Solar simulation testing: um was es dabei geht und wozu diese tests benötigt werden
Wie prüft man die Beständigkeit und das Verhalten von Materialien bei längerer Sonneneinstrahlung?
Sonnensimulationstests: Wozu sie gut sind
Die Exposition gegenüber Sonnenstrahlung verursacht im Laufe der Zeit eine Reihe von irreversiblen Vorgängen, die zu verschiedenen unerwünschten Auswirkungen auf Leistung und Aussehen führen, von der Versprödung des Materials bis hin zum Verblassen der Farben.
Zur Gewährleistung langer Lebensdauer eines Produkts müssen dessen Beständigkeit und die Reaktion des Materials auf länger andauernde Exposition gegenüber dem Sonnenlicht möglichst in Kombination mit anderen Faktoren wie Temperatur und Feuchte geprüft werden, wobei reproduziert werden soll, was im tatsächlichen Produktleben unter Umweltbedingungen vor sich geht.
Wie kann man sicherstellen, dass ein Produkt bestimmten Anforderungen entspricht, bevor dieses auf den Markt gebracht wird?
Die Materialprüfung mit Sonnensimulation ist maßgeblich für alle Anwendungen, bei denen festgestellt werden soll, wie Produkte und Werkstoffe über die Dauer ihrer Nutzung hinweg auf Sonnenstrahlung reagieren.
Es gibt zahlreiche einschlägigen Normen, anhand welcher die langfristige Beständigkeit gegenüber der Sonnenstrahlung überprüft werden kann.
Zwei Beispiele: die Tests gemäß DIN 75220 und MIL - STD - 810.
DIN 75220
Diese Art von Test ist für die Anwendung in der Autoindustrie bestimmt und kommt zum Einsatz, um das Alterungsverhalten von Fahrzeugteilen aus Polymerwerkstoffen zu prüfen.
Er lässt sich auf komplexe Baugruppen oder ganze Fahrzeuge anwenden und ist daher besonders geeignet für die Feststellung von Interaktionen zwischen den unterschiedlichen Werkstoffen im Innern einzelner Komponenten oder zwischen mehreren Komponenten.
Die Anwendung des Tests gestattet die Überprüfung der Bedingungen für drei unterschiedliche Bereiche:
- Outdoor: alle Außenbauteile, die der Sonnenstrahlung direkt ausgesetzt sind;
- Indoor 1: jene Innenbauteile, an denen die Scheiben zwar die Intensität der Sonnenstrahlung mindern, jedoch für einen erheblichen Anstieg der Temperatur sorgen;
- Indoor 2: jene Innenbauteile, die leicht niedrigeren Temperaturen ausgesetzt sind als der Bereich Indoor 1.
MIL – STD – 810 (spezielle Testmethode für die Sonnensimulation)
Die Hauptziele dieser Methode sind:
- Bestimmung der Temperaturwirkung der direkten Sonnenbestrahlung eines Materials, d.h. die Auswirkungen der durch die Sonnenstrahlen bewirkten Erhitzung.
- Beitrag zur Beurteilung der Photodegradation (Abbauprozess des Materials) durch direkte Sonneneinstrahlung, wodurch die Erkennung kritischer Stellen ermöglicht wird.
Über diesen Standard ist es möglich, je nach Bedarf die Simulation eines typischen Tagesablaufs (Prozedur 1) vorzunehmen oder aber die härtesten Bedingungen (Prozedur 2) zu simulieren.
*Die Temperaturen A1 und A2 beziehen sich auf das Klima der geografischen Gebiete, deren Umweltbedingungen reproduziert werden sollen.
Was ist Sonnenstrahlung?
Die Sonne spielt eine grundlegende Rolle für das Leben auf der Erde: Sie ermöglicht und ernährt das Leben auf unserem Planeten, sie befindet sich in der richtigen Entfernung, damit Wasser an der Erdoberfläche flüssig sein kann, sie regelt das Klima, bestimmt den Tag-Nacht-Wechsel und schützt uns dank ihres Magnetfeldes vor potentiell gefährlichen, aus dem Universum kommenden Partikeln. Doch all diese Energie, die in der Form von Strahlen und Teilchen zu uns gelangt, wirkt sich auf das Leben und auch auf die Dauerhaftigkeit von Infrastrukturen und Werkstoffen aus.
Die Snenstrahlung setzt sich aus Ultraviolettstrahlen, aus den fürdas menschliche Auge sichtbaren Strahlen und Infrarotstrahlen zusammen.
Das Spektrum der Sonnenstrahlung auf der Erdoberfläche hat unterschiedliche Komponenten: direkte, diffuse und reflektierte. Die Summe dieser Komponenten wird als Wert der globalen Sonneneinstrahlung definiert.
Die Strahlen der Sonne durchdringen die Atmosphäre, die aus zahlreichen Stoffen, wie Wasserdampf, Aerosolen, Wolken, Sauerstoff, Kohlendioxid, Stickstoff usw. besteht. Einige dieser Substanzen absorbieren Teile der Sonnenstrahlung oder lenken sie um.
Die diffuse Sonnenstrahlung ist die Gesamtheit der Sonnenstrahlen, die von den in der Atmosphäre enthaltenen Schwebeteilchen abgelenkt worden sind, während die direkte Strahlung diejenige ist, die bis zur Erde durchgedrungen ist, ohne dass ihr Weg durch jene Stoffe abgelenkt wurde. Die am Erdboden angelangte Strahlung wird teils von der Erdoberfläche absorbiert, während ein anderer Teil wieder nach oben zurückgesendet wird und dadurch die reflektierte Sonnenstrahlung bildet.