1. Frühausfallphase

Die erste Phase ist die Frühausfallphase, die zu Beginn der Lebensdauer eines Produkts auftritt. In dieser Zeit weist das Produkt eine hohe Ausfallrate auf, hauptsächlich aufgrund von Herstellungsfehlern, die bei den Vorversandprüfungen möglicherweise nicht erkannt wurden. Bei CINCON wird jede Stromversorgung zu 100 % geprüft, um sicherzustellen, dass jede Einheit alle Spezifikationen erfüllt, bevor sie versendet wird, wodurch Frühausfälle effektiv eliminiert werden.

2. Nutzungsphase

Die zweite Phase ist die zufällige oder konstante Nutzungsphase. Dies ist auch die normale Ausfallrate des Designs. Diese Phase wird als die Periode angenommen, in der das Produkt im Einsatz sein wird. Die Ausfallrate für diese Periode wird als niedrig und flach erwartet und bleibt somit nahezu konstant.

3. Verschleißausfallphase

Während Produkte über einen längeren Zeitraum im Einsatz bleiben, beginnt die Ausfallrate aufgrund des Materialverschleißes zu steigen und beschleunigt sich mit der Zeit, bis schließlich alle Einheiten ausfallen.

MTBF

MTBF (Mean Time Between Failures) und Lebensdauer sind wichtige Parameter, die in der Produktdesignphase berücksichtigt werden müssen. Sie können helfen, Problemstellen zu lokalisieren, indem überbeanspruchte Teile identifiziert oder der größte Beitrag zur Ausfallrate gefunden wird. Sie sind auch Schlüsselindikatoren für Entwickler/Ingenieure, um eine gute Stromversorgung auszuwählen. Sicherheitsingenieure verwenden häufig verschiedene Methoden und Standards, um den MTBF-Wert von Produkten zu berechnen. Es gibt mehrere Zuverlässigkeitsvorhersagestandards, wie z.B. MIL-HDBK-217F und Telcordia SR332 (Bellcore). Diese beiden sind derzeit die beliebtesten Zuverlässigkeitsstandards auf dem Markt und werden in militärischen und Kommunikationsanwendungen verwendet.

MIL-HDBK-217 ist ein weit verbreiteter Standard, der aus zwei Berechnungsmethoden besteht. Eine ist als Part Stress Analysis Prediction bekannt, die in späteren Designphasen anwendbar ist, und die andere wird als Parts Count Reliability Prediction bezeichnet, die in frühen Designphasen und während der Ausarbeitung des Designs benutzt wird. Bei der Part Stress Analysis Prediction wird die Zuverlässigkeit durch Summieren der Ausfallrate jedes Teils bestimmt. Die Ausfallrate jedes Teils wird individuell bewertet und berechnet, indem die Variablen Umgebungstemperatur, elektrische Belastung, Basis-Ausfallrate, Leistungsbewertung, Betriebsumgebungsfaktor und Teilequalitätsfaktor einbezogen werden. 

Die folgende, einfache Gleichung ist die Formel zur Berechnung der Teileausfallrate λp (siehe Abb. 2).

Ein Beispiel für ein Leistungsmodul: Wenn sein MTBF = 1000Khours (etwa 114 Jahre) beträgt, bedeutet dies nicht, dass jedes Modul 114 Jahre ohne Ausfall arbeiten kann. Aus MTBF = 1/λ ergibt sich, dass λ = 1/MTBF = 1/114 Jahre, das heißt, die durchschnittliche Ausfallrate dieses Leistungsmoduls beträgt etwa 0,88 %/Jahr. Mit anderen Worten, 8,8 Einheiten von 1000 Stück werden pro Jahr im Durchschnitt ausfallen.

Lebensdauer

Im Kontext einer AC/DC-Stromversorgung ist ein entscheidendes Bauteil der interne Aluminium-Elektrolytkondensator. Dieser Kondensator zeichnet sich jedoch als das Bauteil mit der kürzesten Lebensdauer aus und wird deshalb auch als “Critical Component” bezeichnet. Die erwartete Lebensdauer von Stromversorgungen kann durch die Bewertung der erwarteten Lebensdauer dieses Kondensators geschätzt werden. Die Langlebigkeit eines Kondensators hängt von verschiedenen anwendungsspezifischen Faktoren ab, wobei die Betriebstemperatur ein entscheidender Faktor ist. Dies spielt eine bedeutende Rolle bei der Alterung der internen Strukturen und der Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften im Laufe der Zeit. Im Fall von Elektrolytkondensatoren kann die erwartete Lebensdauer durch Reduzierung der Temperatur des Bauteils um 10 °C verdoppelt werden (Arrhenius-Gleichung). Bei Polymer-Kondensatoren ist eine zehnfache Verlängerung der Lebensdauer durch eine Reduzierung der Temperatur um 20 °C am Bauteil erreichbar. Die Formeln zur Schätzung der Lebensdauer sind in Abb. 3 dargestellt.

Wie unterscheidet sich MTBF von der Lebensdauer?

Laut den zuvor bereitgestellten Informationen liegt der Hauptunterschied darin, dass MTBF alle Komponenten umfasst, während sich die Lebensdauer ausschließlich auf die Elektrolytkondensatoren konzentriert. Es ist auch wichtig, dass bei der MTBF-Berechnung verschiedene Methoden angewendet werden. MTBF (Mean Time Between Failures) ist ein statistischer Wert, der die durchschnittliche Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ausfällen eines Systems angibt. Die Lebensdauer (auch Nutzungsdauer) hingegen bezeichnet die gesamte Betriebszeit eines Produkts, bis es endgültig ausfällt und nicht mehr repariert werden kann.

Fazit

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass MTBF und Lebensdauer zwei unterschiedliche, aber komplementäre Parameter sind, die zur Bewertung der Zuverlässigkeit und Langlebigkeit von Produkten herangezogen werden. MTBF hilft dabei, die Häufigkeit von Ausfällen während der Betriebszeit zu verstehen und ist besonders nützlich für die Planung von Wartungs- und Instandhaltungsmaßnahmen. Die Lebensdauer hingegen gibt Aufschluss über die gesamte erwartete Nutzungsdauer eines Produkts und ist entscheidend für die langfristige Planung und den Austausch von Komponenten. Beide Parameter sind unerlässlich, um die Qualität und Zuverlässigkeit von elektronischen Geräten und Systemen zu gewährleisten.

Das FORTEC Power Team berät Sie umfassend und unterstützt Sie bei der Auswahl des richtigen Netzteils für Ihre Stromversorgung.