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EINLEITUNG
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Die Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf ein Verfahren für die Dichtheitsprüfung eines Fluidkanals eines Bauteils, das aus einem Material mit niedriger Leitfähigkeit hergestellt ist.
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Viele Bauteile, die aus Materialien mit niedriger Leitfähigkeit hergestellt sind, beinhalten einen Fluidkanal für das Leiten eines Fluids, wie beispielsweise einer Kühlflüssigkeit. Materialien mit niedriger Leitfähigkeit können, ohne darauf beschränkt zu sein, Isolatormaterialien, wie beispielsweise Kunststoff, Glas, Gummi usw., beinhalten. Des Weiteren können Materialien mit niedriger Leitfähigkeit Materialien mit einem spezifischen Widerstand größer oder gleich 1,0×1012 Ohm-cm beinhalten. Jegliche Porosität in einer Wand, die den Fluidkanal bildet, kann einen Fluidaustritt durch die Wand des Fluidkanals ermöglichen. Eine solche Porosität kann so gering sein, dass sie schwer zu erkennen ist. Abhängig von der spezifischen Anwendung und der Verwendung des Bauteils kann es wünschenswert sein, den Fluidkanal vor der Montage auf Dichtheit zu prüfen.
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Aus der Druckschrift
US 5 378 991 A ist beispielsweise ein Verfahren zur Erkennung einer Verschlechterung von nichtleitenden Innenwandschichten in Fluidbehältnissen bekannt.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, ein verbessertes Verfahren zur Dichtheitsprüfung bereitzustellen.
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KURZDARSTELLUNG
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Diese Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Das erfindungsgemäße Verfahren für die Dichtheitsprüfung eines Fluidkanals eines Bauteils, das aus einem Material mit niedriger Leitfähigkeit hergestellt ist, wird bereitgestellt. In einer Ausführungsform ist das Bauteil ein Wiederholungsrahmen einer Batteriezelle. Das Verfahren beinhaltet das Berechnen eines Schwellenwertes basierend auf dem spezifischen Widerstand des Materials mit niedriger Leitfähigkeit. Das Verfahren umfasst weiter das Messen eines elektrischen Widerstandes zwischen einer Innenwandfläche des Fluidkanals des Bauteils und einer Außenwandfläche des Fluidkanals des Bauteils. Der elektrische Widerstand wird mit einem elektrischen Widerstandsprüfer gemessen. Der gemessene elektrische Widerstand wird mit dem Schwellenwert verglichen, um zu bestimmen, ob der gemessene elektrische Widerstand gleich oder größer als der Schwellenwert ist oder ob der gemessene elektrische Widerstand kleiner als der Schwellenwert ist. Eine bestandene Dichtheitsprüfung wird identifiziert, wenn der gemessene elektrische Widerstand gleich oder größer als der Schwellenwert ist. Eine fehlgeschlagene Dichtheitsprüfung wird erkannt, wenn der gemessene elektrische Widerstand unter dem Schwellenwert liegt.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens für die Dichtheitsprüfung des Bauteils beinhaltet das Messen des elektrischen Widerstandes das Positionieren einer ersten Testsonde des elektrischen Widerstandstesters in Kontakt mit der Außenwandfläche des Fluidkanals und das Positionieren einer zweiten Testsonde des elektrischen Widerstandstesters in Kontakt mit der Innenwandfläche des Fluidkanals. Eine Testspannung kann dann an eine der ersten Testsonde und der zweiten Testsonde angelegt werden, und anschließend kann der Widerstand durch die Wand, die den Fluidkanal bildet, gemessen werden. In einer beispielhaften Ausführungsform beträgt die Testspannung ungefähr gleich 1000 Volt.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens für die Dichtheitsprüfung des Bauteils wird eine Nennwanddicke des zur Bildung des Bauteils verwendeten Materials mit niedriger Leitfähigkeit zwischen der Außenwandfläche des Fluidkanals und der Innenwandfläche des Fluidkanals gemessen. Der spezifische Widerstand des Materials mit niedriger Leitfähigkeit, das verwendet wird, um das Bauteil zu bilden, wird dann mit der Nennwanddicke des Fluidkanals multipliziert, um den Schwellenwert zu erhalten.
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In einer beispielhaften Ausführungsform des Verfahrens für die Dichtheitsprüfung des Bauteils enthält das Material mit niedriger Leitfähigkeit, das für die Bildung des Bauteils verwendet wird, einen spezifischen Widerstand, der gleich oder größer als 1×1012 Ohm-cm ist. In einer anderen beispielhaften Ausführungsform des Verfahrens für die Dichtheitsprüfung des Bauteils enthält das Material mit niedriger Leitfähigkeit, das für die Bildung des Bauteils verwendet wird, einen spezifischen Widerstand, der gleich oder größer als 1×1017 Ohm-cm ist.
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In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens für die Dichtheitsprüfung des Bauteils kann das Bauteil getrocknet werden, bevor der elektrische Widerstand zwischen der Innenwandfläche des Fluidkanals und der Außenwandfläche des Fluidkanals gemessen wird. Das Trocknen des Bauteils kann das Entfernen von Oberflächenfeuchtigkeit von dem Bauteil beinhalten.
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Dementsprechend kann der Widerstand des Materials mit niedriger Leitfähigkeit gegenüber der angelegten Testspannung zwischen der Außenwandfläche und der Innenwandfläche der Wand, die den Fluidkanal bildet, verwendet werden, um Porosität in der Wand anzuzeigen, die zu einem Fluidaustritt durch die Wand des Fluidkanals führen kann. Wenn der Widerstand niedrig ist, was eine relative Leichtigkeit widerspiegelt, mit der die Testspannung durch die Wand des Fluidkanals fließen kann, dann kann die Wand porös sein und möglicherweise einen Fluidaustritt durch die Wand ermöglichen. Daher kann ein niedriger Widerstand gegenüber der Testspannung verwendet werden, um eine poröse Wandstruktur zu identifizieren, die für den Fluidkanal unerwünscht ist.
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Die vorstehenden Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Lehren, lassen sich leicht aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Durchführungsarten der Lehren ableiten, wenn diese in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen betrachtet werden.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische Draufsicht eines elektrischen Widerstandstesters, der mit einem Bauteil für die Dichtheitsprüfung eines Fluidkanals in dem Bauteil verbunden ist.
- 2 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren für die Dichtheitsprüfung des Bauteils darstellt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Fachleute auf dem Gebiet werden erkennen, dass Begriffe, wie „über“, „unter“, „nach oben“, „nach unten“, „oben“, „unten“ usw., beschreibend für die Figuren verwendet werden und keine Einschränkungen des Umfangs der durch die beigefügten Patentansprüche definierten Offenbarung darstellen. Weiterhin können die Lehren hierin in Bezug auf die funktionalen bzw. logischen Blockkomponenten bzw. verschiedene Verarbeitungsschritte beschrieben sein. Es ist zu beachten, dass derartige Blockkomponenten aus einer beliebigen Anzahl an Hardware, Software- und/oder Firmware-Komponenten aufgebaut sein können, die dazu konfiguriert sind, die spezifizierten Funktionen auszuführen.
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Bezugnehmend auf die FIG., in denen gleiche Zahlen gleiche Teile in den verschiedenen Ansichten anzeigen, wird ein Verfahren für die Dichtheitsprüfung eines Fluidkanals 20 eines Bauteils 22 beschrieben. Das Bauteil 22 kann eine beliebige Struktur aufweisen, die aus einem Material mit niedriger Leitfähigkeit hergestellt ist und die den Fluidkanal 20 für das Leiten eines Fluids durch den Kanal definiert oder bildet.
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Bezugnehmend auf 1 ist eine beispielhafte Ausführungsform des Bauteils 22 als Wiederholungsrahmen 22 für eine Batteriezelle ausgeführt. Der Wiederholungsrahmen 22 ist aus einem Kunststoffmaterial hergestellt, das eine niedrige Leitfähigkeit aufweist, d. h. ein Material mit niedriger Leitfähigkeit. Der Wiederholungsrahmen 22 definiert einen ersten Fluidkanal 20A und einen zweiten Fluidkanal 20B. Der erste Fluidkanal 20A und der zweite Fluidkanal 20B sind für das Leiten einer unter Druck stehenden Kühlflüssigkeit für das Kühlen der Batteriezelle konfiguriert. Während das Fluid, das durch die Fluidkanäle 20A, 20B der beispielhaften Ausführungsform des Wiederholungsrahmens 22 strömen soll, eine Kühlflüssigkeit ist, sollte erkannt werden, dass das Fluid eine andere Art von Fluid enthalten kann und keine Flüssigkeit sein muss. Obwohl die beispielhafte Ausführungsform des Wiederholungsrahmens 22 den ersten Fluidkanal 20A und den zweiten Fluidkanal 20B beinhaltet, bezieht sich die nachfolgende Beschreibung auf nur einen Fluidkanal 20. Es sollte beachtet werden, dass die Beschreibung, die sich auf den Fluidkanal 20 bezieht, auf entweder den ersten Fluidkanal 20A und/oder den zweiten Fluidkanal 20B anwendbar ist, obwohl dies nicht speziell beschrieben ist. Im Gebrauch wird Kühlflüssigkeit in dem Fluidkanal 20 unter Druck gesetzt. Somit kann die Porosität in einer Wand 24 des Wiederholungsrahmens 22, der den Fluidkanal 20 bildet, ermöglichen, dass die unter Druck stehende Kühlflüssigkeit in dem Fluidkanal 20 durch die Wand 24 zu einer Außenseite des Fluidkanals 20 austritt. Um die richtige Funktionalität des Fluidkanals 20 zu verifizieren, kann der Fluidkanal 20 des Bauteils 22 gemäß dem unten beschriebenen Verfahren auf Dichtheit geprüft werden.
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Wie hierin verwendet, wird der Begriff „Material mit niedriger Leitfähigkeit“ oder ein Material, das als „eine niedrige Leitfähigkeit aufweisend“ beschrieben ist, so definiert, dass es ein beliebiges Material einschließt, das einen spezifischen Widerstand von 1,03×1012 Ohm-cm, d. h. 1,03 TOhm-cm, oder mehr aufweist. In der in 1 gezeigten beispielhaften Ausführungsform ist der Wiederholungsrahmen 22 aus einem Kunststoffmaterial hergestellt, das einen spezifischen Widerstand aufweist, der gleich oder größer als 1×1017 Ohm-cm ist. Es sollte jedoch beachtet werden, dass sich der spezifische Widerstand des Bauteils 22 der beispielhaften Ausführungsform des Wiederholungsrahmens 22, der hierin gezeigt und beschrieben wird, unterscheiden kann.
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Das Verfahren der Dichtheitsprüfung des Bauteils 22, z. B. des Wiederholungsrahmens 22, beinhaltet das Berechnen eines Schwellenwerts. Der Schritt des Berechnens des Schwellenwertes wird allgemein durch den Kasten 100 in 2 angezeigt. Der Schwellenwert ist ein idealer elektrischer Widerstand, der von der den Fluidkanal 20 bildenden Wand 24 gezeigt werden sollte. Der spezifische Widerstand des Materials mit niedriger Leitfähigkeit, das für das Bilden des Bauteils 22 verwendet wird, wird dann mit der Nennwanddicke 26 der den Fluidkanal 20 bildenden Wand 24 multipliziert, um den Schwellenwert zu erhalten. Die Nennwanddicke 26 wird zwischen der Außenwandfläche 28 des Fluidkanals 20 und der Innenwandfläche 30 des Fluidkanals 20 gemessen. Der Schritt des Messens der Nennwanddicke 26 ist allgemein durch den Kasten 102 in 2 angegeben. Es sollte beachtet werden, dass die genaue Dicke der Wand 24 abhängig von den Herstellungstoleranzen und von der spezifischen Konstruktion und/oder Form der Wand 24 senkrecht zu einer Längsachse oder einem Strömungsweg des Fluidkanals 20 variieren kann. Die Nennwanddicke 26 kann auf jede geeignete Art und Weise gemessen werden, einschließlich Messen mit einer Messvorrichtung, wie Messschieber, 3D-Abtastung, Verweis auf eine skalierbare 22-Blatt- oder CAD-Datei des Bauteils usw. Die Nennwanddicke 26 wird in einer Richtung allgemein senkrecht zu der Längsachse oder dem Strömungsweg des Fluidkanals 20 gemessen.
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Der spezifische Widerstand des Materials mit niedriger Leitfähigkeit, das für die Bildung des Bauteils 22 verwendet wird, ist eine bekannte Materialeigenschaft dieses Materials und kann durch Bezugnahme auf Materialdatenblätter für dieses Material oder durch empirische Tests erhalten werden. Der Schritt des Erlernens des spezifischen Widerstands des Materials mit niedriger Leitfähigkeit ist allgemein durch den Kasten 104 in 2 angegeben. Sobald der spezifische Widerstand des Materials mit niedriger Leitfähigkeit bekannt ist und die Nennwanddicke 26 gemessen wurde, kann der Schwellenwert berechnet werden, indem der spezifische Widerstand des Materials mit niedriger Leitfähigkeit mit der Nennwanddicke 26 der den Fluidkanal 20 bildenden Wand 24 multipliziert wird.
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Das Bauteil 22 muss frei von jeglicher Oberflächenfeuchtigkeit sein, damit das Dichtheitsprüfungsverfahren genaue Ergebnisse liefert. Dementsprechend kann das Verfahren das Trocknen des Bauteils 22 beinhalten. Der Schritt des Trocknens des Bauteils 22 ist allgemein durch den Kasten 106 in 2 angegeben. Wie hierin verwendet, sollte der Ausdruck „Trocknen“ oder „trocken“ so interpretiert werden, dass die Oberflächenfeuchtigkeit von dem Bauteil 22 entfernt wird. Es sollte erkannt werden, dass etwas Feuchtigkeit in der Struktur des Bauteils 22 vorhanden sein kann, d. h. durch das Bauteil 22 absorbierte Feuchtigkeit, und dass das Trocknen des Bauteils 22 nicht das Entfernen sämtlicher Feuchtigkeit aus dem Bauteil 22, sondern vielmehr der Oberflächenfeuchtigkeit des Bauteils 22 beinhaltet oder erfordert. Das Bauteil 22 kann in beliebiger geeigneten Weise getrocknet werden, die fähig ist, die Oberflächenfeuchtigkeit von dem Bauteil 22 zu entfernen. In einer Ausführungsform tritt das Dichtheitsprüfungsverfahren auf, kurz nachdem das Bauteil 22 gebildet und aus einem Formwerkzeug entfernt wurde, sodass das Bauteil 22 keine Oberflächenfeuchtigkeit enthält. In anderen Ausführungsformen kann das Bauteil 22 in einem Trockner oder Ofen angeordnet sein, um die Oberflächenfeuchtigkeit zu entfernen. Es sollte beachtet werden, dass das Bauteil 22 auf andere Weise als hierin beschrieben getrocknet werden kann.
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Sobald das Bauteil 22 getrocknet ist, wird ein elektrischer Widerstand zwischen einer Innenwandfläche 30 des Fluidkanals 20 des Bauteils 22 und einer Außenwandfläche 28 des Fluidkanals 20 des Bauteils 22 gemessen. Der Schritt des Messens des elektrischen Widerstandes ist allgemein durch den Kasten 108 in 2 angegeben. Der elektrische Widerstand kann auf eine beliebige geeignete Weise gemessen werden. So kann beispielsweise ein elektrischer Widerstandsprüfer 32 verwendet werden, um den elektrischen Widerstand zu messen. Elektrische Widerstandsprüfer sind leicht verfügbar und Fachleuten auf dem Gebiet bekannt. Der elektrische Widerstandsprüfer 32 kann eine erste Testsonde 34, die eine Testspannung an das Bauteil 22 anlegt, z. B. eine positive Sonde, und eine zweite Testsonde 36, die einen durch das Bauteil 22 geleiteten elektrischen Strom erfasst, z. B. eine Negativ- oder Erdsonde, beinhalten. Der elektrische Widerstandsprüfer 32 beinhaltet alle Schaltungen und Komponenten, die notwendig sind, um den Widerstand des Bauteils 22 zwischen der ersten Testsonde 34 und der zweiten Testsonde 36 zu messen und/oder zu berechnen.
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Eine der ersten Testsonde 34 und der zweiten Testsonde 36 ist gegen und in Kontakt mit der Außenwandfläche 28 der den Fluidkanal 20 bildenden Wand 24 positioniert und die andere der ersten Testsonde 34 und der zweiten Testsonde 36 ist gegen und in Kontakt mit der Innenwandfläche 30 der Wand 24 positioniert, die den Fluidkanal 20 bildet. Dementsprechend sind die erste Testsonde 34 und die zweite Testsonde 36 voneinander um einen Abstand 22 beabstandet, der ungefähr gleich der Nennwanddicke 26 der Wand 24 ist, die den Fluidkanal 20 bildet. Wie in der 1 gezeigt, ist die erste Testsonde 34 gegen die Außenwandfläche 28 des Fluidkanals 20 positioniert, und die innere Testsonde ist gegen die Innenwandfläche 30 des Fluidkanals 20 positioniert, sodass die Testspannung an die Außenwandfläche 28 des Fluidkanals 20 angelegt wird. Es sollte jedoch erkannt werden, dass die relativen Positionen der ersten Testsonde 34 und der zweiten Testsonde 36 umgekehrt sein können, sodass die Testspannung an die Innenwandfläche 30 des Fluidkanals 20 angelegt wird.
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Sobald die erste Testsonde 34 und die zweite Testsonde 36 positioniert sind, kann der elektrische Widerstandsprüfer 32 gesteuert werden, um die Testspannung an die erste Testsonde 34 anzulegen. In der beispielhaften Ausführungsform des Wiederholungsrahmens 22, der in den Figuren gezeigt und hierin beschrieben ist, beträgt die Testspannung ungefähr gleich 1000 Volt. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die Testspannung von der hierin gezeigten und beschriebenen beispielhaften Ausführungsform abweichen kann und mehr oder weniger als die beispielhafte 1000-Volt-Testspannung betragen kann.
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Der elektrische Widerstandsprüfer 32 misst und/oder berechnet den Widerstand der den Fluidkanal 20 bildenden Wand 24 zu der angelegten Testspannung zwischen der ersten Testsonde 34 und der zweiten Testsonde 36. Der gemessene elektrische Widerstand kann dann mit dem Schwellenwert verglichen werden, um zu bestimmen, ob der gemessene elektrische Widerstand gleich oder größer als ein Schwellenwert ist oder ob der gemessene elektrische Widerstand kleiner als der Schwellenwert ist. Der Schritt des Vergleichens des gemessenen elektrischen Widerstands mit dem Schwellenwert ist allgemein durch den Kasten 110 in 2 angegeben. Das Bauteil 22 besteht die Dichtheitsprüfung, wenn der gemessene elektrische Widerstand gleich oder größer als der Schwellenwert ist. Das Bauteil 22 besteht die Dichtheitsprüfung nicht, wenn der gemessene elektrische Widerstand unter dem Schwellenwert liegt.
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Wenn der gemessene elektrische Widerstand gleich oder größer als der Schwellenwert ist, d. h. das Bauteil 22 das Dichtheitsprüfungsverfahren besteht, kann ein Testbediener oder eine Teststeuerung eine bestandene Dichtheitsprüfung identifizieren oder signalisieren. Der Schritt des Identifizierens der bestandenen Dichtheitsprüfung wird allgemein durch den Kasten 112 in 2 angezeigt. Entsprechend, wenn der gemessene elektrische Widerstand niedriger als der Schwellenwert ist, d. h. das Bauteil 22 das Dichtheitsprüfungsverfahren nicht besteht, kann der Testbediener oder die Teststeuerung eine nicht bestandene Dichtheitsprüfung identifizieren oder signalisieren. Der Schritt des Identifizierens der nicht bestandenen Dichtheitsprüfung wird allgemein durch den Kasten 114 in 2 angezeigt. Die bestandene Dichtheitsprüfung und/oder die nicht bestandene Dichtheitsprüfung können in beliebiger Weise identifiziert oder signalisiert werden. So kann beispielsweise der Testbediener das Bauteil 22 als „bestanden“ oder „nicht bestanden“ markieren, kann das Bauteil 22 in einen geeigneten Behälter für bestandene Bauteile oder fehlerhafte Bauteile legen. Alternativ kann eine Teststeuerung, wenn das Verfahren computerisiert ist, die bestandenen Dichtheitsprüfung oder die nicht bestandene Dichtheitsprüfung über eine visuelle Anzeige wie ein grünes Licht oder ein rotes Licht signalisieren oder kann den gemessenen elektrischen Widerstand in einer Datendatei als Referenz speichern, etc.
