Erweiterte Messsystemanalyse mittels statistischer Versuchsplanung. Anwendungsbeispiel anhand eines Lebensdauertests für Leistungselektronik

In Elektro- und Hybridfahrzeugen, aber auch in Elektrolokomotiven sowie in Solar- und Windkraftanlagen werden Leistungselektronik-Module zur Energiewandlung (z.B. AC zu DC-Strom) verbaut. Um einen reibungslosen Betrieb über mehrere Jahrzehnte gewährleisten zu können, werden Lebensdauertests (Power Cycling) durchgeführt. Die Power Cycling Tests simulieren den aktiven Betrieb der Module. Dabei werden die Bauteile durch hohen Strom (bis zu 2.000 Ampere) sehr stark erhitzt (maximale Temperatur) und anschließend durch einen Kühler wieder abgekühlt (minimale Temperatur). Dieser Zyklus wird einige zehntausendmal wiederholt und führt zu Verschleiß bis zum Lebensdauerende. Um die Ergebnisse des Tests bewerten zu können, muss die Temperatur der Bauteile präzise gemessen werden. Dabei werden die Baut eile selbst als Temperatursensor verwendet und vor dem Test durch den Prüfer kalibriert. Jedes Bauteil hat im Test sein eigenes Messgerät (Messkarte). Aufgrund des komplexen Vorgangs ist eine erweiterte Messsystemanalyse notwendig. Der Einfluss der Faktoren Prüfer, Bauteile, Messkarten und Kühlmitteltemperatur wurde mittels statistischer Versuchsplanung geprüft. Als Output dienten die gemessenen minimalen und maximalen Temperaturen während des Lebensdauertests.