DE10115973B4

DE10115973B4 - Verfahren zur Beurteilung der Qualität einer Klebeverbindung

Info

Publication number: DE10115973B4
Application number: DE10115973.0A
Authority: DE
Inventors: Werner Badorrek; Klaus-Jürgen Beiersdorf; Andreas Thiere
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2001-03-30
Filing date: 2001-03-30
Publication date: 2015-10-01
Anticipated expiration: 2021-03-31
Also published as: DE10115973A1

Abstract

Verfahren zur Beurteilung der Qualität einer Klebeverbindung zwischen wenigstens zwei miteinander verklebten Bauteilen (10; 12), dadurch gekennzeichnet, dass (a) eine Ausgangstemperatur an einem der miteinander verbundenen Bauteile (10) oder (12) an mehreren beliebig gewählten Messstellen ermittelt wird, (b) die ermittelten Werte einer Auswertungselektronik zugeführt und miteinander verglichen werden, (c) das Bauteil (10) und/oder (12) direkt durch Zuführung einer definierten Wärmemenge durch Anlegen einer vorgegebenen Spannung geringfügig erwärmt wird, (d) an den festgelegten Messstellen die Temperaturdifferenz zur Ausgangstemperatur ermittelt und einer Auswertungselektronik zur Ermittlung eines für jede Messstelle zutreffenden spezifischen Wärmeleitfähigkeitswertes der Klebeverbindung zugeführt wird, (e) in der Auswertungselektronik die Beurteilung der Qualität der Klebeverbindung durch einen Vergleich der jeweilig an den einzelnen Messstellen ermittelten Temperaturdifferenz und des spezifischen Wärmeleitfähigkeitswertes der Klebeverbindung zu einem vorgegebenen Referenzwert und/oder durch einen Vergleich der einzelnen Werte untereinander erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beurteilung der Qualität einer Klebeverbindung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.
In der Industrie nimmt die Klebetechnik zur Verbindung von mehreren Teilen auch mit unterschiedlichen Stoffeigenschaften immer mehr an Bedeutung zu. An die Werkstoffprüfung wird dabei die Aufgabe gestellt, durch eine entsprechende zerstörungsfreie Festigkeitsüberprüfung die Qualität der hergestellten Klebeverbindung zwischen zwei Teilen nachzuweisen. Zur Bewertung der Qualität der hergestellten Klebeverbindungen wurden bislang Prüfungen mittels einer aktiven Ultraschalltechnik, einer passiven Schallemission oder einer Dehnungs- und Elastizitätsmessung durchgeführt. Diese genannten Prüfungsverfahren sind messtechnisch aufwendig, indirekt in ihrer Bewertung subjektiv und meistens nur auf einen Laboreinsatz beschränkt.
Aus der DE 34 07 911 A1 sind eine Anordnung und ein Verfahren zur Bestimmung der Temperaturverteilung an Oberflächen von wärmedurchflossenen Bauteilen durch Infrarotstrahlung empfindliche Aufnahmemittel bekannt. Mittels Farbmonitor wird der Wärmefluss durch die miteinander verklebten Bauteile als Infrarot-Oberflächenbild sichtbar gemacht. Verklebungsfehler der Bauteile haben einen schlechteren Wärmeübergang, der auf dem Infrarotbild durch Farbabstufungen erkennbar ist und somit Rückschlüsse auf einen Verklebungsfehler zulässt.
Der Nachteil dieses Verfahrens besteht ebenfalls in einem hohen messtechnischen Aufwand. Die Auswertung des am Monitor aufgezeigten Infrarotbildes beschränkt sich auf eine subjektive Beurteilung der jeweilig aufgezeigten Farbstruktur durch das Prüfpersonal. Außerdem bedingt die Auswertung der sich ergebenden Infrarotbilder eine entsprechende Schulung und Übung des Personals. Eine eindeutige Bewertung der Klebestelle hinsichtlich vorhandener Verklebungsfehler ist durch dieses Verfahren nicht gegeben.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Beurteilung der Qualität einer Klebeverbindung anzugeben, das einfach und ortsungebunden anwendbar ist und mit dem eine schnelle und objektive Beurteilung der Qualität der Klebeverbindung sowie ein Nachweis von Verklebungsfehlern erfolgt.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Beurteilung der Qualität einer Klebeverbindung mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Es ist vorgesehen, dass

(a) eine Ausgangstemperatur an einem der miteinander verbundenen Bauteile an mehreren beliebig gewählten Messstellen ermittelt wird,
(b) die ermittelten Werte einer Auswertungselektronik zugeführt und miteinander verglichen werden,
(c) das Bauteil direkt durch Zuführung einer definierten Wärmemenge durch Anlegen einer vorgegebenen Spannung geringfügig erwärmt wird,
(d) an den festgelegten Messstellen die Temperaturdifferenz zur Ausgangstemperatur ermittelt und einer Auswertungselektronik zur Ermittlung eines für jede Messstelle zutreffenden spezifischen Wärmeleitfähigkeitswertes der Klebeverbindung zugeführt wird,
(e) in der Auswertungselektronik die Beurteilung der Qualität der Klebeverbindung durch einen Vergleich der jeweilig an den einzelnen Messstellen ermittelten Temperaturdifferenz und des spezifischen Wärmeleitfähigkeitswertes der Klebeverbindung zu einem vorgegebenen Referenzwert und/oder durch einen Vergleich der einzelnen Werte untereinander erfolgt.

Durch die aufgezeigten Mittel wird eine objektive Beurteilung der Qualität einer Klebeverbindung erreicht. Basierend auf der Erkenntnis, dass die Klebestellen gegenüber den Verklebungsfehlern einen unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeitswert aufweisen, werden zur Beurteilung der Qualität einer Klebeverbindung und zum Nachweis eines Verklebungsfehlers die Wärmeleitfähigkeitswerte und die Temperaturdifferenzwerte von den einzelnen Messpunkten herangezogen. Durch den Vergleich der einzelnen ermittelten Werte untereinander und/oder zu einem vorgegebenen Referenzwert erfolgt eine objektive Beurteilung der Qualität der Klebeverbindung. Aufgrund der angestellten Vergleiche zu einem Referenzwert, der durch eine Kennlinie oder ein Kennfeld charakterisiert ist, können exakte Entscheidungen über die Verwertbarkeit der Klebestelle getroffen werden. Die Wahl der zu untersuchenden Messstellen ermöglicht eine besonders genaue Untersuchung von kritischen Klebestellen.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die entsprechenden Untersuchungen unabhängig von der Materialbeschaffenheit der miteinander verklebten Materialien durchgeführt werden können. Das erfindungsgemäße Verfahren ist ohne großen Aufwand universell in der Industrie einsetzbar und beschränkt sich nicht nur auf Laborprüfungen. Das Prüfungsverfahren lässt sich sowohl unmittelbar nach dem Klebeprozess als auch nach einer entsprechenden Einsatzdauer an der Klebeverbindung durchführen. Mit dem vorgeschlagenen Verfahren lassen sich verhältnismäßig schnell qualifizierte Aussagen über die Qualität der Klebeverbindungen erstellen, die auch entsprechend dokumentiert werden können.
Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnung, die eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Beurteilung der Qualität einer Klebeverbindung zeigt, näher erläutert.
Die erfindungsgemäße Lösung wird zur Beurteilung der Qualität einer Klebeverbindung zwischen wenigstens zwei miteinander verklebten Bauteilen 10; 12 verwendet. Das Material der zu verklebenden Bauteile 10; 12 kann dabei aus gleichen oder aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Der Einsatz der erfindungsgemäßen Lösung ist für alle, durch eine Klebeverbindung miteinander verbundenen Teile möglich und beschränkt sich nicht auf das nachfolgend angeführte Ausführungsbeispiel.
Die erfindungsgemäße Lösung wird erläutert am Beispiel der Beurteilung der Qualität einer Klebeverbindung zwischen einer Metall-Sitzschiene, zur Aufnahme eines verschiebbaren Kraftfahrzeugsitzes, und dem Bodenblech eines Kraftfahrzeuges. In den nachfolgenden Darlegungen werden die miteinander zu verklebenden Bauteile 10 und 12 als Bodenblech 10 und als Sitzschiene 12 bezeichnet.
Die Prüfung der Qualität der Klebeverbindung kann entweder unmittelbar nach dem Klebeprozess, bei dem der Aushärtungsprozess weitestgehend abgeschlossen ist, oder nach einer längeren Einsatzdauer erfolgen. Zur Prüfung der Qualität der Klebeverbindung werden an mehreren beliebig gewählten Stellen der Sitzschiene 12 entsprechende Sensoren 16 zur Erfassung der an der Messstelle jeweils herrschenden Ausgangstemperatur angeordnet. Das Mittel 16 zur Temperaturerfassung kann auch ein Infrarotmessgerät, ein thermographischer Scanner oder ein ähnlich bekanntes Temperaturmessgerät sein. Voraussetzung für die Wahl des Einsatzes eines Temperaturmessgerätes ist die Messgenauigkeit des einzusetzenden Gerätes. Die Genauigkeit der gemessenen Werte sollte dabei 0,1°C nicht überschreiten. Die mittels der Sensoren 16 ermittelten Messwerte werden einer nicht dargestellten Auswertungselektronik zugeführt, in der ein Vergleich der einzelnen Werte miteinander erfolgt.
Zur Ermittlung des für die Beurteilung der Qualität der Klebeverbindung notwendigen spezifischen Wärmeleitfähigkeitswertes der Klebeverbindung an den jeweiligen einzelnen Messstellen wird die Sitzschiene 12 durch eine definiert Wärmemenge erwärmt. Dazu werden an vorgegebenen Stellen der Sitzschiene 12 form- und kraftschlüssig elektrische Kontakte 14 angeschlossen. An die Kontakte 14 wird eine vorgegebene Spannung angelegt, wobei die Sitzschiene 12 durch den durchfließenden Strom geringfügig erwärmt wird. Die definierte Wärmemenge kann entsprechend den jeweilig vorliegenden Bedingungen der Sitzschiene 12 und/oder dem Bodenblech 10 zugeführt werden.
Unter Nutzung der Tatsache, dass die Klebestellen gegenüber den Verklebungsfehlern einen unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeitswert aufweisen, werden an den vorher gewählten und somit festgelegten Messstellen durch die Sensoren 16 die jeweilige Differenztemperatur zur Ausgangstemperatur ermittelt und der Auswertungselektronik zugeführt. Durch die Auswertungselektronik erfolgt eine Ermittlung eines für jede Messstelle zutreffenden spezifischen Wärmeleitfähigkeitswertes der Klebeverbindung. Durch einen Vergleich der einzelnen Werte untereinander und/oder mit einem vorgegebenen Referenzwert, der für eine jeweilige Stoffpaarung der zu verbindenden Bauteile und für das dazu verwendete Bindemittel ermittelt wurde und beispielsweise durch eine Kennlinie oder ein Kennfeld charakterisiert ist, kann die Qualität der Klebeverbindung der entsprechenden Messstelle eindeutig analysiert und dokumentiert werden. Aufgrund der ermittelten Wärmeleitfähigkeitswerte der Klebeverbindung kann eindeutig bestimmt werden, ob eine ordnungsgemäße Klebestelle vorhanden ist oder ob ein Verklebungsfehler vorliegt, bei dem entweder durch Lufteinschlüsse ein niedrigerer oder durch Berührung der beiden miteinander zu verklebenden Flächen ein hoher Wärmeleitfähigkeitswert vorliegt.
Die Vorrichtung ist gekennzeichnet durch Mittel 16 zur Temperaturdifferenzbestimmung an einem Bauteil 10 und/oder 12, die mit einer Auswertungselektronik verbunden sind, und Mittel 14 zur definierten Zuführung einer Wärmemenge zu einem Bauteil 10 und/oder 12.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass mit einfachen Mitteln eine exakte Beurteilung der Qualität einer Klebeverbindung hinsichtlich eventueller Verklebungsfehler erfolgen kann. Durch die Wahl der entsprechenden Messstellen können besonders gefährdete Klebestellen durch Anordnung von mehreren nebeneinander liegenden Messstellen einer besonders genauen Untersuchung unterzogen werden.

Claims

Verfahren zur Beurteilung der Qualität einer Klebeverbindung zwischen wenigstens zwei miteinander verklebten Bauteilen (10; 12), dadurch gekennzeichnet, dass (a) eine Ausgangstemperatur an einem der miteinander verbundenen Bauteile (10) oder (12) an mehreren beliebig gewählten Messstellen ermittelt wird, (b) die ermittelten Werte einer Auswertungselektronik zugeführt und miteinander verglichen werden, (c) das Bauteil (10) und/oder (12) direkt durch Zuführung einer definierten Wärmemenge durch Anlegen einer vorgegebenen Spannung geringfügig erwärmt wird, (d) an den festgelegten Messstellen die Temperaturdifferenz zur Ausgangstemperatur ermittelt und einer Auswertungselektronik zur Ermittlung eines für jede Messstelle zutreffenden spezifischen Wärmeleitfähigkeitswertes der Klebeverbindung zugeführt wird, (e) in der Auswertungselektronik die Beurteilung der Qualität der Klebeverbindung durch einen Vergleich der jeweilig an den einzelnen Messstellen ermittelten Temperaturdifferenz und des spezifischen Wärmeleitfähigkeitswertes der Klebeverbindung zu einem vorgegebenen Referenzwert und/oder durch einen Vergleich der einzelnen Werte untereinander erfolgt.