Sonnensimulation

Sonnensimulation

Die Sonnensimulation dient dazu, das Alterungsverhalten (die Lichtechtheit) von Kunststoffen, Metallen, komplexen Bauteilen, Beschichtungen, Lacken und anderen Materialien unter verschiedenen Bestrahlungsintensitäten, Strahlungszusammensetzungen und Witterungsbedingungen, an unterschiedlichen Einsatzorten festzustellen.

Unsere Sonne ist nicht nur die wichtigste Energiequelle für uns Menschen sondern auch ein entscheidender Faktor bei der Qualitätsbewertung von Bauteilen und Produkten in Bezug auf Lichtechtheit.

Nahezu alle Produkte sind im Laufe ihrer Lebenszeit den Strahlen der Sonne ausgesetzt und müssen diesen standhalten. Auch Kunstlicht in z.B. Kaufhäusern hat Auswirkungen auf ein Produkt und kann dessen Erscheinungsbild über die Zeit verändern.

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Sonnensimulation  Normen

  • ASTM C1442
  • ASTM D2565 Cycle 1
  • ASTM D3424 Methode 4
  • ASTM D4329
  • ASTM D4587
  • ASTM D4798 Cycle A-1 und B
  • ASTM D4799
  • ASTM D5071 Cycle 1 und 2
  • ASTM D5208
  • ASTM D6662
  • ASTM G151
  • ASTM G154
  • ASTM G155 Cycle 1
  • DIN 75220
  • DIN EN 927-6
  • DIN EN 1297
  • DIN EN 12224
  • DIN EN 13523-10
  • DIN EN 60068-2-2
  • DIN EN ISO 105-B06
  • DIN EN ISO 4892-1
  • DIN EN ISO 4892-3
  • DIN EN ISO 11997-2
  • DIN EN ISO 16474-1
  • DIN EN ISO 16474-3
  • DIN ISO 9022-9
  • GB/T 16422.2 Cycle 10 und 12
  • GB/T 2424.14 Cycle A, B und C
  • GB/T 8013.1 Xenon Test
  • IEC 60068-2-5 Prozedur A
  • ISO 16474-2 Cycle B4
  • JDQ 53.3
  • MIL-STD-810G 505.5 Procedure I und II
  • prEN 1062-4
  • SAE J2020
  • TSM0501G
  • TSM0502G
  • YY/T 0631 Xenon Test
Erläuterungen zur Sonnensimulation(klicken zum Öffnen)Pfeil nach rechts

Ein wichtiger Bereich für die Sonnensimulation ist die Automobilindustrie. PKWs und LKWs sind über die gesamte Nutzungs- bzw. Lebensdauer teilweise intensiver Sonnenbestrahlung ausgesetzt. Die Auswirkung sind teilweise gravierend und betreffen sowohl Aussenanbauteile als wie auch Bauteile im Fahrzeuginnenraum. Lacke bleichen aus, Armaturenbretter verfärben sich und können reissen.

Hier kommen 2 unterschiedliche Einflussfaktoren zum tragen:

  • UV-Anteil des Lichtes
  • Thermischer Anteil des Lichtes
Während das UV Licht auch bei tiefer Temperatur Kunststoffe altern lässt wird bei der thermischen Einwirkung die Alterung aufgrund des Temperatureinflusses beschleunigt. UV Licht in Verbindung mit Wasser führt noch einmal zu einer beschleunigten Alterung, weshalb man hier auch von Bewitterungstests spricht.

Die Erzeugung des Lichtes wird mit unterschiedlichen Strahlern vorgenommen, z. B. durch:

  • Xenonstrahler, die ein sehr Sonnenlichtähnliches Spektrum aufweisen, allerdings mit einem hohen Infrarotanteil
  • Metall-Halogenidstrahler, die ein ähnliches Spektrum wie Xenonbogenlampen haben aber ohne den hohen Infrarotanteil
  • UV-Röhren, die als UVA, UVB, oder UVC Strahler eingesetzt werden und nur den UV Anteil des Lichtes auf den Prüfling einwirken lassen.

Sonnensimulation, Bewitterung, UV-Prüfungen

Mit diesen Tests sollen die Einflüsse wetterbedingter Faktoren wie Sonnenlicht, Temperatur, Feuchte/Wasser u.ä. auf Materialien und Oberflächen untersucht werden. Dabei muss man bei der Vorgehensweise grundsätzlich zwischen natürlicher (Freibewitterung) und künstlicher Bewitterung (Laborbewitterung) unterscheiden. Beides wird von TechnoLab durchgeführt.

Für die Freibewitterung setzt man die zu testenden Objekte an bestimmten Standorten mit besonderen klimatischen Eigentümlichkeiten den lokalen Umweltbedingungen unter Messbeobachtung aus. Dieses Vorgehen hat einen erheblichen Zeitaufwand zur Folge, zumal meteorologische Unwägbarkeiten Einfluss auf den Testverlauf nehmen können.

Die Laborbewitterung weist demgegenüber deutliche Vorteile auf. Die Einflussfaktoren (Bestrahlungsstärke, Temperatur, Feuchtigkeit u.ä.) können über den gesamten Beobachtungszeitraum konstant gehalten werden. So sind Ergebnisse in relativ kurzer Zeit erzielbar, wodurch belastbare Aussagen über „Wetterchtheit“, „Bewitterungsstabilität“ und „Lichtechtheit“ getroffen werden können.

Lichtechtheit / UV-Beständigkeit

Der Einfluss von Ultraviolettstrahlung (UV-Strahlung), insbesondere der kurzwelligen Strahlung, auf bestimmte Werkstoffe ist kaum zu überschätzen, ihre optischen und mechanischen Eigenschaften können sich deutlich verändern. Insbesondere organische Materialien und Kunststoffe erfahren unter dem UV-Licht in der Sonnenstrahlung teils signifikante Alterungsprozesse (vergilben, verfärben, verspröden, verfallen). Verschlechterung natürlicher und synthetischer Elastomere und Polymere durch photochemische Reaktionen.

Auch der Infrarotanteil der Strahlung kann erhebliche Folgen zeitigen wie beispielsweise: Verklemmen oder Ablösen beweglicher Teilen, Schwächung von Lötstellen, Verlust der Kalibrierung, vorzeitige Betätigung elektrischer Kontakte, Verblassen der Farben farbcodierter Komponenten, Änderungen der Eigenschaften von Elastomeren und Polymeren, Blasenbildung und Abblättern von Farben und anderen Oberflächen, Erweichen von Vergussmassen u.v.m.

Getestet werden in den Labors Komponenten aus Kunststoffen wie beispielsweise Acrylglas, PVC, Polyethylen und EPDM, wobei hierbei mechanische (Härte, Elastizität und Festigkeit) als auch optische Eigenschaften (Trübung, Verfärbung,Glanz) untersucht werden. Die UV-Simulationsanlagen decken einen großen Bereich an Strahlungsintensität kombiniert mit verschiedenen klimatischen Beanspruchungen ab.

Für die Durchführung dieser Tests kommen u.a. zum Einsatz:

Xenonbogenbewitterung

Die Strahlungscharakteristik bei Xenonbogenlampen wird durch die Verwendung von geeigneten Filtern angepasst, es wird entsprechend der DIN EN ISO 4892-2 das Verfahren A zur Prüfung mit Filtern für Globalstrahlung (künstliches Bewittern) und das Verfahren B zur Prüfung mit Filtern für Globalstrahlung hinter Fensterglas unterschieden.

UV-Bewitterung

Für die Realisierung der mit UV-Fluoreszenzlampen durchgeführten künstlichen Bewitterung bzw. Bestrahlung werden nach DIN EN ISO 4892-3 verschiedene Lampen verwendet, welche eine unterschiedliche Strahlungscharakteristik aufweisen. Das Verfahren A beschreibt die Bewitterung mit UVA-340-Lampen (Typ 1A) und das Verfahren B die Globalstrahlung hinter Fensterglas mit UVA-351-Lampen (Typ 1B). Bei beiden Lampen wird eine sehr gute Übereinstimmung mit der Strahlungscharakteristik des Sonnenlichtes erreicht. Die UVB-313-Lampen emittieren dagegen auch im Bereich des mittleren und fernen UV-Bereiches und damit unterhalb der solaren cut-off-Wellenlänge von 295 nm. Diese Lampen werden insbesondere für Untersuchungen in der Luft- und Raumfahrt verwendet.