Multifunktionstest

Elektrische Sicherheitstests in der Produktion

| Autor / Redakteur: Roland Blaschke und Klaus Diederich * / Hendrik Härter

Sicherheitstest: Automatisierte, schlüsselfertige Systemlösung mit OMNIA 2, SC6540 und Stromquelle aus der 7000er Serie von APT.
Sicherheitstest: Automatisierte, schlüsselfertige Systemlösung mit OMNIA 2, SC6540 und Stromquelle aus der 7000er Serie von APT. (Bild: LX Instruments)

Strengere Normen und ein verbesserter Schutz für Anwender elektrisch betriebener Geräte erfordern aufwendigere Sicherheitstests. Wir zeigen, wie getestet wird und welche Messgeräte dabei helfen.

Bedingt durch immer strengere Normen wachsen auch die Anforderungen an elektrische Sicherheitsprüfungen in der Produktion. In der Vergangenheit wurden routinemäßig nur dielektrische Spannungsfestigkeits- und Durchgangsprüfungen zu 100 Prozent in der Produktionslinie ermittelt. Heute stellen Hersteller elektrisch betriebener Geräte bei Risikoanalysen für Produktmontageprozesse immer häufiger fest, dass zur Risikominderung zusätzliche Tests erforderlich sind.

Die Prüfumfänge werden kontinuierlich erweitert. So ähneln neuere Generationen von Testsystemen im industriellen Prüffeld immer mehr dem umfangreichen Gerätepark im Labor. Um dennoch die in der Fertigung gewünschte Testeffizienz zu erreichen, müssen herkömmliche Testverfahren und -abläufe verbessert werden. Zum Einsatz kommen dabei multifunktionale Sicherheitstestgeräte. Früher gehörten zu einem Testaufbau ein Trenntransformator, ein Hochspannungstester, ein Durchgangs- und ein Leckstrom-Messgerät. In neuen Geräten für die Produktion sind alle Funktionen integriert. Das ermöglicht ein automatisiertes Setup, reduziert Bedienerfehler und vereinfacht die Testintegration. Per Software wird der Testablauf programmiert und ausgeführt, die Ergebnisse abgespeichert und weiterverarbeitet.

Sicherheitsstandards und Risikoanalyse

Für die Hersteller und ihre Produkte gelten Sicherheitsstandards und die Risikoanalyse gewinnt an Bedeutung. In der 3. Ausgabe der Sicherheitsbestimmungen für elektrische Mess-, Steuer-, Regel- und Laborgeräte (IEC 61010-1) wurde bereits 2010 der Abschnitt 17 „Risikoanalyse“ neu ergänzt. Das Normengremium will damit Szenarien abdecken, die in der Basisrichtlinie nicht berücksichtigt waren. Die IEC 60601-1, der Standard für medizinische elektrische Geräte, enthält in der 3. Ausgabe die Norm ISO 14971 als normativen Verweis, die sich mit der Anwendung des Risikomanagements auf Medizinprodukte beschäftigt.

Folgendes Szenario: Der Hersteller eines relativ einfachen medizinischen Produkts, beispielsweise eines Blutdruckmessgeräts oder eines Pulsoximeters, muss für seine neue Baureihe eine Risikoanalyse durchführen. Es wird festgestellt, dass bei bestimmten Geräten bei einer Unterbrechung des Nullleiters relativ hohe Leckströme auftreten, die fast den zulässigen Maximalwert von 10 mA erreichen. Um bei allen Geräten einen Wert über 10 mA auszuschließen, entscheidet sich der Hersteller, in der Produktionslinie bei allen Geräten eine Leckstromprüfung einzuführen.

Der zusätzliche Test stellt eine besondere Herausforderung dar. Das zum Einsatz kommende Testsystem muss eine komplexe Testreihe ausführen können, aber das Testen trotzdem einfach und effizient gestaltet sein. Multifunktionale Testinstrumente können eine einfache Lösung für dieses Problem bieten.

Eine Kurzübersicht elektrischer Sicherheitsprüfungen

Um ihre Sicherheit zu gewährleisten, durchlaufen elektrische Geräte in der Fertigung rigorose Testreihen. Darunter fallen die Schutzerde- oder PE-Prüfung, die Spannungsfestigkeits- oder Hochspannungsprüfung (auch Hipot-Test genannt) sowie die Leckstromprüfung. Alle Prüfungen haben bestimmte Parameter, um unterschiedliche Probleme bei Geräten zu erkennen. In der Tabelle (Bildergalerie) sind allgemeine Einstellungen für die Hochspannungsprüfung aufgeführt, die von unterschiedlichen Sicherheitsnormen gefordert werden.

Die Schutzerde- bzw. PE-Prüfung soll die Integrität des Schutzleiters bei elektrischen Geräten überprüfen. Der Schutzleiter muss alle Leckströme ableiten können, denen er eventuell durch einen Produkt- oder Isolierungsdefekt ausgesetzt wird. Existiert ein Pfad mit niedriger Impedanz gegen Masse, können beispielsweise Sicherungen oder Schutzschalter eingesetzt werden, die im Fehlerstromfalle zu einer Trennung führen. Damit dieses Schutzsystem sicher arbeitet, muss ein Durchgang zwischen leitenden Bauteilen und dem Erdungsanschluss des Produkts vorhanden sein.

Das Bild 1 zeigt ein Ersatzschaltbild für eine Schutzerdeprüfung. Zunächst wird Strom am Erdungsanschluss des Produkts eingespeist. Definierte Prüfpunkte des Chassis und andere berührbare metallische Bauteile werden kontaktiert, um zu prüfen, ob die Verbindung zwischen Schutzerde und berührbarem Bauteil die zu erwartenden Ströme ableiten kann.

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