ISO 16750-4 Spritzwasserprüfkammer für Kälteschockprüfung

Die Kälteschockprüfung nach ISO 16750-4 befasst sich mit einer spezifischen Umgebungsbedingung im Automobilbereich: Ein Bauteil erhitzt sich während des Fahrzeugbetriebs und wird dann plötzlich kaltem Straßenwasser ausgesetzt. Dieser rasche Temperaturwechsel kann zu unterschiedlichen Kontraktionsraten von Gehäusen, Dichtungen, Steckverbindern, Vergussmassen und internen Baugruppen führen.

Mögliche Ausfallmechanismen umfassen mechanische Rissbildung, Dichtungsbewegung, Dichtigkeitsverlust, Wassereintritt sowie elektrische oder funktionelle Beeinträchtigungen. Der Test ist daher besonders relevant für elektrische und elektronische Bauteile, die an Orten installiert sind, die Spritzwasser ausgesetzt sind.

Der KP-1023 bietet eine kontrollierte Umgebung zur Reproduktion dieser Bedingungen. Das Prüfobjekt (DUT) kann auf die spezifizierte Maximaltemperatur (Tmax) erhitzt , bis zum Erreichen des erforderlichen Temperaturzustands gehalten und anschließend einem reproduzierbaren Kaltwasserspritzer ausgesetzt werden. Testzyklen und deren zeitliche Abfolge werden über die SPS und die Touchscreen-Oberfläche gesteuert.

Im Gegensatz zu herkömmlichen IP-Wasserdichtigkeitsprüfgeräten dient dieses Gerät primär der Simulation eines Temperaturschocks, der durch den Kontakt von kaltem Wasser mit einem heißen Automobilbauteil entsteht. Die Temperatur des Prüflings, die Betriebsbedingungen, die Spritzrichtung und die Akzeptanzkriterien müssen gemäß der jeweiligen Produktspezifikation und dem Prüfplan ausgewählt werden.

Technische Spezifikationen

Gerätekonfiguration

Parameter des Spritzwassertests

Die oben genannten Werte unterscheiden die Prüfbedingungen von den physikalischen Eigenschaften der Kammer. Die anwendbare Tmax und der Betriebsmodus des Prüflings werden durch die Bauteilspezifikation und nicht durch eine universelle Temperatur gemäß ISO 16750-4 bestimmt.

So funktioniert der Kaltwasserschocktest

Bei dem Test wird ein erhitztes Prüfobjekt kurzzeitig mit nahezu gefrierendem Wasser gekühlt. Der entstehende Temperaturgradient führt zu mechanischen und thermischen Spannungen in den Materialien, Grenzflächen und Dichtungsstrukturen.

Ein typischer Testablauf ist:

Warum dieser Test erforderlich ist

Der Spritzwassertest ist nicht einfach nur ein Test der Wasserbeständigkeit.

Wird ein heißes Bauteil plötzlich abgekühlt, ziehen sich die äußeren Oberflächen deutlich schneller zusammen als die inneren Strukturen. Unterschiedliche Materialien reagieren zudem unterschiedlich auf die Temperaturänderung.

Dadurch können Schwächen aufgedeckt werden, die bei herkömmlichen Temperaturzyklen oder Wassertests bei Raumtemperatur möglicherweise nicht zutage treten, wie zum Beispiel:

• Rissbildung an Gehäusen oder Verkapselungsmaterialien;
• Bewegung oder Beschädigung von Dichtungen;
• Verschlechterung der Verbundflächen;
• Verlust der Gehäusedichtheit;
• Wasser dringt durch beanspruchte Fugen ein;
• Leckage an Steckverbindern oder Kabeleinführungen;
• Elektrische Fehlfunktion nach wiederholtem Temperaturschock.

Für Ingenieure im Bereich der Fahrzeugzuverlässigkeit ist es daher wichtig, die kombinierte Bedingung von heißem Prüfling und kaltem Wasser nachzubilden , wenn Bauteile an exponierten Stellen im Fahrzeug verbaut sind.

Anwendung der ISO 16750-4:2023

ISO 16750-4:2023 — Straßenfahrzeuge — Umgebungsbedingungen und Prüfung für elektrische und elektronische Geräte — Teil 4: Klimatische Belastungen behandelt klimatische Umweltbelastungen für elektrische und elektronische Systeme und Komponenten, die in oder auf Straßenfahrzeugen installiert sind.

Für den KP-1023 ist folgende Methode relevant:

Die Ausrüstung ist speziell für diese Kaltwasserspritzmethode konzipiert. Sie sollte nicht als vollständiges Prüfsystem für alle in ISO 16750-4 enthaltenen Klimaprüfungen verstanden werden.

Hinweis zu früheren Verweisen auf ISO 16750-4

Frühere KingPo-Dokumentationen und frühere Ausgaben der ISO 16750-4 beziehen sich möglicherweise auf Abschnitt 4.2 oder eine ältere Abbildungsnummerierung.

Für neue Projekte, die auf der Ausgabe 2023 basieren, sollte die anwendbare Referenz als ISO 16750-4:2023, Abschnitt 5.4.2 , bestätigt werden.

Wenn in den Kundenspezifikationen noch auf eine frühere ISO-Ausgabe oder eine davon abgeleitete OEM-Testmethode verwiesen wird, geben Sie bitte vor der Angebotserstellung die genaue Ausgabe und die Testklausel an.

Prüflingsgröße, Ausrichtung und Spritzwasserabdeckung

Die Geometrie des Prüflings ist bei der Auswahl und Konfiguration eines Kaltwasser-Schocksystems von Bedeutung.

Der KP-1023 unterstützt Proben bis zu 700 × 700 × 500 mm mit einer maximalen Nennlast von 150 kg in seinem Arbeitsbereich von 1300 × 900 × 900 mm .

Das Prüfobjekt (DUT) sollte entsprechend seiner repräsentativen Einbauposition montiert werden. Die Spritzrichtung sollte der am Montageort im Fahrzeug zu erwartenden Umwelteinwirkung entsprechen.

Bei einem großflächigen Prüfling (DUT) reicht eine einzelne Düse möglicherweise nicht aus, um die gesamte erforderliche Oberfläche abzudecken. In solchen Fällen sollte die Sprühanordnung überprüft und eine geeignete Düsenkonfiguration ausgewählt werden.

Bei Bauteilen, die aus mehreren Richtungen belichtet werden müssen, sollten das geeignete Prüfverfahren und die Anordnung des Prüflings vor der Herstellung der Vorrichtung bestätigt werden.

Testkammer- und Steuerungsdesign

Der KP-1023 ist für wiederholte Umweltprüfungen im Automobilbereich konzipiert und verfügt über Funktionen, die die Einrichtung, Beobachtung und Zyklussteuerung vereinfachen sollen.

Zu den wichtigsten Konstruktions- und Betriebsmerkmalen gehören:

• Innenkammer aus Edelstahl SUS316 für die feuchte Testumgebung;
• trichterförmiger Kammerboden zur Unterstützung des Auffangens und Abfließens des Testwassers;
• SPS-basierte Teststeuerung mit einem 7-Zoll-Farb-Touchscreen;
• Programmierbare Zykluszählung und Sequenzsteuerung;
• Heizleistung des Prüflings bis zu 200°C;
• integrierte Niedertemperatur-Wasseraufbereitung für den Spritzvorgang;
• Beobachtungsfenster zur Überwachung des Prüflings während des Tests;
• Zugangsöffnung Φ100 mm für externe Strom- oder Signalkabel des Prüflings;
• Isolierte Kammerstruktur zur Temperaturregelung;
• Konfigurierbare DUT-Positionierung und Spritzausrichtung;
• Elektrischer Schutz und Steuerungstechnik für den Laborbetrieb.

Die benötigte Prüflingsvorrichtung, die Stromanschlüsse und die Messschnittstellen sollten für jedes Projekt individuell definiert werden, anstatt als universell anzusehen zu sein.

Testflüssigkeits- und Wassersystem

Für ISO 16750-4:2023 Abschnitt 5.4.2 ist Wasser die grundlegende Testflüssigkeit.

Das Wassersystem KP-1023 dient zur Aufbereitung und Zufuhr der kalten Testflüssigkeit unter kontrollierten Temperatur- und Spritzbedingungen.

Frühere Prüfspezifikationen oder kundenspezifische Verfahren können Additive zur Leckageerkennung oder für andere Bewertungszwecke erfordern. Falls Staub, Salz, Farbstoffe oder andere Additive benötigt werden, sollte dies vor Angebotserstellung angegeben werden, da die Zusammensetzung der Flüssigkeit folgende Auswirkungen haben kann:

• Panzer;
• Pumps;
• Rohrleitungen;
• Ventile;
• Filter;
• Düsen;
• Siegel;
• Reinigungs- und Wartungsverfahren.

Die geeignete Flüssigkeit sollte daher durch die Testspezifikation des Kunden definiert und nicht aus einer älteren ISO-Ausgabe abgeleitet werden.

Typische Testobjekte

Der KP-1023 eignet sich für elektrische und elektronische Systeme oder Komponenten im Automobilbereich, die im heißen Zustand mit Kaltwasser in Berührung kommen können, vorbehaltlich der Abmessungen und Belastungsgrenzen des Prüflings.

Typische Beispiele sind:

Nicht jedes Fahrzeugbauteil erfordert diesen Test automatisch. Zunächst sollten der vorgesehene Einbauort im Fahrzeug und die tatsächliche Umwelteinwirkung berücksichtigt werden.

Große Baugruppen sollten auch im Hinblick auf die Kammerabmessungen, die Tragfähigkeit von 150 kg, die erforderlichen Befestigungselemente und den Spritzschutz überprüft werden, bevor eine Gerätekonfiguration bestätigt wird.

Typische Laboranwendung

Der KP-1023 ist für Organisationen bestimmt, die Umwelt- und Zuverlässigkeitsprüfungen im Automobilbereich durchführen, darunter:

Für diese Anwender ist die Wiederholbarkeit nur ein Aspekt der Kaufentscheidung. Das Testsystem muss auch auf das eigentliche Prüfobjekt, die Prüfvorrichtung, die Kabel, die erforderlichen Betriebsbedingungen und die Laborausstattung abgestimmt sein.

Unterschied zur herkömmlichen IP-Wasserprüfung

Der Spritzwassertest nach ISO 16750-4 und der IP-Code-Wassertest sollten nicht als austauschbare Verfahren betrachtet werden.

Der KP-1023 ist so konstruiert, dass er einen Kaltwasser-Temperaturschock an einem heißen Fahrzeugbauteil simuliert.

Im Vergleich dazu definieren Normen wie ISO 20653 und IEC 60529 in erster Linie Schutzprüfungen gegen Wassereintritt unter festgelegten IP-Code-Bedingungen.

Je nach Produktspezifikation kann es daher erforderlich sein, dass eine Komponente sowohl einen Temperaturwechseltest als auch separate IP-Schutzprüfungen erfordert.

Wenn beide Anforderungen zutreffen, sollte das Labor vor der Auswahl der Geräte den anwendbaren Standard und die entsprechende Prüfmethode ermitteln.