Multiphysikalisches Testen

Unter multiphysikalischem Testen verstehen wir die Beaufschlagung eines komplexen Systems mit allen in der Realität vorkommenden Lasten und unter voller Funktion des Device Under Test. Das kann, im Falle einer Leistungselektronik für den PKW-Bereich, die volle Stromlast sein, kombiniert mit den Vibrationslasten der Straßenanregung und Umgebungstemperatur. Die Experten der Abteilung Strukturdynamik und Schwingungstechnik können aus der Analyse des Systems und der Use-Cases unter Bezugnahme des Lastenheftes entsprechende Tests entwickeln, mit welchen gezielt Fehlermoden aus kombinierten Lasten adressiert werden können.

Mit der Kombination von mechanischen und elektrischen Lasten ist es möglich, Systeme unter realen Bedingungen zu testen. Dabei können sowohl einzelne Komponenten bis hin zu komplexeren Systemen getestet werden. Im Bereich Leistungselektronik können sowohl die elektrischen Lasten wie Batterie und Elektromotor als auch die mechanischen Vibrationslasten durch die Straßenanregung experimentell simuliert werden. Der Kühlkreislauf kann individuell angepasst werden und als zusätzlicher Parameter eingestellt werden. Zur Komplettierung der realen Lasten kann auch die Umgebungstemperatur sowie Feuchte als weiterer Stressfaktor eingeprägt werden.

Im Rahmen verschiedener Projekte aus dem Bereich Elektromobilität wurde am Fraunhofer LBF ein 26kN Shaker mit einem Umrichter-System erweitert, welcher es ermöglicht, eine Leistungselektronik aus dem PKW-Bereich elektrisch unter voller Last zu betreiben. Die elektrische Ansteuerung ist dabei frei konfigurierbar und über ein eigenes Treiberdesign auch an den Leistungsgrenzen zu betreiben. Zusätzlich kann über ein Umwälzthermostat die Kühlwassertemperatur beliebig in den üblichen Bereichen von Kraftfahrzeugen eingestellt und die Wärmelast vom System abgeführt werden oder als zusätzliche Stressgröße in das System eingeprägt werden. Wenn erforderlich, lässt sich der Prüfstand auch mit einer Temperaturkammer koppeln, sodass auch die Umgebungstemperatur als Randbedingung auf den Prüfling einwirken kann. Es kann mit dieser Kombination von Lastgrößen sowohl Maximalbelastungen im System getestet werden als auch kombinierte reale Lastdaten aus Fahrversuchen nachgestellt werden. Es besteht die Möglichkeit Fahrzustände sowohl elektrisch als auch mechanisch auf den Prüfling aufzuprägen und so unter Laborbedingungen kritische Zustände für die Leistungselektronik zu simulieren. Das multiphysikalische Testen ist zudem auch auf Einzelkomponenten im Elektronikbereich skalierbar. So können einzelne Platinen, Steuergeräte oder auch Sensoren unter den verschiedenen Randbedingungen einzeln getestet werden.

• Mechanische Belastung z.B. nach EN 60721-3-3 Profil 3M7 Klassifizierung von Umweltbedingungen (Sinusförmige Anregung und Schock)
• Elektrodynamische Schwingerreger (Shaker) für Lastbereich von 20 N bis 27 kN, Frequenzbereich bis 15 kHz, Beschleunigungen bis 100g
• Temperierkammern für Temperaturbereiche von -70°C bis 180°C (350 °C), teilw. kombinierbar mit Klima (Feuchte)
• Diverse Prüfstände für Langzeittests von Materialsystemen, auch für hohe Frequenzen (bis 1kHz) für beschleunigte Tests
• Emulierung der HV-Batterie und der E-Maschine
• Kombinierte Aufprägung von mechanischem und elektrischem Lastprofil
• Lastprofil frei definierbar (z.B. aus eigenen Fahrbetriebsmessungen oder Kundenvorgabe)