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Abdichten von KFZ-Sensoren Um die Zuverlässigkeit von Sensoren weiter zu verbessern, wurden spezielle VERGUSSMASSEN

entwickelt: Sie sorgen dafür, dass Sensoren gegenüber aggressiven Medien sowie bei hohen

Temperaturen zuverlässig abgedichtet werden. Damit ist die Sensormontage selbst in widrigen

Umgebungen wie z. B. in der Ölwanne möglich.

Bis zu 90 Sensoren finden sich in ei-nem modernen PKW: Sensorele-mente nehmen physikalische oder

chemische Kennwerte auf und wandeln diese in elektrische Signale um. Das sorgt für Sicherheit und Komfort im Auto-mobil, gewährleistet und optimiert den Ressourcenverbrauch.

Sensoren werden dort eingebaut, wo die zu messende Größe aufgenommen werden muss, so dass beispielsweise ein Sensor zur Überwachung der Motortem-peratur direkt am Motor platziert ist, während ein Sensor zur Ölzustandsüber-wachung in der Ölwanne zu finden ist (Bild 1). Da die Signale über Elektroden nach außen geführt werden, muss der Sensor am Ausgang der Elektroden ge-genüber den Verhältnissen an der Mess-stelle wie Temperatur, Druck oder aggres-sive Medien abgedichtet werden.

Allein das Umspritzen der Elektroden und Messfühler reicht unter heutigen Be-dingungen in der Automobilindustrie häufig nicht aus. Zur Ergänzung kommen chemisch vernetzende Massen zum Ein-satz, wobei die richtige Auswahl dieser Produkte für die Zuverlässigkeit von Sen-soren äußerst wichtig ist. Dies gilt insbeson-dere für solche Produkte, die unter schwie-rigen Umgebungsbedingungen betrieben werden wie z. B. Sensoren zur Über-wachung des Ölzustands oder Öldrucks.

Speziell für derartige Anwendungen wurden Vergussmassen auf der Basis säu-reanhydridvernetzender Epoxide ent-wickelt, die hervorragend beständig ge-genüber hohen Temperaturen und ag-gressiven Medien sind und angepasste mechanische Eigenschaften aufweisen. Sie unterscheiden sich damit deutlich von bisher eingesetzten Systemen.

Technische Grenzen bisheriger Dichtsysteme Grundsätzlich härten Polymere unter dem Einfluss höherer Temperaturen nach. Das bedeutet, dass nicht abreagierte Seiten-gruppen bei höheren Temperaturen an Beweglichkeit gewinnen und miteinan-der reagieren können. Bedingt durch den daraus folgenden höheren Vernetzungs-grad steigen mechanische Kennwerte wie Zugfestigkeit, E-Modul und Glasüber-gangstemperatur an: das Material wird härter. Gleichzeitig können bei Tempera-turen von 150 °C durch oxidativen Angriff Ketten zerstört werden, was zu einem Ver-lust der inneren Kohäsion des Polymers führt: das Material versprödet.

Ein anderer unerwünschter Effekt ist das Eindiffundieren aggressiver Medien in die Polymere und das dadurch beding-te Quellen des Materials, das meist mit ei-

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Bild 1: Sensoren im Automobil

Grafik: Delo Industrie Klebstoffe/

AUTOMOBIL-ELEKTRONIK

SENSOREN/SENSORSYSTEME

nem Abfall mechanischer Kennwerte verbunden ist. Speziell Öle, die eine hohe chemische Ähnlichkeit zu Polymeren aufweisen, können in höheren Mengen eingelagert werden. Unter ungünstigen Voraussetzungen kann das aufgenomme-

ne Öl das Polymer anlösen oder che-mische Bindungen zerstören. Diffundiert Öl entlang der Grenzschicht zum Sub-strat ein, kann es zum Ablösen des Ver-gusses durch Abbau der adhäsiven Bin-dungen kommen.

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Bild 2: Die mechanischen Eigenschaften von Delo-Monopox GE720 werden bei thermischer Alterung und kombinierter Temperatur-/Me-dieneinlagerung nur geringfügig beeinflusst

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Bild 3: Chemische Beständigkeit von Delo-Monopox GE720 und PU-Gießharz: Veränderung der Zugscherfestigkeit bezogen auf die An-fangsfestigkeit nach 1000 h Medieneinlagerung bei Raumtemperatur. Bei vielen Medien kommt es zum Komplettversagen des Polyurethans.

Bei Kombination beider negativer Einflussfaktoren (Temperatur und Me-dien), wie es in einer Ölwanne der Fall ist, potenzieren sich die beschriebenen Effekte dadurch, dass die Viskosität von Ölen bei höheren Temperaturen deutlich

SENSOREN/SENSORSYSTEME

Bild 4: Das zuverlässige Abdichten von Sensoren wie z. B. bei diesem Drucksensor hat maßgeblichen Einfluss auf ihre Funk-tionsfähigkeit und Lebensdauer.

absinkt und sie so noch einfacher in das polymere Netzwerk eindringen können. Da auch die Öle einem thermooxidativen Angriff unterliegen, entstehen viele ag-gressive Alterungsprodukte im Öl, die das Polymer zusätzlich schädigen. In der Summe kommt es deshalb zu starken Ei-genschaftsveränderungen der Polymere.

Spätestens in Verbindung mit mecha-nischen Belastungen, wie sie durch Vi-brationen oder Thermal-Mismatch (Ent-stehung von mechanischen Spannungen im innigen Verbund von Materialien mit unterschiedlichen Ausdehnungskoeffi-zienten bei Temperaturschwankungen) auftreten, kommt es bei ungeeigneten Vergussmaterialien zu Undichtigkeiten: der Sensor fällt aus und führt zu Quali-tätsmängeln am Auto.

Neue Chemie, verbesserte Zuverlässigkeit Von den am Häufigsten zur Sensor-abdichtung eingesetzten Materialien weisen Epoxide im Vergleich zu Polyu-rethanen eine deutlich bessere Bestän-digkeit gegenüber den meisten aggressi-ven Medien auf und sind deutlich alte-rungsstabiler bei hohen Temperaturen.

In der Klasse der Epoxide wiederum zeigen diejenigen, die organische Säure-anhydride als Härter enthalten, das beste Verhalten. Diese Härter ermöglichen

Integration in den Produktionsprozess Die Aufbringung von einkomponentigen Abdichtmassen richtet sich sehr stark nach der Aufgabe. So lassen sich die Durchführungen von Pins oder Elektro-den mit Hilfe von Dispensern umgießen. Für einfachere Aufgaben sind oft einfache druck/zeit-gesteuerte Systeme ausrei-chend; höhere Anforderungen können mit Schraubendispensern oder volumetri-schen Systemen abgedeckt werden. Grundsätzlich ist auch der Einsatz von Jet-ventilen denkbar. Soll ein größerer Hohl-raum vergossen werden, bietet sich der Einsatz einer Vakuumvergussanlage an.

Die Aushärtung von Delo-Monopox GE720 erfolgt mit Wärme. Die Auswahl des geeigneten Ofens hängt stark von den jeweiligen Prozessanforderungen ab. So lassen sich vergossene Teile batchweise in einem Umluftofen aushärten. Grund-sätzlich ist aber auch eine deutlich schnellere Inline-Härtung mit entspre-chend leistungsfähigen IR-Strahlern oder Induktionsanlagen denkbar. Zusammenfassung Sensoren müssen unter besonders an-spruchsvollen Bedingungen funktionie-ren. Das sichere Abdichten hat bisher häufig zu Schwierigkeiten geführt. Mit den neuen Säureanhydrid-Systemen ist ein wichtiger Entwicklungsschritt gelun-gen, um den sicheren Betrieb der Senso-ren über die gesamte Lebensdauer eines Autos zu gewährleisten.

Die Umstellung auf die neuen Produk-te bringt keine Nachteile für Hersteller mit sich. Im Gegenteil: Die neuen Epoxide härten deutlich schneller aus und sind im Gegensatz zu den bisher verwendeten 2-k-Polyurethanen inlinefähig, so dass die Hersteller so zusätzlich Zeit gewinnen.

Leistungsfähige Klebstoffe sind uner-lässlich, denn die Einsatzmöglichkeiten steigen – und damit auch die Anforde-rungen. Zum Einsatz kommen sie auch bei Sensoren für Einparksysteme im Au-to. So verfügt etwa der VW Touran über einen „Park Assist“: Ultraschallsensoren am Bug des Autos suchen per Knopf-druck nach Parklücken. Neben den vor-gestellten Anwendungen im Automoti-ve-Bereich sind zahlreiche weitere An-wendungen, beispielsweise bei Industrie-sensoren, ebenfalls denkbar.

über ihre spezielle Ringstruktur eine ex-trem enge Vernetzung des Polymers und damit Glasübergangstemperaturen von deutlich über 150 °C. Durch die geringe Dehnung der Ringe und molekulare Ver-hakungen weisen diese Polymere geringe Ausdehnungskoeffizienten auf, so dass auch bei hohen Temperaturen nur kleine Mengen an Sauerstoff und Chemikalien in das Material eindiffundieren können.

Deshalb wurden in der Neuentwick-lung Epoxidharze mit organischen Säu-reanhydriden als Härter herangezogen. Über die Abmischung von Grundharzen mit spezifischen Eigenschaften, den Ein-satz von Haftvermittlern und den Zusatz von Füllstoffen entstanden neue Mate-rialien, die den vielfältigen Anforderun-gen von Sensoren ideal gerecht werden.

Abdichten von Öldrucksensoren In der Praxis hat sich die neue Formulie-rung bereits bewährt – und zwar in Öl-drucksensoren für den Einsatz in Auto-mobilen, bei denen das Produkt sowohl zum Verguss des Sensorinnenraums als auch zur Abdichtung der Elektroden zum Einsatz kommt.

In umfangreichen Belastungstests wie der Langzeitlagerung bei 150 °C, der Ein-lagerung für 1000 Stunden in ATF-Öl bei 150 °C , dem 1000-Zyklen-Temperatur-schock (-40 / 150 °C), dem VDA-Klima-test sowie kundenspezifischen Vibrati-onstests und mechanische Schockprü-fungen erwiesen sich die mit Delo-Mo-nopox GE720 vergossenen Sensoren als zuverlässig dicht. Alle anderen unter-suchten Epoxid- und Polyurethanmas-sen wiesen dagegen Leckagen auf.

Verbesserte Haftung durch Vorbehandlung Entscheidenden Einfluss auf die Dicht-heit eines Sensors hat auch die ädhesive Anbindung der Abdichtmasse unter Me-dien- und Temperatureinfluss. Je nach eingesetztem Kunststoff ergeben sich sehr unterschiedliche Haftfestigkeiten.

Ist die Festigkeit durch Verunrei-nigungen wie Trennmittelrückstände auf der Sensoroberfläche zu gering, emp-fiehlt sich die Vorbehandlung der Ober-fläche vor dem Abdichten, zum Beispiel durch Beflammen, Plasma- oder Corona-Behandlung. Oft ist bereits eine einfache Reinigung sehr effektiv. Die Auswahl des Vorbehandlungsverfahrens muss sorgfäl-tig erfolgen, da nicht jedes Vorbehand-lungsverfahren eine Verbesserung der Haftfestigkeit erbringt. In enger Koope-ration zwischen Anwender und Kleb-stoffhersteller lassen sich hier die besten Ergebnisse erzielen.

SENSOREN/SENSORSYSTEME

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Rainer Dörfler ist Produktmana-ger bei Delo Industrie Klebstoffe

infoDIRECT www.all-electronics.de Link zu Delo : 331AEL0208

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