Wozu werden thermische Zyklen in der Automobilindustrie eingesetzt?

Im Automobilsektorhaben Langlebigkeit und Zuverlässigkeit der Bauteile höchste Priorität. 

Für Batterie- und Akkumulatorprüfungen entdecken Sie unsere Batterieprüfkammern, die für Prüfungen unter kontrollierten Bedingungen entwickelt wurden.

Thermische Zyklen zählen zu den wichtigsten Umwelttests zur Validierung dieser Eigenschaften und spielen in der Automobilindustrie eine Schlüsselrolle. Diese Tests simulieren nicht nur die realen Bedingungen, denen ein Fahrzeug ausgesetzt ist, sondern ermöglichen auch die Identifizierung potenzieller Konstruktionsmängel vor der Markteinführung.

Im heutigen Artikel werden wir uns eingehend mit thermischen Zyklen befassen, wie sie in der Automobilindustrie durchgeführt werden und welche Werkzeuge und Vorschriften dafür gelten.

Was sind thermische Zyklen?

der thermischen Zyklisierung handelt es sich um einen Labortest, bei dem eine Komponente oder ein System gemäß definierten Parametern zyklischen Temperaturänderungen ausgesetzt wird. 

Im Gegensatz zu statischen Belastungstests handelt es sich bei der Temperaturwechselprüfung um einen dynamischen Test, d. h. einen Test, bei dem sich die Temperatur kontrolliert und schrittweise oder schnell ändert, und zwar in einer über die Zeit wiederholten Abfolge.

Diese Schwankungen müssen nicht unbedingt extreme Temperaturwerte: Sie können sich auch auf mittlere Bereiche beziehen, solange eine Zyklizität vorliegt, also ein regelmäßiger Wechsel zwischen zwei oder mehr Temperaturniveaus. 

Ziel ist es, zu beobachten, wie Materialien, Verbindungen und Strukturen auf diese wiederholten thermischen Belastungen reagieren, und zwar in Bezug auf Verformungen, Mikrorisse, elektrische Veränderungen oder Funktionsbeeinträchtigungen.

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Wie thermische Zyklen in der Automobilindustrie funktionieren

Im Automobilsektor werden thermische Zyklen in Klimakammern durchgeführt.

Klimakammern sind Laborinstrumente, die aus einem hermetisch abgedichteten Abteil bestehen, in dem grundlegende Umweltparameter wie Temperatur undrelative Luftfeuchtigkeit. eingestellt und überwacht werden können  

können dynamische Tests wie beispielsweise Temperaturzyklen 

Thermische Zyklen in Automobilanwendungen können einzelne elektronische Bauteile, Steuergeräte (ECUs), Batteriemodule oder ganze integrierte Systeme betreffen.

Klimakammern arbeiten mit einer Temperaturregelung mittels kontrollierter Aufheizrate (typischerweise zwischen 2 und 10 °C/min), gefolgt von Haltezeiten von 30 bis 60 Minuten. Die gängigsten Temperaturbereiche liegen zwischen -40 °C und +125 °C, wobei die Zyklen bis zu 1000 Mal wiederholt werden können.

Zum Testen komplexer Systeme wie Fahrgastzellen oder ganzer Fahrzeugegibt es begehbare Klimakammern, die so genannt werden, weil sie auch für Laborpersonal zugänglich sind.

Internationale Normen für thermische Zyklen in der Automobilindustrie

Die Zuverlässigkeit von Temperaturzyklen in der Automobilindustrie wird durch internationale Normen , die Methoden und Akzeptanzkriterien festlegen. Zu den wichtigsten gehören:

• ISO 16750-4 – Legt Umgebungsbedingungen für elektrische und elektronische Bauteile in der Automobilindustrie fest. Beinhaltet Prüfungen zu Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Vibration und Temperaturschock.
• SAE J1211 – Richtlinien für Umweltstresstests an elektronischen Bauteilen, mit besonderem Augenmerk auf Festigkeitsänderungen und Strukturverformungen aufgrund von thermischer Belastung.
• LV124 – Standard, entwickelt von deutschen Fahrzeugherstellern für elektrische/elektronische Systeme. Umfasst über 800 Temperaturzyklen für besonders strenge Langzeittests.

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Seit über 70 Jahren FDM – Environment Makers auf dem Gebiet der Umweltsimulation tätig.

Unsere Klimakammern sind in der Lage, alle thermischen Zyklen im Automobilbereich gemäß den oben genannten internationalen Standards durchzuführen.

Dank des innovativen Programmiergeräts revoFACEkönnen dynamische Tests vom Bediener vollständig automatisiert werden.

Darüber hinaus stehen unsere Techniker jederzeit zur Verfügung, um gemeinsam mit dem Kunden die ideale Klimakammer zu entwerfen , die seinen spezifischen Bedürfnissen entspricht.

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Autoritative Quellen und externe Links

Um mehr über Automobilnormen für thermische Zyklen und die Umweltqualifizierung von Bauteilen zu erfahren:

• SAE J1211 — Handbuch zur Robustheitsvalidierung von elektrischen/elektronischen Modulen in der Automobilindustrie.
• AEC-Q100 / Q101 / Q200 — Automotive Electronics Council: Qualifizierung von integrierten Schaltungen, diskreten Schaltungen und passiven Bauelementen für die Automobilindustrie.
• UNECE WP.29 — Weltforum zur Harmonisierung der Fahrzeugvorschriften.
• VDA-Normen – Verband der Automobilindustrie: Deutsche Normen LV 124, LV 148 für elektrische Automobilkomponenten.

Häufig gestellte Fragen zu thermischen Zyklen in Kraftfahrzeugen

Welcher Standardtemperaturbereich gilt für Automobilkomponenten?

Abhängig vom Fahrzeugbereich. Motorhaube: -40 °C bis +125 °C (AEC-Q100 Klasse 1) oder +150 °C (Klasse 0). Fahrgastraum: -40 °C bis +85 °C (Klasse 2). Unterboden/Räder: -40 °C bis +105 °C. Bei Elektrofahrzeugen (EVs) arbeitet der Akku typischerweise im Bereich von -20 °C bis +60 °C, ist aber für -40 °C bis +85 °C qualifiziert.

Wie viele Temperaturzyklen sind für die AEC-Q100-Qualifizierung erforderlich?

AEC-Q100 schreibt 1.000 Temperaturwechselzyklen (TC) als Standardtest sowie 500 Thermoschockzyklen (TS) vor. Für sicherheitskritische Bauteile kann die Anzahl auf über 2.000 Zyklen erhöht werden. Die AEC-Q104-Tests (Multichip-Module) umfassen zusätzlich 700 strengere Zyklen. Der gesamte Qualifizierungsprozess für die Automobilindustrie kann im Labor 6 bis 12 Monate dauern.

Was ist der Unterschied zwischen ISO 16750 und LV 124?

ISO 16750 ist die internationale ISO-Norm für Umweltprüfungen von elektrischen und elektronischen Bauteilen in Kraftfahrzeugen. Sie ist in fünf Teile gegliedert (elektrische, mechanische, klimatische, chemische und Korrosionsprüfung). LV 124 ist die deutsche VDA- , die von deutschen Herstellern (VW, BMW, Audi und Mercedes) für Fahrzeuge bis 3,5 t angewendet wird. LV 148 ist die Version für Nutzfahrzeuge. Der Inhalt ist ähnlich, LV 124 beinhaltet jedoch strengere Prüfungen und deckt ein breiteres Spektrum an Ausfallarten ab. Deutsche Erstausrüster (OEMs) fordern standardmäßig LV 124.

Wie verändern sich die Anforderungen an Elektrofahrzeuge (EVs)?

Elektrofahrzeuge verfügen über zusätzliche Komponenten, die spezifischen Umweltzertifizierungen unterliegen: Akku (UNECE R100, IEC 62660), Wechselrichter und Elektromotor (ISO 16750 + LV 148 für Hochspannung), Batteriemanagementsystem (BMS)und Onboard-Ladegerätes werden zusätzliche spezifische Tests durchgeführt thermischen Durchgeh-Ausbreitung und zum Isolationswiderstand unter extremen Klimabedingungen