Was ist ein Dauerhaftigkeitstest?

Die Prüfung von Produkten und Materialien ist unerlässlich, um deren Sicherheit, Zuverlässigkeit und ein bestimmtes Leistungsniveau, insbesondere über einen längeren Zeitraum, zu gewährleisten.

Für die Prüfung von Batterien und Akkumulatoren entdecken Sie die Batterieprüfkammer, die für Tests unter kontrollierten Bedingungen entwickelt wurde.

Hier kommt die Dauerhaftigkeitsprüfung ins Spiel , die die Widerstandsfähigkeit eines Produkts oder Materials gegenüber Verschleiß, Alterung und anderen umweltbedingten und mechanischen Belastungsfaktoren überprüft.

Im folgenden Artikel werden wir sehen, woraus der Dauerhaftigkeitstest besteht, für welche Branchen er wichtig ist und wie er durchgeführt wird.

Arten von Dauerhaftigkeitsprüfungen

Der Dauerhaftigkeitstest ist eigentlich kein einzelner Test, sondern eine Reihe von Tests , bei denen die Probe unterschiedlichen Bedingungen ausgesetzt wird.

Die Arten von Tests, die unter Dauerhaftigkeitsprüfungen fallen, variieren je nach Branche und Produkt, aber dies sind einige der gängigsten und übergreifendsten: 

• Ermüdungsprüfungen: Diese Prüfungen überprüfen die Widerstandsfähigkeit von Werkstoffen gegenüber wiederholten Belastungszyklen, wie z. B. Vibrationen, Stößen oder Bewegungen.
• Abriebprüfungen: Bewertung der Beständigkeit von Oberflächen oder Beschichtungen gegenüber Verschleiß durch wiederholte Reibung.
• Korrosionsprüfungen: Simulation der Einwirkung korrosiver Bedingungen, wie z. B. Feuchtigkeit oder aggressive chemische Umgebungen, um die Beständigkeit gegen Rost oder chemische Zersetzung zu bestimmen.
• Klimatests: Simulation der Einwirkung von Veränderungen der Temperatur, der Luftfeuchtigkeit, des Sonnenlichts und anderer extremer Umweltbedingungen.

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In welchen Sektoren sind Dauerhaftigkeitsprüfungen erforderlich?

Aufgrund ihrer Universalitätsind Dauerhaftigkeitsprüfungen in nahezu allen Industriezweigen wichtig.

Nahezu jedes Produkt, das langfristige Zuverlässigkeit gewährleisten muss, wird Dauerhaftigkeitstests unterzogen. Die gängigsten sind jedoch die folgenden:

• Automobilindustrie: Insbesondere Bauteile wie Bremsen, Federungen und Reifen müssen wiederholten Belastungen und widrigen Umweltbedingungen standhalten.
• Luft- und Raumfahrt: Flugzeuge und Raumfahrzeuge müssen extremen Belastungen und raschen Klimaveränderungen standhalten.
• Elektronik: Sowohl Unterhaltungselektronik als auch Komponenten werden einer Reihe strenger Tests unterzogen, einschließlich Haltbarkeitstests. 
• Konstruktion: Baumaterialien müssen ihre strukturelle Integrität über Jahre hinweg bewahren und der ständigen Einwirkung von Witterungseinflüssen standhalten.

Klimatests für Dauerhaftigkeitsprüfung

Klimatests nehmen innerhalb der Dauerhaftigkeitsprüfung einen wichtigen Platz ein, da fast alle Produkte mehr oder weniger extremen Umweltbedingungen und plötzlichen Temperaturänderungen ausgesetzt sind. 

Aus diesem Grund ist eine Klimakammer zur Durchführung des Dauerhaftigkeitstests erforderlich.

Die Klimakammer ist ein Laborinstrument , das dank präziser Steuerung der Temperatur- und relativen Feuchtigkeitsparameter. verschiedene Umweltbedingungen im Inneren simulieren kann

Darüber hinaus können Klimakammern mit Beleuchtungssystemen und Diffusoren ausgestattet werden, um die Einwirkung von Sonnenlicht bzw. korrosiven Substanzen zu simulieren.

Die Klimaprüfungen im Rahmen des Dauerhaftigkeitstests sind durch eine Reihe international anerkannter Normen , zu denen unter anderem Folgendes zählt:

• ISO 16750-4: Legt die Umweltanforderungen für elektrische und elektronische Bauteile in Fahrzeugen fest, einschließlich Temperatur- und Feuchtigkeitsprüfungen.
• ISO 9227: Beschreibt Methoden zur Durchführung von Salzsprühtests, die zur Beurteilung der Korrosionsbeständigkeit.
• ISO 4892: umfasst die Prüfung derbeschleunigten Alterung von Polymerwerkstoffen durch Einwirkung von künstlichem Licht und Witterungseinflüssen.

Diese Normen enthalten detaillierte Richtlinien zur Durchführung von Tests und zur Auswertung der Ergebnisse und gewährleisten so, dass die getesteten Produkte strenge Anforderungen an die Haltbarkeit erfüllen.

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Die FDM-Klimakammer für Dauerhaftigkeitsprüfungen

Seit über siebzig Jahren FDM – Environment Makers ein führendes Unternehmen auf dem Gebiet der Klimaprüfung.

Die Klimakammern von FDM sind so konzipiert, dass sie alle oben genannten Klimatests durchführen und die internationalen Anforderungen an Dauerhaftigkeitsprüfungen erfüllen.

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Referenzstandards

• IEC 60068-2-2 — Umweltprüfung Test B: Trockene Hitze, grundlegende Referenz für stationäre Trockenhitzeprüfungen, die zur Qualifizierung der Dauerhaftigkeit verwendet werden.
• IEC 60068-2-64 — Test Fh: Vibration, breitbandig zufällig, spezifiziert PSD-Profile für mechanische Dauerhaftigkeitsprüfungen.
• MIL-STD-810H Methode 500/501/502 — Militärische Methoden für Niedrigdruck, hohe Hitze, Kälte: Umweltqualifizierungstests für Verteidigungshardware.
• ISO 16750 — Umgebungsbedingungen und Prüfungen für elektrische und elektronische Ausrüstung für Straßenfahrzeuge, Automobil-Tier-1-Referenznorm.
• IEC 61215 — Terrestrische kristalline Photovoltaikmodule: Designqualifizierung und Zulassung mit beschleunigten Dauerhaftigkeitsprüfungen.
• JEDEC JESD22-A104 — Temperaturwechsel: Thermische Zyklen zur Lebensdauerabschätzung von Halbleitergehäusen.

Autoritative Quellen

• Die JEDEC Solid State Technology Associationveröffentlicht die JESD22-Reihe zur Zuverlässigkeitsqualifizierung elektronischer Bauteile.
• MIL Handbook Database (DLA). Offizielles Archiv der Militärstandards MIL-STD-810 und MIL-HDBK-217F für MTBF-Schätzungen.
• IEC – Internationale Elektrotechnische Kommission. Pflegt die Normenreihe IEC 60068 für industrielle Umweltprüfungen.

Häufig gestellte Fragen zu Dauerhaftigkeitsprüfungen

Sind Langlebigkeit und Zuverlässigkeit dasselbe?

Nein. Die Lebensdauer beschreibt die Fähigkeit eines Produkts, seine spezifizierten Funktionen über seine nominelle Nutzungsdauer unter den erwarteten Nutzungsbedingungen aufrechtzuerhalten. Diese wird typischerweise in Zyklen, Betriebsstunden und gefahrenen Kilometern gemessen. Die Zuverlässigkeitist die Wahrscheinlichkeit R(t), dass das Produkt über einen Zeitraum t fehlerfrei funktioniert. Sie wird durch die mittlere Betriebsdauer zwischen Ausfällen (MTBF) oder die mittlere Zeit bis zum Ausfall (MTTF) ausgedrückt. Eine Komponente kann langlebig, aber unzuverlässig sein (Beispiel: eine Lampe, die 10.000 Stunden hält, aber häufig plötzlich ausfällt) oder zuverlässig, aber nicht langlebig (eine Komponente, die nicht ausfällt, aber eine kurze nominelle Lebensdauer hat). Beschleunigte Lebensdauertests wenden erhöhte Belastungen (Temperatur, Vibration, Feuchtigkeit) an, um die reale Lebensdauer in wenigen Wochen zu simulieren. Die Daten werden mithilfe von Alterungsmodellen extrapoliert. Das Ziel ist die Validierung der B10-Lebensdauer (Zeitpunkt, nach dem 10 % der Teile ausgefallen sind) oder gleichwertiger vertraglicher Spezifikationen.

Was ist der Beschleunigungsfaktor Arrhenius?

Das Arrh-enius beschreibt, wie die Rate thermisch aktivierter Degradationsmechanismen exponentiell mit der Temperatur zunimmt: AF = exp[(Ea/k)(1/T_Feld – 1/T_Test)], wobei Ea die Aktivierungsenergie in eV, k = 8,617 × 10⁻⁵ eV/K die Boltzmann-Konstante und T die absolute Temperatur ist. Typische Werte für Ea sind: 0,7 eV für metallische Korrosion, 0,8 eV für Elektromigration in Aluminium und 1,0 eV für dielektrische Oxidation. Ein Test bei 125 °C im Vergleich zur Nutzung bei 55 °C mit Ea = 0,7 eV ergibt AF ~ 38x: 1000 Stunden Testdauer entsprechen 38.000 Stunden (4,3 Jahren) im Feldeinsatz. Für die Luftfeuchtigkeit werden das Peck-Modell (AF ~ exp(Ea/kT) * RH^n) oder das Hallberg-Peck-Modell verwendet. Bei Schwingungen gilt das Miner-Gesetz mit einem Ermüdungsexponenten m = 4–6, abhängig vom Material. Die Kombination mehrerer Beanspruchungen erfordert strukturierte Versuchsplanung und HALT/HASS-Profile, die Versagensmechanismen um mehr als das Hundertfache beschleunigen.

MIL-STD-810 vs. IEC 60068: Wann welche Norm anwenden?

MIL-STD-810H ist der Referenzstandard für Hardware in der Verteidigungs- und Luftfahrtindustrie und umfasst 29 Umweltprüfungsmethoden: Schlagregen, Sand und Staub, Eisablösung, Explosion, Immersion und Säuresulfat. Die Profile sind missionsspezifisch (tropisch, arktisch, Gebirge, Meer) und erfordern umfangreiche Tests (6–12 Monate für die vollständige Qualifizierung). IEC 60068 ist ein internationaler Industriestandard mit schlankeren Basismethoden, der auf kommerzielle, industrielle und Automobilelektronik ausgerichtet ist. IEC 60068-2-1 (Kälte), -2-2 (Wärme), -2-14 (Thermoschock), -2-30 (zyklische Feuchte-Wärme-Belastung) und -2-78 (konstante Feuchte-Wärme-Belastung) decken 90 % der zivilen Qualifizierungen ab. Für die Automobilindustrie wird ISO 16750 (IEC-Teilmenge mit fahrzeugspezifischen Profilen) verwendet, für Bahnanwendungen EN 50125 und für medizinische Anwendungen IEC 60601-1-11. Ein Produkt mit doppeltem Verwendungszweck (Verteidigung/Zivil) enthält häufig im Testplan dokumentierte MIL->IEC-Querverweise. Die endgültige Wahl hängt von den Kundenspezifikationen und dem geografischen Einsatzgebiet ab.

Wie gestaltet man ein Versuchsdesign für die Dauerhaftigkeitsprüfung?

Die Versuchsplanung ( DoE) für die Dauerhaftigkeitsprüfung berücksichtigt die Abdeckung der Ausfallmechanismen, die Testkosten und den Zeitaufwand. Wichtige Schritte: (1) Vorläufige Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse (FMECA) zur Identifizierung dominanter Ausfallarten und kritischer Spannungen; (2) Auswahl von Beschleunigungsspannungen (Temperatur, RH, Vibration, Zyklen) gemäß derrh/Peck-/Coffin-Manson-Gleichung; (3) Definition des Zielbeschleunigungsfaktors (typischerweise 20-100x); (4) Statistische Stichprobenberechnung mit dem Weibull-Test (mindestens 10-30 Stichproben für ein 90%-Konfidenzintervall); (5) Faktorielle Matrix (2^k₀) mit orthogonalen Spannungen; (6) Definition der Ausfallkriterien (parametrisch vs. katastrophal); (7) Planung der zeitlichen oder Ausfallzensierung . Software wie Weibull++ oder Minitab berechnet die Verteilungsparameter (η, β) und erstellt Weibull-Diagramme zur B10/B50-Schätzung. Die abschließende Analyse sollte das Konfidenzintervall für die prognostizierte Lebensdauer und die Sensitivität gegenüber den Annahmen zum Beschleunigungsfaktor (η) umfassen.