Einsatz syntaktischer Schäume in Zündsystemen unter extremen Umgebungsbedingungen

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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.