DE102013222736A1

DE102013222736A1 - Verfahren zum Bewerten von Verbindungen von Fügepartnern

Info

Publication number: DE102013222736A1
Application number: DE201310222736
Authority: DE
Inventors: Julia Wagner; Maximilian Wilhelm
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2013-11-08
Filing date: 2013-11-08
Publication date: 2015-05-13
Anticipated expiration: 2033-11-09
Also published as: DE102013222736B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bewerten von Verbindungen von zumindest einem ersten Fügepartner und einem zweiten Fügepartner, die an mindestens einer Fügestelle miteinander verbunden sind, wobei zumindest der erster Fügepartner aus einem Faserverbundwerkstoff gefertigt ist, wobei ein Grad einer Imperfektion des Faserverbundwerkstoffs des ersten Fügepartners in einem vordefinierten Bereich um die Fügestelle zerstörungsfrei bestimmt wird, indem eine Veränderung einer den ersten Fügepartner durchdringenden oder in den ersten Fügepartner eindringenden Welle bestimmt wird oder indem eine Veränderung des ersten Fügepartners innerhalb des vordefinierten Bereichs mittels optischer Verfahren bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle nach dem Durchdringen des ersten Fügepartners oder nach dem Eindringen in den ersten Fügepartner in ein Signal, insbesondere in ein elektrisches Signal, gewandelt wird oder die mittels des optischen Verfahrens erfasste Veränderung in ein Signal, insbesondere in ein elektrisches Signal, gewandelt wird und anhand eines Vergleichs des Signals mit einem vordefiniertem Referenzwert der Grad der Impferektion bestimmt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bewerten von Verbindungen von zumindest einem ersten Fügepartner und einem zweiten Fügepartner. Dieses Verfahren wird insbesondere im Fahrzeugbereich verwendet. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Computerprogramm zum Ausführen dieses Verfahrens.
Aus dem Stand der Technik ist kein zufriedenstellendes zerstörungsfreies Prüfverfahren und/oder Bewertungsverfahren zur Analyse der Qualität von Faserverbund-Mischbauverbindungen bekannt. Die Mischbauverbindungen umfassen üblicherweise mechanische Fügepunkte mit oder ohne Klebstoff.
In der Serienproduktion von Fahrzeugen wird zur Qualitätsüberprüfung und zur Qualitätssicherung oftmals eine zerstörende Prüfung eingesetzt, bei der Makroschliffe durchgeführt werden. Makroschliffe ergeben jedoch stets nur einen Aufschluss über eine einzige Ebene der Verbindung. In der Entwicklung neuer Fügeverfahren, die auf eine Minimierung von Imperfektionen durch das Fügen abzielen, ist keine Vergleichsmöglichkeit zur Bewertung der Fortschritte bekannt.
Es ist somit Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das ein einfaches und zuverlässiges Bewerten von Verbindungen von Fügepartnern ermöglicht.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Hauptanspruchs. Somit wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Bewerten von Verbindungen von zumindest einem ersten Fügepartner und einem zweiten Fügepartner, die an mindestens einer Fügestelle miteinander verbunden sind. Dabei ist zumindest der erste Fügepartner aus einem Faserverbundwerkstoff gefertigt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein Grad an Imperfektionen des Faserverbundwerkstoffs des ersten Fügepartners in einem vordefinierten Bereich um die Fügestelle zerstörungsfrei bestimmt wird. Dazu wird eine Veränderung einer den ersten Fügepartner durchdringenden oder in den ersten Fügepartner eindringenden Welle bestimmt. Das Durchdringen oder Eindringen der Welle ermöglicht eine Bewertung der Qualität in nicht nur einer Ebene, sondern in den vollständigen, von der Fügung beeinflussten Bereichen. Dazu muss lediglich eine geringe Anzahl von Daten verarbeitet werden. Die Welle wird nach dem Durchdringen des ersten Fügepartners oder nach dem Eindringen in den ersten Fügepartner in ein Signal gewandelt. Das Signal ist insbesondere ein elektrisches Signal und wird mit einem vordefinierten Referenzwert verglichen, um so den Grad der Imperfektion zu bestimmen. Der Referenzwert zum Abgleich des Signals ist insbesondere vorab durch zerstörungsfreie Prüfung eines unzerstörten Bereichs des Werkstücks identifiziert worden. Alternativ zu dem Erfassen einer Veränderung einer Welle ist ebenso erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine Veränderung des ersten Fügepartners innerhalb des vordefinierten Bereichs mittels optischer Verfahren erfasst wird. So ist insbesondere vorgesehen, dass mittels Risseindringmittel Veränderungen optisch erfassbar sind. Derartige optisch erfasste Veränderungen lassen sich ebenso wie die Welle in ein Signal, vorteilhafterweise in ein elektrisches Signal, umwandeln. Somit wird der erfindungsgemäße Gedanke, aus einem zerstörungsfreien Prüfverfahren Imperfektionsbereiche des ersten Fügepartners zu erhalten, ebenfalls beibehalten.
Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
Insbesondere ist vorgesehen, dass das Signal vor dem Vergleich mit dem Referenzwert aufbereitet wird. Die Signalaufbereitung umfasst vorteilhafterweise die Bestimmung von Signalabschwächungen und dient vorteilhafterweise dazu, den Vergleich einfach und kostengünstig zu ermöglichen.
Die Welle, die den ersten Fügepartner durchdringt, ist insbesondere eine thermische Strahlung. Alternativ oder zusätzlich ist die Welle eine Schallwelle, besonders bevorzugt eine Ultraschallwelle. Derartige Wellen können einfach und aufwandsarm den ersten Fügepartner durchdringen, ohne diesen zu beschädigen. Eine Veränderung der Welle nach dem Durchdringen des ersten Fügepartners ist durch einfache Messungen leicht zu bestimmen.
Vorteilhafterweise wird der Vergleich. zwischen Signal und Referenzwert unter Zuhilfenahme der Fuzzylogik durchgeführt. Daher weist der Referenzwert einen Unschärfebereich auf. Besonders bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass eine Warnung ausgegeben wird, wenn das Signal innerhalb des Unschärfebereichs liegt. Somit ist es insbesondere möglich, Sondermaßnahmen, insbesondere hinsichtlich einer Nacharbeit, abzuleiten.
Der Unschärfebereich wird vorteilhafterweise bei erkannten Tendenzen des Signals angepasst. So ist insbesondere vorgesehen, dass der Unschärfebereich verkleinert wird, falls das Signal vollständig innerhalb des Unschärfebereichs liegt. Dabei wird der Referenzwert vorteilhafterweise nicht verändert.
Weiterhin ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass auftretende Muster und/oder Trends innerhalb des Grenzwerts erkannt werden. In diesem Fall ist vorgesehen, dass eine Warnung ausgegeben wird. Derartige Muster und/oder Trends sind insbesondere eine Ansammlung von Signalwerten innerhalb des Unschärfebereichs, jedoch oberhalb des Referenzwerts.
Besonders bevorzugt wird der Grad der Imperfektion derart bestimmt, dass dieser einem Mittelwert einer Abschwächung des Signals innerhalb des vordefinierten Bereichs entspricht. Da insbesondere die Imperfektionen das Signal abschwächen, ist somit ein Bewerten der durch das Fügen auftretenden Imperfektionen des ersten Fügepartners möglich.
Alternativ oder zusätzlich ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass der Grad der Imperfektion einem Imperfektionsbereich entspricht, in dem eine Abschwächung des Signals einen vordefinierten Grenzwert unterschreitet. Somit entspricht der Grad der Imperfektion insbesondere der Fläche eines gemessenen Bereichs. Dieser Imperfektionsbereich ist umso größer, je ausladender das Signal rundum die Fügestelle abgeschwächt ist. Somit erlaubt diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens eine räumliche Bewertung der auftretenden Imperfektionen.
Weiterhin ist alternativ oder zusätzlich besonders bevorzugt vorgesehen, dass der Grad der Imperfektion einer Ausdehnung der Imperfektion von der Fügestelle aus in eine vordefinierte Richtung entspricht. Die Ausdehnung wird bevorzugt derart bestimmt, dass die Abschwächung des Signals einen vordefinierten Grenzwert unterschreiten muss, um zu der Ausdehnung hinzugerechnet zu werden. Diese besondere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erlaubt eine richtungsabhängige Bewertung der Imperfektionen, die durch das Fügen der Fügepartner entstehen.
Insbesondere ist die Verbindung der Fügepartner eine stoffschlüssige Verbindung, besonders bevorzugt eine Klebeverbindung, wobei sich der vordefinierte Bereich auf unmittelbar an die stoffschlüssige Fügestelle angrenzenden Schichten des Faserverbundwerkstoffs erstreckt. Daher ist im Gegensatz zum Stand der Technik nicht eine bloße Reduzierung der Bewertung auf eine einzelne Ebene möglich, sondern das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt vorteilhafterweise eine Bewertung sämtlicher an der Fügestelle anliegender Schichten des Faserverbundwerkstoffs und/oder eines Klebstoffs der Klebeverbindung. Somit wird die Fügestelle umfassend auf Imperfektionen untersucht und entsprechend bewertet.
Alternativ ist bevorzugt vorgesehen, dass die Verbindung eine formschlüssige Verbindung und/oder eine kraftschlüssige Verbindung ist. Auch hier sind dieselben Vorteile vorhanden, wie bei der stoffschlüssigen Verbindung.
Bevorzugt ist der vordefinierte Bereich ein kreisförmiger oder elliptischer Bereich um die Fügestelle. Alternativ oder zusätzlich ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass der vordefinierte Bereich der Fügeverbindung folgt. Die Fügeverbindung ist insbesondere eine Klebenaht, wobei der Verlauf der Klebenaht abhängig von der Bauteilkontur ist. Auf diese Weise ist der vordefinierte Bereich sehr aussagekräftig, wenn die Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Fügepartner zu bewerten ist.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Verwendung des zuvor beschriebenen Verfahrens. Das Verfahren zum Bewerten von Verbindungen, insbesondere von stoffschlüssigen Verbindungen, wird vorteilhafterweise in der Fertigung von Fahrzeugen eingesetzt. Hier bietet das zuvor beschriebene Verfahren überraschende Vorteile, die aus dem Stand der Technik nicht ersichtlich sind.
Schließlich betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt. Das Computerprogrammprodukt umfasst insbesondere einen auf einem maschinenlesbaren Speichermedium gespeicherten Programmcode zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens. Dazu muss das Computerprogrammprodukt auf einem Computer oder insbesondere auf einer sonstigen Recheneinheit, wie beispielsweise einem integrierten Steuergerät, ablaufen.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den beigefügten Figuren. Es zeigen:
1 eine erste schematische Abbildung einer Abschwächung eines gemessenen Signals bei Anwendung eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 eine zweite schematische Abbildung einer Abschwächung eines gemessenen Signals bei Anwendung eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
3 eine schematische Ansicht einer Auswertung der Abschwächung aus 1, und
4 eine schematische Ansicht einer Auswertung der Abschwächung aus 2.
1 zeigt eine schematische Ansicht einer Abschwächung 1 eines Signals, das durch das erfindungsgemäße Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel gewonnen wurde. Somit entspricht die Abschwächung 1 einer Abschwächung einer thermischen Strahlung und/oder einer Ultraschallwelle, die einen ersten Fügepartner in einem vordefinierten Bereich um eine Fügestelle durchdrungen hat, wobei der erste Fügepartner an der Fügestelle an einen zweiten Fügepartner angefügt ist. Der erste Fügepartner ist insbesondere aus einem Faserverbundwerkstoff gefertigt und durch eine stoffschlüssige Verbindung an den zweiten Fügepartner angefügt. Somit ist die Abschwächung ein Maß für vorhandene Imperfektionen des ersten Fügepartners innerhalb des vordefinierten Bereichs um die Fügestelle. Für eine bessere Übersicht über die Abschwächung 1 ist erfindungsgemäß insbesondere vorgesehen, dass die Abschwächung 1 farblich codiert ist. Auf diese Weise sind Stellen mit hoher Abschwächung 1 durch eine entsprechende farbliche Markierung einfach erkennbar.
2 zeigt die Abschwächung 1 des Signals für eine weitere Fügestelle. Hier ist insbesondere vorgesehen, dass die gezeigten Abschwächungen aus 1 und 2 zu vergleichen sind, um eine Qualität der jeweiligen Fügestellen zu vergleichen. Eine dazu notwendige Auswertung ist in 3 und 4 dargestellt.
Die 3 und 4 zeigen eine Auswertung der Abschwächung 1 aus 1 und 2. Dazu wird ein Imperfektionsbereich 2 bestimmt, an dem die Abschwächung 1 einen vordefinierten Grenzwert unterschreitet. Wie aus 3 und 4 ersichtlich ist, erlaubt der Imperfektionsbereich 2 sehr einfach, ein Ausmaß der Imperfektion abzuschätzen. Somit bietet das erfindungsgemäße Verfahren gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine einfache und zuverlässige Methode, die auftretenden Imperfektionen von Fügepartnern zu erkennen und zu bewerten. Insbesondere ist es mit dem gezeigten Ausführungsbeispiel möglich, die Qualität von verschiedenen Verbindungsstellen zu vergleichen.
Der Imperfektionsbereich 2 wird durch einen Vergleich der Abschwächung 1 mit einem vordefinierten Referenzwert bestimmt. Somit ist der Imperfektionsbereich 2 ein binär bestimmter Bereich, der diejenige Fläche anzeigt, an der die Abschwächung 1 den Grenzwert unterschreitet. Aus diesem Grund bietet sich der Imperfektionsbereich 2 für den zuvor genannten Vergleich verschiedener Fügeverbindungen an, um die unterschiedlichen Imperfektionen der verschiedenen Fügeverbindungen zu vergleichen. Dies ist beispielhaft in den 3 und 4 dargestellt.
Alternativ zur Bestimmung des Imperfektionsbereichs 2 ist erfindungsgemäß vorgesehen, aus der Signalabschwächung 1 (vergleiche 1 und 2) einen Mittelwert zu bestimmen. Dieser Mittelwert dient ebenso wie der Imperfektionsbereich 2 als Grad der Imperfektion. Ebenso alternativ ist erfindungsgemäß vorgesehen, aus der Abweichung 1 eine lineare Ausdehnung zu bestimmen, innerhalb der die Abschwächung 1 einen Grenzwert unterschreitet. Dies entspricht im Wesentlichen einer Abmessung des Imperfektionsbereichs 2 (vergleiche 3 und 4).
Somit erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren ein Untersuchen von Imperfektionen, die durch das Fügen von zumindest einem ersten Fügepartner und einem zweiten Fügepartner entstehen. Da die Imperfektionen Auswirkungen auf eine Stabilität sowohl des ersten Fügepartners als auch des zweiten Fügepartners, sowie der Verbindung selbst haben, ist durch das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere eine Überprüfung von Verbindungen in Fahrzeugen sinnvoll. Hier muss im Rahmen einer Qualitätssicherung eine Verbindung aufwandsarm überprüft und bewertet werden. Die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bietet hier einige überraschende Vorteile, die aus dem Stand der Technik nicht bekannt sind. So kennt der Stand der Technik keinerlei zerstörungsfreie Prüfverfahren und/oder Bewertungsverfahren. Das erfindungsgemäße Verfahren ist daher eine erhebliche Vereinfachung des Ablaufs der Qualitätssicherung.
Bezugszeichenliste

1: Abschwächung des Signals
2: Imperfektionsbereich

Claims

Verfahren zum Bewerten von Verbindungen von zumindest einem ersten Fügepartner und einem zweiten Fügepartner, die an mindestens einer Fügestelle miteinander verbunden sind, wobei zumindest der erster Fügepartner aus einem Faserverbundwerkstoff gefertigt ist, wobei ein Grad einer Imperfektion des Faserverbundwerkstoffs des ersten Fügepartners in einem vordefinierten Bereich um die Fügestelle zerstörungsfrei bestimmt wird, indem eine Veränderung einer den ersten Fügepartner durchdringenden oder in den ersten Fügepartner eindringenden Welle bestimmt wird oder indem eine Veränderung des ersten Fügepartners innerhalb des vordefinierten Bereichs mittels optischer Verfahren bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle nach dem Durchdringen des ersten Fügepartners oder nach dem Eindringen in den ersten Fügepartner in ein Signal, insbesondere in ein elektrisches Signal, gewandelt wird oder die mittels des optischen Verfahrens bestimmte Veränderung in ein Signal, insbesondere in ein elektrisches Signal, gewandelt wird und anhand eines Vergleichs des Signals mit einem vordefiniertem Referenzwert der Grad der Impferektion bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal vor dem Vergleich mit dem vordefinierten Referenzwert aufbereitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle eine thermische Strahlung und/oder eine Schallwelle, insbesondere eine Ultraschallwelle, ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleich des Signals mit dem vordefinierten Referenzwert einer Fuzzylogik folgt, so dass dem Referenzwert ein Unschärfebereich zugewiesen ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Unschärfebereich an Tendenzen, die aus dem Signal erkannt wurden, angepasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass auftretende Muster und/oder Trends innerhalb des Unschärfebereichs erkannt und als Warnung ausgegeben werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grad der Imperfektion durch einen Mittelwert einer Abschwächung (1) des Signals innerhalb des vordefinierten Bereichs bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grad der Imperfektion einem Imperfektionsbereich (2) entspricht, in dem eine Abschwächung (1) des Signals einen vordefinierten Grenzwert unterschreitet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grad der Imperfektion einer Ausdehnung der Imperfektion von der Fügestelle aus in eine vordefinierte Richtung entspricht, innerhalb derer eine Abschwächung (1) des Signals einen vordefinierten Grenzwert unterschreitet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung eine stoffschlüssige Verbindung, insbesondere eine Klebeverbindung, ist und sich der vordefinierte Bereich auf unmittelbar an die stoffschlüssige Fügestelle angrenzenden Schichten aus Faserverbundwerkstoff erstreckt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung eine formschlüssige Verbindung und/oder eine kraftschlüssige Verbindung ist.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der vordefinierte Bereich einen rechteckigen, kreisförmigen oder elliptischen Bereich um die Fügestelle darstellt.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vordefinierte Bereich der Fügeverbindung folgt.
Verwendung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Bewerten von Verbindungen, insbesondere von stoffschlüssigen Verbindungen, die in der Fertigung von Fahrzeugen eingesetzt werden.
Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft.