Neue CO₂-Kältetechnik in der Umweltsimulation erfüllt nicht nur die Vorgaben der EU F-Gas Verordnung, sie kann auch zu beschleunigten Abläufen im Prüflabor führen. Mit dem erweiterten Temperaturbereich der neuen Prüfschränke bis -50°Celsius sind Änderungen an bisherigen Prüfprogrammen möglich, die zu signifikanter Zeiteinsparung bei vergleichbaren Prüfergebnissen führen.
Am Beispiel der IEC 60068-2-14 (Ed. 7) zeigt sich, dass Prüfläufe in weniger als der Hälfte der bisher benötigten Zeit durchgeführt werden können. Eine typische Prüfsituation ist die Prüfung elektronischer Komponenten mit den Vorzugstemperaturen TA -40°C und TB +85°C mit Prüfschärfe 3K/min (Prüffall Na). Durch das in der Testvorschrift beschriebene „Test Tailoring Increased Severity“ darf der auf den Prüfling wirkende Temperaturstress als Zielgröße angesehen werden.
Die Temperatursollwerte der Prüfung werden für eine bestimmte Zeit unter beziehungsweise über die Zieltemperaturen (-40°C und +85°C) gesetzt. Dabei ist darauf zu achten, dass die Vorzugs- und Soll-Temperaturen aus der IEC 60068-2-1 zu wählen sind. Basierend auf diesen Angaben wäre die nächste Vorzugstemperatur -50°C. Es ist oft sinnvoll, den gleichen Temperaturunterschied von 10 K für den oberen Wert TBi anzuwenden. Wird für die Zeiträume „ts*“ der Prüfnorm die Soll-Temperatur des Prüfschranks zeitweise auf -50°C und +95°C eingestellt, kann sich die Umtemperierung des Prüflings stark beschleunigen.
Der reale Vergleich der beschriebenen Prüfung in ansonsten identischen 600l Prüfschränken mit -40°C R449A-Kältetechnik und -50°C CO₂-Kältetechnik mit einem 10 cm-Aluminium-Würfel als Prüfling und einer Haltedauer von t1 = 10 h ergab diese Werte:
Durchschnittliche Abkühlrate des Prüflings bis Kerntemperatur -40°C.
| R449A-System | R744A-CO2-System | |
| Sollwert-Einstellung +85°C auf -40°C | 0,3K/min | 0,5K/min |
| Sollwert-Einstellung +95°C auf -50°C | nicht möglich | 0,9K/min |
Abkühlzeit bis Kerntemperatur des Prüflings -40°C
| R449A-System | R744A-CO2-System | |
| Sollwert-Einstellung +85°C auf -40°C | 7:03 h | 4:01 h |
| Sollwert-Einstellung +95°C auf -50°C | nicht möglich | 2:14 h |
Auch ohne „Test Tailoring Increased Severity“ erfolgt die Umtemperierung des Prüflings mit CO₂-Kältetechnik drei Stunden schneller. Das liegt vor allem an der stark abfallenden Kälteleistung des R449A- Systems mit einer Endtemperatur von -40°C. Es braucht sehr lange, um den Prüfling von -30°C auf -40°C zu temperieren.
Die im Beispiel weitere, sehr deutliche Reduzierung der Prüfzeit ist mit dem zeitweisen Temperaturvorhalt von -50°C möglich. Die anströmende Luft erreicht schnell -50°C und wird erst auf -40°C geregelt, wenn die Kerntemperatur des Prüflings sich der Zieltemperatur -40°C nähert (∆Ts). Wer den Programmieraufwand effizienter gestalten will, – dem steht für die Prüfschränke von Weiss Technik ein Zubehörpaket zur Verfügung, das einen Temperaturfühler für die Messung am Prüfling und passende Prüfprogramme enthält.
Zeiteinsparungen können auch mit -70°C Geräten erreicht werden. Der Energieverbrauch ist allerdings höher. Weitere Verkürzungen durch noch stärker abweichende Vorhaltetemperaturen sind schwierig, da es hier schnell zu einer ungewollten Verschärfung der Prüfung kommen kann (vor allem bei hohen Temperaturen). Ist die Zeiteinsparung nicht der führende Parameter, lässt sich mehr Effizienz auch durch die Erhöhung der Anzahl der Prüflinge im Prüfschrank erreichen, die gleichzeitig umtemperiert werden. Die höhere Leistung der CO₂-Geräte in Verbindung mit den veränderten Normvorgaben schafft so mehr Prüf-kapazität. Das gilt unter anderem auch für Prüfungen nach IEC 60068-2-2, Prüffälle Bd und Be.
Sollen Prüfschränke ersetzt werden, genügt im Fall eines alten Geräts mit -40°C Tieftemperatur in jedem Fall ein Ersatz mit CO₂-Kältetechnik bis -50°C. In vielen Fällen ist auch das Ersetzen eines Geräts mit -70°C Tieftemperatur möglich. Die Kälteleistung eines -50°C Prüfschranks mit CO₂-Technik ist bei -40°C etwa halb so hoch wie die einer -70°C Kaskade. Das genügt insbesondere für die Anforderungen aus IEC 60068-2-1, Prüffälle Ab, Ad und Ae.
Quelle: Weiss Technik GmbH (v.i.S.d.P.)
Bild: Weiss Technik GmbH, own image
Weiss Technik bietet ein großes Sortiment an Klimaprüfschränken mit dem EU-konformen Kältemittel R744 (CO2) an.
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Zu den Weiss Technik Unternehmen gehören die Produktbereiche Umweltsimulation, Wärmetechnik, Klimatechnik und Pharmatechnik (www.weiss-technik.com). Kunden erhalten Lösungen und Produkte, die in Forschung und Entwicklung sowie bei Fertigung und Qualitätssicherung eingesetzt werden. Eine starke Vertriebs- und Serviceorganisation mit 23 Gesellschaften in 18 Ländern an 29 Standorten betreut die Kunden und sichert den Betrieb der Systeme – rund um den Globus. Die Weiss Technik Unternehmen sind Teil der in Heuchelheim bei Gießen ansässigen Schunk Group.
Schunk Group
Die Schunk Group ist ein globaler Technologiekonzern. Das Unternehmen ist ein führender Anbieter von Produkten aus Hightech-Werkstoffen – wie Kohlenstoff, technischer Keramik und Sintermetall – sowie von Maschinen und Anlagen – von der Umweltsimulation über die Klimatechnik und Ultraschallschweißen bis hin zu Optikmaschinen. Die Schunk Group hat rund 10.000 Beschäftigte in 26 Ländern und hat 2023 einen Umsatz von 1,64 Mrd. Euro erwirtschaftet.
