Leistungselektronik im Test - Konzeption, Entwicklung und Bau von Prüfständen

Als Spezialist für Leistungselektronik entwickelt und produziert Deutronic auch die dazu passenden Test- und Prüfsysteme. Diese werden nicht nur in der eigenen Fertigung eingesetzt, sondern ebenso weltweit an andere Unternehmen geliefert.

Das Produktspektrum von Deutronic umfasst unter anderem Batterieladesysteme für die Automobilindustrie sowie DC/DC-Wandler, Stromversorgungen und Motorsteuerungen für industrielle Anwendungen. Hinzu kommen noch individuell erstellte Prüf- und Testsysteme für Elektromotoren, Transformatoren, Stromversorgungen und sonstige Leistungselektronik sowie für den Sicherheitstest. Ursprünglich wurden diese Prüfstände nur für den Einsatz in der eigenen Fertigung entwickelt und aufgebaut, seit vielen Jahren werden sie aber zusätzlich auf dem Markt angeboten. Deutronic verfügt auf Grund der zahlreichen und vielfältigen Projekte, der großen Zahl an ausgelieferten Systemen und der weltweiten Kundenbasis inzwischen über ein umfassendes Know-how und eine langjährige Erfahrung in diesem Bereich.

Durch ein modulares Hard- und Software-Konzept erreicht Deutronic eine hohe Flexibilität und kann somit unterschiedlichste Testanforderungen in entsprechende Testlösungen umsetzen. Beim Aufbau der Testsysteme verwendet Deutronic neben wenigen Eigenentwicklungen vorwiegend Komponenten führender Hersteller, so dass auf die individuellen Wünsche der Kunden eingegangen, genauso aber das System jederzeit nachgerüstet oder umkonfiguriert werden kann. Während im Automotive-Bereich die einzubindenden Messgeräte meist detailliert vorgeschrieben sind, schlägt Deutronic bei anderen Anwendungen normalerweise die jeweils geeigneten Geräte vor. Idealerweise kommt dabei die gleiche oder zumindest ähnliche Messtechnik zum Einsatz, die auch in der Entwicklung der Produkte verwendet wird. Damit lassen sich vergleichbare Messergebnisse sicherstellen.

„Inzwischen wird in der Produktion aufgrund der Rückverfolgbarkeit jeder Messwert gespeichert und archiviert. Die Messdaten müssen mit denen aus der Produktfreigabe übereinstimmen, um Regressforderungen auszuschließen. Im Automobilbereich geht der Trend dazu, dass der Prüfstand täglich kalibriert wird. Die Kalibrierung erfolgt bei Schichtbeginn mit einem hochwertigen Dummy und einem Kalibrator“, meint Michael Betz, Initiator der Sparte Test- und Prüfsysteme bei Deutronic. „Besonders Automotive-Zulieferer sind wegen der zahlreichen Rückrufaktionen inzwischen extrem vorsichtig. Bei kleinsten Messabweichungen wird die Produktion sofort angehalten. Dies stellt natürlich auch für die Prüfstandsbauer eine gewisse Herausforderung dar.“

Dieser Trend ist gegenwärtig ebenso in anderen Industriebereichen zu beobachten, wobei es allerdings auch von der Produktionsmenge abhängt. Bei sehr hohen Produktionszahlen pro Tag können die Kosten einer möglichen Rückrufaktion extrem hoch sein, besonders bei einem weltweiten Export. Dann wird der Hersteller in der Regel gewissenhafter prüfen und dokumentieren, als wenn nur kleine Stückzahlen vom Band laufen und eine Nachbesserung einfach durchführbar ist.

„Beim Test von Leistungselektronik wird eine Kalibrierung
bei hohen Frequenzen für uns immer wichtiger.“

„Inzwischen muss alles lückenlos dokumentiert werden. Deshalb wird auch die Kalibrierung immer wichtiger, und zwar nicht nur bei einer Frequenz von 50 Hz, sondern mindestens bis 100 kHz. Dies ist ein entscheidender Aspekt, da die Wechselrichter von Synchronmotoren und Schaltnetzteilen mit Taktraten von 2 bis 20 kHz arbeiten. Genaue nachvollziehbare Messergebnisse setzen kalibrierte Messgeräte voraus“, fügt Michael Betz hinzu.

Neben Leistungsanalysatoren, wie beispielsweise dem WT1800E von Yokogawa, enthalten die Stromversorgungstester von Deutronic entweder ein Oszilloskop oder einen ScopeCorder. Hier kommt meist ein ScopeCorder DL850E von Yokogawa zum Einsatz.

Damit lassen sich unter anderem Ripples und Spikes auf Spannungen messen. Darüber hinaus ist zu prüfen, wie lange es nach dem Einschalten der Stromversorgung dauert, bis die Spannung am Ausgang stabil ist. Außerdem muss die Funktion des Power-Fail-Signals überprüft werden. Dieses signalisiert eine wegfallende Eingangsspannung und erscheint mindestens 500 ms, bevor die Ausgangsspannung zusammenbricht. Die nachfolgenden Schaltungen haben dadurch noch ausreichend Zeit, um wichtige Daten oder Einstellungen zu retten oder einen definierten Zustand zu gewährleisten.

Die Adaptierung des Prüfobjekts an das Testsystem erfolgt je nach Kundenanforderung manuell oder automatisch mit unterschiedlichsten Adaptersystemen. Oftmals verfügen die Systeme über einen Rundtaktteller, bei dem der Prüfling auf der Vorderseite von Hand eingelegt wird, während in der hinteren Position geprüft wird. Nach Abschluss der Tests dreht der Teller um 180 Grad und die Prüfung des anderen Testobjekts startet. Bei fehlerfreien Produkten beschriftet ein Laser anschließend noch das Typenschild.

Wichtig ist ebenfalls, wie rasch sich die benötigten Messdaten auslesen lassen. Besonders, wenn es auf die Taktzeit der Fertigungslinie ankommt. Das spielt im Entwicklungslabor keine Rolle, ist dagegen in der Fertigung entscheidend. Nicht alle am Markt erhältlichen Messgeräte sind ausreichend schnell, um die vorgegebenen Zeiten einhalten zu können. Darüber hinaus ist die Zuverlässigkeit der Systeme von großer Bedeutung. Im Labor ist ein Ausfall nicht so tragisch, aber in der Produktion steht unter Umständen die gesamte Linie still.

„Wir haben die Messtechnik von Anfang an zugekauft und Yokogawa ist hier ein wichtiger Partner für uns“, meint Michael Betz. „Durch das modulare Systemkonzept können wir so immer das für die jeweiligen Kundenanforderungen optimale Messgerät einsetzen. Es sind dann nur die entsprechenden Software-Treiber und gegebenenfalls die Verkabelung anzupassen. Wir konzentrieren uns auf die Systemintegration und wollen keine eigenen Messlösungen entwickeln. Dafür haben wir nicht die Kapazität und unsere Partner können dies sehr viel besser. Außerdem möchten die Kunden im Labor und in der Fertigung identische Messergebnisse erhalten, was sich einfacher gewährleisten lässt, wenn die gleichen Messgeräte verwendet werden.“

Im Automotive-Bereich erwartet Deutronic ein starkes Wachstum. Immer mehr Firmen befassen sich mit dem Thema Elektromobilität und benötigen dafür auch entsprechende Prüfstände. Dabei ist zu beobachten, dass bei Autos die Batteriespannungen und die Zwischenkreisspannungen im Antriebsstrang in nächster Zeit wohl um einen Faktor 1,5 bis 2 ansteigen. Dadurch müssen die Messungen künftig bei Spannungen von deutlich über 1000 Volt und Hochspannungsprüfungen mit bis zu 5 kV durchgeführt werden. Andererseits erfordern neue Batterietechnologien durch geringere Toleranzen und kleinere Spannungsunterschiede während des Ladens eine genauere Messtechnik, was auch Einfluss auf die Kalibrierung der Messgeräte haben wird. Mit umfassenden Erfahrungen im Hochspannungstest und ein eigenes Batterieforschungszentrum ist Deutronic auf diese Herausforderungen aber bereits bestens vorbereitet.

Deutronic Elektronik GmbH
Adlkofen/Deutschland
www.deutronic.de

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