DE102020103798A1 - Method for monitoring and early detection of corrosion damage to electrical and electronic assemblies, as well as a device for carrying out the method - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung und Früherkennung von Korrosionsschäden an elektrischen und elektronischen Baugruppen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.Es ist daher Aufgabe der Erfindung die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und ein Verfahren bereitzustellen, mittels welchem eine verbesserte Vorhersage zum Zeitpunkt eines korrosionsbedingten Ausfalls eines elektrischen Bauteils und/oder elektrischer Baugruppen und/oder elektrischer Anlagen erfolgt.Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die in den Ansprüchen aufgeführten Merkmale.The invention relates to a method for monitoring and early detection of corrosion damage to electrical and electronic assemblies and a device for carrying out the method. It is therefore the object of the invention to eliminate the disadvantages of the prior art and to provide a method by means of which an improved prediction at the point in time a corrosion-related failure of an electrical component and / or electrical assemblies and / or electrical systems takes place. This problem is solved by the features listed in the claims.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung und Früherkennung von Korrosionsschäden an elektrischen und elektronischen Baugruppen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for monitoring and early detection of corrosion damage to electrical and electronic assemblies and a device for carrying out the method.
Korrosionsbedingte Ausfälle an elektrischen und elektronischen Baugruppen können zu hohen und kostenintensiven Folgeschäden führen. Insbesondere in feuchter Umgebung und/oder in Umgebungen mit wechselnden klimatischen Bedingungen und/oder in feuchter Umgebung in Verbindung mit aggressiven Medien, wie beispielsweise schwefel- und chlorhaltige Schadgase spielt der Korrosionsschutz eine große Rolle, um zum einen die Sicherheit sowie den laufenden Betrieb der Anlagen zu gewährleisten und zum anderen um hohe Wartungskosten mittels Verringerung der Wartungsintensität und Verlängerung der Wartungsintervalle zu verringern.Corrosion-related failures in electrical and electronic assemblies can lead to high and cost-intensive consequential damage. Corrosion protection plays an important role in terms of both the safety and ongoing operation of the systems, particularly in damp environments and / or in environments with changing climatic conditions and / or in humid environments in conjunction with aggressive media, such as sulfur and chlorine-containing pollutants and on the other hand to reduce high maintenance costs by reducing the maintenance intensity and extending the maintenance intervals.
Besonders betroffen von korrosionsbedingten Ausfällen und Kosten sind Einrichtungen und Anlagen der Wasserwirtschaft, insbesondere der Abwasser- und Klärwirtschaft. Der Einsatz elektrischer und elektronischer Baugruppen in solch kritischen Bereichen bedarf daher besonderer Aufmerksamkeit und besonderen Maßnahmen.Equipment and facilities for water management, especially sewage and sewage management, are particularly affected by corrosion-related failures and costs. The use of electrical and electronic assemblies in such critical areas therefore requires special attention and special measures.
Im Allgemeinen wird versucht eine ordnungsgemäße Funktion der elektrischen Anlagen, Baugruppen und/oder Bauteile zu erreichen, in dem die vom Hersteller vorgegebenen Betriebsparameter eingehalten werden. Doch die Betriebsparameter können nicht immer eingehalten werden, beispielsweise auf Grund der Komplexität der Anlagen und/oder eventuell auftretenden Spitzenbelastungen und/oder erhöhten Dauerbelastungen.In general, an attempt is made to achieve proper functioning of the electrical systems, assemblies and / or components by adhering to the operating parameters specified by the manufacturer. However, the operating parameters cannot always be adhered to, for example due to the complexity of the systems and / or possibly occurring peak loads and / or increased continuous loads.
In realen Umgebungen können zwar bereits nach wenigen Einsatzstunden einer Anlage oder elektrischer Komponenten erste Korrosionserscheinungen auftreten, aber bis es jedoch zum tatsächlichen Versagen einer elektrischen Komponente oder einer Anlage kommt, können Monate oder Jahre vergehen. Um dennoch einen sicheren Betrieb der Anlagen zu gewährleisten ist im Stand der Technik das Prinzip der Korrosionsvorhersage bzw. der Frühausfallerkennung bekannt.In real environments, the first signs of corrosion can appear after a few hours of use of a system or electrical components, but it can take months or years before an electrical component or system actually fails. In order to ensure safe operation of the systems, the principle of corrosion prediction or early failure detection is known in the prior art.
Beispielsweise werden mittels Sensoren physikalische Parameter, wie Temperatur, Feuchtigkeit oder Schadgaskonzentration, überwacht und dokumentiert und anhand dieser Umgebungsdaten eine Vorhersage der möglichen Korrosion getroffen.For example, physical parameters such as temperature, humidity or pollutant gas concentration are monitored and documented by means of sensors and a prediction of possible corrosion is made on the basis of this environmental data.
In der Druckschrift
Im Stand der Technik sind ferner Korrosionsschnelltests bekannt, die sich in Anwendungsbereich, Aufwand und Vorhersage unterscheiden. Insbesondere in der Abwasserwirtschaft, der chemischen Industrie und in der Verbrennungsindustrie sind Korrosionsschnelltest, die eine Belastung von u.a. Schwefelhaltigen Verbindungen berücksichtigen, von Interesse.In the prior art, rapid corrosion tests are also known which differ in terms of application, effort and prediction. In particular in the wastewater management, the chemical industry and the incineration industry, rapid corrosion tests, which take into account the contamination of, among other things, sulfur-containing compounds, are of interest.
In der Veröffentlichung von Kurt Vogel „Die Korrosion von Kupfer durch verschiedene Schadgase und Schadgasgemische“ (Tagungsband Elektronische Baugruppen und Leiterplatten - EBL 2012 (GMM-Fachberichte); VDENDI-Gesellschaft Mikroelektronik, Mikrosystem- und Feinwerktechnik) sind Untersuchungen über den zeitlichen Verlauf von Korrosionsvorgängen, insbesondere über synergetische Effekte durch Schadgas-Mischungen, offenbart. Es wurden leiterplattenbasierte Sensoren verwendet.In the publication by Kurt Vogel "The corrosion of copper by various pollutant gases and pollutant gas mixtures" (conference volume electronic assemblies and printed circuit boards - EBL 2012 (GMM-Fachberichte); VDENDI-Gesellschaft Mikroelektronik, Mikrosystem- und Feinwerktechnik) are investigations into the temporal course of corrosion processes , in particular about synergetic effects through harmful gas mixtures, disclosed. Circuit board based sensors were used.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Es ist daher Aufgabe der Erfindung die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und ein Verfahren bereitzustellen, mittels welchem eine verbesserte Vorhersage zum Zeitpunkt eines korrosionsbedingten Ausfalls eines elektrischen Bauteils und/oder elektrischer Baugruppen und/oder elektrischer Anlagen erfolgt.It is therefore the object of the invention to eliminate the disadvantages of the prior art and to provide a method by means of which an improved prediction takes place at the time of a corrosion-related failure of an electrical component and / or electrical assemblies and / or electrical systems.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die in den Ansprüchen aufgeführten Merkmale.This problem is solved by the features listed in the claims.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen verwendet das erfindungsgemäße Verfahren zur Vorhersage eines korrosionsbedingten Ausfalls einer elektrischen Anlage einen leiterplattenbasierten Korrosionssensor, wie beispielsweise in der Veröffentlichungsschrift
Das erfindungsgemäße Verfahren weist folgende Verfahrensschritte auf, wobei die Reihenfolge auch von der im folgenden angegebenen Reihenfolge abweichen kann:
- a. Durchführen von Korrosionsschnelltests an zumindest einer elektrischen Komponente der elektrischen Anlage, welche überwacht werden soll.
- b. Erfassen von Schadensbildern der zumindest einen elektrischen Komponente anhand der Schadensbilder, sowie Auswerten der erfassten Schadensbilder,
- c. Kalibrieren des leiterplattenbasierten Korrosionssensors anhand der erfassten Schadensbilder der zu überwachenden elektrischen Komponente, wobei Kalibrierungsfaktoren verwendet werden,
- d. Verwenden des kalibrierten leiterplattenbasierten Korrosionssensors in der zu überwachende Anlage und Durchführen der Widerstandsmessungen,
- e. sowie Vergleichen der gemessenen Widerstandswerte der Leiterbahnen mit Sollwerten,
- a. Carrying out quick corrosion tests on at least one electrical component of the electrical system that is to be monitored.
- b. Detection of damage patterns of the at least one electrical component on the basis of the damage patterns, as well as evaluation of the detected damage patterns,
- c. Calibration of the circuit board-based corrosion sensor based on the recorded damage patterns of the electrical components to be monitored, with calibration factors being used,
- d. Using the calibrated circuit board-based corrosion sensor in the system to be monitored and performing the resistance measurements,
- e. as well as comparing the measured resistance values of the conductor tracks with target values,
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen kann für die Kalibrierung des leiterplattenbasierten Korrosionssensors auch ein Korrosionsschnelltests am noch nicht kalibrierten und/oder bereits kalibrierten leiterplattenbasierten Korrosionssensor durchgeführt werden. Bei einem nicht kalibrierten Sensor kann in einem solchen Verfahrensschritt getestet werden, in wie weit sich die Widerstandsmessungen unter den angewendeten Korrosionsschnelltest verändern. Dieser Schritt ist gerade zu Beginn der Kalibrierung denkbar. Ferner kann ein kalibrierter leiterplattenbasierter Korrosionssensor mit Hilfe eines Korrosionsschnelltestes getestet werden, anhand dessen Ergebnisse entschieden werden kann, ob der Sensor ausreichend gut für die zu verwendende Anlage kalibriert worden ist, oder ob weitere Änderungen vorgenommen werden müssen.According to various exemplary embodiments, a quick corrosion test can also be carried out on the not yet calibrated and / or already calibrated circuit board-based corrosion sensor for calibrating the circuit board-based corrosion sensor. In the case of a non-calibrated sensor, such a process step can be used to test the extent to which the resistance measurements change under the rapid corrosion test used. This step is particularly conceivable at the beginning of the calibration. Furthermore, a calibrated circuit board-based corrosion sensor can be tested with the aid of a rapid corrosion test, the results of which can be used to decide whether the sensor has been calibrated sufficiently well for the system to be used, or whether further changes need to be made.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei mehreren elektrischen Komponenten zumindest eine kritische elektrische Komponente der zu überwachenden elektrischen Anlage identifiziert wird, anhand dessen Verhalten der leiterplattenbasierte Korrosionssensor kalibriert wird. Vorteilhaft hierbei ist, dass beispielsweise die „schwächste“ Komponente, welche für Korrosion am anfälligsten zu sein scheint, identifiziert wird und anhand dieser der leiterplattenbasierte Korrosionssensor kalibriert wird, so dass anhand der Widerstandsmessungen des kalibrierten Sensors Rückschlüsse darauf gezogen werden können, wann die „schwächste“ Komponente ausfällt.According to various embodiments of the method according to the invention, in the case of a plurality of electrical components, at least one critical electrical component of the electrical system to be monitored is identified, on the basis of which the circuit board-based corrosion sensor is calibrated. The advantage here is that, for example, the "weakest" component, which seems to be most susceptible to corrosion, is identified and the circuit board-based corrosion sensor is calibrated on the basis of this, so that conclusions can be drawn on the basis of the resistance measurements of the calibrated sensor as to when the "weakest" “Component fails.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen erfolgt die Kalibrierung im Verfahrensschritt c) anhand der Leiterbahnen selbst. Kalibrierungsfaktoren sind hierbei beispielsweise eine Dicke d der Leiterbahnen und/oder eine Breite b der Leiterbahnen und/oder eine Oberflächenbeschichtung der Leiterbahnen. Eine Oberflächenbeschichtung kann beispielsweise mittels Kupfer, Kupfer lackiert, Kupfer chemisch vernickelt und/oder lackiert erfolgen und/oder mittels Nickel, Zinn, Silber, Gold und/oder mittels organischen Substanzen (OSP) erfolgen.According to various embodiments, the calibration in method step c) takes place on the basis of the conductor tracks themselves. Calibration factors here are, for example, a thickness d of the conductor tracks and / or a width b of the conductor tracks and / or a surface coating of the conductor tracks. A surface coating can take place, for example, by means of copper, lacquered copper, chemically nickel-plated and / or lacquered copper and / or by means of nickel, tin, silver, gold and / or by means of organic substances (OSP).
Anhand dieser Veränderungen werden die elektrischen Widerstände der Leiterbahnen verändert, aber auch das Reaktionsverhalten der Leiterbahnen auf die umgebenden äußeren Einflüsse wird verändert. Auf diese oder ähnliche Art und Weise werden die Leiterbahnen an das Reaktionsverhalten der elektrischen Komponenten und/oder der kritischen elektrischen Komponenten angepasst. Das Messen der Widerstände der kalibrierten Leiterbahnen gibt darauf Aufschluss in wie weit die Korrosion am kritischen elektrischen Bauelement schon fortgeschritten ist. In diesem Fall kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen des Verfahrens eine Ausgabe eines Signals erfolgen, insbesondere wenn ein Über- und/oder Unterschreiten von vorher definierten Sollwerten erfolgt. Beispielsweise kann anhand der durchgeführten Korrosionstest an den elektrischen Komponenten der zu überwachenden Anlage nicht nur das kritischste Bauelement herausgefunden anhand dessen die Kalibrierung des leiterplattenbasierten Sensors erfolgt, es kann ferner ein Leiterbahnenwiderstands-Sollwert bestimmt werden bis zu welchem sicher garantiert werden kann, dass das kritische Bauteil nicht ausfällt.On the basis of these changes, the electrical resistances of the conductor tracks are changed, but the reaction behavior of the conductor tracks to the surrounding external influences is also changed. In this or a similar manner, the conductor tracks are adapted to the reaction behavior of the electrical components and / or the critical electrical components. Measuring the resistances of the calibrated conductor tracks provides information on how far the corrosion on the critical electrical component has already progressed. In this case, according to various embodiments of the method, a signal can be output, in particular if previously defined setpoint values are exceeded and / or fallen below. For example, based on the corrosion test carried out on the electrical components of the system to be monitored, not only can the most critical component be found on the basis of which the calibration of the circuit board-based sensor is carried out, but a conductor track resistance target value can also be determined up to which it can be reliably guaranteed that the critical component is does not fail.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann beispielsweise entsprechend eines Ampelsystems eine sukzessives Voranschreiten der Korrosion dem Betreiber der Anlage angezeigt werden. Grün kann hierbei verwendet werden, um dem Betreiber zu verdeutlichen, dass (noch) alles ok ist. Die Farbe gelb stellt eine Warnung dar, die veranschaulichen soll, dass demnächst die Korrosion soweit vorangeschritten ist, dass zumindest das kritische Bauelement ausgewechselt werden muss. Und beim Anzeigen der Farbe Rot sollte die Anlage abgestellt werden, da Folgeschäden an der Anlage aufgrund der fortgeschrittenen Korrosion an der Anlage und/oder an der zumindest einen kritischen elektronischen Komponente nicht ausgeschlossen werden können. Eine Verwendung anderer Anzeigesysteme ist denkbar. Ebenso denkbar ist die Sammlung der einzelnen Messdaten und Fernübertragung, um so eine zentrale Überwachung der einzelnen Anlagen zu ermöglichen.According to various embodiments, for example, in accordance with a traffic light system, a successive advance of the corrosion can be indicated to the operator of the system. Green can be used here to make it clear to the operator that everything is (still) ok. The color yellow represents a warning that is intended to illustrate that the corrosion will soon have progressed to such an extent that at least the critical component must be replaced. And when the color red is displayed, the system should be switched off, since consequential damage to the system due to the advanced corrosion on the system and / or on the at least one critical electronic component cannot be ruled out. The use of other display systems is conceivable. The collection of the individual measurement data and remote transmission is also conceivable in order to enable central monitoring of the individual systems.
Das Verfahren erlaubt eine Analyse und Auswertung eines Reaktionsverhaltens von elektronischen Komponenten auf äußere Einflüsse in einem zeitlich abgegrenzten Spektrum. In realen Umgebungen können zwar bereits nach wenigen Einsatzstunden einer Anlage oder elektrischer Komponenten erste Korrosionserscheinungen auftreten, aber bis es jedoch zum tatsächlichen Versagen einer elektrischen Komponente oder einer Anlage kommt, können Monate oder Jahre vergehen. Unter Laborbedingungen werden Anlagen und/oder elektrische Komponenten dieser Anlagen deutlich höheren Schadstoffkonzentrationen und/oder höheren Umwelteinflüssen ausgesetzt, womit die Zeit bis zum Ausfall der Anlagen oder deren elektrischen Komponenten auf Stunden oder Tage verkürzt werden kann. Dieses Vorgehen erlaubt eine umfangreiche Analyse des Ausfalls unter verschiedenen Bedingungen. Der Korrosionsprozess kann umfangreich analysiert werden und Schutzmaßnahmen abgeleitet werden. Basierend auf diesen Ergebnisse kann ein leiterplattenbasierter Korrosionssensor kalibriert werden. Durch geeignete Auswahl von Kalibrierungsfaktoren, wie beispielsweise Leiterbahnendicke, -breite und/oder -oberflächenbeschichtung kann der Sensor derart angepasst werden, dass für verschiedenen Einsatzgebiete, Korrosionsarten und verwendete elektrische Bauelemente jeweils ein gutes Ansprechen auf einer gewünschten Zeitskala erreicht wird.The method allows an analysis and evaluation of the reaction behavior of electronic components to external influences in one temporally delimited spectrum. In real environments, the first signs of corrosion can appear after a few hours of use of a system or electrical components, but it can take months or years before an electrical component or system actually fails. Under laboratory conditions, systems and / or electrical components of these systems are exposed to significantly higher concentrations of pollutants and / or higher environmental influences, which means that the time to failure of the systems or their electrical components can be shortened to hours or days. This procedure allows a comprehensive analysis of the failure under various conditions. The corrosion process can be analyzed extensively and protective measures can be derived. Based on these results, a circuit board-based corrosion sensor can be calibrated. By suitable selection of calibration factors, such as conductor track thickness, width and / or surface coating, the sensor can be adapted in such a way that a good response on a desired time scale is achieved for different areas of application, types of corrosion and electrical components used.
Ausführung der ErfindungImplementation of the invention
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is explained in more detail using an exemplary embodiment.
Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.It goes without saying that other embodiments can be used and structural or logical changes can be made without departing from the scope of protection of the present invention. It goes without saying that the features of the various exemplary embodiments described herein can be combined with one another, unless specifically stated otherwise. The following detailed description is therefore not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention is defined by the appended claims.
Im Folgenden wird eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben:An embodiment of the method according to the invention is described below:
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Vorhersage eines korrosionsbedingten Ausfalls einer elektrischen Anlage 0 unter Verwendung eines leiterplattenbasierten Korrosionssensors 1, welcher derart ausgebildet ist, Widerstandsmessungen seiner Leiterbahnen 2 durchzuführen, weist folgende Verfahrensschritte auf:
- a. Durchführen von Korrosionsschnelltests an zumindest einer elektrischen Komponente 3 der zu überwachenden elektrischen Anlage 0,
- b. Erfassen von Schadensbildern 4 der zumindest einen elektrischen Komponente 3 und Auswerten der erfassten Schadensbilder 4,
- c. Kalibrieren des leiterplattenbasierten Korrosionssensors 1 anhand der Schadensbilder 4 der zu überwachenden elektrischen Komponente 3,
- d. Verwenden des kalibrierten leiterplattenbasierten Korrosionssensors 1 in der zu überwachende Anlage 0 und Durchführen der Widerstandsmessungen, sowie Vergleichen der gemessenen Widerstandswerte der Leiterbahnen 2 mit Sollwerten.
- a. Carrying out quick corrosion tests on at least one electrical component 3 of the electrical system 0 to be monitored,
- b. Detecting damage patterns 4 of the at least one electrical component 3 and evaluating the detected damage patterns 4,
- c. Calibration of the circuit board-based corrosion sensor 1 on the basis of the damage patterns 4 of the electrical component 3 to be monitored,
- d. Using the calibrated circuit board-based corrosion sensor 1 in the system 0 to be monitored and performing the resistance measurements, as well as comparing the measured resistance values of the conductor tracks 2 with setpoint values.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können für die Kalibrierung des leiterplattenbasierten Korrosionssensors 1 Korrosionsschnelltests auch am leiterplattenbasierten Korrosionssensor 1 durchgeführt werden. Hierbei kann das bestehende Reaktionsverhalten auf äußere Einflüsse der Umgebung auf einen nicht kalibrierten und/oder einen kalibrierten Sensor im Schnellverfahren ermittelt werden.According to various embodiments, quick corrosion tests can also be carried out on the circuit board-based corrosion sensor 1 for the calibration of the circuit board-based corrosion sensor 1. The existing reaction behavior to external influences of the environment on a non-calibrated and / or a calibrated sensor can be determined in a rapid process.
Für die Kalibrierung des leiterplattenbasierten Korrosionssensors 1 ist es vorteilhaft bei mehreren elektrischen Komponenten 3 der zu überwachenden elektrischen Anlage 0 zumindest eine kritische elektrische Komponente 3 der zu überwachenden elektrischen Anlage 0 zu identifizieren.For the calibration of the printed circuit board-based corrosion sensor 1, it is advantageous to identify at least one critical electrical component 3 of the electrical system 0 to be monitored in the case of several electrical components 3 of the electrical system 0 to be monitored.
Die Kalibrierung des leiterplattenbasierten Korrosionssensors 1 im Verfahrensschritt c) erfolgt bevorzugt mittels einer Änderung einer Dicke d der Leiterbahnen 2 und/oder mittels einer Änderung einer Breite b der Leiterbahnen 2. Ferner kann die Kalibrierung im Verfahrensschritt c) mittels einer Oberflächenbeschichtung der Leiterbahnen 2 erfolgen, wobei eine Oberflächenbeschichtung beispielsweise mittels Kupfer, Kupfer lackiert, Kupfer chemisch vernickelt und/oder lackiert, Nickel, Zinn, Silber, organischen Substanzen (OSP) und/oder Gold erfolgen kann.The calibration of the printed circuit board-based corrosion sensor 1 in method step c) is preferably carried out by means of a change in a thickness d of the conductor tracks 2 and / or by means of a change in a width b of the conductor tracks 2. Furthermore, the calibration in method step c) can be carried out by means of a surface coating of the conductor tracks 2, wherein a surface coating can take place, for example, by means of copper, lacquered copper, chemically nickel-plated and / or lacquered copper, nickel, tin, silver, organic substances (OSP) and / or gold.
Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen soll der kalibrierte leiterplattenbasierte Korrosionssensor 1 zusammen mit zumindest einer Mess- und Auswerteeinheit in den zu überwachenden Anlagen eingesetzt werden. Ferner kann das erfindungsgemäße Verfahren einen weiteren Verfahrensschritt zur Ausgabe eines Signals aufweisen, wobei das Ausgeben eines Signals beispielsweise bei einem Über- und/oder Unterschreiten vordefinierter Sollwerte der elektrischen Widerstände der Leiterbahnen 2 erfolgt. Ein System zur Anzeige, beispielsweise ein visuelles Warnsystem, z.B. Ampelsystem mit verschiedenen Lichtsignalen, oder ein Audiosystem mit verschiedenen Tonabfolgen, kann den Betreiber der Anlage 0 über das Fortschreiten der Korrosion der Anlage 0 und/oder der zumindest einer kritischen elektrischen Komponente 3 informieren.According to various exemplary embodiments, the calibrated circuit board-based corrosion sensor 1 is to be used together with at least one measuring and evaluation unit in the systems to be monitored. Furthermore, the method according to the invention can have a further method step for outputting a signal, a signal being output, for example, when predefined setpoint values of the electrical resistances of the conductor tracks 2 are exceeded and / or undershot. A system for display, for example a visual warning system, for example a traffic light system with different light signals, or an audio system with different sound sequences, can be used by the operator of the Inform system 0 about the progress of the corrosion of system 0 and / or of at least one critical electrical component 3.
Ein Beispiel zum Ablauf des Verfahrens ist im Folgenden beschrieben:An example of how the procedure works is described below:
An einem handelsüblichen einpoligen Sicherungsautomaten für 230 V / 16 A (elektrische Komponente 3), wie er beispielsweise in einer Schaltanlage in der Abwasser- und Wasserwirtschaft (Anlage 0) verwendet wird, wird einem Korrosionsschnelltest, beispielsweise einem Schwefelwasserstoff-Schnelltest, unterzogen (Verfahrensschritt a)). Nach Durchlaufen des Schnelltests wird das dabei entstandene Schadensbild erfasst und ausgewertet. Das Schadensbild ist ebenso bei einem Einsatz des Sicherungsautomaten in technischen Anlagen der Abwasserwirtschaft bekannt. Dieses Schadensbild stellt sich dort allerdings erst nach mehreren Wochen Einsatz ein. Die Untersuchung und Analyse des Schadensbildes kann beispielsweise mittels lichtmikroskopischer Betrachtung erfolgen. Bei diesem Beispiel ist deutlich, dass sich vor allem metallische Bauteile farblich verändern, welche durch Sulfid- und Oxidbildung hervorgerufen wird. Dies beeinträchtigt die Kontaktwiderstände des Sicherungsautomaten von Schaltern und Klemmen, was zu einer Erhöhung der Spannungsabfälle, zu einer verminderten Stromtragfähigkeit und zu einer stärkeren Erwärmung führen kann. Genauere Betrachtungen darüber hinaus können weitere Schadensbilder aufzeigen, beispielsweise nicht festsitzende Ablagerungen, welche sich ablösen können und immer wieder neue Angriffsfläche der kupfernen Leitungen freilegen können, was zu einer erneuten Reaktion mit dem Schadgas führen kann, wodurch sich beispielsweise nach und nach der Querschnitt von Kupferdrähten verringern kann, was deren Widerstand erhöht. Diese Widerstandserhöhung kann die elektrische Funktionalität des Sicherungsautomaten erheblich beeinträchtigen, oder aber sogar zu einer erheblichen Eigenerwärmung und damit zu einer Erhöhung der Brandgefahr führen. Sich ablösende Partikel der nichtfestsitzenden Ablagerungen können ferner Kurzschlüsse verursachen, was zu Ausfällen der Anlage aber auch zu Bränden führen kann.A standard single-pole circuit breaker for 230 V / 16 A (electrical component 3), such as that used in a switchgear in wastewater and water management (Appendix 0), is subjected to a rapid corrosion test, for example a rapid hydrogen sulfide test (process step a )). After running through the quick test, the resulting damage is recorded and evaluated. The damage pattern is also known when the automatic circuit breaker is used in technical systems for wastewater management. However, this type of damage only occurs there after several weeks of use. The examination and analysis of the damage pattern can take place, for example, by means of a light microscopic observation. In this example it is clear that mainly metallic components change color, which is caused by sulfide and oxide formation. This affects the contact resistance of the circuit breaker of switches and terminals, which can lead to an increase in voltage drops, a reduced current carrying capacity and increased heating. A closer look can also reveal other damage patterns, for example non-adherent deposits, which can peel off and repeatedly expose new attack surfaces on the copper lines, which can lead to a renewed reaction with the harmful gas, which, for example, gradually increases the cross-section of copper wires can decrease, which increases their resistance. This increase in resistance can significantly impair the electrical functionality of the circuit breaker, or even lead to considerable self-heating and thus to an increase in the risk of fire. Detaching particles from the non-adherent deposits can also cause short circuits, which can lead to system failures but also to fires.
Um diesen Folgereaktionen von Korrosionsschäden entgegenzuwirken, wird anhand der ermittelten Schadensbilder 4 ein leiterplattenbasierter Korrosionssensor 1 kalibriert. Mit Hilfe von Kalibrierungsfaktoren 5 wird der leiterplattenbasierte Sensor 1 derart kalibriert, dass die gemessenen Widerstandswerte der Leiterbahnen 2 möglichst gut auf einer gewünschten Zeitskala ansprechen. Hierbei kann der Sensor 1 beispielsweise derart kalibriert werden, dass dieser entweder für den jeweiligen Einsatzort und die dort herrschenden Umgebungsbedingungen (für den Fall dass der Einsatzort der elektrischen Komponenten 3 und/oder der Anlage 0 sowie die dort herrschenden Umgebungsbedingungen bekannt ist) oder für verschiedene Einsatzgebiete und Korrosionsarten auf der vorher ermittelten Zeitskala möglichst gut anspricht. Die Kalibrierung kann mittels Kalibrierungsfaktoren 5 erfolgen, welche beispielsweise die Dicke der Leiterbahnen 2, die Breite der Leiterbahnen 2 und/oder die Oberflächenbeschichtung der Leiterbahnen 2 sind. Die gewünschte Zeitskala kann mittels Vergleichswerten ermittelt werden, wonach beispielsweise bereits kalibrierte leiterplattenbasierte Sensoren 1 zum einen einem Korrosionsschnelltest unterzogen werden und zum anderen am Einsatzort eingesetzt werden. Die relativen elektrischen Widerstände der gleich kalibrierten Sensoren werden zunächst gemessen, um als Referenzwerte zu dienen, und anschließend werden die verschiedenen, aber gleich kalibrierten Sensoren an den verschiedenen Einsatzorten getestet, beispielsweise im Labor und am Einsatzort der zu überprüfenden Anlage, hier beispielsweise über einen Zeitraum von 15 Tagen und/oder einem Zeitraum von 30 Tagen (andere Zeiträume sind denkbar). Gegenüber dem realen Einsatz am Einsatzort kann eine Zeitraffung im Vergleich zur Schadgasexposition im Labor ermittelt werden.In order to counteract these secondary reactions of corrosion damage, a circuit board-based corrosion sensor 1 is calibrated on the basis of the damage patterns 4 determined. With the aid of calibration factors 5, the circuit board-based sensor 1 is calibrated in such a way that the measured resistance values of the conductor tracks 2 respond as well as possible on a desired time scale. Here, the sensor 1 can be calibrated, for example, in such a way that it is known either for the respective place of use and the ambient conditions prevailing there (in the event that the place of use of the electrical components 3 and / or the system 0 and the ambient conditions prevailing there) or for various Areas of application and types of corrosion respond as well as possible on the previously determined time scale. The calibration can take place by means of calibration factors 5, which are, for example, the thickness of the conductor tracks 2, the width of the conductor tracks 2 and / or the surface coating of the conductor tracks 2. The desired time scale can be determined by means of comparison values, according to which, for example, already calibrated circuit board-based sensors 1 on the one hand are subjected to a rapid corrosion test and on the other hand are used at the place of use. The relative electrical resistances of the sensors calibrated in the same way are first measured in order to serve as reference values, and then the different but calibrated sensors are tested at the different locations, for example in the laboratory and at the location of the system to be checked, here for example over a period of time of 15 days and / or a period of 30 days (other periods are possible). Compared to the real use at the place of use, a time lapse can be determined in comparison to the harmful gas exposure in the laboratory.
Zum Ermitteln der gewünschten Zeitskala kann anstatt der kalibrierten Sensoren auch das jeweilige elektronische Bauteil verwendet werden, wobei hierbei die gewünschte Zeitskala jedoch nicht am relativen Widerstandswert ermittelt wird, sondern anhand der Ausfallerfahrungen und/oder der Schadensbilder 4 der elektrischen Komponenten 3.Instead of the calibrated sensors, the respective electronic component can also be used to determine the desired time scale, but the desired time scale is not determined on the basis of the relative resistance value, but on the basis of failure experiences and / or the damage patterns 4 of the electrical components 3.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 00
- Elektrische zu überprüfende AnlageElectrical system to be checked
- 11
- Leiterplattenbasierter KorrosionssensorPCB-based corrosion sensor
- 22
- Leiterbahnen des leiterplattenbasierten KorrosionssensorsConductor tracks of the circuit board-based corrosion sensor
- 33
- Elektrische/elektronische KomponenteElectrical / electronic component
- 44th
- Erfasste SchadensbilderRecorded damage patterns
- 55
- KalibrierungsfaktorenCalibration factors
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 102012218925 A1 [0007, 0012]DE 102012218925 A1 [0007, 0012]
Claims (9)
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| DE102020103798.8A DE102020103798A1 (en) | 2020-02-13 | 2020-02-13 | Method for monitoring and early detection of corrosion damage to electrical and electronic assemblies, as well as a device for carrying out the method |
Applications Claiming Priority (1)
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Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| JP2000146823A (en) | 1998-11-10 | 2000-05-26 | Natl Res Inst For Metals | Evaluating method for corrosion resisting property of metal |
| DE102012218925A1 (en) | 2012-09-10 | 2013-08-14 | Siemens Aktiengesellschaft | System for acquiring corrosion state of electrical contact surface of high-voltage switchgear cabinet, has sensor to determine corrosion sate of electrical contact surface, based on electrical resistance change of specific material |
-
2020
- 2020-02-13 DE DE102020103798.8A patent/DE102020103798A1/en active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000146823A (en) | 1998-11-10 | 2000-05-26 | Natl Res Inst For Metals | Evaluating method for corrosion resisting property of metal |
| DE102012218925A1 (en) | 2012-09-10 | 2013-08-14 | Siemens Aktiengesellschaft | System for acquiring corrosion state of electrical contact surface of high-voltage switchgear cabinet, has sensor to determine corrosion sate of electrical contact surface, based on electrical resistance change of specific material |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| DILER, E. [et al.]: Real-time monitoring of the degradation of metallic and organic coatings using electrical resistance sensors. In: Materials and Corrosion 68 (12), 2017. 1365-1376. |
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