Im Sicherheitstestsystem für elektrische Geräte gibt es einen Kerntest für die Hitzebeständigkeit von Isoliermaterialien — den Kugeldrucktest. Er scheint einfach zu bedienen zu sein, steht aber in direktem Zusammenhang damit, ob elektrische Geräte aufgrund hoher Temperaturen während des Langzeitgebrauchs einen Isolationsfehler erleiden, der weitere Stromschläge, Kurzschlüsse oder sogar Brände verursachen kann. Egal ob es sich um Haushaltssteckdosen, Netzteile oder die Gehäuse von industriellen Steuergeräten handelt, alle müssen den Kugeldrucktest bestehen, um die Sicherheit unter Nennbetriebstemperatur und unerwarteten Hochtemperaturumgebungen zu gewährleisten.

1. Was ist der Kugeldrucktest? Was sind seine Kernfunktionen?

Der Kugeldrucktest ist eine Testmethode, die den Widerstand von Isolierkomponenten elektrischer Geräte unter "mechanischem Druck + Hochtemperaturumgebung" simuliert.

Sein Kernprinzip ist wie folgt: Verwenden Sie einen Stahl-"Kugelstempel" mit einem festgelegten Gewicht (20 N) und einem festgelegten Durchmesser (5 mm), um auf die Oberfläche des zu prüfenden Isoliermaterials zu drücken. Gleichzeitig wird die Temperatur der Testumgebung auf die "Nennwärmebeständigkeitstemperatur" des Materials (oder die maximal erwartete Temperatur des Geräts während des normalen Betriebs) erhöht und für einen bestimmten Zeitraum (normalerweise 1 Stunde) gehalten. Nach dem Test abkühlen lassen auf Raumtemperatur. Beurteilen Sie, ob das Material die Sicherheitsanforderungen erfüllt, indem Sie den "Eindrucksdurchmesser" messen, der auf der Oberfläche des Isoliermaterials verbleibt. Wenn der Eindrucksdurchmesser 2 mm nicht überschreitet, ist die Hitzebeständigkeit des Materials qualifiziert; andernfalls gilt es als nicht qualifiziert.

Aus Sicherheitsgründen hat der Kugeldrucktest zwei Kernfunktionen:

1). Verhindern von "thermischem Verformungsversagen" von Isoliermaterialien: Wenn elektrische Geräte arbeiten, erzeugen interne Komponenten (wie Transformatoren, Widerstände, Chips) Wärme, wodurch die Temperatur der Isolierkomponenten (wie Gehäuse, Klemmenhülsen) erhöht wird. Wenn das Isoliermaterial eine schlechte Hitzebeständigkeit aufweist, kann es sich unter der kombinierten Einwirkung von Temperatur, Eigengewicht und äußerem Druck (z. B. der Befestigungskraft während der Installation) stark verformen, sogar Risse aufweisen oder zusammenbrechen. Dies setzt weitere interne stromführende Komponenten frei und birgt das Risiko eines Stromschlags für Menschen.

2). Vermeiden von "Brandgefahren durch thermische Alterung": Minderwertige Isoliermaterialien beschleunigen die Alterung und erweichen unter hohen Temperaturen. Sie verlieren nicht nur ihre Isolierschutzfunktion, sondern können sich auch zersetzen und unter hohen Temperaturen brennbare Stoffe erzeugen. Sobald sie mit internen Hochtemperaturkomponenten oder elektrischen Funken in Kontakt kommen, können sie leicht Brände verursachen. Der Kugeldrucktest simuliert extreme Arbeitsbedingungen, um Materialien mit unzureichender Hitzebeständigkeit im Voraus auszusortieren und solche Gefahren von der Quelle zu beseitigen.

2. Anwendungsbereich des Kugeldrucktests: Welche Produkte müssen ihn durchlaufen?

Der Kugeldrucktest richtet sich nicht an alle elektrischen Produkte. Er konzentriert sich auf "Isolierkomponenten" und "nichtmetallische Komponenten, die stromführende Teile tragen", und deckt die folgenden Szenarien ab:

1). Haushaltsgeräte: Steckdosengehäuse, Isolierschichten von Steckern, Netzkabelmäntel von Reiskochern, Kunststoffrahmen von Klimaanlagen für den Innenbereich, Lampensockel usw.;

2). Informationstechnologiegeräte: Gehäuse von Laptop-Netzteilen, Router-Gehäuse, Klemmenabdeckungen von Druckern usw.;

3). Industrielle elektrische Geräte: Wechselrichtergehäuse, Isolationswände von Schaltschränken, Hülsen von Motoranschlusskästen usw.;

4) Medizinische elektrische Geräte: Gehäuse von medizinischen Monitoren, Isolierkomponenten von Infusionspumpen (die höhere Hitzebeständigkeitsstandards erfüllen müssen) usw.

Einfach ausgedrückt: Solange ein elektrisches Gerät nichtmetallische Isolierkomponenten enthält, die "einem bestimmten Druck standhalten müssen und während des Betriebs hohen Temperaturen ausgesetzt sein können", muss es den Kugeldrucktest bestehen. Diese Anforderung ist in wichtigen globalen elektrischen Sicherheitsstandards klar festgelegt, wie z. B. den internationalen Standards IEC 60950-1 (Sicherheit von Geräten der Informationstechnik) und IEC 60335-1 (Sicherheit von Haushalt und ähnlichen Elektrogeräten) sowie den chinesischen nationalen Standards GB 4943.1 und GB 4706.1.

3. Ablauf des Kugeldrucktests: Strenge bestimmt die Testergebnisse

Der Kugeldrucktest scheint einfache Schritte zu haben, aber die Parameterkontrolle jedes Glieds beeinflusst direkt die Genauigkeit der Ergebnisse. Er muss in strikter Übereinstimmung mit dem Standardverfahren durchgeführt werden, das in 5 Schritte unterteilt ist:

1). Probenvorbereitung: Repräsentativität und Integrität sicherstellen

Schneiden Sie "repräsentative Proben von Isolierkomponenten" aus dem zu prüfenden Produkt. Die Probengröße muss den Testanforderungen entsprechen (normalerweise eine Dicke von nicht weniger als 3 mm und eine Oberfläche, die groß genug ist, um die Eindrückung des Kugelstempels aufzunehmen). Die Probenoberfläche muss sauber und frei von Kratzern und Ölflecken sein, um zu vermeiden, dass Verunreinigungen die Genauigkeit der Eindruckmessung beeinträchtigen.

2). Testbedingungen einstellen: "Temperatur, Druck, Zeit" präzise steuern

Stellen Sie die Temperatur der Heizkammer gemäß den Produktstandardanforderungen ein. Verbinden Sie den 5 mm-Durchmesser-Stahlkugelstempel mit einem 20 N-Gewicht und stellen Sie sicher, dass der Kugelstempel senkrecht mit gleichmäßigem und stabilem Druck auf die Probenoberfläche drückt. Wenn sich die Temperatur der Heizkammer auf dem eingestellten Wert stabilisiert, starten Sie die Zeitmessung und halten Sie sie 1 Stunde lang aufrecht.

3). Konstanttemperaturwartung: Langfristige Hochtemperatur-Arbeitsbedingungen simulieren

Überwachen Sie während des Tests die Temperatur der Heizkammer in Echtzeit, um sicherzustellen, dass die Temperaturschwankung ±2℃ nicht überschreitet, wodurch Testabweichungen, die durch instabile Temperaturen verursacht werden, vermieden werden. Stellen Sie gleichzeitig sicher, dass der Kugelstempel in engem Kontakt mit der Probenoberfläche bleibt, ohne sich zu verschieben. Wenn die Probe sich unter hoher Temperatur vorzeitig stark verformt, notieren Sie die Verformung als Grundlage für die spätere Beurteilung.

4). Abkühlen und Eindruckmessung: Der Schlüssel "Ergebnisbeurteilungslink"

Nehmen Sie nach Ablauf der Testzeit die Probe sofort aus der Heizkammer und kühlen Sie sie auf Raumtemperatur 23℃±2℃ ab (verwenden Sie kein kaltes Wasser oder andere Methoden zur schnellen Abkühlung, um ein Schrumpfen des Materials zu vermeiden, das die Eindruckgröße beeinflusst). Verwenden Sie ein Messwerkzeug mit einer Genauigkeit von nicht weniger als 0,01 mm (z. B. ein Mikroskop oder einen Messschieber), um den "maximalen Durchmesser" des Eindrucks auf der Probenoberfläche zu messen. Beachten Sie, dass der Eindruck kreisförmig oder elliptisch sein kann, daher muss der Benutzer den Durchmesser des längsten Teils messen. Vergleichen Sie mit den Standardanforderungen: Wenn der Eindrucksdurchmesser ≤2 mm beträgt, wird die Probe als "qualifiziert" beurteilt; wenn der Durchmesser ＞2 mm beträgt, wird sie als "nicht qualifiziert" beurteilt, was darauf hindeutet, dass die Hitzebeständigkeit des Materials die Anwendungsanforderungen nicht erfüllen kann.

4. Fazit: Ein kleiner Test für große Sicherheit

Als "grundlegender, aber entscheidender" elektrischer Sicherheitstest scheint der Kugeldrucktest nur einen kleinen Eindruck zu messen, aber er trägt die wichtige Verantwortung, das Leben und das Eigentum der Benutzer zu schützen. Für Hersteller ist die strikte Durchführung des Kugeldrucktests und die Auswahl von Isoliermaterialien, die den Anforderungen entsprechen, eine Voraussetzung für die Einführung von Produkten in Übereinstimmung mit den Vorschriften. Für Verbraucher ist das Verständnis der Bedeutung des Kugeldrucktests und die Beachtung, ob elektrische Produkte relevante Sicherheitszertifizierungen bestanden haben (was impliziert, dass der Kugeldrucktest bestanden wurde), beim Kauf ein wichtiger Weg, um Sicherheitsrisiken zu vermeiden.

Da sich elektrische Geräte in Richtung "Miniaturisierung und hohe Leistung" entwickeln, wird die Dichte der internen Komponenten höher und die Wärmeentwicklung nimmt zu. Dies stellt höhere Anforderungen an die Hitzebeständigkeit von Isoliermaterialien. Dies bedeutet, dass die Bedeutung des Kugeldrucktests immer wichtiger wird. Nur durch die Einhaltung des Prinzips "die Teststandards nicht zu senken und die Testverfahren nicht zu vereinfachen" kann jedes elektrische Produkt mit zuverlässigen Isolationssicherheitsgarantien ausgestattet werden.