Automobilelektronik Warum Kfz-Relais vereisen und was man dagegen unternehmen kann

Kfz-Relais müssen extrem zuverlässig sein; so dürfen auch bei extremer Kälte im Winter keine Kontakte vereisen. Hier erfahren Sie mehr über die Ursachen von Icing, deren Auswirkungen auf die Relais und mögliche Gegenmaßnahmen.

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Die stetig steigende Funktionalität in Automobilen stellt hohe Anforderungen an die Schaltzuverlässigkeit der Einzelkomponenten. Das Thema Icing, ein relativ junger Begriff in der Relaiswelt, sorgte deshalb in der letzten Zeit für zunehmenden Diskussionsbedarf in der Automobilbranche. Ursächlich dafür sind vereinzelte Funktionsausfälle von elektromechanischen Schaltkomponenten unter extrem kalten Einsatzbedingungen.

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Was versteht man unter Icing und wie kommt es dazu?

Der Begriff Icing, technisch übersetzt Vereisung oder vereisen, deutet in diesem Fall auf eine Kondensation von Wassermolekülen auf metallischen Oberflächen, wie z.B. Schaltkontakte, die bei Oberflächentemperaturen unterhalb des Gefrierpunktes zur Bildung von Eiskristallen führt. Bei Applikationen mit hohen Anforderungen an die Schaltzuverlässigkeit können dadurch erzeugte sporadische Schaltstörungen zu unangenehmen technischen Folgen führen.

Unter welchen Voraussetzungen tritt eine Kondensation bzw. Vereisung auf den Schaltkontakten auf?

Ein großes Wasserspeicherdepot bietet die vom Relais eingeschlossene Luft und die Oberfläche der elektrisch isolierenden Lackschicht auf dem Relaisspulendraht. Sie ist in der Regel aus Polyurethan und hygroskopisch. Die Wasseraufnahmefähigkeit von Polyamid, bzw. von LCP, zum Ausspritzen von Kappe, Sockel und Spulenkörper, ist verhältnismäßig gering. Durch eine Ansteuerung des Relais bei negativen Temperaturen verdunsten die in der Polyurethanoberfläche gespeicherten Wassermoleküle, da die Relaisspule relativ schnell Temperaturen oberhalb des Gefrierpunktes von Wasser erreicht. Eine Erhöhung der Luftfeuchte im Relais ist die Folge. Die thermische Kopplung der Kontaktanschlüsse an die Leiterplatte lässt bei unbestromten Kontakten oder auch niedrigen Lastströmen, einen weitaus geringeren Temperaturanstieg zu.

Durch das Temperaturgefälle beider Komponenten kommt es zur Kondensation auf den Kontakten. Befindet sich die Temperatur der Kontakte unterhalb des Gefrierpunktes, entsteht eine Eisschicht von einigen Mikrometern. Sie kann zu einer elektrischen Isolation auf dem Öffner-Kontakt und bei einer Mehrfachbetätigung mit entsprechenden Pausenzeiten auch zu Schaltfehlern auf dem Schließer-Kontakt führen. Dabei sammelt sich Wasser in der Kapillare rund um den geschlossen Kontakt. Bei jedem Schaltspiel wiederholt sich dieser Vorgang und es entsteht ein Wasserdepot im Kontaktpunkt. Je nach Ausschaltlänge, Abkühlungsgeschwindigkeit und Wassermenge kann es dann auch bei einem Schließer-Kontakt zu einer Kontaktisolation durch Vereisung kommen. Stromlose Ein- und Ausschaltvorgänge erhöhen die Auftrittswahrscheinlichkeit einer Eisschichtbildung (Bilder 1 und 2).

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