Schutzplatten - Sinn oder Unsinn?
In letzter Zeit mussten wir feststellen, dass immer mehr Kunden die Relokation des Steuergeräts unseren Schutzplatte vorziehen, doch ist das wirklich so sinnvoll?
Sinn oder Unsinn? Eine Auseinandersetzung.
Das Problem
Doch beginnen wir mit der Ausgangssituation. Die Schutzplatten sind für die Trionic 8 Steuergeräte gedacht, welche direkt auf der Ansaugbrücke und somit in unmittelbarer Nähe des Motorblocks positoniert sind. Wer die Motorhaube nach einer längeren Fahrt berührt hat, weiß um die Hitze die vom Motorblock ausgestrahlt wird. Die Temperaturen können je nach Motorentyp und der Positionierung der jeweiligen Teile (insbesondere Turbolader und Hosenrohr) bei bis zu 100°C liegen - fast schon ein kleiner Backofen.
Thermische Zyklen
Nachdem wir die Ausgangslage analysiert haben, gilt es zu klären, inwieweit diese Temperaturen elektronische Bauteile beschädigen können. Immerhin wird Lötzinn erst ab Temperaturen um die 200°C flüssig. Auch liegt die Widerstandsfähigkeit vieler Komponenten jenseits dieser Temperaturen. Das wahre Problem liegt also nicht in der Temperatur als solches.
Thermische Zyklen sind in der Materialwissenschaft und der Elektroniktechnik ein wichtiger Begriff. Sie beziehen sich auf wiederholte Schwankungen der Temperatur, denen ein Material oder ein Bauteil ausgesetzt ist. Diese Temperaturschwankungen können im Laufe der Zeit zu mechanischen Belastungen und potenziell zur Schädigung des Materials führen. Thermische Zyklen sind ein häufiges Problem in vielen Anwendungen, insbesondere in der Elektronik und in der Automobilindustrie, wo Bauteile sich durch Erwärmung und Abkühlung wiederholt ausdehnen und zusammenziehen.
Die Auswirkungen können wie folgt sein:
- Ermüdung von Materialien: Durch wiederholte Ausdehnung und Kontraktion können Risse und Spannungen in Materialien auftreten, die im Laufe der Zeit zu Materialermüdung führen können.
- Lötverbindungen: In der Elektronikindustrie können thermische Zyklen dazu führen, dass Lötverbindungen auf Baugruppen brechen, was zu Funktionsstörungen oder Ausfällen führt.
- Verschlechterung elektrischer Eigenschaften: Die elektrischen Eigenschaften von Bauteilen und Leiterbahnen können sich mit wiederholten Temperaturzyklen verändern, was die Leistung beeinträchtigen kann.
- Verformung: Mechanische Bauteile können sich aufgrund der Wärmeausdehnung und -kontraktion verformen, was zu Ungenauigkeiten oder Funktionsstörungen führen kann
Um das Ganze an einem Praxisbeispiel zu verdeutlichen, möge man sich folgendes vorstellen. Sie steigen Morgens in Ihr Fahrzeug und fahren zur Arbeit. Erst ist der Motor kalt, sobald Sie jedoch einige Zeit gefahren sind und an der Ampel stehen, staut sich die Hitze, da kein ausreichender Durchzug durch den Fahrtwind mehr besteht, der Kühlung verschafft.
Davon betroffen ist auch Ihr Steuergerät. Die größte Angriffsfläche bietet hierbei die direkt zur Ansaugbrücke gerichtete Unterseite des Steuergeräts, welche aufgrund des Aluminiumgehäuses einen recht hohen Koeffizienten besitzt und sich schnell aufheizt. Intern beginnen die Komponenten und das Lötzinn im Rahmen der thermischen Ausdehnung zu arbeiten.
Fahren Sie wieder an, zieht der Fahrtwind durch den Motorraum, wodurch die Komponenten ebenfalls wieder abkühlen. Je nach Ihrer Fahrtstrecke, wiederholt sich dieser Prozess dementsprechend mehrfach.
Die Lösung
Eine gute Schutzplatte setzt genau an diesem Punkt an. Es geht überhaupt nicht darum die Hitze vollständig zu vertreiben, sondern die Ausdehnung und Abkühlung abzufedern. Unsere Schutzplatten verfügen über einen der niedrigsten thermischen Koeffizient überhaupt. Dies bedeutet, dass das Aufheizen, aber auch das Abkühlen sehr langsam von statten geht, was sich perfekt für Strecken mit viel Stop & Go-Betrieb eignet.
Die Ausführungen in Aluminium verfolgen den umgekehrten Ansatz. Sie dienen mehr als "Reflektor" bzw. verfügen über keine solchen Speicherkapazitäten und sind eher für Fahrten auf Autobahnen und Landstraßen gedacht.
Ein Hinweis in eigener Sache
Wir möchten an dieser Stelle Kunden auf vermeintlich "schöne" Schutzplatten aufmerksam machen, welche in den USA oder Polen vertrieben werden. In unseren Untersuchungen hat sich gezeigt, dass die dort verwendeten Materialien nicht den technischen Anforderungen entsprechen und mitunter ein Risiko für die Betriebssicherheit der Fahrzeuge darstellen können. Achten Sie darauf, dass die Schutzplatten aus Materialien bestehen, die für technischen Applikationen freigegeben sind.
Unsere Schutzplatten werden aus PTFE in Lebensmittelqualität hergestellt, welches wir durch entsprechende Zertifikate jederzeit nachweisen können.
Quellen
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Jiao, Y., Jermsittiparsert, K., Krasnopevtsev, A. Y., Yousif, Q. A., & Salmani, M. (2019). Interaction of thermal cycling and electric current on reliability of solder joints in different solder balls. Materials Research Express, 6(10), 106302.
Vasudevan, V., & Fan, X. (2008, May). An acceleration model for lead-free (SAC) solder joint reliability under thermal cycling. In 2008 58th Electronic components and technology conference (pp. 139-145). IEEE.
Francisco Javier Aparicio Rebollo
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