Interview mit Christian Haack, Weiss Technik Umweltprüftechnik: „In einer Norm steckt viel Know-how“

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Umweltprüfungen sind für die Entwicklung und Markteinführung elektronischer Produkte von entscheidender Bedeutung. Sie helfen, Fehler zu vermeiden und die Zuverlässigkeit und Funktion der Produkte unter verschiedenen Umgebungsbedingungen sicherzustellen.

Die Umgebungsbedingungen haben einen erheblichen Einfluss auf die Eigenschaften elektrischer und elektrotechnischer Geräte, weshalb vor dem Inverkehrbringen entsprechende Prüfungen durchgeführt werden. Eine wichtige Rolle spielt dabei die Normenreihe IEC 60068, beispielsweise die Prüfnorm 60068-2-14 für Temperaturwechselprüfungen.

Christian Haack ist Entwicklungsleiter bei Weiss Technik und als Vorsitzender des Technischen Komitees TC 104 der Internationalen Elektrotechnischen Kommission (IEC) an der Normung von Umwelttests beteiligt. Im Interview gibt er Einblicke in die Prüfverfahren und erläutert, worauf zu achten ist.

Herr Haack, welche Prüfungen sind für Hersteller am wichtigsten?

Es gibt nicht die eine Norm, nach der die Hersteller prüfen. Es kommt darauf an, was der jeweilige Hersteller wissen will, welche Lebensphase seines Produktes er betrachtet und unter welchen Umweltbedingungen es letztendlich eingesetzt wird. Dann kann er aus der Normenreihe 60068 seine Prüfungen auswählen.

Dann können mehrere Tests infrage kommen?

Ja, grundsätzlich geht es bei den Zuverlässigkeits- und Funktionsprüfungen darum, eine ganze Reihe von Prüfungen durchzuführen. Dazu gehören mechanische und elektrische Prüfungen sowie Prüfungen der elektrischen Sicherheit, die beispielsweise die Spannungsfestigkeit oder den Isolationswiderstand und einige weitere Parameter umfassen.

Sind Umweltsimulationstests dabei ein Muss?

Nein, nicht unbedingt. Die EU-Vorschriften verlangen zum Beispiel, dass die Hersteller die Sicherheit ihrer Produkte bestätigen. Diese Anforderungen müssen erfüllt werden. Die Tests müssen nicht unbedingt in einer Umweltsimulationsanlage stattgefunden haben. Entscheidend ist, dass die Prüfkriterien auf das jeweilige Produkt und seinen konkreten Einsatz in der Realität zugeschnitten sind und sich nicht an universellen Extrembedingungen orientieren, Stichwort: Test Tailoring. Die Umweltsimulation bietet hier die besten Voraussetzungen für reproduzierbare Prüfungen.

Welche Faktoren sind beim Test Tailoring zu beachten?

Für ein erfolgreiches Test Tailoring muss ich mir als Hersteller zu Beginn alle relevanten Fragen stellen: Was will ich mit dem Test erreichen? Um welchen Bereich des Produkts geht es? Betrachte ich Herstellung, Transport, Installation, Nutzung oder Entsorgung? Wenn ich zum Beispiel Produkte in Asien herstellen lasse, stellt sich die Frage nach den klimatischen Bedingungen, die anders sind als in Europa. Und für den Transport muss ich wissen, mit welchen Erschütterungen zu rechnen ist und wie sich diese auf mein Produkt auswirken. Daraus kann der Hersteller Anforderungen an die Verpackung ableiten und sicherstellen, dass die Produkte sicher ankommen.

Wie sieht das in der Praxis aus?

Wenn Hersteller elektronische Bauteile für den europäischen Markt bauen, diese aber auch in Asien eingesetzt werden sollen, wo höhere Temperaturen und eine höhere Luftfeuchtigkeit herrschen, bedeutet das für die Bauteile mehr Stress. Und die Wahrscheinlichkeit, dass dort Probleme auftreten, ist größer. Wir haben hier zwar das gleiche Nutzungsverhalten, aber völlig andere Bedingungen. Wenn man also ein heimisches Produkt in einen neuen Zielmarkt bringen will, muss man angepasste Tests durchführen.

Gibt es da einen konkreten Fall?

Ein ganz altes Beispiel aus dem Jahr 1912. Damals hat ein Hersteller Telegrafenanlagen nach Indien geliefert, die in Holzkisten eingebaut waren. In dem feuchtwarmen Klima ging damals alles kaputt.

Damit sind wir bei den Umweltprüfungen. Welche Tests sind in der Norm vorgesehen?

Dies betrifft die Prüfnormen der Reihe 60068. Hier können die Hersteller verschiedene Prüfvarianten wählen, wie den Schocktest mit abrupten Temperaturwechseln oder den Rampentest mit schrittweisen Temperaturwechseln nach IEC 60068-2-14. Auch Prüfungen, bei denen Flüssigkeit statt Luft die Temperaturänderung des Prüflings bewirkt, sind möglich.

Gibt es weitere Testvorgaben aus der Prüfnorm?

Die Normenreihe 60068 ist in drei Gruppen unterteilt. Sie enthält eine Vielzahl von Vorgabeverfahren für Umweltprüfungen mit unterschiedlichem Genauigkeitsgrad und zu verschiedenen Themen der Elektro- und Elektronikindustrie.

Was bedeutet das im Einzelnen?

IEC 60068-1 enthält allgemeine Hinweise, wie Bedingungen für den Prüfablauf oder die Berechnung von Messunsicherheiten. 60068-2 gibt konkrete Prüfverfahren wie Temperatur-, Vibrations- oder Druckprüfungen vor, während 60068-3 Hintergrundinformationen wie einen Leitfaden für das oben erwähnte Test Tailoring liefert.

Umwelteinflüsse sind in der Regel zu berücksichtigen. Wo sind Umweltverträglichkeitsprüfungen vorgeschrieben?

Werfen wir einen Blick auf die Automobilindustrie. Die hat Liefervorschriften, also eigene Spezifikationen erstellt, aus denen hervorgeht, dass ein Prüfling einen bestimmten Transporttest mit definierten Parametern überstehen muss. Dazu gehören auch Umwelttests wegen der Temperaturschwankungen und der unterschiedlichen Luftfeuchtigkeit. Oder nehmen Sie ein Verkehrsschild: Das ist sowohl hohen als auch niedrigen Temperaturen ausgesetzt, soll auch UV-Strahlung aushalten. Das muss man vorher simulieren und testen, damit das Schild nicht nach zwei Jahren ausgebleicht und nicht mehr erkennbar ist.

Was gibt es ansonsten zu beachten?

Umweltprüfungen finden sich auch als Anforderung des Auftraggebers an den Lieferanten. Für die Produktqualifizierung werden Prüfungen benötigt, die nachweisen, dass die Prüfung nach einer bestimmten Norm durchgeführt wurde. Auch die Verpackungsindustrie nutzt Umweltsimulationstests, sowohl für die gesamte Produktqualifizierung als auch für einzelne Komponenten. Alles muss sicher funktionieren.

Man denke da auch an Hersteller von Waschmaschinen.

Das ist ein gutes Beispiel. In einer Waschmaschine gibt es heute viele Sensoren, dazu Steckverbindungen und verschiedene Techniken. Und die leiden unter Vibrationen, zum Beispiel beim Schleudern mit rund 1.400 Umdrehungen. Als Hersteller muss ich berücksichtigen, dass es außerhalb der Trommel warm, feucht oder beides ist. Das kann dazu führen, dass die Maschine ausfällt, weil ein Sensor unter dem Einfluss der Umgebung plötzlich nicht mehr funktioniert. Bei der Prüfung kann ich aus der Normenreihe 60068 Werte für ein Schwingungsprofil abrufen und ein Prüfset zusammenstellen. Dabei wird zum Beispiel die Maschine oder deren Komponenten bei höheren Umgebungstemperaturen mechanisch durchgeschüttelt, um zu sehen, was mit den Steckverbindern und Sensoren passiert. So kann ich mich als Hersteller über den Anwendungsfall dem Test nähern.

Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) ist im Umfeld der Elektronikentwicklung wichtig. Welche Normen gelten hier?

Das ist eine eigene Prüfklasse, die auch eigenständig nach IEC und EN genormt, geregelt und beschrieben ist. Bei der Umweltsimulation spielt das eine untergeordnete Rolle, kommt eher selten vor. Was man aber zusätzlich machen kann, ist, den Prüfling thermisch zu stressen, also einer Temperaturbelastung auszusetzen, um zu sehen, wie er darauf reagiert.

Was sind typische Fehler bei der Entwicklung elektronischer Komponenten, die durch einen Test im Vorfeld ausgeschlossen werden könnten?

Entscheidend ist, dass man sich als Hersteller genau überlegt, unter welchen Bedingungen ein Bauteil oder Gerät später im Markt eingesetzt wird und welche Eigenschaften es dabei entfalten soll. Der Blick auf die jeweilige Lebensphase des Produktes ist besonders wichtig. Mit diesem Wissen kann ich den Test oder ein ganzes Testset aufbauen.

Beraten Sie Ihre Kunden auch, welche Tests notwendig sind und geben Hilfestellung bei Misserfolg?

Wir beraten gerne. Unsere Aufgabe ist es, Umweltsimulationsanlagen zu bauen, da müssen wir die Testfälle kennen und verstehen. Wir bei Weiss Technik sind nah am Kunden, pflegen einen engen Austausch mit Prüflaboren und engagieren uns auch in Arbeitskreisen und in der Normung. Auch Anwender kommen in unsere Prüflabore, um ihre Produkte testen zu lassen. Klar ist aber auch: Unsere Kunden sind Spezialisten auf ihrem Gebiet, haben täglich mit vielen Anwendungen zu tun und wissen daher genau, was sie tun.

Welche zusätzlichen Dienstleistungen bieten Sie Ihren Kunden an?

Unser Geschäft ist es, dem Kunden das Testen so einfach wie möglich zu machen. Wir liefern Maschinen und Software, damit sich der Kunde voll und ganz auf die Prüfung konzentrieren kann.

Welche Tipps können Sie Firmen mitgeben, die elektronische Produkte entwickeln und auf den Markt bringen wollen?

Meiner Meinung nach ist es eine gute Idee, sich mit den Normen zu befassen, weil dort viel internationales Ingenieurwissen und praktische Erfahrungen von Prüfingenieuren gesammelt und dokumentiert sind. Das ist eine gute Orientierung und gibt Aufschluss darüber, welche Belastungen im Lebenszyklus eines Produktes auftreten können. Kurz: In einer Norm steckt viel Know-how.

Norm für Klimaprüfungen

IEC 60068-2-14: Die aktuelle angepasste Test-Richtlinie

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