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Geschrieben von Robin
Leitender Ingenieur, Doaho Test (DHT®)
Thermische Schocktests für Luft- und Raumfahrt und Verteidigung: Kammern gemäß MIL-STD-202 Methode 107 und IEC 60068
Temperaturschocks treten auf, wenn Geräte abrupten Temperaturänderungen ausgesetzt werden. Diese schnellen Übergänge können dazu führen, dass Materialien spröde werden oder latente Defekte aufweisen. Deshalb verwenden Ingenieure Thermoschockkammern, um Belastungstests an Komponenten durchzuführen. Bei der Thermoschockprüfung werden die Produkte systematisch zwischen extrem hohen und niedrigen Temperaturen hin- und herbewegt, wodurch die Umgebung zwischen zwei oder mehr Temperaturextremen nachgebildet und das Risiko eines vorzeitigen Produktausfalls verringert wird. Luft- und Raumfahrt- sowie Verteidigungsausrüstungen - von der Avionik bis zur Satellitenelektronik - müssen diese Temperaturzyklen überstehen. MIL-STD-202G-Methode 107 definiert beispielsweise spezielle Thermoschock-Testverfahren für elektronische Komponenten, um deren Fähigkeit zu bewerten, sich nach dem Übergang von einer beheizten Umgebung zu arktischen Bedingungen zu erholen. Die Einhaltung solcher Protokolle ist entscheidend für die Zulassung von Bauteilen für den Einsatz in Flugzeugen, Raketen, Satelliten und Radarsystemen.
Wichtige Normen und Protokolle
Für die Temperaturschockprüfung gelten strenge militärische und internationale Normen, darunter:
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MIL-STD-202G, Methode 107 (Temperaturschock): Eine US-Militärspezifikation für elektronische Bauteile, die wiederholt zwischen extremen Temperaturen wechseln müssen.
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IEC 60068-2-14 (Änderung der Temperatur): Eine globale Norm für elektrotechnische Geräte, in der die Parameter für die Heiß-/Kaltexposition und die maximale Transferzeit zwischen den Kammern (normalerweise ≤ 3 Minuten) festgelegt sind.
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GJB 150.5A-2009 Chinas Militärstandard für Temperaturschocktests von Verteidigungsmaterialien, analog zu MIL-STD-202.
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Zusätzliche Spezifikationen: Normen wie MIL-STD-810, IPC-TM-650 und DEF-STAN 00-35 regeln die entsprechenden Belastungs- und Stoßtests.
Die Erfüllung dieser Normen - und aller strengeren kundenspezifischen Anforderungen - ist für die Qualifizierung von Hardware in der Luft- und Raumfahrt sowie im Verteidigungsbereich obligatorisch. Thermoschockkammern werden so konstruiert und kalibriert, dass jeder Zyklus die relevanten Methoden und Abnahmekriterien erfüllt.
Kammer-Konfigurationen
Die meisten Thermoschockprüfkammern sind vertikal gestapelt und verfügen über getrennte Warm- und Kaltzonen. Ein beweglicher Probenkorb - in der Regel durch eine Kugelumlaufspindel angetrieben - pendelt schnell zwischen den Zonen. Optionale Drei-Zonen-Modelle enthalten eine dazwischenliegende Umgebungszone, die eine bessere Kontrolle während der Übergangsphase ermöglicht. DHT® bietet beispielsweise sowohl Zwei-Zonen- als auch Drei-Zonen-Testkammern mit Volumina von ca. 27 Litern bis 1000 Litern an. In einem DHT®-Zweizonen-System kann die heiße Kammer bis zu +220 °C erreichen (aufrüstbar auf +250 °C), während die kalte Kammer bis zu -80 °C erreichen kann. Nach jedem Transfer hält die Kammer das Produkt für eine bestimmte Dauer (in der Regel zwischen Minuten und Stunden) auf der eingestellten hohen oder niedrigen Temperatur und simuliert so genau die Einsatzprofile. Dieses flexible Design eignet sich für alles, von kleinen Leiterplattenbaugruppen bis hin zu großen Avionikmodulen.
Wichtige Leistungskennzahlen
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Übertragungszeit: Eine schnelle Bewegung zwischen heißen und kalten Zonen ist entscheidend. Während moderne Normen (z. B. IEC 60068-2-14) einen Transfer von bis zu 3 Minuten zulassen, sind moderne Systeme deutlich schneller. Der Kugelumlaufmechanismus des DHT® ermöglicht den Transfer in nur wenigen Sekunden, was mehrere Testzyklen pro Tag ermöglicht.
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Verweilen und Erholung: Jeder Zyklus umfasst eine Hoch-/Niedrigtemperatur-Belichtung, gefolgt von einer Rückkehr zu den Umgebungsbedingungen. Die Erholungszeit wird vom Ende der letzten Belichtung bis zum Erreichen der Raumtemperatur der Probe gemessen. DHT®-Zweizonenprüfkammern erreichen in der Regel eine vollständige Probenerholung in weniger als 15 Minuten und eine Ablufterholung in weniger als 5 Minuten, was einen hohen Prüfdurchsatz gewährleistet.
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Temperaturstabilität und -gleichmäßigkeit: Die präzise PID-Regelung (Proportional-Integral-Derivativ) hält die Solltemperaturen ohne Überschwingen aufrecht. In einer typischen DHT®-Prüfkammer beträgt die Temperaturschwankung nur ±0,3-1,0 °C, wobei die Gleichmäßigkeit in der Kammer innerhalb von ±0,5-2,0 °C gehalten wird. Optimierte Luftströmung und Isolierung sorgen für gleichmäßige Bedingungen in der gesamten Kammer, was für genaue, wiederholbare Prüfergebnisse unerlässlich ist.
Reale Anwendungen für Luft- und Raumfahrt und Verteidigung
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Raumfahrzeug und Satelliten: Satelliten in der Umlaufbahn sind dramatischen Temperaturschwankungen zwischen direkter Sonneneinstrahlung und dem kalten Vakuum des Weltraums ausgesetzt. Die Elektronik an Bord muss diesen Extremen standhalten, die oft von +100 °C im Sonnenlicht bis zu -100 °C im Schatten reichen. Bei Temperaturschocktests werden diese rauen Übergänge nachgestellt, um die Zuverlässigkeit der Mission zu gewährleisten.
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Flug in großer Höhe: Die Elektronik von Flugzeugen und UAVs kann von +35 °C am Boden starten und schnell in Höhen aufsteigen, in denen die Umgebungstemperaturen auf -50 °C oder weniger sinken. Schocktests simulieren diese Temperaturschwankungen zusammen mit der internen Wärmeentwicklung, um die Haltbarkeit von Avionik- und Sensorsystemen zu prüfen.
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Radar- und Raketensysteme: Leistungsstarke Radar- und Leitelektronik erwärmt sich während des Betriebs schnell und kühlt im Ruhezustand ebenso schnell ab. Die Komponenten werden während der Tests heißen Einschalt- und kalten Ausschaltzyklen unterzogen, um sicherzustellen, dass sie bei Temperaturschocks nicht ausfallen. Diese kritischen Halbleiter werden unter extremen thermischen Bedingungen rigoros auf Ausdauer und Funktionalität getestet, um eine zuverlässige Leistung im Einsatz zu gewährleisten.
Durch die Replikation dieser realen Umweltbelastungen innerhalb der Testkammer für Luft- und Raumfahrt und der Verteidigungstestkammer können Ingenieure Schwachstellen in Materialien, Lötstellen oder Komponenten identifizieren, bevor das Produkt im Einsatzfeld eingesetzt wird.
Warum DHT® Thermoschockkammern wählen?
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Präzision PID Kontrolle: Hochentwickelte Steuerungen überwachen und regulieren kontinuierlich die Heiz- und Kühlleistung, um präzise Prüfsollwerte einzuhalten und konsistente Prüfprofile zu gewährleisten.
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Schnelle Transfer Architektur Das Kugelgewindetrieb-Transfersystem bewegt die Probenkörbe schnell und reibungslos und minimiert so die Übergangszeit und den mechanischen Verschleiß.
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Ausgezeichnete Temperaturgleichmäßigkeit: Optimierte Luftströmung und Isolierung sorgen für eine gleichmäßige Temperaturverteilung, in der Regel innerhalb von ±0,5-2 °C, so dass jeder Teil der Probe den gleichen Bedingungen ausgesetzt ist.
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Hohe Tragfähigkeit: DHT®-Prüfkammern können schwere Nutzlasten aufnehmen - bis zu 20 kg in Zwei-Zonen-Modellen und bis zu 50 kg in Drei-Zonen-Modellen. Das große Innenvolumen (bis zu 1000 l) ermöglicht die Unterbringung von Avionikgestellen in voller Größe und großen Baugruppen.
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Einhaltung von Normen: DHT®-Systeme sind so konstruiert und validiert, dass sie die Anforderungen von MIL-STD-202 Methode 107, IEC 60068-2-14 (Test Na), IPC/TM-650 und ähnlichen Spezifikationen für die Luft- und Raumfahrt und das Verteidigungswesen erfüllen und somit die vollständige Einhaltung der gesetzlichen und militärischen Vorschriften gewährleisten.
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Praktisches Design: Die vertikale Konfiguration spart wertvollen Platz im Labor und bietet den Benutzern einen einfachen Zugang. Die DHT®-Kammern benötigen keine externe Druckluftzufuhr, was sowohl den Installationsaufwand als auch die Wartungskosten reduziert.
Schlussfolgerung
DHT® Thermoschock-Prüfkammern vereinen industrielle Beständigkeit mit präziser Temperaturkontrolle und sind damit die ideale Lösung für die Qualifizierung von Hardware in der Luft- und Raumfahrt sowie im Verteidigungsbereich unter extremsten thermischen Bedingungen.
Unterstützung durch Experten
Temperaturschockprüfung ist entscheidend für die Sicherstellung der Zuverlässigkeit von missionkritischen Systemen. Kontakt zu DHT® um mit unserem technischen Team über die Konfiguration des idealen Prüfsystems für Ihre Anwendung zu sprechen. Wir können Ihnen bei der Entwicklung eines Testprofils helfen, das der MIL-STD-202-Methode 107 (oder der von Ihnen spezifizierten Norm) entspricht, und detaillierte technische Unterlagen oder White Papers mit den Spezifikationen der Kammern bereitstellen. Setzen Sie sich noch heute mit uns in Verbindung, um kundenspezifische Lösungen zu erkunden, technische Ressourcen herunterzuladen oder eine Vorführung der DHT® Thermoschock-Prüftechnologie zu vereinbaren.