DE102018214827A1

DE102018214827A1 - Verfahren zum Prüfen einer Anbindung eines Einbauteils in einem als Hohlkörper ausgebildeten Kunststoffformteil

Info

Publication number: DE102018214827A1
Application number: DE102018214827.9A
Authority: DE
Inventors: Matthias Franke-Maintz
Original assignee: Kautex Textron GmbH and Co KG
Current assignee: Kautex Textron GmbH and Co KG
Priority date: 2018-08-31
Filing date: 2018-08-31
Publication date: 2020-03-05
Also published as: WO2020043343A1

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren (100) zum Prüfen einer Anbindung (22) eines Einbauteils (10) in einem als Hohlkörper ausgebildeten Kunststoffformteil (11), bei welchem nach einer Entformung (16) des Kunststoffformteils (11) aus einem Formgebungswerkzeug eine Oberflächentemperaturmessung (17) im Bereich der Anbindung (22) des Einbauteils (10) an einer Innenseite (13) des Kunststoffformteils (11) erfolgt, wobei die Oberflächentemperaturmessung (17) von außerhalb des Kunststoffformteils (11) durchgeführt wird, die gemessene Oberflächentemperatur an eine Auswerteeinheit (18) übermittelt wird und anhand der gemessenen Oberflächentemperatur in der Auswerteeinheit (18) eine Wanddicke im Bereich der Anbindung (22) des Einbauteils (10) bestimmt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen einer Anbindung eines Einbauteils in einem als Hohlkörper ausgebildeten Kunststoffformteil.
Ein oder mehrere Einbauteile werden üblicherweise bereits während des Herstellungsprozesses, insbesondere vor dem Formgebungsprozess des Kunststoffformteils in das Kunststoffformteil eingebracht, so dass die Einbauteile in dem Innenraum des fertigen, als Hohlkörper ausgebildeten Kunststoffformteils eingebracht und dort in einer festen Position befestigt sind. Die Einbauteile können beispielsweise Versteifungselemente sein, welche an einer Innenseite oder an zwei sich gegenüberliegenden Innenseiten des Kunststoffformteils stoffschlüssig, beispielsweise durch eine Schweißverbindung, befestigt sein können. Mittels der Einbauteile, welche beispielsweise stabförmig ausgebildet sein können, kann die mechanische Festigkeit des als Hohlkörper ausgebildeten Kunststoffformteils gesteigert werden. Die Kunststoffformteile können beispielsweise Tanks, insbesondere Kraftstofftanks, sein. Als Formgebungsprozess für das Kunststoffformteil kann beispielsweise ein Blasformverfahren eingesetzt werden.
Damit die Einbauteile ihre Funktion erfüllen können, die mechanische Festigkeit des Kunststoffformteils zu verbessern, ist es wichtig, dass die Einbauteile eine gute, sichere und stabile Anbindung an der Innenseite des Kunststoffformteils aufweisen. Eine Prüfung der Qualität der Anbindung erfolgt üblicherweise mittels einer zerstörenden Prüfung, indem die Kunststoffformteile geöffnet werden, um in den Innenraum der Kunststoffformteile hineinsehen zu können und die Anbindung der Einbauteile in dem Innenraum prüfen zu können. Solche Prüfungen können jedoch nur sporadisch durchgeführt werden und eignen sich nicht für eine Prüfung im laufenden Produktionsprozess, da ein hoher Anteil an Ausschuss anfallen würde. Zudem sind derartige zerstörende Prüfungen zeit- und kostenintensiv.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Prüfen einer Anbindung eines Einbauteils in einem als Hohlkörper ausgebildeten Kunststoffformteil zur Verfügung zu stellen, welche zerstörungsfrei und im laufenden Produktionsprozess durchgeführt werden kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Das Verfahren gemäß der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass nach einer Entformung des Kunststoffformteils aus einem Formgebungswerkzeug eine Oberflächentemperaturmessung im Bereich der Anbindung des Einbauteils an einer Innenseite des Kunststoffformteils erfolgt, wobei die Oberflächentemperaturmessung von außerhalb des Kunststoffformteils durchgeführt wird, die gemessene Oberflächentemperatur an eine Auswerteeinheit übermittelt wird und anhand der gemessenen Oberflächentemperatur in der Auswerteeinheit eine Wanddicke im Bereich der Anbindung des Einbauteils bestimmt wird.
Erfindungsgemäß ist es nunmehr vorgesehen, die Qualität einer Anbindung, insbesondere einer Schweißanbindung, eines Einbauteils an einer Innenseite eines Kunststoffformteils mittels einer Temperaturmessung zu bewerten. Dafür wird nach der Entformung des Kunststoffformteils aus einem Formgebungswerkzeug, beispielsweise einem Blasformwerkzeug, eine Oberflächentemperaturmessung im Bereich der Anbindung des Einbauteils an einer Innenseite des Kunststoffformteils durchgeführt. Bei der Oberflächentemperaturmessung erfolgt eine Temperaturmessung im Bereich eines Schweißwulstes, durch welchen das Einbauteil an der Innenseite des Kunststoffformteils stoffschlüssig angebunden ist. Die Oberflächentemperaturmessung kann von außerhalb des Kunststoffformteils durchgeführt werden, so dass das Kunststoffformteil nicht zerstört werden muss, um die Prüfung durchführen zu können. Aus der gemessenen Oberflächentemperatur kann die Wanddicke im Bereich der Anbindung des Einbauteils an das Kunststoffformteil bestimmt werden. Dies ergibt sich aus einem proportionalen Zusammenhang einer Materialverteilung im Bereich der Anbindung und der zugehörigen Wärmekapazität in dem Bereich des Kunststoffformteils. Dort, wo gezielt mehr Kunststoffmaterial in dem Bereich der Anbindung vorhanden ist, weist dieser Bereich der Anbindung eine höhere Wärmekapazität auf als ein Bereich der Anbindung mit einer kleineren Kunststoffmaterialmenge, da je größer die Kunststoffmaterialmenge ist, desto mehr Wärme in dieser Kunststoffmaterialmenge gespeichert werden kann. Diejenigen Bereiche, welche eine größere Kunststoffmaterialmenge aufweisen, kühlen langsamer aus und weisen eine höhere Oberflächentemperatur auf, als die Bereiche mit kleinerer Kunststoffmaterialmenge, die schneller auskühlen und zu einem Zeitpunkt der Abkühlphase des Kunststoffformteils nach dem Formgebungsprozess bzw. nach der Entformung eine niedrigere Temperatur aufweisen. Wird eine niedrige Oberflächentemperatur gemessen, so ergibt sich auch eine geringere Wanddicke, worauf geschlossen werden kann, dass in diesem Bereich die Anbindung des Einbauteils an das Kunststoffformteil weniger gut ist, da eine gute Anbindung sich vorzugsweise durch eine bestimmte Mindestwanddicke auszeichnet, um eine stabile Verbindung zwischen dem Einbauteil und dem Kunststoffformteil erreichen zu können. Zur Bestimmung der Wanddicke wird die gemessene Oberflächentemperatur an eine Auswerteeinheit übermittelt. Über die Oberflächentemperaturmessung können insbesondere Verlagerungen von Dick- und Dünnstellen innerhalb des Kunststoffformteils bestimmt werden. Dieses Prüfungsverfahren kann im laufenden Produktionsprozess an jedem hergestellten Kunststoffformteil schnell und ohne großen Aufwand zerstörungsfrei durchgeführt werden. Es können Mindestparameter, wie beispielsweise eine Mindestwanddicke an bestimmten zu messenden Bereichen der Anbindung festgelegt werden und die Kunststoffformteile, die den jeweiligen Mindestparamater an einem Bereich nicht erfüllen, können aussortiert werden. Zudem kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens eine zerstörungsfreie Positionsbestimmung der Einbauteile in dem Kunststoffformteil erfolgen, so dass im laufenden Produktionsprozess bereits festgestellt werden kann, ob die Einbauteile an der gewünschten Position in dem Kunststoffformteil angebunden sind oder nicht. Die Qualität der hergestellten Kunststoffformteile kann dadurch wesentlich gesteigert werden.
Im Bereich der Anbindung des Einbauteils kann mindestens ein Messpunkt an einer Außenseite des Kunststoffformteils definiert werden, an welchem die Oberflächentemperaturmessung erfolgt. Dieser definierte Messpunkt kann für jedes Kunststoffformteil zur Messung der Oberflächentemperatur verwendet werden, so dass eine hohe Reproduzierbarkeit der Messung der Oberflächentemperatur und der Bestimmung der Wanddicke aus der gemessenen Oberflächentemperatur über alle hergestellten Kunststoffformteile erreicht werden kann. Jeder Messpunkt kann auch einen Messbereich ausbilden, so dass der Messpunkt nicht punktförmig ausgebildet sein muss, sondern auch einen größeren Bereich abdecken kann.
Bevorzugt werden im Bereich der Anbindung des Einbauteils mehrere Messpunkte an der Außenseite des Kunststoffformteils definiert, an welchen jeweils eine Oberflächentemperaturmessung erfolgt, so dass in der Auswerteeinheit eine Temperaturverteilung über den Bereich der Anbindung des Einbauteils ermittelt werden kann. Werden mehrere Messpunkte, insbesondere zwei oder mehr Messpunkte, definiert, so kann eine verbesserte Aussage über die Qualität der Anbindung des Einbauteils getroffen werden. Insbesondere kann ein Temperaturprofil über den Bereich der Anbindung erstellt werden, wobei über das Temperaturprofil auch eine Wanddickenverteilung über den Bereich der Anbindung ermittelt werden kann. Ist die Wanddickenverteilung über den Bereich der Anbindung konstant, so kann auf eine gute Homogenität der Anbindung geschlossen werden. Ist die Wanddickenverteilung unterschiedlich, so kann darauf geschlossen werden, dass die Qualität der Anbindung eher geringer ist.
Pro Messpunkt kann eine Oberflächentemperatur ermittelt werden, über welche durch Ermittlung der Wanddicke an diesem Messpunkt eine Aussage über die Qualität der Anbindung, insbesondere der Schweißanbindung des Einbauteils an dem Kunststoffformteil an diesem Messpunkt getroffen werden kann. Weiter ist es aber auch möglich, dass pro Messpunkt eine minimale Oberflächentemperatur T_Min und eine maximale Oberflächentemperatur T_Max bestimmt werden können. Die Qualität der Anbindung kann dadurch noch besser und genauer bewertet werden, da auch innerhalb eines Messpunktes, welcher einen Messbereich ausbilden kann, dann unterschiedlich herrschende Oberflächentemperaturen berücksichtigt werden können.
Zur weiteren Detaillierung der Auswertung kann zudem ein örtlicher Mittelpunkt zwischen der ermittelten minimalen Oberflächentemperatur T_Min und der ermittelten maximalen Oberflächentemperatur T_Max pro Messpunkt bestimmt werden, wobei der Mittelpunkt eines Messpunktes mit einem Mittelpunkt eines weiteren Messpunktes verglichen werden kann.
Um die Reproduzierbarkeit der Prüfung weiter verbessern zu können, kann die Oberflächentemperaturmessung zu einem definierten Zeitpunkt nach der Entformung des Kunststoffformteils erfolgen. Beispielsweise kann eine Abkühlzeit des Kunststoffformteils nach der Entformung bestimmt werden, nach welcher die erfindungsgemäße Prüfung stattfindet. Beispielsweise kann festgelegt werden, dass die erfindungsgemäße Prüfung 20 Minuten nach der Entformung des Kunststoffformteils aus dem Formgebungswerkzeug erfolgt. Jedes Kunststoffformteil wird dann vorzugsweise genau zu diesem Zeitpunkt mit dem erfindungsgemäßen Verfahren geprüft.
Die Reproduzierbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens kann weiter dadurch gesteigert werden, dass die Oberflächentemperaturmessung bevorzugt in einer definierten Position des Kunststoffformteils erfolgt. Nach der Entformung kann das Kunststoffformteil beispielsweise in eine Haltevorrichtung eingebracht werden, um das erfindungsgemäße Prüfverfahren durchzuführen. In der Haltevorrichtung kann das Kunststoffformteil für die Prüfung fest eingespannt werden. Jedes zu prüfende Kunststoffformteil kann in der gleichen Position in die Haltevorrichtung eingebracht und in dieser eingespannt gehalten werden, um die Prüfung in Bezug auf die Position des zu prüfenden Kunststoffformteils zu gleichen und damit zu konstanten Bedingungen durchführen zu können. Die Vergleichbarkeit der Messergebnisse kann dadurch gesteigert werden.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass die gemessene Oberflächentemperatur zusammen mit einer Bauteilnummer des Kunststoffformteils und einer Datumsangabe und/oder einer Uhrzeitangabe der Oberflächentemperaturmessung in einer Speichereinheit gespeichert wird. Hierdurch kann zu einem späteren Zeitpunkt nachgeprüft werden, ob spätere, während des Gebrauchs des Kunststoffformteils auftretende Schäden ihre Ursache bei einer fehlerhaften Anbindung des Einbauteils an einer Innenseite des Kunststoffformteils während des Produktionsprozesses haben oder ob die Ursachen bei dem späteren Gebrauch bzw. Einsatz des Kunststoffformteils liegen.
Die Oberflächentemperaturmessung kann bevorzugt mittels einer Infrarotkamera erfolgen. Eine Infrarotkamera ist eine Wärmebildkamera, die Infrarotstrahlung empfangen kann. Mittels der Infrarotkamera kann ein berührungsloses bildgebendes Temperaturmessverfahren durchgeführt werden, das die für das menschliche Auge unsichtbare Wärmestrahlung des entformten Kunststoffformteils mittleres Infrarot sichtbar macht. Damit kann eine Temperaturverteilung auf der außenseitigen Oberfläche des Kunststoffformteils erfasst und dargestellt werden. Mittels der Infrarotkamera kann mit wenig Aufwand und in kurzer Zeit eine berührungslose Temperaturmessung durchgeführt werden.
Weiter kann es bevorzugt vorgesehen sein, dass nach der Entformung eine Gewichtsmessung des Kunststoffformteils durchgeführt wird, das bei der Gewichtsmessung ermittelte Gewicht an die Auswerteeinheit übermittelt wird und in der Auswerteeinheit zur Bestimmung der Wanddicke im Bereich der Anbindung des Einbauteils mit einbezogen wird. Beispielsweise kann als ein Qualitätsmerkmal ein Soll-Gewicht festgelegt werden, welches das Kunststoffformteil nach der Entformung aufweisen sollte, um ein Qualitätsmerkmal zu erfüllen. Wird das Soll-Gewicht nicht erreicht, so kann darauf geschlossen werden, dass die Stabilität des Kunststoffformteils nicht ausreichend ist. Zusammen mit der Oberflächentemperaturmessung können dann besondere gute Aussagen über die Qualität des Kunststoffformteils getroffen werden, da in die Wanddickenbestimmung sowohl das Gewicht des Kunststoffformteils als auch die Oberflächentemperatur an dem Bereich der Anbindung des Einbauteils an das Kunststoffformteil mit einfließen können.
Besonders bevorzugt können an die Auswerteeinheit Prozessparameter aus einem Formgebungsprozess des Kunststoffformteils in dem Formgebungswerkzeug übermittelt werden, welche bei der Bestimmung der Wanddicke im Bereich der Anbindung des Einbauteils mit einbezogen werden können. Die Prozessparameter können einen direkten Einfluss auf die Wanddicke im Bereich der Anbindung des Einbauteils an das Kunststoffformteil haben. Beispielsweise kann die Temperatur des Kühlmittels, welches das Formgebungswerkzeug durchströmt, die Temperaturverteilung über das Kunststoffformteil und damit auch die Temperaturverteilung im Bereich der Anbindung des Einbauteils an das Kunststoffformteil beeinflussen, da die Temperatur des Kühlmittels beispielsweise Einfluss auf Schwindung, Verzug und daraus resultierende Eigenspannungen des Kunststoffformteils haben kann. Werden die Prozessparameter aus dem Formgebungsprozess mit der gemessenen Oberflächentemperatur in Bezug zueinander gesetzt, können die Auswirkungen der einzelnen Prozessparamater auf das fertige Kunststoffformteil ermittelt werden. Üblicherweise vorgesehene Sicherheitszuschläge bei der Menge an zu verwendenden Kunststoff für den Formgebungsprozess des Kunststoffformteils, um geforderte Mindestwanddicken des Kunststoffformteils erreichen zu können, können dadurch reduziert werden, wodurch Material eingespart und Kühlzeit und Energieeinsatz bei dem Formgebungsprozess des Kunststoffformteils verringert werden können. Die Prozessparameter für zukünftige herzustellende Kunststoffformteile können dadurch optimal angepasst werden.
Die Prozessparameter können beispielsweise ausgewählt werden aus mindestens einer der nachfolgenden Daten: Menge von zugeführten Kühlmittel in dem Formgebungswerkzeug und/oder Vorlauftemperatur des Kühlmittels in dem Formgebungswerkzeug und/oder Rücklauftemperatur des Kühlmittels in dem Formgebungswerkzeug und/oder Kühlzeit des Kunststoffformteils in dem Formgebungswerkzeug und/oder Schmelztemperatur des in das Formgebungswerkzeug eingebrachten Kunststoffs zur Ausbildung des Kunststoffformteils.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Verfahrens gemäß der Erfindung,
2 eine schematische Schnittdarstellung eines Kunststoffformteils mit darin angeordneten Einbauteilen,
3a eine Darstellung einer Aufnahme einer Infrarotkamera im Bereich einer Anbindung eines Einbauteils in dem Kunststoffformteil,
3b eine Strichdarstellung der in 3a gezeigten Aufnahme der Infrarotkamera,
3c eine grafische Darstellung einer Messung der Oberflächentemperatur an dem in 3a gezeigten Bereich,
3d eine weitere grafische Darstellung einer Messung der Oberflächentemperatur an dem in 3a gezeigten Bereich,
4 eine grafische Darstellung der gemessenen Oberflächentemperatur und einer entsprechenden Rücklauftemperatur des Kühlmittels an einer Vielzahl von Kunststoffformteilen,
5 eine schematische Darstellung einer Auswertung innerhalb der Auswerteeinheit zur Bestimmung der Wanddicke,
6a Darstellung einer Aufnahme einer Infrarotkamera im Bereich einer Anbindung eines Einbauteils in dem Kunststoffformteil mit eingezeichneten Messlinien und Messpunkten,
6b eine Strichdarstellung der in 6a gezeigten Aufnahme der Infrarotkamera,
7a eine weitere Darstellung der in 6a gezeigten Darstellung mit eingezeichneten T_Min , T_Max und Mittelpunkten für zwei der in 6a gezeigten Messpunkte, und
7b eine Strichdarstellung der in 7a gezeigten Aufnahme.

1 zeigt schematisch einen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens 100 zum Prüfen einer Anbindung eines Einbauteils 10 in einem als Hohlkörper ausgebildeten Kunststoffformteil 11, wie es in der in 2 gezeigten Schnittdarstellung schematisch gezeigt ist.
Zunächst wird ein Kunststoffformteil 11 in einem Formgebungswerkzeug 12 durch Zufuhr von Wärme zu einem fertig ausgebildeten Kunststoffformteil 11 geformt. Ein oder mehrere Einbauteile 10, wie beispielsweise Versteifungselemente, sind dabei bereits in das Kunststoffformteil 11 eingebracht, so dass während der Formgebung in dem Formgebungswerkzeug 12 die Einbauteile 10 an einer oder an zwei sich gegenüberliegenden Innenseiten 13 des Kunststoffformteils 11 angebunden, insbesondere stoffschlüssig durch Schweißen angebunden werden können. Die Anbindung 22 sollte gleichmäßig über den Umfang der Stirnseitenflächen 14 der Einbauteile 10 an der Innenseite 12 des Kunststoffformteils 11 erfolgen, um eine gute Qualität mit einer hohen Stabilität der Anbindung 22 erreichen zu können. Dort, wo eine gute Überlappung der Einbauteile 10, insbesondere der Stirnseitenflächen 14 der Einbauteile 10 mit der Wandung 15 des Kunststoffformteils 11 ausgebildet ist, weist die Gesamtwanddicke eine Mindestwanddicke auf, welche größer ist als die Dicke der eigentlichen Wandung 15 des Kunststoffformteils 11 für sich alleine betrachtet. Je größer die Wanddicke ist, desto höher ist die Wärmekapazität in diesem Bereich, so dass die Bereiche mit einer höheren Wanddicke auch nach der Entformung 16 aus dem Formgebungswerkzeug 12 länger die Temperatur halten, als die Bereiche mit geringerer Wanddicke.
Die Einbauteile 10 können jedoch auch jede andere beliebige Form aufweisen, als wie sie in 2 gezeigt ist.
Zur Prüfung der Anbindung eines Einbauteils 10 in dem Kunststoffformteil 11 wird nach der Entformung 16 des Kunststoffformteils 11 aus dem Formgebungswerkzeug 12 eine Oberflächentemperaturmessung 17 im Bereich der Anbindung 22 des Einbauteils 10 an einer Innerseite 13 des Kunststoffformteils 11 durchgeführt. Diese Prüfung ist zerstörungsfrei und kann im laufenden Produktionsprozess an jedem entformten Kunststoffformteil 11 durchgeführt werden, so dass jedes hergestellte Kunststoffformteil 11 auf seine Qualität der Anbindung 22 der Einbauteile 10 im Inneren der Kunststoffformteile 11 geprüft werden kann. Die Prüfung erfolgt von außerhalb des Kunststoffformteils 11.
Die Oberflächentemperaturmessung 17 kann mit einer Wärmebildkamera, wie beispielsweise einer Infrarotkamera, durchgeführt werden, so dass die Oberflächentemperaturmessung 17 von außerhalb des Kunststoffformteils 11 erfolgt. Die Oberflächentemperaturmessung 17 erfolgt damit an einer Außenseite 24 des Kunststoffformteils 11.
Die Oberflächentemperaturmessung 17 erfolgt zu einem definierten Zeitpunkt nach der Entformung des Kunststoffformteils 11, so dass der Zeitpunkt der Oberflächentemperaturmessung 17 bei jedem Kunststoffformteil 11 gleich ist und damit vergleichbar ist.
Zudem erfolgt die Oberflächentemperaturmessung 17 in einer definierten Position des Kunststoffformteils 11, so dass jedes zu prüfende Kunststoffformteil 11 sich während der Oberflächentemperaturmessung 17 in der gleichen Position befindet. Beispielsweise können die Kunststoffformteile 11 während der Oberflächentemperaturmessung 17 jeweils in einer Haltevorrichtung eingespannt gehalten sein.
Die gemessene Oberflächentemperatur wird an eine Auswerteeinheit 18 übermittelt. In der Auswerteeinheit 18 erfolgt anhand der gemessenen Oberflächentemperatur eine Wanddickenbestimmung 19 im Bereich der Anbindung 22 des Einbauteils 10 an dem Kunststoffformteil 11. Umso höher die gemessene Oberflächentemperatur ist, desto höher ist auch die Wanddicke in diesem Bereich, da eine höhere Wanddicke eine höhere Wärmekapazität aufweist, als eine geringere Wanddicke. Ist die Wanddicke hingegen an dem gemessenen Bereich relativ gering, ist auch die Oberflächentemperatur gering. Damit kann darauf geschlossen werden, dass bei einer geringen Oberflächentemperatur die Wanddicke gering ist und damit auch keine gute und auch keine stabile Anbindung des Einbauteils 10 an der Innenseite 13 des Kunststoffformteils 11 ausgebildet ist.
Die Messung der Oberflächentemperatur kann an ein oder mehreren Messpunkten MP erfolgen, wie beispielsweise in 2 gezeigt ist, wo zwei Messpunkte MP1, MP2 im Bereich der Anbindung 22 des Einbauteils 10 an der Innenseite 13 des Kunststoffformteils 11 eingezeichnet sind. Die Messpunkte MP sind insbesondere dort, wo eine umlaufende Schweißnaht zwischen der Stirnfläche 14 des Einbauteils 10 und der Innenseite 13 des Kunststoffformteils 11 ausgebildet ist. Anhand der Höhe der Oberflächentemperatur im Bereich der Schweißnaht kann auf die Qualität der Anbindung 22 des Einbauteils 10 an dem Kunststoffformteil 11 geschlossen werden.
In den 3a, 3b, 3c und 3d ist eine Messung einer Oberflächentemperatur an vier Messpunkten MP1, MP2, MP3, MP4 im Bereich der Anbindung 22 des Einbauteils 10 an der Innenseite 13 des Kunststoffformteils 11 gezeigt. Die Anbindung 22 ist aufgrund der kreisrund ausgebildeten Stirnseitenfläche 14 des Einbauteils 10 ebenfalls kreisrund ausgebildet, da die Schweißung und damit die Anbindung entlang der Stirnseitenfläche 14 ausgebildet ist. Anhand der rechts von 3a und 3b gezeigten Temperaturskala ist zu erkennen, dass die Bereiche mit einer höheren Oberflächentemperatur heller ausgebildet sind, als die Bereiche mit einer niedrigeren Oberflächentemperatur. Die heller ausgebildeten Bereiche, welche auch eine höhere Oberflächentemperatur aufweisen, weisen eine größere Wanddicke auf, als die Bereiche mit einer geringeren Oberflächentemperatur. Wie in 3a und 3b zu erkennen ist, ist die dort gezeigte Anbindung 22 nicht gleichmäßig ausgebildet bzw. weist unterschiedliche Wanddicken auf, was darauf zu schließen lässt, dass die Anbindung 22 des Einbauteils 10 in diesem Bereich keine gute Qualität aufweist.
3c zeigt das Temperaturprofil der Oberflächentemperatur über die Messpunkte MP1 und MP2. Dabei ist zu erkennen, dass die Oberflächentemperatur an diesen beiden Messpunkten MP1 und MP2 ungefähr gleich hoch ist, wobei die Oberflächentemperatur ungefähr 111°C beträgt. Durch die hier herrschenden geringen Oberflächentemperaturunterschiede zwischen den Messpunkten MP1 und MP2 kann darauf geschlossenen werden, dass in diesen beiden Messpunkten MP1 und MP2 die Wanddicken ungefähr gleich groß sind, so dass zwischen den beiden Messpunkten MP1 und MP2 kaum Wanddickenunterschiede sein werden.
3d zeigt das Temperaturprofil der Oberflächentemperatur über die Messpunkte MP3 und MP4. Am Messpunkt MP3, welcher in 3a und 3b dunkler zu erkennen ist, herrscht eine geringere Oberflächentemperatur als an dem Messpunkt MP4, welcher in 3a und 3b heller zu erkennen ist. Am Messpunkt MP3 liegt eine Oberflächentemperatur von knapp über 108°C vor, wohingegen am Messpunkt MP4 eine Oberflächentemperatur von ungefähr 113°C vorliegt. Aufgrund der unterschiedlichen Oberflächentemperatur kann darauf geschlossen werden, dass die Wanddicke am Messpunkt MP3 geringer ist als am Messpunkt MP4.
Aufgrund dieser Messung der Oberflächentemperatur an vier Messpunkten MP1, MP2, MP3 und MP4 kann darauf geschlossen werden, dass aufgrund der unterschiedlichen hohen Oberflächentemperatur auch die Wanddicke im Bereich der Anbindung 22 variiert, so dass bei diesem gezeigten Beispiel keine ausreichende Stabilität der Anbindung des Einbauteils 10 an dem Kunststoffformteil 11 ausgebildet ist.
Zur Bestimmung der Wanddicke kann ferner das Gewicht des Kunststoffformteils 11 mit einbezogen werden. Dafür kann nach der Entformung eine Gewichtsmessung 20 durchgeführt werden. Das bei der Gewichtsmessung 20 ermittelte Gewicht kann an die Auswerteeinheit 18 übermittelt werden und in der Auswerteeinheit 18 zur Wanddickenbestimmung 19 im Bereich der Anbindung 22 des Einbauteils 10 mit einbezogen werden.
Ferner ist es möglich, dass an die Auswerteeinheit 18 Prozessparameter 21 aus einem Formgebungsprozess des Kunststoffformteils 11 in dem Formgebungswerkzeug 12 übermittelt werden, welche bei der Wanddickenbestimmung 19 im Bereich der Anbindung des Einbauteils 11 mit einbezogen werden. Die Prozessparameter 21 können einen direkten Einfluss auf die Oberflächentemperatur im Bereich der Anbindung des Einbauteils 10 an das Kunststoffformteil 11 haben. Beispielsweise kann die Temperatur des Kühlmittels, welches das Formgebungswerkzeug 12 durchströmt, die Oberflächentemperatur des Kunststoffformteils 11 und damit auch die Oberflächentemperatur im Bereich der Anbindung 22 des Einbauteils 10 an das Kunststoffformteil 11 beeinflussen, da die Temperatur des Kühlmittels beispielsweise Einfluss auf Schwindung, Verzug und daraus resultierende Eigenspannungen des Kunststoffformteils 11 haben kann. Werden die Prozessparameter 21 aus dem Formgebungsprozess mit der gemessenen Oberflächentemperatur in Bezug zueinander gesetzt, können die Auswirkungen der einzelnen Prozessparamater 21 auf das fertige Kunststoffformteil 11 ermittelt werden. Üblicherweise vorgesehene Sicherheitszuschläge bei der Menge an zu verwendenden Kunststoff für den Formgebungsprozess des Kunststoffformteils 11, um geforderte Mindestwanddicken des Kunststoffformteils 11 erreichen zu können, können dadurch reduziert werden, wodurch Material eingespart und Kühlzeit und Energieeinsatz bei dem Formgebungsprozess des Kunststoffformteils 11 verringert werden können. Die Prozessparameter für zukünftige herzustellende Kunststoffformteile 11 können dadurch optimal angepasst werden.
Die Prozessparameter 21 können beispielsweise ausgewählt werden aus mindestens einer der nachfolgenden Daten: Menge von zugeführten Kühlmittel in dem Formgebungswerkzeug 12 und/oder Vorlauftemperatur des Kühlmittels in dem Formgebungswerkzeug und/oder Rücklauftemperatur des Kühlmittels in dem Formgebungswerkzeug 12 und/oder Kühlzeit des Kunststoffformteils 11 in dem Formgebungswerkzeug 12 und/oder Schmelztemperatur des in das Formgebungswerkzeug 12 eingebrachten Kunststoffs zur Ausbildung des Kunststoffformteils 11.
4 zeigt für einen Messpunkt über mehrere Kunststoffformteile 11, hier mit den Messnummern gekennzeichnet, die gemessene Oberflächentemperatur und dazu korrelierend die jeweils gemessene Rücklauftemperatur des Kühlmittels in dem Formgebungswerkzeug 12 bei dem jeweiligen Kunststoffformteil 11. Bei einer Erhöhung der Rücklauftemperatur des Kühlmittels steigt damit auch die zu messende Oberflächentemperatur an, so dass auch höhere Wanddicken im Bereich der Anbindung 20 erreichbar sind, wenn die Rücklauftemperatur des Kühlmittels höher ist. Der Formgebungsprozess in dem Formgebungswerkzeug 12 kann dementsprechend angepasst werden, um die Qualität der herzustellenden Kunststoffformteile 11 verbessern zu können.
Für jedes Kunststoffformteil 11 kann die gemessene Oberflächentemperatur zusammen mit der Bauteilnummer des Kunststoffformteils 11 und einer Datumsangabe und/oder einer Uhrzeitangabe der Oberflächentemperaturmessung 17 in einer Speichereinheit 23 gespeichert werden. Zudem kann auch die jeweils ermittelte Wanddicke in dieser Speichereinheit 23 gespeichert werden, so dass zu einem späteren Zeitpunkt diese Daten wieder abrufbar sind, um auch später noch Qualitätskontrollen an dem Kunststoffformteil 11 durchführen zu können.
5 zeigt einen weiteren möglichen Ablauf zur Auswertung der Oberflächentemperaturmessung 17 innerhalb der Auswerteeinheit 18. Dabei werden, wie auch in 7a, 7b gezeigt ist, pro Messpunkt MP nicht nur eine Temperatur zur Bestimmung der Wanddicke im Bereich der Anbindung, insbesondere der Schweißanbindung,verwendet, sondern pro Messpunkt MP werden eine maximale Oberflächentemperatur T_Max , eine minimale Oberflächentemperatur T_Min sowie anhand der Position der gemessenen maximalen Oberflächentemperatur T_Max und der Position der minimalen Oberflächentemperatur T_Min ein örtlicher Mittelpunkt M bestimmt. Diese drei Daten pro Messpunkt MP werden dann innerhalb der Auswerteeinheit 18 ausgewertet. Anschließend können die einzelnen Messpunkte MP zueinander im Verhältnis ausgewertet werden. Dabei werden vorzugsweise die beiden auf einer Messlinie L angeordneten Messpunkte MP zueinander im Verhältnis ausgewertet.
Wie in 5 zu erkennen ist, werden zunächst in das bei der Oberflächentemperaturmessung 17 mittels eine Wärmebildkamera aufgenommene Bild einer Anbindung 22 eines Einbauteils 10 an der Innenseite 13 des Kunststoffformteils 11 Messlinien L eingezeichnet. Ist die Wärmebildkamera eine Infrarotkamera, so ist das Bild eine Infrarotbild, wie es in den 6a, 6b, 7a, 7b gezeigt ist. Die Messlinien L sind geradlinig ausgebildet und treffen sich alle in einem gemeinsamen Mittelpunkt, welcher bei einer kreisrunden Anbindung 22 ungefähr mittig liegen sollte. Die Messlinien L sind in den 6a, 6b, 7a, 7b eingezeichnet, wobei bei der hier gezeigten Ausgestaltung vier Messlinien eingezeichnet sind.
Nach Einzeichnung der Messlinien L werden die Messpunkte MP bestimmt, an welchen die Auswertung der Oberflächentemperaturmessung 17 erfolgen soll. Die Messpunkte MP liegen auf den Messlinien L. Bildet die Anbindung 22 einen geschlossenen Kreis, ein geschlossenes Oval oder ein geschlossenes Viereck aus, werden pro Messlinie L zwei Messpunkte MP bestimmt, welche an sich gegenüberliegenden Enden der Messlinien L positioniert werden. Die Messpunkte liegen im Bereich der Anbindung und damit im Bereich der Schweißwulst zwischen dem Einbauteil 10 und dem Kunststoffformteil 11.
Bei der in den 6a, 6b, 7a, 7b gezeigten Ausgestaltungen sind damit acht Messpunkte MP definiert. Die Messpunkte MP sind hier kreisförmig angeordnet, da auch die Anbindung kreisförmig ausgebildet ist.
Sind die Messpunkte MP definiert, wird für jeden Messpunkt MP die darin vorliegende minimale Oberflächentemperatur T_Min und die darin vorliegende maximale Oberflächentemperatur T_Max bestimmt. Durch die minimale Oberflächentemperatur T_Min und die maximale Oberflächentemperatur T_Max wird die Anbindung 22 des Einbauteils 10 an das Kunststoffformteil 11 definiert.
Die Qualität der Anbindung 22 wird durch die Qualität der Anschweißung des Einbauteils 10 an der Innenseite 13 des Kunststoffformteils 11 definiert. Die Anschweißung ist charakterisiert durch einen sich im Bereich der Anbindung 22 ausgebildeten Schweißwulst, insbesondere durch das Volumen der Schweißwulst, wobei das Volumen der Schweißwulst entlang der Anbindung 22 variieren kann, wobei der Grad der Abweichung des Volumens der Schweißwulst entlang der Anbindung 22 durch die Oberflächentemperaturmessung an mehreren entlang der Anbindung 22 und damit entlang der Schweißwulst definierten Messpunkten MP ermittelt werden kann.
Die ermittelte minimale Oberflächentemperatur T_Min und die ermittelte maximale Oberflächentemperatur T_Max werden für jeden einzelnen Messpunkt MP bewertet. Bei der Bewertung der ermittelten minimalen und maximalen Oberflächentemperaturen T_Min , T_Max werden diese mit vorher definierten Grenzwert-Temperaturen für die minimale Oberflächentemperatur und die maximale Oberflächentemperatur verglichen.
Unterschreitet die minimale Oberflächentemperatur T_Min die definierte Grenzwert-Temperatur, so kann daraus geschlossen werden, dass in diesem Bereich der Anbindung 22 bei dem Schweißvorgang zu viel Schmelze, insbesondere zu viel Kunststoffschmelze, verdrängt worden ist.
Überschreitet die maximale Oberflächentemperatur T_Max die definierte Grenzwert-Temperatur, so kann daraus geschlossen werden, dass zu wenig oder gar keine Schmelze beim Aufbringen des Einbauteils 10 auf die Innenseite 13 des Kunststoffformteils 11 verdrängt worden ist, was bedeutet, dass in diesem Bereich der Anbindung 22 keine Befestigung des Einbauteils 10 an der Innenseite 13 erfolgt ist.
Ferner kann bei der Bewertung der ermittelten minimalen Oberflächentemperatur T_Min und der ermittelten maximalen Oberflächentemperatur T_Max pro Messpunkt MP eine Plausibilitätskontrolle durchgeführt werden, indem mehrere hintereinander durchgeführte Oberflächentemperaturmessungen miteinander verglichen werden und die Positionen der ermittelten minimalen Oberflächentemperatur T_Min und der ermittelten maximalen Oberflächentemperatur T_Max pro Messpunkt MP immer gleich sein sollten.
In einem weiteren Schritt kann pro Messpunkt MP ein örtlicher Mittelpunkt M zwischen der ermittelten minimalen Oberflächentemperatur T_Min und der ermittelten maximalen Oberflächentemperatur T_Max bestimmt werden. Bei jedem Messpunkt MP liegt der Mittelpunkt M entlang der Messlinie L zwischen der ermittelten minimalen Oberflächentemperatur T_Min und der ermittelten maximalen Oberflächentemperatur T_Max .
Diese ermittelten Mittelpunkte M können anschließend ebenfalls bewertet werden. Zum einen kann auch hier eine Plausibilitätsprüfung durchgeführt werden, indem der Abstand zwischen den Mittelpunkten M der zwei auf einer Messlinie L liegenden Messpunkte MP ermittelt wird. Dabei können der Abstand der Mittelpunkte M der Messpunkte MP1 und MP5, der Abstand der Mittelpunkte M der Messpunkte MP2 und MP6, der Abstand der Mittelpunkte M der Messpunkte MP3 und MP7 und der Abstand der Mittelpunkte M der Messpunkte MP4 und MP8 ermittelt werden. Die ermittelten Abstände können miteinander verglichen werden, wobei diese die gleiche Größe aufweisen sollten, wenn die Anbindung 22 kreisförmig ausgebildet ist.
Ferner können Temperaturdifferenzen zwischen Mittelpunkten M von auf einer Messlinie L angeordneten Messpunkten MP bestimmt werden. Dafür wird jeweils die an dem Mittelpunkt M eines Messpunktes MP gemessene Oberflächentemperatur verwendet, so dass auch jedem Mittelpunkt M eines Messpunktes MP eine Oberflächentemperatur zugeordnet ist. Beispielsweise wird die Temperaturdifferenz zwischen der Oberflächentemperatur des Mittelpunkts M des ersten Messpunktes MP1 und der Oberflächentemperatur des Mittelpunkts M des fünften Messpunktes MP5 ermittelt. Eine gleichmäßige Anbindung 22 und damit ein vom Volumen gleichmäßiger Schweißwulst im Bereich der Anbindung 22 entlang einer Messlinie L ist gegeben, wenn die Temperaturdifferenz von auf einer Messlinie L angeordneten Mittelpunkten M zweier Messpunkte MP möglichst gering ist. Wird hingegen eine übliche Toleranzen übersteigende Temperaturdifferenz ermittelt, so kann von einer ungleichmäßigen Anbindung 22 entlang der Messlinie L ausgegangen werden, da dann auch das Volumen der Schweißwulst in diesen Bereichen der Anbindung 22 unterschiedlich ausgebildet sein wird. Daraus kann dann eine ungleichmäßige Wanddickenverteilung entlang der Anbindung 22 abgleitet werden.
Zudem können die ermittelten Temperaturdifferenzen zwischen den jeweiligen Mittelpunkten M einen Hinweis auf die Positionierung der Anbindung 22 geben. Liegt beispielsweise eine hohe Temperaturdifferenz zwischen dem Mittelpunkt M des ersten Messpunktes MP1 und dem Mittelpunkt M des fünften Messpunktes MP5 vor, so kann darauf geschlossen werden, dass das Einbauteil 10 in Richtung des zweiten Messpunktes MP2 um die Drehachse zwischen dem dritten Messpunkt MP3 und dem siebten Drehpunkt MP7 verkippt ist.
Bezugszeichenliste

Verfahren	100
Einbauteil	10
Kunststoffformteil	11
Formgebungswerkzeug	12
Innenseite	13
Stirnseitenfläche	14
Wandung	15
Entformung	16
Oberflächentemperaturmessung	17
Auswerteeinheit	18
Wanddickenbestimmung	19
Gewichtsmessung	20
Prozessparameter	21
Anbindung	22
Speichereinheit	23
Außenseite	24

Messpunkt	MP
Minimale Oberflächentemperatur	T_Min
Maximale Oberflächentemperatur	T_Max
Mittelpunkt	M

Claims

Verfahren (100) zum Prüfen einer Anbindung (22) eines Einbauteils (10) in einem als Hohlkörper ausgebildeten Kunststoffformteil (11), bei welchem nach einer Entformung (16) des Kunststoffformteils (11) aus einem Formgebungswerkzeug eine Oberflächentemperaturmessung (17) im Bereich der Anbindung (22) des Einbauteils (10) an einer Innenseite (13) des Kunststoffformteils (11) erfolgt, wobei die Oberflächentemperaturmessung (17) von außerhalb des Kunststoffformteils (11) durchgeführt wird, die gemessene Oberflächentemperatur an eine Auswerteeinheit (18) übermittelt wird und anhand der gemessenen Oberflächentemperatur in der Auswerteeinheit (18) eine Wanddicke im Bereich der Anbindung (22) des Einbauteils (10) bestimmt wird.
Verfahren (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Anbindung (22) des Einbauteils (10) mindestens ein Messpunkt (MP) an einer Außenseite (24) des Kunststoffformteils (11) definiert wird, an welchem die Oberflächentemperaturmessung (17) erfolgt.
Verfahren (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Anbindung (22) des Einbauteils (10) mehrere Messpunkte (MP) an der Außenseite (24) des Kunststoffformteils (11) definiert werden, an welchen jeweils eine Oberflächentemperaturmessung (17) erfolgt, so dass in der Auswerteeinheit (18) eine Temperaturverteilung über den Bereich der Anbindung (22) des Einbauteils (10) ermittelt wird.
Verfahren (100) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass pro Messpunkt (MP) eine minimale Oberflächentemperatur T_Min und eine maximale Oberflächentemperatur T_Max bestimmt wird.
Verfahren (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein örtlicher Mittelpunkt (M) zwischen der ermittelten minimalen Oberflächentemperatur T_Min und der ermittelten maximalen Oberflächentemperatur T_Max pro Messpunkt (MP) bestimmt wird, wobei der Mittelpunkt (M) eines Messpunktes (MP) mit einem Mittelpunkt (M) eines weiteren Messpunktes (MP) verglichen wird.
Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächentemperaturmessung (17) zu einem definierten Zeitpunkt nach der Entformung (16) des Kunststoffformteils (11) erfolgt.
Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächentemperaturmessung (17) in einer definierten Position des Kunststoffformteils (11) erfolgt.
Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die gemessene Oberflächentemperatur zusammen mit einer Bauteilnummer des Kunststoffformteils (11) und einer Datumsangabe und/oder einer Uhrzeitangabe der Oberflächentemperaturmessung (17) in einer Speichereinheit (23) gespeichert wird.
Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächentemperaturmessung (17) mittels einer Infrarotkamera durchgeführt wird.
Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Entformung (16) eine Gewichtsmessung (20) des Kunststoffformteils (11) durchgeführt wird, das bei der Gewichtsmessung (20) ermittelte Gewicht an die Auswerteeinheit (18) übermittelt wird und in der Auswerteeinheit (18) zur Bestimmung der Wanddicke im Bereich der Anbindung (22) des Einbauteils (10) mit einbezogen wird.
Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass an die Auswerteeinheit (18) Prozessparameter (21) aus einem Formgebungsprozess des Kunststoffformteils (11) in dem Formgebungswerkzeug (12) übermittelt werden, welche bei der Bestimmung der Wanddicke im Bereich der Anbindung (22) des Einbauteils (10) mit einbezogen werden.
Verfahren (100) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessparameter (21) ausgewählt werden aus mindestens einer der nachfolgenden Daten: Menge von zugeführten Kühlmittel in dem Formgebungswerkzeug (12) und/oder Vorlauftemperatur des Kühlmittels in dem Formgebungswerkzeug (12) und/oder Rücklauftemperatur des Kühlmittels in dem Formgebungswerkzeug (12) und/oder Kühlzeit des Kunststoffformteils (11) in dem Formgebungswerkzeug (12) und/oder Schmelztemperatur des in das Formgebungswerkzeug (12) eingebrachten Kunststoffs zur Ausbildung des Kunststoffformteils (11).