwirkung wird das intumeszierende Material aufgeschäumt und dehnt sich stark aus, wobei das aufgeschäumte Material durch die Öffnungen in der Gehäusewand hindurchdringen und eine das Gehäuse an der Außenseite umgebende Umhüllung aus einer Wärmeschutzschicht bilden kann. Die derart gebildete
Umhüllung kann erheblich größere Außenabmessungen als das Gehäuse aufweisen und das zusätzlich von der außen
gebildeten Umhüllung eingenommene Volumen in vorteilhafter Weise für eine verbesserte Wärmedämmung genutzt werden. Die Öffnungen können je nach intumeszierendem Material
beispielsweise regelmäßig oder unregelmäßig angeordnete Bohrungen oder Löcher mit einem Durchmesser von wenigen Millimetern oder weniger sein. Es ist ebenfalls möglich, dass das Gehäuse einige wenige und vergleichsweise
großflächigen Öffnungen aufweist.
Alternativ dazu oder zusätzlich zu einer an der Innenseite der Gehäusewand oder in dem Innenraum des Gehäuses
angeordneten Wärmeschutzschicht mit einem intumeszierenden Material kann vorgesehen sein, dass an einer Außenseite einer Gehäusewand des Gehäuses eine Schicht aus einem intumeszierenden Material angeordnet ist. Das an der
Außenseite angeordnete intumeszierende Material schäumt bei einer Hitzeeinwirkung aus der Umgebung auf und bildet eine auf der Außenseite der Gehäusewand angeordnete
Wärmeschutzschicht, mit welcher auch die Erwärmung der Gehäusewand verringert bzw. verzögert wird. Das
intumeszierende Material kann dabei das Gehäuse im
Wesentlichen vollständig umhüllen, sodass nach einem
Aufschäumen des intumeszierenden Materials das Gehäuse von der aufgeschäumten Wärmeschutzschicht umgeben und alle Außenseiten der Gehäusewand bedeckt sind. Da das
intumeszierende Material vor dem temperaturbedingten
Aufschäumen einen vergleichsweise geringen Raumbedarf aufweist, kann bereits mit einer dünnen Beschichtung des Gehäuses, durch welche die äußeren Abmessungen des Gehäuses nicht merklich vergrößert werden, im Bedarfsfall eine deutlich dickere und hinsichtlich der erreichbaren
Wärmedämmung sehr effektive Umhüllung gebildet werden.
Es ist gemäß einer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens möglich, dass eine Wärmeschutzschicht eine Schicht aus einem endothermen Material aufweist, welches bei einer Erwärmung eine endotherme Reaktion durchführt. Durch die endotherme Reaktion wird eine Kühlung der
Wärmeschutzschicht bewirkt, wobei die für die endotherme Reaktion erforderliche Wärmeenergie der Umgebung der Wärmeschutzschicht entzogen wird.
Falls die Datenverarbeitungseinheit während des regulären Betriebs selbst Wärme erzeugt, muss diese Wärme abgeführt werden können, um eine Überhitzung der
Datenverarbeitungseinheit während der bestimmungsgemäßen Verwendung zu verhindern. Es ist deshalb optional
vorgesehen, dass in dem Gehäuse ein
Wärmeübertragungselement angeordnet ist, welches eine wärmeübertragende Verbindung der Datenverarbeitungseinheit mit einer wärmeleitenden Gehäuseschnittstelle in einer Gehäusewand des Gehäuses bildet, um über das
Wärmeübertragungselement die während des Betriebs von der Datenverarbeitungseinheit erzeugte Wärme trotz der besonders wirksamen Wärmedämmung durch die
Wärmeschutzeinrichtung abführen zu können. Das
Wärmeübertragungselement kann beispielsweise ein dünnes Metallblech oder eine Metallfolie sein, womit eine
Wärmeübertragung und Wärmeabfuhr von der
Datenverarbeitungseinheit zu der Gehäuseschnittstelle hin und aus dem Gehäuse heraus ermöglicht wird. Es ist
ebenfalls denkbar, dass an Stelle eines Wärmeübertragungselements aus einem wärmeleitenden
Festkörper ein wärmeübertragendes Fluid in einem Kreislauf durch das Gehäuse und wärmeübertragend oder mit Hilfe eines Wärmetauschers an der Datenverarbeitungseinheit
vorbeigeführt wird, und dabei Abwärme von der
Datenverarbeitungseinheit aufnimmt und aus dem Gehäuse heraustransportiert .
Um zu verhindern, dass bei einer übermäßig ansteigenden bzw. hohen Umgebungstemperatur über das
Wärmeübertragungselement Wärme aus der Umgebung in das Gehäuse hinein und zu der Datenverarbeitungseinheit hin übertragen wird, wodurch die Wirkung der ansonsten
vorgesehenen Wärmeschutzeinrichtung unterlaufen und
herabgesetzt würde und die Datenverarbeitungseinheit überhitzt und beschädigt werden könnte, ist gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des
Erfindungsgedankens vorgesehen, dass das
Wärmeübertragungselement die Wärmeübertragungsfähigkeit oberhalb einer für die Datenverarbeitungseinheit noch unkritischen Schwellentemperatur verliert oder eine
Trennvorrichtung aufweist, die bei einem übermäßigen
Wärmeeintrag von der Gehäuseschnittstelle zu der
Datenverarbeitungseinheit die wärmeübertragende Verbindung des Wärmeübertragungselements zwischen der
Gehäuseschnittstelle und der in der Betriebsposition angeordneten Datenverarbeitungseinheit unterbricht.
In vorteilhafter Weise kann das Wärmeübertragungselement aus einem Feststoff bestehen, der bei einer Erwärmung über eine Schwellentemperatur von weniger als 100°C,
vorzugsweise von weniger als 80°C schmilzt. Das Wärmeübertragungselement kann beispielsweise aus einem geeigneten Schmelzlot hergestellt sein, wobei das
Schmelzlot bei einer Schwellentemperatur von 75°C oder schmilzt und dadurch die wärmeübertragende Verbindung zwischen der Datenverarbeitungseinheit und der
Gehäuseschnittstelle unterbrochen wird.
Durch eine Trennvorrichtung kann ebenfalls erreicht werden, dass im Falle einer außergewöhnlichen Hitzeeinwirkung von außen die Wärmeübertragung durch das
Wärmeübertragungselement unterbrochen und dadurch
verhindert wird, dass ein übermäßiger Wärmeeintrag von außen direkt bis an die Datenverarbeitungseinheit
übertragen werden kann. Nach der Unterbrechung des
Wärmeübertragungselements wird die
Datenverarbeitungseinheit von der Wärmeschutzeinrichtung in dem Gehäuse geschützt und diese thermische Wärmedämmung nicht mehr durch das Wärmeübertragungselement umgangen.
Es ist ebenfalls denkbar und im Hinblick auf eine möglichst zuverlässige Unterbrechung der Wärmeübertragung
vorteilhaft, dass die Trenneinrichtung ohne eine
zusätzliche Energiezufuhr aktiviert werden und das
Wärmeübertragungselement unterbrechen kann. Zu diesem Zweck ist gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens vorgesehen, dass die Trennvorrichtung ein durch Wärmeeinwirkung formveränderndes Trennelement aufweist, wobei durch eine Formveränderung des
Trennelements das Wärmeübertragungselement unterbrochen wird. Eine gesonderte Aktivierung und die hierfür
erforderlichen Komponenten sind nicht erforderlich. Sobald die Umgebungstemperatur über einen vorgebbaren Schwellenwert ansteigt und die dadurch erzeugte Wärmeeinwirkung auf das Trennelement dessen Form verändert, kann mit dem Trennelement das Wärmeübertragungselement unterbrochen werden. Dabei kann beispielsweise ein Bereich oder ein Abschnitt des Wärmeübertragungselements verlagert werden, sodass die Wärmeübertragung verhindert wird. Es ist ebenfalls möglich, dass das Wärmeübertragungselement eine als Sollbruchstelle ausgebildete Schwächungsstelle aufweist und das Trennelement bei dessen Formveränderung das
Wärmeübertragungselement an der Schwächungsstelle
durchtrennt, sodass die Wärmeübertragung entlang des durchtrennten Wärmeübertragungselements verhindert wird.
Vorzugsweise ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die
Datenverarbeitungseinheit mit einer feuchtigkeitsdichten Beschichtung umhüllt ist. Die feuchtigkeitsdichte
Beschichtung kann beispielsweise durch einen Lacküberzug aus einem elektrisch isolierenden KunstStoffmaterial hergestellt sein, welche die Datenverarbeitungseinheit gegenüber Feuchtigkeit, aber auch gegenüber Staub und
Verunreinigungen schützt. Wenn die
Datenverarbeitungseinheit aus mehreren Komponenten wie beispielsweise einem Mikroprozessor und einer oder mehreren Speichereinheiten besteht, die auf einer gemeinsamen
Leiterplatte angeordnet sind, kann die feuchtigkeitsdichte Beschichtung unmittelbar auf die Leiterplatte und die darauf angeordneten Komponenten aufgebracht werden,
beispielsweise durch geeignete Tauchverfahren oder
Sprühverfahren. Durch die feuchtigkeitsdichte Beschichtung kann die Datenverarbeitungseinheit zuverlässig nicht nur gegenüber Spritzwasser oder kleinen Mengen an Feuchtigkeit, sondern auch gegenüber in das Gehäuse eindringende Flüssigkeiten wie beispielsweise Wasser oder Benzin mit einem hohen Flüssigkeitsdruck, beispielsweise mehr als 10 bar oder 20 bar geschützt sein. Die feuchtigkeitsdichte Beschichtung kann bei Verwendung eines vorangehend beschriebenen Wärmeübertragungselements, welches in wärmeübertragendem Kontakt mit der
Datenverarbeitungseinheit steht, zumindest in einem Bereich um die Datenverarbeitungseinheit auch das
Wärmeübertragungselement umgeben und eine zusätzliche
Festlegung und einen ergänzenden Schutz des
Wärmeübertragungselements an der Datenverarbeitungseinheit bewirken . Eine gesonderte feuchtigkeitsdichte oder Flüssigkeitsdichte Umhüllung oder Abdichtung des Gehäuses ist nicht notwendig, kann jedoch bei Bedarf ebenfalls vorgesehen sein.
Einer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens zufolge ist vorgesehen, dass die Datenverarbeitungseinheit eine
Speichereinrichtung für digitale Daten aufweist.
Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass die
Speichereinrichtung ein Solid-State-Drive aufweist. Es sind für die Verwendung als Solid-State-Drive geeignete
Halbleiterchips auf Flashspeicherbasis oder SDRAM-Basis bekannt, die eine sehr große Datenmenge von mehr als 100 Gigabyte und bis zu einem Terabyte in einem vergleichsweise kleinen Chipgehäuse abrufbar speichern können. Hinsichtlich des Raumbedarfs für die Datenverarbeitungseinheit ist optional vorgesehen, dass die Datenverarbeitungseinheit eine Fläche von weniger als 25 cm 2 und ein Raumvolumen von weniger als 25 cm 3 einnimmt. Eine Datenverarbeitungseinheit mit mindestens einem Mikroprozessor und mehreren
Halbleiterchips kann auf einer Leiterplatte mit Abmessungen von weniger als 50 mm x 50 mm untergebracht sein und ein Volumen von weniger als 25 cm 3 aufweisen. Eine
erfindungsgemäße Wärmedämmung, mit welcher eine derartige Datenverarbeitungseinheit auch im Falle eines Brandes vor einer Beschädigung geschützt wird, kann in einem Gehäuse mit einem kleinen Nutzvolumen und geringen Außenabmessungen untergebracht sein.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass das Gehäuse
Abmessungen aufweist, die kleiner oder gleich einem
standardisierten 3 , 5-Zoll-Gehäuse mit Außenabmessungen kleiner oder gleich 146 mm x 102 mm x 25 mm sind. Das Gehäuse kann eine standardisierte Formgebung aufweisen, sodass die darin angeordnete und mit einer
Wärmeschutzeinrichtung geschützte Datenverarbeitungseinheit beispielsweise an Stelle einer handelsüblichen Festplatte in einer Datenverarbeitungsanlage eingesetzt werden kann. Auch ein Austausch einer Hot-Swap-Festplatte während des Betriebs und der Ersatz durch eine
Datenverarbeitungseinheit, die in dem erfindungsgemäß ausgestalteten und mit einer Wärmeschutzeinrichtung
versehenen Gehäuse angeordnet ist, ist möglich und erlaubt eine nachträgliche Feuer- und Brandschutzertüchtigung der Datenverarbeitungsanlage .
Ein derartiges erfindungsgemäßes Gehäuse mit einer
Wärmeschutzeinrichtung kann auch als Black Box in
Fahrzeugen oder Flugzeugen eingesetzt werden. Aufgrund der geringen Abmessungen und der hohen Datentransferraten, die mit einer vorangehend beschriebenen
Datenverarbeitungseinheit während des üblichen Betriebs möglich sind, eignet sich eine solche
Datenverarbeitungseinheit in dem erfindungsgemäßen Gehäuse auch für die Verwendung als Fahrtenschreiber und Black Box in autonom fahrenden Fahrzeugen.
Es wird derzeit davon ausgegangen, dass ein
Fahrtenschreiber, mit welchem eine lückenlose Überwachung und Protokollierung eines etwa 24 Stunden andauernden Fahrtbetrieb eines Fahrzeugs und insbesondere eines teilweise oder vollständig autonom betriebenen Fahrzeugs möglich ist, eine Datenmenge von etwa 5 Terabyte erfassen und abspeichern können sollte. Es sind Solid-State-Drives entwickelt worden, die bei geringem Raumbedarf und
ebenfalls geringer Wärmeentwicklung während des Betriebs eine Speicherkapazität von einigen Terabytes und mehr aufweisen und sich in vorteilhafter Weise als
Datenverarbeitungseinheit in einem erfindungsgemäßen
Gehäuse für eine Verwendung als Black Box für autonom fahrende Fahrzeuge eignen. Eine derartige Black Box mit einem für die meisten eventuellen Unfälle ausreichenden Schutz vor Feuer, Wasser und Erschütterungen kann in einem Gehäuse untergebracht sein, welches lediglich die äußeren Abmessungen eines standardisierten 3 , 5-Zoll-Gehäuses aufweist oder sogar kleiner ausgebildet ist. Es wird davon ausgegangen, dass Speichereinrichtungen und insbesondere Solid-State-Drives in Zukunft mit höherer Speicherkapazität bei gleichzeitig niedrigerem Raumbedarf entwickelt werden. Solid-State-Drives haben zusätzlich den großen Vorteil, dass keine beweglichen Teile benötigt werden, sodass die Solid-State-Drives im Vergleich zu herkömmlichen Festplatten mit rotierenden Speicherscheiben erheblich höheren mechanischen Beanspruchungen standhalten können, wie sie beispielsweise bei einer Benutzung als Black Box in einem fahrenden Fahrzeug auftreten.
Nachfolgend werden verschiedene Ausgestaltungen des
Erfindungsgedankens exemplarisch beschrieben, die in der Zeichnung schematisch dargestellt sind. Es zeigt:
Figur 1 eine schematische Schnittansicht eines Gehäuses, in welchem eine Datenverarbeitungseinheit angeordnet ist, die von einer erfindungsgemäßen Wärmeschutzeinrichtung umgeben ist ,
Figur 2 eine schematische Schnittansicht eines Gehäuses mit einer abweichend ausgestalteten Wärmeschutzeinrichtung,
Figur 3 eine schematische Schnittansicht eines Gehäuses mit einer wiederum abweichend ausgestalteten
Wärmeschutzeinrichtung mit einer Wärmeschutzschicht mit einem intumeszierenden Material, wobei das intumeszierende Material nicht aufgeschäumt ist,
Figur 4 eine vergrößerte Schnittansicht eines Teilbereichs des in Figur 3 dargestellten Gehäuses, wobei das
intumeszierende Material nach einer äußeren Hitzeeinwirkung aufgeschäumt ist,
Figur 5 eine schematische Schnittansicht eines Gehäuses mit einer wiederum abweichend ausgebildeten
Wärmeschutzeinrichtung sowie mit einem
Wärmeübertragungselement, welches die Datenverarbeitungseinheit wärmeübertragend mit einer an dem Gehäuse angeordneten wärmeübertragenden
Gehäuseschnittstelle verbindet, und
Figur 6 eine schematische Schnittansicht eines Gehäuses mit einer erneut abweichend ausgebildeten
WärmeSchutzeinrichtung .
In Figur 1 ist schematisch ein Gehäuse 1 mit einer darin angeordneten elektronischen Datenverarbeitungseinheit 2 für digitale Daten dargestellt. Die Datenverarbeitungseinheit 2 weist eine Leiterplatte 3 auf, auf welcher ein
Mikroprozessor 4 sowie mehrere jeweils als Solid-State- Drive ausgebildete Speicherchips 5 angeordnet und
elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Die
Datenverarbeitungseinheit 2 ist über eine elektrische
Verbindungsleitung 6, beispielsweise ein Flachbandkabel, mit einer in einer Gehäusewand 7 angeordneten
Gehäuseschnittstelle 8 verbunden. Die Gehäuseschnittstelle 8 kann eine standardisierte oder individuell konfigurierte Stecker- oder Buchsenkonfiguration aufweisen, um eine elektrisch leitende und datenübertragende Verbindung der in dem Gehäuse 1 angeordneten Datenverarbeitungseinheit 2 zu ermöglichen .
Das Gehäuse 1 ist beispielsweise aus Edelstahl und
vorzugsweise aus dem Werkstoff Nr. 1.4541 gemäß der
Werkstoffbezeichnung des American Iron and Steel Institutes AISI hergestellt ist. Das Gehäuse 1 ist in vorteilhafter Weise sehr widerstandsfähig gegenüber auch extremen
Umgebungsbedingungen. Allerdings weist ein derartiges
Gehäuse 1 üblicherweise eine im Vergleich zu Wärmedämmmaterialien derart hohe Wärmeleitfähigkeit auf, sodass bei einer äußeren Hitzeeinwirkung, wie sie bei einem Feuer oder Brandfall auftritt, vergleichsweise viel Wärme in einen Innenraum 9 des Gehäuses 1 übertragen und dieser dadurch erwärmt wird. Um zu vermeiden, dass die
Datenverarbeitungseinheit 2 durch eine äußere
Hitzeeinwirkung übermäßig erwärmt und dadurch eventuell beschädigt wird ist eine Wärmeschutzeinrichtung 10
vorgesehen, die in oder an dem Gehäuse 1 angeordnet ist und die Wärmeschutzeinrichtung bildet. Die
Wärmeschutzeinrichtung 10 weist erfindungsgemäß mindestens zwei voneinander verschiedene Wärmeschutzschichten auf.
Bei dem in Figur 1 exemplarisch dargestellten
Ausführungsbeispiel weist die Wärmeschutzeinrichtung 10 eine Wärmeschutzschicht 11 aus einem Aerogel auf, welches die Datenverarbeitungseinheit 2 umgibt. Die
Wärmeschutzschicht 11 und die Datenverarbeitungseinheit 2 sind in eine umhüllende Wärmeschutzschicht 12 aus einem Vakuumdämmplattenmaterial eingebettet. Die
Wärmeschutzschicht 12 wird dabei von zwei aneinander anliegenden Halbschalen aus dem Vakuumdämmplattenmaterial gebildet. Diese Wärmeschutzschicht 12 wird von einer weiteren Wärmeschutzschicht 13 aus einer keramischen
Wärmedämmwolle umgeben. An einer Innenseite 14 der
Gehäusewand 7 ist eine weitere Wärmeschutzschicht 15 angeordnet, die aus einer Aluminiumschicht besteht und durch die eine Abstrahlung von Wärmeenergie von der
Gehäusewand 7 in den Innenraum 9 des Gehäuses 1 reduziert wird. Zudem werden durch die Wärmeschutzschicht 15 wegen der hohen Wärmeleitfähigkeit von Aluminium lokale
Temperaturspitzen bei einer ungleichmäßigen Hitzeeinwirkung von außen an der Innenseite 14 der Gehäusewand 7 homogen und gleichmäßig verteilt, sodass nur lokal auftretende hohe Temperaturen vermieden werden und das Risiko einer
hitzebedingten Beschädigung der Datenverarbeitungseinheit 2 reduziert wird. Die verschiedenen Wärmeschutzschichten 11, 12, 13 und 15 bilden gleichzeitig einen zusätzlichen Schutz vor einer übermäßigen mechanischen Belastung beispielsweise durch Stöße oder Vibrationen.
Bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Gehäuse 1 eine abweichend ausgestaltete
Wärmeschutzeinrichtung 10 auf. Die
Datenverarbeitungseinheit 2 ist von einer
Wärmeschutzschicht 16 aus einem keramischen oder
mineralischen Faservlies umgeben. Die Wärmeschutzschicht 16 ist von einer Wärmeschutzschicht 17 umhüllt, die ein intumeszierendes Material 18 aufweist, welches auf einer wärmedämmenden Trägerschicht 19 beispielsweise aus
temperaturbeständigem Kunststoff angeordnet ist. Das intumeszierende Material 18 kann sich bei einer äußeren Hitzeeinwirkung ausdehnen und den zunächst nicht verfüllten Hohlraum 20 auffüllen, welche die Wärmeschutzschicht 17 umgibt .
Zusätzlich zu der an der Innenseite 14 der Gehäusewand 7 angeordneten Wärmeschutzschicht 15 aus einer
Aluminiumschicht ist auch an einer Außenseite 21 der
Gehäusewand 7 eine weitere Wärmeschutzschicht 22 aus einer Aluminiumschicht angeordnet. Die Aluminiumschichten können aus nachträglich eingebrachter oder aufgebrachter
Aluminiumfolie bestehen, die beispielsweise aufgesiegelt , aufgeklebt oder auflaminiert ist. Es ist ebenfalls möglich, dass die Aluminiumschicht jeweils eine untrennbar mit der Gehäusewand 7 verbundene Beschichtung ist, die
beispielsweise durch Bedrucken, Besprühen oder galvanisches Beschichten des Gehäuses 1 hergestellt werden kann. Die an der Außenseite 21 der Gehäusewand 7 angeordnete
Wärmeschutzschicht 22 aus Aluminium reflektiert die aus der Umgebung auf das Gehäuse 1 einfallende Wärmestrahlung.
Das intumeszierende Material 18 der Wärmeschutzschicht 17 kann bei einer temperaturbedingten Aufschäumung eine endothermische chemische Reaktion durchführen, wodurch ein zusätzlicher Kühleffekt bewirkt wird. Zusätzlich oder alternativ kann das intumeszierende Material 18 während oder nach der Aufschäumung einen flammhemmenden Wirkstoff wie beispielsweise Aluminiumhydroxid oder Kohlendioxid freisetzen .
Bei dem in den Figuren 3 und 4 dargestellten
Ausführungsbeispiel sind in dem Gehäuse 1 zwei
Wärmeschutzschichten 12 jeweils aus einem
Vakuumdämmplattenmaterial angeordnet, wobei eine äußere Wärmeschutzschicht 12 eine beabstandet dazu angeordnete innere Wärmeschutzschicht 12 umhüllt. Zwischen den beiden Wärmeschutzschichten 12 ist eine Wärmeschutzschicht 11 aus einem Aerogel angeordnet. An der Innenseite 14 der
Gehäusewand 7 ist eine Wärmeschutzschicht 17 mit einem auf einer formstabilen Trägerschicht 19 angeordneten
intumeszierenden Material 18 so angeordnet, dass das intumeszierende Material 18 mit der Innenseite 14 der
Gehäusewand 7 in Kontakt ist. Die Gehäusewand 7 weist eine große Anzahl von beabstandet zueinander angeordneten Öffnungen 23 auf, die beispielsweise durch Bohrungen oder Ausstanzungen in die Gehäusewand 7 eingebracht sind.
In Figur 3 ist das Gehäuse 1 während einer üblichen Nutzung bei Raumtemperatur dargestellt, wobei das intumeszierende Material 18 noch nicht aufgeschäumt ist und als dünne
Materialschicht einen vergleichsweise geringen Raumbedarf in dem Innenraum 9 des Gehäuses 1 aufweist. Bei einer
Hitzeeinwirkung von außen erwärmt sich das intumeszierende Material 18 und dehnt sich aus. Das aufschäumende
intumeszierende Material 18 wird dabei durch die Öffnungen 23 nach außen gedrückt und bildet an der Außenseite 21 der Gehäusewand eine wärmedämmende Umhüllung, die das Gehäuse 1 vor der Hitzeeinwirkung von außen abschirmt und schützt, wie es schematisch in Figur 4 dargestellt ist.
Bei dem in Figur 5 exemplarisch dargestellten
Ausführungsbeispiel weist das Gehäuse 1 eine wiederum abweichend ausgestaltete Wärmeschutzeinrichtung 10 auf. Die Datenverarbeitungseinheit 2 ist von einer
Wärmeschutzschicht 16 aus einem keramischen oder
mineralischen Faservlies umgeben. Die Wärmeschutzschicht 16 ist von einer Wärmeschutzschicht 17 mit einem auf einer formstabilen Trägerschicht 19 angeordneten intumeszierenden Material 18 umhüllt. Zwischen der Wärmeschutzschicht 17 und einer an der Innenseite 14 der Gehäusewand 7 angeordneten Wärmeschutzschicht 15 aus einer Aluminiumschicht ist eine weitere Wärmeschutzschicht 24 aus einer stark
komprimierbaren Mineralwolle angeordnet. Im Brandfall oder bei einer anders verursachten starken äußeren
Hitzeeinwirkung dehnt sich das intumeszierende Material 18 aus und verdrangt und komprimiert die Mineralwolle der Wärmeschutzschicht 24.
Die Datenverarbeitungseinheit 2 ist über ein aus einem wärmeübertragenden Feststoff hergestelltes
Wärmeübertragungselement 25 mit der ebenfalls
wärmeübertragend ausgebildeten Gehäuseschnittstelle 8 verbunden. Das Wärmeübertragungselement 25 kann
beispielsweise eine Metallfolie oder ein dünnes Metallblech sein, welches elektrisch isoliert, jedoch möglichst gut wärmeübertragend mit dem Mikroprozessor 4 und den
Speicherchips 5 der Datenverarbeitungseinheit 2 verbunden ist, bzw. mit einem flächigen Kontakt daran anliegt. Das Wärmeübertragungselement 25 durchdringt die einzelnen
Wärmeschutzschichten 16, 17, 16 und 15 und erlaubt während des normalen Betriebs der Datenverarbeitungseinheit 2 bei Raumtemperaturen eine effiziente Abführung der von der Datenverarbeitungseinheit 2 erzeugten Wärme. Wenn die äußere Umgebungstemperatur außergewöhnlich ansteigt und über das Wärmeübertragungselement 25 Wärme von außen zu der Datenverarbeitungseinheit 2 hin übertragen würde, kann die wärmeübertragende Verbindung durch das
Wärmeübertragungselement 25 unterbrochen werden, um zu vermeiden, dass die Datenverarbeitungseinheit 2 durch einen exzessiven Wärmeübertrag von außen über das
Wärmeübertragungselement 25 übermäßig erwärmt und dabei beschädigt oder zerstört würde. Die Unterbrechung des Wärmeübertragungselements 25 kann beispielsweise durch eine nicht näher dargestellte Trenneinrichtung mit einem in Abhängigkeit von der Temperatur formverändernden Material bewirkt werden. Bei dem in Figur 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Datenverarbeitungseinheit zusammen mit dem
Wärmeübertragungselement 25 mit einer feuchtigkeitsdichten Beschichtung überzogen, die nicht gesondert dargestellt ist .
Bei einem in Figur 6 exemplarisch dargestellten
Ausführungsbeispiel weist die Wärmeschutzeinrichtung 10 des Gehäuses 1 eine die Datenverarbeitungseinheit 2 umgebende Wärmeschutzschicht 26 aus einem doppelwandigen
Vakuumbehälter 27 auf. Zwischen einer der Gehäusewand 7 zugewandten Außenwand 28 und einer der
Datenverarbeitungseinheit 2 zugewandten Innenwand 29 des Vakuumbehälters 27 ist ein Hohlraum 30 gebildet, in welchem ein Vakuum erzeugt ist. Auf diese Weise kann eine
Wärmeübertragung zur Datenverarbeitungseinheit 2 hin sehr effektiv reduziert werden. Die Außenwand 28 kann auf einer der Gehäusewand 7 zugewandten Außenseite 31 zusätzlich verspiegelt sein, um eine unerwünschte Erwärmung der
Außenwand 28 bei erhöhten Umgebungstemperaturen bzw. einer äußeren Hitzeeinwirkung zu verringern. Die Außenwand 28 und die Innenwand 29 des Vakuumbehälters 27 können jeweils aus Edelstahl hergestellt und gegebenenfalls zusätzlich mit einem wärmedämmenden Material mit einer geringen
Wärmeleitfähigkeit beschichtet sein.
Der Vakuumbehälter 27 muss eine für das Vakuum ausreichende mechanische Festigkeit aufweisen und bewirkt auf Grund der robusten Ausgestaltung des Vakuumbehälters 27 einen
zusätzlichen mechanischen Schutz der darin angeordneten Datenverarbeitungseinheit 2. Der Vakuumbehälter 27 kann einteilig und flaschenförmig oder taschenförmig ausgebildet sein. Es ist ebenfalls möglich, dass der Vakuumbehälter 27 aus zwei Halbschalen zusammengesetzt ist, wie es in Figur 6 beispielhaft gezeigt ist. Ein bei dem in Figur 6 dargestellten
Ausführungsbeispiel ebenfalls vorhandenes
Wärmeübertragungselement 25 kann durch einen Spalt zwischen den Halbschalen oder durch eine Öffnung bei einer
einteiligen Ausgestaltung des Vakuumbehälters 27 in den Innenraum des Vakuumbehälters 27 hineinragen und
wärmeübertragend mit der Datenverarbeitungseinheit 2 verbunden sein. Das Wärmeübertragungselement 25 kann vollständig aus Schmelzlot mit einer Schmelztemperatur von beispielsweise 75°C hergestellt sein. Es ist ebenfalls möglich, dass das Wärmeübertragungselement 25 einen
außerhalb des Vakuumbehälters 27 befindlichen
Unterbrechungsabschnitt aufweist, der aus Schmelzlot hergestellt ist und aufschmilzt, sobald die Temperatur außerhalb des Vakuumbehälters 27 auf einen Temperaturwert oberhalb der Schmelztemperatur des Schmelzlots ansteigt.
Next Patent: DETECTION OF HYDROCARBON CONTAMINATION IN SOIL AND WATER