Technischer Bericht Nr. 942-7156599 Umweltsimulationsprüfungen zur Alterung von Kontakt-Gel für Regen-/Licht-Sensoren Bearbeitung: TÜV Rheinland Kraftfahrt GmbH Technologiezentrum Verkehrssicherheit (TVS) Am Grauen Stein 51105 Köln Seite 1 / 16
Autoglas-Zubehör AG Hanns-Martin-Schleyer-Str. 34 47877 Willich Auftragnehmer: TÜV Rheinland Kraftfahrt GmbH Technologiezentrum Verkehrssicherheit (TVS) Am Grauen Stein 51105 Köln TÜV Auftragsnummer: 942 / 7156599 Bearbeitung: Dipl.-Ing. (FH) Oliver Gladziewski Bearbeitungszeitraum: 31.05. bis 13.09.2010 Seitenanzahl: 16 Seite 2 / 16
Gliederung 0 Allgemeines 1 Vorgang 2 Aufgabenstellung 3 Bearbeitung der Teilaufgaben 3.1 Künstliche Alterung der Proben 3.2 Ermittlung der wesentlichen optischen Eigenschaften 4 Zusammenfassung Anhang 1 Foto-Dokumentation Seite 3 / 16
0 Allgemeines Dieser Technische Bericht enthält zusammenfassende Ergebnisse zu der Ermittlung der optischen Eigenschaften von Kontakt-Gel für Regen-/Lichtsensoren zum Einsatz in Kraftfahrzeugen nach künstlicher Alterung. Wir weisen darauf hin, dass dieser Bericht keine, durch den Gesetzgeber vorgeschriebenen Prüf- und/oder Zulassungsverfahren ersetzt. Den durchgeführten Prüfungen liegen keine dem Auftragnehmer bekannten normativen Anforderungen zu Grunde. Veröffentlichung und Weitergabe dieses Berichtes an Dritte ist nur in vollständiger, ungekürzter Form zulässig. Veröffentlichung oder Verbreitung von Auszügen, Zusammenfassungen, Wertungen oder sonstige Bearbeitungen und Umgestaltungen, insbesondere zu Werbezwecken, sind nur mit vorheriger schriftlicher Zustimmung der TÜV Rheinland Kraftfahrt GmbH zulässig. Seite 4 / 16
1 Vorgang In moderne Kraftfahrzeuge werden in zunehmendem Maße Regen-/ Lichtsensoren eingebaut. Mit diesen wird u. a. die Wischertätigkeit gesteuert. Die Sensoren sind im Fahrzeuginneren an der Frontscheibe eingeklebt. Bei einem Austausch der Frontscheibe geht üblicherweise das zwischen Sensor und Scheibe eingebrachte Gel, das die optische Verbindung zwischen Sensor und Scheibe herstellt, verloren. Die Sensorhersteller liefern als Ersatzteil nur Sensor plus Gel. Daher wird zur Zeit die gesamte Einheit, obwohl noch intakt, durch eine neue ersetzt. Die Produkte SensorTack1 und SensorTack2 der Firma sind als Ersatz für das vom Sensorhersteller verwendete Gel vorgesehen. Bei einem Tausch der Frontscheibe ist dann nur das Gel, nicht jedoch der Sensor zu ersetzen. 2 Aufgabenstellung Es soll überprüft werden, ob die Eigenschaften des Produktes SensorTack möglichst mit den Eigenschaften des vom Sensorhersteller verwendeten Gels identisch sind. Die Funktionen des Produktes sind im Wesentlichen bestimmt durch die Eigenschaften Aussehen, Brechungsindex und Transmission. Für das Produkt SensorTack1 ist eine gute Korrelation mit dem OEM-Gel durch den Prüfbericht des Fraunhofer Institutes IFAM KT-PB-A409433 in den genannten Eigenschaften bereits nachgewiesen. Das Produkt muss auch am Ende der Fahrzeuglebensdauer möglichst identische Eigenschaften haben wie das vom Hersteller verwendete Gel. Aus diesem Grunde soll das in einer originalen Konfiguration verbaute Gel künstlich gealtert werden und die oben genannten wesentlichen Eigenschaften überprüft werden. Seite 5 / 16
3 Bearbeitung der Teilaufgaben Die künstliche Alterung soll mit Hilfe von beschleunigten Umweltsimulationsbelastungen erfolgen. Für Kleber oder Gele in Fahrzeugen existieren keine speziellen Normen für die Umweltsimulation. Der zu betrachtende Sensor enthält jedoch auch Elektronikbauteile, so dass die hierfür existierenden Vorschriften angewendet werden können. Die Umweltanforderungen für Elektronikbauteile in Kraftfahrzeugen werden im Wesentlichen in der internationale Normenreihe ISO 16750 beschrieben. Unter Berücksichtigung des Einbauortes des Sensors im Fahrzeuginnenraum und an der Frontscheibe wurden die im nachfolgenden Unterpunkt genannten Umweltsimulationsbelastungen durchgeführt, um eine beschleunigte, künstliche Alterung auf Fahrzeuglebensdauer (ca. 12-15 Jahre) zu erzielen. Es wurden insgesamt 12 Regen-/Lichtsensoren gealtert, davon je 6 Sensoren vom Typ Renault und 6 vom Typ Volkswagen. Hierbei war in jeweils 3 Sensoren das Gel des Original-Herstellers (OEM) und in je 3 Sensoren das Produkt SensorTack des Auftraggebers vergossen. Beim Regen-/Lichtsensor Modell Volkswagen kommt das Produkt SensorTack2 zum Einsatz, beim Sensor Modell Renault das Produkt SensorTack1. Bezeichnung der Prüfmuster: Volkswagen Renault OEM-Gel OE 1 bis OE 3 OE 4 bis OE 6 SensorTack PMA 1 bis PMA 3 PMA 4 bis PMA 6 Die Prüfmuster wurden an Glasscheiben befestigt, um die Einbausituation im Fahrzeug nachzubilden. Siehe hierzu auch Anhang 1. Seite 6 / 16
3.1 Künstliche Alterung der Proben Zur künstlichen Alterung wurden folgende Umweltsimulationsbelastungen durchgeführt: a) Tief-Temperatur gemäß ISO 16750-4:2006, 5.1.1.2, 24 Stunden bei - 40 C; b) Hoch-Temperatur gemäß ISO 16750-4:2006, 5.1.2.2, 96 Stunden bei 85 C; c) Temperaturwechsel gemäß ISO 16750-4:2006, 5.3.1, 30 Zyklen a 8 Stunden, Temperaturprofil gemäß ISO 16750-4:2006, Figure 2; d) Schneller Temperaturwechsel gemäß ISO 16750-4:2006. 5.3.2, 100 Zyklen mit 20 Minuten Haltezeit, T max = 85 C, T min = -40 C; e) Feuchte Wärme zyklisch gemäß ISO 16750-4:2006. 5.6, Test Nr. 1, 6 Zyklen a 24 Stunden, T max = 55 C; f) Feuchte Wärme konstant gemäß ISO 16750-4:2006, 5.7, 21 Tage bei 30 C, 93% rel. Feuchte. g) UV-Bestrahlung in Anlehnung an ISO 4892, hinsichtlich Bestrahlungsdauer und Bestrahlungsintensität in Anlehnung an die DIN EN 12492, Bestrahlungsdauer 400 Stunden, Leistung von 450 W. Abbildung 1 - Temperaturprofil gemäß Punkt c), T min =-40 C, T max =+85 C Seite 7 / 16
3.2 Ermittlung der wesentlichen optischen Eigenschaften Zur Ermittlung der optischen Eigenschaften Transmission wurden die gealterten Proben durch das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM, Wiener Straße 12, D-28359 Bremen, untersucht. Diese Ergebnisse werden zusätzlich dokumentiert im Prüfbericht Nr. KT-PB-A410453 des Instituts. Darstellung der Transmission für Licht der entsprechenden Wellenlänge (400nm bis 700nm) nach der Alterung für Sensor-Typ Volkswagen / SensorTack2 Die Transmission für das OEM-Gel beim Sensor-Typ Volkswagen liegt bei einer Wellenlänge von 400nm zwischen 39% bis 49% und bei einer Wellenlänge von 700nm zwischen 61% und 69%. Für das Gel SensorTack2 liegt die Transmission im gleichen Wellenlängenbereich zwischen 29% und 33% (400nm) bzw. zwischen 59% und 67% (700nm). Abbildung 2 zeigt die Ergebnisse der Transmissions-Messung über den gesamten untersuchten Wellenlängenbereich. Hierbei ist zu sehen, dass sich die Kurven im Wellenlängebreich von rotem Licht (ab 650nm) auf fast gleiches Niveau annähern. 75 Transmission [%] 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 400 450 500 550 600 650 700 Wellenlänge [nm] Abbildung 2 Modell Volkswagen OE 1 OE 2 OE 3 PMA 1 PMA 2 PMA 3 Seite 8 / 16
Darstellung der Transmission für Licht der entsprechenden Wellenlänge (400nm bis 700nm) nach der Alterung für Sensor-Typ Renault / SensorTack1 Die Transmission für das OEM-Gel beim Sensor-Typ Renault liegt bei einer Wellenlänge von 400nm zwischen 87% bis 89% und bei einer Wellenlänge von 700nm zwischen 90% und 93%. Für das Gel SensorTack1 liegt die Transmission im gleichen Wellenlängenbereich zwischen 84% und 87% (400nm) bzw. zwischen 89% und 93% (700nm). Abbildung 3 zeigt die Ergebnisse der Transmissions-Messung über den gesamten untersuchten Wellenlängenbereich. Die Transmission ist hierbei nahezu bei allen Proben gleich. Transmission [%] 100 95 90 85 80 OE 4 OE 5 OE 6 PMA 4 PMA 5 PMA 6 75 70 400 450 500 550 600 650 700 Wellenlänge [nm] Abbildung 3 Modell Renault Seite 9 / 16
Abbildung 4 zeigt das Transmissionsverhältnis bei einer nicht gealtertet Probe eines Sensors vom Typ Renault für das OEM-Gel im Vergleich zum Produkt SensorTack1. Abbildung 4 Modell Renault, nicht gealtert Seite 10 / 16
Anhang 1 Foto-Dokumentation Abbildung 5 Glasscheibe mit befestigten Regen-/Lichtsensoren Typ Volkswagen Abbildung 6 Glasscheibe mit befestigten Regen-/Lichtsensoren Typ Renault Seite 12 / 16
Abbildung 7 - Sensor-Typ "Volkswagen" mit PMA/TOOLS-Gel vergossen Abbildung 8 - Sensor-Typ "Volkswagen" mit OEM-Gel vergossen Seite 13 / 16
Abbildung 9 - Sensor-Typ "Renault" mit PMA/TOOLS-Gel vergossen Abbildung 10 - Sensor-Typ "Renault" mit OEM-Gel vergossen Seite 14 / 16
Abbildung 11 - Proben im Temperaturschrank Abbildung 12 - Proben im Klimaschrank Seite 15 / 16
Abbildung 13 - Proben in UV-Bestrahlungskammer Seite 16 / 16
zertifiziert nach DIN EN ISO 9001 Prüfbericht KT-PB-A409433 Angebots-Lfd.Nr. A409433, Der Prüfbericht umfasst 5 Blätter Aufgabenstellung Charakterisierung eines 2-Komponenten-Silikonharzes Auftraggeber Autoglas-Zubehör AG Auftrags-/Angebots-Nr. A409433 - JK Prüflabor Prüfgegenstand Hinweise Fraunhofer - Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM) Bereich Klebtechnik und Polymere Wiener Straße 12 D 28359 Bremen Tel. +49 (0) 4 21 / 22 46 446 Fax. +49 (0) 4 21 / 22 46 430 jk@ifam.fraunhofer.de SensorTack Komponenten A und B Regen-/Lichtsensor mit Silikonmasse Eingangsdatum 38 KW 2009 Prüfdatum 38 40 KW Ausstellungsdatum Bremen, 01.10.2009 Unterschrift Das Prüfergebnis bezieht sich ausschließlich auf die genannten Prüfgegenstände. Ohne schriftliche Genehmigung des Prüflabors darf dieser Prüfbericht nicht auszugsweise vervielfältigt werden. Soll vom Auftraggeber auf die Inanspruchnahme des Prüflabors hingewiesen werden, muss die vollständige Anschrift des Prüflabors angegeben werden. Prüfbericht KT-PB-A409433 Angebots-Lfd.Nr.A409433, Seite 1 von 5
Untersuchte Proben Vom Auftraggeber wurden uns folgende Proben zur Verfügung gestellt: Sensor Tack Komponente A und B Regen-/Lichtsensor Renault Megane/Nissan Micra K12 (hier war die Silikonmasse Prüfgegenstand) Durchgeführte Untersuchungen 1. Bestimmung von Kenndaten der unausgehärteten Komponenten des SensorTack 1.1 Aussehen Beide Komponenten (SensorTack Komponenten A und B) sind transparent und farblos. 1.2 Bestimmung der Viskosität Die Messungen wurden am Rheolyst AR 1000 der Firma TA Instruments mit einer Kegel-Platte- Messgeometrie (Durchmesser 40 mm) bei 23 C durchgeführt. Messprogramm: 1. Schritt: 0 1/s bis 150 1/s innerhalb von 15 min 2. Schritt: 2 min 150 1/s 3. Schritt: 150 1/s bis 0 1/s innerhalb von 15 min Ergebnis: Das Messergebnis ist im Anhang dokumentiert. Beide Komponenten zeigen ein newtonsches Fließverhalten. Komponente A: 1,06 Pas Komponente B: 1,26 Pas 1.3 Bestimmung der Dichte Die Dichte beider Komponenten wurde mittels eines Pyknometers bei 23 C bestimmt. Ergebnis: Komponente A: 0,9656 g/cm³ Komponente B: 0,9665 g/cm³ 1.4 Bestimmung des Brechungsindex Der Brechungsindex beider Komponenten wurde mit Hilfe eines Abbe-Refraktometers (589 nm) bei 23 C bestimmt. Ergebnis: Komponente A: 1,4036 Komponente B: 1,4036 Prüfbericht KT-PB-A409433 Angebots-Lfd.Nr. A409433, Blatt 2 von 5
2. Bestimmung von Kenndaten des ausgehärteten Harzes SensorTack Die Komponenten wurden nach Angaben des Herstellers ausgehärtet (Mischungsverhältnis 1:1, Härtung bei RT) 2.1 Aussehen Das ausgehärtete Harz SensorTack ist farblos und transparent. 2.2 Bestimmung des Brechungsindex Die ellipsometrischen Messungen wurden mit einem winkelvariierenden spektral auflösenden Ellipsometer VASE durchgeführt. Gemessen wurde in einem Wellenlängenbereich von 400 nm bis 900 nm mit einer Auflösung von 25 nm bei einer Temperatur von 20 C. Die Einfallswinkel betrugen 55 und 65. Ergebnis: Das Ergebnis ist im Anhang dokumentiert. Der Brechungsindex bei 600 nm beträgt 1.4278. 2.3 Bestimmung der Transmission Die Transmission im Wellenlängenbereich von 400 bis 700 nm mit dem Gerät SPECORD 200 der Firma analytikjena in einer Schichtdicke von 10 mm gemessen. Ergebnis: Das Ergebnis ist im Anhang dokumentiert. Die Transmission ist im Wellenlängenbereich von 400 bis 700 nm größer 93 %. 3. Bestimmung von Kenndaten der Silikonmasse auf dem Regen-/Lichtsensor Renault Megane/Nissan Micra K12 3.1 Bestimmung des Brechungsindex Die ellipsometrischen Messungen wurden mit einem winkelvariierenden spektral auflösenden Ellipsometer VASE durchgeführt. Gemessen wurde in einem Wellenlängenbereich von 400 nm bis 900 nm mit einer Auflösung von 25 nm bei einer Temperatur von 20 C. Die Einfallswinkel betrugen 55 und 65. Ergebnis: Das Ergebnis ist im Anhang dokumentiert. Der Brechungsindex bei 600 nm beträgt 1.4268. 3.2 Bestimmung der Transmission Die Transmission im Wellenlängenbereich von 400 bis 700 nm mit dem Gerät SPECORD 200 der Firma analytikjena in einer Schichtdicke von 2 mm gemessen. Ergebnis: Das Ergebnis ist im Anhang dokumentiert. Die Transmission ist im Wellenlängenbereich von 400 bis 700 nm größer 99 %. Zusammenfassung SensorTack Komponenten A SensorTack Komponente B Aussehen farblos, transparent farblos, transparent Viskosität (23 C) [Pas] 1,06 1,26 Dichte (23 C) [g/cm³] 0,9656 0,9665 Brechungsindex n D (23 C) 1,4036 1,4036 Tabelle 1 Kenndaten SensorTack flüssig Prüfbericht KT-PB-A409433 Angebots-Lfd.Nr. A409433, Blatt 3 von 5
Aussehen Brechungsindex (20 C, 600 nm) Transmission (400 700 nm) SensorTack fest farblos, transparent Silikonmasse des Regen-/Lichtsensor Renault Megane/Nissan Micra K12 1.4278 1.4268 > 93 % (10 mm) > 99 % (2 mm) Tabelle 2 Kenndaten SensorTack fest und Silikonmasse des Regen-/Lichtsensors Renault Megane/Nissan Micra K12 I) Viskosität 5,000 Anlage: 4,500 4,000 3,500 viscosity (Pa.s) 3,000 2,500 2,000 Sensortack1 Komponente A Sensortack1 Komponente B 1,500 1,000 0,5000 0 0 25,00 50,00 75,00 100,0 125,0 150,0 shear rate (1/s) Abbildung 1 Viskosität in Abhängigkeit von der Schergeschwindigkeit Prüfbericht KT-PB-A409433 Angebots-Lfd.Nr. A409433, Blatt 4 von 5
II) Brechungsindex Brechungsindex 1,47 1,46 1,45 1,44 1,43 1,42 1,41 SensorTack Regen-/Lichtsensor 1,40 400 500 600 700 800 900 Wellenlänge [nm] Abbildung 2 Brechungsindex in Abhängigkeit von der Wellenlänge III) Transmission 100 Transmission (%) 80 60 40 20 SensorTack 10 mm Regen-/Lichtsensor 2 mm 0 400 450 500 550 600 650 700 Wellenlänge in nm Abbildung 3 Transmission in Abhängigkeit von der Wellenlänge Prüfbericht KT-PB-A409433 Angebots-Lfd.Nr. A409433, Blatt 5 von 5
zertifiziert nach DIN EN ISO 9001 Prüfbericht KT-PB-A 401 453 Der Prüfbericht umfasst 3 Blätter Aufgabenstellung Vergleichende Untersuchungen Silikonmasse Auftraggeber TÜV Rheinland Service Auftrags-/Angebots-Nr. A 410 453 - JK Prüflabor Prüfgegenstand Hinweise Fraunhofer - Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM) Bereich Klebtechnik und Polymere Wiener Straße 12 D 28359 Bremen Tel. +49 (0) 4 21 / 22 46 446 Fax. +49 (0) 4 21 / 22 46 430 jk@ifam.fraunhofer.de Regen-/Lichtsensoren mit Silikonmasse Eingangsdatum 34 KW 2010 Prüfdatum 35. KW 2010 Ausstellungsdatum Bremen, 24.09.2010 Unterschrift Das Prüfergebnis bezieht sich ausschließlich auf die genannten Prüfgegenstände. Ohne schriftliche Genehmigung des Prüflabors darf dieser Prüfbericht nicht auszugsweise vervielfältigt werden. Soll vom Auftraggeber auf die Inanspruchnahme des Prüflabors hingewiesen werden, muss die vollständige Anschrift des Prüflabors angegeben werden. Prüfbericht KT-PB-A410 453, Seite 1 von 4
Untersuchte Proben Vom Auftraggeber wurden 6 Prüfscheiben, auf die jeweils 2 Regensensoren montiert waren, zur Verfügung gestellt. Die Regensensoren wurden demontiert und die Silikonmasse des Regensensors wurde entnommen. Bestimmung der Transmission der Silikomasse Die Transmission im Wellenlängenbereich von 400 bis 700 nm wurde mit dem Gerät SPECORD 200 der Firma analytikjena über die gesamte Schichtdicke der Probe gemessen. Das Ergebnis ist im Abbildung 1 dokumentiert. Die Daten wurden als Exel-Datei dem Auftraggeber zur Verfügung gestellt. Prüfbericht KT-PB-A410 453, Blatt 2 von 3
Transmission [%] 100 90 80 70 60 50 40 OE 1 OE 2 OE 3 OE 4 OE 5 OE 6 PMA 1 PMA 2 PMA 3 PMA 4 PMA 5 PMA 6 30 20 10 0 400 450 500 550 600 650 700 Wellenlänge [nm] Abbildung 1 Transmission in Abhängigkeit von der Wellenlänge Prüfbericht KT-PB-A410 453, Blatt 3 von 3