CO2 -Kältetechnik ist nicht nur zeitgemäß. In Prüfschränken verbessert sie Effizienz und damit Prüfergebnisse.
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 °C 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 3 K/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 600 l Prüfschränken mit - 40 °C R 449A-Kältetechnik und -50 °C CO₂-Kältetechnik mit einem 10 cm-Aluminium-Würfel als Prüfling und einer Haltedauer von t₁ = 10 h ergab diese Werte; Bei einer durchschnittlichen Abkühlrate bis zur Kerntemperatur von - 40 °C:
Sollwert-Einstellung von +85 °C auf -40 °C
R 449A: 0,3 K/minR 744: 0,5 K/min
Sollwert-Einstellung von +95 °C auf -50 °C
R 449A: nicht möglichR 744: 0,9K/min
Dabei ergab sich eine Abkühlzeit bis zur selben Kerntemperatur des Prüflings von -40°C:
Sollwert-Einstellung von +85 °C auf -40 °C
R 449A: 7:03 hR 744: 4:01 h
Sollwert-Einstellung von +95 °C auf -50 °C
R 449A: nicht möglichR 744: 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 R 449A - 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.
Die Umtemperierung des Prüflings erfolgt mit CO₂- Kältetechnik drei Stunden schneller.
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 Prüfkapazität. 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.
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