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Test-to-Failure für mehr Zuverlässigkeit

Langfristige Leistungsfähigkeit von Steckverbindern garantieren

20. Februar 2025, 9:26 Uhr | Autor: Ahmed Abou Gharam, Redaktion: Irina Hübner

»Design for Reliability« erfordert eine Neubewertung traditioneller Testmethoden sowie innovative Modelle zur Vorhersage der Zuverlässigkeit.

In einer Welt mit immer komplexeren Fahrzeugen spiegelt das Testen von Komponenten nach allgemeinen Spezifikationen nicht mehr unbedingt die realen Anwendungsfälle wider. Wie trägt Test-to-Failure dazu bei, dass Komponenten zuverlässig funktionieren?

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Für Fahrzeugentwickler bringt jede neue Funktion und Architektur eine Reihe einzigartiger Herausforderungen mit sich, insbesondere wenn solche Fortschritte gleichzeitig erfolgen. So verfügen Elektrofahrzeuge und Fahrzeuge mit fortschrittlichen Fahrerassistenzsystemen über deutlich komplexere elektrische Systeme und Sensoren als herkömmliche Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor.

Sie erfordern neue Ansätze für das Wärmemanagement, einen stärkeren Fokus auf die Batteriesicherheit und funktionale Sicherheit für elektrische Lenkung und Bremsen. Herausforderungen wie diese werden mit neuen Funktionen in Elektrofahrzeugen, interaktiveren Infotainmentsystemen, der kontinuierlichen Weiterentwicklung von Fahrerassistenzsystemen und der Weiterentwicklung des vollständigen autonomen Fahrens noch weiter zunehmen.

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Mit der zunehmenden Komplexität elektrischer Fahrzeugsysteme steigen auch die Leistungsanforderungen an die verwendeten Komponenten. So können einige Steckverbinder in Elektrofahrzeugen nicht nur während der Fahrt, sondern auch während des Ladevorgangs nahezu im Dauerbetrieb sein und müssen so konzipiert sein, dass sie diesen zusätzlichen Betriebsbedingungen standhalten.

Die Fahrzeuge von heute und morgen verlangen von Komponentenherstellern wie Molex, sicherzustellen, dass die Teile den Standards sowie den gesetzlichen Anforderungen entsprechen und während der gesamten Lebensdauer des Fahrzeugs zuverlässig funktionieren. »Design for Reliability« (DFR) erfordert einen grundlegenden Wandel, der eine Neubewertung traditioneller Testmethoden und innovative Modelle zur Vorhersage der Zuverlässigkeit mit einschließt. Künstliche Intelligenz (KI) und maschinelles Lernen (ML) helfen dabei, Designs für reale Bedingungen zu optimieren – bis hinunter auf die Komponentenebene.

Von Test-to-Pass zu Test-to-Failure

Obwohl die Funktion von Fahrzeugen immer komplexer wird, arbeiten viele Hersteller daran, die Komponenten zu vereinfachen und nach Einzellösungen zu suchen, die an verschiedenen Stellen mit unterschiedlichen Belastungsbedingungen oder Arbeitszyklen eingesetzt werden können. Molex konstruiert seine Steckverbinder deshalb so, dass sie größeren Hitze-, Vibrations-, Eindring-, Korrosions- und anderen Variablen standhalten. Dazu muss jedoch die Konstruktionsstärke für einen zuverlässigen Betrieb ermittelt werden und das traditionelle Test-to-Pass-Modell auf Test-to-Failure umgestellt werden.

Test-to-Pass ist zwar die historische Norm, sagt aber nur aus, ob die Testkriterien erfüllt sind oder nicht. Es misst weder, wie groß die Abweichungen sind, , noch den Sicherheitsfaktor beim Bestehen. Im Gegensatz dazu bestimmt Test-to-Failure die Sicherheitsmargen oder die Differenz zwischen den Designgrenzen, beispielsweise der Produktfestigkeit) und den Akzeptanzkriterien der Spezifikation.

Dieser Ansatz ist nicht nur im Transportwesen zu finden; er spiegelt die Herausforderung wider, mit der Entwickler konfrontiert sind, wenn komplexere, funktionsreichere Erwartungen zu berücksichtigen sind. In der kürzlich durchgeführten Molex Reliability and Hardware Design Survey unter mehr als 750 Entwicklern und Systemarchitekten gaben 86 % der Befragten an, dass sie neue Produkte so entwerfen, dass sie entweder die aktuellen Anforderungen übertreffen oder zusätzlich zu den aktuellen Anforderungen mögliche zukünftige Anforderungen erfüllen.

Mit Test-to-Fail an die Grenzen gehen

Wie treibt Molex also diesen Übergang zu praxisnahen Zuverlässigkeitstests voran? Beschleunigte Lebensdauertests (ALT; Accelerated Life Testing) sind eine branchenübergreifende Methode, um die Lebensdauer eines Produkts im Feld zu simulieren. Das Produkt wird dabei über einen verkürzten Zeitraum extremen Umgebungs- und Nutzungsbedingungen ausgesetzt. Anschließend wird festgestellt, ob es die Spezifikationen noch erfüllt. Diese Belastungen können Belastungen sein, die über alltägliche Anwendungsfälle hinausgehen, zum Beispiel hohe Vibrationen oder Temperaturen, oder beschleunigte Nutzungsraten wie wiederholtes Anschließen und Trennen eines Steckers. Zu beachten ist jedoch, dass ALT keine ideale Teststrategie ist und bei unsachgemäßer Anwendung zu Unter- oder Überdimensionierung führen kann.

Test-to-Failure sorgt für ein genaueres Verständnis der Produktfestigkeit im Verhältnis zur Belastung im Feld, da die Komponente bis zum Versagen belastet wird. Die Daten können auch zur Entwicklung des ALT-Beschleunigungsfaktors verwendet werden. Durch Test-to-Failure-Methoden können Entwickler ein Produkt optimieren, ohne es überzudimensionieren, und gleichzeitig sicherstellen, dass die Leistungs- und Zuverlässigkeitsanforderungen erfüllt werden.

Molex verwendet die Test-to-Failure-Methode, um besser zu verstehen, wie gut die Produkte des Unternehmens realen Umgebungen standhalten. Aktuelle und zukünftige Produktdesigns lassen sich so verbessern, und wir vermitteln unseren Kunden Vertrauen. Dabei misst Molex nicht nur die Leistungsfähigkeit eines physischen Produkts oder Prototyps, sondern stellt auch Prognosen zur Zuverlässigkeit während des gesamten Produktentwicklungszyklus.

Vorhersagemodelle mit Test-to-Failure-Daten trainieren

Vorausschauende Entwicklung und digitale Zwillinge haben im Fahrzeugbau schon lange ihren Platz, aber Molex wendet diese Methoden jetzt auch auf Komponentenebene an. Dabei werden Daten verwendet, die durch umfangreiche Produkttests, zum Beispiel Test-to-Failure, erfasst und durch POF-Modelle untermauert werden.

Sowohl den Kunden als auch Molex bietet diese Vorgehensweise mehrere Vorteile, darunter:

Produkte sind nachweislich in der Lage, den anspruchsvollen Bedingungen standzuhalten – mit den unterstützenden Daten als Beweis.
Die Prototyp- und Testphase kann einfacher, kostengünstiger, kollaborativer und sogar experimenteller sein, wodurch sich virtuelle Prototypen vor dem physischen Prototyping verbessern lassen.

Besser noch: Die KI- und ML-Modelle, die diese Methoden unterstützen, werden kontinuierlich mit den neuesten Produkttestergebnissen trainiert, was sie mit der Zeit immer leistungsfähiger und genauer macht. Eine solche Modellierung erlaubt eine breitere Anwendung über ein weites Anwendungsspektrum hinweg.

Die nächste Generation von Zuverlässigkeitstests

Als Anbieter von Verbindungslösungen für das Transportwesen kombiniert Molex ein umfangreiches Produktangebot mit einem breiten Spektrum an interdisziplinärem Fachwissen – von der Entwicklung über das Prototyping bis hin zu Tests. Die langjährige Erfahrung des Unternehmens mit Test-to-Failure-, ALT- und anderen Design-for-Reliability-Methoden hat den Grundstein für den beschriebenen innovativen und vorausschauenden Ansatz gelegt. Die Kunden erhalten dadurch Daten, die sie für eine fundiertere Entscheidungsfindung und ein größeres Vertrauen in die langfristige Zuverlässigkeit der Produkte benötigen.

Der Autor

Ahmed Abou Gharam
ist Design for Reliability Director bei Molex. In dieser Position leitet er ein multidisziplinäres Ingenieur-Team. Die Gruppe konzentriert sich auf die Entwicklung von Zuverlässigkeitsprüfungen und Validierungsstrategien, um sicherstellen zu können, dsas die Produkte in punkto Zuverlässigkeit, Leistungsfähigkeiten sowie in Übereinstimmung mit den gängigen Normen funktionieren. Vor seiner Tätigkeit bei Molex arbeitete er für Unternehmen wie die Litens Autmotive Group und General Motors.