Verfahren zur Ermittlung der Wirksamkeit von Hitzeschutzmaterialien gegen Strahlungs- und Konvektionswärme

In Kraftfahrzeugen finden vermehrt Materialien Verwendung, welche eingesetzt werden, um sensible Fahrzeugkomponenten gegen thermische Überlastung zu schützen. Geschützt werden beispielsweise empfindliche Sensorik und Aktorik in Hochtemperaturbereichen des Fahrzeugs, wie im Bereich der Radbremse oder der Turboaufladung. In den Prozessen der Entwicklung und Freigabe dieser Bauteile sieht sich die Automobilindustrie damit konfrontiert, dass es keine einheitlichen Standards zur Erprobung und Bewertung von Hitzeschutzmaterialien gibt.

Materialprüfungen werden in Anlehnung an die SAE J2302 durchgeführt. In der Anwendung zeigt sich, dass diese Norm nicht hinreichend geeignet ist, um die thermischen Schutzwirkung von Materialien zu beschreiben. Ursache ist, dass die Norm auf den Schutz vor Strahlungswärme ausgerichtet ist. Konvektion und Wärmeleitung werden nicht berücksichtigt. Für die Entwicklung ergibt sich daraus die Notwendigkeit wiederholter Temperaturmessungen im Fahrzeug, was erhebliche Nachteile hinsichtlich Kosten und Projektablauf mit sich bringt.

Ziel der Neuentwicklung ist die Festlegung einer thermischen Bauteilerprobung, um nachträgliche Prüfungen im Fahrzeug zu vermeiden. Nach umfangreicher Analyse der bestehenden Freigabeprozesse werden neben der Wirkung von Strahlungswärme zukünftig auch die Einflüsse der Konvektion und Wärmeleitung berücksichtigt und es wird besonderer Wert auf die robuste Reproduzierbarkeit der Messwerte gelegt. Die zweistündige Materialprüfung referenziert auf sieben thermisch relevante Fahrzeugbetriebszustände und liefert eine hochauflösende Zeit-Temperatur-Kennlinie. Der geschlossene Prüfaufbau bildet in seiner Dimensionierung von 267 × 365 × 365 [mm] fahrzeugtypische Bauraumverhältnisse nach und erlaubt mit 1,8 kW Heizleistung die erforderliche Dynamik des Temperaturverlaufs.

Im Umfeld immer kürzerer Modellzyklen und ambitionierter Entwicklungsziele eröffnet das neue Prüfverfahren für Hitzeschutzkomponenten Potenzial für schlankere Entwicklungsabläufe in der Automobilindustrie. Der neu entwickelte Prüfaufbau erlaubt mit dem zugehörigen Ablaufplan eine gezielte Materialauswahl bereits in der frühen Phase der Fahrzeugentwicklung und die Bewertung der Hitzeschutzwirkung unabhängig von Messungen im Fahrzeug. Vor dem Hintergrund der vollständigen Digitalisierung der Fahrzeugentwicklung wird die hochauflösende Erfassung dieser Materialeigenschaften zukünftig als Grundlage für umfassende Temperatursimulationen dienen.