Posts Tagged ‘pudotus’

ISTA 3E päivittyi

5.8.2017

ISTA julkaisi hiljattain muutoksia 3E-testisarjaan. Kyseinen testisarja on tarkoitettu lavalla kuljetettaville pakkauksille ja se simuloi yleisiä kuljetusolosuhteita. Oma mielipiteeni on, että tämä sarja on paras ja selkein testisetti lavalla kulkeville laitteille samoin kuin lähetyksille, joissa on samanlaisista laatikoista koostuva lavakuorma.

Muutokset ovat seuraavat:

  • Pinonnassa aiemmin kaava ei kovin viisaasti ottanut huomioon tilannetta, jossa lavalla on useampia kerroksia pieniä laatikoita. Kaava supistuu samaksi vanhan version kanssa tilanteessa, jossa lavan päällä on vain yksi laatikko.
  • Pinonnassa tulee kuorman päällä käyttää samanlaista lavaa, kuin allakin on. Tämä on looginen muutos ja kuvaa paremmin todellista tilannetta. Olen tätä menetelmää puolivirallisissa testeissä käyttänytkin, sillä pahvikonttien tapauksessa on hyvä ymmärtää epätasaisen jakauman aiheuttama vaikutus.
  • Törmäystestissä on kasvatettu nopeutta.
  • Merkittävä muutos on pudotustestin korkeuden muuttaminen painosta riippuvaksi. Aiemmin korkeus oli aina 200 mm, kun uudessa se on 230 mm alle 230 kg kuormalle ja 150 mm yli 230 kg kuormalle.
  • Käyttötarkoitus on uudessa versiossa tarkennettu tilanteeseen, jossa rekkaan lastataan samanlaisia lavoja. Aiemmin tätä rajausta ei ollut ja kuljetusmuotoakaan ei ollut rajoitettu rekkakuljetukseen.

Perustelut löytyvät standardin valmistelumateriaalista. Alla olevasta videosta selviää rotational edge dropin idea. Tällainen tilanne on trukkikäsittelyssä paljon todennäköisempi kuin IEC 60068-sarjan suora pudotus.

Mainokset

Tehdään pudotukset IEC:n mukaan

4.1.2015

Pudotusvaatimuksissa yleisin viite on ”IEC:n mukaiset pudotukset”. Tässä tarkoitetaan standardia IEC 60068-2-31 Test Ec: Rough handling shocks, primarily for equipment-type specimens. Viittaus on oikean suuntainen, sillä tuo standardi kertoo, miten pudotustesti tulee suorittaa. Sieltä löytyvät tiedot suositelluista korkeuksista, alustan materiaaleista ja osin myös pudotussuunnista. Standardin mukaan voidaan täysin perustellusti tehdä pudotukset vaikkapa 25 mm:n korkeudesta ja kirjoittaa testiraportti, joka kertoo pakkauksen täyttävän IEC 60068-2-31 vaatimukset.

IEC:n ympäristötestistandardit edellyttävät pakkaustesteissä kolmen standardin käyttöä. Ensin määritellään haluttu olosuhdeluokka tulkiten IEC 60721-3 -sarjan standardeista. Tuloksena voi mekaanisissa rasituksissa olla esimerkiksi luokka 2M2. Tämän jälkeen tutkitaan IEC 60721-4-2:sta, millaiset testit vastaavat valitun olosuhdeluokan vaatimuksia. Tästä standardista löytyy usein käytetty metrin pudotus alle 10 kg:n kappaleelle sekä viite käytettävään testimenetelmään eli 60068-2-31 -standardiin.

Syynä monimutkaisuuteen on IEC:n olosuhdestandardien yleiskäyttöisyys. Samoja testejä käytetään laitteille ja pakkauksille. Kokonaisuudessaan vaatimuskentästä tulee hyvin laaja, jolloin menetelmästandardeihin ei voi järkevästi sisällyttää tietoa olosuhteista. Mikäli pakkaustesteissä haluaa välttää vaatimusmäärittelyssä monimutkaisuuden kannattaa katse suunnata yksinomaan pakkauksille tarkoitettuihin standardeihin kuten ISTA -standardeihin.

Kiihtyvyyden mittaaminen

22.6.2014

Aiemmissa pudotustestejä käsittelevissä jutuissa olen pitänyt kiihtyvyyttä absoluuttisena arvona, joka saadaan helposti selville. Todellisuudessa kiihtyvyyden mittaamiseen liittyy käytettävästä taajuusalueesta johtuva epävarmuustekijä.

Pudotuksessa saatava kiihtyvyyskäppyrä muodostuu suuresta joukosta eri taajuuksilla olevia sinimuotoisia värähtelyjä, joiden yhteisvaikutus muodostaa mittaustuloksen. Pudotuksessa matalimman taajuuden käyrä on vaimentimen jousto. Tämän perustaajuuden lisäksi tuloksena on aina suuremmalla taajuudella olevia käyriä, jotka johtuvat mitattavan kohteen värähtelystä. Erityisesti suurilla peltipinnoilla näitä värähtelyjä on paljon ja suurille taajuuksille. Tämä johtaa epäselvään mittaustulokseen, mikäli koko mitattavissa oleva taajuusalue huomioidaan.

Mittauksen selventämiseksi joudutaan käyttämään alipäästösuodatinta, joka rajaa mitattavan taajuusalueen johonkin valittavaan rajaan. Samalla kuitenkin rajoitetaan mittauksesta saatavaa huippukiihtyvyyttä, sillä terävimmät piikit muodostuvat suurista taajuuksista. Suuret mittaustulokset eivät ole mittausvirhe, vaan mitattava kohde todellisuudessa kokee ne, joten suodattamalla saadaan tilanteesta todellisuutta ruusuisempi kuva.

Damage boundary curve-teorian mukaan pudotuksessa vaurioon tarvitaan kaksi tekijää, nopeus ja kiihtyvyys. Samaa teoriaa voidaan soveltaa pudotuksessa esiintyvään kertaluontoiseen rasitukseen. Suurella taajuudella esiintyvä suuri kiihtyvyys on sellainen, että se ei oletettavasti kohdista riittävästi energiaa värähtelyn amplitudin jäädessä pieneksi. Tämä on tietysti tapauskohtaista, eikä vaurioherkkyyttä taajuuden funktiona yleensä tiedetä.

Kiihtyvyyden ollessa testin läpäisyrajana pitää mittaustapa määrittää vaatimusmäärittelyvaiheessa. Pudotustestistandardit eivät näitä määritä, joten se on vapaasti valittavissa. Itse olen testeissä asettanut filtterin tyypillisesti 500 Hz luokkaan, mikä on perustunut ihan empiirisiin kokeiluihin. Suuremmilla taajuuksilla alkaa värähtelyt dominoimaan tulosta ja pienemmillä arvoilla käyrästä on tullut liian sileä. Alla olevasta kuvasta selviää, miten suodatus vaikuttaa tulokseen. Kuva on Matt Daumin Istaviews-julkaisusta 6/2014, jossa on mittausproblematiikkaa tarkasteltu tarkemminkin.

Mittaustulos erilaisilla alipäästösuodattimilla. Huippukiihtyvyys putoaa taajuuden pienentyessä. Kuva: Matt Daum / ISTA

Mittaustulos erilaisilla alipäästösuodattimilla. Huippukiihtyvyys putoaa taajuuden pienentyessä. Kuva: Matt Daum / ISTA

Vauriomekanismit pudotuksessa

4.5.2014

Pudotuksessa tuotteen vaurioitumiseen vaikuttavat sekä kiihtyvyys että nopeuden muutos. Kiihtyvyyteen vaikuttavat iskuhetken nopeus ja joustomatka. Nopeuden muutokseen pudotuksen tapauksessa vaikuttaa lähinnä pudotuskorkeus, joka määrittää nopeuden iskuhetkellä. Nopeuden muutoksen voi ymmärtää myös energiamäärän vapautumisena törmäyksessä.

Jokaisella tuotteella on olemassa jokin tietty miniminopeus, jonka alapuolella ei vaurioita synny riippumatta kiihtyvyydestä. Erittäin suuria kiihtyvyyksiä saa kohdistettua tuotteelle esimerkiksi pudottamalla sen kovalle pinnalle. On helposti ymmärrettävissä, että aivan pienellä pudotusnopeudella ei vaurioita synny, sillä putoavan kappaleen energia on liian pieni vaurioitumiseen. Vastaavasti nopeus saa olla erittäin suuri, jos riittävällä vaimennuksella rajoitetaan kiihtyvyys pieneksi.  Pakkauksia suunniteltaessa ajatellaan yleensä kiihtyvyyden olevan rajoittava tekijä, mutta todellisuudessa erityisesti suurissa kappaleissa näin ei aina ole.

Tuotteelle ja sen yksittäisille komponenteille on mahdollista määrittää käyrä, joka kuvaa vaurioitumisrajan kiihtyvyyden ja nopeuden funktiona. Tällainen käyrä saadaan, kun tuotetta rasitetaan tärypöydällä erilaisilla parametreilla ja tarkastellaan syntyviä vaurioita. Teoreettisestikin tämän pystynee simuloinnilla selvittämään, mutta omalle kohdalle ei tällaista hanketta ole vielä osunut.

Pakkaussuunnittelun kannalta käyrässä on kaksi kiinnostavaa aluetta:

  1. Pieni nopeuden muutos. Mikäli pudotustestivaatimuksen asettama nopeuden muutos on niin pieni, että vaurioita ei kiihtyvyydestä riippumatta synny, ei tuotetta tarvitse suojata pudotuksia vastaan.
  2. Matala kiihtyvyys. Nopeuden ollessa niin suuri, että vaurioita voi syntyä, saadaan käyrästä luettua suurin sallittu kiihtyvyys, jota voidaan käyttää vaimentimien suunnitteluparametrina.

Pakkaussuunnittelua joudutaan valitettavasti tekemään lähes aina tilanteessa, jossa käyrä ei ole tunnettu. Näitä selvitetään yleensä vasta sitten, kun tiedetään tuotteen vaurioituvan poikkeuksellisen usein toimituksissa. Tällöin ollaan aina käyrällä sillä alueella, että nopeuden muutos on tarpeeksi suuri, jolloin haetaan lähinnä tietoa kiihtyvyysrajoista. Pakkaussuunnittelussa yleisempää on, että annetaan suunnitteluun lähtökohdaksi jokin kiihtyvyys, tyypillisesti 50 G, ja toteutetaan vaimennus tämän perusteella.

Arvioituun kiihtyvyysrajaan suunnittelun perustaminen johtaa toisinaan ylipakkaamiseen. Vaurioitumiskäyrän kertoo, että vaurio on kahden muuttujan funktio. Suunniteltaessa vaimennusta kiihtyvyyteen perustuen saattaa jäädä kokonaan huomioimatta, että nopeuden muutos on testissä sellaisella alueella, että tuote ei vaurioituisi kuitenkaan.

Damage boundary curve wikimedian mukaan. Vauriokäyrä on kuvattu mustalla.

Testituloksesta päättäminen

14.10.2012

ISTA:n kysymyksiä-laatikossa on mielenkiintoinen kysymys siitä, kuka päättää onko testitulos hyväksytty vai hylätty. Pakkaustestin tarkoituksena on testata, miten pakkaus suojaa tuotetta. Tuloksia arvioitaessa tulee tutkia tuotteen vaurioita, ei pakkauksen vaurioita. Kompressiotesti lienee ainoa testi, jossa testaaja voi havaita suoraan, onko tulos hyväksytty vai hylätty.

Mekaanisten testien osalta tulee ennen testiä määrittää ne kriteerit, millä tulosta arvioidaan. Lähtökohtana tulee pitää sitä, että pakkauksessa esiintyvät vauriot eivät ole syy hylkäykseen. On normaalia, että pakkausta pudotellessa laatikko menettää muotoaan ja tämä kannattaa hyväksyä.

Hyvän perustason tuloksen arviointiin antaa visuaaliset vaatimukset: Tuote ei saa olla vääntynyt eikä naarmuuntunut. Lisäksi tuotteelle kannattaa tehdä ennen ja jälkeen testin normaalit tuotannossa tehtävät toiminnalliset testaukset. Mikäli tuote läpäisee testit ennen ja jälkeen pakkaustestin, voidaan todeta tuloksen olevan hyväksytty. Missään tapauksessa ei pidä tehdä sitä virhettä, että lähtee arvioimaan toimintaparametrien muutoksia ja määrittää kaikki muutokset hylkäysperusteiksi. Kokemuksesta voin sanoa, että seurauksena on vellova keskustelu, joka ei ota päättyäkseen. Elektroniikan toimintaparametrit elävät, kun laite saa iskuja.

Tärkeää on määrittää hyväksyntäkriteerit ennen testiä, ei tulosten perusteella. Jos laitteen toimivuutta ei testata etukäteen eikä sovita hyväksyntärajoja, on tuloksen päätteleminen vaikeaa, mikäli mitään ongelmia esiintyy.

Kysymykseen siitä, kuka päättää tuloksesta, on selkeä vastaus. Lopullisen tuloksen päättää tuotteesta vastaava taho, eikä testilabra, sillä testilabrassa ei ole osaamista arvioida tuotteen toiminnallisuuden muutoksia.

Testit kylmässä

27.2.2011

Pakkauksien vaatimusmäärittely sisältää useimmiten kontrolloimattoman kuljetuslämpötilan. Testimielessä tämä tarkoittaa -40/+70°C testiarvoja. Testisarjassa on myös aina määritelty jonkilaiset pudotusvaatimukset.

Pudotukset esiintyvät tyypillisesti kuljetuksen aikana. Standardeissa ei muistini mukaan ole ilmoitettu, missä lämpötilassa pudotukset pitäisi tehdä. Testilabroissa joissa olen käynyt, vallitsee yleensä leppeä noin 20 °C lämpötila. En usko, että vaikkapa VTT tai Innventia tyystin vastoin standardien ohjeita toimii.

Muovikoteloille testit kylmässä olisivat varmasti rankkoja. Vaikkapa polystyreenistä muotitetut kotelot haurastuvat melko rajusti lämpötilan pudotessa reilusti pakkaselle. Jotkin muovilajit, kuten polykarbonaatti, kestävät paremmin, mutta valinta käytettävästä materiaalista tehdään useimmiten muilla perustein, kuin pakkaustestien lähtökohdasta.

Kulunut pakkasjakso olisi tarjonnut oivallisia mahdollisuuksia kylmien olosuhteiden pudotustesteille. Utsjoella aamun tunteina olisi voinut saavuttaa -40°C olosuhteet. Testin merkitys on kuitenkin kyseenalainen, sillä näin kylmissä olosuhteissa ei käsitellä kovinkaan montaa tuoteyksilöä. Olisi kuitenkin kiinnostavaa tehdä muutamalle pakkausdesignille vertailevat pudotustestit kylmässä ja normaaliolosuhteissa. Testin perusteella voisi arvioida riskitasoa.


%d bloggers like this: