Netzteile

Was Sie über die Lebensdauer von Stromversorgungen wissen sollten

| Redakteur: Thomas Kuther

Das 100 W Netzteil ZMS 100 von TDK-Lambda weist dank ausgefeiltem Thermodesign eine Lebensdauer von über 10 Jahren (bei 230 VAC, 75% Last und Luftkonvektion) auf.
Das 100 W Netzteil ZMS 100 von TDK-Lambda weist dank ausgefeiltem Thermodesign eine Lebensdauer von über 10 Jahren (bei 230 VAC, 75% Last und Luftkonvektion) auf. (Bild: TDK-Lambda)

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Wie langlebig ist eine Stromversorgung unter den vorgebenen Einsatzbedingungen im Endgerät? Die Antwort auf diese Frage findet sich nicht einfach als Zahlenwert in den Spezifikationen der Hersteller.

Es war ein schwüler Sommertag. Das Thermometer zeigte 30 °C – und das Display des Magnetresonanztomographen den Ausfall einer Stromversorgungseinheit. Die Maschine war erst fünf Jahre alt. Der sofort kontaktierte Service kündigte sich für den nächsten Morgen an. Zu spät für den Patienten, der bereits im MRT lag und alle anderen im vollen Wartezimmer der radiologischen Praxis. Die Patienten mussten nach Hause geschickt und neue Termine vereinbart werden. Viel Ärger, Verdienstausfall und auch ein Stück weit Vertrauensverlust in die Verfügbarkeit der Technik bei Personal und Patienten.

Schuld am Ausfall war ein Elektrolytkondensator

Und das alles wegen eines ElektrolytkKondensators, wie sich später beim Netzteilhersteller heraus stellte. Der Kondensator hatte aufgrund der Erwärmung sein Leben ausgehaucht. Dabei war das Medizintechnikunternehmen bei der Auswahl dieser Stromversorgung von einer ausreichend langen Lebensdauer ausgegangen. Als MTBF-Wert, Mean Time Between Failure, wurden vom Hersteller 270.000 h angegeben, das entspricht einer Zeitspanne von 30 Jahren. Weitere Eigenschaften, wie Überlast-, Kurzschluss-, und Überspannungs-Schutz versprachen darüber hinaus ein langes, störungsfreies Produktleben.

Ohne Lüftungsschlitze steigt die Innentemperatur

Der Hersteller hatte sich für Netzteile mit Konvektionskühlung entschieden. Elektrik und Elektronik des MRT-Geräts waren bereits im Labor erfolgreich ausgetestet, als das Produktdesign noch einmal Veränderungen am Gehäuse vornahm. Die Lüftungsschlitze verschwanden und alles sollte kompakter werden. Die Folge war eine Erhöhung der Innentemperatur.

Udo Schweizer vom Stromversorgungshersteller TDK-Lambda hält es nicht für abwegig, dass die Änderungen an der Gehäusegestaltung des Kunden für das Versagen des Netzteils verantwortlich waren. Schweizer, als Product Manager und Field Application Engineer für Standard-Einbaustromversorgungen zuständig, wird tagtäglich mit Fragen der Lebensdauer von Stromversorgungen konfrontiert. „10 Kelvin Temperaturerhöhung am Kondensator halbieren die Lebensdauer“, so sein ernüchterndes Resümee.

Eigenerwärmung am Elko addiert sich zur Umgebungstemperatur

Am Elko addiert sich zur Umgebungstemperatur die Eigenerwärmung, hervorgerufen durch einen mehr oder weniger ausgeprägten Ripple-Strom in den Elko. Im Industriebereich sind Betriebstemperaturen bis 50°C der Standard. Angenommen ein 105-°C-Elko mit 10.000 h Lifetime ist bei 50 °C Umgebungstemperatur einer Eigenerwärmung von 25 °C ausgesetzt, das sind 30 K unter Spezifikation. Daraus resultiert eine Lebenserwartung von 80.000 h – etwa 9 Jahren. In besagtem MRT-Gerät treten jedoch in einigen Zonen des Gehäuses bis zu 70 °C und mehr auf. Selbst bei einer deutlich reduzierten Eigenerwärmung lassen sich mit den gebräuchlichen 105 °C Elkos hier nur noch wenige Jahre Lebenserwartung realisieren. Höherwertige Elkos bis 130 °C gibt es zwar, in Standard-Stromversorgungen findet man diese jedoch selten.

Was bei der Evaluation konkret zu beachten ist

Schweizer rät dazu, stets die Einbau- und Betriebssituation der Netzteile zu berücksichtigen. Die Hinweise zur MTBF allein sind keine Entscheidungskriterien: „Die publizierten Spezifikationen der Hersteller liefern keine konkreten Zahlenangaben zur Lebenserwartung der Geräte. Zu viele äußere Faktoren spielen eine Rolle. So dass sich die Lebenserwartung nicht einfach als Zeile unter den Spezifikationen mit auflisten lässt. Die gewährte Garantie gibt sicher einen ersten Anhaltspunkt, wie lange das Gerät wohl halten wird“, sagt der Netzteil-Spezialist.

Viele verlassen sich bei der Auswahl der Bauteile auf die Angabe der MTBF. Für diese gibt es verschiedene Berechnungsmethoden – z.B. MIL-HDBK-217, Bellcore/Telcordia oder auch Siemens Norm. Abweichungen um den Faktor 10 bis 50 sind dabei üblich. Ohne konkrete Aussagen zur Berechnungsgrundlage der MTBF sind die Angaben der Hersteller wenig hilfreich. Klammert der Hersteller zudem verschleißanfällige Komponenten – wie zum Beispiel Lüfter – aus der Berechnung aus, werden Produktvergleiche erst recht fragwürdig.

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