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Analyse und Vergleich von Umweltsimulationsnormen für einen offenen europäischen
Rüstungsmarkt
Karl-Friedrich Ziegahn, Fraunhofer ICT, Pfinztal
Normen, in denen Produktspezifikationen und Umweltsimulationsprüfungen festgelegt
sind, die für die Beschaffung von Rüstungsgütern von Bedeutung sind, müssen es in
einem einheitlichen europäischen Rüstungsmarkt ermöglichen, daß Lieferanten aus
verschiedenen Ländern an die Streitkräfte anderer europäischer Länder problemlos
liefern können.
Dabei spielen in zunehmendem Maße auch die zivilen Normen der Umweltsimulation eine
große Rolle. Die EU-Kommission hat der europäischen Normungsorganisation CEN den
Auftrag erteilt, die zahlreichen existierenden nationalen und internationalen Normen
zu sichten, zu vergleichen und Empfehlungen für die zukünftige vorzugsweise Verwendung
auszusprechen. Eine Expertengruppe, die sich im Wesentlichen aus Experten des europäischen
Dachverbandes der Gesellschaften für Umweltsimulation CEEES zusammensetzt, hat Anfang
2004 damit begonnen und bereitet für Mitte 2005 den Abschlußbericht vor.
Erstmals in der Geschichte der Normung der Umweltsimulation wird so ein umfassendes
vergleichendes Werk erarbeitet, das in seiner Bedeutung weit über den Sektor der
Verteidigung hinausreicht. Im folgenden Beitrag werden die Vorgehensweise und die
bisher erreichten Ergebnisse beschrieben.
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Entwicklung der Abgasemissionen des Straßenverkehrs und ihr Einfluss auf die Luftqualität
im Hinblick auf die Umweltsimulation
Dr. Norbert Metz, BMW Group, 80788 München
Der Straßenverkehr hat sich seit 1950 stetig gesteigert und ist Voraussetzung für
eine prosperierende Entwicklung des Bruttosozialprodukts. Sowohl der Güteraustausch,
wie auch der Gedankenaustausch durch Besprechungen in allen Städten erfordern Fahrzeuge,
die schnell und sicher alle Orte im Land erreichen können. Ein Nachteil dieser Entwicklung
war der mit dem Transport verbundene Anstieg von Abgasemissionen. Daher wurden beginnend
in 1970 zunächst für Kohlenmonoxid (CO) und die Kohlenwasserstoffe (HC) und später
auch für Stickstoffoxide (NOx) und Partikel (PM) Emissionsgrenzwerte erlassen, die
seitdem laufend verschärft wurden.
Zur Bilanzierung der Emissionen des Straßenverkehrs
wurde ein Rechen- und Prognosemodell an der TU Wien entwickelt, das im
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Beobachtung und Analyse schneller Belastungsvorgänge
Gerrit Hasselmann, Ralf Wunderlich (Co-Autor), Verpackungsprüflabor, Fraunhofer
Institut Materialfluss und Logistik IML, Dortmund.
„Das ging so schnell, das habe ich nicht gesehen“. Wenn eine Verpackung mit Glas
herunterfällt, ein Kistenstapel umstürzt, ein Behälter zerbricht, dann hört man
hinterher nicht selten diesen Satz. Um nach voran gegangenen Schäden an Verpackungen
Ursachenforschung betreiben, wie aber auch vorbeugende Maßnahmen ableiten zu können,
bedient man sich seit Jahren Techniken, mit denen Umweltbelastungen simuliert werden
können. Als Umweltbelastungen sollen hier mechanische und klimatische Größen betrachtet
werden.
Zur Simulation stehen eine Reihe von Prüftechniken und - anlagen zur Verfügung,
mit deren Hilfe Belastungen präzise und reproduzierbar nachgestellt werden können.
Insbesondere innerhalb der Verpackungslogistik erfährt dieses Vorgehen zunehmende
Bedeutung. Von besonderem Interesse ist hierbei die Überprüfung der Verpackungen
für hochwertige medizinische oder optische Produkte wie aber auch pharmazeutische
und medizinische Präparate und Proben, nicht zu vergessen das Feld der sensiblen
Gefahrgutverpackungen, Vorgänge wie freier Fall, Stoß- und Schwingungsbelastungen
verlaufen in der Regel mit einer Geschwindigkeit, der das menschliche Auge nur sehr
begrenzt folgen kann. Immer dann aber, wenn es im Rahmen der Simulation und Analyse
nicht nur auf das Ergebnis nach einer Belastung ankommt, sondern der Verlauf der
Belastung oder anders gesagt, die Beobachtung der Wechselwirkung zwischen Belastung
und Prüfobjekt entscheidend ist, ist es notwendig Techniken einzusetzen, die diese
Vorgänge aufzeichnen und nachträglich sichtbar machen können.
Um nun das Bewegungsverhalten eines verpackten Guts und den Versagensablauf erfassen
zu können, werden Kameras eingesetzt, die über eine hohe Aufnahmefrequenz verfügen.
Die Hochgeschwindigkeitsfotografie ist eine solche Technik und innerhalb der Umweltsimulation
auch nicht neu. Diese Geräte wurden bis vor einigen Jahren nur als Analog-Geräte
gebaut, womit eine Anzahl von Nachteilen verbunden war. Diese betrafen die Möglichkeiten
der Aufzeichnungsdauer sowie nachträglichen Bildanalyse und, nicht zu vergessen,
Einschränkungen bei der späteren Bearbeitung zur Dokumentation der Ergebnisse.
Die digitale Videotechnik hat hier entscheidende Fortschritte gebracht. Das Fraunhofer
Instituts IML verfügt seit einiger Zeit über eine digitale High-Speed-Farb-CCD-Kamera,
die im Rahmen von Prüfungen erfolgreich eingesetzt wird. Berichtet wird im nachfolgenden
über aktuelle Ergebnisse von Forschungsarbeiten ...
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Zeitraffende Alterung von Gurtbändern und Entwicklung einer Numerischen Umweltsimulation
Dr.-Ing. Thomas Stegmaier, Dipl.-Ing. Dipl.-Ing.(FH) Michael Ernst, Dipl.-Chem.-Ing.
Martin-Uwe Witt Institut für Textil- und Verfahrenstechnik (ITV) Denkendorf
In zeitraffenden Alterungstests wurde der Einfluss von Temperatur und UV-Licht auf
die Alterung bzw. die Veränderung wichtiger Merkmale bei Polyethylenterephthalat-
Filamentgarnen, die verwebt als Gurtband im Fahrzeug eingesetzt werden, untersucht.
Die PET-Faser gehört zur Gruppe der Thermoplaste, ihre Schmelztemperatur liegt zwischen
230°C und 250°C. Der technische Einsatzbereich von PET liegt allgemein im Bereich
von -40°C bis 100°C. Durch die spezielle Zusammensetzung der Fasern und das Verstrecken
liegt die maximale Temperatur der Dauerbelastbarkeit für Gurtbandfilamente bei 150°C.
Bei einem Unfall wird das Gurtband mechanisch stark belastet. Zu diesem Zeitpunkt
muss es die kinetische Energie beim Aufprall auffangen, um das Leben der Insassen
zu schützen. Die Rahmenbedingungen der Umweltsimulation wurden entsprechend der
Anwendung gesetzt.
Die Fahrzeuge werden sowohl in kalten Regionen, wie z. B. Alaska und Sibirien, als
auch in heißen Gebieten wie den Arabischen Emiraten und Wüstengebiete in den USA
(z. B. Las Vegas) benutzt. In Cabrios werden die Gurte außerdem direkt dem Sonnenlicht
und damit der UV-Strahlung ausgesetzt. Da der Sicherheitsgurt im Fahrzeug ein sicherheitsrelevantes
System darstellt, wurde speziell der Einfluss unterschiedlicher Temperaturen und
UV-Strahlung auf ausgewählte Eigenschaften wie die Bruchlast und die Farbänderung
sowie die Vergilbung bei weißen Gurtbändern untersucht. Aus diesen Kenndaten wurden
Basismodelle im Hinblick auf eine Numerische Simulation entwickelt.
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Aufbau und Lötverfahren bestückter Leiterplatten und ihre Bedeutung für den Lebenslauf
von elektronischen Baugruppen (Teil 1)
Marco Huber, Omnisec AG, Rietstrasse 14, CH-8108 Dällikon
Leiterplatten sind Produkte, die seit Jahrzehnten genutzt werden. Es zeigt sich
aber auch, dass nur Wenige, das effektive „Innenleben“ kennen. Dieser Vortrag soll
Ihnen einen Einblick in die Leiterplatte mit deren filigranen Aufbauten ermöglichen.
Es werden Hinweise auf neuralgische Stellen gegeben, die bei einem Herstellerfehler,
aber auch durch „Overstress“ zum Ausfall führen können.
Die in der Entwicklung „gedachten“ Funktionen werden von den Komponenten via der
Leiterplatte als Verbindungsglied zu den Systemen gewährt. Wenn innerhalb diesem
Träger kleinste Mängel oder Defekte durch Fehlmanipulationen usw. vorhanden sind,
sind die Kosten um Potenzen höher als die Kosten der Leiterplatte.
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Zuverlässigkeitsuntersuchungen von elektromechanischen Komponenten
J.Braune, G.Lange, W.Scheuerpflug, K.A.Schmersal GmbH
Neue Normen fordern bei der Zulassung sicherheitskritischer Produkte vom Betreiber
die Angabe von Zuverlässigkeiten des Systems. Der Grund liegt in dem Wahrscheinlichkeitsansatz
dieser neuen Normen. Die Folge ist, daß auch die Zuverlässigkeiten aller Einzelkomponenten
des Systems erforderlich sind. Für elektronische Bauteile wird dies bereits in der
Praxis seit längerem angewendet.
Die Siemens-Norn SN 27500 bzw. die MIL 217 enthalten Angaben zu der Zuverlässigkeit
einzelner Bauteile, so daß das gesamte elektronische Modell simuliert und seine
Gesamtzuverlässigkeit ermittelt werden kann. Dabei ist zu beachten, daß es sich
jedoch nicht um eine exakte Methode handelt,- erhebliche Variationen in der Beurteilung
der Einzelteile und ihrer jeweiligen Belastung können zu deutlichen Unterschieden
in der Gesamtzuverlässigkeit führen.
Für elektromechanische und mechanische Komponenten gibt es jedoch nicht diese Möglichkeiten,
weil die physikalischen Voraussetzungen und z.T. Grundkenntnisse für eine ähnliche
Behandlung fehlen.
Bisher wurden in der Elektrotechnik nur im Bereich der Relais und der Niederspannungsschaltgeräte
bei kleinen Spannungen und kleinen Strömen (IEC 60947-5-4) die Angaben der Zuverlässigkeit
gefordert,- bei den meisten sonstigen Normen wie beispielsweise der IEC 60947-5-1
ist sie nur auf freiwilliger Basis empfohlen und wird daher kaum praktiziert.
Mit dem Auftreten der IEC 61508 wurde erstmals ein probabilistischer Ansatz umgesetzt.
Zusätzlich zu dieser Entwicklernorm entstanden weitere Normen für den maschinenbau
(EN 13849-1) und die Elektrotechnik (Sicherheit von Steuerungen: EN 62061). Dies
hat weitreichenden Einfluß auf die elektrische und elektronische Peripherie (z.B.
Sicherheitsrelais, pneumatische/hydraulische Steuerungen). Normenänderungen: Durch
den geplanten Wegfall der EN 945-1, die die Sicherheit von Steuerungen von Maschinen
bisher geregelt hat und unter der Maschinenrichtlinie gelistet war, wurde die Normen
sowohl für die Maschinenhersteller als auch die Automatisierungstechnik mit elektrischen,
elektronischen und programmierbaren elektronischen Systeme (E/E/PES) neu geregelt.
Die grundsätzlichen Prozesse über den gesamten Lebenszyklus werden in der IEC 61508
beschrieben. Grundlegend und neu ist dabei der probabilistische Ansatz (siehe Abbildung
1), d.h. Ausfälle werden nicht als gleich wahrscheinlich über der Zeit angenommen,
sondern der Realität folgend unterschiedlich häufig.
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Grundsätzliches zur Lebensdauervorhersage in der Bewitterung
Anja Geburtig, Volker Wachtendorf (BAM Berlin)
Oft besteht die Vorstellung, die Lebensdauervorhersage anhand einer einzigen Kennzahl
charakterisieren zu können. Ohne die Randbedingungen des Einsatzes sowie eine genaue
Definition des Ausfallkriteriums ist eine solche Kennzahl jedoch nutzlos. Hier sollen
einige grundsätzliche Überlegungen für eine praxisrelevantere Lebensdauervorhersage
dargestellt werden.
Anstelle eines makroskopischen Ausfallkriteriums kann es – insbesondere bei plötzlichem
Versagen – sinnvoll bzw. notwendig sein, nach einer mikroskopischen Ersatzeigenschaft
zu suchen, die sich kontinuierlich und gut messbar mit der Alterung ändert. Mit
dieser Ersatzeigenschaft sollte es möglich sein, ohne praxisfremde Überhöhung der
Beanspruchung vor dem eigentlichen Versagen Lebensdauervorhersagen zu treffen.
Für Umweltfaktoren, deren Relevanz sich in der Praxis erwiesen hat, werden experimentell
separate empirische Wirkungsfunktionen bestimmt. Durch Kombination verschiedener
Umweltparameter werden mögliche Wechselwirkungen (Synergismen/Antagonismen) untersucht.
Für eine konkrete Kombination von Umweltparametern zu einem bestimmten Zeitpunkt
kann aus den einzelnen empirischen Funktionen ein Wirkungsanteil interpoliert werden.
Durch Aufsummierung der Wirkungsanteile der zeitparametrisierten Umweltfaktoren
kann für diese spezifische Kombination von Umweltbedingungen eine Lebensdauervorhersage
getroffen werden (Numerische Umweltsimulation).
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