| Für die Auswahl eines Schwingungsprüfsystems ist zunächst die Berechnung der erforderlichen dynamischen Kraft durchzuführen. Anschließend ist zu prüfen, ob der Schwingprüfer die Anforderungen des Prüfprofils hinsichtlich Auslenkung, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Frequenzbereich, Nutzlastgröße und Achsen erfüllt. Luftgekühlte Systeme eignen sich für Prüfungen mit geringeren Kräften und allgemeine Laborprüfungen, während wassergekühlte Systeme üblicherweise für Schwingungsprüfungen mit hohen Kräften, schweren Nutzlasten sowie für Anwendungen in der Automobil-, Luft- und Raumfahrtindustrie und bei Batterien eingesetzt werden. Die endgültige Konfiguration muss zudem relevanten Normen wie IEC 60068, ISO 16750, MIL-STD-810, UN 38.3, ISTA oder kundenspezifischen Zuverlässigkeitsprüfverfahren entsprechen. |
Was ist ein Vibrationstestsystem?
Entwickelt und validiert unter der technischen Leitung von Jimmy Liu, einem 12-jährigen Experten für Laborautomatisierung (ehem. Technischer Leiter bei Foxconn & Huawei Certification Testing Center).
Ein Schwingungsprüfsystem ist eine Laborprüfplattform zur Simulation von mechanischen Schwingungen, Transportbeanspruchungen, Resonanz, Ermüdung und Stoßbelastungen. Ein vollständiges elektrodynamisches Schwingungsprüfsystem umfasst üblicherweise einen Schwingkörper, einen Leistungsverstärker, einen Schwingungsregler, ein Kühlsystem, Beschleunigungsmesser, Vorrichtungen und optionales Zubehör wie einen Kopfexpander, einen horizontalen Gleittisch oder eine Klimakammer.
Das System findet breite Anwendung bei Zuverlässigkeitsprüfungen von Batterien, Automobilteilen, Luft- und Raumfahrtkomponenten, Unterhaltungselektronik, Medizingeräten, Verpackungen und Industrieanlagen. Je nach Testanforderung kann das System Sinusschwingungs-, Zufallsschwingungs-, Resonanz-Such- und Haltezeit-, klassische Schock-, Sinus-auf-Zufallsschwingungs-, Zufalls-auf-Zufallsschwingungs- oder kombinierte Temperatur-Feuchtigkeits-Schwingungs-Tests durchführen.
Abbildung 1. Vollständiger Laboraufbau für das Vibrationsprüfsystem, einschließlich Shaker, Controller-Workstation, Verstärkerschrank, Kabel und montierter Prüfvorrichtung.
Checkliste für die Schnellauswahl
Vor der Auswahl eines Vibrationsprüfsystems sollten Sie die folgenden Parameter überprüfen:
- Prüfnorm: IEC 60068, ISO 16750, MIL-STD-810, UN 38.3, ISTA, ASTM oder kundenspezifisches Profil
- Nutzlastmasse: Gewicht des zu testenden Produkts
- Masse der Vorrichtung: Gewicht der Montagevorrichtung, des Kopfexpanders oder der Gleittischschnittstelle
- Ankermasse: bewegte Masse des Schüttelapparats
- Erforderliche Beschleunigung: Spitzen- oder Effektivbeschleunigung in g
- Frequenzbereich: minimale und maximale Testfrequenz
- Auslenkungsanforderung: besonders wichtig für niederfrequente Schwingungen
- Geschwindigkeitsanforderung: wichtig für Hochenergie-Schock- und Niederfrequenztests
- Prüfrichtung: nur vertikal, nur horizontal oder dreiachsige Prüfung
- Kühlmethode: luftgekühlt oder wassergekühlt
- Regelungsmodus: Sinus, Zufall, Schock, Resonanzsuche, Verweilzeit, SoR, RoR oder Kurtosisregelung
- Laborbedingungen: Stromversorgung, Bodenbelastung, Lärm, Kühlwasser und Platz
Wie berechnet man die erforderliche Schüttelkraft?
Der wichtigste Schritt ist die Berechnung der für das Testprofil erforderlichen dynamischen Gesamtkraft.
| F = (Mp + Mf + Ma) × A × S |
Kennzahlen:
- F = erforderliche dynamische Kraft
- Mp = Masse der Nutzlast
- Mf = Masse der Vorrichtung, des Kopfexpanders oder des beweglichen Teils des Gleittisches
- Ma = Masse des Schwingarms
- A = erforderliche Beschleunigung
- S = Sicherheitsfaktor, normalerweise 1.25 oder höher
Viele Kauffehler entstehen, weil nur das Produktgewicht berücksichtigt wird. Bei realen Schwingungsprüfungen tragen jedoch auch die Vorrichtung, der Kopfexpander, der Gleittisch und die Ankermasse zur Schwingkraft bei. Ein System, das auf dem Papier ausreichend erscheint, kann sich als unterdimensioniert erweisen, wenn die gesamte bewegte Masse einbezogen wird.
Abbildung 2. Kraftberechnungsdiagramm für die Auswahl des Schwingprüfsystems: Nutzlastmasse, Vorrichtungsmasse, Ankermasse, Beschleunigung und Sicherheitsfaktor.
Luftgekühlt vs. wassergekühlt Vibrationstestsystem
Luftgekühlte Vibrationssysteme eignen sich üblicherweise für Prüfungen mit geringen bis mittleren Kräften, allgemeine Elektronikprüfungen, Verpackungsarbeiten und Zuverlässigkeitstests im Labor. Sie sind einfacher zu installieren und zu warten, jedoch sollten Gebläsegeräusche und Wärmeabgabe berücksichtigt werden.
Wassergekühlte Vibrationssysteme werden üblicherweise für Tests mit hohen Kräften, hohen Nutzlasten, in der Batterie-, Automobil- und Luft- und Raumfahrtindustrie sowie für Langzeittests eingesetzt. Sie bieten eine bessere Temperaturkontrolle und geringere Geräuschentwicklung in der Nähe des Vibrationskörpers, erfordern jedoch Wasserzirkulation, Wärmeaustausch und eine aufwändigere Installationsplanung.
| Auswahlfaktor | Luftgekühltes System | Wassergekühltes System |
| Typische Anwendung | Elektronik, Kleinbauteile, Verpackung | EV-Batterie, Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt, schwere Nutzlast |
| Kraftbereich | Niedrig bis mittel | Mittel bis hoch |
| Installation | Einfacher | Benötigt Kühlwassersystem |
| Lärm | Höher aufgrund des Gebläses | Unterer Bereich nahe dem Testgelände |
| Wartung | Einfachere | Erfordert Wartung der Wasserqualität und des Wärmetauschers. |
| Am besten geeignet, | Standardmäßige Laborzuverlässigkeitsprüfung | Tests mit hoher Kraft und langer Dauer |
Abbildung 3. Vergleich von luftgekühlten und wassergekühlten Vibrationsprüfsystemen für allgemeine Labortests, Tests mit hohen Kräften und Anwendungen mit hohen Nutzlasten.
Wann benötigt man einen horizontalen Schiebetisch?
Ein horizontaler Schiebetisch ist erforderlich, wenn das Produkt in der X- oder Y-Achse geprüft werden muss, ohne es auf die Seite zu drehen. Dies ist häufig bei großen Produkten, Akkus, Automobilmodulen, flüssigkeitsgefüllten Produkten und Geräten der Fall, die während der Prüfung in ihrer normalen Betriebslage verbleiben müssen.
Für Drei-Achsen-Prüfungen ist die übliche Konfiguration:
- Vertikale Vibration: Schwingarm oder Kopfexpander
- Schwingungen entlang der horizontalen X-Achse: Gleittisch
- Vibrationen entlang der horizontalen Y-Achse: Drehen Sie das Produkt oder verwenden Sie eine andere Gleittischkonfiguration.
Abbildung 4. Horizontales Gleittisch-Vibrationsprüfsystem für X-Achsen-Tests mit Batteriemodul, Shaker und Vibrationsregler.
Auswahlmatrix nach Branchen
| Branche | Gemeinsame Standards | Schwerpunkt der Auswahl | Empfohlene Konfiguration |
| EV-Batterie | UN 38.3, ISO 12405, IEC 62660, ECE R100 | Hohe Nutzlast, Sicherheit, lang anhaltende Vibration | Hochleistungsschüttler + Wasserkühlung + horizontaler Gleittisch |
| Autoteile | ISO 16750, GMW 3172, VW-, Ford-, Toyota-Standards | Mehrachsige Vibration, kombinierte Umgebung | Rütteltisch + Gleittisch + Temperaturkammer |
| Luft- und Raumfahrt | MIL-STD-810, RTCA DO-160 | Hohe Beschleunigung, Stoß, zufällige Vibration | Hochleistungsschüttler + fortschrittlicher Controller |
| Unterhaltungselektronik | IEC 60068, ISTA | Hohe Frequenz, geringe Nutzlast, hoher Durchsatz | Luftgekühlter Schüttler + Kopfexpander |
| Verpackungs- | ISTA, ASTM D999 | Transportsimulation | Mittelkraft-Rüttelsystem + Vorrichtungssystem |
| Medizinische Geräte | IEC 60068, Transportvalidierungsverfahren | Produktsicherheit und Zuverlässigkeit | Präzisionsregler + kundenspezifische Vorrichtung |
Häufige Fehler bei der Auswahl eines Vibrationsprüfsystems
- Es wird nur das Produktgewicht berechnet, die Masse der Vorrichtung wird vernachlässigt.
- Die Wahl der Kraftbewertung ohne Berücksichtigung der Grenzen für Auslenkung, Geschwindigkeit und Beschleunigung.
- Niederfrequente Verschiebungsanforderungen werden außer Acht gelassen.
- Vertikale Vibration nur dann auswählen, wenn horizontale Prüfungen erforderlich sind.
- Einen Shaker kaufen, ohne die Funktionen der Controller-Software zu überprüfen.
- Unterschätzung des Stromverbrauchs, der Bodenbelastung und des Kühlbedarfs im Labor.
- Verwendung einer Standardvorrichtung, die Resonanz oder eine Bewegung quer zur Achse verursacht.
- Auswahl eines luftgekühlten Systems für einen Langzeittest unter hoher Belastung.
- Zukünftige Erweiterungen, wie beispielsweise die Integration von Klimakammern, werden außer Acht gelassen.
- Es wird lediglich der Preis verglichen, anstatt die gesamte Testfähigkeit und Zuverlässigkeit zu berücksichtigen.
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KINGPO bietet Laboren, Herstellern und Prüfinstituten maßgeschneiderte Unterstützung bei der Konfiguration von Schwingprüfsystemen. Basierend auf Produktgewicht, Prüfnorm, Schwingungsprofil, Achsenrichtung, Anforderungen an die Vorrichtung und Laborbedingungen helfen die Ingenieure von KINGPO bei der Auswahl eines geeigneten Schwinggeräts, Verstärkers, Reglers, Kühlsystems, Gleittisches, einer Vorrichtung und einer kombinierten Umweltprüflösung.
Für Projekte im Bereich Batterien, Automobilkomponenten, Luft- und Raumfahrtteile, Elektronik, Verpackungen oder Medizintechnik bietet KINGPO technische Beratung, Systemkonfiguration, Installationsunterstützung und Empfehlungen für Testlösungen.
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