Zentrum für Tests und Zulassungen EMV, Sicherheit und Qualität

Bei der Markteinführung von Produkten spielt nicht nur die Funktionalität eine Rolle, es sind auch rechtliche Bestimmungen und Qualitätskriterien zu erfüllen. Prüfzeichen wie auch Herstellererklärungen (CE-Zeichen) geben darüber Auskunft. Elektronische Geräte müssen unter anderem die Anforderungen in Bezug auf die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) einhalten. Diese und andere Produktanforderungen werden im Fujitsu-Testcenter in Augsburg geprüft.

In Deutschland gibt es etwa 110 Testzentren, in denen EMV getestet wird, aber nur etwa 15 bis 20 Prüfinstitute nehmen auch alle anderen Kriterien wie Produktsicherheit oder die Prüfung der Umweltbedingungen ins Visier. Eines davon ist das unabhängige, akkreditierte Prüflabor der Fujitsu Technology Solutions GmbH in Augsburg. Die 25 Mitarbeiter unterstützen hier jedes Jahr in rund 2.500 Projekten Produkte im Hinblick auf EMV, Produktsicherheit, Energieverbrauch, Integration von Wireless-Komponenten, Länderzulassungen, Thermographie, Klimaverträglichkeit, Mechanik-, Verpackung-, Schall- und Verschleißprüfungen. Etwa ein Viertel davon sind Geräte anderer Hersteller. Das Testzentrum konzentriert sich nicht nur auf die Zulassungen wie das CE-Zeichen für den EMEA-Markt, auch die zum Teil abweichenden Anforderungen für die US-amerikanischen und asiatischen Märkte können hier geprüft werden. CE-Zertifizierung Mit der 1993 eingeführten CE-Kennzeichnung (Conformité Européenne) bestätigt ein Hersteller die Konformität seiner Produkte mit den zutreffenden EU-Richtlinien und die Einhaltung grundlegender Sicherheits- und Gesundheitsanforderungen. Wenn ein Hersteller mehrere CE-zertifizierte Komponenten zu einem System verbaut, heißt das jedoch nicht, dass dieses dann ebenfalls CE-konform ist. \“Bei der EMV können Veränderungen im Emissions- und/oder im Störfestigkeitsverhalten im Verbund zum Gesamtsystem entstehen. Bei der Produktsicherheit muss beispielsweise sichergestellt werden, dass zugekaufte Komponenten wie geprüfte Netzteile nicht in einzelnen Ausgangsspannungen überlastet werden\“, erklärt Frank Sommerrock, Senior Manager Sales and Certification Support im Zentrum für Tests und Zulassungen bei Fujitsu. Daher ist eine Gesamtbetrachtung des Systems erforderlich, bei der allerdings nicht in jedem Fall eine komplette technische Messung mit ausführlicher Dokumentation durchgeführt werden muss. Die CE-Erklärung muss mit dem Einsatzbereich zusammenpassen und die zum Verkauf angebotenen Produkte müssen den jeweils aktuell gültigen Normenstand einhalten. Es kann also für bereits lange eingeführte Produkte Nachtestbedarf oder zumindest Bewertungsbedarf in Richtung \’Engineering Consideration\‘ entstehen. Die CE-Kennzeichnung erfolgt durch den Hersteller selbst, während Prüfzeichen wie \’GS\‘, \’UL\‘ oder \’CSA\‘ von unabhängigen Prüf- und Zertifizierungsstellen in Zusammenarbeit mit dem Fujitsu-Testcenter vergeben werden. Gemeinsam mit dem Hersteller erarbeiten die Mitarbeiter hier den geeigneten \’Produktzulassungs-Mix\‘ hinsichtlich Konformität und Kosten und führen alle technischen Prüfungen je nach gewünschter Länderzulassung durch. EMV – Elektromagnetische Verträglichkeit Eine der Stärken des Fujitsu-Testzentrums ist die EMV-Entstörung an der Quelle, ohne die elektronische Funktionalität zu beeinträchtigen. Neben der Durchführung von kompletten EMV-CE-Prüfungen, welche die Basis für die Erteilung des CE-Zeichens sind, unterstützt Fujitsu auch mit Checks zur Risikoeinschätzung. Hersteller von IT-Equipment, Messtechnik, Industriegeräten und -anlagen sowie medizinischen Geräten schätzen den Support bei der Entstörung, der Abwicklung von internationalen Zulassungen, Grundlagenuntersuchungen und Schaltungsentwicklung. Für Emissionsmessungen nutzt Fujitsu eine Zehn-Meter-Halle, die mit knapp 2000 Absorbern mit einer Länge von je 2,80m ausgestattet ist, um Funkechos zu vermeiden und die Prüflinge gegen alle Einflüsse von außen durch einen Faradayschen Käfig abzuschirmen. Auf einer Drehscheibe mit 4m Durchmesser und einer Belastbarkeit bis 2,5t können auch größere Industrieanlagen oder -module getestet werden. Aber selbst ganz kleine Geräte wie ein batteriebetriebener Schrittzähler oder ein USB-Stick wurden hier schon auf EMV getestet. Es lassen sich Frequenz­bereiche von 9kHz bis 40GHz messen. Um EMV-Schwächen zu finden, sollte das zu prüfende Gerät in \’Volllast\‘ laufen (Worst-case-Simu­lation). Im Rahmen der Emissionsprüfung misst Fujitsu z.B. die Funkstörfeldstärke, um sicherzustellen, dass ein Gerät andere Funkdienste wie Radio, Taxifunk, Funk von Einsatzfahrzeugen nicht beeinträchtigt. Außerdem werden die Oberschwingungsanteile, die in das öffentliche Energieversorgungsnetz rückgespeist werden, und die durch Spannungsschwankungen entstehenden Flickererscheinungen wie beispielsweise Lampenflackern gemessen. Prüfungen in Bezug auf die Störfestigkeit elektromagnetischer Felder finden in der Drei-Meter-Absorberkammer statt, in der Frequenzbereiche von 80MHz bis 2,7GHz gemessen werden. Der Raum ist komplett mit Metallferritkacheln ausgekleidet, die eine hohe Absorptionsfähigkeit haben. Um die Störfestigkeit zu testen, wirkt auf den Prüfling ein elektrisches Feld ein, das ihn nicht beeinflussen darf. Weitere Störfestigkeitstests betreffen die direkte und indirekte elektrostatische Entladung, die von Bedienpersonen oder Gegenständen hervorgerufen wird, durch Spannungsspitzen verursachte schnelle transiente Störimpulse (Burst), energiereiche Störimpulse (Surge) wie Blitzschläge, induzierte leitungsgeführte Hochfrequenzen, Magnetfelder sowie Spannungsschwankungen und -unterbrechungen in Versorgungsnetzen. Produktsicherheit Um das CE-Zeichen zu bekommen, muss ein Produkt neben der EMV auch bestimmte Anforderungen an die Produktsicherheit erfüllen. Dazu findet eine Sichtprüfung hinsichtlich Brandschutz und mechanischer Gefahren, eine elektrische und klimatische Prüfung sowie eine mechanische Prüfung der Geräte statt. So ist z.B. der Schutz vor gefährlichen Berührspannungen sicherzustellen, um die Gefahr eines elektrischen Schlages auszuschließen. Wenn ein Brand im Innern eines Produktes entsteht, darf dieser nicht das Gerät selbst entzünden. Dies gelingt unter anderem durch den Einsatz von schwer brennbaren und selbstverlöschenden Materialien. Das Fujitsu-Testcenter prüft hier sowohl Prototypen als auch Serienprodukte. \“Bis zu 50% der Prüflinge sind in Sachen Produktsicherheit optimierungsfähig\“, stellt Frank Sommerrock fest. Der Grund hierfür liegt zum einen darin, dass die Hersteller meist nicht über entsprechende Testmöglichkeiten verfügen, und dass andererseits Materialien eingesetzt werden, für die noch keine Entflammbarkeitsuntersuchungen vorliegen. Länderzulassungen Je nach Einsatzbereich und zugehörigem Zollcode brauchen Produkte technische Zulassungen in den jeweiligen Vertriebsgebieten. Hier ist es entscheidend, mit einer technisch nachvollziehbaren Produktfamilienpolitik in die Zulassungen einzusteigen und auch schnelle Lösungen aufzeigen zu können, um die \’heißen Kastanien aus dem Feuer holen zu können\‘. Integration von Wireless-Komponenten Die über viele Jahre gesammelte Integrationserfahrung von Funkkomponenten in Produkte wird eingesetzt, um zusammen mit dem Kunden die Möglichkeiten auszuloten, die für ihn in dem Thema \’Wireless\‘ liegen. Von der ersten Technologieberatung, über Projektmanagement, Messungen und Performance-Tests bis zur Zertifizierung wird das gesamte Portfolio unterstützt, das für die Ausstattung eines Produkts mit Funk notwendig ist. Im Fokus liegen WPAN- und WLAN-Technologien wie Bluetooth oder 802.11. Umweltsimulation zur Qualitätssicherung Im Rahmen der Umweltsimulation nehmen die Fujitsu-Prüfer die Qualität der Produkte ins Visier. Für die frühzeitige Ermittlung von ausfallgefährdeten Bauteilen können mithilfe einer Infrarotkamera (Thermographie) \’Hotspots\‘ erkannt werden, also \’heiße\‘ Bauteile, die möglicherweise außerhalb ihrer Spezifikation betrieben werden. So lässt sich feststellen, an welchen Stellen in einem Gerät eventuell Temperaturfühler notwendig sind, um dann bei der maximalen Umgebungstemperatur das Verhalten des Geräts zu überprüfen. Weitere Tests betreffen die mechanische Beanspruchung, die Verpackung, die Schallentwicklung und den Verschleiß. Die klimatischen Beanspruchungstests finden in begehbaren Klima- und Temperaturkammern für Bereiche von -40°C bis 90°C, in Klimaschränken für Temperaturen bis 180°C und in einem Zwei-Kammer-Temperatur­schockschrank statt. Hier werden z.B. die Industrie-Mainboards von Fujitsu innerhalb von wenigen Sekunden in einem Zweikammerschockschrank in ihren erweiterten Temperaturbereich umgelagert, um festzustellen, wie sich das Material bei solchen Temperaturschocks verhält. Eine mechanische Beanspruchung erfährt ein Produkt durch Erschütterungen und Schwingungen bei der Herstellung oder Aufstellung beim Kunden, etwa wenn Vibrationen von vorbeifahrenden Straßen- oder U-Bahnen übertragen werden. Mithilfe einer Schwingprüfanlage lassen sich solche Fremderschütterungen simulieren und die dadurch verursachten Beschädigungen ermitteln, um dann entsprechende Gegenmaßnahmen zu ergreifen. Der Vibrationstest auf dem Schwingtisch überprüft z.B. in PCs die Mechanik der Schreib-Leseköpfe, die nicht auf die Festplatte aufschlagen dürfen. Es können zusätzlich mit einem \’Einzelschocktester\‘ Schocks mit bis zu 600-facher Erdbeschleunigung (600g/1ms) erzeugt werden. Auch während des Transports von Produkten kann es zu Erschütterungen kommen. Der notwendige Transportschutz lässt sich mithilfe von Verpackungstests ermitteln, in denen der freie Fall auf Kanten und Ecken aus einer Höhe von bis zu 1,50m durchgeführt wird. Beschleunigungssensoren im Gerät messen, welche Schäden angerichtet werden. So lassen sich entsprechende Maßnahmen entwickeln, um den Schutz auf dem Transportweg zu erhöhen. In einem schallabsorbierenden Raum wird unter anderem der Schalldruckpegel gemessen, um das Geräuschverhalten eines Gerätes in verschiedenen Betriebsarten zu analysieren, z.B. im Standby-Betrieb oder beim Lesen einer CD/DVD. Ebenso lassen sich Kopfhörerausgangsmessungen durchführen, etwa um sicherzustellen, dass ein Gerät im Auslieferzustand hier nicht zu lautes Hören ermöglicht. Auch die Energieeffizienz wird in verschiedenen Betriebsarten gemessen, um den Energieverbrauch zu ermitteln; dieser wird für viele Produkte insbesondere auch im Stand­by-Modus immer wichtiger. In den Verschleißtests geht es um die Dauerbeanspruchung von Geräten wie PCs, Notebooks, Mäusen, Tastaturen, Joysticks oder Transporttaschen. Bei der Bedruckung von Tastaturen wird beispielsweise der Abrieb mittels eines sehr feinen Schleifpapierbandes geprüft. PC-Mäuse müssen mehrere zehntausend Scrollradbewegungen überstehen. Die Qualität von Transporttaschen kann mithilfe einer Dauerroll- und -hebeanlage getestet werden. Dauer und Kosten der Tests Für die EMV-Tests benötigen die Fujitsu-Mitarbeiter in der Regel drei bis fünf Tage, die Produktsicherheitstests dauern ebenfalls etwa eine Woche, und bei Umweltprüfverfahren kann der Testzeitraum von einem halben Tag bis zu mehreren Wochen (je nach Testumfang) variieren. Die Kosten für die Tests hängen vom tatsächlich benötigten Prüfvolumen ab und können von wenigen hundert Euro für Checks bis hin zu fünfstelligen Beträgen bei Komplettabnahmen größerer Anlagen vor Ort beim Kunden reichen. Bei Länderzulassungen variieren die Kosten stark nach Produkt- art und Ländervielfalt.

Fujitsu Technology Solutions (FTS)
http://de.fujitsu.com

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