Einsatz syntaktischer Schäume in Zündsystemen unter extremen Umgebungsbedingungen

Durch den Trend des Downsizings von Verbrennungsmotoren zur Effizienzsteigerung
reduziert sich mit den Abmessungen der Motoren auch die Baugröße der Zündsysteme,
die zur Entzündung des Treibstoffgemisches benötigt werden. Dies resultiert in höheren
Anforderungen an moderne Zündsysteme und führt aktuell zu vermehrten Ausfällen
infolge von Spannungsrissbildung im Isoliersystem. Im Rahmen dieser Arbeit wird der
Ansatz verfolgt, diese mechanischen Spannungen durch einen elastischeren Isolierstoff
zu reduzieren.
Hierfür wird ein syntaktischer Schaum auf der Basis von Epoxidharz mit eingebetteten
Mikrohohlkugeln untersucht. Durch die Verwendung von elastischen und kompressiblen
Kunststoffmikrohohlkugeln können mechanische Spannungen im Material absorbiert
und so der Entstehung von Rissen entgegengewirkt werden.
Zur Bewertung des Einsatzpotentials von syntaktischem Schaum in Zündsystemen
werden die relevanten Materialeigenschaften definiert und mittels experimenteller
Untersuchungen analysiert. Diese umfassen mechanische Zugversuche zur Bestimmung
des Elastizitätsmoduls und des Rissausbreitungsverhaltens sowie die Ermittlung
der elektrischen Kurzzeit und Langzeitspannungsfestigkeit unter Wechselspannungsbelastung.
Ein weiterer Fokus der experimentellen Untersuchungen liegt in der Bewertung
der Beständigkeit gegen Feuchte-Wärme-Alterung.
Aus den experimentellen Untersuchungen werden Modelle zum Materialverhalten entwickelt
und Designkriterien für eine anwendungsspezifische Auslegung des Isoliersystems
abgeleitet. Erste Untersuchungen an Zündspulenprototypen belegen eine Reduzierung
der Spannungsrissbildung durch die Verwendung des syntaktischen Schaums.