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Gedanken zum Qualitäts- und Wissensmanagement

 

Eine kurze Geschichte der Idee des Qualitätsmanagement und:

DIN ISO 9000 -  Was ist Wissen -  Möglichkeiten der Qualitätssicherung in der Sicherungsfertigung

 

 

"Qualität bedeutet, dass der Kunde und nicht die Ware zurückkommt."

 

Hermann Tietz (1837-1907), deutscher Kaufmann

 

Diese Weisheit ist nach wie vor aktuell und doch greift sie in vielerlei Hinsicht zu kurz. Die hohe Qualität eines Produktes oder einer Dienstleistung wird heute als selbstverständlich vorausgesetzt (von einigen Billigprodukten abgesehen).

Die Frage ist: Wie wird Qualität erreicht?
Als ich 1971 meinen beruflichen Werdegang in einer Produktionsfirma von elektronischen Bauteilen begann, wurde die Qualität der Produkte im Wesentlichen durch "Aussuchen" erreicht. Dabei wurden am Ende des Produktionsprozesses fehlerhafte Teile durch mehr oder weniger geeignete Prüfungen ausgesucht. Diese Methode hatte und hat mehrere erhebliche Nachteile:
- Viele Eigenschaften eines Bauteils lassen sich nur durch zerstörende Prüfungen überwachen.
- Jede Prüfung hat eine statistische Basis, insofern muss immer mit einem "Schlupf" fehlerhafter Bauteile gerechnet werden.
- Viele Prüfungen standen am Ende des Produktions- und damit auch am Ende des Wertschöpfungsprozesses.
- Die hohen finanziellen und materiellen Verluste mussten durch den Verkaufspreis aufgefangen werden.

Es drängte sich die Frage auf: Warum werden fehlerhafte Teile überhaupt produziert? Und: Kann man einen Prozess nicht so optimieren, dass Fehler vermieden werden?
Diese Fragestellung war bzw. ist nicht neu, aber vor allem ist sie universell. Universell, weil jede Ware oder Dienstleistung, die in einer Folge verschiedener Tätigkeiten geschaffen bzw. erbracht wird, ihre Fehlerursachen im Prozess ihrer Erstellung selbst hat. Fehlervermeidung ist daher der Grundgedanke jeder Qualitätsphilosophie. In einer Produktion bedeutet dies, dass Qualität und Zuverlässigkeit bereits durch Entwicklung und Konstruktion in Produkt und Prozess eingebaut sind.

An dieser Stelle scheint mir ein kurzer geschichtlicher Rückblick sinnvoll:
Es ist wahrscheinlich eine Ironie der Menschheitsgeschichte, dass wesentliche Fortschritte oft durch Kriege erreicht bzw. ausgelöst werden. Das gilt auch für die Qualitätssicherung und das daraus entstandene Qualitätsmanagement.
Bereits in den dreißiger Jahren hatte man in den USA (natürlich aus Kostengründen) konsequent auf die Nutzung statistischer Hilfsmittel zur Sicherung der Produktqualität gesetzt. Besondere Bedeutung erlangte dieser Ansatz im Verlauf des Zweiten Weltkrieges. Die amerikanische Regierung bestand auf eine bedingungslose Qualitätssicherung für alles Kriegsmaterial.
Vordenker war der Amerikaner W. Edwards Deming (geb. 14.10.1900 in Iowa). Für Deming war die Statistik das Herz der Qualitätssicherung. Er war davon überzeugt, dass 94 % aller Fehler durch ein unvollkommenes System von ineinander greifenden Produktionsbedingungen hervorgerufen werden. Er war sicher, dass für dieses System, das den Rahmen aller Prozesse darstellt, das Management verantwortlich ist. Aus dieser Erkenntnis der Managementverantwortung entstand in den achtziger Jahren die Institution des Qualitätsmanagements. Der universelle Ansatz, das Einbeziehen des gesamten Unternehmens, ist heute unter dem Begriff des "Total Quality Management" (TQM) bekannt.
Aber zurück zu Deming. Wie häufig gilt der Prophet im eigenen Land nichts. Nach dem Krieg 1951 ging Deming nach Japan. Die Phase des wirtschaftlichen Aufbaus und die japanische Mentalität (das Streben nach Perfektion) waren ein idealer Nährboden für seine Qualitätsphilosophie. Hier entwickelte und realisierte er die Idee der ständigen, systematischen Qualitätsverbesserung. Zusammen mit den gleichzeitigen Arbeiten des in den USA schaffenden Rumänen Joseph M. Juran wurde sowohl die Philosophie der modernen Qualitätssicherung als auch ihre Methodik begründet. Total Quality Management oder Continuoeus Improvement sind heute ebenso wie die Hilfswerkzeuge Fishbone-Chart oder Pareto-Chart geläufige Begriffe der Qualitätssicherung bzw. des Qualitätsmanagements. Mit diesen Arbeiten wird aber auch der Grundgedanke der modernen QM-Norm, der heutigen DIN ISO 9000:2000, geboren.
Erst in den siebziger und achtziger Jahren des letzten Jahrhunderts konnte diese Philosophie und Methodik in den USA und dann in Europa Fußfassen.
Deming und seine Qualitätsphilosophie wurden 1980 durch eine Dokumentation der NBC dem Rest der Welt bekannt. In dieser Dokumentation wurden auch Demings formulierte 7 Stolpersteine und 7 Todsünden des Qualitätsmanagements bekannt. Interessant ist, dass zu den Todsünden durchaus aktuell gebräuchliche Managementregeln gehören, wie z. B.

         .

2.                 Todsünde: Suche nach schnellem Erfolg

3.                 Todsünde: Mitarbeiterbeurteilung, Erfolgsprämien, Leistungsausweise

4.                 Todsünde: Job-Hopping (der Manager)

5.                 Todsünde: Management nach Zahlen

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                                                                                                                                             Dr. René Bondt, 11.9.2000, The Swiss Demming Institute

 

 

"Schon 1979 hat das British Standard Institute (BSI) seine Norm BS 5750 für QM-Systeme herausgegeben ... 1987 übernahm dann das International Office of Standardisation (ISO) in Genf die Richtlinien nahezu vollständig und gab sie als ISO 9000-Serie heraus."

Winfried Glaap, ISO 9000 leichtgemacht, Hanser Verlag 1996

Seitdem entstand Norm auf Norm: Die EU übernahm 1990 die ISO 9000 in die EN 29000-Normen. Die EN 45000 legte die Richtlinien für die Zertifizierung fest. In der ISO 8402 wurden die Begriffe des Normenwerkes festgelegt. Die ISO 9000 unterteilte sich in ISO 9001, 9002, 9003 und 9004. Es entstanden die Ergänzungen ISO 9000-1, 9000-2 und 9000-4. Wobei sich die ISO 9004 ebenfalls wieder unterteilte.
Im Folgenden sind die Normeninhalte mit einem Satz kurz erläutert:

- 9000-1 Leitfaden zur Auswahl und Anwendung
- 9000-2 Allgemeiner Leitfaden zur Anwendung der ISO 9000 ff
- 9000-3 Leitfaden zur Anwendung von ISO 9001 auf die Entwicklung
- 9000-4 Leitfaden zum Management von Zuverlässigkeitsprogrammen
- 9004 Übergeordneter Leitfaden Qualitätsmanagement und Qualitätssicherung
- 9004-2 Leitfaden für Dienstleistungen
- 9004-3 Leitfaden für verfahrenstechnische Produkte
- 9004-4 Leitfaden für Qualitätsverbesserungen
- 9004-7 Leitfaden für Konfigurationsmanagement

Das Kernstück, die ISO 90001-9004, untergliedert sich wie folgt:

 

Winfried Glaap, ISO 9000 leichtgemacht, Hanser Verlag 1996

Die Überarbeitung der Norm zur Version ISO 9000:2000 hat keine Änderungen erbracht, die an dieser Stelle besprochen werden müssten.
Es gibt noch eine Reihe ergänzender Normen, die im konkreten Einzelfall durchaus von Bedeutung sein können.
Auf dieser Seite begnüge ich mich mit dem Versuch zu verdeutlichen, dass Qualität kein Zufall ist, sondern das Ergebnis einer konsequenten Umsetzung des Qualitätsgedankens des Total Quality Management (TQM).
In der DIN ISO 8402 wird TQM so definiert:

"Eine Führungsmethode einer Organisation, bei welcher Qualität in den Mittelpunkt gestellt wird, welche auf der Mitwirkung aller ihrer Mitglieder beruht und welche auf langfristigen Erfolg durch Zufriedenstellung der Abnehmer und durch Nutzen für die Mitglieder der Organisation und für die Gesellschaft zielt."

Das sind fast philosophische Worte, deren Umsetzung in der Praxis sehr komplex sein kann. Über die durch Auditierung überwachten Grundanforderungen an ein zertifiziertes QM-System hinaus sind nach meiner Erfahrung einige Grundelemente der praktischen Umsetzung des TQM besonders wichtig:

 

- Die Analyse interner Abläufe und der Schnittstellen von Abteilungen oder Bereichen sowie zu externen Stellen;

 

- die Untersuchung des Verhältnisses von Leistungsvermögen des Unternehmens und der Kundenansprüche (QFD);

 

- die Analyse beobachteter oder möglicher Fehler, z. B. durch FMEA (Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse)

 

und besonders

- die Installation eines Wissensmanagements, das eine Vernetzung der Wissenspotenziale und Wissensinhalte sicherstellt.

Über den praktischen Nutzen hinaus werden mit diesen Grundelementen die Bedingungen für ein zusätzliches, allgemein verfügbares Wissen geschaffen, das zusammen mit dem Fachwissen Einzelner ein existenziell wichtiges Kapital des Unternehmens darstellt.

 

Oliver Lehnert schreibt in der Zeitschrift „wissensmanagement“:

 

„Schon in den neunziger Jahren war die Fragestellung: Wie kann Wissen in kürzester Zeit am richtigen Ort und mit dem notwendigen Aufgabenbezug zur Verfügung gestellt werden? Auch die Überarbeitung der internationalen Normenreihe zu Qualitätsmanagementsystemen ISO 9000/2000 und das „Model for Business Excellence" der European Foundation for Quality Management tragen der wachsenden Bedeutung des Wissens Rechnung. So wird beispielsweise explizit die Verfügbarkeit von Informationen gefordert, die zur Durchführung und Überwachung der Geschäftsprozesse benötigt werden. Die Organisation wird damit aufgefordert, entsprechende Informationsquellen zu ermitteln und den rechtzeitigen Zugang zu den Informationen sicherzustellen.“

 

Und kommt zu dem Schluß:

 

„Qualitätsmanagement braucht Wissensmanagement und Wissensmanagement braucht Qualitätsmanagement.“

                                                                                              Beides Oliver Lehnhard aus „wissensmanagement“, 24.07.2006

Im Allgemeinen wird unter „Wissensmanagement“ die Bereitstellung von Informationen für die Allgemeinheit durch geeignete Vernetzung, verstanden. Nach meiner Erfahrung ist dieser Ansatz nicht vollständig.

So reicht es z. B. nicht, nur erlerntes Fachwissen verfügbar zu machen, sondern auch das Wissen, das sich alle an Arbeits- und Ablaufprozessen Beteiligten in der täglichen Praxis aneignen, muss einbezogen werden.

Dieses Wissen, man könnte es auch Erfahrungswissen nennen, ist nur vom Einzelnen situationsbedingt abrufbar. Dieser Vorgang geschieht jedoch meist unbewusst. Der Einzelne handelt, ohne erklären zu können, warum er so handelt. Der oft gehörte Satz: "Ich mach das so, weil es so am besten klappt - warum weiß ich auch nicht", macht vielleicht schon deutlich, was gemeint ist:

Ich weiß nicht, was ich weiß!

 

Was aber ist WISSEN? Was weiß man?

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Bemerkungen zum Wissensmanagement

 

"Wenn die Firma wüsste, was sie weiß ..."

... würde vieles besser und schneller gehen - könnte man ergänzen. Dieser Ausspruch eines Mitarbeiters eines großen Elektrokonzerns ist zum geflügelten Wort im Qualitätsmanagement bzw. im Wissensmanagement geworden.
(Im Original wird die Firma genannt. Hier verkneife ich mir das, weil ich finde, dass die Aussage allgemein gültig ist.)

Im Wissensmanagement unterscheidet man bei der Wissensbasis zwischen "Faktenwissen" (deklaratives Wissen) und "Verarbeitungswissen" (prozedurales Wissen). Während der Begriff "Faktenwissen" schon fast selbstinterpretierend ist, liegt dem Begriff "Verarbeitungswissen" meist ein intuitives Begriffsverständnis zugrunde. Die im Verarbeitungswissen enthaltenen, distinktiven Prozesse sind sehr komplex strukturiert und daher Gegenstand wissenschaftlicher Untersuchungen der Informationsverarbeitung, der Psychologie und der Psychometrie.
Ein weites Feld. Zu weit für dieses Essay. Etwas einfacher wird es, wenn - im Sinne der Intention dieser Arbeit - "prozedurales Wissen" als Wissen aus der Erfahrung heraus, also als "Erfahrungswissen" begriffen wird.
Die Erfahrung der Mitarbeiter einer Firma, das Erfahrungswissen, ist ein wichtiger Bestandteil des Wissensbestandes eines Unternehmens. Und weil es nicht eingekauft werden kann, ist es eine große (oder gar die größte) Herausforderung für einen Qualitätsbeauftragten, der ´Firma´ bewusst zu machen, was sie weiß, und damit die Voraussetzung zu schaffen, dass Erfahrungswissen genutzt werden kann.
Was aber ist ´bewusstes´ Wissen? In der Philosophie ist "Wissen" nicht einfach nur, von etwas Kenntnis zu haben - etwa das Wissen, welches in der Schule oder in der Universität vermittelt wird (Faktenwissen). Zum Wissen gehört Erkenntnis, bewusstes Wissen; wissen, dass man Wissen hat.
Was macht Wissen zur bewussten Erkenntnis? Was erhebt das unbewusste Erfahrungswissen zur bewussten, nutzbaren Erkenntnis? Der Philosoph Platon definiert es in der Rede des Sokrates im Theaitetos wie folgt:

"Wenn nun jemand ohne Erklärung eine richtige Vorstellung von etwas empfinge, so sei zwar seine Seele darüber im Besitz der Wahrheit; sie erkenne aber nicht. Denn wer nicht Rede stehen und Erklärung geben könne, der sei ohne Erkenntnis über diesen Gegenstand. Wer aber die Erklärung auch dazu habe, der sei des allen mächtig und habe alles vollständig zur Erkenntnis beisammen."

 

Platon, Theaitetos, 201D–202C

(Die Philosophiekundigen unter den Lesern mögen mir verzeihen, wenn ich dieses Thema, das sich seit mehr als 2400 Jahren durch die Philosophiegeschichte zieht, hier nur sehr verkürzt darstelle.)

Vom Wissen zur Erkenntnis oder von der Routine zum bewussten Handeln

Viele unserer täglichen Handlungen im Privat- wie im Berufsleben sind Routine geworden. Routine ist immer wieder angewandtes Wissen (eben Erfahrungswissen), das nicht mehr hinterfragt wird. Es ist ein interessantes Experiment, sich einen alltäglichen Handlungsablauf näher zu betrachten. Zu hinterfragen und zu versuchen, zu erklären, warum dieser Handlungsablauf optimal sein soll, so wie er ist.
"Denn wer nicht Rede stehen und Erklärung geben könne, der sei ohne Erkenntnis ...“!
Meine Empfehlung: Die Funktion "Einkauf" ist privat wie beruflich von großer Bedeutung und von daher im Ergebnis auch besonders interessant. Ein kleines Beispiel vermag das vielleicht zu verdeutlichen:
Das linke Flussdiagramm zeigt einen vereinfachten Ablauf, wie er im Prinzip häufig im Einkauf vorkommt. Das rechte Flussdiagramm zeigt einen Ablauf, wie man ihn sich in einem privaten Haushalt vorstellen kann.

Unabhängig davon, ob der Betrachter diesen Abläufen zustimmen kann oder nicht, sollte hier eigentlich deutlich werden, dass auch einfache Vorgänge durchaus komplexe Strukturen aufweisen können, wenn man sich derer bewußt wird. Nun wird wohl niemand auf den Gedanken kommen, seine privaten Aktivitäten in Ablaufdiagrammen darzustellen. Obwohl…!!! Wenn wir uns über ein fehlerhaftes Produkt ärgern oder nichts Essbares im Kühlschrank finden, fangen wir schon an, uns zu überlegen, wie wir DAS in Zukunft vermeiden können. Wir begeben uns in eine Fehleranalyse und denken darüber nach, wenn wir glauben, den Fehler gefunden zu haben, was wir ändern sollten, um den Fehler erst garnicht mehr begehen zu können.

In einem modernen Unternehmen wird man versuchen, diesen „Leidensdruck“ (es muss erst ein Fehler passieren, ehe man tätig wird) erst gar nicht aufkommen zu lassen. Das Qualitätsmanagement hat die Aufgabe, qualitätsrelevante Prozesse zu definieren und zu analysieren, um sie so einem ständigen Verbesserungsprozess zugänglich zu machen. Dabei ist das bisher Beschriebene zwar der wichtigste, aber nur der erste Schritt.

Dokumentation und Bewertung

Die Analyse der Ist-Abläufe muss dokumentiert werden. Dazu werden Ablaufbeschreibung (ggf. mit Ablaufdiagramm) und eine Bewertung der Qualitätsrelevanz und der Funktion erstellt. Dann werden Verbesserungspotenzial und Verbesserungsnotwendigkeit festgestellt und ggf. Verbesserungsmaßnahmen eingeleitet. In der (meiner) Praxis kommt hier häufig das standardisierte Verfahren der Fehler-Möglichkeits- und Einfluss-Analyse zur Anwendung (FMEA), aber auch andere, sog. „management tools“ sind je nach Anwendungsfall sinnvoll.

Erst mit einer aktuellen Dokumentation und Bewertung ist ein kontinuierlicher Verbesserungsprozess (KVP) möglich und sind Fehleranalysen sinnvoll und wirksam.

Vernetzung und Informationsfluss

Da ich mich in meiner beruflichen Praxis oft und viel für eine Vernetzung der versch. Wissenspotentiale und -quellen eingesetzt habe, möchte ich ein wenig aus der Praxis plaudern.
In Forschung und Entwicklung wird im Rahmen einer Projektarbeit nicht nur vorhandenes Wissen aus unterschiedlichen Quellen gesammelt und verwendet, sondern letztlich auch neues Wissen erarbeitet.
Es gibt Projektabschlussberichte, die, wenn sie ein produzierbares Produkt als Ergebnis beschrieben, mit der Dokumentation von Freigabeserien abgelegt wurden (bei Machbarkeitsprojekten der Forschung war selbst das nicht immer der Fall). Abgelegt (als SW-Doku oder elektronisch), aber nicht unbedingt für die Nachwelt aufbereitet zur Verfügung gestellt. Es wurden zwar Abschlussberichte, Zwischenberichte, Labornotizen von Versuchen und Ergebnissen, Prüfprotokolle und Besprechungsprotokolle in Aktenordnern oder in elektronischen Datei-Ordnern abgelegt, aber eben nicht in Wissensdatenbanken erfasst. Schon im nächsten Projekt war daher der Zugriff für den Projektleiter erschwert, wenn er sich überhaupt daran erinnern konnte, dass es ein Projekt mit ähnlichem Thema bereits gegeben hatte.
Die Projektplanung für Folgeprojekte sah daher eine Durchforstung des „Archivs“ auch gar nicht vor (häufig vertretene Meinung: „Zeitvergeudung“). Im Sinne eines Qualitätsmanagements war das nicht, und mit Wissensmanagement hatte es gar nichts zu tun.
Der Aufbau von vernetzten Datenbanken, die eine Stichwortsuche in Patenten, Berichten und Protokollen erlauben, wurde öfters angefangen, aber immer aus „Zeitgründen“ aufgegeben. Leider, wie sich später zeigte.
Ein Grund mehr, mich immer wieder für eine Verquickung von Qualitäts- und Wissensmanagement einzusetzen.

Da die Seite „Schmelzleiter“ weder Qualitäts- noch Wissensmanagement, sondern Schmelzsicherungen in der Elektronik zum zentralen Thema hat, möchte ich meine Ausführungen im Folgenden darauf konzentrieren.
(Zu einer Beantwortung von Fragen oder zu einer Diskussion bin ich jedoch jederzeit bereit und freue mich bereits darauf.)

        

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Bedeutung von Qualitäts- und Wissensmanagement  für Schmelzsicherungen

Schmelz- oder Gerätesicherungen – oder Feinsicherungen – sind i. d. Regel einfache Gebilde. Gerätesicherungen – ein Glas- oder Keramikröhrchen mit zwei Anschlusskappen und einem Schmelzdraht dazwischen – machen dann auch eher den Eindruck einer „Sollbruchstelle“. So oder so ähnlich mag sie sich Edison vor mehr als 100 Jahren vorgestellt haben. Warum die Anwendung der eher komplexen Strategien des Qualitäts- und Wissensmanagements dennoch in der Entwicklung und Produktion von Schmelzsicherungen nicht übertrieben ist, sollen die folgenden Ausführungen deutlich machen.

„Schmelzsicherungen müssen funktionieren, wenn sie es sollen und sich ansonsten nicht bemerkbar machen.“ So die weitverbreitete Meinung von Anwendern. Das ist auch richtig. Eine Schmelzsicherung soll im Fehlerfall den Verbraucher irreversibel durch Schmelzen des Schmelzdrahtes von der Stromquelle trennen. Das ist weitgehend in einschlägigen Normen definiert und wird normalerweise von allen Bauteilen auch eingehalten.

Punkt! Thema beendet?
Nein, Thema nicht beendet. Das Thema wird erheblich vielschichtiger, wenn man die Anwendermeinung um das erweitert, was stillschweigend vorausgesetzt wird: Eine Sicherung muss funktionieren in „allen Fehlerfällen“, und sie muss dies tun, ohne ihre Umgebung zu gefährden.

Genau da liegt das Problem: in „allen Fehlerfällen“ – das ist schlicht nicht möglich. Zum besseren Verständnis sei hier eine kurze theoretische Betrachtung zur grundsätzlichen Funktion einer Schmelzsicherung vorweggenommen:

In jedem stromdurchflossenen el. Widerstand wird Leistung [P] umgesetzt und u. A. eine Wärmemenge [Q] erzeugt.

Dabei verhält sich das Produkt aus Strom und Widerstand (Leistung P = I²*R) proportional zur erzeugten Wärme. Der Schmelzleiter der Sicherung ist in diesem System von Schmelzleiter, Gehäuse, Füllmedium und Anschlüssen der dominante el. Widerstand. Wird er von Strom durchflossen, wird die in ihm erzeugte Wärme an das System abgegeben und/oder akkumuliert. Der Grad der Wärmeakkumulation wiederum ist umgekehrt proportional zur Schmelzzeit und hängt stark von den Möglichkeiten des Schmelzleiters ab, seine Wärme an das System abzugeben. Dabei ist neben Konvektion und Strahlung die Wärmeleitung über Wärmewiderstände und -kapazitäten maßgebend. Was mit der erzeugten Wärme geschieht, wohin sie fließt und/oder ob sie akkumuliert wird, nennt man den „Wärmehaushalt“. Der Begriff Wärmehaushalt ist eine einfache Bezeichnung für ein äußerst komplexes, interdependentes System, das im Wesentlichen aus Wärmewiderständen und Wärmekapazitäten besteht.

Unterschiede der Kontaktierung Schmelzdraht/Sicherungskontakt oder Sicherungskontakt/Elektronik sowie Streuungen der Wärmespeicher-Füllmenge oder Lotmenge in der Sicherung können zu starken Streuungen des Wärmehaushalts führen und damit den Überlastbereich der Strom-Zeit-Kennlinie (LT-Kennlinie) zur einen oder anderen Seite aus dem zu schützenden Bereich schieben.

 

Der Bereich rechts der Kennlinie ist der Bereich, der durch die Sicherung geschützt wird. Der rote Pfeil zeigt die Verschiebungsrichtung der Kennlinie im oberen Bereich an. Wobei die Größe des Pfeils nicht unbedingt ein Maß für den Grad der Verschiebung ist. Ein Beispiel kann das deutlich machen: Eine größere Lotmenge in der Kappe der Gerätesicherung führt dazu, dass die Kennlinie im Überstrombereich nach rechts geschoben wird. Die Sicherung schaltet bei 2,1*In später oder nicht mehr ab. Eine kleinere Lotmenge in den Kappen der Sicherung verschiebt die Kennlinie nach links. Die Sicherung schaltet bei 2,1*In bereits nach wenigen Sekunden ab.

Diese Streuungen sind weitgehend fertigungsbedingt. Von Sicherung zu Sicherung können unterschiedliche Mengen oder Körnungen des Füllmediums auftreten. Lötstellen zwischen Schmelzdraht und Kontakt können verschiedene Übergangswiderstände und/oder Lotmengen haben. Der Schmelzdraht selbst kann inhomogen und mit schwachen  Engstellen ausgeprägt sein, und nicht zuletzt kann die Kontaktierung zur Platine oder zum Halter mehr oder weniger gut sein.

All das wirkt sich auf den kleinsten Abschaltstrom der Sicherung, den „Grenzstrom“ (der Strom, bei dem gilt Q_zu=Q_ab = einem ausgeglichenen Wärmehaushalt und bei dem die Sicherung bei der geringsten Laststromerhöhung irgendwann abschaltet), aus. Und damit auf den gesamten Überstrombereich und z. T. auch auf den Kurzschlussbereich der LT-Kennlinie.

Ob und wann die Sicherung zum Sicherheitsrisiko werden kann, soll Thema unseres kleinen Theorieteils an anderer Stelle sein. Doch in diesem relativ undefinierten Bereich kann sie ein Sicherheitsrisiko sein.

 

 

Das Problem: Eine Kontrolle des Wärmehaushalts der Sicherung ist in der produktionsbegleitenden Prüfung kaum möglich.

Alle in der Produktion und der Qualitätssicherung durchgeführten Prüfungen sind lediglich Korrelate des Grenzstroms. Zum Beispiel:

 

Die Widerstandsprüfung.

Die Widerstandskontrolle, also die Kontrolle der "Wärmequelle", ist zwar als 100 %-Prüfung möglich, die gewonnene Information jedoch nur bedingt brauchbar. Der Widerstand einer Geräteschmelzsicherung setzt sich aus verschieden Teilwerten (Schmelzdraht + Kontaktwiderstände + Kontaktmaterial) zusammen. Im ungünstigsten Fall (besonders bei den niederohmigen, hohen Nennströmen) können sich Fehlerwerte kompensieren. Bei Wickelschmelzleitern können z. B. widerstandsreduzierende Windungsschlüsse durch erhöhte Kontaktwiderstände an den Lötstellen ausgeglichen werden. Resultat: Der Widerstand der Sicherung ist im Soll, die Kennlinie aber zum höheren Grenzstrom verschoben, was ggf. zum Sicherheitsfehler werden kann. Auch wenn eine geringe Streuung der Widerstandswerte in der Produktion gewährleistet werden kann (O. Ackermann nennt das in seiner Schrift „Warum Gerätesicherungen“, Wickmann 1936 die Gleichmäßigkeit oder die Güte der Sicherungen), ist der statisch gemessene Widerstand nur der Faktor eines eingeschwungenen Wärmehaushalts (die Quelle). Abschaltvorgänge sind dynamisch!!!

 

Fertigungsbegleitende, zerstörende Abschalt-Prüfungen:

Eine zerstörende Abschalt-Prüfung als 100 %-Stückprüfung ist nun mal nicht möglich. Es kann nur eine statistisch relevante Stichprobe geprüft werden. Dabei wird in der Praxis oft ein Kompromiss zwischen Prüfdauer bzw. möglicher Prüfhäufigkeit und Prüfmenge gewählt. Eine Abschaltprüfung im Grenzstrombereich (i. d. R. etwa 70% über dem def. Nennstrom) ist mit mehreren Minuten Dauer zwar sehr aussagefähig, aber in einer Massenfertigung zu zeitaufwendig.

Eine Prüfung mit höheren Prüfströmen führt zu kurzen Prüfzeiten, reduziert aber auch die Verwertbarkeit der Aussage. Dieser Mangel wird oft durch höheren Stichprobenumfang, gesteigerte Prüfhäufigkeit und geeignete statistische Methoden bei der Auswertung kompensiert. Die bei Wickmann erprobte „Rampenprüfung“ – die Sicherungen werden mit stetig steigendem Strom beaufschlagt und der Abschaltpunkt erfasst – konnte sich wg. scheinbar schlechter Korrelation zur Kennlinie in der Produktion nicht durchsetzen.

Eine Prüfung nach Norm, wie sie von vielen Herstellern durchgeführt wird, ist im Allgemeinen völlig ungeeignet. Daher:

 

Fertigungsbegleitende Prüfungen nach Norm:

Gibt es nicht?

Art und Umfang der Prüfungen nach Norm sind i. d. R. für Typ-Prüfungen ausgelegt und selbst da nur als Mindeststandard gedacht. Für Geräte-Feinsicherungen und Miniatursicherungen (Bauform TR/TE oder Chip-Sicherungen) gilt die Basis-Norm EN 60127-1:2006 (bzw. die IEC 127-1).

Die unter den Punkten

 

7.2 Typprüfungen

9.4 Dauerprüfungen

9.5 Maximale Verlustleistung

9.7 Temperatur der Sicherungseinsätze

 

beschriebenen Tests prüfen den Wärmehaushalt der Sicherung und sind als fertigungsbegleitende Prüfungen (schon wegen des z.T. hohen Zeitaufwandes) nicht geeignet. Sie werden als Freigabetests für neue Bauteile – oder mit reduzierter Stückzahl – als jährliche Wiederholungsprüfungen – durchgeführt. Schwankungen der Produktions- und/oder Prozessbedingungen werden so i. d. R. nicht erfasst.

Hier deutet sich an, dass das oben beschriebene Qualitätsmanagement, welches alle Bedingungen, die bei der Produktfreigabe aktuell waren, festschreibt und bei Änderungen dieser Bedingungen (z. B. Vormaterialwechsel, Änderungen oder Austausch von Fertigungseinrichtungen, neues Personal usw.)  entsprechende Wiederholungsprüfungen veranlasst, von fast lebensnotwendiger Bedeutung ist.

Ein gut organisiertes Wissensmanagement sorgt dafür, dass im Prozess gemachte Erfahrungen dokumentiert werden und so erhalten bleiben. Damit sie ausgewertet werden und so zu Produktverbesserungen genutzt werden können. Was natürlich wieder neue Typprüfungen notwendig macht.

Darüber hinaus stellt das Wissensmanagement sicher, dass Erfahrungen in der Fertigung und Ergebnisse von Prüfungen, die außerhalb der Normprüfungen durchgeführt werden (z. B. Fehlermanagement und beim Kunden durchgeführte Versuche), ebenfalls in eine Produktoptimierung einfließen können. So wird in der Norm z. B. unter Punkt 9.6 Impulsprüfung vorgeben, aber die ggf. daraus resultierenden Veränderungen im oder am Produkt und deren Auswirkungen werden nicht überprüft. Veränderungen, die u. U. die Sicherung zum Sicherheitsrisiko werden lassen können.

Halten wir also fest:

Der beherrschte Wärmehaushalt einer Sicherung ist das Charakteristikum, das aus einer Sollbruchstelle eine Sicherung macht. Ihn zu optimieren, ist Aufgabe einer Konstruktion, die in der Produktentwicklung festgelegt und getestet wird. Dabei sollten auch soweit machbar Grenzmuster, die mögliche Material- und Fertigungsschwankungen repräsentieren, in statistisch relevanter Menge geprüft werden.

Der Aufwand, der bei solchen, auch über die Norm hinausgehenden Prüfungen betrieben wird, ist recht hoch, aber vielfach üblich, wie die folgenden Bilder zeigen:

 

                  

 

            aus „Electric Fuses“ von H. W. Baxter, London 1950                                                                                                                                                                            Wickmann-Testlabor der Produktentwicklung 2003

 

Der Aufwand, den beide Bilder dokumentieren, ist in beiden Fällen beeindruckend. Links ein Bild aus dem Jahr 1953 und rechts aus dem Jahr 2003. Die Geräte sind moderner, der aufwendige Prüfaufbau vergleichbar.
Es zeigt aber auch deutlich, wie wichtig und wie ernst die Beherrschung des Wärmehaushalts genommen wird. In einem Vortrag von O. Ackermann – „Die Absicherung elektrischer Anlagen in Luftfahrzeugen“, Wickmann 1936 – klingt diese Problematik kurz an:„ … Nennstromaufnahme + zusätzliche, geringste schädliche Stromaufnahme = Abschmelzstrom der Gerätesicherung …“
Dennoch ist das Charakteristikum Grenzstrom in den Datenblättern und (oft) auch bei der Kundenberatung kein Thema. Das war für kurze Zeit einmal anders. Das folgende Foto zeigt eine Tabelle, aus der Kundenschrift von Hermann Bellen, „Die Gerätesicherung“, Wickmann 1955:

Bereits in der DIN-Normen-Reihe 41571 aus dem Jahr 1953 wird die Bestimmung des Grenzstromes jedoch nicht mehr vorgegeben. Die 1943 erschienene VDE-Norm 0820 wird wahrscheinlich die Überprüfung des Grenzstromverhaltens beinhalten (wie aktuell auch), aber die Dokumentation für extern nicht vorschreiben. Die technischen Angaben der DIN 41571 wurden aus der DIN 49398 übertragen (Lamellensicherung in Steckdosen) und die Prüfvorgaben aus der VDE 0610 (Quelle: Hermann Bellen, „Die Gerätesicherung“, Wickmann 1955).
Eine Begründung, warum das Grenzstromverhalten nach außen nicht kommuniziert wurde und wird, ist nicht angegeben. Wahrscheinlicher Grund ist zum einen, weil der Grenzstrom stark schwanken kann, und zum anderen, weil in die VDE und die DIN-Norm Inhalte aus verschiedenen Normen – von der Flugzeugsicherung (FL-Blatt 32714) über Leitungssicherungen bis zur Lamellensicherung – eingeflossen sind. Zudem können die individuellen Unterschiede der Sicherungen wegen der starken Abhängigkeit von Einsatz und Betrieb der Sicherung sehr groß sein. Aus dem Grenzstrom wurde der maximale Haltestrom und der minimale Abschaltstrom.
Außerdem werden Prüfungen, um eine Vergleichbarkeit der Ergebnisse zu sichern, stark standardisiert. Prüfaufbauten und Prüfhalter entsprechen kaum den tatsächlichen Praxisbedingungen, so dass ein bestimmtes, festgestelltes Grenzstromverhalten in der Praxis kaum beobachtet werden kann. Umgekehrt kann in der Praxis ein Grenzstromverhalten vorkommen, dass in der Prüfung nicht feststellbar war oder ist und von daher unbekannte Sicherheitsrisiken enthalten kann.

Es ist die Aufgabe des Anwenders, eine Risikoabschätzung der Sicherungsfunktion in seiner Anwendung zu erstellen. Dabei muss der Sicherungshersteller in die FMEA einbezogen werden.

Trotzalledem: Nicht jede Material-, Fertigungs- oder Personalschwankung ist in einer FMEA erfassbar. Besonders Produktveränderungen, die durch spezifische Betriebsbedingungen der Sicherung hervorgerufen werden, sind häufig kaum bekannt oder werden ignoriert.

Die folgenden Beispiele, wie Sicherungen zum Sicherheitsrisiko werden können, sollen das belegen:

 

 

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Wird fortgesetzt!!!!!