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Lebensdauer einer schaltung ermitteln
Gast
#1414528
Hallo Forengemeinde; Angenommen ich habe 100 identische Platinen fertigen lassen wie muss ich es anstellen um innerhalb von 2 Wochen herauszufinden ob diese Module 5 Jahre Dauerbetrieb aushalten - oder nicht? Max. 5 Stück dürfen ggf. kaputtgehen beim testen. Es Handelt sich um Einzelbatterie Notlichtsysteme mit NICD Akku. Vielen dank für eure (zahlreichen) Antworten schonmal im vorraus. lg Andi (Drahtigelgriller)
Gast
#1414542
garnicht. Du kannst sie höchstens unter Extrembedingungen (hohe Temp) testen und gucken was passiert. Manche Bauteilfehler/Alterung findest du dnn
Gast
#1414544
Hi drahtigelgriller, wenn du eine wirkliche Analyse machen willst, dann müssen deine Geräte sehr lange laufen. Zusätzlich musst du mindestens 10 ausfälle verzeichnen. danach ist es möglich mit Weibul eine gewisse Wahrscheinlichkeit anzugeben wie alnge die Geräte/Schaltungen halten. Wie genau, dass dann geht weiß ich auch nicht. Bedenke aber, die 5 Jahre haben 5256000 Stunden. In deinen zwei Wochen mit 100 Platinen kommst du nur auf 33600 Stunden laufzeit! Grüße Dave
Gast
#1414545
Eine Möglichkeit wäre es, die Lebensdauer der einzelnen Bauteile herauszufinden. Da müsste es von den Herstellern Angaben geben. Und anschließend das ganze einer statistischen Bewertung unterziehen. ... und hoffen, dass beim Platinenfertigungsprozess keine ausfälle produziert werden
Gast
#1414557
also ich glaube das das evaluieren der Bauteillebensdauer in 2 Wochen nicht sinnvoll ist also so das man zu einem sinnvollen Ergebnis kommt. lg
Gast
#1414560
Hallo Drahtigelgriller,
ich vermute die "Achillesferse" wird der NiCd-Akku sein (Laden
Ladeerhaltung......). (Ist der NiCd-Akku überhaupt noch erlaubt?)
Dazu muß was im Datenblatt vom Hersteller zu finden sein.
Die restlichen Bauteile (Elkos??) halten vermutlich.
Ich würde ggf. einen sogenannten "Burn-In" machen. Das bedeutet, daß
alle Schaltungen unter Extrembedingungen eine gewisse Zeit betrieben
werden. Damit will man erreichen, daß die Frühausfälle
("Badewannenkurve") in der Burn-In-Phase auftreten (und nicht beim
Kunden in der Garantiezeit).
Hier kann es aber schon sein, daß mehr als die 5 erlaubten Baugruppen
ihren Geist aufgeben...........
An sonsten in den Datenblättern/Herstellern nachforschen/nachfragen, ob
die gewüschte Betriebsdauer zu erreichen ist.
Gruß
James
Gast
#1414562
Irgendwo hab ich mal ne Faustformel gesehen: je 10°C höhere Temperatur halbiert sich die Lebensdauer. Ich glaube, das galt für Kondensatoren.
Gast
#1414565
ja weil wenn dann fallen die Elkos aus....eher als vieles andere denke ich
Gast
#1414571
die Akkus die 0,002 Gewichtsprozent Cadmium enthalten sind verboten. lg
Gast
#1414572
ich meine > 0.002% sind verboten
Gast
#1414598
Wegen der Akkus Da gibt es eine sonderregelung das gerade in der Notlicht-Technick nach wie vor NiCd akkus eingesetzt werden dürfen. denn: Lithum-irgendwas währe zu teuer/ Hitzetod; NIMH würden schnell den Hitzetod sterben; und Bleigel ebenso.
Gast
#1414906
Wie war der alte Spruch:"Traue keiner Statistik, die Du nicht selbst gefälscht hast" -schwächliche Bauelemente ermitteln -Akkus und Elkos möglichst vermeiden -Datenblätter durchforsten, evtl. Hersteller fragen -Extremwerte prüfen z.B. Spannung, Wärme, Kälte, Kondenswasser, Blitzschlag -evtl. Eigentestfunktion vorsehen, um Störungen rechtzeitig zu signalisieren z.B. "Akku-Fehler!", "keine Ladespannung" Burst-und Surgeimpulse für eine gewisse Zeit draufgeben. Temperaturschrank, Kälteschrank, hohe Luftfeuchtigkeit, häufiges ein- und auschalten, außerhalb der Richtwerte die Schaltung betreiben, da gibt es genügend Möglichkeiten. Wie verlässlich das im Bezug auf 5 Jahre ist kann man dann nur, wie oben beschrieben, mathematisch mit einer gewissen Warscheinlichkeit heraus gefunden werden. Frag mal die Festplattenhersteller, wie (schnell) die herausgefunden haben, daß die Dinger im Schnitt je nach Modell angeblich 1Mio. h laufen ;-) Ich denke, wenn man nicht gerade Billigst-Bauteile nimmt, bzw. bestimmte Bauteil-Typen nach Möglichkeit vermeidet (z.B. eben die Elkos), und die weitab von den spezifizierten Grenzwerten betreibt, dürften sich kaum Ausfälle ereignen. Es gibt zwar die Methode, die Gesamtschaltung bzw. das Gerät durch erhöhte Streßbedingungen schneller ausfallen zu lassen, und dann die erzielten Ergebnisse dann irgendwie auf Normalbedingungen zurück zurechnen, aber ob das wirklich so einigermaßen stimmig ist, wage ich schon fast zu bezweifeln. Zumal man dann die Beziehung zw. Normalbedingung und Extrembedingung dann auch irgendwie in Form einer Formel kennen muß. Dann fehlen vermutlich zu vielen Bauteilen die Angaben zur Ausfallwahrscheinlichkeit. Und wenn man schon was berechnen will, dann müsste man dann auch noch sowas wie Lötstellen mit einbeziehen, die gern im Bereich von Heizquellen auf der Platine schon fast generell als kalte Lötstellen auffallen im Laufe von Jahren (je nach Legierung bzw. Qualität der Lötungen). Ich denke, die ganze Betrachtung kann man einschränken auf die Akkus mit der geringsten Lebensdauer (die je nach Behandlung extrem kurz sein kann), und Elkos, und ähnlich kurzlebige Dinge im system. Ich nehme mal an, dass Dein Notlichtsystem in den 5 Jahren vielleicht 5 mal den Akku entladen wird. D.h. der Akku wird sehr wahrscheinlich 5 Jahre mit dem Laderegler in der Erhaltungsladung gefahren. Dazu kann Dir der Akkuhersteller sicher Lebensdauerzahlen geben. Der Rest deiner Schaltung kannst Du mit hoher Temperatur im Klimaschrank altern und testen. Hier würde ich auch auf einen Ausfall der Elkos tippen. Kritisch für die Elkos ist die Temperatur und der Stromripple - schau Dir genau an, welche AC-Strombelastung die Elkos jeweils haben. Falls preislich OK, setze mindestens 105°C - low ESR Elkos ein- oder noch besser ersetze sie durch Keramiktypen. Sollten mehrere Leiterplatten früh ausfallen, würde ich auf thermische Probleme beim Löten (falsche Temp. Charakteristik) tippen.
Gast
#1415547
>-Akkus und Elkos möglichst vermeiden Quatsch! In jeder Schaltung in der Telekommunikationstechnik, in Automotive-Steuergeräten usw. sind Elkos (Alu und/oder Tantal) verbaut. Bei beiden müssen die Hersteller mindestens 15 Jahre Lebensdauer für ihre Produkte versprechen können. Gerade im Automotiv-Bereich sind auch die Umgebungstemperaturen extrem und es geht trotzdem. Im Telekombereich ist das üblicherweise Dauerbetrieb bei gleichmäßigen, aber höheren Temperaturen, im Automotiv intermittierender Betrieb mit starken Temperaturschwankungen. Zur Beurteilung der Lebensdauer gibt es sog. FIT-Werte für die Bauelemente. (FIT = Failure in Time). Mit denen kann man eine statistische Größe, die MTBF bestimmen. (MTBF = Mean Time Between Failure). Dadurch erhält man eine Aussage über die statistische Ausfallwahrscheinlichkeit und kann eine Verfügbarkeit der Baugruppe/Schaltung bestimmen. Diese FIT-Werte sind auch für Elkos immer noch viel besser, als z.B. für ein komplexes FPGA. Deine 100 Baugruppen werden 5 Jahre aushalten - wenn sie korrekt entwickelt wurden - aber eine Garantie, dass 100% dies überleben (und nicht nur 95+x%) kann dir niemand geben. Und das kannst du auch vorher nicht feststellen. Wenn du hier um ein Vielfaches besser sein musst, dann bleibt nur die redundante Ausführung.
Gast
#1415856
Super Ich danke euch allen! Dann werde ich mal den Hersteller über FIT werte und dergleichen ausfragen. Die 5 Jahre sind die Zeit die der einbauende Elektriker an Garantie geben muss. Wie gehabt Vielen Dank allen konstruktiven Beiträgen Gruß Andi
Gast
#1415881
Hallo drahtigelgriller, hier gibt es ein Tool: http://www.aldservice.com/en/reliability-software/free-mtbf-calculator.html Vielleicht hilft dir das weiter.
Gast
#1416063
>Wenn du hier um ein Vielfaches besser sein musst, dann bleibt nur die
redundante Ausführung.
Redundanz schützt nicht in jedem Fall vor Kuriositäten wie Mäusefraß,
Hochwasser oder Serienfehler...
Hallo Andi, Du hast hier eines DER komplexesten Themen in der Elektronik angesprochen. Zuerstmal wäre es wichtig zu wissen bei welcher Umgebungstemperatur Du Dein Gerät betreiben möchtest. Da es sich hier um Notlichtsysteme handelt, kann ich vermutlich davon ausgehen, daß es <=30°C sind. Oder leuchtet das Notsystem dauernd und wird durch eine Glühlampe erwärmt? Im Prinzip ist es schon richtig, daß man pro 10K Temperaturerhöhung die Lebensdauer... oder auch die Testzeit halbieren kann. Dies geht aber leider nicht beliebig. Ich gehe jetzt davon aus, daß jedes einzelne Bauteil gezielt ausgewählt und dimensioniert wurde, genauso wie für jedes sich nennenswert erwärmende Bauteil eine Verlustleistungsberechnung und eine Abschätzung oder Messung der dadurch verursachten Eigenerwärmung in einem realen Betriebsfall vorhanden sein sollte. Nehmen wir jetzt mal an die Umgebungstemperatur ist 30°C, die höchste gemessene Bauteiletemperaturerhöhung im Dauerbetrieb sei 10K, das bedeutet, daß das Bauteil 40°C warm ist. Des Weiteren hast Du überall z.B. 85°C Bauteile verwendet was bedeutet, daß Du die Bauteiletemperatur (geschätzt) bis auf max 80°C erhöhen kannst. Durch Erhöhung der Umgebungstemperatur von 30°C auf 70°C schaffst Du es also Deine max. Bauteiletemperatur auf 80°C zu bringen. Diese 40K an Temperaturerhöhung bedeuten eine viermalige Halbierung Deiner Testzeit. 5 Jahre bedeuten 5*365*24=43800 Stunden (und nicht 5256000 wie oben bemerkt... das sind dann 600 Jahre ;-) ) Mit einem Raffungsfaktor von 4 bleiben noch 2738 Stunden = 114 Tage. Dies wäre ein durchaus realistisches Szenario. (ich würde mindestens 15 Geräte gleichzeitig im Temperaturschrank laufen lassen, Funktionstests nach 40 und 80 Tagen) Bei einem Raffungsfaktor von 5/6 wären das dann 57/28,5 Tage... natürlich für Dich deutlich günstiger, jedoch wäre ich an Deiner Stelle sehr vorsichtig, denn wenn Du die Temperatur weiter erhöhst, dann ist das Alterungsverhalten nichtlinear, und kann nicht mehr über die Näherung "+10K entspricht Faktor 2" bestimmt werden. Wir haben gute Erfahrungen mit Arrhenius gemacht... was aber wiederum genaue Kentnisse über die Alterungsfaktoren und -einflüsse für jeden einzelnen Bauteiletyp voraussetzt. Leider ist dann auch der Raffungsfaktor für jeden Bauteiletyp anders. Übrigens würde ich ohne die Akkus testen, denn die haben meist deutlich größere Temperatur-/Lebensdauerprobleme. Trotzdem kannst Du nur mit einer Berechnung alleine keinen NACHWEIS erbringen. Die Berechnung kann nur dafür sorgen, daß Dein Kunde Dir die Nachlieferung des Testergebnisses gestattet... mit allen daraus entstehenden Folgen selbstverständlich.... wenn ihn Deine Lebensdauervorausschätzung beruhigen kann. Viel Erfolg! Volker
Gast
#1417263
Hallo, du kannst natürlich auch die chinesische Methode anwenden: spar dir den Test und in ein paar Jahren bist du nicht mehr auffindbar. Gruss Reinhard
Gast
#1418422
Du hast dir was aufgehalst, dem du nicht gewachsen bist. Du wirst nur den Weg von Reinhard Kern gehen können. Im Bereich der Sicherheitstechnik sind jahrzentelange Erfahrung und solide Fertigung Voraussetzung. Wer Elektronik/Elektrotechnik studiert hat, muß eigentlich Kenntnisse über Ausfallstatistik haben. Es muß jedes Bauelement, Lötstelle, Temperatur, Erschütterung, Lagerung usw. eingerechnet werden. Danach wird über bekannte Wahrscheinlichkeits-Prozeduren die Ausfallwahrscheinlichkeit ermittelt. Natürlich muß auch eine Zertifizierung durch ein anerkanntes Institut erfolgen. Also schau dem Abnehmer tief in die Augen und sage, "es hält 5 Jahre". Eine andere Changse hast du nicht! Übrigens gibt es spezielle Akkus für Notlicht.
Gast
#1418970
Deine statistischen Betrachtungen werden den eigentlichen Schwachpunkt Deiner Konstruktion auch nicht helfen, aufzudecken. Er bleibt die Unbekannte. Gehe davon aus, dass Deine lächerliche Stückzahl von 100 Stück die fünf Jahre überleben werden. Mit den gleichen Bauteilen, die Du verwendest werden Mio. Stückzahlen gefahren. Baue zwei Platinen mehr, das war's ;-)
Gast
#2656424
Hallo Alle Lösungen in Bezug auf Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit, Wartbarkeit und Sicherheit von elektronischen Systems / mechanische Systeme können auf ALD-Website eingesehen werden: www.aldservice.com drahtigelgriller schrieb: > Hallo Forengemeinde; > > Angenommen ich habe 100 identische Platinen fertigen lassen wie muss ich > es anstellen um innerhalb von 2 Wochen herauszufinden ob diese Module 5 > Jahre Dauerbetrieb aushalten - oder nicht? > > Max. 5 Stück dürfen ggf. kaputtgehen beim testen. > Es Handelt sich um Einzelbatterie Notlichtsysteme mit NICD Akku. An Deiner Stelle würde ich ein Konkurrenzgerät mit gleicher Garantie kaufen und ähnliche wie die dort verbauten Bauelemente Verwenden. :-) Gruss Harald
Gast
#2656494
>Notlichtsysteme mit NICD Akku
wuerd ich heute als Kunde auf keinen Fall mehr kaufen. Was nicht Lithium
ist, in die Tonne.
stöbere mal hier: http://de.wikipedia.org/wiki/FMEA oszi40 schrieb: >>Wenn du hier um ein Vielfaches besser sein musst, dann bleibt nur die > redundante Ausführung. > > Redundanz schützt nicht in jedem Fall vor Kuriositäten wie Mäusefraß, > Hochwasser oder Serienfehler... Redundanz ist der falsche Weg weil dadurch die Ausfallrate steigt und nicht fällt. Wenn doppelt soviele Teile da sind gehen auch doppelt soviele Sachen kaputt. Es wäre ja dann leichtsinnig nicht die Lampen auszutauschen bei denen das aufgefallen ist. So das du mehr erneuern musst. Wenn die Schaltung nur bei Raumtemperatur arbeitet und im Inneren nichts heiß wird, sieht es schon mal gut aus. Dann mußt du schauen, ob die Schaltung so gebaut wurde, daß kein Bauteil über die Maßen strapaziert wird. Elkos mögen keine hohen Ströme und Tantals zusätzlich keine hohen Einschaltströme. Solche Sachen. Wenn das alles beherzigt wurde, kann eigentlich nur der NiCd-Akku vorzeitig Schaden nehmen. Also, richtiges Ladeverfahren wählen und eventuell durch zusätzliche Maßnahmen Über- und Tiefladung vermeiden. Ich würde noch testen, ob der Akku in einer guter Verfassung ist. Also einmal voll laden und definiert entladen. Hat er genügend Kapazität, so wie man es von einem neuen Akku erwarten darf?
Gast
#2657158
Hallo, die Ausfallwahrscheinlichkeit läßt sich berechnen, funktionale Sicherheit lautet das Stichwort. Bei sicherheitsgerichtenten Steuerungen und anderen, einfachen Steuerungen welche eine Sicherheitsfunktion beinhalten, ist dies in der Industrie eine notwendige Standardprozedur (Pflicht). Denke an die Auswerteelektronik welche den Not-Aus einer Maschine oder eine Türzuhaltung überwacht. Man muß wissen, nach welcher Zeit ein Ausfall zu erwarten ist und vor allem braucht es die Kenntnis "wohin" das Gerät ausfällt: zur sicheren oder unsicheren Seite (Not-Aus klappt nicht, Tür geht von alleine auf). Genauso können diese Betrachtungsweisen / Methoden auf ein Notlicht angewendet werden. Schaue nach SIL (Sicherheits Integritäts Level) und PL (Performance Level) oder SISTEMA als Schlag- und Stichwort. Grundlagen stehen in DIN EN ISO 13849-1 für den PL (hier ist auch "Nichtelektrik" wie Hydraulig, Pneumatik enthalten) sowie EN 62061 für den SIL, für rein elektrische Anwendungen. In den Normen gibt es Angaben zur Ausfallwahrscheinlichkeit von allgemeinen Standardkomponenten der Elektronik. Neben der Elektronik und Elektromechanik wird auch embedded Software und Anwendungssoftware bezüglich ihrer Fehler bewertet. Im Netz erschlägt es Dich wenn Du suchst, (nach Deinen Anforderungen brauchst Du ungefähr einen PL a bzw. ein SIL 1). Der ganze Komplex ist nicht einfach, hilfreich ist der BGIA Report 2008. Da hier viele "links-rechts Bitschieber" :) vorhanden sind, es zu diesem Thema passt, aus diesem Report: -einfache Software: 25 Fehler pro 1000 Programmzeilen -gute Software: 2...3 Fehler pro 1000 Programmzeilen -Software im Spaceshuttle (laut NASA) weniger als einen Fehler pro 10000 Zeilen. Für die Praxis: Handy (kein Smartphone) hat bis zu 200000 Programmzeilen ==> 600 Softwarefehler. PC-Betriebssystem mit 27 Millionen Programmzeilen hat zu 50000 Fehler. Das Space-Shuttle somit bis zu 300 Fehler und die Software für das Verteidigungssystem SDI hätte bis zu 10000 Fehler!
Gast
#2657185
... noch vergessen: die Montsingersche Regel (keine Kondensator-Regel) kommt aus dem Umfeld der Isolierstoffe elektrischer Maschinen: wird die Temperaturklasse um 10K überschritten, reduziert sich sich die Lebensdauer der Isolierung um 50%.
Gast
#2657653
HildeK schrieb: > Gerade im Automotiv-Bereich sind auch die Umgebungstemperaturen extrem > > und es geht trotzdem Ich war mal auf einem Seminar zum Thema Zuverlässigkeit und habe mich dort mit einigen Leuten von Automobilhertellern unterhalten. So lange Du im Bereich der Personenwagen bleibst, ist das ganze völlig irrelevant, da die Mechanikteile (Motoren, Getriebe usw.) für 2500 bis 3500 Betriebsstunden (irgendwas zwischen 150.000 und 250.000 Kilometer) ausgelegt sind. In der meisten Zeit stehen die Fahrzeuge rum. Die Betriebszustände, in denen hohe Temperaturen die Alterung beschleunigen, sind also im Falle eines Automobils nicht die Regel, sondern die Ausnahme... Hallo Andi, wenn es sich um eine Sicherheitseinrichtung handelt, so gibt es hier Grundlagen für die Berechnung und Bewertung: http://www.innotecsafety.de/downloads/copy_of_presseinformationen/05-2009-berechnungsmethoden-in-der/at_download/file . Jedes verwendete Bausteil sollte mit seiner Ausfallrate bekannt sein, um die Schwachstellen(auf FMEA Analyse wurde schon hingewiesen) zu beurteilen. Ein Burn-In(Dauerbetrieb bei Grenzbelastung) kann helfen die Frühausfälle in der Badewannenkurve zu beseitigen (Bedingungen sind vom Bauteil abhängig). Mit den einzelnen Ausfallraten kann dann die Lebensdauer, oder MTBF, berechnet werden. Falls das Notlichtsystem vom TÜV abgenommen werden muss, sind alles Berechnungen und Nachweise unumgänglich. Viele Spaß beim Testen!
Gast
#2657848
b35 schrieb: > ... noch vergessen: > die Montsingersche Regel (keine Kondensator-Regel) kommt aus dem Umfeld > der Isolierstoffe elektrischer Maschinen: wird die Temperaturklasse um > 10K überschritten, reduziert sich sich die Lebensdauer der Isolierung um > 50%. das geht noch weiter zurück. http://de.wikipedia.org/wiki/RGT-Regel Horst H. schrieb: > Falls das Notlichtsystem vom TÜV abgenommen werden muss, sind alles > Berechnungen und Nachweise unumgänglich. > Und wer prüft den TÜV? Also ich gebe darauf echt wenig, wenn deren Brandmarke draufsteht. Das fängt z.B. schon bei fehlenden Schrauben an. Gerät hat TÜV-"Siegel", aber läßt sich nicht öffnen. lol Und kommt mir jetzt nicht mit bauartgeprüft.
Gast
#2658402
Ansgar k. schrieb: > Redundanz ist der falsche Weg weil dadurch die Ausfallrate steigt und > nicht fällt. Woher hast du denn diese falsche Weisheit? Musste mich mal damit beschäftigen. Wenn dir Statistisch gesehn von 100 Schützen 1 im Jahr abraucht gehen weil du es Redunand aufbaust und die doppelte Menge hast 2 Schütze kaput demnach hast du auch 2 mal mehr Teilausfälle als ohne Redunadans. Das einzige was sich änder ist das bei richtigen Desin deine Schaltung weiter läuft du aber jetzt das Teil austauschen musst um die redundans zu erhalten. Antwort schreibenBitte melde dich an, um einen Beitrag zu schreiben. |
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