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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung eines Faserverbundbauteils, eine entsprechende Vorrichtung, ein entsprechendes Computerprogramm sowie ein entsprechendes maschinenlesbares Speichermedium.
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Stand der Technik
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Aus der
WO 2018/069066 A1 ein Verfahren zum Anordnen einer Anzahl von mikromechanischen Beschleunigungssensoren auf oder in ein Kunststoffbauteil, insbesondere einen Stoßfänger, und ein entsprechendes Kunststoffbauteil, insbesondere Stoßfänger bekannt.
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Im Schritt A des Verfahrens wird der mikromechanische Beschleunigungssensor in oder auf einen flexiblen Schaltungsträger fest positioniert, wobei der mikromechanische Beschleunigungssensor mit einer integrierten Leiterbahnstruktur des flexiblen Schaltungsträgers kontaktiert wird.
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Im Schritt B des Verfahrens werden zumindest bereichsweise der mikromechanische Beschleunigungssensor und der flexible Schaltungsträger auf oder in das Kunststoffbauteil derart angeordnet, dass die integrierte Leiterbahnstruktur des flexiblen Schaltungsträgers zumindest teilweise freigelegt wird
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Aus der
DE 10 2016 220 032 A1 ist eine Sensorvorrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Sensormodul und mit wenigstens einer mit dem Sensormodul verbundenen Anschlussleitung zum elektrischen Kontaktieren des Sensormoduls bekannt.
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Es ist vorgesehen, dass die Anschlussleitung als Leiterfolie ausgebildet ist, auf der mehrere unterschiedliche Sensormodule angeordnet und durch jeweils eine oder eine gemeinsame die Leiterfolie zumindest abschnittsweise umfassende Umspritzung eingehaust sind.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur Prüfung eines Faserverbundbauteils, eine entsprechende Vorrichtung, ein entsprechendes Computerprogramm sowie ein entsprechendes maschinenlesbares Speichermedium gemäß den unabhängigen Ansprüchen.
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Bevorzugte Weiterbildung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung der Vorteile der Erfindung.
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Vorteile der Erfindung
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Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Prüfung eines Faserverbundbauteils, wobei das Faserverbundbauteil eine in das Faserverbundbauteil integrierte Sensorvorrichtung aufweist, wobei die Sensorvorrichtung einen flexiblen Schaltungsträger mit einem Sensormodul aufweist, mit den Schritten
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Versetzen des Faserverbundbauteils in eine Prüfschwingung, insbesondere durch Einbringen eines Prüfimpulses auf einen Prüfort des Faserverbundbauteils;
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Erfassen eines Antwortsignals mittels der Sensorvorrichtung;
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Vergleichen des Antwortsignals mit einem Referenzsignal.
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Unter einem Faserverbundbauteil kann vorliegend ein Bauteil verstanden werden, dass aus einem Faserverbundwerkstoff besteht. Ein Faserverbundwerkstoff entsteht im Allgemeinen durch einen wechselwirkenden Verbund aus Fasern oder textilem Halbzeug und einer Matrix zwischen den Fasern bzw. dem Textilhalbzeug. Die Matrix ist Füllstoff und Klebstoff für die Fasern bzw. das Textilhalbzeug. Typisch für Faserverbundwerkstoffe ist, dass durch die Wechselwirkung des Verbunds ein Werkstoff entsteht, der im Vergleich zu den Eigenschaften der Fasern und des Füllstoffs höherwertigere Eigenschaften aufweist.
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Das Faserverbundbauteil kann ein Karosseriebauteil für ein Fahrzeug sein. Bspw. kann das Faserverbundbauteil ein Stoßfänger für ein Fahrzeug sein.
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Das Faserverbundbauteil gemäß der vorliegenden Erfindung kann im urformenden Verfahren hergestellt werden. Dafür kann insbesondere beim Schritt des Integrierens ein sog. Liquide Composite Molding Verfahren (LCM-Verfahren) angewendet werden. LCM-Verfahren zeichnen sich dadurch aus, dass vergleichsweise moderate Druck- und Temperaturlasten vorliegen.
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Ein flexibler Schaltungsträger kann Silikone, Polyurethane, Polyamide, oder Thermoplaste umfassen. So lässt sich der flexible Schaltungsträger leicht elastisch oder plastisch verformen, insbesondere lässt sich die integrierte Leiterbahnstruktur entsprechend plastisch verformen, wodurch im Wesentlichen der flexible Schaltungsträger an eine Geometrie bzw. Form des Faserverbundbauteils angepasst werden kann. Der flexible Schaltungsträger kann eine Leiterfolie sein.
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Unter einem Sensormodul kann vorliegend ein elektronisches bzw. elektrisches Bauteil zur Erfassung einer physikalischen Größe verstanden werden. Ein Sensormodul kann dazu ausgebildet sein eine Beschleunigung oder eine Drehbeschleunigung zu erfassen.
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Denkbar wäre eine Ausbildung des Sensormoduls zur Erfassung eines Drucks. Eine solche Ausbildung erfordert allerdings eine offene Schnittstelle des Sensormoduls zur Umgebung des Faserverbundbauteils.
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Das Sensormodul kann ein mikromechanisches Bauteil zur Erfassung einer Beschleunigung sein, mithin ein mikromechanischer Beschleunigungssensor nach der Art der microelectromechanical systems (MEMS).
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Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung bildet eine erweiterte Sicherheitsfunktion eines Faserverbundbauteils mit einer in das Faserverbundbauteil integrierten Sensorvorrichtung. Diese Sicherheitsfunktion bietet sich vor allem für solche Faserverbundbauteile als Karosseriebauteile eines Fahrzeugs an. Sensorwerte der Sensorvorrichtung, im Speziellen Beschleunigungswerte einer entsprechenden Sensorvorrichtung zur Erfassung von Beschleunigungswerte, könnte dabei nicht nur zur Realisierung einer Schutzfunktion für Verkehrsteilnehmer wie die Insassen des Fahrzeugs oder weiterer Verkehrsteilnehmer verwendet werden, sondern darüber hinaus als erweiterte Sicherheitsfunktion zur Prüfung des Faserverbundbauteils verwendet werden.
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Diese erweiterte Sicherheitsfunktion kommt vor dem Hintergrund zur Geltung, dass mechanische Energieeinträge auf Faserverbundbauteile zur inneren Schäden in dem Bauteil führen können. Bei diesen Schäden kann es sich um Delaminationen, Faserrisse oder sog. Faser-Pull-Outs handeln. Diese Schäden können sich nachteilig auf die Eigenschaften des Bauteils auswirken. Kommt ein Faserverbundbauteil als Karosseriebauteil zum Einsatz können auf mannigfaltige Weise mechanische Energieeinträge auf das Bauteil erfolgen, bspw. durch sog. Parkrempler oder andere Kollisionen. Die dabei entstehenden inneren Schäden kann sich im Allgemeinen der Bauteilcharakter ändern. Dies kann sich auf das Schwingungsverhalten des Bauteils auswirken. D.h. eingeleitete Impulse werden bei einem geschädigten Bauteil auf eine andere Art und Weise ausgeleitet, als bei Bauteilen im Originalzustand. Diese andere Art und Weise, mit anderen Worten, dieser Unterschied lässt sich durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung ermitteln und so unmittelbar ein Rückschluss auf den Zustand des Bauteils bzw. allgemeiner auf den Charakter des Bauteils zu.
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Zur Ermittlung bzw. zur Detektion dient das Signal der in das Faserverbundbauteil integrierte Sensormodul, da dieses unmittelbar auf den veränderten Bauteilcharakter reagiert.
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Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung wird das Referenzsignal dadurch erzeugt, dass das Faserverbundbauteil in eine Referenzschwingung versetzt wird und die Referenzschwingung mittels der Sensorvorrichtung erfasst wird und das erfasste Signal oder ein davon abgeleitetes Signal das Referenzsignal ist.
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Das Referenzsignal dient zur Folgeuntersuchungen bzw. Prüfungen des Faserverbundbauteils.
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Es ist von Vorteil, wenn das Referenzsignal in einem Neuzustand des Faserverbundbauteils erzeugt wird. Dadurch kann bei einer später erfolgenden Prüfung des Faserverbundbauteils gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung durch Vergleich des Antwortsignals mit dem Referenzsignal eine Veränderung der Bauteilcharakteristika ermittelt werden. Basierend auf den ermittelten Bauteilcharakteristika kann auf den Zustand des Bauteils zum Zeitpunkt der Durchführung des Verfahrens zur Prüfung des Faserverbundbauteils im Vergleich zu dessen Neuzustand geschlossen werden. Mit dieser Information kann eine geeignete Maßnahme durchgeführt werden.
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Bei Karosseriebauteilen für ein Fahrzeug kann eine geeignete Maßnahme die Empfehlung sein, eine Werkstatt zur Inspektion oder Reparatur aufzusuchen sein. Als geeignete Maßnahme ist ebenso denkbar das Fahrzeug stillzulegen.
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Das Faserverbundbauteil kann durch Einbringen eines Referenzimpulses auf einen Referenzort des Faserverbundbauteils in die Referenzschwingung versetzt werden.
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Es ist von Vorteil, wenn der Referenzimpuls im Wesentlichen dem Prüfimpuls gleicht. Hierdurch kann eine einfachere Vergleichbarkeit des Antwortsignals mit dem Referenzsignal erreicht werden.
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Es ist von Vorteil, wenn der Referenzort im Wesentlichen dem Prüfort entspricht. Hierdurch kann eine einfachere Vergleichbarkeit des Antwortsignals mit dem Referenzsignal erreicht werden.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung, die derart gestaltet ist, alle Schritte des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung auszuführen.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Computerprogramm, das derart gestaltet ist, alle Schritte des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung auszuführen.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm gemäß der vorliegenden Erfindung gespeichert ist.
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Figurenliste
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Nachfolgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand von Figuren erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Faserverbundteils mit einer in das Faserverbundbauteil integrierten Sensorvorrichtung bei der Erzeugung eines Referenzsignals;
- 2 eine schematische Darstellung eines Faserverbundbauteils mit einer in das Faserverbundbauteil integrierten Sensorvorrichtung während einer Prüfung des Faserverbundbauteils gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 3 eine schematische Darstellung eines weiteren Faserverbundbauteils mit einer in das Faserverbundbauteil integrierten Sensorvorrichtung während einer Prüfung des Faserverbundbauteils gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 4 eine schematische Darstellung eines weiteren Faserverbundbauteils mit einer in das Faserverbundbauteil integrierten Sensorvorrichtung geeignet zur Prüfung des Faserverbundbauteils gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 5 eine schematische Darstellung eines weiteren Faserverbundbauteils mit einer in das Faserverbundbauteil integrierten Sensorvorrichtung geeignete zur Prüfung des Faserverbundbauteils gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 6 ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Faserverbundteils 2 mit einer in das Faserverbundbauteil 2 integrierten Sensorvorrichtung 3 bei der Erzeugung eines Referenzsignals 6a. Bei dem Faserverbundbauteil 2 handelt es sich um ein Stoßfängerbauteil für ein Fahrzeug. Das Faserverbundbauteil 2 weist eine im Innern des Bauteils 2 integrierte Sensorvorrichtung 1 mit einem flexiblen Schaltungsträger 3 und auf dem Schaltungsträger 3 angeordneten Sensormodulen 4 auf.
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Über ein Anschlussmittel 11 kann die Sensorvorrichtung mit der Peripherie verbunden werden.
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Unter einer Peripherie können vorliegend Systeme verstanden werden, mit denen die Sensorvorrichtung 3 verbunden werden kann. Beim Einsatz des Faserverbundbauteils 2 in einem Fahrzeug, bspw. als Karosseriebauteil, kann ein solches System ein Fahrzeugkommunikationssystem, wie bspw. ein CAN-, FlexRay oder PSI5-Kommunikationssystem sein. Denkbar wäre auch eine Direktverbindung zwischen der Sensorvorrichtung und einem Fahrzeugsteuergerät, wie bspw. einem Steuergerät zur Fahrdynamikregelung oder zur Ansteuerung von Sicherheitsmitteln.
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Als Anschlussmittel 11 kommt dabei ein zugänglicher Abschnitt des flexiblen Schaltungsträgers 3 in Frage. Der zugängliche Abschnitt kann ein freigelegter Abschnitt des Schaltungsträgers 3 sein. Ebenso denkbar ist eine geeignete Schnittstelle bspw. in Form einer Steckerschnittstelle. Ferner ist eine drahtlose Schnittstelle zur Übertragung der erfassten Sensorsignale denkbar. Eine drahtlose Schnittstelle kann dabei auf einer Funktechnologie oder einer vergleichbaren drahtlosen Kommunikationstechnologie basieren.
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Das Referenzsignal 6a ergibt sich aus dem Signal, das die in das Faserverbundbauteil 2 integrierte Sensorvorrichtung 1 erfasst. Dabei kann es sich um das direkt erfasste Signal oder um ein aus dem unmittelbar erfassten Signal abgeleitetes Signal handeln. Eine typische Ableitung kann sich dabei aus einer Filterung (Hochpass- / Tiefpassfilterung) des direkt erfassten Signals ergeben.
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Gemäß einer Ausführungsform ist es denkbar lediglich einen Referenzimpuls einzubringen. Ferner besteht die Möglichkeit das Referenzsignal 6a durch wiederholtes Einbringung von Referenzimpulsen zu erzeugen. Die Impulse können unterschiedliche Stärken aufweisen. Die wiederholte Einbringung kann regelmäßig erfolgen.
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Die Darstellung zeigt den Moment der Einbringung eines Referenzimpulses in das Faserverbundbauteil 2. Die Einbringung erfolgt durch ein Impulseinbringungsmittel 5 schematisch dargestellt in Form eines Hammers 5. Die Einbringung kann bspw. am Ende der Fertigung oder während des Einbau des Faserverbundbauteils 2 und somit im Neuzustand des Faserverbundbauteils 2 erfolgen.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Faserverbundbauteils 2 mit einer in das Faserverbundbauteil 2 integrierten Sensorvorrichtung 3 während einer Prüfung des Faserverbundbauteils 2 gemäß der vorliegenden Erfindung. Bei dem Faserverbundbauteil 2 handelt es sich um ein Stoßfängerbauteil für ein Fahrzeug. Das Faserverbundbauteil 2 weist eine im Innern des Bauteils 2 integrierte Sensorvorrichtung 1 mit einem flexiblen Schaltungsträger 3 und auf dem Schaltungsträger 3 angeordneten Sensormodulen 4 auf.
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In der Darstellung weist das Faserverbundbauteil 2 eine Schädigung auf. Die dargestellte Schädigung ist offensichtlich. Abhängig von dem Grund der Schädigung kann die Schädigung eines Faserverbundbauteils 2 auch nicht offensichtlich sein. Dies tritt besonders bei vergleichsweise leichten Schädigungen auf. Dann ist es möglich, dass die Schädigung äußerlich keine offensichtlichen Spuren hinterlässt und dennoch eine innere Schädigung des Faserverbundbauteils 2, wie bspw. Delamination, Faserrisse oder Faser-Pull-Outs, vorliegt, die sich nachteilig auf die Bauteilcharakteristika auswirkt.
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Die Darstellung zeigt den Moment der Einbringung eines Prüfimpulses in das Faserverbundbauteil 2. Die Einbringung erfolgt durch ein Impulseinbringungsmittel 5 schematisch dargestellt in Form eines Hammers 5.
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Die Einbringung führt zu einem Antwortsignal 6b, das mit dem Referenzsignal 6a verglichen werden kann. Über den Vergleich kann eine Veränderung der Bauteilcharakteristika festgestellt werden. Zeigt die Veränderung der Bauteilcharakteristika an, dass die Veränderung eine sicherheitsrelevante Schwelle überschritten hat, so können entsprechende Gegenmaßnahmen eingeleitet werden. Solche Gegenmaßnahmen können von der persistenten Speicherung dieser Information bis hin zur Stilllegung des Fahrzeugs, in dem das Faserverbundbauteil 2 eingebaut ist, reichen.
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Die Einbringung kann situationsbedingt bspw. nach einer Kollision im Rahmen der Prüfung auf Kollisionsschäden erfolgen. Denkbar ist ebenso eine regelmäßige Prüfung gemäß eines Prüfzyklus. In einem solchen Fall kann auch eine Schädigung, die entweder unbemerkt eingetreten ist oder die sich im Laufe der Lebenszeit des Faserverbundbauteils 2 aufgrund der auf das Faserverbundbauteil 2 einwirkenden Umwelteinflüsse eingestellt hat festgestellt werden.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Faserverbundbauteils 2 mit einer in das Faserverbundbauteil 2 integrierten Sensorvorrichtung 1 während einer Prüfung des Faserverbundbauteils 2 gemäß der vorliegenden Erfindung. In dem dargestellten Faserverbundbauteil 2 überspannt die integrierte Sensorvorrichtung 1 das Faserverbundbauteil 2. Die Sensormodule 4a, 4b, 4c sind mittels des flexiblen Schaltungsträgers 3 ebenfalls über das Faserverbundbauteil 2 verteilt angeordnet. In der dargestellten Ausführungsform ist die Verteilung äquidistant. Es ist ebenso denkbar, dass die Sensormodule 4a, 4b, 4c unregelmäßig über das Faserverbundbauteil 2 verteilt angeordnet sind.
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In der dargestellten Ausführungsform erfolgt die Prüfung des Faserverbundbauteils 2 durch Einbringung von Prüfimpulsen an mehreren Prüforten. Entsprechend erfassen die Sensormodule 4a, 4b, 4c unterschiedliche Antwortsignale 6b. Denkbar ist, dass ebenso die Erzeugung des Referenzsignals 6a durch die Einbringung von Referenzimpulsen an den korrespondierenden Referenzorten erfolgt. Die Prüforte können dabei im Wesentlichen den Referenzorten entsprechen.
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Faserverbundbauteils 2 mit einer in das Faserverbundbauteil 2 integrierten Sensorvorrichtung 1 geeignet zur Prüfung des Faserverbundbauteils 2 gemäß der vorliegenden Erfindung. Bei dem Faserverbundbauteil 2 handelt es sich um einen Faserverbundtank. Das Faserverbundbauteil 2 weist eine im Innern des Bauteils 2 integrierte Sensorvorrichtung 1 mit einem flexiblen Schaltungsträger 3 und auf dem Schaltungsträger 3 angeordneten Sensormodulen 4 auf.
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Der dargestellten Ausführungsform lässt sich leicht der Vorteil von Faserverbundbauteilen 2 entnehmen, die sich einfach in beinahe beliebige geometrische Formen umsetzen lassen. Der Einsatz von flexiblen Schaltungsträgern 3, bspw. in Form von Leiterfolien und darauf angebrachten mikromechanischen Sensormodulen 4 schränkt dabei die Formbildung von Faserverbundbauteilen 2 nicht wesentlich ein. Dadurch ist es möglich nahezu jede Form von Faserverbundbauteil 2 mit einer entsprechenden Sensorvorrichtung 1 zu versehen und somit für das Verfahren der vorliegenden Erfindung geeignet zu gestalten.
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5 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Faserverbundbauteils 2 mit einer in das Faserverbundbauteil 2 integrierten Sensorvorrichtung 1 geeignet zur Prüfung des Faserverbundbauteils 2 gemäß der vorliegenden Erfindung. Bei dem Faserverbundbauteil 2 handelt es sich um ein Sportgerät. Das Sportgerät ist schematisch als Snowboard dargestellt. Das Faserverbundbauteil 2 weist eine im Innern des Bauteils 2 eine integrierte Sensorvorrichtung 1 mit einem flexiblen Schaltungsträger 3 und auf dem Schaltungsträger 3 angeordneten Sensormodulen 4 auf. Ferner ist in der Figur eine Auswerteeinheit 11 dargestellt. Diese kann sich - wie dargestellt - bspw. an der Bindung für einen Snowboardschuh befinden.
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6 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens 600 gemäß der vorliegenden Erfindung.
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In Schritt 601 wird das Faserverbundbauteil 2 in eine Prüfschwingung versetzt. Die Prüfschwingung kann durch Einbringen eines Prüfimpuls erfolgen. Dazu kann ein geeignetes Schwingungserzeugungsmittel 5 verwendet werden. Ein solches Mittel kann bspw. eine Rüttelvorrichtung sein, in die das Faserverbundbauteil 2 eingespannt ist. Das Schwingungserzeugungsmittel kann derart gestaltet sein, dass der Prüfimpuls an einen definierten Prüfort des Faserverbundbauteils 2 eingebracht wird.
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In Schritt 602 wird ein Antwortsignal mittels der Sensorvorrichtung erfasst. Durch ein Anschlussmittel der Sensorvorrichtung kann das Antwortsignal an eine weiterverarbeitende Vorrichtung bspw. eine Prüfvorrichtung oder ein Prüfsteuergerät weitergegeben werden. Als Anschlussmittel kommt dabei ein zugänglicher Abschnitt des flexiblen Schaltungsträgers 3 in Frage. Der zugängliche Abschnitt kann ein freigelegter Abschnitt des Schaltungsträgers sein. Ebenso denkbar ist eine geeignete Schnittstelle bspw. in Form einer Steckerschnittstelle. Ferner ist eine drahtlose Schnittstelle zur Übertragung der erfassten Sensorsignale denkbar. Eine drahtlose Schnittstelle kann dabei auf einer Funktechnologie oder einer vergleichbaren drahtlosen Kommunikationstechnologie basieren.
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In Schritt 603 wird das Antwortsignal 6b mit einem Referenzsignal 6a verglichen. Für den Vergleich der zwei Signale 6a, 6b kann im Allgemeinen jedes denkbare Vergleichsverfahren eingesetzt werden. Ziel des Vergleichs ist es zu erkenne, ob und wenn ja inwieweit sich das Prüfsignal 6b zum Referenzsignal 6a verändert hat. Denkbar ist es für die Veränderungen einen Schwellenwert zu definieren, bei dessen Überschreitung eine Veränderung eingetreten ist, die auf eine sicherheitsrelevante Veränderung der Bauteilcharakteristika schließen lässt. Tritt eine solche Veränderung ein kann eine entsprechende Gegenmaßnahme eingeleitet werden. Eine solche Gegenmaßnahmen kann von der persistenten Speicherung dieser Information bis hin zur Stilllegung des Fahrzeugs, in dem das Faserverbundbauteil 2 eingebaut ist, reichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2018/069066 A1 [0002]
- DE 102016220032 A1 [0005]
