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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen einer Leckage an einem Vakuumabgedichteten Aufbau, der mittels einer Drucksenke evakuierbar ist. Die Erfindung betrifft auch eine Anordnung hierzu.
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Bei der Herstellung von Faserverbundbauteilen können verschiedene Herstellungsverfahren unterschieden werden, die je nach zu Grunde liegender Situation ihre entsprechenden Vorteile ausspielen können. Den meisten Herstellungsverfahren liegt die Fertigung mittels Kompaktierung durch Umgebungsdruck oder zusätzlicher Druckbeaufschlagung während der Bauteilaushärtung zugrunde. Dabei wird ein Faserhalbzeug in ein Formwerkzeug eingebracht, das dann vakuumdicht abgeschlossen und mittels einer Drucksenke evakuiert wird. Hat sich ein entsprechender Differenzdruck zum Umgebungsdruck eingestellt, so wird das Faserhalbzeug mit einem Matrixmaterial infiltriert, sofern dies noch nicht geschehen ist, und anschließend ausgehärtet.
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Ein häufig auftretendes Problem bei derartigen vakuumabgedichteten Aufbauten ist jedoch die nicht 100%-ig zuverlässige Dichtigkeit, so dass es an Leckagestellen während der Bauteilaushärtung zu Fehlstellen an den Bauteilen kommen kann, die dann später in Handarbeit nachgebessert oder im schlimmsten Fall als Ausschuss ausgesondert werden müssen. Denn gerade bei Faserverbundbauteilen können Fehlstellen innerhalb des Bauteils zu einem massiven Einbruch der geforderten Bauteilqualitäten, wie beispielsweise Steifigkeit oder Zugfestigkeit, führen.
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Aufgrund der Komplexität der Verfahren zur Herstellung von Faserverbundbauteilen werden auch heute noch viele Arbeitsschritte manuell durchgeführt, was die relativ hohen Kosten bei der Produktion derartiger Bauteile erklärt. Zur Erkennung von Leckagestellen ist dabei beispielsweise ein akustisches Suchverfahren bekannt, bei dem ein Bediener mittels eines Kopfhörers und eines akustischen Sensors das Bauteil absucht und anhand eines Geräusches bzw. Rauschens, das durch eine Leckagestelle hervorgerufen wird, eben eine solche erkennen kann.
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Dieses akustische Suchverfahren hat jedoch den Nachteil, dass es manuell von einem Bediener durchgeführt werden muss und sich somit zur zumindest teilweisen Automatisierung des Herstellungsprozesses nicht eignet. Darüber hinaus ist der Zeitaufwand, der benötigt wird, um das gesamte Bauteil sicher abzusuchen, derart groß, dass sich dieses Verfahren meist nur bei teuren und hochwertigen Bauteilen rechtfertigen lässt. Für die zumindest teilweise Automatisierung des Herstellungsprozesses von Faserverbundbauteilen ist es jedoch notwendig, dass ein solches Verfahren entweder automatisiert durchgeführt werden kann oder zumindest dem Bediener die Möglichkeit eröffnet, schnell und sicher eine Leckagestelle erkennen zu können. Nur so kann bei der Automatisierung die notwendige Prozesssicherheit gewährleistet werden.
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Aus der
EP 1 109 002 A2 ist ein Verfahren zum Erkennen einer Leckage an wasserdichten Bauteilen bekannt, bei dem das Bauteil mit einer Drucksenke verbunden und ein entsprechendes Vakuum in bestimmten vorgesehenen Kavitäten innerhalb des Bauteils erzeugt wird. Durch das plötzliche Eindringen von Umgebungsluft in eine der Kavitäten aufgrund einer Leckage entsteht eine Temperaturdifferenz, die mit Hilfe einer thermografischen Kamera sichtbar gemacht werden kann.
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Aus der
DE 197 23 799 A1 sowie aus der
DE 41 11 686 A1 ist jeweils ein Verfahren und eine Vorrichtung zur berührungslosen Dichtigkeitsprüfung von Verpackungsmaterialien bekannt, bei denen mit Hilfe einer Infrarotkamera an einer Leckage austretende Flüssigkeiten mit Hilfe einer Wärmebildkamera sichtbar gemacht werden können, da aufgrund der einsetzenden Verdunstung der an der Leckage ausgetretenen Flüssigkeiten eine Temperaturabkühlung erfolgt.
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Schließlich ist aus der
US 2010/0074515 A1 ein Verfahren zum Erkennen von Schadstellen auf einem Semiconductor Wafer bekannt, bei dem der Wafer mit Hilfe einer Infrarotkamera gescannt wird. Bei einem Defekt an den Schaltkreisen entstehen dabei höhere Temperaturen aufgrund des erhöhten elektrischen Widerstands, die mit Hilfe einer Infrarotkamera erkannt werden können.
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Aus der
DE 10 2008 036 349 A1 ist ein vakuumabgedichteter Aufbau zur Herstellung eines Faserverbundbauteils bekannt, bei dem zwischen dem Fasermaterial und der Vakuumfolie ein Abstandshalter vorgesehen ist.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Verfahren und eine Anordnung hierzu anzugeben, mit der eine Leckage an einem vakuumabgedichteten Aufbau schnell und zuverlässig erkannt werden kann.
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Die Aufgabe wird mit dem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß gelöst durch Aufnehmen von thermografischen Bilddaten von dem evakuierten, vakuumabgedichteten Aufbau durch mindestens einen thermografischen Bildsensor, Ermitteln von Temperaturdifferenzen an dem vakuumabgedichteten Aufbau aus den thermografischen Bilddaten und Erkennen einer Leckage an dem vakuumabgedichteten Aufbau in Abhängigkeit von den ermittelten Temperaturdifferenzen.
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Demnach wird vorgeschlagen, dass ein vakuumabgedichteter Aufbau, der mittels einer Drucksenke evakuiert wird oder ist, mit Hilfe von mindestens einem thermografischen Bildsensor aufgenommen wird. Aus den daraus resultierenden thermografischen Bilddaten lässt sich dann die Temperatur des vakuumabgedichteten Aufbaus ableiten, wobei Temperaturdifferenzen an dem vakuumabgedichteten Aufbau aus dem thermografischen Bilddaten erkenn- und ermittelbar sind. In Abhängigkeit von den ermittelten Temperaturdifferenzen lässt sich dann eine Leckagestelle an dem vakuumabgedichteten Aufbau erkennen. So führt eine Leckage in dem vakuumabgedichteten Aufbau zu einer Temperaturveränderung des vakuumabgedichteten Aufbaus an der Leckagestelle, so dass sich die Temperatur am Ort der Leckagestelle von der Temperatur des restlichen Teils des vakuumabgedichteten Aufbaus unterscheidet.
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In einer ersten Alternative wird die Temperatur des vakuumabgedichteten Aufbaus oder zumindest eines Teils davon gegenüber der Umgebungsluft des Aufbaus durch mindestens eine Wärmequelle verändert. Befindet sich nun eine Leckagestelle in dem vakuumabgedichteten Aufbau, so strömt an dieser Stelle Umgebungsluft in den Aufbau, weil sich die Temperatur der Umgebungsluft von der Temperatur des vakuumabgedichteten Aufbaus aufgrund der Wärmequelle unterscheidet. An der Leckagestelle nimmt der vakuumabgedichtete Aufbau die Temperatur der Umgebungsluft an, was als Temperaturdifferenz in den thermografischen Bilddaten erkennbar ist. Durch diese Temperaturdifferenz kann dann auf eine Leckagestelle geschlossen werden.
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Hierbei wird der vakuumabgedichtete Aufbau mit Hilfe eines Wärmestrahlers als Wärmequelle gegenüber der Umgebungsluft erwärmt, so dass durch eine Leckagestelle einströmende Umgebungsluft am Ort der Leckagestelle eine Abkühlung des vakuumabgedichteten Aufbaus verursacht, der als sogenannter „Cold Spot” in den thermografischen Bilddaten erkennbar ist.
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In einer zweiten Alternative wird die Umgebungslufttemperatur gegenüber der Temperatur des vakuumabgedichteten Aufbaus verändert, wodurch aufgrund einer Leckage einströmende Umgebungstemperatur sich von der Temperatur des vakuumabgedichteten Aufbaus unterscheidet und somit zu einer Temperaturveränderung am vakuumabgedichteten Aufbau führt. Eine solche Temperaturveränderung bzw. Temperaturdifferenz ist dann als „Cold Spot” oder „Hot Spot” in den thermografischen Bilddaten erkennbar.
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Anhand der Position der Temperaturdifferenz an dem vakuumabgedichteten Aufbau lässt sich dann vorteilhafterweise die Position der Leckage erkennend ableiten, so dass nicht nur die Leckage selbst erkannt werden kann, d. h. das Vorhanden- oder Nichtvorhandensein, sondern auch, an welcher Stelle sich die Leckage an dem vakuumabgedichteten Aufbau befindet. Das Ermitteln der Position bzw. des Ortes der Leckage an dem vakuumabgedichteten Aufbau lässt sich dabei selbstverständlich auch automatisiert mit Hilfe einer Recheneinheit durchführen.
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Mit Hilfe einer solchen Recheneinheit lässt sich selbstverständlich auch die Leckage an sich aus den thermografischen Bilddaten ermitteln, beispielsweise mit Hilfe eines Bilderkennungsprogramms. Die Recheneinheit ist dabei derart eingerichtet, dass sie die Temperaturdifferenzen aus den thermografischen Bilddaten ermittelt und anschließend in Abhängigkeit von den Temperaturdifferenzen eine Leckage erkennt. So ist es denkbar, dass beispielsweise erst dann auf das Vorhandensein einer Leckage geschlossen wird, wenn die Temperaturdifferenz einen bestimmten Schwellwert übersteigt, der nicht mehr mit normalen Temperaturschwankungen zu rechtfertigen ist.
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Vorteilhafterweise werden die aufgenommenen thermografischen Bilddaten auf einer Anzeigeeinheit dargestellt.
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Darüber hinaus wird die Aufgabe auch gelöst mit einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens umfassend einen vakuumabgedichteten Aufbau, der mittels einer Drucksenke evakuierbar ist, mindestens einen thermografischen Bildsensor, der zum Aufnehmen von thermografischen Bilddaten von dem evakuierten, vakuumabgedichteten Aufbau eingerichtet ist, und eine Recheneinheit, die zum Ermitteln von Temperaturdifferenzen an dem vakuumabgedichteten Aufbau aus den thermografischen Bilddaten und zum Erkennen einer Leckage an dem vakuumabgedichteten Aufbau in Abhängigkeit von den ermittelten Temperaturdifferenzen eingerichtet ist.
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Die Anordnung hat mindestens eine Wärmequelle, die zum Verändern der Temperatur des vakuumabgedichteten Aufbaus gegenüber der Umgebungsluft des Aufbaus eingerichtet ist, wobei die Wärmequelle ein Heizstrahler oder eine Wärmelampe ist.
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Die Anordnung hat in einer alternativen Ausführungsform eine Wärmequelle oder Wärmesenke, die zum Verändern der Umgebungslufttemperatur gegenüber der Temperatur des vakuumabgedichteten Aufbaus eingerichtet ist.
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In beiden Fällen wird erreicht, dass durch eine Leckage einströmende Umgebungsluft eine Temperatur aufweist, die sich von der Temperatur des Aufbaus unterscheidet, wodurch es zu einer Temperaturveränderung an der Leckagestelle kommt, die mit Hilfe der thermografischen Bildsensoren und den aufgenommenen thermografischen Bilddaten ermittelbar ist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Anordnung finden sich in den entsprechenden Unteransprüchen.
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Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
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1 – schematische Darstellung der Anordnung zur Erkennung einer Leckage;
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2 – schematische Darstellung von thermografischen Bilddaten mit Leckage.
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1 zeigt eine Anordnung 1 zur Erkennung einer Leckage an einem vakuumabgedichteten Aufbau 2. Der vakuumabgedichtete Aufbau 2 besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus einem formgebenden Werkzeug 3, einem Fasermaterial 4 sowie einer Vakuumverpackung 5. Das Ganze wird dann unter anderem auch mit einem Siegelband vakuumdicht verschlossen.
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An dem vakuumabgedichteten Aufbau 2 ist eine Evakuierungsleitung 6 angeordnet, die mit einer Drucksenke 7 verbunden ist. Mit Hilfe der Drucksenke 7 kann über die Evakuierungsleitung 6 der Innenraum des vakuumabgedichteten Aufbaus 2 evakuiert werden, so dass sich unter anderem ein Feinvakuum einstellen lässt.
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Oberhalb des vakuumabgedichteten Aufbaus 2 ist eine Wärmequelle 8, in diesem Ausführungsbeispiel ein Wärmestrahler, angeordnet, der hinsichtlich seiner Wärmeleistung so ausgerichtet ist, dass er den vakuumabgedichteten Aufbau vollständig erwärmt. Denkbar ist natürlich auch, dass mehrere Wärmestrahler zusammen den vakuumabgedichteten Aufbau 2 erwärmen. Darüber hinaus ist es auch denkbar, dass die Veränderung der Temperatur des vakuumabgedichteten Aufbaus mit Hilfe einer Wärmesenke erfolgt.
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Darüber hinaus umfasst die Anordnung 1 einen thermografischen Bildsensor 9, der so ausgerichtet ist, dass er den vakuumabgedichteten Aufbau 2 erfasst und somit thermografische Bilddaten von dem vakuumabgedichteten Aufbau 2 aufnimmt. Mit Hilfe eines thermografischen Bildsensors können beispielsweise Bilddaten aufgenommen werden, bei denen die Oberflächentemperatur der aufgenommenen Objekte anhand von Farbverläufen dargestellt wird.
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In 1 ist der thermografische Bildsensor 9, beispielsweise eine thermografische Videokamera, mit einem Wiedergabegerät oder Display 10 verbunden, auf dem die aufgenommenen thermografischen Bilddaten der Kamera 9 direkt dargestellt werden. Darüber hinaus ist der thermografische Bildsensor 9 mit einer Recheneinheit 11 verbunden, welche die thermografischen Bilddaten empfängt und mit Hilfe eines Bilderkennungsprogramms auswertet.
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Mit Hilfe der Recheneinheit 11, auf dem ein Bilderkennungsprogramm läuft, werden die thermografischen Bilddaten des thermografischen Bildsensors 9 analysiert und hinsichtlich Temperaturdifferenzen untersucht. Wird beispielsweise festgestellt, dass die an sich gleichmäßig erwärmte Oberfläche des vakuumabgedichteten Aufbaus 2 an zumindest einer Stelle einen Temperaturabfall aufzeigt, so ist dies ein Indiz dafür, dass an dieser Stelle kalte Umgebungsluft in den vakuumabgedichteten Aufbau 2 hineinströmt und an dieser Stelle den vakuumabgedichteten Aufbau abkühlt. Diese Temperaturdifferenz, die aufgrund der einströmenden Umgebungstemperatur entsteht, ist ein Hinweis auf eine Leckagestelle, die dann auch automatisiert von der Recheneinheit 11 erkannt werden kann.
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Mit dieser Anordnung 1 ist es somit möglich, Faserverbundbauteile, die in Serie hergestellt werden sollen, vollautomatisiert hinsichtlich der Dichtigkeit des gesamten vakuumabgedichteten Aufbaus 2 zu untersuchen und auszuwerten, was gerade bei der Herstellung von Faserverbundbauteilen die Prozesssicherheit wesentlich erhöht und die Erkennungsrate steigert und die Erkennungsgeschwindigkeit senkt.
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2 zeigt schematisch die Darstellung von thermografischen Bilddaten eines vakuumabgedichteten Aufbaus 2, der in etwa mittig eine Leckagestelle 12 aufweist. Der gesamte vakuumabgedichtete Aufbau 2 wurde dabei mittels einer Wärmequelle erwärmt, so dass er eine höhere Oberflächentemperatur gegenüber der Umgebungsluft aufweist. Aufgrund der in etwa mittig des vakuumabgedichteten Aufbaus 2 bestehende Leckagestelle 12 strömt kältere Umgebungsluft in den vakuumabgedichteten Aufbau 2 hinein, so dass sich an dieser Stelle der vakuumabgedichtete Aufbau 2 gegenüber dem restlichen Teil des Aufbaus 2 abkühlt. Diese Temperaturdifferenz ist in 2 an der Leckagestelle 12 in Form einer schraffierten Fläche dargestellt.
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Durch das Abkühlen der Oberfläche des vakuumabgedichteten Aufbaus 2 an der Leckagestelle erfolgt ein verändertes Bild in den thermografischen Bilddaten, so dass auch mit Hilfe einer Recheneinheit und eines Bilderkennungsprogramms derartige Kaltstellen aufgefunden werden können, woraus dann schließlich nur die Leckagestelle selber, sondern auch die Position der Leckagestelle ermittelbar ist.
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Je nachdem, ob nun aufgrund der Leckagestelle gegenüber dem vakuumabgedichteten Aufbau wärmere oder kältere Umgebungsluft in den vakuumabgedichteten Aufbau einströmt, lässt sich die Leckagestelle aufgrund der daraus resultierenden Temperaturdifferenz an der Oberfläche des vakuumabgedichteten Aufbaus erkennen. Damit lassen sich Leckagestellen an derartigen Aufbauten nicht nur schnell und sicher erkennen, sondern auch Aufbauten beliebiger Größe ohne Qualitäts- und Zeitverlust untersuchen.
