Lebensdauertest positiv

Relais - Automobilrelais müssen zuverlässig funktionieren. Ohne sie funktioniert heute kein Kraftfahrzeug. Frei für die Serienfertigung ist ein qualifiziertes Produkt erst dann, wenn die Lebensdauertests erfolgreich abgeschlossen sind. Hundertprozentige Zuverlässigkeit ist gefragt.

11. September 2007

Automobilrelais aus der breiten Produktpalette an Kfz-Komponenten von Panasonic Electric Works (PEW) finden sich in nahezu allen Applikationen eines Kraftfahrzeuges wieder. So steuern verschiedene Ausführungen der CT-, CP- und CJ-Serien neben Standardfunktionen wie Scheibenwischer auch Komfortapplikationen wie elektrische Sitzsteuerung oder Sicherheitsanwendungen wie die elektronische Wegfahrsperre. Diese Aufgaben verlangen vom Relais ein Höchstmaß an Robustheit und Zuverlässigkeit. Um diese Ansprüche zu erfüllen, gestaltet PEW (Tier2) den Qualifizierungsprozess zusammen mit dem Systemzulieferer (Tier1) aktiv mit. Die Applikationsabteilung übernimmt Qualifizierungsuntersuchungen, um kundenseitig Test-Ressourcen und Entwicklungskosten einzusparen.

In der Regel testet der Tier1 die Lebensdauer intern, denn der Systemlieferant kennt die genauen Anforderungen des OEM (Original Equipment Manufacturer) an das Produkt. Nach Ende dieser Tests bietet PEW als Relaisspezialist Untersuchungen wie z. B. Kontaktbeurteilungen der Relais an. Ein Untersuchungsbericht, der eine Zusammenfassung aller Messergebnisse mit Fotodokumentation und Kontaktbeurteilung enthält und nachvollziehbar die technische Eignung der Relais dokumentiert, wird erstellt und an den Tier1 weitergeleitet. Die Applikationsabteilung von PEW führt hauseigene Lebensdauertests nicht nur in Japan, sondern auch am Standort Holzkirchen in einem eigens dafür ausgestatteten Labor durch. Aus der Erfahrung heraus, dass eine genaue Kenntnis der Applikation sowie eine praxisorientierte Vorgehensweise bei der Testplanung/-durchführung für die Aussagekräftigkeit der Testergebnisse essentiell ist, unterstützt die Applikationsabteilung den Kunden schon bei der Erstellung des Lastenheftes. Dabei ist ein gesundes Maß gefragt, sonst kann es leicht zu dem dreifachen ›worstcase‹-Szenario kommen, indem jeder Qualifikationsbeteiligte (OEM, Tier1 und Tier2) eine ›gesunde Reserve‹ für sein Produkt mit berücksichtigt und an das Relais unmögliche Anforderungen gestellt werden.

Bei einem neuen Projekt hat der Automobilzulieferer im Idealfall schon bei der Erstanfrage an den Relaishersteller eine Spezifikation (= Mission Profile) vorliegen, in der alle technischen Anforderungen an das Relais wie Applikationsschaltung/-parameter, geforderte Relaisspezifikationen oder Testschaltung/-parameter klar definiert sind.

Wichtig bei einem Lebensdauertest ist, dass die Relais dabei unter möglichst realen Bedingungen getestet werden. Um die Aussagekräftigkeit des Tests zu erhöhen, stellt der Kunde im Idealfall neben der Spezifikation (auch ›Component Spec.‹ genannt) reale Lasten zur Verfügung, die im Labor nach der Testschaltungsvorgabe integriert werden. In der Labor-Praxis wird in den meisten Fällen mit Ersatzlasten getestet, da zu Beginn der Qualifikation die meisten Systemzulieferer nur Prototypen vorliegen haben, die entweder limitiert vorhanden sind oder nicht ausgehändigt werden dürfen.

Prüflingsauswahl

Um bei der Auswahl von Prüflingen den gesamten Toleranzbereich der Fertigung abzudecken, werden für Lebensdauerversuche Prüflinge ausgewählt, die sich im unteren Ende des zulässigen Toleranzbereiches befinden, d. h. wenn ein Worst-case-Prüfling den Lebensdauertest erfolgreich besteht, dann ist mit hundertprozentiger Sicherheit die Eignung des Relais bestätigt.

Vor Testbeginn werden von jedem einzelnen Prüfling alle zerstörungsfrei messbaren relaisspezifischen Parameter gemessen. Dazu werden die Prüflinge über einem speziell konstruierten Sockel mit dem vollautomatisch arbeitenden Relaistestsystem (Hersteller: ART) verbunden und durchlaufen ein Testprogramm. Anschließend werden die gemessenen Werte protokolliert, um sie mit den nach dem Lebensdauertest aufgenommenen Parametern vergleichen und auswerten zu können.

Für das Ergebnis des Lebensdauertests relevante Faktoren wie Umgebungstemperatur, Leitungsquerschnitte, Steuerkreis usw. werden nach Kundenwunsch implementiert. Die Prüflinge werden bei vorgegebener Umgebungstemperatur in den Klimaschrank (Temperaturbereich - 40 °C bis + 85 °C) gelegt. Während des Lebensdauertests überwacht eine SPS den Kontaktwiderstand und die Schaltzeit. Beim evtl. Kontaktkleben oder einem verzögerten Schalten (erlaubte Schaltzeit ist programmierbar) wird der Versuch automatisch gestoppt und die erreichte Schaltspielzahl von Digitalzählern festgehalten.

Vollautomatische Messtechnik

Vollautomatische Messtechnik (Labview) im PEW-Labor erlaubt komfortable Überwachung sowie Auswertung der Testparameter Einschaltzeit, Kontaktwiderstand, Pintemperatur und Ausschaltzeit bei jedem Schaltspiel. Für jeden Parameter ist der Toleranzbereich, außerhalb dessen der Versuch automatisch gestoppt wird, einzeln einstellbar. Je nach Kundenanforderung sind zusätzliche Testsequenzen wie Vibrations- oder Falltests integrierbar.

Damit nach dem durchlaufenen Lebensdauertest der Zustand der Kontakte dokumentiert werden kann, werden die Prüflinge geöffnet und optisch untersucht.

Für die Applikationsingenieure der PEW gibt die Beschaffenheit der Kontaktflächen deutlich Aufschluss über den Zustand des einzelnen Prüflings. Bei induktiven Lastkreisen z. B. erzeugt die gespeicherte Energie im Abschaltmoment eine Selbstinduktionsspannung. Je größer die Induktivität bzw. die Stromänderung pro Zeiteinheit ist, desto größer ist der Wert der induzierten Spannung.

Der beim Ausschalten verursachte Abschaltlichtbogen stellt somit eine thermische Beanspruchung dar, die letztlich zum Kontaktabbrand führt.

Abschließender Testbericht

Den Lebensdauertest schließt ein zusammenfassender Testbericht mit allen Testparametern, Messergebnissen, Fotodokumentation und Kontaktbeurteilung ab. Sofern erforderlich, stehen im Hause PEW auch erweiterte Untersuchungsmöglichkeiten wie SEM, X-Ray oder FEM zur Verfügung. Die vertrauliche Behandlung aller Projekt-, Applikations- und Testinformationen bei der Durchführung von Lebensdauertests während der Bauteilqualifikation im Hause Panasonic Electric Works ist eine Selbstverständlichkeit.

Sobald die Lebensdauertests erfolgreich abgeschlossen sind, wird eine von beiden Seiten (Tier1 und Tier2) zu unterzeichnende PPAP-Dokumentation (Production Part Approval Process) erstellt, die das qualifizierte Produkt zur Serienfertigung freigibt.

Ante Kelava,

Panasonic Electric Works/ps

Fakten

- Die Labview-Messtechnik überwacht und wertet die Testparameter Einschaltzeit, Kontaktwiderstand, Pintemperatur und Ausschaltzeit bei jedem Schaltspiel aus.

- Für jeden Parameter ist der Toleranzbereich, außerhalb dessen der Versuch automatisch gestoppt wird, einzeln einstellbar.

Erschienen in Ausgabe: 06/2007