Forum: Fahrzeugelektronik Automotive Bauteile: Lebenszeit bei hohen Temperaturen


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von Fragender (Gast)


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Hallo Leute,

ich habe da mal eine Frage, die ich mir mit bloßem Lesen von 
Datenblättern nicht lösen kann.

Ein Auto ist ja generell recht hohen Temperaturen ausgesetzt. Ich habe 
dieses Jahr 72°C auf meinem Amaturen (Nahe Navi-Display) im schwarzen 
Golf gemessen.
Im Motorraum wird es vermutlich ähnlich gewesen sein, plus die Abwärme 
des Antriebs, Abgas,...

Wenn ich jetzt aber typische Datenblätter von Bauteilen ansehe, dann 
sagen sie, das diese z.B. eine MTBF @100-125°C von kleiner 1000h haben.
Aber speziell die ganzen Steuergeräte unter der Haube nahe des Motors 
haben diese Temperaturen ja nahezu permanent. - und auch wenn es gefühlt 
immer öfter zu Elektronikproblemen im Auto kommt, kann ich diese Werte 
nicht glauben.

Vielleicht kein gutes Beispiel, aber dies war meine Herleitung:
Ausgangssituation: Stadtauto (Sommer) im Durchschnitt 42km/h (das sagt 
mein Boardcomputer nach ~3Jahren und 22tkm im Golf)
1000h / 24h ist knapp 41,7 Tage x 42km/h sind noch unter 2000km 
Gesamtstrecke!

Ab eben dieser Zahl müsste das Auto extrem unter "Ausfallerscheinungen" 
gelitten haben. - Tat es aber bis jetzt noch nicht! Mein Golf nähert 
sich jetzt rechnerisch gut der 13 fachen MTBF Überschreitung und müsste 
meiner (schlechten) Herleitung zufolge schon ordentlich bis komplette 
Ausfälle erlitten haben. - Hat es aber nicht! Ich kann mir auch nicht 
vorstellen, das diese Gerätschaften um dutzende ganzzahlige Faktoren 
Überdimensioniert sind.

Also es geht mir nicht um diese ganzen Komfortsysteme sondern wirklich 
um die Steuergeräte (Ventile, Abgasmessung, Motormanagement, ...) die 
permanent hohen Temperaturen ausgesetzt sind. - Wie berechnet man deren 
Halbwertszeit bis zum Ausfall realistischer, als meine jetzige 
Herleitung?

: Verschoben durch Moderator
von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Wenn man nicht gerade Opel heisst, baut man die Steuergeräte eben nicht 
direkt an den Motor mit 90°C, sondern an kühlere Plätze mit niedrigeren 
Temperaturen.
Mein kleiner Micra z.B. hat das Steuergerät gar nicht im Motorraum, 
sondern im Innenraum unter der Mittelkonsole.
Die Herrschaften bei Opel hingegen haben das Steuergerät direkt an die 
Stirnseite des Motors geschraubt, was zur Folge hat, das es ab und zu 
wg. thermischer Probleme aussteigt und auch schön durchgerüttelt wird:
Youtube-Video "ZU HEISS für das Opel-Vectra-Steuergerät! 🔥🥵 | A3 mit schlimmen Geräuschen & Neues aus unserem Shop!"

Du kannst aber sonst eher mit Temperaturen unter 70°C rechnen, wenn die 
Konstrukteure auch nur ein bisschen nachgedacht haben.

von Nun. (Gast)


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Und Du hast wirklich Datenblätter von den Bauteilen in den 
Motorsteuergeräten angeschaut und nicht irgendwas anderes?

MTBF muss auch nicht Totalausfall bedeuten, kann auch einfach 
kurzzeitige Fehlfunktion bedeuten - was über Redundanz / Fehlerkorrektur 
o.ä. lösbar wäre. Bzw. bei sicherheitskritischen Systemen muss sowas 
generell vorhanden sein.


Fragender schrieb:
> Aber speziell die ganzen Steuergeräte unter der Haube nahe des Motors
> haben diese Temperaturen ja nahezu permanent.

Das Kühlwasser in meinen PKWs hatte typischerweise so um die 90°C.
Und der Motorraum hat ja auch Luftkühlung.
Dein Amaturenbrett ist ein Treibhaus wegen Glas, der Motorraum ist 
offen.

Also hast Du mal gemessen wie warm es an den Steuergeräten tatsächlich 
wird? Mit Fahrtwind+Kühlung?

von Nun. (Gast)


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Übrigens gibts sogar eine passende Kategorie im Forum:

https://www.mikrocontroller.net/forum/fahrzeugelektronik

von N. A. (bigeasy)


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Fragender schrieb:
> Wenn ich jetzt aber typische Datenblätter von Bauteilen ansehe, dann
> sagen sie, das diese z.B. eine MTBF @100-125°C von kleiner 1000h haben.

Dann sind diese "typischen" Datenblätter wohl kaum von Bauteilen aus dem 
Automotive Sektor.

Matthias S. schrieb:
> Du kannst aber sonst eher mit Temperaturen unter 70°C rechnen

Woher hast Du diese Weisheit? Das Fahrzeug fährt und funktioniert nicht 
nur unter (kalt-)gemäßigten Bedingungen in (Mittel-)Europa, sondern 
ebenso in Arizona, Libyen oder auf der arabischen Halbinsel etc.

: Bearbeitet durch User
von was (Gast)


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Fragender schrieb:
> Ich habe
> dieses Jahr 72°C auf meinem Amaturen (Nahe Navi-Display) im schwarzen
> Golf gemessen.

Oberflächentemperatur einer dunklen Fläche, auf die die Sonne 
draufknallt? Oder Lufttemperatur im Raum dahinter, wo die Elektronik 
tatsächlich sitzt?

von Anja (Gast)


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Fragender schrieb:
> 1000h / 24h ist knapp 41,7 Tage

aha du fährst also 24h / Tag mit Vollgas ohne Pause durch die Stadt?

Ich rechne anders.
Wenn ein Auto ca 200 000 km hält und mit ca 60 km/h durchschnittlich 
fährt dann sind es ca 3000 Betriebsstunden die die Steuergeräte an sind.

Die hohen Temperaturen machen dabei (Sommer/Winter/Fahrt durch die 
Wüste) nur einen geringen Teil der Betriebsstunden aus. Und 10 Grad 
niedrigere Temperatur ergibt ca eine Verdoppelung der Betriebsstunden.

Gruß Anja

von Bert H. (Gast)


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Nun. schrieb:
> Das Kühlwasser in meinen PKWs hatte typischerweise so um die 90°C.
> Und der Motorraum hat ja auch Luftkühlung.

Das stimmt auf der Autobahn, zählt aber bei längerem Stopp + Go 
überhaupt nicht. Bei heftiger Hitze und längerem Stopp + Go wird es im 
Motorraum brutal heiß, dagegen ist der nicht klimatisierten Innenraum 
ein Kühlschrank. Habe hier bei großer Hitze reproduzierbare Probleme mit 
dem ABS (Hochdruckpumpe schaltet nicht mehr ab, krepiert nach paar 
Minuten), den ABS-Block kann man im Fehlerfall höchstens 1 sec. 
anfassen. Alles im Motorraum kann man nicht mehr anfassen. Selbst die 
Batterie kocht.

Meine Lösung: 10 Liter Wasser mitführen und im Fehlerfall langsam über 
den ABS-Block gießen. Paar min. warten, geht wieder.

VW meint dazu: Alles erneuern incl. Steuergerät, soll dann schlappe 
3.500 Euro kosten. Da kommt Freude auf. Das Auto (sonst in Topp Zustand) 
kann dank diesem elenden ABS auf den Schrott.

von Sonnen Mediziner (Gast)


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Anja schrieb:
> Fragender schrieb:
>> 1000h / 24h ist knapp 41,7 Tage
>
> aha du fährst also 24h / Tag mit Vollgas ohne Pause durch die Stadt?
>
> Ich rechne anders.


Genau, hinzukommt die aktive Kühlung durch den Fahrtwind, Lüfter. Und da 
die Lagertemperatur i.d.R. höher ist als die Betriebstemperatur ist mit 
Gomponentenabschaltung weil zu heiss schon viel getan um der erzwungen 
Turbo-alterung entgegen zu wirken.

von Bert H. (Gast)


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Nun. schrieb:
> Das Kühlwasser in meinen PKWs hatte typischerweise so um die 90°C.

Nachtrag:
Das wird bei Stopp + Go auch nicht passen, eher 100°C oder darüber.

Zudem wird einem bei modernen PKWs ein konstanter Wert angezeigt, die 
wahre Kühlwassertemperatur hat den Nutzer nicht zu interessieren.

von N. A. (bigeasy)


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Anja schrieb:
> Ich rechne anders.
> Wenn ein Auto ca 200 000 km hält und mit ca 60 km/h durchschnittlich
> fährt dann sind es ca 3000 Betriebsstunden die die Steuergeräte an sind.

Vom Prinzip her richtig. Die projektierte Lebensdauer ist typischerweise 
einiges mehr als 200.000km. Dazu kommt, daß es Märkte gibt wo die 
Durchschnittsgeschwindigkeit deutlichst unter der 60 km/h Marke liegt 
(z.B. in Großstädten Chinas). Von daher kann man schon ein paar mehr 
Stunden annehmen.

Sobald allerdings elektrisches Laden mit ins Spiel kommt, gehen die 
Betriebsstunden tatsächlich durch die Decke, zumindest für die am Laden 
direkt und indirekt beteiligten Steuergeräte. Üblicherweise ist dabei 
die thermische Belastung der Komponenten jedoch nicht so hoch.

Anja schrieb:
> Die hohen Temperaturen machen dabei (Sommer/Winter/Fahrt durch die
> Wüste) nur einen geringen Teil der Betriebsstunden aus. Und 10 Grad
> niedrigere Temperatur ergibt ca eine Verdoppelung der Betriebsstunden.

Arrhenius läßt grüßen :-)

: Bearbeitet durch User
von Anja Zoe C. (zoe)


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Bert H. schrieb:

> VW meint dazu: Alles erneuern incl. Steuergerät, soll dann schlappe
> 3.500 Euro kosten. Da kommt Freude auf. Das Auto (sonst in Topp Zustand)
> kann dank diesem elenden ABS auf den Schrott.

Verrätst Du uns auch, welcher (V)auweh das ist?

Ich würde vermuten dass das ABS Problem eher ein Symptom als die Ursache 
ist.

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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N. A. schrieb:
>> Du kannst aber sonst eher mit Temperaturen unter 70°C rechnen
>
> Woher hast Du diese Weisheit? Das Fahrzeug fährt und funktioniert nicht
> nur unter (kalt-)gemäßigten Bedingungen in (Mittel-)Europa, sondern
> ebenso in Arizona, Libyen oder auf der arabischen Halbinsel etc.

Auch da sinds unter 70°C Lufttemperatur. Ausserdem hatte ich den TE 
angesprochen, der anscheinend nicht so oft in Lybien fährt.

von N. A. (bigeasy)


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Matthias S. schrieb:
> Auch da sinds unter 70°C Lufttemperatur.

Steile These...

von Guest B. (Gast)


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Fragender schrieb:
> Vielleicht kein gutes Beispiel, aber dies war meine Herleitung:
> Ausgangssituation: Stadtauto (Sommer) im Durchschnitt 42km/h (das sagt
> mein Boardcomputer nach ~3Jahren und 22tkm im Golf)
> 1000h / 24h ist knapp 41,7 Tage x 42km/h sind noch unter 2000km
> Gesamtstrecke!

Deine Rechnung ist falsch. Auf deine 1000h kommst du bei 42000km (mit 
durchschnittlich 42km/h).
Den Rest haben Vorredner auch schon erklärt - üblicherweise sitzen die 
Steuergeräte nicht unbedingt am Motor und sehen die volle Temperatur.

Auch sind die 1000h dann nicht immer im Worst-Case Szenario, also der 
maximalen Temperatur. Weniger Temperatur = deutlich mehr Lebensdauer.

von Automobiler Gast (Gast)


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Ein weiterer Punkt: Es gibt nicht "die automotive" Bauteile.
Je nach Einbauort werden Bauteile mit unterschiedlicher zulässiger 
Betriebstemperatur eingesetzt.

Für Elektronik im/am Motor rechnet man üblicherweise mit 
Umgebungstemperaturen von typisch bis zu -40°C ... +150°C. Der Prozessor 
wird dann vielleicht nochmal 25K wärmer und muss für eine 
Siliziumtemperatur von 175°C ausgelegt sein. Diese Maximaltemperatur ist 
aber nur die halbe Wahrheit.

Für die Lebensdauerauslegung gibt der OEM ein "Mission Temperature 
Profile" vor. In dem Profil steht wie lange bei welcher Dauer. Für 
Verbrenner sind das üblicherweise 8000h Betriebsstunden über 15-17 
Jahre. Die Betriebsstunden verteilen sich Prozentual über den gesamten 
Bereich.
Ein fiktives Beispiel:
1% bei -40 ..-20°C (Kaltstart an der mongolischen Grenze)
(...)
70% bei 100°C (Schwerpunkt des Profils)
und vielleicht 2% bei 150°C (Fahren mit Anhänger im Sommer durchs 
Gebirge).
Weil man das Profil vor der Entwicklung eines neuen Autos nicht kennt 
nimmt man ein Standardprofil, oder das vom Vorgänger (Risiko!).

Der Bauteillieferant kennt (hoffentlich) seine Alterungsbeständigkeit 
und deren Temperaturabhängigkeit (Aktivierungsenergie) und kann dieses 
Profil mit einem - oben schon erwähntem - Arrhenius-Modell auf eine 
Vergleichstemperatur von z.B. 175°C und Vergleichsdauer (967h) 
umrechnen.
Der Bauteillieferant hat bei seiner Entwicklung zu dem Zeitpunkt bereits 
ein fertiges Bauteil qualifiziert mit z.B. 1000h@175°C und kann damit 
zusagen, dass das Bauteil für dieses Projekt gerade noch einsetzbar ist 
(96% der Lebensdauer wird verbraucht).

Um ein Beispiel zu nennen, wo sich diese Gedankengänge direkt im 
Bauteil-Datenblatt wiedererkennen lassen: Ein recht widerstandsfähiges 
Bauteil ist ein Drehzahlsensor für Raddrehzahlen, der sein Leben neben 
einer glühenden Bremsscheibe fristet, der z.B. TLE4942
Maximale Siliziumtemperatur 190°C für 4h, aber bereits 2500h bei 160°C.
Infineon schreib explizit "non additive" im Kommentar rein und meint 
damit, dass nach 4h@190°C die zugesagte Lebensdauer verbraucht ist.

Die temperaturbedingte Alterung lässt sich bei der Lebensdauerauslegung 
verhältnismäßig leicht berechnen (Arrhenius Modelle).
Eine Stufe schwieriger sind Bauteilermüdung bedingt durch 
Temperaturwechsel der Umgebung, bzw. in der Baugruppe selbst 
(Coffin-Manson Modelle).
Dann gibt es noch unzählige andere Alterungsmechanismen. (Hydrolyse, 
Korrosion, Quellen, Elektromigration, Contact Fretting, ...)

von Michael_Ohl (Gast)


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Und wer keine Lust mehr auf das Ständige Teiletauschen hat, nimmt für 
die Stadt einfach ein E-Auto, da wird man dann im Sommer nicht auch noch 
vom Abgassystem durchgegrillt, und lässt den Verbrenner nur auf die 
Autobahn oder Landstraße. Bei mir funktioniert das im Moment ganz gut 
mein erstes E-Auto für die Stadt gebraucht, 2 Jährig mit 10000km gekauft 
hat jetzt 110000km auf dem Buckel, eine Satz Bremsbeläge zu spät 
bekommen, so das auch die Scheiben neu mussten, eine Inspektion habe ich 
machen lassen für 90€ alle anderen nicht gemacht, außerplan zwei kleine 
Teile für 110€ und 120€ Sonst Reifen Leuchtmittel und Scheibenwischer, 
und sehr geringe Treibstoffkosten. Der Strom den es nicht umsonst gab, 
hat für beide E-Autos im letzten Quartal 44,50€ + 26,80€ auf den beiden 
Ladekarten gekostet. Der aktuelle Diesel hat neu über 50k€ gekostet, der 
gebrauchte Elektrowagen 10k€ + 3,5k€ für den zweiten, der Mercedes 
kostet jährlich 400€ für die Wartung mit Ölwechsel und 75€ für ein mal 
Tanken - sprich 1200km.
Der Autoindustrie machen die Dinger sicher wenig Spaß, was man auch auch 
über Jahre an den riesigen Mengen an Märchenstunden über E-Autos gesehen 
hat. So langsam mit 5% E-Autos auf der Straße wandelt sich das Bild 
trotz der extremen Lieferzeit. Auf meinen E-UP warte ich jetzt schon 10 
Monate.

mfG
Michael

von Ralf X. (ralf0815)


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Michael_Ohl schrieb:
> wer keine Lust mehr auf das Ständige Teiletauschen hat, nimmt für
> die Stadt einfach ein E-Auto

Glaubst Du, dass ein E-Auto weniger temperaturanfällige und/oder 
elekrische/elektronische Bauteile an Bord hat? :-)
Genau um diese geht es hier aber.

Ich habe in vielen Jahrzehnten allerhand technische Bereiche aufstreben 
und auch sterben gesehen.
In DE oft mit hohen Ansprüchen oft auch schon lange vor meiner Zeit 
gestartet, aber auch da noch hervorragende Technik abgeliefert, aber 
ebenso im Ausland.
Und irgendwann begann eben der Preiskampf gegen Asien und es musste 
eingespart werden, was machbar war, oft aber auch mehr und damit zuviel.

E-Mobile stehen immer noch am Anfang und werden von Investoren, 
Unternehmen und staatlich gefördert bis zum geht nicht mehr, damit sie 
verkäuflich sind.
Und dennoch gehören auch dort elektrische und eletronische Ausfälle zu 
einer gewissen Normalität.
Fallen dort die Subventionen weg, werden auch dort die Spardosen auf 
Höchstlast gestellt.

von Michael_Ohl (Gast)


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Tesla hat es geschafft, das beim Model S regelmäßig der große Bildschirm 
defekt ist durch excessives schreiben im Flash mit sinnlosen Logfiles. 
VW hat den ersten E-UPs lag ein ICCB bei, das bei wärme gestorben ist, 
der Smart mit dem 22kW ladet hatte eine Fehlkonstruktion von Brusa an 
Bord und Renault hat beim Fluence ZE die Batterie in den Kofferraum 
gestellt wodurch sie extrem an Lebensdauer aufgrund der extremen 
Temperaturen im Hochsommer gealtert ist. Sonst sind Ausfälle eher 
gering, es ist praktisch keine Abwärme des Antriebs vorhanden. Mein 
Kangoo ZE hat 44kW Dauerleistung und Motor und Umrichter kommen an 90% 
Wirkungsgrad also haben wir bei Volllast 4kW Abwärme durch einen Kühler 
der im Diesel 75kW wegkühlen kann, selbst im Hochsommer gibt es nichts 
unter der Haube, was man nicht anfassen kann. Auch meine Starter 
Bleibatterie ist jetzt im 8ten Jahr bei 75% noch brauchbar. Selbst wenn 
man eine Stunde im Motorraum gebastelt hat kann man sich mit einem Stück 
Seife die Hände waschen und braucht keine Handwaschpaste um sauber zu 
werden.
Sicher sind die 2012 Kangoo ZE aus Kostensicht eine Katastrophe weil 
selbst beim Listenpreis noch Verlust erwirtschaftet wurde, denn die 
Batteriepreise lagen bei 11000€ für Brutto 22kWh und Conti hat auch 
richtig hingelangt für den 100kW Wassergekühlten Motor und die 
Wassergekühlte Leistungselektronik und Anfängerfehler wie statische 
Ladungen auf dem Rotor die die Lager erodiert haben gab es auch hier, 
aber neben fehlendem Ölwechsel gibt ja noch eine Menge Dinge die bei der 
Wartung wegfallen. Elektronik gehört ja bei keinem Auto so richtig zum 
Wartungsplan, aber Mechatroniker können ja in der Regel entgegen ihrem 
Namen auch keine Steuergeräte reparieren.
Ich fahre im Moment die Autos Nummer 24, 25 und 26. Mein erster war ein 
Käfer dessen kompliziertestes Elektronikteil das Blaupunkt Düsseldorf 
Radio war das wir Werksangehörigen damals günstig aus dem Werksverkauf 
bekamen. Steuergeräte kannte der Käfer nicht. Mein zweiter war ein 
ebenso uralter VW411LE der hatte schon einen Analogrechner von Bosch die 
k-Jettronik verbaut. Außer dem Opel Rekord 1900 danach hatten wohl alle 
Autos irgend welche Steuergeräte, aber ausgefallen ist mir noch keines 
in den 2,5 Millionen Kilometern die ich in den letzten 40Jahren gefahren 
bin. So schlecht scheinen die gar nicht zu sein. Im Hyundai meiner Frau 
war mal Wasser am Stecker eines Steuergerätes und die Kiste ging nicht 
an. Nach einer halben Stunde suchen habe ich den Stecker voll Grünspan 
gefunden gereinigt und wieder zusammengebaut. das Auto ist damit dann 
weitere 30000km gefahren.

mfG
michael

von Pandur S. (jetztnicht)


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>> 1000h / 24h ist knapp 41,7 Tage

Wow, richtig volle Tropen, in der Wueste, ohne Schatten, und mit 
senkrechter Mitternachtssonne. Eigentlich immer senkrechter 
Sonneneinfall.

Zudem steht ein Auto ja noch oft, auch ueber Mittag. Lager temperatur is 
etwas anderes wie Betriebstemperatur. Beim Lagern gibt's keine 
Eigenerwaermung.


> Abgase...

Ich wuerde Abgase unter dem Dashboard nicht so cool finden.

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