Die RECOM Dreijahresgarantie – Die wichtigsten Punkte im Überblick
03.06.2020
Der Branchenstandard für Garantien liegt bei einem bis zwei Jahren. RECOM gewährt auf alle Produkte eine Garantie von mindestens drei Jahren. Bei manchen Produktserien sind es sogar fünf Jahre oder mehr. Wie begründet RECOM diese lange Garantiedauer, gerade bei Produkten, die neu am Markt eingeführt werden?
Die Antwort liegt zum Teil in früheren Erfahrungen mit ähnlichen Produktfamilien begründet, die ähnlich konstruiert sind und über die gleiche Komponenten verfügen. Wir wissen zum Beispiel, dass die Zahl der Rücksendung defekter Produkte im Rahmen des RMA-Verfahrens bei manchen Produktserien äußerst gering ist. Beim isolierten DC/DC Wandler der R1S Serie (SMD) mit 1 W Leistung liegt die Zahl der Rücksendungen pro Million verkaufter Exemplare bei eins. Als RECOM ein ähnliches 1-W-Produkt mit der gleichen Topologie und dem gleichen Qualitätssicherungsverfahren herausbrachte (R1SX), bei dem lediglich der automatisierte Produktionsprozess optimiert wurde, konnte die bereits nachgewiesene Zuverlässigkeit des ursprünglichen 1-W-Designs als Indikator dafür herangezogen werden, dass für das neue, 1-W-Produkt mit niedrigerem Profil die gleiche Garantiedauer angesetzt werden kann.
Ein weiterer Faktor zur Vorhersage der Zuverlässigkeit eines Produkts ist die mittlere störungsfreie Zeit (MTBF – Mean Time Between Failures). Es handelt sich dabei um eine statistische Analyse, die auf der Summe aller Zuverlässigkeitswerte der einzelnen Komponenten eines Wandlers basiert und verschiedene Beschleunigungsfaktoren einbezieht, die die Gesamtzuverlässigkeit beeinflussen könnten, wie z. B. Umgebungsbedingungen (Temperaturextreme, Stöße und Vibrationen, hohe Luftfeuchtigkeit usw.), Funktionsbedingungen (Zusammenspiel der Komponenten, schlechte Toleranzen, Ein-/Ausschaltzyklen usw.) und Reife (bekanntes und getestetes Design oder neuer Ansatz?). Ein Beispiel für einen solchen Ansatz ist das „Military Handbook - Reliability Prediction of Electronic Equipment“ der US-Armee, besser bekannt als MIL-HDBK-217F, das im Wesentlichen eine lange Liste von Komponententypen mit historisch nachgewiesenen Zuverlässigkeitswerten enthält. Das Berechnungsergebnis kann eine Million Stunden oder mehr betragen.
MTBF-Werte richtig interpretieren
Ein MTBF-Wert von einer Million Stunden bedeutet natürlich nicht, dass ein Wandler 114 Jahre halten wird. Es ist vielmehr ein statistischer Wert, der aussagt, wie zuverlässig ein Produkt während seiner Lebensdauer sein wird, die ja aufgrund von Abnutzung begrenzt ist. Der MTBF-Wert wird sozusagen rückwärts, ausgehend von einer gewünschten Fehlerquote, errechnet. Wenn es beispielsweise akzeptabel ist, dass 1% der Wandler nach drei Jahren im Dauerbetrieb versagen, errechnet sich der MTBF-Wert wie folgt:
Nehmen wir den R1SX als Beispiel. Er hat einen MTBF-Wert von über einer Million Stunden bei Raumtemperatur, das heißt, die statistische Ausfallquote eines einzelnen Wandlers liegt in 3 Jahren Dauerbetrieb bei 0,125%. Das entspricht einer jährlichen Ausfallquote von einem Wandler aus 2400 Stück.
Bedeutet das im Umkehrschluss, dass jedes Jahr etwa 1% der Wandler ausfallen, wenn der MTBF-Wert unter drei Millionen Stunden liegt? Nicht in der Praxis. Die meisten Wandler sind während des normalen Betriebs nicht zu 100% ausgelastet. Wenn die statische Belastung 50%-70% der maximalen Nennlast beträgt, wird die Belastung geringer, der MTBF-Wert erhöht sich und es werden weniger Teile pro Jahr versagen. Ist der Wandler nur während der Arbeitszeiten eingeschaltet, dann reduziert sich allein dadurch die Betriebszeit und es fallen pro Jahr weniger Teile aus. Arbeitet der Wandler andererseits im Rund-um-die-Uhr-Betrieb, bleiben die Innentemperaturen stabil und die elektrische Belastung durch das Ein- und Ausschalten des Wandlers entfällt, was die Zuverlässigkeit ebenfalls erhöht. Der errechnete MTBF-Wert entspricht dem ungünstigsten Fall, dem Dauerbetrieb unter voller Belastung. Darum bietet RECOM seine dreijährige Standardgarantie auch für Produktserien mit einem berechneten MTBF-Wert von weniger als 1 Million Stunden an, basierend auf zusätzlichen Tests und Auswertungen (siehe nächster Abschnitt).
Wir haben gesagt, dass die dreijährige Garantie durch unsere jahrzehntelange Erfahrung in der Herstellung und unsere Kenntnisse über den Einsatz von Spannungswandlern begründet ist. Wie können wir jedoch bei einem völlig neuen Produkt sicher sein, wenn wir keine gleichwertigen FMEA-Produktionsdaten (Failure Mode And Effect) haben, auf die wir zurückgreifen können, keine Rückmeldung des Marktes darüber vorliegt, wie das Produkt verwendet wird, und ein neuartiges Produktionsverfahren angewendet wurde? Hier können vier Tests eingesetzt werden – DVT-, PVT-, HASS- und HALT-Tests.
DVT and PVT
Beim Design Verification Testing (DVT) werden die Betriebsgrenzen laut Datenblatt jeder einzelnen Komponente, die in der Konstruktion verwendet wird, unter tatsächlichen Betriebsbedingungen geprüft. Wenn ein Bauteil wie z. B. ein Widerstand oder eine Diode eine vom Hersteller angegebene maximale Betriebstemperatur von 125°C hat, dann ist die Konstruktionsregel, 115-120°C im Worst-Case-Betrieb (Volllast bei maximaler Umgebungstemperatur) nicht zu überschreiten, um eine gewisse Sicherheitsspanne zu gewährleisten. Die Lebensdauer eines Kondensators hängt bekanntlich von der über das Teil gelegten Spannung und dem Welligkeitsstrom ab, der durch das Bauteil fließt. Diese sollten im Idealfall 70% des maximalen Nennstroms nicht überschreiten. Elektrolytkondensatoren werden oft als das schwache Glied in der Zuverlässigkeitskette angesehen, aber durch effektive Abschwächung der Betriebsbedingungen (überkapazitiertes Komponentendesign) kann eine berechnete Lebensdauer von mehr als 20 Jahren bei hoher Zuverlässigkeit erreicht werden. Ähnliche Konstruktionsregeln gelten für die Betriebsbedingungen der aktiven Komponenten und für die Kerntemperatur des Transformators unter Volllast. Das Design Verification Testing (DVT) stellt sicher, dass unter extremen Temperatur-, Spannungs- und Strombelastungen die Sicherheitsspannen konstruktionsbedingt eingehalten werden.
Das Production Verification Testing (PVT) geht einen Schritt weiter und vergleicht die tatsächliche Leistung von Proben aus den Produktionschargen mit den DVT-Konstruktionsgrenzen. RECOM testet mindestens 50 Stück eines jeden neuen Wandlers, um ein geeignetes Maß an Sicherheit in Bezug auf die Genauigkeit der Messungen zu gewährleisten. Anschließend verwenden wir die Daten, um durchschnittliche und maximale Abweichungswerte für den Wirkungsgrad, Regelungs- und Ausgabegenauigkeit zu errechnen. Diese Vorerprobung wird mit verschiedenen Eingangs-/Ausgangsleistungen wiederholt, um eine realistische Analyse der gesamten Produktserie zu erhalten. Der Vorgang umfasst viele tausend verschiedene Testbedingungen. Der vollautomatische Testaufbau, den das Test- und Evaluierungslabor von RECOM entwickelt und gebaut hat, beschleunigt diesen Prozess erheblich, indem z. B. Eingangsspannungen und Lastbedingungen zyklisch durchlaufen werden, wobei die Daten gesammelt und die gewünschten Leistungsdiagramme automatisch erstellt werden.
HASS and HALT
Zusätzlich zu den elektrischen Leistungstests werden Klimakammern auch zur Durchführung von Highly Accelerated Stress Screening (HASS) eingesetzt. Dabei handelt es sich um Langzeittests bei extrem heißen und kalten Temperaturen, Temperaturwechseln oder einer Kombination aus hoher Hitze und hoher Luftfeuchtigkeit unter verschiedenen Betriebsbelastungen wie maximale oder minimale Eingangsspannung, Volllast, Lastwechsel usw. Diese Tests beschleunigen die Abnutzungseffekte auf den Wandler und ermöglichen es uns, das Ergebnis eines langjährigen Dauerbetriebs in 1000 Teststunden zu simulieren.
Fig.1: RECOM verfügt außerdem über eine hauseigene HALT-Testkammer (Highly Accelerated Life-Time).
Diese Hochleistungs-HALT-Klimakammer setzt das Testobjekt extremen Temperaturen und abrupten Temperaturwechseln aus (flüssiger Stickstoff kann zur schnellen Abkühlung des Testobjekts im Ofen verwendet werden), während die Teile gleichzeitig auf einem Vibrationstisch durchgeschüttelt werden.
HALT ist ein Verfahren zur Identifikation von Konstruktionsschwächen, die die Lebensdauer oder Zuverlässigkeit eines Produkts reduzieren könnten. Der Nachweis erfolgt durch Tests bis zum Versagen unter verschiedenen Belastungsbedingungen und durch Überschreitung der Datenblattspezifikationen bis zur Zerstörung (im Gegensatz zum HASS-Test, der innerhalb der Betriebsgrenzen der Testobjekte bleibt).
Beschleunigende Belastungsfaktoren sind Vibrationen, thermische Stufen und Zyklen, hohe Luftfeuchtigkeit, Überspannung/Überstrom und alle anderen denkbaren Belastungen, die Schwächen des Produkts aufdecken könnten. Kombinierte Belastungsbedingungen wie z. B. Vibrationsbelastung unter Temperaturwechsel können ebenfalls notwendig sein, um die Zeit bis zum Versagen zu verkürzen.
Studien haben ergeben, dass rund 70% aller Ausfälle unter mechanischer Belastung (Vibration auf allen Achsen) in Kombination mit Temperaturbelastungen zu beobachten sind. Es gilt folgende Gleichung:
α = mechanische Belastung mit einem Exponente der von der Intensität der Vibration abhängt.
Um die allgemeine Widerstandsfähigkeit unserer Produkte gegen mechanische Stöße und Vibrationen zu ermitteln, haben wir auch zwei Rütteltische (einen in Wien, den anderen bei der RECOM Schwester PCS in Italien), die sinusförmige Schwingungsprofile mit programmierbarer Verschiebung und g²/Hz-Beschleunigungen für Produkte mit einem Gewicht von bis zu 130 kg erzeugen können.
Mechanische Belastungstests können nicht nur Schwachstellen in neuen Designs aufdecken, sondern in Kombination mit HASS- und PVT-Tests eine glaubwürdige Begründung für eine Garantie von drei Jahren auf jedes Produkt liefern.
Wir helfen Ihnen gerne weiter
RECOM entwickelt effiziente, kompakte und kostengünstige DC/DC-Spannungsversorgungen für den Off-board-Gebrauch oder als Baustein auf einer Platine. Alle Hersteller behaupten von ihren Produkten, dass sie zuverlässig sind. RECOM belegt diese Behauptung durch eine pauschale Mindestgarantie von 3 Jahren auf alle unsere Produkte. Wir setzen umfangreiche Verifikationstests, Qualitätsprüfungen in der Produktion sowie beschleunigte Belastungstests und Screenings ein, um eine hohe Zuverlässigkeit und eine lange Betriebslebensdauer zu gewährleisten und präzise Datenblattinformationen bereitzustellen, die durch dokumentierte Testprotokolle belegbar sind..
RECOM: We Power your Products
Ein weiterer Faktor zur Vorhersage der Zuverlässigkeit eines Produkts ist die mittlere störungsfreie Zeit (MTBF – Mean Time Between Failures). Es handelt sich dabei um eine statistische Analyse, die auf der Summe aller Zuverlässigkeitswerte der einzelnen Komponenten eines Wandlers basiert und verschiedene Beschleunigungsfaktoren einbezieht, die die Gesamtzuverlässigkeit beeinflussen könnten, wie z. B. Umgebungsbedingungen (Temperaturextreme, Stöße und Vibrationen, hohe Luftfeuchtigkeit usw.), Funktionsbedingungen (Zusammenspiel der Komponenten, schlechte Toleranzen, Ein-/Ausschaltzyklen usw.) und Reife (bekanntes und getestetes Design oder neuer Ansatz?). Ein Beispiel für einen solchen Ansatz ist das „Military Handbook - Reliability Prediction of Electronic Equipment“ der US-Armee, besser bekannt als MIL-HDBK-217F, das im Wesentlichen eine lange Liste von Komponententypen mit historisch nachgewiesenen Zuverlässigkeitswerten enthält. Das Berechnungsergebnis kann eine Million Stunden oder mehr betragen.
MTBF-Werte richtig interpretieren
Ein MTBF-Wert von einer Million Stunden bedeutet natürlich nicht, dass ein Wandler 114 Jahre halten wird. Es ist vielmehr ein statistischer Wert, der aussagt, wie zuverlässig ein Produkt während seiner Lebensdauer sein wird, die ja aufgrund von Abnutzung begrenzt ist. Der MTBF-Wert wird sozusagen rückwärts, ausgehend von einer gewünschten Fehlerquote, errechnet. Wenn es beispielsweise akzeptabel ist, dass 1% der Wandler nach drei Jahren im Dauerbetrieb versagen, errechnet sich der MTBF-Wert wie folgt:
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Nehmen wir den R1SX als Beispiel. Er hat einen MTBF-Wert von über einer Million Stunden bei Raumtemperatur, das heißt, die statistische Ausfallquote eines einzelnen Wandlers liegt in 3 Jahren Dauerbetrieb bei 0,125%. Das entspricht einer jährlichen Ausfallquote von einem Wandler aus 2400 Stück.
Bedeutet das im Umkehrschluss, dass jedes Jahr etwa 1% der Wandler ausfallen, wenn der MTBF-Wert unter drei Millionen Stunden liegt? Nicht in der Praxis. Die meisten Wandler sind während des normalen Betriebs nicht zu 100% ausgelastet. Wenn die statische Belastung 50%-70% der maximalen Nennlast beträgt, wird die Belastung geringer, der MTBF-Wert erhöht sich und es werden weniger Teile pro Jahr versagen. Ist der Wandler nur während der Arbeitszeiten eingeschaltet, dann reduziert sich allein dadurch die Betriebszeit und es fallen pro Jahr weniger Teile aus. Arbeitet der Wandler andererseits im Rund-um-die-Uhr-Betrieb, bleiben die Innentemperaturen stabil und die elektrische Belastung durch das Ein- und Ausschalten des Wandlers entfällt, was die Zuverlässigkeit ebenfalls erhöht. Der errechnete MTBF-Wert entspricht dem ungünstigsten Fall, dem Dauerbetrieb unter voller Belastung. Darum bietet RECOM seine dreijährige Standardgarantie auch für Produktserien mit einem berechneten MTBF-Wert von weniger als 1 Million Stunden an, basierend auf zusätzlichen Tests und Auswertungen (siehe nächster Abschnitt).
Wir haben gesagt, dass die dreijährige Garantie durch unsere jahrzehntelange Erfahrung in der Herstellung und unsere Kenntnisse über den Einsatz von Spannungswandlern begründet ist. Wie können wir jedoch bei einem völlig neuen Produkt sicher sein, wenn wir keine gleichwertigen FMEA-Produktionsdaten (Failure Mode And Effect) haben, auf die wir zurückgreifen können, keine Rückmeldung des Marktes darüber vorliegt, wie das Produkt verwendet wird, und ein neuartiges Produktionsverfahren angewendet wurde? Hier können vier Tests eingesetzt werden – DVT-, PVT-, HASS- und HALT-Tests.
DVT and PVT
Beim Design Verification Testing (DVT) werden die Betriebsgrenzen laut Datenblatt jeder einzelnen Komponente, die in der Konstruktion verwendet wird, unter tatsächlichen Betriebsbedingungen geprüft. Wenn ein Bauteil wie z. B. ein Widerstand oder eine Diode eine vom Hersteller angegebene maximale Betriebstemperatur von 125°C hat, dann ist die Konstruktionsregel, 115-120°C im Worst-Case-Betrieb (Volllast bei maximaler Umgebungstemperatur) nicht zu überschreiten, um eine gewisse Sicherheitsspanne zu gewährleisten. Die Lebensdauer eines Kondensators hängt bekanntlich von der über das Teil gelegten Spannung und dem Welligkeitsstrom ab, der durch das Bauteil fließt. Diese sollten im Idealfall 70% des maximalen Nennstroms nicht überschreiten. Elektrolytkondensatoren werden oft als das schwache Glied in der Zuverlässigkeitskette angesehen, aber durch effektive Abschwächung der Betriebsbedingungen (überkapazitiertes Komponentendesign) kann eine berechnete Lebensdauer von mehr als 20 Jahren bei hoher Zuverlässigkeit erreicht werden. Ähnliche Konstruktionsregeln gelten für die Betriebsbedingungen der aktiven Komponenten und für die Kerntemperatur des Transformators unter Volllast. Das Design Verification Testing (DVT) stellt sicher, dass unter extremen Temperatur-, Spannungs- und Strombelastungen die Sicherheitsspannen konstruktionsbedingt eingehalten werden.
Das Production Verification Testing (PVT) geht einen Schritt weiter und vergleicht die tatsächliche Leistung von Proben aus den Produktionschargen mit den DVT-Konstruktionsgrenzen. RECOM testet mindestens 50 Stück eines jeden neuen Wandlers, um ein geeignetes Maß an Sicherheit in Bezug auf die Genauigkeit der Messungen zu gewährleisten. Anschließend verwenden wir die Daten, um durchschnittliche und maximale Abweichungswerte für den Wirkungsgrad, Regelungs- und Ausgabegenauigkeit zu errechnen. Diese Vorerprobung wird mit verschiedenen Eingangs-/Ausgangsleistungen wiederholt, um eine realistische Analyse der gesamten Produktserie zu erhalten. Der Vorgang umfasst viele tausend verschiedene Testbedingungen. Der vollautomatische Testaufbau, den das Test- und Evaluierungslabor von RECOM entwickelt und gebaut hat, beschleunigt diesen Prozess erheblich, indem z. B. Eingangsspannungen und Lastbedingungen zyklisch durchlaufen werden, wobei die Daten gesammelt und die gewünschten Leistungsdiagramme automatisch erstellt werden.
HASS and HALT
Zusätzlich zu den elektrischen Leistungstests werden Klimakammern auch zur Durchführung von Highly Accelerated Stress Screening (HASS) eingesetzt. Dabei handelt es sich um Langzeittests bei extrem heißen und kalten Temperaturen, Temperaturwechseln oder einer Kombination aus hoher Hitze und hoher Luftfeuchtigkeit unter verschiedenen Betriebsbelastungen wie maximale oder minimale Eingangsspannung, Volllast, Lastwechsel usw. Diese Tests beschleunigen die Abnutzungseffekte auf den Wandler und ermöglichen es uns, das Ergebnis eines langjährigen Dauerbetriebs in 1000 Teststunden zu simulieren.
Fig.1: RECOM verfügt außerdem über eine hauseigene HALT-Testkammer (Highly Accelerated Life-Time).
Diese Hochleistungs-HALT-Klimakammer setzt das Testobjekt extremen Temperaturen und abrupten Temperaturwechseln aus (flüssiger Stickstoff kann zur schnellen Abkühlung des Testobjekts im Ofen verwendet werden), während die Teile gleichzeitig auf einem Vibrationstisch durchgeschüttelt werden.
HALT ist ein Verfahren zur Identifikation von Konstruktionsschwächen, die die Lebensdauer oder Zuverlässigkeit eines Produkts reduzieren könnten. Der Nachweis erfolgt durch Tests bis zum Versagen unter verschiedenen Belastungsbedingungen und durch Überschreitung der Datenblattspezifikationen bis zur Zerstörung (im Gegensatz zum HASS-Test, der innerhalb der Betriebsgrenzen der Testobjekte bleibt).
Beschleunigende Belastungsfaktoren sind Vibrationen, thermische Stufen und Zyklen, hohe Luftfeuchtigkeit, Überspannung/Überstrom und alle anderen denkbaren Belastungen, die Schwächen des Produkts aufdecken könnten. Kombinierte Belastungsbedingungen wie z. B. Vibrationsbelastung unter Temperaturwechsel können ebenfalls notwendig sein, um die Zeit bis zum Versagen zu verkürzen.
Studien haben ergeben, dass rund 70% aller Ausfälle unter mechanischer Belastung (Vibration auf allen Achsen) in Kombination mit Temperaturbelastungen zu beobachten sind. Es gilt folgende Gleichung:
| Gl. 2: |  |
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α = mechanische Belastung mit einem Exponente der von der Intensität der Vibration abhängt.
Um die allgemeine Widerstandsfähigkeit unserer Produkte gegen mechanische Stöße und Vibrationen zu ermitteln, haben wir auch zwei Rütteltische (einen in Wien, den anderen bei der RECOM Schwester PCS in Italien), die sinusförmige Schwingungsprofile mit programmierbarer Verschiebung und g²/Hz-Beschleunigungen für Produkte mit einem Gewicht von bis zu 130 kg erzeugen können.
Mechanische Belastungstests können nicht nur Schwachstellen in neuen Designs aufdecken, sondern in Kombination mit HASS- und PVT-Tests eine glaubwürdige Begründung für eine Garantie von drei Jahren auf jedes Produkt liefern.
Wir helfen Ihnen gerne weiter
RECOM entwickelt effiziente, kompakte und kostengünstige DC/DC-Spannungsversorgungen für den Off-board-Gebrauch oder als Baustein auf einer Platine. Alle Hersteller behaupten von ihren Produkten, dass sie zuverlässig sind. RECOM belegt diese Behauptung durch eine pauschale Mindestgarantie von 3 Jahren auf alle unsere Produkte. Wir setzen umfangreiche Verifikationstests, Qualitätsprüfungen in der Produktion sowie beschleunigte Belastungstests und Screenings ein, um eine hohe Zuverlässigkeit und eine lange Betriebslebensdauer zu gewährleisten und präzise Datenblattinformationen bereitzustellen, die durch dokumentierte Testprotokolle belegbar sind..
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