DE102014207708A1

DE102014207708A1 - Verfahren und Vorrichtung zur akustischen Prüfung einer Nietverbindung

Info

Publication number: DE102014207708A1
Application number: DE102014207708.7A
Authority: DE
Inventors: Julia Wagner; Maximilian Wilhelm
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2014-04-24
Filing date: 2014-04-24
Publication date: 2015-10-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung einer Nietverbindung, insbesondere einer Blindniet- oder Stanznietverbindung, mit folgenden Schritten: – Bereitstellen einer Verbindungsprobe (200), die wenigstens zwei an einer Fügestelle mit einem Nietelement (230), insbesondere mit einem Blindniet oder Stanzniet, gefügte Werkstücke (210, 220) umfasst; – Anregen der Verbindungsprobe (200) mit Schwingungen; – Erfassen etwaiger vom Nietelement (230) ausgehenden akustischen Emissionen und Auswerten der erfassten akustischen Emissionen. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung (100), die zur Durchführung des Verfahrens geeignet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung einer Nietverbindung.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Prüfung einer Nietverbindung.
Nietverbindungen und insbesondere Blindniet- oder Stanznietverbindungen sind als solche aus dem Stand der Technik bekannt. Durch Herstellung wenigstens einer Nietverbindung können wenigstens zwei Werkstücke formschlüssig gefügt werden. Verschiedene Einflussfaktoren können dazu führen, dass ein Niet bzw. Nietelement nach der Herstellung einer Nietverbindung nicht fest sitzt oder sich im Laufe der Zeit lockert. Ein nicht fest sitzendes bzw. lockeres Nietelement kann an der Verbindungs- bzw. Fügestelle zu einer Schädigung der gefügten Werkstücke führen und/oder bei entsprechender Belastung eine störende Geräuschbildung verursachen. Somit besteht ein Bedarf nach Möglichkeiten zur Prüfung einer Nietverbindung.
Die DE 10 2004 001 605 A1 beschreibt die zerstörende Prüfung einer Nietverbindung, wobei der Verbindungsbereich durchschnitten und mittels Kamera eine digitale Bilddarstellung des Verbindungsbereichs erzeugt wird. In der DE 696 11 025 T2 ist die zerstörungsfreie Prüfung einer Nietverbindung durch taktiles Messen des Nietkopfüber- oder -unterstands (Tiefe zwischen dem Nietkopf und der Werkstückoberfläche) nach dem Fügen beschrieben.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein weiteres Verfahren zur Prüfung einer Nietverbindung anzugeben, das wenigstens einen mit dem Stand der Technik einhergehenden Nachteil nicht oder zumindest nur in einem verminderten Umfang aufweist und das insbesondere auch den Aspekt der Geräuschbildung an einer Nietverbindung berücksichtigt.
Dies gelingt mit einem erfindungsgemäßen Verfahren entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Mit einem nebengeordneten Patentanspruch erstreckt sich die Erfindung auch auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich analog für beide Erfindungsgegenstände sowohl aus den abhängigen Patentansprüchen als auch aus den nachfolgenden Erläuterungen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Prüfung einer Nietverbindung, insbesondere einer Blindniet- oder Stanznietverbindung, weist folgende Schritte auf:

– Bereitstellen einer Verbindungsprobe, die wenigstens zwei an einer Fügestelle mit einem Niet bzw. Nietelement, insbesondere mit einem Blindniet oder Stanzniet, gefügte Werkstücke bzw. Werkstückproben umfasst;
– Anregen der Verbindungsprobe mit Schwingungen bzw. in Schwingung versetzen der Verbindungsprobe, wobei die gesamte Verbindungsprobe, wenigstens eines der Werkstücke (bzw. wenigstens eine der Werkstückproben), gezielt nur der Fügebereich (d. h. der Bereich der Fügestelle bzw. der Bereich des Nietelements) oder gezielt nur das Nietelement angeregt werden kann;
– Erfassen etwaiger (aufgrund der erzeugten bzw. angeregten Schwingungen) vom Nietelement ausgehenden akustischen Emissionen, wie bspw. Klappergeräusche oder dergleichen, und Auswerten dieser erfassten akustischen Emissionen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann im weiteren Sinne als Verfahren zur akustischen Prüfung einer Nietverbindung, d. h. konkret zur Prüfung einer Nietverbindung anhand akustischer Merkmale, aufgefasst werden. Aus dem Stand der Technik sind keine derartigen Verfahren bekannt.
Das Auswerten der erfassten akustischen Emissionen erfolgt bevorzugt automatisch, insbesondere mit Hilfe eines Computers. Besonders bevorzugt wird der gesamte Prüfdurchlauf automatisch gesteuert, insbesondere mit Hilfe eines Computers. Der Computer weist bevorzugt eine geeignete Software (Computerprogramm) auf.
Bevorzugt führt das Auswerten, wobei das Auswerten bzw. die Auswertung insbesondere automatisch erfolgt, auch zu einer Beurteilung oder Bewertung der geprüften Nietverbindung. (Als Nietverbindung wird die an der Fügestelle mittels Nietelement herbeigeführte formschlüssige Verbindung der Werkstücke verstanden.) Die erfassten akustischen Emissionen können bspw. mit denen einer Referenzprobe verglichen werden. Hierdurch kann dann z. B. festgestellt werden, ob die geprüfte Nietverbindung hinsichtlich ihrer Geräuschbildung bzw. -entwicklung noch zulässig oder nicht mehr zulässig ist. Ebenso kann festgestellt werden, ob der Verbindungszustand der geprüften Nietverbindung, bspw. die erzielte Verbindungsfestigkeit (insbesondere die Klemmkraft, mit der der Nietkopf das nietkopfseitige Werkstück gegen das untere Werkstück klemmt) einer Vorgabe entspricht und ob die geprüfte Nietverbindung somit in Ordnung oder nicht in Ordnung ist.
Die vom Niet bzw. Nietelement ausgehenden akustischen Emissionen können mit Hilfe wenigstens eines Mikrofons bzw. einer Mikrofoneinrichtung erfasst werden. Bevorzugt ist das Mikrofon nahe der zu prüfenden Nietverbindung bzw. nahe des Nietelements angeordnet, bspw. mit einem maximalen Abstand von 100 mm und insbesondere mit einem maximalen Abstand von 50 mm. Das Mikrofon kann eine Richtcharakteristik aufweisen.
Das Anregen der Verbindungsprobe zur Herbeiführung akustischer Emissionen erfolgt bevorzugt mit einer Frequenz oder mit Frequenzen zwischen 5 Hz und 200 Hz. Insbesondere erfolgt die Anregung in einem Zeitfenster von wenigen Sekunden (bspw. von 2 sec bis 10 sec) mit gleicher (d. h. konstanter) oder sich verändernder Frequenz (d. h. mit vorgegebenem Frequenzverlauf).
Das Anregen der Verbindungsprobe zur Herbeiführung akustischer Emissionen kann mit Hilfe eines Rütteltischs (oder dergleichen) erfolgen. Der Rütteltisch kann zusammen mit dem Mikrofon in einem lärmgekapselten Raum (bspw. einer Schallschutzkabine) angeordnet sein. Der Rütteltisch weist eine Rüttelplatte (oder dergleichen) auf, die mit einstellbarer Frequenz und Amplitude Schwingungen in mehreren Raumrichtungen ausführen kann.
Das Anregen der Verbindungsprobe kann auch mit Hilfe akustischer Signale erfolgen. Die akustischen Signale können mit wenigstens einem akustischen Schwingungsgeber, insbesondere einem Lautsprecher (oder dergleichen), erzeugt werden.
Wenigstens eines der Werkstücke (bzw. wenigstens eine der Werkstückproben) der Verbindungsprobe und insbesondere das nietkopfseitige Werkstück der Verbindungsprobe ist bevorzugt aus einem FVK-Material (FVK = faserverstärkter Kunststoff) und insbesondere aus einem CFK-Material (CFK = kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff) gebildet. FVK-Materialien können einen durch den Setzvorgang und/oder durch Alterung bedingten Dickenschwund aufweisen, wodurch das Nietelement an der Verbindungs- bzw. Fügestelle nicht fest sitzt oder sich lockert und sich dadurch sowohl translatorisch als auch rotatorisch bewegen und/oder wackeln kann. An einer Fahrzeugkarosserie (eines Kraftfahrzeug) kann dies zu störenden Geräuschen und auch zu einer Schädigung an der Verbindungsstelle führen. Bei der Herstellung einer Verbindungsprobe wird bevorzugt auch eine bestimmte Faserrichtung der Verstärkungsfasern des FVK-Materials berücksichtigt.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Prüfung einer Nietverbindung, insbesondere einer Blindniet- oder Stanznietverbindung, umfasst:

– eine Einrichtung zur Schwingungserregung, mit der eine zu prüfende Verbindungsprobe zum Schwingen angeregt werden kann;
– eine Mikrofoneinrichtung bzw. ein Mikrofon zur Erfassung etwaiger vom Nietelement an der Verbindungsprobe ausgehenden akustischen Emissionen; und
– einen Computer zur automatischen Auswertung der mit der Mikrofoneinrichtung erfassten akustischen Emissionen, wobei der Computer bevorzugt auch zur Steuerung der Einrichtung zur Schwingungserregung dient.

Bei der Einrichtung zur Schwingungserregung kann es sich um einen Rütteltisch handeln. Der Rütteltisch kann eine Rüttelplatte aufweisen, auf der wenigstens eine zu prüfende Verbindungsprobe angeordnet und zum Schwingen angeregt werden kann. Der Rütteltisch ist insbesondere dazu ausgebildet, dass die auf der Rüttelplatte angeordnete und zu prüfende Verbindungsprobe mit den im Fahrbetrieb eines Kraftfahrzeugs üblichen impulsartigen Belastungen beaufschlagt werden kann, um damit unter Realbedingungen am Nietelement akustische Emissionen zu provozieren.
Bei der Einrichtung zur Schwingungserregung kann es sich auch um einen akustischen Schwingungsgeber, wie bspw. einen Lautsprecher (oder dergleichen), handeln.
Die Vorrichtung kann eine Aufnahme oder Einspanneinrichtung aufweisen, mit der wenigstens eine Verbindungsprobe in definierter Raumlage einspannbar ist, wobei die definierte Raumlage insbesondere einer realen Verbaulage, bspw. in einer Fahrzeugkarosserie, entspricht.
Die Erfindung hat viele Vorteile. Ein Vorteil ist darin zu sehen, dass die Prüfung einer Nietverbindung zerstörungsfrei erfolgt. Ein anderer Vorteil ist darin zu sehen, dass sowohl Aussagen über die Gefahr unzulässiger akustischer Emissionen an einer Nietverbindung als auch Aussagen über die Verbindungsfestigkeit einer Nietverbindung möglich sind. Die Erfindung eignet sich allgemein auch zur serienmäßigen Qualitätsprüfung von Nietverbindungen. Die Erfindung kann zudem für den Vergleich verschiedener Nietelemente und/oder unterschiedlicher Nietparameter, insbesondere beim Fügen von FVK-Materialien, verwendet werden. Die Erfindung kann ferner auch zur Prüfung anderer Verbindungen verwendet werden, bspw. zur Prüfung einer fließlochformend hergestellten Schraubverbindung.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Figur beispielhaft näher erläutert. Die in der Figur gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, insbesondere auch unabhängig von den gezeigten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein.
1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung.
Die insgesamt mit 100 bezeichnete Vorrichtung zur Prüfung einer Nietverbindung weist einen Rütteltisch 110, mit einer Rüttelplatte 112 und einem Rüttelantrieb 114, auf. Auf dem Rütteltisch 110 befindet sich eine Einspanneinrichtung 120, in der mit definierter Raumlage eine zu prüfende Verbindungsprobe 200 aufgenommen ist. Die Verbindungsprobe 200 umfasst zwei an einer Fügestelle mit einem Nietelement 230 gefügte Werkstückproben 210 und 220. (Die Verbindungsprobe kann auch mehr als zwei Werkstücke und/oder mehrere Fügestellen, d. h. mehr als ein Nietelement, umfassen.) Die obere Werkstückprobe 210 ist aus einem FVK-Material gebildet. Die Vorrichtung 100 weist ferner ein nahe des Nietelements 230 positioniertes Mikrofon 130 auf, das in geeigneter Weise befestigt ist. Das Mikrofon 130 kann gegebenenfalls auch an der Verbindungsprobe 200, d. h. an einem der Werkstücke 210/220 oder am Nietelement 230, befestigt sein. Der Rütteltisch 110 und das Mikrofon 130 sind in einer Kabine 150, wobei es sich insbesondere um eine Schallschutzkabine handelt, angeordnet. Außerhalb der Schallschutzkabine 150 befindet sich ein Computer 160 zur Auswertung der vom Mikrofon 130 registrierten Schallsignale und zur Steuerung des Rüttelantriebs 114. Mit 170 ist ein Ausgabegerät, wie bspw. ein Monitor, bezeichnet.
Während eines Prüfdurchlaufs wird die zu prüfende Verbindungsprobe 200 durch den Rütteltisch 110 in Schwingungen bzw. Vibrationen versetzt, wobei die Rüttel- bzw. Tischplatte 112 bevorzugt Schwingungen in mehreren Raumrichtungen ausführt. Die dabei an der Fügestelle bzw. am Nietelement 230 auftretenden Geräusche werden vom Mikrofon 130 erfasst und zur Auswertung an den Computer 160 übermittelt. Im Rahmen der automatisiert durchgeführten Auswertung kann festgestellt werden, welche Geräusche mit welchem Pegel (Lautstärke) von der geprüften Nietverbindung ausgehen und ob die Nietverbindung hinsichtlich ihrer Geräuschbildung bzw. -entwicklung noch zulässig oder nicht mehr zulässig ist. Ebenso kann überprüft werden, welche Gefahr akustischer Emissionen von der Nietverbindung ausgeht, um damit den Fügevorgang und/oder das Nietelement 230 zu optimieren. Weiterhin kann festgestellt werden, ob die Nietverbindung bezüglich ihres Verbindungszustands in Ordnung oder nicht in Ordnung ist. Das Ergebnis kann am Monitor 170 angezeigt werden.
Anstelle des Rütteltischs 110 kann die Vorrichtung 100 wenigstens einen akustischen Schwingungsgeber zur Schwingungserzeugung aufweisen.
Bezugszeichenliste

100: Vorrichtung
110: Rütteltisch (Vibrationstisch)
112: Rüttelplatte
114: Rüttelantrieb
120: Einspanneinrichtung (Probenaufnahme)
130: Mikrofon
150: Kabine
160: Computer
170: Ausgabegerät
200: Verbindungsprobe
210: Werkstück, Werkstückprobe
220: Werkstück, Werkstückprobe
230: Nietelement

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 102004001605 A1 [0004]
DE 69611025 T2 [0004]

Claims

Verfahren zur Prüfung einer Nietverbindung, insbesondere einer Blindniet- oder Stanznietverbindung, mit folgenden Schritten: – Bereitstellen einer Verbindungsprobe (200), die wenigstens zwei an einer Fügestelle mit einem Nietelement (230), insbesondere mit einem Blindniet oder Stanzniet, gefügte Werkstücke (210, 220) umfasst; – Anregen der Verbindungsprobe (200) mit Schwingungen; – Erfassen etwaiger vom Nietelement (230) ausgehenden akustischen Emissionen und Auswerten der erfassten akustischen Emissionen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswerten der erfassten akustischen Emissionen automatisch erfolgt, insbesondere mit Hilfe eines Computers (160).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswerten zu einer Beurteilung oder Bewertung der geprüften Nietverbindung führt.
Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die akustischen Emissionen mit Hilfe wenigstens eines Mikrofons (130) erfasst werden.
Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anregen der Verbindungsprobe (200) mit einer Frequenz zwischen 5 Hz und 200 Hz erfolgt.
Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Anregen der Verbindungsprobe (200) mit Hilfe eines Rütteltischs (110) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Anregen der Verbindungsprobe (200) mit Hilfe akustischer Signale erfolgt.
Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Werkstücke (210, 220) und insbesondere das nietkopfseitige Werkstück (210) der Verbindungsprobe (200) aus einem FVK-Material und insbesondere aus einem CFK-Material gebildet ist.
Vorrichtung (100) zur Prüfung einer Nietverbindung, insbesondere einer Blindniet- oder Stanznietverbindung, umfassend: – eine Einrichtung zur Schwingungserregung, mit der eine zu prüfende Verbindungsprobe (200) zum Schwingen angeregt werden kann; – eine Mikrofoneinrichtung (130) zur Erfassung etwaiger vom Nietelement (230) an der Verbindungsprobe (200) ausgehenden akustischen Emissionen; und – einen Computer (160) zur automatischen Auswertung der erfassten akustischen Emissionen.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Einspanneinrichtung (120) aufweist, in der die Verbindungsprobe (200) mit definierter Raumlage, die insbesondere einer realen Verbaulage entspricht, einspannbar ist.