Fiat – Beständigkeitstest gegen Temperaturzyklen

Der von Fiat Chrysler Automobiles (FCA) (heute Stellantis), einem italienisch-amerikanischen Automobilhersteller, entwickelte Temperaturwechseltest ist ein in der Automobilindustrie eingesetzter Umweltbeständigkeitstest. Er bewertet, wie Materialien, Bauteile sowie Innen- und Außenteile wiederholten Temperaturschwankungen über einen längeren Zeitraum standhalten. Dieser Test dient Fiat häufig als Referenz in seinen Material- und Bauteilspezifikationen, um die langfristige thermische Beständigkeit zu gewährleisten.

Fahrzeugteile sind während der gesamten Lebensdauer des Fahrzeugs einer ständigen thermischen Ausdehnung und Kontraktion ausgesetzt. Ein Bauteil kann folgenden Belastungen ausgesetzt sein:

• Kalter Winterbeginn
• Sommerliche Sonnenwärme
• Thermische Schocks in Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen (HLK)
• Motorraumtemperatur
• Wiederholte Park- und Solarlastzyklen

Temperaturwechselbeständigkeitstests bestätigen, dass wiederholte Temperaturwechsel folgende Auswirkungen nicht haben:

• Spaltung
• Neigung
• Schichttrennung
• Haftungsverlust
• Dimensionsinstabilität
• Oberflächenaufhellung
• Dichtungsausfall
• Elektrischer Fehler
• Verminderte mechanische Festigkeit

Die Prüfung der Beständigkeit gegenüber Temperaturwechseln ist besonders wichtig für:

Instrumententafeln

• Innenverkleidung
• Verklebte Bauteile
• Kunststoffgehäuse
• Elektronische Module
• Lackierte Teile
• Verbundwerkstoffe
• Airbag-Auslösebereiche
• Außenbeleuchtungssysteme

Prinzipiell wird die Probe während der Prüfung extremen Temperaturen ausgesetzt, die sich gemäß einem definierten Zyklus wiederholt ändern. Ein typischer Temperaturzyklus umfasst:

• Einwirkung niedriger Temperaturen
• Übergangszeitraum
• Einwirkung hoher Temperaturen
• Optionale Feuchtigkeitsregelungsstufe
• Rückkehr zu den Umgebungsbedingungen

Wiederholte Ausdehnung und Kontraktion erzeugen thermomechanische Spannungen im Material und an den Grenzflächen. Die genauen Bedingungen variieren je nach Bauteilspezifikation; gängige Temperaturwechselprogramme von Fiat Automotive umfassen Folgendes:

• Niedrige Temperatur: Minus 30 Grad bis minus 40 Grad
• Hohe Temperatur: +80 Grad bis +120 Grad
• Anzahl der Zyklen: 10-1000
• Wartezeit: Zwischen 30 Minuten und 8 Stunden.
• Übergangsrate: Kontrolliert oder natürlich.
• Luftfeuchtigkeit: Optional
• Testdauer: Von wenigen Tagen bis zu einigen Wochen

Ein vereinfachtes Beispiel lautet wie folgt:

• Schritt eins: 2 Stunden bei -40 Grad halten.
• Zweiter Schritt: Auf +90 Grad anheben
• Dritter Schritt: 2 Stunden lang bei +90 Grad halten.
• Vierter Schritt: Rückkehr zur Umgebungstemperatur.
• Schritt fünf: Wiederholen Sie den Vorgang 50 Mal.

Zu den typischerweise bewerteten Komponenten gehören:

• Interne Komponenten:
  • Komponenten der Instrumententafel
  • Türverkleidungen
  • Mittelkonsolen
  • Armlehnen
  • Belüftungslöcher
  • Dekorative Beschichtung
• Externe Komponenten:
  • Spiegelgehäuse
  • Lampenbaugruppen
  • Tampons
  • Gitter
  • Sensorabdeckungen
• Komponenten unter der Motorhaube:
  • Verschlüsse
  • Kabelisolierung
  • Flüssigkeitslagertanks
  • Elektronische Steuergeräte

Die wichtigsten untersuchten Ausfallarten sind folgende:

• Rissbildung: Wiederholte thermische Belastung kann zu Brüchen in starren Kunststoffen führen.
• Schichttrennung: Mehrschichtige Materialien können sich aufgrund ihrer unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten trennen.
• Klebstoffversagen: Verklebte Verbindungen können sich nach zyklischer Beanspruchung lockern.
• Verformung: Maßabweichungen können die Montagetoleranzen beeinflussen.
• Oberflächenfehler: Mögliche Beobachtungen umfassen:
  • glühend
  • Helligkeitsänderung
  • Aufhellung
  • Anzeichen des Zusammenbruchs
• Elektronische Ausfälle: Lötverbindungen und Leiterplattenbaugruppen können aufgrund zyklischer Ausdehnung ausfallen.

Moderne Fahrzeuge enthalten zahlreiche Polymer- und Mehrkomponentensysteme mit unterschiedlichem Wärmeausdehnungsverhalten. Beispiele für materialbedingte Wärmeausdehnungsverhalten sind:

• Stahl: Geringe Wärmeausdehnung.
• ABS-Kunststoff: Höhere Ausdehnung.
• Polypropylen: Sehr hohe Ausdehnung.
• Glasfaserverbundwerkstoffe: Richtungsabhängige Expansion

Beim Verkleben entstehen durch Temperaturwechsel innere Spannungen. Werden keine Überprüfungstests durchgeführt,

• Es können sich Hohlräume in der Beschichtung bilden.
• Die Nahtstellen am Airbag können sich lockern.
• Elektronische Bauteile können vorzeitig ausfallen.
• Es können Geräusche und Klicklaute auftreten.
• Die Wasserdichtigkeit könnte beeinträchtigt sein.

Nach der Prüfung werden die Komponenten aus folgenden Perspektiven untersucht:

• Sehfehler
• Funktionale Leistung
• Dimensionsstabilität
• Haftfestigkeit
• Mechanische Integrität
• Elektrische Kontinuität
• Undurchlässigkeit

Viele Fiat-Spezifikationen erfordern unterdessen Folgendes:

• Es dürfen keine sichtbaren Risse vorhanden sein.
• Die bleibende Verformung sollte nicht verschwinden.
• Es sollten keine Funktionseinschränkungen vorliegen.

Die Konzepte für Wärmezyklusprüfungen sind auch in den folgenden Normen enthalten:

• ISO 16750 Straßenfahrzeuge – Umgebungsbedingungen und Prüfungen für elektrische und elektronische Geräte.
• J1455 Empfohlene Umweltpraktiken für die Konstruktion elektronischer Geräte in Nutzfahrzeuganwendungen.
• IEC 60068-2-14 Umwelttests – Teil 2-14: Tests – Test N: Temperaturänderung
• LV124 Elektrische und elektronische Bauteile in Kraftfahrzeugen bis 3,5 Tonnen - Allgemeine Anforderungen, Prüfbedingungen und Prüfmethoden.
• PV1200 Fahrzeugteile - Dauerhaftigkeitstest im Umweltzyklus (80 Grad / -40 Grad)
• GS 95024 Elektrische und elektronische Bauteile in Kraftfahrzeugen – Umweltanforderungen und Prüfungen

Hitzebeständigkeit und Beständigkeit gegen Temperaturwechsel sind unterschiedliche Konzepte. Im Wesentlichen bezieht sich Hitzebeständigkeit auf Folgendes:

• Kontinuierlich hohe Temperatur
• Es bewertet die thermische Stabilität.
• Statische Exposition
• Fokus auf das Altern

Im Gegensatz dazu bezieht sich die Wärmewechselbeständigkeit auf Folgendes:

• Wiederholte Temperaturänderungen
• Es beurteilt das Ermüdungsverhalten.
• Dynamische Belichtung
• Fokus auf Expansion/Kontraktion.

Ein Material kann zwar dauerhafter Hitze standhalten, aber dennoch unter wiederholter thermischer Belastung versagen.

Die Prüfung der Beständigkeit gegenüber Temperaturwechseln gilt als entscheidend, da sie jahrelangen realen Fahrzeugbetrieb innerhalb eines verkürzten Laborzeitraums simuliert. Sie hilft Herstellern auf folgende Weise:

• Vorhersage der langfristigen Resilienz
• Verbesserung der Materialauswahl
• Überprüfung von Klebstoffsystemen
• Vermeidung von Garantieansprüchen
• Um die Sicherheit der Fahrgäste zu gewährleisten.
• Aufrechterhaltung der Maßgenauigkeit
• Zunehmende Zuverlässigkeit globaler Klimamodelle

Bei den Qualifizierungsprogrammen von Fiat gilt die thermische Zyklisierung als grundlegender Test zur Überprüfung der Umweltbeständigkeit sowohl von Innenraum- als auch von Außenteilen von Automobilen.

Seit vielen Jahren versteht unser Unternehmen mit seinem kompetenten und erfahrenen Team 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 Unternehmen auch Wärmewechselbeständigkeitsprüfungen an.