DE102011112534B4

DE102011112534B4 - Verfahren zum Prüfen eines aus zwei Halbschalen mit einer Dichtung zusammengefügten Gegenstands auf Dichtigkeit

Info

Publication number: DE102011112534B4
Application number: DE201110112534
Authority: DE
Inventors: Jörg Schmidt; Michael Hinterberger; Reuf Avdic; Thomas Pauleser
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2011-09-05
Filing date: 2011-09-05
Publication date: 2014-02-13
Anticipated expiration: 2031-09-06
Also published as: DE102011112534A1

Abstract

Verfahren zum Prüfen eines aus zwei Halbschalen (10, 12) unter Verwendung einer Dichtung zusammengefügten Gegenstands (100) auf Dichtigkeit, wobei der Gegenstand (100) in Schwingungen versetzt wird und der dabei von ihm abgegebene Schall erfasst und einer Analyse unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Messeinrichtungen (44, 44', 44'') zum Erfassen des Schalls unterschiedlichen Orten zugeordnet ist, dass mit Hilfe einer Kamera (52) der Ort der Messeinrichtung (44, 44', 44'') erfasst wird und ein über die lokale Schallabgabe Auskunft gebendes Bild erzeugt und einer Analyse unterzogen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen eines aus zwei Halbschalen zusammengefügten Gegenstands auf Dichtigkeit, wobei zusätzlich zu den beiden Halbschalen eine Dichtung eingesetzt sein soll, zum Beispiel in Form eines Dichtrings oder einer Dichtschnur.
Es ist bekannt, zum Prüfen eines Gegenstands auf mechanische Beschädigungen, wie zum Beispiel Haarrisse, diesen in Schwingungen zu versetzen und den dabei von ihm abgegebenen Schall zu erfassen und einer Analyse zu unterziehen.
Aus der DE 10 2006 040 736 A1 ist es von einstückigen Prüflingen wie etwa rohrförmig ausgebildeten Hochdruckspeicherräumen aus dem Kraftfahrzeugbau her bekannt, zur Messung von deren Eigenspannung, insbesondere nach urformenden oder spanabhebenden Bearbeitungsprozessen, diese Prüflinge mit mechanischen Schwingungen zu beaufschlagen und diese Schwingungen mit einem Schwingungsdetektor zu erfassen.
Ein akustisches Verfahren zum Prüfen eines aus zwei Halbschalen zusammengefügten Gegenstands auf Dichtigkeit gibt es bisher nicht. Eine Dichtigkeitsprüfung erfolgt bisher mit Prüfgasen (Luft, Helium), die in den zu prüfenden Gegenstand eingebracht werden, und von denen geprüft wird, ob sie aus dem Gegenstand austreten.
Aus der DE 10 2007 027 792 A1 ist es bekannt, zur Dichtigkeitsprüfung von Luftfedern Ultraschallsignale in die Luftfeder einzuleiten und den nach außen abgestrahlten Ultraschall mit einer Mehrzahl von Detektoren zu messen, so dass aus Laufzeit- und Phasenunterschieden die Position von Lecks bestimmt werden kann.
Die EP 0 770 867 A1 beschreibt ein Verfahren zur Qualitätsprüfung von Halbzeugen, Baugruppen und Bauteilen mit Ultraschall. Dabei wird das Frequenzspektrum von Anregungsschwingungen eines zu prüfenden Bauteils mit dem Frequenzspektrum eines gleichartigen Gutbauteils mit bekannten Eigenschaften als Bezugsspektrum verglichen.
Aus der DE 41 16 471 A1 ist ein Verfahren und eine Einrichtung zur automatischen Prüfung der Rissfreiheit von keramischen und metallischen Produkten bekannt. Hierbei werden solche Produkte einmalig oder wiederholt einer mechanischen Belastung ausgesetzt, wobei diese Belastung dynamischer Natur ist und Störungen oder Änderungen des Materialgefüges der Produkte selbst hervorgerufen und festgestellt werden. Insbesondere kann dort eine Klangänderung gemessen werden.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Prüfen eines aus zwei Halbschalen unter Verwendung einer Dichtung zusammengefügten Gegenstands auf Dichtigkeit zu erleichtern.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird somit der zu prüfende Gegenstand in Schwingungen versetzt, der von ihm dabei abgegebene Schall erfasst und einer Analyse unterzogen, wobei es sich bei der Analyse von Schall typischerweise um eine Frequenzanalyse handelt.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, das Techniken, die von der akustischen Prüfung einstückiger Gegenstände her bekannt sind, auf den vorliegend zweistückig ausgebildeten Gegenstand mit der Dichtung gleichermaßen anwendbar sind: Ist der Gegenstand durch die Dichtung ausreichend abgedichtet, so erhält man ein bestimmtes Schwingungsmuster, das sich von demjenigen Schwingungsmuster unterscheidet, das man erhält, wenn der Gegenstand nicht ausreichend dicht ist.
Hierbei ist eine Mehrzahl von Messeinrichtungen zum Erfassen des Schalls unterschiedlichen Orten zugeordnet, und mithilfe einer Kamera wird der Ort der Messeinrichtung erfasst, und auf diese Weise kann ein über die lokale Schallabgabe Auskunft gebendes (Schall- bzw. Amplituden-)Bild erzeugt werden. Diese Vorgehensweise lässt sich auch als „akustische Kamera” bezeichnen und erlaubt eine besonders gute Zuordnung von Messergebnissen zu Stellen in dem Gegenstand; so ist das Auffinden einer Undichtigkeitsstelle (Leckage) dadurch auch erleichtert.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird in einem Messvorgang auf eine Stelle des Gegenstands mit einem Schlagwerkzeug (Klöppel) geschlagen, bevorzugt genau einmal, und der hierdurch erzeugte Schall wird erfasst. Die Erfinder haben erkannt, dass die bei einem solchen Schlag auftretende Schwingungen besonders charakteristisch sind. Auch ist das Schlagen mit einem Schlagwerkzeug besonders einfach umsetzbar, im Unterschied etwa zur Verwendung eines Ultraschallgenerators.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung dieser Ausführungsform ist vorgesehen, dass mehrere solche Messvorgänge durchgeführt werden, wobei jeweils auf eine andere Stelle des Gegenstands geschlagen wird. Beim Schlagen auf unterschiedliche Stellen entstehen unterschiedliche Schwingungsmuster, die jeweils für sich detektierbar sind. Die Aussage über Dichtigkeit wird dann besonders zuverlässig, wenn man mehrere solche Analysen vornimmt.
Bevorzugt wird der Gegenstand mit Unterdruck beaufschlagt, und ggf. auch mit Überdruck, bevor er in Schwingungen versetzt wird. Der Unterdruck kann beim Formen des Gegenstands aus den beiden Halbschalen mit der Dichtung diesen aufgeprägt werden, das Beaufschlagen mit Unterdruck ist jedoch dann insbesondere angezeigt, wenn der Gegenstand eine Öffnung aufweist, über die eine Pumpe ohnehin anzuschließen ist, denn sonst könnte der Gegenstand gar nicht auf die Dichtigkeit außerhalb dieser Öffnung geprüft werden.
Es gibt mehrere Arten von Messeinrichtungen, die vorliegend genutzt werden können. Sehr schnell aufgestellt ist ein freistehendes Mikrofon. Auch ein Körperschallmikrofon ist schnell angebracht, die Messung daher kostengünstig. Die Messeinrichtungen selbst sind kostengünstig, wenn sie als Beschleunigungssensoren und/oder Dehnungsmessstreifen ausgebildet sind. Es kann auch eine Mehrzahl von Laserablenkeinheiten an dem Gegenstand angeordnet werden. Dies sind solche Elemente, die einen auf den Gegenstand gerichteten Laser ablenken. Mittels des Laserstrahls wird eine Abstandsmessung zu einem Referenzpunkt durchgeführt, wodurch die Amplitude der Auslenkung des Gegenstands an der Stelle, an der die Laserablenkeinheit angebracht ist, erfasst werden kann.
In an sich bekannter Weise wird bei der Frequenzanalyse bevorzugt eine Schnelle Fourier-Transformation und/oder eine Wavelet-Transformation eingesetzt. Diese Analysemethoden haben sich als besonders effizient erwiesen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist in besonderem Maße geeignet zum Prüfen eines Kühlkörpers mit zumindest einer ebenen Oberfläche und mit Strömungskanälen für ein Kühlmedium in seinem Inneren. Besteht der Kühlkörper aus zwei Teilen, die jeweils hälftig einen Strömungskanal bereitstellen, und ist zwischen diesen beiden Hälften eine Dichtungsschnur angeordnet, dann ist durch das Verfahren besonders effizient prüfbar, ob die gewünschte Dichtigkeit gegeben ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht ein besonders schnelles Prüfen des Gegenstands auf Dichtigkeit, insbesondere im Vergleich zum Einsatz eines Prüfkreises.
Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben, in der
1 in perspektivischer Ansicht eine erste Halbschale eines Kühlkörpers zeigt, an dem das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden kann,
2 eine zweite Halbschale eines Kühlkörpers zeigt, an dem das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden kann,
3 den aus den beiden Halbschalen gemäß 1 und 2 zusammengesetzten Kühlkörper in perspektivischer Ansicht zeigt, und
4 in schematischer Darstellung die zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens wesentlichen Komponenten veranschaulicht.
Ein im Ganzen mit 100 bezeichneter Kühlkörper ist aus zwei Halbschalen 10 und 12 zusammengesetzt. Die Halbschalen 10 und 12 sind jeweils abschnittsweise plattenförmig, wobei in der Platte 14 bzw. 16 jeweils zur Hälfte Kanäle 18a, 18b, 20a, 20b, 22a, 22b angeordnet sind, die mäanderförmig durch die Platte verlaufen und an ihren beiden Enden in Verteilerkanälen 24a, 24b und 26a, 26b zusammengeführt sind. Es gibt einen Einlass 28 zum Einführen von Kühlfluid in das Kanalsystem und einen Auslass 30 zum Herausführen des über den Einlass 28 hineingeführten Kühlfluids aus dem Kühlkörper.
Der Kühlkörper 100 weist zwei ebene Oberflächen auf, die jeweils auf der Rückseite der Halbschalen 10 und 12 bereitgestellt sind, von denen die eine Oberfläche 32 in 3 zu sehen ist. Auf der ebenen Oberfläche lässt sich eine Mehrzahl von Lithium-Ionen-Batteriezellen in einer sog. „Stack”-Anordnung anordnen; der Kühlkörper 100 dient dann, wenn er von Kühlfluid durchströmt wird, zum Ableiten von Wärme aus den einzelnen Lithium-Ionen-Batteriezellen.
Zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es wesentlich, dass die beiden Halbschalen 10 und 12 miteinander gekoppelt sind. Im vorliegenden Beispiel ist dies durch Schrauben 34 gegeben, die Kopplung könnte jedoch auch durch eine rastende Verbindung gegeben sein. Zwischen die beiden Halbschalen ist in eine Nut 36, die in der Halbschale 12 ausgebildet ist, eine Dichtschnur eingelegt, die dafür sorgt, dass das Kühlfluid nicht aus dem Kühlkörper 100 austreten kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient dazu, den Kühlkörper 100, der aus den beiden Halbschalen 10 und 12 zusammengesetzt ist, wobei eben die Dichtschnur verwendet ist, auf Dichtigkeit zu prüfen.
Der Kühlkörper 100 wird in Schwingungen versetzt, indem man mit einem Schlagwerkzeug 38 auf eine Stelle 40a auf der Oberfläche 32 des Kühlkörpers 100 schlägt. Um einen definierten Zustand zu schaffen, ist hierbei dafür gesorgt, dass der Kühlkörper 100 in seinem Inneren mit Unterdruck beaufschlagt ist, und zwar von einer Pumpe 42, die an den Einlass 28 und den Auslass 30 angeschlossen ist. Auch wird für eine definierte Temperatur gesorgt.
Die bei dem Schlag mit dem Schlagwerkzeug 38 erzeugten Schwingungen sorgen für die Abgabe von Schall durch den Kühlkörper 100, und dieser Schall wird mit Hilfe eines Mikrofons 44 erfasst, dem eine Auswerteeinrichtung 46 nachgeordnet ist, die eine Schnelle Fourier-Transformation durchführen kann und auf einem Bildschirm 48 ein entsprechendes Diagramm 50 anzeigen kann. Dieses Diagramm 50 kann auch automatisch mit einem Soll-Diagramm verglichen werden. Das Soll-Diagramm ist ein solches Diagramm, wie man es bei gegebener Dichtigkeit des Kühlkörpers 100 erhalten würde; jegliche Abweichung von Soll-Diagrammen ist ein Indiz für eine Undichtigkeit. Hier kann mit einem Schwellwertkriterium gearbeitet werden, z. B. bei Abweichung in einen oder zwei Frequenzbereichen die Undichtigkeit festgestellt werden.
Mit dem Schlagwerkzeug 38 kann gegebenenfalls nacheinander auf mehrere Stellen 40a, 40b, 40c geschlagen werden und jeweils der Schall mit dem Mikrofon 44 aufgezeichnet werden und von der einen Richtung 46 analysiert werden. Neben einem Mikrofon ist auch die Verwendung eines Mikrofon-Arrays, einer Vielzahl von Mikrofonen in z. B. gitterförmiger Anordnung möglich, wozu symbolisch Mikrophone 44' und 44'' gezeigt sind. Die Anordnung aus den Mikrofonen 44, 44' und 44'' wird mit Hilfe einer Kamera 52 erfasst, und die Datenverarbeitungseinrichtung 46 kann den von den einzelnen Mikrofonen 44, 44', 44'' gewonnenen Signalen dann einen Ort auf der Oberfläche 32 des Kühlkörpers 100 zuordnen und ein entsprechendes Schwingungsbild berechnen, das mit einem Soll-Schwingungsbild verglichen wird.
Bei Übereinstimmung mit dem Soll-Schwingungsbild gilt die Dichtigkeit als gegeben, und sonst bei Abweichung gemäß einem vorbestimmten Kriterium eben nicht.

Claims

Verfahren zum Prüfen eines aus zwei Halbschalen (10, 12) unter Verwendung einer Dichtung zusammengefügten Gegenstands (100) auf Dichtigkeit, wobei der Gegenstand (100) in Schwingungen versetzt wird und der dabei von ihm abgegebene Schall erfasst und einer Analyse unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Messeinrichtungen (44, 44', 44'') zum Erfassen des Schalls unterschiedlichen Orten zugeordnet ist, dass mit Hilfe einer Kamera (52) der Ort der Messeinrichtung (44, 44', 44'') erfasst wird und ein über die lokale Schallabgabe Auskunft gebendes Bild erzeugt und einer Analyse unterzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Messvorgang auf eine Stelle (40a) des Messgegenstands mit einem Schlagwerkzeug (38) genau einmal geschlagen wird, und der hierdurch erzeugte Schall erfasst und einer Analyse unterzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehreren Messvorgängen jeweils auf eine andere Stelle (40a, 40b, 40c) des Gegenstands (100) geschlagen wird, der hierdurch erzeugte Schall jeweils erfasst und einer Analyse unterzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenstand (100) mit Unterdruck oder Überdruck beaufschlagt wird, bevor er in Schwingungen versetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schall mittels eines zumindest freistehenden Mikrofons (44) und/oder eines Körperschallmikrofons erfasst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schall mittels Beschleunigungssensoren und/oder Dehnungsmessstreifen und/oder Laserablenkeinheiten an dem Gegenstand (100) erfasst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Analyse eine Schnelle Fourier-Transformation und/oder eine Wavelet-Transformation eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, eingesetzt zum Prüfen eines Kühlkörpers (100) mit zumindest einer ebenen Oberfläche (32) und Strömungskanälen (18a, 18b; 20a, 20b; 22a, 22b; 24a, 24b; 26a, 26b) für ein Kühlfluid in seinem Inneren.