Gewährleistung der Fahrzeugsicherheit: Die entscheidende Rolle einer Ozon-Alterungsprüfkammer bei der Prüfung von Gummidichtungen

Abstract
Gummidichtungen im Automobilbereich sind ein wesentlicher Bestandteil des Dichtungssystems und werden häufig an Türen, Fenstern, Kofferraumdeckeln, Schiebedächern und anderen Stellen verbaut. Sie erfüllen Funktionen wie Wasserdichtigkeit, Staubdichtigkeit, Schalldämmung und Dämpfung. Wenn die Dichtungen versagen, können Probleme wie Regenwassereintritt, verstärkte Windgeräusche und Staubeintritt auftreten. In schweren Fällen wird die Lebensdauer der Bordelektronik indirekt beeinträchtigt, was sich negativ auf die Fahrsicherheit und den Fahrkomfort auswirkt. Ozon in der Atmosphäre oxidiert kontinuierlich die Polymerketten von Gummi. Unter Zugbelastung entsteht Ozonrissbildung im Gummi, eine der Hauptursachen für das Versagen von Gummiprodukten im Außenbereich. Eine Ozon-Alterungsprüfkammer kann die Ozon-Erosionsumgebung im Labor nachbilden und den tatsächlichen Spannungszustand von Dichtungen mithilfe statischer und dynamischer Dehnungsvorrichtungen simulieren, um eine beschleunigte Alterungsprüfung durchzuführen. LISUN OTC-150A Dieser Artikel beschreibt die Funktionsweise und den Hardwareaufbau einer Ozon-Alterungsprüfkammer. In Verbindung mit Normen wie GB/T 7762-2014, GB/T 13642-2015 und ISO 1431-1:2012 wird das vollständige Prüfverfahren für Dichtungsstreifen aus Gummi für die Automobilindustrie vorgestellt. Darüber hinaus werden weitere Anwendungsbereiche der Ozon-Alterungsprüfkammer in der Gummi-, Textil- und Kabelindustrie aufgezeigt. Die Arbeit bietet Referenzen für die Forschung und Entwicklung von Automobilteilen, die Wareneingangskontrolle und unabhängige Prüfinstitute zur Durchführung von Ozonrissbeständigkeitstests. 

Einführung

Die meisten Gummidichtungen in Kraftfahrzeugen bestehen aus ungesättigten Gummimaterialien. Während des Fahrzeugbetriebs und beim Öffnen/Schließen der Türen sind die Dichtungen über lange Zeit einer kontinuierlichen oder oszillierenden Zugbeanspruchung ausgesetzt. Selbst geringe Ozonkonzentrationen in der natürlichen Umgebung können Oxidationsreaktionen mit den ungesättigten Doppelbindungen im Gummi eingehen und so winzige Risse an der Materialoberfläche erzeugen. Diese Risse dehnen sich mit der Nutzungsdauer allmählich nach innen aus und führen schließlich zur Beschädigung der Dichtungsstruktur. Tests unter natürlicher Beanspruchung erfordern, dass die Proben im Freien platziert werden. Deutliche Rissbildung ist jedoch erst nach Monaten oder sogar Jahren erkennbar, was den Testanforderungen für die schnelle, iterative Entwicklung von Automobilteilen kaum gerecht wird.

Das Testkammer für die Ozonalterung Die Ozon-Alterungsprüfkammer erzeugt Ozongas mit kontrollierbarer Konzentration mittels Entladungsröhren. Ausgestattet mit Temperatur- und Feuchtigkeitsregelungssystemen sowie Vorrichtungen zur Probenstreckung, simuliert sie die zerstörerische Wirkung von atmosphärischem Ozon in einem geschlossenen, dunklen Raum und führt beschleunigte Alterungstests innerhalb kurzer Zeit durch. Die Kammer findet breite Anwendung in der Gummi-, Textil-, Kabel- und anderen Industrien. Sie dient der Überprüfung der Ozonrissbeständigkeit von Dichtungsstreifen aus Automobilgummi, der Ozonfarbechtheit von Outdoor-Textilien und der Ozonalterungsbeständigkeit von Kabelmänteln. Sie liefert wissenschaftliche Daten für die Materialforschung und -entwicklung sowie die Qualitätsprüfung, unterstützt Unternehmen bei der Kontrolle der Witterungsbeständigkeit ihrer Produkte und gewährleistet effektiv eine stabile Leistung und sichere Lebensdauer der Produkte im Langzeiteinsatz. In der Automobilindustrie ermöglicht der Einsatz der Ozon-Alterungsprüfkammer zur Prüfung von Dichtungen auf Ozonrisse die frühzeitige Erkennung ungeeigneter Materialmischungen und Bauteile und reduziert so das Risiko nachfolgender Fahrzeugausfälle von vornherein. LISUN OTC-150A Die Ozon-Alterungsprüfkammer ist ein ausgereiftes kommerzielles Prüfgerät mit drei Betriebsmodi: statische Dehnung, dynamische Dehnung und intermittierende dynamische Dehnung. Sie entspricht nationalen und internationalen Prüfnormen für Kautschuk und eignet sich sowohl für den Rezepturvergleich in der Laborforschung und -entwicklung als auch für die Wareneingangskontrolle von Komponenten.

OTC-015A_Ozon-Testkammer

Prüfprinzip der Ozon-Alterungsprüfkammer und Ausfallmechanismus von Automobildichtungen

Eine Ozon-Alterungsprüfkammer besteht im Wesentlichen aus einer Ozonerzeugungseinheit, einer Temperatur- und Feuchtigkeitsregelungseinheit, einer Gaszirkulationseinheit, einem Probenstreckaktuator sowie einem Datenerfassungs- und Steuerungssystem. Das Gerät erzeugt Ozon mittels geräuschloser Entladungsröhren. Sensoren überwachen die Ozonkonzentration im Inneren der Kammer in Echtzeit, und ein Zwangsluftzirkulationssystem gewährleistet eine gleichmäßige Durchmischung des Ozongases, um eine stabile Ozonkonzentration aufrechtzuerhalten. Das Temperatur- und Feuchtigkeitsmodul steuert die internen Umgebungsparameter der Kammer. Das Probenhalterungssystem kann Gummiproben einer festen oder oszillierenden Zugspannung aussetzen, um die tatsächliche Belastung von Dichtungen nach der Fahrzeugmontage zu simulieren. Der gesamte Test wird in einer lichtdichten, geschlossenen Kammer durchgeführt, um Störungen durch externe Faktoren wie Beleuchtung auf die Alterungsergebnisse auszuschließen.

Nach dem Einbau unterliegen Gummidichtungen im Automobilbereich stets einer gewissen Zugverformung. Beim Kontakt mit der beanspruchten Gummioberfläche durch Ozon treten Oxidationsreaktionen bevorzugt an den Spannungskonzentrationsstellen auf und führen zur Bildung feinster Oberflächenrisse. Sobald Risse entstanden sind, dringt Ozon kontinuierlich in deren Inneres ein und fördert deren Vertiefung und Ausweitung, wodurch die Gummidichtungsstruktur schließlich zerstört wird. Der statische Dehnungsmodus simuliert die kontinuierliche Kompression und Dehnung der Dichtungsstreifen nach dem Schließen der Tür und entspricht der Norm für statische Zugprüfungen GB/T 7762-2014. Der dynamische Dehnungsmodus simuliert die periodische Verformung durch Fahrzeugvibrationen und wiederholtes Öffnen und Schließen der Tür und entspricht der Norm für dynamische Zugprüfungen GB/T 13642-2015. Die beiden Betriebsmodi sind nicht austauschbar. Bei der praktischen Prüfung ist der jeweils passende Prüfmodus entsprechend dem tatsächlichen Betriebszustand der Dichtungen auszuwählen. Eine Ozon-Alterungsprüfkammer muss beide Modi unterstützen, um die Betriebsbedingungen der Bauteile vollständig abzubilden.

Hardwarearchitektur und Spezifikationsparameter OTC-150A Testkammer für die Ozonalterung

Das LISUN OTC-150A Die Ozon-Alterungsprüfkammer ist mit einem unabhängigen Ozongenerator ausgestattet. Die Ozonkonzentration lässt sich im Bereich von 10–1000 pphm mit einer Regelgenauigkeit von ±2–3 pphm einstellen. Durch die Zwangsluftzirkulation wird eine Gasströmungsgeschwindigkeit von 600 ±100 mm/s gewährleistet, um eine gleichmäßige Ozonverteilung im Inneren der Kammer sicherzustellen. Der Temperaturregelbereich liegt zwischen 0 und 60 °C mit einer Genauigkeit von ±1 °C; der Feuchtigkeitsregelbereich liegt zwischen 20 % und 90 % r. F. (bei 20–40 °C) mit einer Abweichung von ±5 % r. F. Der Probenaktuator ermöglicht statisches, dynamisches und intermittierendes dynamisches Dehnen. Die Probendehnung ist von 5 % bis 45 % einstellbar, die Dehnungsfrequenz von 0 bis 30 Mal pro Minute und der maximale Dehnungshub von 0–90 mm. Damit werden die Prüfanforderungen für Gummidichtungsstreifen aus der Automobilindustrie unterschiedlicher Größe erfüllt. Das Gerät ist mit einem 7-Zoll-Touchscreen, einer USB-Schnittstelle und einem RJ45-Netzwerkanschluss ausgestattet. Testdaten können im Excel-Format für den lokalen Export oder die Speicherung auf einem Host-Computer gespeichert werden. Die Innenkammer besteht aus korrosionsbeständigem Material und ist somit vor langfristiger oxidativer Korrosion durch Ozon geschützt. Zum Schutz des Bedieners verfügt das Gerät über ein Abluftsystem, das nach dem Test Restozon aus der Kammer abführt. Die folgende Tabelle listet die wichtigsten Spezifikationen der Hauptmodelle auf. LISUN Ozon-Alterungstestkammer.

Implementierungspunkte für die Prüfung von Gummidichtungen in der Automobilindustrie mittels Ozon-Alterungsprüfkammer

Vor der Durchführung des Ozonrissbeständigkeitstests an Kfz-Gummidichtungen in der Ozonalterungsprüfkammer muss die Probenvorbereitung abgeschlossen sein. Die Dichtungsproben werden gemäß den entsprechenden Normen zugeschnitten, ihr ursprüngliches Aussehen dokumentiert, die Anfangszugfestigkeit mit einem Zugprüfgerät ermittelt und die Ausgangswerte erfasst. Die Probenoberflächen müssen frei von Ölflecken und Kratzern sein, um zu vermeiden, dass künstliche Defekte die Beurteilung der Rissbildung beeinträchtigen. Zur Erhöhung der statistischen Zuverlässigkeit der Testergebnisse werden mehrere Parallelproben angefertigt.

Führen Sie eine vollständige Vorabprüfung der Ausrüstung durch, prüfen Sie den Anschlussstatus des Ozongenerators, der Sensoren und der Dehnungsvorrichtungen und kalibrieren Sie Ozonkonzentration, Temperatur und Luftfeuchtigkeit. Stellen Sie die Testparameter gemäß den Normen ein. Für Kfz-Gummidichtungen beträgt die übliche Ozonkonzentration 50 pphm, die Testtemperatur wird in der Regel auf 23–40 °C eingestellt und die Luftfeuchtigkeit wird gemäß den Normen begrenzt. Wählen Sie den statischen oder dynamischen Dehnungsmodus, stellen Sie die Probendehnung, die Dehnungsfrequenz und die Gesamttestdauer ein. Montieren Sie die Proben mit einem Abstand von mindestens 15 mm auf den Vorrichtungen, um sicherzustellen, dass das Ozongas die Oberfläche jeder Probe vollständig benetzt. Schließen Sie die Kammertür. Sobald sich Temperatur und Luftfeuchtigkeit im Inneren stabilisiert haben, starten Sie den Ozongenerator und beginnen Sie die Zeitmessung, sobald die Ozonkonzentration den Sollwert erreicht hat. Öffnen Sie die Kammertür während des gesamten Tests nicht, um Ozonverluste und Störungen des Kammerklimas zu vermeiden. Das Gerät zeichnet automatisch Ozonkonzentration, Temperatur, Luftfeuchtigkeit und den Betriebszustand des Dehnungsmechanismus auf.

Nach Ablauf der Testzeit wird die Abluftanlage des Geräts aktiviert, um das Restozon in der Kammer vollständig abzuführen. Die Kammertür wird erst geöffnet und Proben werden entnommen, wenn die Ozonkonzentration im Inneren den zulässigen Grenzwert unterschritten hat. Die entnommenen Proben werden unter Standardumgebungsbedingungen (23 °C ± 2 °C, 50 % ± 5 % relative Luftfeuchtigkeit) konditioniert. Anschließend werden Risse auf der Gummioberfläche mit einer Lupe oder einem Mikroskop untersucht. Rissvorkommen, Rissdichte und maximale Risstiefe werden dokumentiert. Die Zugfestigkeit wird erneut geprüft und mit den Ausgangsdaten verglichen, um die Ozonbeständigkeit der Proben zu bestimmen. Neben Autogummiteilen kann die Ozonalterungsprüfkammer auch Ozonbeständigkeitsprüfungen für Kabelmäntel und Ozon-Farbechtheitsprüfungen für Outdoor-Textilien gemäß GB/T 2951.21-2008, GB/T 11039.3-2005, ISO 105-G03 und weiteren Normen durchführen. Ein einziges Gerät ermöglicht Ozonbeständigkeitsprüfungen für verschiedene Materialkategorien.

Wartungs- und Prüfpunkte für Ausrüstung

Ozon besitzt eine starke oxidative Korrosionswirkung. Die regelmäßige Wartung der Ozon-Alterungsprüfkammer beeinflusst die Genauigkeit der Prüfdaten und die Lebensdauer des Geräts unmittelbar. Ozonsensoren müssen regelmäßig kalibriert werden, um genaue Konzentrationsmessungen zu gewährleisten; eine Sensordrift führt direkt zu Abweichungen der Prüfbedingungen von den Standardvorgaben. Die Dichtungen und Leitungen im Inneren der Kammer sind zu überprüfen, um Ozonleckagen zu vermeiden. Der Streckmechanismus ist regelmäßig zu prüfen und zu schmieren, um eine stabile, oszillierende Streckbewegung und eine gleichmäßige Dehnung sicherzustellen. Die Kammer ist nach den Prüfungen zu reinigen, um Gummireste zu entfernen. Die Abluftanlage des Geräts muss voll funktionsfähig sein. Vor dem Öffnen der Kammertür muss das Ozon vollständig abgeführt werden, um Verletzungen durch Ozoninhalation zu vermeiden. Die Kammertür darf während des Betriebs nicht geöffnet werden. Kalibrierungsaufzeichnungen, Prüfprogrammdateien und Betriebsdaten sind vollständig aufzubewahren, um die Rückverfolgbarkeit der Prüfberichte zu gewährleisten. Wichtige, in den Normen festgelegte Parameter wie Ozonkonzentration, Temperatur und Dehnung dürfen nicht willkürlich verändert werden. Parameteränderungen verändern die Alterungsspannung und machen die Prüfergebnisse unvergleichbar.

Fazit

Die Ozonbeständigkeit von Gummidichtungen im Automobilbereich steht in direktem Zusammenhang mit der Dichtleistung des Fahrzeugs und der Fahrsicherheit. Natürliche Expositionstests zeichnen sich durch lange Zyklen aus und können kaum mit dem schnellen Forschungs- und Entwicklungsrhythmus sowie der Überprüfung von Automobilteilen mithalten. Die Ozonalterungsprüfkammer simuliert präzise die Ozonkorrosionsumgebung in einem geschlossenen Raum und reproduziert den Spannungszustand eingebauter Dichtungen mithilfe statischer und dynamischer Dehnungsmechanismen, um eine beschleunigte Bewertung der Ozonbeständigkeit schnell durchzuführen. LISUN OTC-150A Testkammer für die Ozonalterung Die Ozon-Alterungsprüfkammer zeichnet sich durch eine einstellbare Ozonkonzentration, ein stabiles Temperatur- und Feuchtigkeitsregelungssystem sowie einen vollständigen Probenstreckmechanismus aus. Sie ist kompatibel mit nationalen und internationalen Normen wie GB/T 7762-2014, GB/T 13642-2015 und ISO 1431-1:2012. Die Kammer dient nicht nur der Zuverlässigkeitsprüfung von Gummidichtungen im Automobilbereich, sondern findet breite Anwendung in der Gummi-, Textil-, Kabel- und anderen Branchen. Sie wird eingesetzt, um die Ozonrissbeständigkeit von Gummidichtungen im Automobilbereich, die Ozonfarbechtheit von Outdoor-Textilien und die Ozonalterungsbeständigkeit von Kabelmänteln zu überprüfen. Die Kammer liefert wissenschaftliche Daten für die Materialforschung und -entwicklung sowie die Qualitätsprüfung, unterstützt Unternehmen bei der Kontrolle der Witterungsbeständigkeit ihrer Produkte und gewährleistet effektiv eine stabile Leistung und eine sichere Lebensdauer der Produkte im Langzeiteinsatz. Bei der praktischen Prüfung müssen die Prüfer die Probenvorbereitung standardisieren, die Testparameter gemäß den Normen genau festlegen, die Geräte regelmäßig kalibrieren und warten sowie die Ergebnisse der Rissbildung und Leistungsveränderung wissenschaftlich interpretieren. Nur so kann der Nutzen der Ozon-Alterungsprüfkammer voll ausgeschöpft werden, indem eine zuverlässige Prüfunterstützung für die Qualitätskontrolle von Autoteilen und die Gewährleistung der Fahrsicherheit bereitgestellt wird.