-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Prüfen
eines Bauteil mit innenliegenden Hohlräumen, das insbesondere
mittels Fluidinjektionstechnik hergestellt ist.
-
Die
Fluidinjektionstechnik umfasst die Wasserinjektionstechnik (WIT)
und die Gasinjektionstechnik (GIT). Beide sind Sonderverfahren der Spritzgießtechnik
zur Herstellung von polymeren Hohlkörpern unter Zuhilfenahme
von fluiden Medien. Die Wasserinjektionstechnik (WIT) verwendet
Wasser als fluides Medium und ist seit der ersten Patentschrift
von Hobson 1938 bekannt. Mittels der Wasserinjektionstechnik werden
Formteilen mit stabförmigen Hohlräumen, wie beispielsweise
Türgriffe, Wischerarme für Scheibenwischer und
Medienleitungen, und Bauteile mit integrierten dickwandigen Bereichen,
beispielsweise großflächig verrippte Bauteile
und Kombinationen von dünnwandigen und dickwandigen Bauteilen,
hergestellt. Die Vorteile des Verfahrens sind insbesondere geringes
Gewicht und niedrige Werkstoffmenge für das hergestellt
Bauteil. Weitere Vorteil der WTI-Herstellungstechnik sind glatte
Innenwände in den Hohlräumen.
-
Aus
der
DE 10 2005
004 997 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Pedals
für ein Kraftfahrzeug mittels der Wasserinjektionstechnik
bekannt, wobei der Pedalhebel aus Kunststoff gefertigt und als Hohlprofil
ausgebildet ist. Zur Verbesserung der Steifigkeit des Bauteils sind
innen liegende Hohlräume und Taschen an bestimmten Stellen
des Pedalhebels angeordnet. Das Herstellungsverfahren beinhaltet das
Einbringen einer Kunststoffschmelze in ein Formwerkzeug und das
anschließende Verdrängen der noch flüssigen
Seele der Kunststoffschmelze durch Wasser.
-
Die
Hohlräume sind nicht zugänglich und ihre Form
ist konstruktiv nicht vorgegeben. Somit ist eine Kontrolle und Überprüfung
der entstandenen Hohlräume mit bekannten Messmitteln, wie
beispielsweise Messschiebern nur unzureichend oder überhaupt
nicht möglich.
-
Deshalb
wäre es wünschenswert, ein sicheres Verfahren
zum Kontrollieren der entstanden Hohlräume und Taschen
zur Verfügung zu haben, mittels dem die Reproduzierbarkeit
der Form und Gestalt sowie der Größe der Hohlräume überprüft
werden kann.
-
Deshalb
ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und
eine Vorrichtung bereitzustellen, mittels dem Hohlräume
in einem Bauteil, insbesondere in einem durch Fluidinjektionstechnik hergestellten
Bauteils, untersucht werden können.
-
Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen
der unabhängigen Ansprüche gelöst.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren wird zum Prüfen
von mindestens einem Hohlraum in einem Bauteil eingesetzt. Das Bauteil
ist hierbei bevorzugt mittels eines Spritzgießverfahrens,
insbesondere mittels eines Fluidinjektionsverfahrens hergestellt. Das
Verfahren weist die nachfolgend aufgeführten Schritte auf:
In einem ersten Schritt wird ein Referenzbauteil in eine Montagevorrichtung
angeordnet und der Hohlraum des Referenzbauteils fotooptisch dokumentiert.
Die fotooptische Dokumentation erfolgt bevorzugt zuerst an einem
Referenzbauteil. Die fotooptische Dokumentation erfolgt bevorzugt
mittels eines digitalen Fotoverfahrens, insbesondere mit einer Digitalkamera.
Dies hat den Vorteil, dass die Bilder des Bauteils bereits digital
vorliegen und digital gespeichert, in einer Datenbank abgelegt werden können
und weiteren digitalen Bearbeitungsschritten zugänglich
sind. Im nächsten Schritt wird das zu prüfende
Bauteil, das als Prüfbauteil bezeichnet wird, in der Montagevorrichtung
analog zum Referenzbauteil angeordnet und fotooptisch dokumentiert,
sodass ein Prüfbauteilfoto entsteht. Im nächsten
Schritt wird das Referenzbauteilfoto mit dem Prüfbauteilfoto
verglichen. Der Vergleich erfolgt vorzugsweise mit einer Bildbearbeitungssoftware.
Es wird eine im Stand der Technik bekannte Bildbearbeitungssoftware
verwendet. Deshalb wird die Bildbearbeitungssoftware an dieser Stelle
nicht weiter beschrieben. Der Vergleich erfolgt, indem die Fotos
des Referenzbauteils und des Prüfbauteils übereinander
gelegt werden und somit eine Differenz leicht erkennbar ist. Die
Abweichungen können auf diese Art und Weise optisch einfach
dargstellt werden. Außerdem können die Abweichungen
in Tabellen bzw. Datenbanken gespeichert werden. Bei der Untersuchung
einer ausreichend großen Menge von Bauteilen, kann dann
eine Aussage über die Reproduzierbarkeit des Herstellungsverfahrens
der Bauteile, insbesondere eines Hohlraumes, getroffen werden.
-
In
der Produktion kann jedes Bauteil oder es können Stichproben
fotooptisch untersucht werden. Mittels der Werte in der Datenbank
kann dann auch eine Aussage getroffen werden, ob die gemessenen Formabweichungen
innerhalb einer zulässigen statistischen Bandbreite liegen.
-
In
einer Ausgestaltung des Verfahrens wird das zu untersuchende Bauteil
mit dem Hohlraum vor der optischen Inspektion dieser zugänglich
gemacht. Dies erfolgt vorzugsweise durch Auftrennen des Bauteils
in einer Ebene, vorzugsweise senkrecht zu einer Achse. Das Verfahren
des Trennens ist Sägen, Trennen mittels Laserstrahl oder
Wasserstrahl. Hierzu wird das Bauteil in eine Halteeinrichtung eingespannt,
damit bei allen Bauteilen der gleichen Bauart die Trennung stets
in der entsprechenden Ebene erfolgt. Sowohl das Referenzbauteil
als auch das Prüfbauteil werden vor der fotooptischen Dokumentation in
der Halteeinrichtung angeordnet. Hierdurch ist eine nahezu gleich
bleibende Schnittebene bei dem Referenzbauteil und dem Prüfbauteil
gewährleistet. Der Vorteil hiervon ist, dass der zu untersuchende Hohlraum
beim Referenzbauteil und beim Prüfbauteil in derselben
Schnittebene liegt, die als Referenz für die möglicherweise
zu registrierenden Abweichungen fungiert.
-
Das
Prüfbauteil ist ein erstes Prüfbauteil und weitere
Bauteile, die während einer Produktion mit der Fluidinjektionstechnik
hergestellt sind, werden auf die gleiche vorstehend beschriebene
Art und Weise untersucht und geprüft. Hierbei werden die Prüfteilfotos
stets bevorzugt digital gespeichert, sodass diese mit dem Referenzbauteilfoto
verglichen werden können.
-
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung zur Untersuchung
eines Hohlraumes in einem Bauteil weist auf: eine Montagevorrichtung
zum Haltern des fotooptisch zu untersuchenden Bauteils, eine optische Einrichtung
zum fotooptischen Dokumentieren eines Hohlraumes in dem Bauteil,
eine Datenbearbeitungseinrichtung mittels der die von der optischen
Einrichtung erstellten Fotos bearbeitet und/oder gespeichert werden
können optimal eine Trennvorrichtung, die eine Halteeinrichtung
und eine Trenneinrichtung aufweist. Die Trenneinrichtung weist eine
Säge, einen Laser und/oder eine Wasserstrahltrenneinrichtung auf.
Hierbei ist vorteilhaft, dass alle zu untersuchenden Bauteile stets
in derselben Halteeinrichtung beim Trenn entlang der Trennachse
gehaltert werden und zum fotooptischen Dokumentieren in derselben
Montagevorrichtung in gleicher Weise angeordnet werden. Somit sind
zum einen die Schnittebenen bei allen Bauteilen gleich und der zu
untersuchende Hohlraum ist an der gleichen Ortskoordinate im Foto
angeordnet. Geometrische Abweichungen in der Lage und Gestalt des
Hohlraumes können so einfach durch Übereinanderlegen
der Fotos festgestellt werden. Das Prüfverfahren ist mittels
der Vorrichtung einfach automatisierbar und kann somit zeitlich
und bezgl. dessen Kosten optimiert werden.
-
Nachfolgend
wird die Erfindung anhand von der Zeichnungen näher beschrieben,
aus denen sich auch unabhängig von der Zusammenfassung
in den Patentansprüchen weitere Merkmale, Einzelheiten und
Vorteile der Erfindung ergeben.
-
Es
zeigen:
-
1a ein
Bauteil, das mit der Fluidinjektionstechnik, hier mit der Wasserinjektionstechnik (WTI),
hergestellt ist und in eine Trenneinrichtung zum Trennen des Bauteils
entlang einer Achse eingespannt ist,
-
1b eine
Halteeinrichtung zum Trennen des Bauteils
-
2a eine
Vorrichtung zum reproduzierbaren Aufnehmen eines Bauteils – einer
Montagevorrichtung,
-
2b ein
Bauteil, das in der Vorrichtung gehaltert ist,
-
3a, 3b ein
Referenzbauteil und ein Prüfbauteil, bei denen die innenliegenden
Hohlräume zugänglich sind,
-
3c eine
schematische Darstellung des übereinander gelegten Referenzbauteilfotos
und des Prüfbauteilfotos sowie die Differenz,
-
3d einen
vergrößerten Ausschnitt der Stelle an der der
zu untersuchende Hohlraum angeordnet ist.
-
4 Verfahrensschritte
des Verfahrens.
-
In
den 1 bis 4 sind gleiche
Teile stets mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
-
1a zeigt
ein Bauteil 10, das in eine Halteeinrichtung 12 einer
Trennvorrichtung 14 angeordnet ist, die in 1b ohne
Bauteil gezeigt ist. Die Trennvorrichtung 14 weist die
Halteeinrichtung 12 sowie eine Trenneinrichtung 16 auf.
Die in 1b gezeigte Trenneinrichtung 16 ist
eine Sägeeinrichtung 18, mittels der das Bauteil 10 entlang
einer Achse gesägt werden kann. Das Sägen ist
hier lediglich beispielhaft aufgeführt und nicht beschränkend
zu verstehen. Die Trennung des Bauteils 10 kann auch mittels
anderer Vorrichtungen und eines anderen Verfahrens erfolgen, beispielsweise
Trennen mittels eines Laserstrahl oder eines Wasserstrahls. Die
Trennvorrichtung 14 weist dann die entsprechenden Einrichtungen,
beispielsweise einen Laser, auf. Hierbei kann die Trennvorrichtung 14 konstruktiv
aus zwei separaten Einheiten bestehen, die geometrisch voneinander
entfernt angeordnet sind: der Halteeinrichtung 12 zum Haltern
des Bauteils 10 und der Trenneinrichtung 16, die
eine Einrichtung zum Anfertigen eines Schnittes entlang einer Achse
des Bauteils 10 aufweist.
-
Als
beispielhaftes Bauteil 10 ist in 1a ein Pedal
für ein Kraftfahrzeug gezeigt. Das Pedal weist eine Pedalschwenkachse 20 auf,
an der das Pedal an einer Achse 22 der Halteeinrichtung 12 montiert ist.
Das Pedal 10 weist Hohlräume auf, von denen beispielhaft
die Hohlräume 24a, 24b, 24c bezeichnet sind.
Das Pedal 10 ist als Hohlprofil ausgebildet und weist ferner
einen Pedalhebel 26 und eine Pedalplatte 28 auf.
Das Pedal 10 kann teilweise oder komplett aus einem Kunststoff
mittels Fluidinjektionstechnik hergestellt sein. Als Kunststoff
wird beispielsweise ein polyamidhaltiger Kunststoff verwendet.
-
In 2a ist
eine Montagevorrichtung 30 dargestellt, in der das Bauteil 10 nach
dem Trennen montiert wird. Die Montagevorrichtung 30 ist
auf die Geometrie des jeweiligen Bauteils 10 abgepasst,
sodass das Bauteil 10 reproduzierbar in der Montagevorrichtung 30 angeordnet
werden kann und mittels einer nicht dargestellten Kamera, vorzugsweise
einer optischen Digitalkamera, fotografiert werden kann. Die in 2a dargestellte
Montagevorrichtung 30 weist eine erste Montageachse 32 und
eine zweite Montageachse 34 auf, die an die Geometrie des
in 2b montierten Bauteils 10, des Pedals,
angepasst ist. Die Montageachsen 32 und 34 können
aber auch nachträglich auf der Montagevorrichtung 30 angeordnet
werden. Ferner können auch weitere (hier nicht dargestellte)
Montageachsen vorgesehen sein. Die Montagevorrichtungen 30 für
zu prüfende Bauteile 10 gleichen Bauteiltyps sind
stets gleich. Beide ein Prüfbauteil und ein Referenzbauteil
werden in die baugleiche Montagevorrichtung 30 eingespannt.
Somit können die erhaltenen Fotos einer Serie von Bauteilen
gleichen Typs verglichen werden. Es können bevorzugt auch
Markierungen angebracht werden, die auf dem erstellten Foto wieder
erkennbar sind. Dies erleichtert den vergleich der Fotos.
-
3a zeigt
das Foto eines Bauteils 10, hier ein Pedal, das in der
Montagevorrichtung 30 angeordnet ist. Erkennbar sind der
Hohlraum des Pedalhebels 36 und die Hohlräume 24a, 24b, 24c,
die bereits in 1a beschrieben sind. Das Bauteil 10 von 3a wird
als Referenzbauteil ausgewählt. Das Foto dieses Bauteils 10 wird
als Referenzbauteilfoto 38 bezeichnet. 3b zeigt
ein zu prüfendes Bauteil 10', das als Prüfbauteil 10' bezeichnet
wird. Folglich ist das Foto des Prüfbauteils 10' ein
Prüfbauteilfoto 38'. Das Referenzbauteil 10 und
das Prüfbauteil 10' sind jeweils in der baugleichen
Montagevorrichtung 30 angeordnet. Das Prüfbauteil 10' ist
typischerweise eines aus einer laufenden Produktion von Bauteilen und
wurde zu Zwecken der stichprobenartigen Überprüfung
zur Inspektion ausgewählt. Unter Inspektion ist im Sinne
der Erfindung eine Überprüfung und Kontrolle der
Hohlräume, insbesondere deren geometrische Lage, Gestalt
und Größe zu verstehen. Hierbei ist die insbesondere
Form und die Lage der Hohlräume von Interesse.
-
3c zeigt
eine schematische Darstellung eines Hohlraumes des Referenzbauteilfotos 38,
wobei die Darstellung beispielsweise mittels Bildbearbeitungssoftware
realisiert wurde. Die Darstellung 38 betrifft die Darstellung
eines zu prüfenden Hohlraumes im Bauteil 10 und
die Darstellung 38' betrifft die des Hohlraumes an der
gleichen geometrischen Stelle des Prüfbauteils 10'.
Die Darstellungen 38 und 38' werden als Referenzbauteilfoto 38 beziehungsweise als
Prüfbauteilfoto 38' bezeichnet. Die Darstellung 40 zeigt
die Summe der beiden Darstellungen 38 und 38' und
zeigt in dem dunklen mittleren Bereich 42 den Bereich,
indem die Hohlräume überlappen. Die Summendarstellung 40 weist
das Referenzbauteilfoto 38 und das Prüfbauteilfoto 38' in
einer Darstellung auf. Der von der Überlappung 40 abweichenden
Bereiche stellten somit die Abweichungen zwischen der Lage und Gestalt
des Hohlraumes des Referenzbauteilfotos 38 und des Prüfbauteilfotos 38' dar.
Diese Abweichungen können weiter ausgewertet werden oder
als Darstellung 40 auf einer Rechnereinrichtung oder einem
Datenträger abgespeichert werden.
-
3d zeigt
beispielhaft in vergrößerter Darstellung 44 einen
zu untersuchenden Hohlraum 46 in dem Referenzbauteil 10,
bzw. dem Prüfbauteil 10', wobei das Bauteil auf
der Montagevorrichtung 30 montiert ist. Dieser Hohlraum 46 wird
einmal in dem Referenzbauteil 10 fotooptisch dokumentiert,
das Foto als Referenzbauteilfoto 38 in einer Datenbank abgelegt.
Der Hohlraum an der gleichen geometrischen Stelle wird dann beim
Prüfbauteil 10' fotooptisch dokumentiert und als
Prüfbauteilfoto 38' in der Datenbank abgelegt.
-
4 zeigt
die Verfahrensschritte des Verfahrens zur Untersuchung von Hohlräumen
in einem Bauteil 10, das mittels einer Fluidinjektionstechnik hergestellt
ist, bevorzugt mittels Wasserinjektionstechnik (WIT), die nachfolgend
zusammengefasst werden:
- – Schritt 100:
Auswählen eines Bauteil als Referenzbauteil 10
- – Schritt 102: Haltern des Referenzbauteils 10 in der
Halteeinrichtung 12 der Trennvorrichtung 14 und
Trennen des Referenzbauteils 10 entlang einer Achse derart,
dass ein zu untersuchender Hohlraum 24a; 24b, 24c, 46 optisch
zugänglich wird
- – Schritt 104: Anordnen des Referenzbauteils
in der Montagevorrichtung 30 und Fotografieren des Referenzbauteils 10,
vorzugsweise mittels einer digitalen Kamera, zur Erstellung eines
Referenzbauteilfotos 38
- – Schritt 106: Haltern eines ersten zu prüfenden Prüfbauteils 10' in
der Halteeinrichtung 12 der Trennvorrichtung 14 und
Durchführen des Trennvorganges entlang der gleichen Achse
wie beim Referenzbauteil 10
- – Schritt 108: Anordnen des Prüfbauteils
in der Montagevorrichtung 30 und Fotografieren des ersten
Prüfbauteils 10', insbesondere des zu prüfenden
Hohlraums 24a, 24b, 24c, 46,
zur Erstellung eines Prüfbauteilfotos 38'
- – Schritt 110: Vergleichen des Referenzbauteilfotos 38 und
des Prüfbauteilfotos 38', um Abweichungen zwischen
beiden festzustellen, bevorzugt durch Vergleichen digitaler Dateien
- – Schritt 112: Speichern des Referenzbauteilfotos 38 und
des Prüfbauteilfotos 38'.
-
Bevorzugt
werden die Bauteilefotos (Referenzbauteilfoto 38 und Prüfbauteilefotos 38')
in einer Speichereinrichtung einer Rechnereinheit in einer Datenbank
gespeichert, sodass diese für spätere Überprüfungen
und Dokumentation gesichert sind. Es können auch nur die
Differenz zwischen dem Referenzbauteilfoto und dem Prüfbauteilfoto
gespeichert werden. Die Fotos 38 und 38' können
aber auch auf einem Datenträger gespeichert werden.
-
Zur
Untersuchung weiterer Prüfbauteile 10' wird mit
Schritt 106 fortgefahren, bis alle zu untersuchenden Prüfbauteile 10' untersucht
und in Form von Prüfbauteilfotos 38' dokumentiert
sind.
-
Der
Schritt 100 kann auch nach der Untersuchung einiger Bauteile
erfolgen, indem eines der untersuchten Bauteile als Referenzbauteil 10' definiert wird.
Hierbei sind alle untersuchten Bauteile 10 in die Trennvorrichtung 14 eingebaut
gewesen und entlang derselben Achse getrennt worden, sodass gewährleistet
ist, dass alle Bauteile 10, 10' eine nahezu gleiche
Schnittebene erfahren haben.
-
Das
Verfahren wird bevorzugt eingesetzt, um die Reproduzierbarkeit des
Fluidinjektionsverfahrens zu ermitteln und gegebenenfalls die Prozessparameter
einzustellen und zu ändern. Das Verfahren kann auch eingesetzt
werden, um Stichproben aus einer Produktionsserie zu entnehmen.
Die Stichproben entsprechen dann den Prüfbauteilen und
die Vermessung des Referenzbauteils ist zu Beginn einer Produktionsserie
erfolgt. Hierbei liegt das Referenzbauteilfoto gespeichert, bevorzugt
elektronisch vor. Der Vergleich des Fotos der Stichprobe mit dem
Referenzbauteilfoto erfolgt insbesondere mit einer Bildbearbeitungssoftware,
vorzugsweise Fotobearbeitungssoftware.
-
Die
Vorrichtung zum Untersuchen eines Hohlraumes in einem Bauteil 10, 10' weist
auf: eine Montagevorrichtung 30 zum Haltern des fotooptisch zu
untersuchenden Bauteils 10, 10', eine optische Einrichtung
zum fotooptischen Dokumentieren eines Hohlraumes 24a, 24b, 24c, 46 in
dem Bauteil 10, 10', eine Datenbearbeitungseinrichtung
mittels der die Fotos der optischen Einrichtung bearbeitet und/der gespeichert
werden, sowie optional eine Trennvorrichtung 14, die eine
Halteeinrichtung 12 und eine Trenneinrichtung 16.
-
Die
Trenneinrichtung 16 kann eine Säge, eine Lasereinrichtung
und/oder eine Wasserstrahltrenneinrichtung aufweisen.
-
- 10
- Bauteil
- 10'
- Prüfbauteil
- 12
- Trennvorrichtung
- 14
- Halteeinrichtung
der Trennvorrichtung 14
- 16
- Trenneinrichtung
der Trennvorrichtung 14
- 18
- Sägeeinrichtung,
- 20
- Schwenkachse
des Pedals
- 22
- Halteachse
der Halteeinrichtung 14
- 24a
- Hohlraum
- 24b
- Hohlraum
- 24c
- Hohlraum
- 26
- Pedalhebel
- 28
- Pedalplatte
- 30
- Montagevorrichtung
- 32
- erste
Montageachse
- 34
- zweite
Montageachse
- 36
- Hohlraum
- 38
- Referenzbauteilfoto,
insbesondere schematische Darstellung eines Hohlraumes des Referenzbauteils
- 38'
- Prüfbauteilfoto,
insbesondere schematische Darstellung eines Hohlraumes des Prüfbauteils
- 40
- Summendarstellung
des Referenzbauteilfotos 38 und des Prüfbauteilfotos 38'
- 42
- Überlappungsbereich
- 44
- vergrößerte
Darstellung eines Bereiches des Bauteils 10, 10'
- 46
- zu
untersuchender Hohlraum
- 100–112
- Verfahrensschritte
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102005004997
A1 [0003]