〰️ Prüfung Fc — sinusförmige Schwingungen — PN-EN 60068-2-6

Elektronik und EMV PN-EN 60068-2-6

Übersicht

DIESE NORM SAGT NICHT, WIE SCHARF DIE PRÜFUNG SEIN SOLL — SIE SAGT, WIE MAN SIE DURCHFÜHRT. Das ist das Wichtigste für einen Leser, der in einem Akkreditierungsumfang die Zeile „badanie wibracji sinusoidalnych wg PN-EN 60068-2-6“ [badanie wibracji sinusoidalnych wg = Prüfung mit sinusförmigen Schwingungen nach] sieht und wissen will, was genau geprüft wurde. Die Antwort lautet: Aus der Normnummer allein lässt sich das nicht erkennen.

ANWENDUNGSBEREICH, ZITIERT AUS DEM NORMTEXT (Abschnitt 1): „This part of IEC 60068 gives a method of test which provides a standard procedure to determine the ability of components, equipment and other articles, hereinafter referred to as specimens, to withstand specified severities of sinusoidal vibration.“ Das entscheidende Wort ist SPECIFIED — der Schärfegrad wird von außen VORGEGEBEN, und die Norm liefert das Verfahren, ihn einzustellen und zu prüfen. ZWECK DER PRÜFUNG, aus demselben Abschnitt: „to determine any mechanical weakness and/or degradation in the specified performance of specimens and to use this information, IN CONJUNCTION WITH THE RELEVANT SPECIFICATION, to decide upon the acceptability of the specimens“. Die Norm selbst entscheidet also nicht einmal über das Bestehen — darüber entscheidet die Produktspezifikation, zusammen mit dem Ergebnis gelesen. DIE EINLEITUNG SAGT ES DIREKT: „The relevant specification writer is expected to choose the testing procedure and values appropriate to the specimen and its use.“ Die (informativen) Anhänge B und C geben BEISPIELE für Schärfegrade an — B für Bauelemente, C für Geräte —, also Vorschläge zur Auswahl, keine Anforderungen.

EINE MESSUNG AM TEXT, DIE DAS AUSMASS DIESES VERWEISES ZEIGT: In dem Auszug der Norm, den wir gelesen haben (15 Seiten der Ausgabe IEC 60068-2-6:2007), kommt die Wendung „the relevant specification“ 21-mal vor. Fast jede Festlegung, die der Leser in der Norm finden möchte — Zustand des Prüflings, Art der Befestigung, Schärfegrad, Bestehenskriterium, was in den Bericht gehört —, wird darin auf das Produktdokument verwiesen. WAS DARAUS PRAKTISCH FOLGT: Eine Zeile im Akkreditierungsumfang, die nur PN-EN 60068-2-6 zitiert, beschreibt eine TECHNIK, keine Prüfung. Um zu wissen, was geprüft wurde, muss man das zweite Dokument kennen — die Produktnorm oder die Spezifikation des Auftraggebers —, und dieses gibt Frequenzbereich, Amplitude, Zyklenzahl und Achsen an.

WAS DIE NORM DOCH SELBST FESTLEGT — und die Produktspezifikation ändert das nicht ohne ausdrückliche Festlegung: • FREQUENZDURCHLAUF: „The sweeping shall be continuous and the frequency shall change exponentially with time. The sweep rate shall be one octave per minute with a tolerance of ±10 %“ (Abschnitt 4.1.6). Die Geschwindigkeit von einer Oktave pro Minute ist also ein Merkmal des VERFAHRENS, nicht des Schärfegrads. • QUERBEWEGUNG: Die Amplitude in der zur vorgegebenen senkrechten Achse überschreitet bis 500 Hz nicht 50 % der vorgegebenen Amplitude und oberhalb von 500 Hz nicht 100 %; für kleine Prüflinge kann die Spezifikation diesen Wert auf 25 % begrenzen (Abschnitt 4.1.2.1). • AMPLITUDENTOLERANZEN: Regelsignal am Bezugspunkt ±15 %, an den Kontrollpunkten ±25 % bis 500 Hz und ±50 % darüber (Abschnitte 4.1.4.1 und 4.1.4.2). Diese Toleranzen SCHLIESSEN die Fehler der Messeinrichtung EIN. • FREQUENZTOLERANZEN bei der Dauerprüfung mit Frequenzdurchlauf: ±0,05 Hz bis 0,25 Hz; ±20 % von 0,25 Hz bis 5 Hz; ±1 Hz von 5 Hz bis 50 Hz; ±2 % über 50 Hz (Abschnitt 4.1.5.1). • SIGNALVERZERRUNG: Sofern die Spezifikation nichts anderes festlegt, überschreitet die Signaltoleranz 5 % nicht (Abschnitt 4.1.3), wobei die Messung Frequenzen bis 5 000 Hz oder bis zum Fünffachen der Erregerfrequenz umfasst — je nachdem, welcher der beiden Werte kleiner ist.

EINE FALLE, AUF DIE DIE NORM SELBST HINWEIST: „DURCHLAUFZYKLUS“ BEDEUTET IN DER NORM ETWAS ANDERES ALS IM HANDBUCH DER GERÄTE. Definition 3.4 lautet: „traverse of the specified frequency range once in each direction, for example 10 Hz to 150 Hz to 10 Hz“ — also ein Durchlaufen des Bereichs IN BEIDE RICHTUNGEN. Gleich danach setzt die Norm eine Anmerkung: „Manufacturers' handbooks for digital sine control systems often refer to a sweep cycle as f1 to f2, and not f1 to f2 to f1.“ Dieselbe Zahl „10 Zyklen“ bedeutet also in der Norm zwanzig Durchläufe des Bereichs, im Handbuch des Reglers zehn. Ein Bericht, der nur die Zyklenzahl angibt, ohne zu sagen, nach welcher Definition sie gezählt wurde, erlaubt es nicht, die Dauer der Prüfung zu rekonstruieren.

WAS WIR IN DIESEM EINTRAG NICHT ANGEBEN: weder Tabelle A.1 („Number of sweep cycles and associated endurance times per axis“) noch die Tabellen B.1, C.1 und C.2 mit Beispielen für Schärfegrade. Wir haben einen Auszug der Norm mit den Abschnitten 1–4 gelesen; die Anhänge hatten wir nicht, daher zitieren wir keine Zahl daraus.

Prinzip der Methode

Der Prüfling wird auf dem Tisch des Schwingerregers befestigt und sinusförmigen Schwingungen mit vorgegebenem Frequenzbereich und vorgegebener Amplitude ausgesetzt — kontinuierlich mit einer konstanten Geschwindigkeit von einer Oktave pro Minute durchlaufen oder auf einer festen Frequenz gehalten. Die Bewegung wird mit dem Signal von Aufnehmern an den Kontrollpunkten und am Bezugspunkt geregelt und innerhalb der Toleranzen der Norm gehalten. Mechanische Schwächen und eine Verschlechterung der Eigenschaften des Prüflings werden durch Anfangs-, Zwischen- und Schlussmessungen beurteilt, und über das Bestehen entscheidet die Produktspezifikation.

Anwendungen

• Erzeugnisse, die beim Transport oder im Betrieb Schwingungen harmonischer Art ausgesetzt sind, die von rotierenden, pulsierenden oder schwingenden Massen herrühren
• Elektronische Bauelemente und Baugruppen — Beurteilung mechanischer Schwächen und Einstufung anhand des ausgehaltenen Schärfegrads
• In Fahrzeuge, mobile Maschinen und auf Schiffen eingebaute Geräte
• Bahnausrüstung und Geräte von Alarmanlagen, bei denen Produktnormen diese Prüfung als Bestandteil des Prüfprogramms zitieren
• Untersuchung des dynamischen Verhaltens eines Erzeugnisses — Bestimmung kritischer Frequenzen und Resonanzen
• Verpackt geprüfte Erzeugnisse — die Norm unterscheidet den unverpackten Prüfling (test specimen) vom Erzeugnis mit Verpackung, bei dem das Ganze der Prüfling ist

Schlüsselparameter

Norm

Normnummer

PN-EN 60068-2-6:2008 (wersja angielska; wprowadza EN 60068-2-6:2008 [IDT], IEC 60068-2-6:2007 [IDT])

Titel (PL)

Badania środowiskowe — Część 2-6: Próby — Próba Fc: Wibracje (sinusoidalne)

Title (EN)

Environmental testing — Part 2-6: Tests — Test Fc: Vibration (sinusoidal)

Schritt-für-Schritt-Verfahren

1. Festlegung des Schärfegrads aus dem zweiten Dokument

   Vor der Prüfung werden der Produktspezifikation entnommen: Frequenzbereich, Amplitude, Zyklenzahl oder Dauer, Achsen und Zustand des Prüflings. Ohne dieses Dokument lässt sich die Prüfung nicht vorgeben — die Norm enthält diese Werte nicht.

2. Anfangsmessungen

   Der Prüfling wird in dem von der Spezifikation geforderten Umfang besichtigt sowie elektrisch und mechanisch geprüft.

3. Befestigung des Prüflings

   Der Prüfling wird nach IEC 60068-2-47 befestigt. Die Befestigungspunkte sollen sich im Wesentlichen in Phase und auf geraden parallelen Linien bewegen.

4. Untersuchung des Schwingungsverhaltens (falls gefordert)

   Ein Suchdurchlauf dient der Bestimmung kritischer Frequenzen — solcher, bei denen Fehlfunktionen, eine Verschlechterung der Eigenschaften oder mechanische Resonanz auftreten. Die Durchlaufgeschwindigkeit kann hier anders sein als bei der Dauerprüfung.

5. Dauerprüfung

   Die Dauerprüfung erfolgt durch Frequenzdurchlauf über den Bereich oder bei Festfrequenzen — im zweiten Fall gewöhnlich bei den zuvor bestimmten kritischen Frequenzen, auch mit begrenztem Frequenzdurchlauf im Bereich 0,8–1,2 der kritischen Frequenz.

6. Regelung der Bewegung während der Prüfung

   Die Amplitude wird in den Toleranzen ±15 % am Bezugspunkt und ±25 % (bis 500 Hz) an den Kontrollpunkten gehalten; die Querbewegung überschreitet bis 500 Hz nicht 50 % der vorgegebenen Amplitude.

7. Zwischenmessungen

   Wenn die Spezifikation dies verlangt, wird die Funktion des Prüflings während der Beanspruchung geprüft — die Norm bestimmt, dass Umfang und Zeitpunkte dieser Messungen von der Spezifikation festgelegt werden.

8. Schlussmessungen und Beurteilung

   Nach der Prüfung werden Besichtigung und Prüfungen wiederholt. Das Ergebnis wird ZUSAMMEN mit der Produktspezifikation beurteilt: Die Norm liefert Informationen über Schwächen und Verschlechterung der Eigenschaften, über die Annehmbarkeit entscheidet aber das Produktdokument.

9. Vermerk im Bericht zusammen mit dem Schärfegrad

   Im Bericht werden der vorgegebene Schärfegrad, die tatsächlichen Prüfbedingungen, die verwendete Definition des Durchlaufzyklus und — falls eine übermäßige Quer- oder Drehbewegung auftrat — deren Wert angegeben.

Erforderliche Geräte und Apparatur

Arbeitsschutz und Sicherheit

• Erreger und Vorrichtung in Bewegung — Zugang zum Tisch nur bei stillstehender Anlage; Prüfling und Zubehör gegen Wegschleudern gesichert
• Der Schallpegel kann bei großen Amplituden und niedrigen Frequenzen hoch sein — Gehörschutz am Prüfplatz
• Große und schwere Prüflinge können eine unbeabsichtigte Drehbewegung des Tisches anregen — die Norm verlangt, den zulässigen Wert in der Spezifikation festzulegen und den erreichten zu vermerken
• Resonanzen bei kritischen Frequenzen führen zu einem sprunghaften Anstieg der Amplitude — das Überlastschutzsystem wird einsatzbereit gehalten
• Leistungsverstärker und Kühlung des Erregers stehen während der gesamten Prüfung unter Spannung

Häufige Fragen