Das Fraunhofer Institut untersucht den Einfluss flüchtiger organischer Verbindungen auf die Luftqualität. Dazu muss der Innenraum des PKW mit all seinen Kunststoffkomponenten in die Prüfkammer passen.
Neufahrzeuge setzen im Innenraum eine Vielzahl flüchtiger organi-scher Verbindungen (VOC) frei, welche die Gesundheit der Insassen beeinträchtigen können. Um Art und Konzentration dieser Emissio-nen genau zu erfassen, hat das Fraunhofer-Institut eine befahrbare Prüfkammer für komplette PKW in Auftrag gegeben. Die Anlage er-möglicht 46-stündige Tests unter intensiver Sonnenbestrahlung und definierten Klimabedingungen. Weiss Technik übernahm das Gesamtkonzept – inklusive Kammerbau, Klimatechnik und Sonnenbestrahlung.
VOCs wie Benzol, Toluol oder Styrol stammen in Fahrzeuginnenräumen überwiegend aus Kunststoffkomponenten und Klebstoffen. Um Art und Konzentration dieser Emissionen verlässlich zu bestimmen, werden Prüfungen nach DIN ISO 12219-1 durchgeführt. So untersucht das Fraunhofer-Institut für Holzforschung den Einfluss flüchtiger organischer Verbindungen auf die Luftqualität und führt entsprechende Tests durch. Um künftig komplette Innenräume von Fahrzeugen unterschiedlicher Größe statt nur Einzelkomponenten prüfen zu können, ließ das Institut eine neue, befahrbare Prüfkammer von Weiss Technik entwickeln. Eine technische Herausforderung: Weder Luftführung, Klimatisierung, Materialien noch die Strahler der Sonnensimulation durften die Messwerte der VOCs verfälschen.
46-stündige Prüfung mit konstanter Temperatur
Die Prüfnorm DIN ISO 12219-1 sieht für die VOC-Messung in der Fahrgastzellenluft einen mehrstufigen Testzyklus mit unterschiedlichen Prüfphasen über 46 Stunden vor. Zunächst werden Fahrzeug und Prüfkammer 24 Stunden lang auf Standardbedingungen konditioniert: 23 bis 25 °C bei 50 % relativer Luftfeuchtigkeit (± 10 %). Es folgt eine 16-stündige Ruhephase, nach der eine erste VOC-Messung – die sogenannte Nullprobe – im Innenraum durchgeführt wird. Anschließend wird das geparkte Fahrzeug 4,5 Stunden lang mit bis zu 6.000 Watt simuliertem Sonnenlicht aufgeheizt und eine zweite VOC-Probe genommen. Im letzten Schritt wird der Motor gestartet, Klimaanlage oder Lüftung eingeschaltet und nach 30 Minuten erfolgt eine dritte Luftprobe. Alle Proben werden über spezielle Teströhrchen in Kopfhöhe des Fahrers entnommen und anschließend gaschromatographisch analysiert. So lässt sich präzise bestimmen, welche VOCs sich in welcher Konzentration im Fahrzeuginnenraum befinden.
Weder Luftführung, Klimatisierung, Materialien noch die Strahler der Sonnensimulation durften die Messwerte verfälschen
Klimakammer ohne Einfluss auf Messqualität
Die von Weiss Technik entwickelte Prüfkammer EmissionEvent misst 3500 mm in der Höhe, ist 4750 m breit und 8350 mm tief. Der Prüfraum besitzt ein Nettovolumen von 67 m3. Ziel der Planung war es, sämtliche Einflussfaktoren auf die VOC-Messung auszuschließen. Deswegen besteht die Kammer aus besonders glattem Edelstahl-Spiegelblech mit der Oberflächengüte R 2, um mögliche Adsorptionseffekte von VOCs in der Prüfraum-Kammer zu minimieren. Zusätzlich wurde vollständig auf Materialien wie Kunststoff, Silikon und Kupfer verzichtet, da auch sie das Messergebnis verfälschen könnten.
Herausforderungen für die Klimatechnik
Die normgerechte Klimatisierung der Prüfkammer und die Bestrahlung des Fahrzeugs stellten hohe Anforderungen an die Klimatechnik. Über den gesamten 46-stündigen Testzyklus hinweg muss eine äußerst stabile Temperatur mit maximalen Abweichungen von nur ± 0,1 bis ± 0,5 K gehalten werden. Gleichzeitig müssen Temperaturniveau, Luftmenge und Luftgeschwindigkeit so aufeinander abgestimmt werden, dass weder Luftverwirbelungen entstehen noch sich Kondensat bildet, an dem die VOCs in Lösung gehen können. Für eine besonders gleichmäßige Luftströmung wurde die Luftführung horizontal ausgeführt: Die Luft strömt über Bleche mit unterschiedlich großen Löchern in den Kammerwänden langsam und gleichmäßig von links nach rechts durch den Prüfraum.
Infrarot-Bestrahlungssystem für natürliche Sonnenwärme
Für den Park-Modus der Testnorm ist eine Simulation der Sonneneinstrahlung erforderlich, wobei der Fokus auf dem Wärmeeintrag und der Erhitzung des Fahrzeugs liegt – eine Simulation der UV-Strahlung ist nicht notwendig. Daher wurden spezielle Infrarotstrahler eingesetzt. Diese sind an der Decke der Prüfkammer montiert und durch eine Scheibe aus Spezialglas vom Prüfraum abgetrennt, um die Beeinflussung der Messergebnisse durch Ausgasungen der Strahler zu verhindern. Die Infrarot-Strahler gewährleisten eine homogene Bestrahlung des Fahrzeugs bei hervorragender Steuerbarkeit der Strahlungsintensität. Je nach Größe des getesteten Fahrzeugs können Strahler individuell ab- und zugeschaltet werden, um die bestrahlte Fläche flexibel anzupassen.
Schnelle Inbetriebnahme vor Ort
Bevor die Prüfkammer EmissionEvent Ende dieses Jahres ausgeliefert wird, erfolgt zunächst im Weiss Technik Werk in Lindenstruth der vollständige Aufbau, die Prüfung und die Inbetriebnahme. Dieser Schritt gewährleistet eine fehlerfreie Funktionalität und beschleunigt den Aufbau sowie die Installation vor Ort. Frank Becker, Projektmanager bei Weiss Technik, zeigt sich mit dem bisherigen Projektverlauf sehr zufrieden: „Wir konnten unser umfassendes Knowhow aus verschiedenen Bereichen der Prüftechnik optimal einbringen. Das Ergebnis ist die weltweit erste VOC-Testanlage für komplette Pkws.“ Zudem wird in Kürze eine ähnliche Prüfnorm für VOC-Tests bei Lkw und Bussen erwartet. Auch hierfür steht Weiss Technik mit den Erfahrungen aus der EmissionEvent-Prüfkammer für PKWs bereits in den Startlöchern.
Das Ergebnis ist die weltweit erste VOC-Testanlage für komplette Pkws
Maßgeschneiderte Konstruktion für Ganzfahrzeuge
Weiss Technik ist ein erfahrener Systempartner für Prüftechnik im Automotive-Bereich und bietet sowohl Standardlösungen für diverse Prüflinge, Test-Szenarien und Prüf-Normen als auch individuelle Sonderbau-Lösungen. Darunter fallen auch kompakte VOC-Prüfkammern für Fahrzeugkomponenten wie Autositze und Lenkräder. Dieses Knowhow fließt bei der Planung der Prüfkammer für Ganzfahrzeuge ein. Weiss Technik übernimmt Entwicklung und Realisierung: Von der kompletten Prüfkammer über die Klimatisierung mit Temperatur- und Feuchtigkeitskontrolle bis hin zur integrierten Sonnensimulation und dem Abgassystem für Tests bei laufendem Motor. Außerdem stellt Weiss Technik die Gesamtsteuerung der Anlage bereit.
In der Prüfkammer kann der gesamte Fahrzeuginnenraum VOC-geprüft werden.
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