Klimaschrank – Umweltprüfanlage für Temperatur- und Feuchtesimulation

Zuverlässigkeit und temperaturabhängiges Verhalten unter definierten Umweltbedingungen untersuchen

Mit dem Klimaschrank des Fraunhofer FHR lassen sich Sensoren, elektronische Baugruppen, Platinen und Werkstoffe unter kontrollierten Temperatur- und Feuchtebedingungen untersuchen. Die Infrastruktur unterstützt Entwicklungsversuche zur Temperaturabhängigkeit, Funktionsfähigkeit und Zuverlässigkeit sowie Untersuchungen zur beschleunigten Alterung. Prüflinge können während des Betriebs charakterisiert werden, sodass sich klimatische Einflüsse auf das Messverhalten und die Systemparameter unmittelbar erfassen lassen.

Neben statischen Temperatur- und Feuchteprüfungen sind programmierte Temperaturprofile, Langzeituntersuchungen sowie wiederholte Ein- und Ausschaltzyklen möglich. Schnelle Temperaturwechsel können genutzt werden, um die Reaktion eines Prüflings auf veränderte Umgebungsbedingungen zu untersuchen. Ob damit eine normgerechte Temperaturschockprüfung abgebildet werden kann, hängt vom Prüfprofil, vom Prüfling und von der anzuwendenden Norm ab und wird projektspezifisch bewertet.

Während eines Versuchs können neben der Schranktemperatur weitere Messgrößen erfasst werden, beispielsweise die Stromaufnahme, Temperaturen an ausgewählten Positionen des Prüflings, die HF-Sendeleistung und die HF-Sendefrequenz. Prüfabläufe und Messwerterfassung lassen sich für das jeweilige Device under Test automatisieren. Dies ermöglicht vergleichbare Messreihen und erleichtert die systematische Auswertung temperatur- und feuchteabhängiger Effekte.

Technische Ausstattung

Zum Einsatz kommt ein Klimaschrank vom Typ WK-3-180/40 mit einem Nennvolumen von 190 Litern. Der nutzbare Prüfraum misst 750 × 580 × 450 Millimeter in Höhe, Breite und Tiefe. Für reine Temperaturprüfungen steht ein Bereich von −40 °C bis +180 °C zur Verfügung. Die spezifizierte Temperaturstabilität beträgt ±1,0 °C; als Genauigkeit sind ±0,5 °C angegeben. Die mittleren Änderungsraten beim Aufheizen und Abkühlen betragen jeweils bis zu 4 Kelvin pro Minute.

Für kombinierte Klima- und Feuchteprüfungen können Temperaturen von +10 °C bis +95 °C und relative Luftfeuchten von 10 bis 98 Prozent eingestellt werden. Der spezifizierte Taupunktbereich reicht von −3 °C bis +94 °C. Abhängig vom Betriebspunkt liegen die zeitliche Temperaturabweichung zwischen ±0,1 °C und ±0,5 °C und die räumliche Temperaturhomogenität zwischen ±0,5 °C und ±1,5 °C. Die tatsächlich erreichbaren Bedingungen hängen unter anderem vom Prüfling, von dessen Wärmeabgabe, der Beladung und dem Messaufbau ab.

Leistungen und Anwendungsfelder

• Temperatur- und Feuchtecharakterisierung von Sensoren und Baugruppen
• Funktionsprüfungen während des Betriebs
• Automatisierte Ein- und Ausschaltzyklen und Langzeitmessungen
• Untersuchung temperaturabhängiger HF- und elektrischer Parameter
• Entwicklungsbegleitende Optimierung kundenspezifischer Prüfungen

Der Klimaschrank wird unter anderem für radarbasierte Sensorsysteme, Sensorik für die Stahlindustrie und Untersuchungen an SiGe-Komponenten eingesetzt. Beispiele sind Arbeiten in den Projekten ASRA und RaDime sowie weitere Entwicklungen der industriellen Messtechnik. Das Fraunhofer FHR unterstützt bei der Definition des Prüfprofils, beim Messaufbau, bei der Automatisierung und bei der Auswertung der Messdaten.