BMW GS 97036 Dynamisch-mechanische Analyse (DMA) von Polymeren und Klebstoffen

Der von BMW, einem multinationalen Fahrzeughersteller, entwickelte Standard „BMW GS 97036 Dynamisch-mechanische Analyse (DMA) von Polymeren und Klebstoffen“ beschreibt die Anforderungen und Testverfahren für die Durchführung dynamisch-mechanischer Analysen (DMA) oder dynamisch-mechanischer thermischer Analysen (DMTA) an Polymerwerkstoffen, Elastomeren, Kunststoffen, Klebstoffen und zugehörigen Bauteilen, die in BMW-Fahrzeugen verwendet werden.

Die dynamisch-mechanische Analyse (DMA) ist ein weit verbreitetes Materialprüfverfahren, das die viskoelastischen Eigenschaften eines Materials während seiner Verformung unter periodischer (oszillierender) Belastung misst. Durch Anlegen einer sinusförmigen Kraft (oder Spannung) bei gleichzeitiger Variation von Temperatur, Frequenz oder Zeit liefert der Test folgende grundlegende Eigenschaften:

• Speichermodul: Stellt die elastische (Steifigkeits-)Komponente dar.
• Der Verlustmodul stellt die viskose (energiedissipierende) Komponente dar.
• Verlustfaktor: Das Verhältnis des Verlustmoduls zum Speichermodul gibt Aufschluss über das Dämpfungsverhalten und Übergänge wie die Glasübergangstemperatur.

Diese Eigenschaften sind für Anwendungen im Automobilbereich von entscheidender Bedeutung, da Polymere in Fahrzeugen Temperaturschwankungen, Vibrationen, mechanischen Belastungen und Umwelteinflüssen standhalten müssen, während sie ihre Leistungsfähigkeit beibehalten (z. B. in Dichtungen, Innenausstattungen, Klebstoffen, Dämpfungselementen, Schläuchen oder Befestigungselementen).

Der BMW GS 97036-Standard orientiert sich eng an internationalen Normen wie der von der Internationalen Organisation für Normung (ISO) entwickelten Norm „ISO 6721 Kunststoffe – Bestimmung dynamischer mechanischer Eigenschaften“.

Die Prüfmethoden umfassen typischerweise Zug-, Druck-, Scher-, Biege- oder Torsionsversuche. Torsion wird häufig in Laborbeschreibungen für BMW-Qualifizierungstests erwähnt. Typische Messparameter sind:

• Glasübergangstemperatur
• Temperaturabhängige Modulkurven
• Dämpfungsverhalten
• Sekundäre Übergänge
• Sprödigkeits- oder Weichheitspunkte

Die Materialangemessenheit wird für die Wareneingangsprüfung, die Fehleranalyse und die Freigabe von Polymerverbindungen (z. B. EPDM-Gummidichtungen, Kunststoffe für den Innenausbau, Strukturklebstoffe) von Lieferanten verwendet.

Viele unabhängige Prüflaboratorien bieten die Autorisierung oder Akkreditierung zur Durchführung von Prüfungen nach der BMW-Norm GS 97036 an. Dies ist Teil des Qualitätssicherungsprozesses der BMW-Lieferanten, und Materialien müssen diese Norm erfüllen, um für den Einsatz in Produktionswerkzeugen zugelassen zu werden.

In Materialdatenblättern für Verbindungen wie flammhemmendes EPDM oder andere Elastomere wird häufig die Einhaltung dieser Norm aufgeführt, wobei Werte wie Glasübergangstemperaturen um minus 64 Grad für bestimmte Tieftemperaturklassen genannt werden.

Die Norm BMW GS 97036 ist notwendig, weil moderne Fahrzeuge in hohem Maße auf polymere Werkstoffe (Kunststoffe, Elastomere/Gummi, Klebstoffe, Verbundwerkstoffe, Dämpfungselemente, Dichtungen, Innenausstattung, Schläuche, Befestigungselemente) angewiesen sind, die unter einer Vielzahl anspruchsvoller realer Bedingungen zuverlässig funktionieren müssen.

Im Gegensatz zu einfachen statischen Prüfungen (z. B. Zugfestigkeitsprüfung bei Raumtemperatur) liefert die in dieser Norm beschriebene dynamisch-mechanische Analyse (DMA) entscheidende Informationen über das viskoelastische Verhalten in Abhängigkeit von Zeit, Temperatur und Frequenz. Dies trägt unmittelbar zur Bewältigung grundlegender Herausforderungen im Automobilbau und der Zuverlässigkeitsanalyse bei.

Die Hauptgründe für die Entwicklung und Implementierung dieses Standards sind folgende:

• Extreme Temperaturschwankungen im Fahrzeugbetrieb: Fahrzeuge sind starken Temperaturschwankungen ausgesetzt. So erreicht der Motorraum beispielsweise Temperaturen von mindestens 120–150 °C, Unterboden und Abgasanlage erhitzen sich stark, und der Innenraum erreicht Temperaturen von -40 °C (Kaltstart im Winter) bis +80–90 °C (im Sommer bei Sonneneinstrahlung). Viele Polymere erfahren in der Nähe ihrer Glasübergangstemperatur drastische Veränderungen. Unterhalb dieser Temperatur werden sie spröde, oberhalb weich und klebrig. Die dynamisch-mechanische Analyse (DMA) bestimmt präzise die Glasübergangstemperatur, sekundäre Phasenübergänge und den nutzbaren Temperaturbereich und beugt so unerwarteten Ausfällen vor (z. B. Risse in Dichtungen im Winter, Durchhängen von Innenteilen bei hohen Temperaturen).
• Schwingungen und dynamische Belastungen: Motoren, Antriebsstränge, Fahrbahnunebenheiten und Fahrwerksschwingungen setzen die Bauteile zyklischen Belastungen über einen breiten Frequenzbereich aus. DMA definiert die folgenden Werte:
• Speichermodul (Steifigkeit unter dynamischen Bedingungen)
• Verlustmodul und Verlustfaktor (Dämpfung/Energiedissipation)

Dies ist unerlässlich für die NVH-Eigenschaften (Geräusche, Vibrationen, Rauheit), die Langlebigkeit von Schwingungsisolatoren und Befestigungselementen, die Klebeverbindungen unter Ermüdung und die Vermeidung von Resonanzproblemen.

• Langzeitbeständigkeit und Alterung: Polymere degradieren mit der Zeit durch Hitze, UV-Strahlung, Ozon, Chemikalien (Öle, Kraftstoffe, Reinigungsmittel), Feuchtigkeit und mechanische Belastung. Die dynamisch-mechanische Analyse (DMA) erkennt frühzeitig Veränderungen im Modul oder Verschiebungen der Glasübergangstemperatur nach Alterungs- und Witterungstests. Dadurch kann BMW die Lebensdauer des Fahrzeugs vorhersagen und Gewährleistungsprobleme (z. B. undichte Dichtungen, klappernde Innenausstattung, Klebstoffversagen nach 5–10 Jahren) vermeiden.
• Sicherheitskritische und funktionale Leistungsfähigkeit: Beispiele für Komponenten, die nach dieser Norm geprüft werden, sind:
• Motoraufhängungselemente und Getriebeaufhängungselemente (müssen Vibrationen isolieren, ohne bei hohen Temperaturen zusammenzubrechen).
• Türdichtungen / luftdichte Streifen (EPDM, TPE) (bleiben bei -40 Grad flexibel, um das Eindringen von Wasser / Lärm zu verhindern).
• Strukturklebstoffe (Aufrechterhaltung der Klebkraft bei stoßbedingten Temperaturen und unter dynamischen Belastungen).
• Innenliegende Kunststoffe (verhindern Knarren, Verformung oder Sprödigkeit).
• Dämpfungsschichten (z. B. in Decken, Böden) (wirksame Geräuschkontrolle bei unterschiedlichen Temperaturen).

Ein Material, das bei statischen Tests akzeptabel erscheint, kann bei der Anwendung in der Praxis schlechte Ergebnisse liefern, wenn seine viskoelastischen Eigenschaften außerhalb akzeptabler Grenzen liegen.

• Lieferantenkonstanz und Qualitätssicherung: BMW bezieht Materialien von zahlreichen Lieferanten weltweit. Dieser Standard standardisiert das Testprotokoll (Modus, Aufheizrate, Frequenz, Probengeometrie usw.) und gewährleistet so vergleichbare Ergebnisse.

Kurz gesagt, sind statische mechanische Prüfungen allein für Polymere im Automobilbereich unzureichend. Die dynamisch-mechanische Analyse (DMA) liefert BMW die notwendigen Daten, um Materialien auszuwählen, zu qualifizieren und zu kontrollieren, die Sicherheit, Komfort, NVH-Eigenschaften, Langlebigkeit und ein geringes Gewährleistungsrisiko gewährleisten.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die BMW-Norm GS 97036 eine spezifische Materialprüfvorschrift darstellt, die zur Sicherstellung der Zuverlässigkeit und Langlebigkeit von Kunststoff- und Gummikomponenten in BMW-Fahrzeugen beiträgt. Diese Norm ist eine wichtige Referenz zur Charakterisierung des viskoelastischen Verhaltens unter realistischen Betriebsbedingungen.

Seit vielen Jahren versteht unser Unternehmen mit seinen kompetenten und erfahrenen Mitarbeitern die Bedürfnisse seiner Kunden, bietet ihnen die benötigten fortschrittlichen Prüfdienstleistungen und unterstützt sie beim Aufbau, der Implementierung und der Optimierung von Managementsystemen. In diesem Rahmen bieten wir auch Prüfdienstleistungen gemäß der BMW GS 97036-Norm an.