Was ist die Prüfung von Produkten und Materialien mit Sonnenstrahlung?

Wir denken selten darüber nach, aber viele Gegenstände in unserer Umgebung sind täglich mehrere Stunden dem Sonnenlicht ausgesetzt. Die Sonneneinstrahlung hat einen erheblichen Einfluss auf viele Produkte und Materialien, die wir täglich verwenden. Von den Kunststoffen in Gartenmöbeln über Autositzebis hin zu den Stoffen in Kleidung – um nur einige Beispiele zu nennen.

Aus diesem Grund die Prüfung auf Sonneneinstrahlung unerlässlich, um die Langlebigkeit und Zuverlässigkeit vieler Produkte zu gewährleisten, und wird in verschiedenen Fertigungssektoren eingesetzt.

Heute beschreiben wir den Solarstrahlungstest und das Laborinstrument, mit dem wir ihn durchführen: die Beleuchtungskammer. 

Was ist Sonnenstrahlung?

Unter Sonnenstrahlung verstehen wir die von der Sonne in Form von Licht abgegebene Energie, die sich in sichtbares Licht, ultraviolettes (UV) und infrarotes (IR) Licht. Obwohl sie die Grundlage allen Lebens bildet, kann längere Sonneneinstrahlung verschiedene Schäden an Materialien verursachen. So können UV-Strahlen beispielsweise Polymermoleküle zersetzen, wodurch Kunststoffe spröde und rissanfällig werden, während sichtbares Licht und Infrarotlicht Materialien erwärmen und so zu Wärmeausdehnung und Strukturveränderungen führen können. 

Aus diesem Grund ist es notwendig, die Auswirkungen der Sonneneinstrahlung auf alle Arten von Produkten und Materialien zu verstehen und eine Reihe strenger Tests , um die Grenzen und etwaige Konstruktionsfehler aufzudecken.

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Solarstrahlungstests

Die verschiedenen Sonneneinstrahlungstests befassen sich genau damit.

Zur Durchführung dieser Untersuchungen gibt es ein spezielles Laborinstrument, die sogenannte Beleuchtungskammer.

Die Beleuchtungskammer ist eine spezielle Art von Klimakammer , die nicht nur die Temperatur und die relative Luftfeuchtigkeit im Inneren verändern und überwachen kann, sondern auch über verschiedene Beleuchtungsarten verfügt, die die Einwirkung von Sonnenstrahlung simulieren.

Die Prüfverfahren für Sonnenstrahlung sind in einer Reihe von Normen festgelegt, die von international anerkannten Organisationen wie der ISO (Internationale Organisation für Normung) herausgegeben werden.

Zu diesen zählen ISO 4892-2 und ISO 16474-1:2013, die die Prüfungen für die Sonneneinstrahlung auf Kunststoffmaterialien bzw. Farben und Lacke regeln.

So funktioniert der Solarstrahlungstest

Solarstrahlungstests wird eine Probe des zu testenden Produkts oder Materials platziert und für eine vorbestimmte Zeit oder eine Reihe von Zyklen der Sonnenstrahlung ausgesetzt. 

Okay, aber um welche Art von Strahlung handelt es sich?

Es gibt verschiedene Lampentypen , die unterschiedliche Intensitäten der Sonneneinstrahlung simulieren. Die gebräuchlichsten sind folgende:

• UV-Lampen (Ultraviolettlampen): Wie der Name schon sagt, emittieren diese Lampen ausschließlich ultraviolettes Licht. Sie werden zur Beurteilung des Polymerabbaus, des Elastizitätsverlusts und anderer physikalischer und chemischer Veränderungen durch UV-Strahlung eingesetzt. Insbesondere werden sie zur Prüfung von Kunststoffen, Beschichtungen und Textilien verwendet.

• Xenonlampen: Xenonlampen sind so konstruiert, dass sie das gesamte Spektrum des Sonnenlichts, einschließlich sichtbarem Licht und einem Teil der Infrarotstrahlung, nachbilden. Daher werden sie verwendet, um zu testen, wie Materialien auf volles Sonnenlicht reagieren, beispielsweise hinsichtlich Farbveränderungen, Alterung und Wärmebeständigkeit.

• Leuchtstofflampen: Diese Lampen emittieren Licht, das künstliche Lichtverhältnisse in Innenräumen simuliert. Sie werden zur Prüfung von Materialien eingesetzt, die für den Einsatz in Innenräumen bestimmt sind, wo die direkte Sonneneinstrahlung begrenzt ist. Daher sind sie unerlässlich, um die Auswirkungen künstlichen Lichts auf Materialien und Produkte zu beurteilen, die primär für die Verwendung in Gebäuden vorgesehen sind.

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Die FDM-Beleuchtungskammer

FDM – Environment Makers ist seit über 70 Jahren eine etablierte Größe im Bereich der Umweltprüfung

Unsere Klima- und Umweltkammern können mit Solarboxen ausgestattet , um alle Tests an Produkten und Materialien gemäß den oben genannten Normen durchzuführen.

Unsere Beleuchtungskammern lassen sich zudem mit verschiedenen Beleuchtungssets ausstatten, die je nach Kundenwunsch in der Kammer angeordnet werden können . Neben den bereits erwähnten Lampen bieten die FDM-Beleuchtungskammern auch spezielle Lampen für das Pflanzenwachstum an, wie beispielsweise BioLamp und ArabLamp. Letztere wurde speziell für die Kultivierung von Arabidopsis entwickelt. Wir haben sie hier bereits näher erläutert.

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Entdecken Sie die FDM-Lösung für die Prüfung der Sonnenalterung: Unsere Xenon-Lichtprüfkammer simuliert die Sonneneinstrahlung mit einer 1600-W-Xenonlampe und entspricht den Normen ISO 11341 und ASTM G155.

Referenzstandards

• MIL-STD-810H Methode 505.7 — Prüfverfahren für Sonneneinstrahlung (Sonnenschein)
• IEC 60068-2-5 — Test Sa: Simulierte Sonneneinstrahlung am Boden
• ISO 4892-1/2/3/4 — Kunststoffe — Belichtungsverfahren mit Laborlichtquellen (Xenon, Kohlebogen, UV-Fluoreszenz)
• ASTM G155 — Standardverfahren für den Betrieb von Xenon-Bogenlampen
• SAE J1960 / SAE J2527 — Beschleunigte Belichtung von Fahrzeugaußenmaterialien (Xenonbogen)
• ISO 105-B02 — Textilien — Farbechtheit gegenüber künstlichem Licht (Xenon-Bogenlampe)

Autoritative Quellen

• ASTM G155 — Norm für Xenon-Bogenlampen.
• IEC 60068-2-5 — Simulation der Sonneneinstrahlung am Boden.
• WMO – Weltorganisation für Meteorologie – Globale Referenzdaten zur Bestrahlungsstärke.

Häufig gestellte Fragen zur Messung der Sonneneinstrahlung

Worin besteht der Unterschied zwischen dem Solarstrahlungstest und dem ICH-Photostabilitätstest?

Der Test auf Sonneneinstrahlung (MIL-STD-810 Methode 505, IEC 60068-2-5) simuliert das gesamte Sonnenspektrum (UV+Vis+IR, 300–3000 nm) mit einer Bestrahlungsstärke von 1120 W/m² und bewertet die mechanische, thermische und chromatische Degradation von Materialien. Der Test zur Photostabilität pharmazeutischer (ICH Q1B) verwendet ausschließlich UV-Vis-Strahlung (320–800 nm) mit einer festen Dosis von 1,2 Millionen Lux·h + 200 Wh/m² UV, um die Photodegradation von Wirkstoffen zu untersuchen. Anwendungsbereiche und Testdauern unterscheiden sich: Sonneneinstrahlung = Tage/Wochen, Photostabilität = 24–96 Stunden.

Wie wird Sonneneinstrahlung in einer Klimakammer simuliert?

Zwei Haupttechnologien: Xenonlampen mit Tageslichtfiltern (Vollspektrum 290–3000 nm, realistischer, aber teurer) und Metallhalogenid-/HMI-Lampen (hohe Leistung, typischerweise für Tests mit Solarsimulatoren). Kontrollparameter: Gesamtbestrahlungsstärke (W/m²), spektrale Verteilung, Temperatur der schwarzen Paneele (BPT) bis zu 100 °C und Umgebungstemperatur 25–55 °C. Normen definieren Hell-Dunkel-Zyklen (20 h an + 4 h aus, MIL-STD-810) oder stationären Zustand (IEC 60068-2-5).

Für welche Produkte sind Tests obligatorisch?

Automobilindustrie: Fahrzeuginnenausstattung (Lenkrad, Armaturenbrett, Sitzbezüge) mit Xenon- und SAE J2412-1250-h-Zyklen. Fahrzeugaußenausstattung: Lacke, Chrom, Kunststoffe mit SAE J2527-5000-h-Zyklen. Bauwesen: Fenster, Fassaden, Außenanstriche mit EN ISO 11431. Textilien: Lichtechtheit nach ISO 105-B02. Photovoltaikmodule: IEC 61215-UV-Test (15 kWh/m²). Pharmazeutika: ICH Q1B für lichtempfindliche Arzneimittel.

Was ist der Unterschied zwischen Sonnensimulatoren der Klassen A, B und C?

IEC 60904-9 und ASTM E927 klassifizieren Photovoltaik-Simulatoren wie folgt: Klasse A – höchste Genauigkeit (Spektralanpassung 0,75–1,25, Gleichmäßigkeit ±2 %, Stabilität ±2 %) – für die Modulqualifizierung und -zertifizierung. Klasse B – mittlere Genauigkeit (0,6–1,4 / ±5 % / ±5 %) – für Forschung und Entwicklung sowie Qualitätskontrolltests. Klasse C (0,4–2,0 / ±10 % / ±10 %) – für Schnelltests. Für einen Solarsimulationstest in einem zertifizierten PV-Labor ist die Klasse A oder AAA erforderlich.