IEC 60068-2.

IEC 60068-2 ist die internationale Referenzreihe für Umweltsimulationsprüfverfahren an elektrotechnischen Produkten. Die Reihe „-2“ legt die einzelnen Prüfverfahren fest, auf die sich Produktkomitees, Automobilkonsortien, Verteidigungsspezifikationen und Qualifizierungsstellen der Luft- und Raumfahrt beziehen. Jeder Teil behandelt eine Umweltbelastung – Temperatur, Feuchte, Vibration, Schock, Salznebel, freier Fall, niedriger Luftdruck – und schreibt die Bedingungen, Toleranzen der Messtechnik und Verfahrensschritte vor, die für eine wiederholbare Laborprüfung erforderlich sind.

IEC 60068-2 liefert die elementaren Prüfverfahren, auf die sich andere Konformitätsrahmenwerke beziehen, statt sie neu zu definieren. Wenn MIL-STD-810, RTCA DO-160, ISO 16750 oder produktspezifische IEC-Normen eine Vibrations-, Temperaturwechsel- oder Feuchte-Wärme-Prüfung vorschreiben, verweist das zugrunde liegende Verfahren in der Regel auf einen Teil von IEC 60068-2.

Anwendungsbereich

Die Reihe richtet sich an elektrische und elektronische Geräte, Bauteile, Baugruppen und Fertigprodukte, die im Feldeinsatz eine Umweltbeständigkeit nachweisen müssen. Sie schreibt weder eine Geräteklassifizierung noch Bestanden/Durchgefallen-Grenzwerte vor – diese werden vom Produktkomitee oder durch die Endkundenspezifikation festgelegt. IEC 60068-2 normiert, wie eine Prüfung durchgeführt wird, nicht, ob ein bestimmtes Produkt sie bestehen muss.

Die aktuell veröffentlichte Struktur gliedert sich in:

• IEC 60068-1 – allgemeine Grundsätze, Terminologie, Leitlinien zur Auswahl der Prüfschärfe
• IEC 60068-2-x – einzelne Prüfverfahren (klimatisch, mechanisch, kombiniert)
• IEC 60068-3-x – ergänzende Dokumente (Hintergrundinformationen, Leitlinien)

Diese Seite behandelt die Prüfverfahren, auf die in der Produktqualifizierung in Verteidigung, Luft- und Raumfahrt, Automobil und Industrie am häufigsten Bezug genommen wird.

Prüfverfahren

Die nachstehenden Verfahren sind nach Belastungsart gruppiert. Jeder Eintrag nennt den Prüfcode, die gängige Bezeichnung, das Funktionsprinzip und die üblicherweise erforderliche Gerätekonfiguration.

Klimatische Prüfungen

IEC 60068-2-1 – Kälte

• Zweck: Bestimmung der Fähigkeit von Bauteilen und Geräten, niedrigen Temperaturen standzuhalten und bei ihnen zu funktionieren
• Typische Bedingungen: Stationäre Exposition bei niedriger Temperatur; IEC 60068-2-1 definiert Klassen typischerweise von −5 °C bis −65 °C, wobei in der Luft- und Raumfahrt niedrigere Extremwerte verwendet werden.
• Verfahren: Methode Ab (allmähliche Änderung, nicht wärmeabgebende Geräte), Methode Ad (allmähliche Änderung, wärmeabgebende Geräte)
• Ausrüstung: Klimakammer mit aktiver Kühlung und erzwungener Luftumwälzung

IEC 60068-2-2 – Trockene Wärme

• Zweck: Nachweis der Integrität und Funktion von Geräten bei erhöhter Temperatur ohne Feuchte
• Typische Bedingungen: Stationäre hohe Temperatur; Prüfschärfe ausgewählt aus einer festgelegten Vorzugsreihe
• Verfahren: Methode Bb (allmähliche Änderung), Methode Bd (mit Wärmeabgabe)
• Ausrüstung: Klimakammer, die stabile hohe Temperaturen mit kontrollierten Änderungsraten erreicht

IEC 60068-2-14 – Temperaturwechsel

• Zweck: Beurteilung des Verhaltens bei Temperaturübergängen, einschließlich Temperaturschock und allmählicher Änderung
• Verfahren: Methode Na (schnelle Änderung, zwei Kammern), Methode Nb (allmähliche Änderung, eine Kammer)
• Anwendung: Bauteile, die betriebsbedingten Temperaturwechseln und dem Transport zwischen unterschiedlichen Umgebungen ausgesetzt sind

IEC 60068-2-30 – Feuchte Wärme, zyklisch

• Zweck: Prüfung auf Feuchteaufnahme, Kondensation und Korrosion unter zyklischer Feuchte
• Typische Bedingungen: 24-Stunden-Zyklen mit hoher Temperatur und hoher relativer Feuchte, Kondensationsphase je Zyklus
• Anwendung: Geräte im Außeneinsatz, Geräte mit Exposition gegenüber tageszeitlichen Temperaturschwankungen

IEC 60068-2-38 – Kombinierte Temperatur-/Feuchte-Wechselprüfung

• Zweck: Kombinierte Temperatur- und Feuchtebelastung, um Fehlermechanismen aufzudecken, die durch einzelne klimatische Prüfungen nicht erkannt werden
• Anwendung: Elektronik, abgedichtete Baugruppen, Leiterplatten mit Schutzlack (Conformal Coating)

IEC 60068-2-52 – Salznebel, zyklisch

• Zweck: Bewertung der Korrosionsbeständigkeit und der elektrischen Degradation in maritimen und küstennahen Atmosphären
• Verfahren: Zyklische Exposition gegenüber Salznebel und feuchtegeregelten Trocknungsphasen
• Anwendung: Industrieausrüstung für die Schifffahrt, den maritimen und küstennahen Einsatz; Photovoltaik- und Solarmodule in küstennahen Anlagen

IEC 60068-2-78 – Feuchte Wärme, konstant

• Zweck: Langzeitexposition bei konstanter Feuchte zur Prüfung von Feuchteeintritt und Oberflächendegradation
• Typische Bedingungen: Konstant hohe Temperatur und hohe relative Feuchte, typischerweise 21 bis 56 Tage gemäß der Prüfschärfetabelle der IEC 60068-2-78.

Mechanische Prüfungen

IEC 60068-2-6 – Sinusförmige Vibration

• Zweck: Bestimmung des Geräteverhaltens bei Schwingungen mit einer einzelnen Frequenz, wie sie bei Transport und Betrieb auftreten
• Prüfparameter: Frequenzbereich, Amplitude und Anzahl der Durchläufe je Achse, ausgewählt aus der Prüfschärfetabelle
• Verfahren: Frequenzdurchlauf über das gewählte Band mit kontrollierter Rate (typischerweise 1 Oktave pro Minute), drei orthogonale Achsen
• Ausrüstung: Elektrodynamischer oder hydraulischer Schwingerreger mit Regelkreis

IEC 60068-2-27 – Schock

• Zweck: Nachweis der Widerstandsfähigkeit gegenüber mechanischen Schocks aus Handhabung, Transport und Betriebsereignissen
• Impulsformen: Definierte Halbsinus-, Sägezahn- und Trapezimpulse; Spitzenbeschleunigung und Impulsdauer ausgewählt aus der Prüfschärfetabelle
• Verfahren: Festgelegte Anzahl von Impulsen, aufgebracht in beiden Richtungen entlang jeder orthogonalen Achse

IEC 60068-2-31 – Fallen und Kippen

• Zweck: Bewertung der Fähigkeit, Stürzen standzuhalten, wie sie bei grober Handhabung auftreten
• Anwendung: Tragbare Geräte, handgehaltene Elektronik, verpackte Güter während des Transports

IEC 60068-2-64 – Breitbandige Zufallsvibration

• Zweck: Nachbildung des Zufallsschwingungsspektrums, das in realen Transport- und Betriebsumgebungen auftritt
• Verfahren: Leistungsspektraldichte-Profil aus der Prüfschärfetabelle ausgewählt und entlang jeder orthogonalen Achse für die festgelegte Dauer aufgebracht
• Anwendung: Luft- und Raumfahrt, Militär, Automobilelektronik – Zufallsvibration ist für Einsatzumgebungen im Allgemeinen realitätsnäher als sinusförmige Vibration

Kombinierte und spezielle Prüfungen

IEC 60068-2-39 – Kombinierte sequenzielle Prüfung aus Kälte, niedrigem Luftdruck und feuchter Wärme

• Zweck: Sequenziertes Belastungsprofil, das die Exposition in großer Höhe mit anschließendem feuchtem Sinkflug abbildet
• Anwendung: Avionik, Flugkörperkomponenten, Geräte mit Exposition gegenüber Höhenwechseln

IEC 60068-2-11 – Salznebel (kontinuierlich)

• Zweck: Kontinuierliche Salznebelexposition zur beschleunigten Korrosionsprüfung
• Anwendung: Bauteile und Oberflächen, die auf ihre Beständigkeit gegenüber maritimer Atmosphäre bewertet werden

Anwendbarkeit

• Verteidigung: -1, -2, -6, -14, -27, -30, -38, -64 (querverwiesen aus MIL-STD-810)
• Luft- und Raumfahrt: -6, -27, -64, -39 (Querverweis RTCA DO-160)
• Automobil: -1, -2, -6, -14, -27, -30, -64 (Querverweis ISO 16750)
• Industrieelektronik: -1, -2, -14, -27, -30, -78
• Maritim: -52, -11, -30
• Photovoltaik und Solar: -52, -78 (Querverweis aus IEC 61215)

Die Reihe bildet die Grundlagenebene. Die meisten Qualifizierungsspezifikationen auf Produktebene definieren die zugrunde liegende Umweltsimulationsprüfung nicht neu – sie wählen ein Verfahren aus IEC 60068-2 und legen Prüfschärfe, Dauer und Abnahmekriterien passend zum Produkt fest.

Verwandte Normen

• IEC 60068-1 – Allgemeine Grundsätze, Terminologie und Auswahl der Prüfschärfe
• MIL-STD-810 – Umweltsimulationsqualifizierung im Verteidigungsbereich; viele Verfahren verweisen auf Verfahren der IEC 60068-2 oder definieren parallele Verfahren
• RTCA DO-160 – Umweltbedingungen für die Avionik; verweist für Vibrations- und Schockverfahren auf IEC 60068-2
• ISO 16750 – Umweltbedingungen für Straßenfahrzeuge; verweist auf klimatische und mechanische Verfahren der IEC 60068-2
• IEC 60529 – Schutzart (IP-Code); häufig kombiniert mit klimatischer Prüfung nach IEC 60068-2
• IEC 60721 – Klassifizierung von Umweltbedingungen; unterstützt die Auswahl der Prüfschärfe

Konstruktive Auswirkungen

IEC 60068-2 ist die Brücke zwischen Produktanforderungen und Laborausführung. Bei der Ausgestaltung eines Prüfplans bestimmen drei Entscheidungen Kosten und Dauer:

• Auswahl der Prüfschärfe – Wahl der geeigneten Umweltklasse aus der Vorzugsreihe, abgewogen gegenüber den tatsächlichen Einsatzbedingungen
• Verfahrensauswahl – innerhalb jedes Verfahrens eignen sich mehrere Verfahrensvarianten (z. B. Methode Ab vs. Ad, Methode Na vs. Nb) für unterschiedliche Gerätekategorien und Wärmeabgabebedingungen
• Sequenzgestaltung – bei kombinierten Belastungen beeinflusst die Reihenfolge der klimatischen und mechanischen Verfahren die beobachteten Fehlermechanismen

Eine Pre-Compliance-Designprüfung in der Entwurfsphase ermittelt in der Regel, welche Verfahren der IEC 60068-2 anwendbar sind, welche Prüfschärfewerte angemessen sind und welche Verfahren parallel statt sequenziell ablaufen können. Dies reduziert Nachprüfungsschleifen und verkürzt den Zeitplan der Qualifizierung.