Materiallösungen zum zuverlässigen Schutz vor Umwelteinflüssen in Automotive‑Beleuchtungsanwendungen

Das technische Design eines Automobils ist umfangreich. Vom Motor über den Antriebsstrang, Achsen und Räder. Kraftstoffsysteme. Lenkung. Rückhaltesysteme und Sicherheitssysteme. Infotainment.

Und natürlich, am sichtbarsten für Fahrer und Passagiere, das Innendesign, das sowohl auf Funktionalität als auch auf Ästhetik geprüft wird.

Leider ist ein häufiges Problem das Eindringen von Wasser in die Innenverkleidung, typischerweise durch Dichtungsfugen rund um die hoch montierten Bremsleuchten (CHMSLs).

Jeder Käufer eines Neuwagens wird äußerst enttäuscht sein, wenn er feststellt, dass sein teurer Neuwagen undicht ist und die Innenverkleidung seines Fahrzeugs fleckig, faltig und ein Nährboden für Schimmel ist.

Der Hauptgrund für dieses Phänomen ist vermutlich die Diskrepanz zwischen den Materialvorgaben der OEMs und den Leistungsanforderungen in der Anwendung. Designingenieure wählen möglicherweise Dichtungsstoffe aus, die auf dem Papier funktionieren, basierend auf Validierungstests von Labormustern. Diese Materialien können jedoch später während der Teilevalidierung oder nach der Produktion aufgrund realer Umweltbedingungen und tatsächlicher Teilegeometrie Probleme zeigen.

Im Allgemeinen ist der vorherrschende Faktor die Kosten. Die Materialien, die typischerweise für die Lampendichtung spezifiziert werden, wie EPDM-Schaum, bieten Einsparungen bei den Anschaffungskosten. Auf den ersten Blick ist dies natürlich vorteilhaft. Ein genauerer Blick zeigt jedoch ein komplexeres Bild.

Endverbraucher berichten oft schon innerhalb weniger Monate nach dem Kauf eines Neuwagens von Undichtigkeiten; für sie ist das Problem mehr als nur eine Unannehmlichkeit. Sie müssen Reparaturen durchführen lassen, die die Gesamtkosten des Fahrzeugbesitzes erhöhen und die Markenwahrnehmung beeinträchtigen. Dies wiederum verringert die Kundenbindung und wirkt sich rückwirkend auf die Lieferkette aus, indem es Händler und Hersteller betrifft. Letztere können darauf reagieren, indem sie Reparaturanweisungen veröffentlichen, was jedoch Garantieansprüche und die Möglichkeit von Rückrufen nach sich ziehen kann. OEMs können auch laufende Änderungen an ihren Montagelinien vornehmen, um die Teileproduktion zu verbessern, was jedoch wahrscheinlich umständlich und kostspielig ist.

Eine Alternative besteht darin, die Herausforderung von Anfang an als Chance für das Designengineering zu betrachten. Durch die Spezifikation von hochwertigen Dichtungsmaterialien wie Silikonschaum-Klebebändern können Ingenieure die langfristige Lebensfähigkeit von Rückleuchtenbaugruppen sicherstellen. Dadurch bleibt die Markenwahrnehmung erhalten, die Wahrscheinlichkeit von Garantieansprüchen wird verringert und die Möglichkeit, anfängliche Kosten durch Produktzuverlässigkeit und Langlebigkeit wieder hereinzuholen, wird aufgezeigt.

Dichtungsmaterialien für die Fahrzeugbeleuchtung

Rückleuchten stellen mehrere einzigartige Überlegungen dar, die für die Bestimmung eines geeigneten Dichtungsmaterials relevant sind. Da die Gehäuse Kunststoffe enthalten — typischerweise ABS oder Polycarbonat-ABS (PC-ABS) — ist die Substratkompatibilität ein Faktor. PVC-Dichtungsschäume können hier nicht verwendet werden, da die Gefahr von Umweltspannungsrissen am Gehäuse besteht. CHMSLs, die von ihrer Position innerhalb der Heckscheiben zu ihrem aktuellen Platzierungstrend außerhalb der Dächer oder innerhalb von Spoilern übergegangen sind, sind besonders anspruchsvoll; sie werden direkt am Fahrzeug abgedichtet, sodass das Dichtungsmaterial über die gesamte Lebensdauer des Fahrzeugs zu 100 % effektiv sein muss.

Die typische Lösung, EPDM-Schaum, bietet den Vorteil eines kostengünstigen Materials. Es weist jedoch auch mehrere Nachteile auf.

Ein Nachteil ist seine weitgehend offene Zellstruktur, die dazu führt, dass Dichtungen eine hohe Kompression — im Bereich von 50 % oder mehr — benötigen, um das Eindringen von Wasser effektiv zu verhindern, insbesondere bei größeren Lampen und komplizierteren Dichtungen, die entlang von Rippen abdichten müssen. Dies wird zusätzlich dadurch erschwert, dass EPDM im Allgemeinen durch einen hohen Druckverformungsrest gekennzeichnet ist, was bedeutet, dass die Kompression im Laufe der Zeit zu einer dauerhaften Verformung führt. Dadurch kann jede Bewegung im Teil die Dichtung beeinträchtigen. Darüber hinaus begrenzt dieses Phänomen die Wartungsfähigkeit: Wenn Teile zur Reparatur entfernt werden müssen, ist die Dichtung weniger effektiv, wenn sie wieder eingesetzt wird.

Ein weiteres Problem ist die Möglichkeit der Korrosion bei Kontakt mit LEDs oder Elektronik. Dies betrifft schwefelgehärtetes EPDM, was es für die Lampendichtung ungeeignet macht. Während mit Peroxid gehärtetes EPDM eine akzeptable Alternative darstellt, ist es im Allgemeinen teurer, steifer und schwieriger zu montieren, um das erforderliche Kompressionsniveau zu erreichen.

Eine bescheidene Verbesserung gegenüber EPDM bietet Polyurethan (PUR)-Schaum, der einen niedrigeren Druckverformungsrest bietet und dadurch eine höhere Elastizität aufweist. PUR-Schäume sind hauptsächlich mikrozellulär, was bedeutet, dass ein hohes Kompressionsniveau weiterhin erforderlich ist, um eine effektive Abdichtung zu schaffen. Wenn die Dichtung den Elementen ausgesetzt wird, kann sie auch durch schlechte UV-Stabilität beeinträchtigt werden.

Am anderen Ende des Spektrums befinden sich Silikonschäume — eine herausragende Lösung, die sowohl auf Anpassungsfähigkeit als auch auf Haltbarkeit setzt. Ihre Flexibilität zeigt sich in ihrem niedrigen Kraft-zu-Kompression- (FTC) zu Kompressionskraft-Durchbiegungs- (CFD) Verhältnis, das eine bessere Abdichtung entlang einer Rippe ermöglicht. Gleichzeitig ermöglichen geschlossene Zellkonfigurationen eine effektive Wasserabdichtung bei nur 30 % Kompression. Silikonschaum ist in der Lage, einem breiten Temperaturbereich standzuhalten, UV- und ozonbeständig, schwefelfrei und nicht korrosiv, und eignet sich ideal für eine Vielzahl von Automobilanwendungen, bei denen eine langfristige Produktlebensdauer erforderlich ist.

Dieser letzte Punkt ist ein Schlüsselkonzept. Designingenieure, die Silikonlösungen spezifizieren, müssen sich mit Budgetbeschränkungen auseinandersetzen, die möglicherweise auf kurzsichtigen Analysen basieren. Wenn jedoch der breitere Ausblick berücksichtigt wird, wird der Wert der Verwendung von hochwertigen Materialien wie Silikon leichter erkennbar.

Norseal Silikonschaum

Unsere Lösung für die Herausforderung der Abdichtung von Rückleuchten findet sich in unserer Produktlinie von Norseal^® Silikonschäumen. Der mittelverdichtete, geschlossenzellige F-20 Silikonschaumgummi dient als Substrat für sein 520GF-Klebeband.

Norseal F-20 ist in vielen Branchen, einschließlich mehrerer Transportsektoren, für seine Widerstandsfähigkeit gegenüber Umweltbedingungen — Luft, Staub, Licht, Feuchtigkeit und mehr — bekannt. Norseal 520GF, gezeigt in Abbildung 3, verwendet einen folienunterstützten, druckempfindlichen Acryl-Klebstoff (PSA), um die Vorteile des F-20 Silikonschaums in einer einfach anzuwendenden Form zu liefern. 520GF hat eine schwefelfreie Formulierung, die Korrosion rund um Elektronik eliminiert, während seine geringe Absorptionsqualität eine dauerhafte Wasserabdichtung verleiht; es ist auch flammenhemmend und resistent gegen Chemikalien und Reinigungsmittel. Darüber hinaus hat es sich in zahlreichen Bereichen — einschließlich Langlebigkeit, Witterungsbeständigkeit und elektrischer Widerstandsfähigkeit — und bei Anwendungen mit extremen Temperaturen als besser geeignet gegenüber anderen Elastomer-Klebebändern erwiesen. 520GF-Klebebänder sind in einer Vielzahl von Dicken und Formfaktoren erhältlich, einschließlich Streifen, Stanzteilen, O-Ringen und anderen kundenspezifischen Formen und Größen.

Vielleicht am wichtigsten für Rückleuchten ist der niedrige Druckverformungsrest sowohl der F-20- als auch der 520GF-Produkte, der zu zuverlässigeren Dichtungen mit höherer Wartungsfähigkeit führt. Hier ein Blick auf einige der wichtigsten Daten:

Norseal F-20 Daten

• Beschreibung: Mittelverdichtetes, geschlossenzelliges Silikonschaumgummi-Produkt
• Dichte: 20 lb/ft³ / 320 kg/m³ (ASTM D3574)
• Kompressionsdurchbiegung: 10 psi / 70 kPa (ASTM D1056)
• Druckverformungsrest: <5 % (ASTM D1056 „D“; 50 % komprimiert für 22 Stunden bei 212°F/100°C)
• Ozon-Bewertung: Keine Risse (ATSM D1171-99 [2007], Methode A)
• UV-Beständigkeit: Keine Verschlechterung (SAE J1960)
• Wasseraufnahme: <1 % (ASTM D471/D1056)
• Temperaturbereich: -60° bis 100°F/-51° bis 204°C

Norseal 520GF Daten

• Beschreibung: Druckempfindliches Klebeband aus Silikon SNS-Schaum
• Haftung auf Stahl: 30 oz/in / 335 gm/cm (Testmethode: ASTM D1000)

Hinweis: Dies sind typische Werte und sollten nicht für Spezifikationszwecke verwendet werden.

Designingenieure sollten auch berücksichtigen, dass die Norseal-Schaumproduktpalette in einer Vielzahl anderer Automobilanwendungen verwendet wird. Dazu gehören HLK- und Kühlergrill-Dichtungen für die Klimaregelung; Türschloss- und Viertelfensterentlüftungsdichtungen; sowie Lösungen zur Vibrationsdämpfung für Armaturenbretter und Innenverkleidungen. Darüber hinaus unterstützen Norseal-Silikonprodukte die kontinuierliche Entwicklung von Elektrofahrzeugen (EVs) mit Dichtungen zum Schutz vor äußeren atmosphärischen Einflüssen; Kompressionspads, um die Ausdehnung und Kontraktion in Batteriezellenstapeln zu berücksichtigen; und thermische Schnittstellenmaterialien, um Zellen im Falle von thermischen Durchlaufereignissen zu isolieren.

Silikonschäume schaffen Möglichkeiten

Aufgrund ihrer Kosten werden Silikonschäume typischerweise für Anwendungen reserviert, die sehr niedrige Druckverformungsreste oder Widerstandsfähigkeit gegenüber extremen Temperaturen erfordern. Ihre Verwendung zur Lösung von Feuchtigkeitsproblemen bei Rückleuchten mag übertrieben erscheinen. Wie oben beschrieben, gibt es jedoch ein breiteres Bild zu betrachten. Es stellt eine Gelegenheit für Hersteller dar, einem häufigen Kundenproblem, das möglicherweise unterschätzt wird, voraus zu sein.

Saint-Gobain Tape Solutions ist bestens positioniert, um als Partner Designingenieuren zu helfen, das Potenzial für Erfolg zu erkennen. Mit über 60 Jahren Erfahrung in der Erfüllung der Abdichtungs- und Klebebedürfnisse der Automobilindustrie können wir einen gründlichen und gut abgestimmten Ansatz für die Herausforderungen der heutigen Branche bieten. Darüber hinaus sind unsere Kunden nicht darauf beschränkt, mit bestehendem Inventar zu arbeiten, wie es bei Klebebandlieferanten der Fall ist; stattdessen haben Sie Zugang zu unserem Team von Ingenieuren, die die Klebstoffe entwickeln und Ihnen helfen können, kundenspezifische Lösungen für jede Anwendung zu finden.

Kontaktieren Sie uns noch heute, um zu besprechen, wie unsere Silikonoptionen Ihre Anwendungsanforderungen erfüllen können.