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?
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:
https://www.youtube.com./watch?v=UkDDOSrbY98
Du kannst aber sonst eher mit Temperaturen unter 70°C rechnen, wenn die
Konstrukteure auch nur ein bisschen nachgedacht haben.
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?
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.
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?
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
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.
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.
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.
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 :-)
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.
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.
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.
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, ...)
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
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.
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
>> 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.
