Was ist der mechanische Schock- (und Vibrations-)Test?

Auf diesen Seiten sprechen wir häufig über Umweltprüfungen von Produkten und Materialien.

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Eine sehr breite und wichtige Kategorie von Prüfungen an Produkten und Materialien sind jedoch die mechanischen Prüfungen.

Mechanische Schock- und Vibrationstests sind in dieser Testklasse von grundlegender Bedeutung, und heute werden wir sehen, woraus sie bestehen.

So funktioniert der mechanische Schock- (und Vibrations-)Test

Mechanische Schock- und Vibrationsprüfungen haben viele Gemeinsamkeiten, da sie den Grundstein aller mechanischen Prüfungen von Produkten und Materialien bilden; es gibt aber auch wichtige Unterschiede.

Der mechanische Schocktest dient zur Beurteilung der Fähigkeit eines Objekts, plötzlichen Stößen oder Erschütterungen standzuhalten, denen ein Objekt in realen Situationen ausgesetzt sein kann. 

Es gibt verschiedene Arten von mechanischen Prüfungen, wie beispielsweise Fall- und Aufpralltests. Im Allgemeinen wird das Objekt einer plötzlichen und schnellen Beschleunigung oder Verzögerung ausgesetzt, was zu einem Aufprall führt.

Schwingungsprüfungen hingegen bewerten die Auswirkungen einer geringen, aber subtilen Belastung, die wir als Schwingung bezeichnen. Schwingungen können in vielen realen Situationen auftreten, insbesondere beim Warentransport , der die Güter kontinuierlichen Schwingungen aussetzt. Im Labor wird dieser Zustand mithilfe spezieller Instrumente simuliert.

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Wozu dient der mechanische Schock- (und Vibrations-)Test?

Angesichts der Allgegenwärtigkeit der Möglichkeit von Stößensowie des Vorhandenseins von Vibrationen zumindest während des Transports gibt es praktisch keinen Industriesektor, der von mechanischen Stoß- und Vibrationsprüfungen ausgenommen ist.

Wir können jedoch drei Fälle identifizieren , die besonders stark davon betroffen sind, und zwar folgende:

• Militär und Luft-: Aus offensichtlichen Gründen müssen sowohl Militär- als auch Luft- und Raumfahrtfahrzeuge und -geräte eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber verschiedenen Arten von mechanischen Stößen und sehr hohen Vibrationsintensitäten aufweisen.

• Automobilindustrie: Obwohl weniger intensiv, sind Autos ständigen Vibrationen und leider auch Stößen ausgesetzt. Mechanische Stoßprüfungen gehören daher, wie Vibrationsprüfungen, zu den wichtigsten Prüfverfahren in der Automobilindustrie.

• Elektronikindustrie: Aus verschiedenen Gründen unterliegt auch die Elektronikindustrie mechanischen Stoß- und Vibrationsprüfungen. Dabei geht es weniger um die Frequenz oder Intensität der Vibrationen und Stöße, sondern vielmehr um die Empfindlichkeit solch hochentwickelter Geräte. 

Die Spezifikationen für die Durchführung von mechanischen Schock- und Vibrationsprüfungen in den einzelnen Bereichen sind in einer Reihe internationaler Normen , darunter: MIL-STD-750,  MIL-STD-883, ASTM D3332/D3332M, ISO 16750und AEC-Q100.

Klimakammern und mechanische Schocktests

Mechanische Prüfungen und Klimaprüfungen sind die beiden Hauptkategorien der Material- und Produktprüfung, aber sie sind alles andere als voneinander getrennt.

In der realen Welt , die diese Tests so genau wie möglich simulieren sollen, geschieht nichts im Vakuum. Aus diesem Grund geben viele mechanische Prüfverfahren die Temperaturen an, bei denen der Test durchgeführt bzw. die zu prüfende Probe konditioniert werden soll.

Dies gilt insbesondere für den zuletzt genannten Sektor, nämlich elektronische Bauteile , die besonders empfindlich auf die Umgebungsbedingungen , in denen sie sich befinden. Hohe Temperaturen und/oder eine hohe relative Luftfeuchtigkeit beeinflussen die Reaktion dieser Bauteile auf Stöße und Vibrationen erheblich.

Aus diesem Grund spielen Klimakammern eine Rolle bei verschiedenen Verfahren, bei denen Temperatur- und relative Luftfeuchtigkeitsbereiche , innerhalb derer die Probe vor der Prüfung aufbewahrt werden muss.

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Die FDM-Umweltkammer für mechanische Schockprüfungen

FDM-Klimakammern sind das ideale Werkzeug zur Konditionierung von Proben für mechanische Schocktests. Sie eignen sich besonders für die Elektronikindustrie, wo extreme Temperaturen erforderlich sind, um die Funktionsfähigkeit von Schaltungen unter allen Bedingungen zu überprüfen. 

Darüber hinaus stehen unsere Techniker jederzeit zur Verfügung, um auf die Bedürfnisse des Kunden einzugehen und eine maßgeschneiderte Klimakammer zu entwerfen, die seinen Anforderungen entspricht.

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Referenzstandards

• IEC 60068-2-27 — Test Ea: Schock
• IEC 60068-2-6 — Test Fc: Schwingung, sinusförmig
• IEC 60068-2-64 — Test Fh: Breitbandige Zufallsschwingung
• MIL-STD-810H Methode 516.8 / 514.8 — Stoß-/Vibrationsprüfung für militärische Systeme
• ISO 16750-3 — Mechanische Belastungen (Stoß + Vibration) Automobilindustrie
• ASTM D4169 — Leistungsprüfung von Transportbehältern (Stoß- und Vibrationstransport)
• RTCA DO-160G Abschnitt 7/8 — Betriebssicherheit / Crashsicherheit / Vibrationen für Avionik

Autoritative Quellen

• IEC 60068-2-27 Schock.
• ASTM D4169.
• IEST Vibration und Schock – Bewährte Verfahren für mechanische Prüfungen.

Häufig gestellte Fragen zum Schock- und Vibrationstest

Worin besteht der Unterschied zwischen mechanischem Stoß und Vibration?

Mechanischer Schock ist ein kurzer, hochintensiver Impuls (typischerweise handelt es sich bei Vibrationen um kontinuierliche Schwingungen über Minuten/Stunden mit einem sinusförmigen (Einzelfrequenz) oder zufälligen (breitbandigen Leistungsdichtespektrum) Profil). Standardtest: 10–2000 Hz mit einem Leistungsdichtespektrum von 0,04 g²/Hz (Automobilbereich). Simuliert Transport, Motorbetrieb und vibrierende Strukturen.

Wie berechnet man die Schwere eines zufälligen Schwingungsprofils?

Mit PSD (Leistungsspektraldichte) in g²/Hz. Die gesamte Effektivbeschleunigung beträgt Grms = √(∫ PSD df). Typische Profile: Auto ISO 16750 27,8 Grms (Breitband 10–2000 Hz), Avionik DO-160 Kat. S 7 Grms, Transport ASTM D4169 0,4–1,2 Grms. Die Testdauer ist so gewählt, dass die Ermüdungsschädigung der realen Lebensdauer entspricht (z. B. 3 h Zufallstest = 10 Jahre Nutzungsdauer nach der Miner-Regel).

Kann ich Schock/Vibration mit Temperatur kombinieren?

Ja, kombinierte Umgebungskammern (CET-Kammern) integrieren einen elektrodynamischen Schwinger auf einer Klimaplatte. Typische Bereiche: Temperatur -70 °C bis +180 °C + Vibration bis zu 70 kN Schub. Diese Tests sind erforderlich für die Qualifizierung in der Luft- und Raumfahrt (RTCA DO-160G Abschnitt 8.6 Zufallsschwingung mit thermischer Belastung), für Elektrofahrzeuge (Batteriepack unter Temperaturzyklen + Vibrationsprofil) und im Verteidigungsbereich (MIL-STD-810 kombinierte Sequenz).

Welche Rolle spielen Befestigungselemente bei Stoß-/Vibrationsprüfungen?

Die Vorrichtung (mechanische Halterung der Probe auf der Rüttelplatte) muss anfänglich mit einer Frequenz oberhalb des Zweifachen der maximalen Prüffrequenz in Resonanz geraten , um verfälschte Ergebnisse zu vermeiden. Typische Werkstoffe: bearbeitetes Aluminium 7075, Magnesium, Hochfrequenztitan. Die Konstruktion erfordert eine FEM-Modalanalyse und eine Qualifizierung mit einem Laservibrometer. Eine fehlerhafte Vorrichtung kann lokale Verstärkungen oder Dämpfungen von bis zu ±10 dB verursachen, wodurch die Prüfung nicht reproduzierbar und somit nicht normkonform wird.