Wie man die Norm IEC 60068-2-6 mithilfe eines elektrodynamischen Vibrationsgeneratorsystems erfüllt

Abstract
Ein elektrodynamisches Vibrationsgeneratorsystem nutzt das Prinzip der elektromagnetischen Anregung, um Vibrationsumgebungen unter verschiedenen praxisnahen Betriebsbedingungen zu simulieren. So lassen sich die Vibrationsfestigkeit, die Betriebsstabilität und die Zuverlässigkeit von Bauteilen und Endprodukten über deren gesamten Lebenszyklus hinweg überprüfen. Das komplette System ist mit einer Steuerung ausgestattet, die die Testverfahren einheitlich verwaltet, die Betriebsparameter anpasst sowie die Testdaten aufzeichnet und speichert. LISUN Anhand des elektrodynamischen Schwingprüfsystems LVD-100KG (Vorzertifizierung) werden in diesem Beitrag Funktionsprinzip, Gerätekonfiguration und Testablauf des elektrodynamischen Schwinggeneratorsystems erläutert. Es wird analysiert, wie mit diesem System Sinusschwingungs-Umweltprüfungen gemäß IEC 60068-2-6 durchgeführt werden, und die wichtigsten Punkte für die Parametereinstellung, die Anforderungen an die Probenmontage, die Datenerfassung und die Ergebnisauswertung während der Prüfung werden erklärt. Dies liefert praktische Hinweise für die Überprüfung der Schwingungszuverlässigkeit elektrischer und elektronischer Produkte.

Einführung

Während Produktion, Transport, Installation und im Langzeitbetrieb sind elektrische und elektronische Produkte zwangsläufig periodischen mechanischen Vibrationen ausgesetzt. Kontinuierliche Vibrationen können zu Strukturlockerungen, Rissen in Lötstellen, Ablösungen von Steckverbindern und einer Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften führen, was die Produktsicherheit und Lebensdauer direkt beeinträchtigt. Die von der Internationalen Elektrotechnischen Kommission (IEC) herausgegebene Norm IEC 60068-2-6 entspricht in China der Norm GB/T 2423.10-2019. Sie legt die vollständige Durchführungsmethode für Sinus-Vibrationstests fest, um die Widerstandsfähigkeit von Prüflingen gegenüber Sinus-Vibrationen zu bewerten, und findet breite Anwendung in Branchen wie Beleuchtungskörpern, industriellen elektronischen Steuerungen, Automobilkomponenten und Energiespeichermodulen. Für die Durchführung der in der Norm definierten Tests ist ein geeignetes elektrodynamisches Vibrationsgeneratorsystem erforderlich. Dieses System simuliert Vibrationsbedingungen mittels elektromagnetischer Kräfte, um die Vibrationsfestigkeit, Stabilität und Zuverlässigkeit verschiedener Bauteile und Endprodukte während ihrer gesamten Lebensdauer zu bestimmen. Der integrierte Controller steuert alle Vorgänge und ermöglicht die Aufzeichnung und Speicherung vollständiger Testdaten. LISUN LVD‐100KG Elektrodynamisches Vibrationsprüfsystem Das System umfasst zwei Versionen: den LVD-100KG-Vibrationsprüfstand mit vier Freiheitsgraden und den LVD-100KG-6D-Vibrationsprüfstand mit sechs Freiheitsgraden. Ersterer ermöglicht Vibrationen in vertikaler und horizontaler Richtung, während letzterer unabhängige Vibrationen in vertikaler, horizontaler (vorne/hinten) und horizontaler (links/rechts) Richtung erlaubt und damit die Grundanforderungen für mehrachsige orthogonale Schwingungsprüfungen gemäß IEC 60068-2-6 erfüllt.

Elektrodynamisches Schwingungserzeugungssystem LVD-100KG

Funktionsprinzip und technische Parameter des elektrodynamischen Vibrationsgeneratorsystems

Das Funktionsprinzip des elektrodynamischen Schwingungsgeneratorsystems basiert auf elektromagnetischer Induktion. Die angeregte Antriebsspule erzeugt innerhalb eines Magnetfelds eine Erregerkraft, die den Rütteltisch und die Prüflinge antreibt und so kontrollierbare mechanische Schwingungen erzeugt. Als zentrale Einheit des Systems generiert der Controller Schwingungsformen, passt die Frequenz an, führt eine Regelung von Amplitude und Beschleunigung durch, führt Frequenzsweeps und programmierbare Testsequenzen aus und erfasst und speichert synchron Rohdaten wie Frequenz, Beschleunigung und Dauer. Die Bediener können alle Testparameter direkt konfigurieren, um den Bedienaufwand zu reduzieren. Das elektrodynamische Schwingungsprüfsystem LVD-100KG ist ein vorzertifiziertes Prüfgerät, das mit zahlreichen nationalen und internationalen Normen kompatibel ist. Neben der IEC 60068-Reihe entspricht es auch GB/T13309-91, GB/T 4857, ASTM D999 und weiteren schwingungsbezogenen Spezifikationen. Für CNAS-zertifizierte formale Schwingungsprüfungen ist das System geeignet. LISUN Für die elektrodynamische Schwingungsprüfung wird das System LVD-AT10 empfohlen. Die folgende Tabelle listet die wichtigsten technischen Spezifikationen des elektrodynamischen Schwingungsgeneratorsystems der Serie LVD-100KG auf.

Testablauf für IEC 60068-2-6 unter Verwendung des elektrodynamischen Schwingungsgeneratorsystems

Der in IEC 60068-2-6 definierte Sinusschwingungstest besteht im Wesentlichen aus sechs Phasen: Testvorbereitung, Einspannen der Probe, Konfiguration der Geräteparameter, Testdurchführung, Datenerfassung und Nachprüfung der Probe. Das elektrodynamische Schwingungsgeneratorsystem spielt in jeder Phase eine entscheidende Rolle.

Die erste Phase ist die Testvorbereitung. Die Bediener legen den Schweregrad des Prüflings fest und bestätigen den Testfrequenzbereich, die Amplitude bzw. Beschleunigung, die Abtastrate, die Testdauer für jede Achse sowie die Anzahl der Schwingungsachsen. Die Norm schreibt in der Regel separate Tests entlang der drei orthogonalen Achsen X, Y und Z vor, anstatt das Verfahren durch kombinierte Achsentests zu vereinfachen. Das Gewicht des Prüflings ist zu prüfen, um sicherzustellen, dass es die maximale Belastbarkeit des elektrodynamischen Schwingungsgeneratorsystems nicht überschreitet. Die maximale Belastbarkeit des Modells LVD-100KG beträgt 100 kg. Eine Überlastung führt zu Verzerrungen der Schwingungsform und ungültigem Testergebnis. Die Steuerung, die Sensoren und die Vorrichtungen sind zu überprüfen, um sicherzustellen, dass sich das Gerät in einwandfreiem Zustand befindet.

Im zweiten Schritt werden die Proben montiert und fixiert. Die Proben werden mithilfe spezieller Vorrichtungen fest auf dem Rütteltisch befestigt, um reale Installationsbedingungen zu simulieren. Eine unzureichende Steifigkeit der Vorrichtungen führt zu zusätzlichen Resonanzen und beeinträchtigt die Testergebnisse. Die Version LVD-100KG-6D mit sechs Freiheitsgraden ermöglicht einen einfachen Wechsel zwischen vertikaler, horizontaler (vorne/hinten) und horizontaler (links/rechts) Ausrichtung für Mehrachsenprüfungen. Beim Modell LVD-100KG mit vier Freiheitsgraden wird die Position der Probenhalterung angepasst, um Prüfungen auf verschiedenen Achsen durchzuführen. Beschleunigungssensoren werden am Kontrollreferenzpunkt platziert, um Schwingungssignale zur Regelung an den Regler des elektrodynamischen Schwingungsgeneratorsystems zurückzumelden.

Der dritte Schritt ist die Konfiguration der Geräteparameter. Die Bediener geben die Einstellungen an der Steuerungsschnittstelle des elektrodynamischen Schwingungsgeneratorsystems ein, wählen den Sinusschwingungsmodus, konfigurieren obere und untere Frequenzgrenzen, Amplituden- und Beschleunigungswerte und definieren Frequenzsweep- oder programmierbare Segmentierungsmodi. IEC 60068-2-6 behandelt Frequenzsweep- und Festfrequenz-Verweilversuche. Durch Frequenzsweep werden die kritischen Resonanzfrequenzen der Proben ermittelt. Nach der Identifizierung der Resonanzpunkte können Festfrequenz-Verweilversuche zur Ermüdungsbewertung durchgeführt werden. Die Sweep-Funktion des LISUN Das elektrodynamische Schwingprüfsystem LVD-100KG ermöglicht die flexible Konfiguration von Frequenzgrenzen und Prüfdauer. Die programmierbare Funktion unterstützt die Einrichtung von bis zu 15 Parametersegmenten zur Realisierung komplexer, normgerechter Prüfsequenzen. Bei niedrigen Frequenzen wird die Wegregelung bevorzugt, während bei hohen Frequenzen die Beschleunigungsregelung aktiviert wird, um sicherzustellen, dass die Schwingungsbeanspruchung über den gesamten Frequenzbereich den Normvorgaben entspricht.

Die vierte Phase ist die Testdurchführung. Nach Bestätigung der Parameter wird das elektrodynamische Schwingungsgeneratorsystem gestartet. Die Steuerung steuert den Schwingtisch an, um eine Sinusschwingung zu erzeugen. Während des Betriebs beobachten die Bediener den Zustand der Proben, während die Steuerung Frequenz, Amplitude und Beschleunigung in Echtzeit erfasst. Der Test wird bei Überschwingen der Schwingung oder Lockerung der Probe sofort abgebrochen. Die Steuerung des Gesamtsystems zeichnet alle Testdaten automatisch auf und speichert sie, ohne dass eine kontinuierliche manuelle Eingabe erforderlich ist, um menschliche Fehler zu minimieren.

Die fünfte Phase ist die Nachprüfung. Nach Abschluss der Schwingungsprüfungen in allen Achsen wird die Probe entnommen und einer Sichtprüfung, einer Untersuchung der mechanischen Struktur sowie einer elektrischen Funktionsprüfung unterzogen. Der Zustand der Probe vor und nach der Prüfung wird verglichen, um Beschädigungen am Gehäuse, Lockerungen von Befestigungselementen, Verschiebungen interner Komponenten oder Funktionsausfälle festzustellen und zu beurteilen, ob die Probe die Anforderungen der IEC 60068-2-6 erfüllt. Die vom elektrodynamischen Schwingungsgeneratorsystem gespeicherten Rohdaten werden exportiert und Schwingungsdauer, Frequenzverläufe und Beschleunigungsaufzeichnungen zu einem vollständigen Prüfdokument zusammengeführt.

Vorsichtsmaßnahmen für die Testdurchführung

Bei der Durchführung von IEC 60068-2-6-Prüfungen mit einem elektrodynamischen Schwinggeneratorsystem ist zu beachten, dass die LVD-100KG-Serie ein vorzertifiziertes Gerät ist, das sich für die Verifizierung in Forschung und Entwicklung sowie für Vorbewertungen eignet. Für die Erstellung formeller Berichte mit CNAS-Akkreditierung ist das elektrodynamische Schwingprüfsystem LVD-AT10 zu wählen. Die Belastung des Schwingtisches darf den Nennwert nicht überschreiten. Das Gesamtgewicht der Probe inklusive Halterungen muss unter der maximalen Nennlast liegen, da es sonst zu Verzerrungen der Schwingungsform und ungenauen Messungen kommt. Resonanzprüfungen sind ein wesentlicher Bestandteil der IEC 60068-2-6, und das elektrodynamische Schwinggeneratorsystem muss eine ausreichende Frequenzregelungsgenauigkeit gewährleisten. Die Regelgenauigkeit von 0.1 Hz des LVD-100KG ermöglicht die präzise Fixierung der Resonanzfrequenzen für Dauerfestigkeitsprüfungen. Darüber hinaus entsprechen verschiedene Produkte unterschiedlichen Belastungsstufen. Einheitliche Parameter können nicht direkt angewendet werden; Frequenzbereich, Schwingungsamplitude und Testdauer müssen gemäß den Produktspezifikationen festgelegt werden.

Fazit

Das elektrodynamische Vibrationsgeneratorsystem erzeugt Vibrationsumgebungen mittels elektromagnetischer Kraft und dient als Kernhardware zur Durchführung von Sinus-Vibrationsumgebungstests gemäß IEC 60068‑2‑6. LISUN LVD‐100KG Elektrodynamisches Schwingungsprüfsystem (Vorzertifizierung) Das System zeichnet sich durch eine angemessene Belastbarkeit, einen breiten Frequenzausgangsbereich sowie Sweep-Frequenz- und programmierbare Testfunktionen aus. Die Steuerung übernimmt den gesamten Testablauf und zeichnet die Testdaten automatisch auf. Es kann die meisten Vorvalidierungstests gemäß IEC 60068-2-6 durchführen. Bei praktischen Tests sind die Standardverfahren strikt einzuhalten, eine korrekte Probenklemmung, die richtige Parameterkonfiguration, die Echtzeitüberwachung und die Nachprüfung zu gewährleisten. Das elektrodynamische Vibrationsgeneratorsystem sollte optimal genutzt werden, um reale Vibrationsbedingungen zu simulieren. Dies ermöglicht eine effektive Bewertung der Vibrationsfestigkeit, Stabilität und Zuverlässigkeit von Bauteilen und Fertigprodukten über deren gesamte Lebensdauer. Unternehmen können vibrationsbedingte Defekte bereits in der Produktentwicklungsphase erkennen, die Konstruktion optimieren und die Umweltverträglichkeit der Produkte verbessern.