Prototypentest

Der Prototypentest (auch Prototypenprüfung, englisch prototype testing) ist die geplante Prüfung physischer Muster eines Produkts mit dem Ziel nachzuweisen, dass es die Anforderungen an Funktion, Festigkeit, Lebensdauer, Umweltbeständigkeit, Sicherheit und Gebrauchstauglichkeit erfüllt. Er ergänzt Berechnungen und Simulationen um das reale Verhalten des Teils, einschließlich der Einflüsse, die sich schwer modellieren lassen: Reibung, Spiel, Fertigungsabweichungen, Montage und Nutzerverhalten.

Nach dem Ziel unterscheidet man Funktionsprüfungen (Mechanismus, Dichtheit, Montage, Bedienung), mechanische Prüfungen (statische Belastung bis zum Bruch, Stoß, Fall), Lebensdauer- und Ermüdungsversuche (wiederholte Zyklen, oft durch höhere Last oder Frequenz zeitgerafft), Klimaprüfungen (Temperatur, Feuchte, Temperaturschock, UV-Strahlung, Salzsprühnebel), Schwing- und Schockprüfungen sowie Prüfungen der IP-Schutzart nach IEC 60529 (DIN EN 60529). Nutzertests prüfen die Ergonomie und die Verständlichkeit der Bedienung.

Grundlage ist ein Prüfplan: was geprüft wird, gegen welche Anforderung, mit welchem Verfahren, an wie vielen Mustern und mit welchem Abnahmekriterium. Die Ergebnisse werden in einem Prüfbericht mit Beschreibung des Musters (Revisionsstand, Werkstoff, Fertigungsverfahren), der Prüfbedingungen und der Messwerte festgehalten. Geprüft wird iterativ: Frühe Prototypen bestätigen das Prinzip, spätere Muster aus seriennahen Verfahren dienen der Validierung und der Vorbereitung auf die Zertifizierungsprüfungen.

Einfachere Prüfungen lassen sich auf eigenen Vorrichtungen durchführen, genormte Prüfungen für die Zertifizierung übernehmen in der Regel akkreditierte Prüflabore (Akkreditierung nach DIN EN ISO/IEC 17025, in Deutschland durch die DAkkS).

Prüfen lohnt sich in jeder Phase, in der das Ergebnis eine Entscheidung beeinflusst: nach dem Bau des ersten Funktionsprototyps, vor der Bestellung von Formen und Werkzeugen, nach einer wesentlichen Konstruktions- oder Werkstoffänderung und vor der Zertifizierung. Vorabprüfungen (etwa der Schutzart oder EMV-Messungen im Pre-Compliance-Test) decken Probleme früher auf als die teure Zertifizierungsprüfung.

Bei zyklisch belasteten Teilen, bei sicherheitsrelevanten Produkten und überall dort, wo die Berechnung auf unsicheren Annahmen beruht (Kunststoffe, Kontakte, Stöße), ist ein physischer Versuch unverzichtbar.

Der häufigste Fehler ist ein Test ohne vorab festgelegte Kriterien. Über das Ergebnis wird dann erst nach der Prüfung diskutiert, und „bestanden“ bedeutet für jeden etwas anderes. Der zweite Fehler ist der Schluss aus einem einzigen Teil: Ergebnisse, vor allem von Ermüdungs- und Stoßprüfungen, streuen, planen Sie daher für wichtige Prüfungen mehrere Muster ein. Stellen Sie bei zeitgerafften Prüfungen sicher, dass höhere Last oder Temperatur keinen anderen Schadensmechanismus auslöst als der reale Betrieb.

Der Prototyp muss für die jeweilige Prüfung repräsentativ sein. Ein im FDM-Verfahren gedrucktes Teil hat eine andere Festigkeit, Steifigkeit und ein anderes Stoßverhalten als ein Spritzgussteil, halten Sie deshalb bei jeder Prüfung fest, was vom Ergebnis für die Serie gilt. Dokumentieren Sie den Revisionsstand des Musters und die Prüfbedingungen, fotografieren Sie Schäden und vermessen Sie die Muster vor zerstörenden Prüfungen. Fragen Sie bei einem externen Prüflabor nach der Akkreditierung für die konkrete Prüfung und nach der Form des Prüfberichts.