DE102019006446A1

DE102019006446A1 - Verfahren zur Dichtheitsprüfung

Info

Publication number: DE102019006446A1
Application number: DE102019006446.1A
Authority: DE
Inventors: Timothy Nebelsiek
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2019-09-12
Filing date: 2019-09-12
Publication date: 2020-03-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dichtheitsprüfung eines Bauteils (2), insbesondere eines Fahrzeugbauteils, wobei
- das Bauteil (2) mit einem Testfluid (T) befüllt wird und
- zumindest eine zu prüfende Dichtstelle (2.1) des Bauteils (2) mit mindestens einem Lichtstrahl (L) beaufschlagt wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein von der zumindest einen zu prüfenden Dichtstelle (2.1) reflektierter Lichtstrahl (L') erfasst wird, wobei
- ein Reflexionsgrad und ein elektromagnetisches Wellenlängenspektrum des reflektierten Lichtstrahls (L') ermittelt werden,
- anhand des ermittelten Reflexionsgrades eine Leckage erkannt wird und eine Position der Leckage ermittelt wird und
- anhand des ermittelten elektromagnetischen Wellenlängenspektrums eine Menge des durch die Leckage aus dem Bauteil (2) austretenden Testfluids (T) ermittelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dichtheitsprüfung eines Bauteils, insbesondere eines Fahrzeugbauteils, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 43 06 232 A1 ist ein Verfahren zur Dichtheitsprüfung von Behältern und/oder Gehäusen bekannt, bei dem ein derartiges Prüfobjekt mit einem unter erhöhtem Druck stehenden Testfluid beaufschlagt wird, so dass bei Vorhandensein eines Lecks das Fluid aus dem Prüfobjekt austritt. Als Testfluid wird ein Gas verwendet, dessen dielektrische Suszeptibilität eine ausgeprägt nichtlineare Abhängigkeit von der Feldstärke eines elektromagnetischen Wellenfeldes hat, insbesondere ein Gas, das im Frequenzbereich des nahen IR eine ausgeprägte Absorptionsfähigkeit besitzt. Aus dem Prüfobjekt ausgetretenes Testgas wird in einem Untersuchungsvolumen einem kohärenten elektromagnetischen Wellenfeld ausgesetzt, das dem Testgas eine räumlich definiert variierende Struktur seiner optischen Dichte aufprägt. Aus der Detektion eines an dieser Struktur phasenkonjugiert reflektierten elektromagnetischen Wellenfelds wird die Existenz eines Lecks am Prüfobjekt erkannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Dichtheitsprüfung eines Bauteils anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gelöst, welches die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei einem Verfahren zur Dichtheitsprüfung eines Bauteils, insbesondere eines Fahrzeugbauteils, wird das Bauteil mit einem Testfluid befüllt und zumindest eine zu prüfende Dichtstelle des Bauteils wird mit mindestens einem Lichtstrahl beaufschlagt.
Erfindungsgemäß wird ein von der zumindest einen zu prüfenden Dichtstelle reflektierter Lichtstrahl erfasst, wobei

- ein Reflexionsgrad und ein elektromagnetisches Wellenlängenspektrum des reflektierten Lichtstrahls ermittelt wird,
- anhand des ermittelten Reflexionsgrades eine Leckage erkannt wird und eine Position der Leckage ermittelt wird und
- anhand des ermittelten elektromagnetischen Wellenlängenspektrums eine Menge des durch die Leckage aus dem Bauteil austretenden Testfluids ermittelt wird.

Mittels des Verfahrens ist es möglich, ein Bauteil auf eine Leckage zu untersuchen. Insbesondere kann mittels des Verfahrens eine Position der Leckage sowie eine Leckagerate ermittelt werden. Die Leckagerate ist ein Maß für eine aus dem Bauteil austretende Menge des Testfluids. Da physikalische und chemische Eigenschaften des Testfluids, z. B. gasförmiges Helium, bekannt sind, kann anhand des ermittelten elektromagnetischen Wellenlängenspektrums des reflektierten Lichtstrahls auf die Leckagerate geschlossen werden. Mit anderen Worten: Tritt Testfluid aus dem Bauteil aus, tritt dieses in Wechselwirkung mit dem Lichtstrahl. Daraus resultiert eine Veränderung der Reflexionsrate und des elektromagnetischen Wellenlängenspektrums des reflektierten Lichtstrahls gegenüber einem an dem Bauteil ohne austretendes Testfluid reflektierten Lichtstrahl, dessen Eigenschaften ebenfalls bekannt sind. Damit ist das Verfahren einfach und zuverlässig durchführbar und gegenüber konventioneller Verfahren kostengünstiger, schneller und wartungsärmer sowie verschleißärmer.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:

1 schematisch eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zur Dichtheitsprüfung eines Bauteils und
2 schematisch eine Prinzipdarstellung einer wellenabhängigen Lichtbrechung eines von einer Lichtquelle ausgesendeten Lichtstrahls in einem Helium-Testfluid.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung 1 zur Dichtheitsprüfung eines Bauteils 2 und ein Bauteil 2.
Die Vorrichtung 1 umfasst eine Lichtquelle 1.1 und einen Sensor 1.2. Die Lichtquelle 1.1 ist zur Erzeugung und Aussendung eines Lichtstrahls L ausgebildet. Beispielsweise ist die Lichtquelle 1.1 eine Laserlichtquelle, mittels der ein weitestgehend monochromatischer Laserstrahl erzeugt und ausgesendet wird. Alternativ kann die Lichtquelle 1.1 auch zur Erzeugung eines polychromatischen Lichtstrahls ausgebildet sein. Dazu umfasst die Lichtquelle 1.1 beispielsweise eine oder mehrere Leuchtdioden.
Der Sensor 1.2 ist ein optischer Sensor, welcher zur Erfassung eines von dem Bauteil 2 reflektierten Lichtstrahls L' ausgebildet ist. Beispielsweise umfasst der Sensor 1.2 einen wellenlängenselektiven und ortsauflösenden Empfänger sowie weitere optische Komponenten, wie z. B. Linsen, Spiegel usw. Anhand des von dem Sensor 1.2 erfassten reflektierten Lichtstrahls L' können physikalische Eigenschaften, wie insbesondere ein Reflexionsgrad und ein elektromagnetisches Wellenlängenspektrum des reflektierten Lichtstrahls L, ermittelt werden. Dazu ist der Sensor 1.2 mit einer Steuereinheit 1.3 verbunden. Die Steuereinheit 1.3 umfasst eine Elektronik, die zur quantitativen Auswertung des von dem Sensor 1.2 erfassten reflektierten Lichtstrahls L' ausgebildet ist.
Die Lichtquelle 1.1, der Sensor 1.2 und die Steuereinheit 1.3 bilden die Vorrichtung 1 und sind im gezeigten Ausführungsbeispiel in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Alternativ kann beispielsweise die Steuereinheit 1.3 auch außerhalb des Gehäuses angeordnet sein. Auch können die Lichtquelle 1.1 und der Sensor 1.2 in verschiedenen Gehäusen angeordnet sein.
Des Weiteren kann die Vorrichtung 1 auch mehrere Lichtquellen 1.1 und mehrere Sensoren 1.2 umfassen, die um das Bauteil 2 herum angeordnet sind und räumlich versetzt Lichtstrahlen L auf das Bauteil 2 aussenden.
Das Bauteil 2 ist insbesondere ein Fahrzeugbauteil, z. B. eine Hochvolt-Batterie. Zur Überprüfung des Bauteils 2 auf Dichtheit während eines Herstellungs- und/oder Wartungsprozesses wird im Folgenden ein Verfahren zur Dichtheitsprüfung des Bauteils 2 mittels der zuvor beschriebenen Vorrichtung 1 näher beschrieben.
Das Bauteil 2 wird mit einem Testfluid T (siehe 2) befüllt und verschlossen. Das Testfluid T wird gegebenenfalls zusätzlich mit einem Druck beaufschlagt. Als Testfluid T wird beispielsweise gasförmiges Helium verwendet, welches sich aufgrund seiner geringen Atomradien zur Überprüfung insbesondere sehr kleiner Leckagen eignet. Zudem ist Helium nicht toxisch und geruchlos. Alternativ kann anstelle von Helium auch Wasserstoff, Stickstoff oder Kohlenwasserstoff verwendet werden.
Anschließend wird mittels der Lichtquelle 1.1 ein Lichtstrahl L erzeugt und auf das Bauteil 2 projiziert. Insbesondere wird der Lichtstrahl L auf eine zu prüfende Dichtstelle 2.1 des Bauteils 2 projiziert. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die zu prüfende Dichtstelle 2.1 eine umlaufende Verbindungsstelle zwischen einem oberen Bauteilgehäuse 2.2 und einem unteren Bauteilgehäuse 2.3. Der auf die Dichtstelle 2.1 projizierte Lichtstrahl L wird von dem Bauteil 2 reflektiert und von dem Sensor 1.2 erfasst. Ein Reflexionsgrad sowie ein elektromagnetisches Wellenspektrum des reflektierten Lichtstrahls L' sind dabei abhängig von dem Material, auf welches der ausgesendete Lichtstrahl L trifft. Wird der Lichtstrahl L von aus dem Bauteil 2 austretendem Testfluid T reflektiert, unterscheiden sich der Reflexionsgrad und das elektromagnetische Wellenspektrum des reflektierten Lichtstrahls L' signifikant von einem Reflexionsgrad und einem elektromagnetischen Wellenspektrum eines nur von dem Material des Bauteils 2 reflektierten Lichtstrahls L'.
Anhand des mittels des Sensors 1.2 erfassten reflektierten Lichtstrahls L' werden die zuvor erwähnten physikalischen Eigenschaften des reflektierten Lichtstrahls L', insbesondere der Reflexionsgrad und das elektromagnetische Wellenspektrum, ermittelt. Dazu sind die physikalischen und chemischen Eigenschaften des Testfluids T bekannt. Die Auswertung erfolgt mittels der Steuereinheit 1.3. Anschließend kann die Steuereinheit 1.3 anhand des ermittelten Reflexionsgrades feststellen, ob Testfluid T aus dem Bauteil 2 austritt und somit eine unerwünschte Leckage vorliegt und an welcher Position sich die Leckage am Bauteil 2 befindet. Des Weiteren kann die Steuereinheit 1.3 anhand des ermittelten elektromagnetischen Wellenlängenspektrums die Leckage quantifizieren. Dazu wird beispielsweise eine Leckagerate ermittelt und somit festgestellt, welche Menge des Testfluids T aus dem Bauteil 2 austritt. Die Leckagerate ist dabei der Quotient aus einem Druck-Volumen-Produkt des Testfluids T, welches während einer bestimmten Zeitspanne durch einen Leitungsquerschnitt der zu prüfenden Dichtstelle 2.1 strömt, und der Zeitspanne.
Umfasst die Vorrichtung 1 mehrere Lichtquellen 1.1 und Sensoren 1.2 kann das gezeigte Bauteil 2 beispielsweise von allen Seiten mit Lichtstrahlen L beaufschlagt werden. Dies ermöglicht neben einer zeitsparenden Dichtheitsprüfung auch die Ermittlung einer Abmessung des Bauteils 2, so dass beispielsweise ein Herstellungsprozess des Bauteils 2 wesentlich einfacher und kostengünstiger ist. Des Weiteren können mittels des Verfahrens auf die Verwendung eines oder mehrerer Roboter verzichtet werden, so dass weitere Kosten im Herstellungs- und/oder Wartungsprozess verringerbar sind.
In einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die Vorrichtung 1 zusätzlich eine Kamera, welche eine Position der Lichtquelle 1.1 und damit eine Projektionsrichtung des Lichtstrahls L auf Korrektheit überprüft. Weiterhin kann mittels der Kamera überprüft werden, ob das Bauteil 2 hindernisfrei zur Lichtquelle 1.1 und zum Sensor 1.2 positioniert ist und somit nicht von Störkonturen verdeckt wird.
2 zeigt eine Prinzipdarstellung einer wellenabhängigen Lichtbrechung eines von einer Lichtquelle 1.1 ausgesendeten Lichtstrahls L in einem Testfluid T.
Der von der Lichtquelle 1.1 erzeugte Lichtstrahl L ist beispielweise ein polychromatisches Licht und wird durch einen Schlitz 1.1.1 polarisiert. Beim Auftreffen des Lichtstrahls L auf das Testfluid T, welches hierbei gasförmiges Helium ist, wirkt das Testfluid T wie ein Prisma, insbesondere ein Polarisationsprisma, welches den einfallenden Lichtstrahl L in Abhängigkeit einer Polarisation unterschiedlich stark bricht. Verschiedene Strahlanteile des Lichtstrahls L' divergieren dabei und bilden ein entsprechend breites oder enges elektromagnetisches Wellenspektrum mit verschiedenen Spektralfarben, anhand dessen die Leckage wie zuvor beschrieben quantifiziert werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4306232 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Dichtheitsprüfung eines Bauteils (2), insbesondere eines Fahrzeugbauteils, wobei - das Bauteil (2) mit einem Testfluid (T) befüllt wird und - zumindest eine zu prüfende Dichtstelle (2.1) des Bauteils (2) mit mindestens einem Lichtstrahl (L) beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein von der zumindest einen zu prüfenden Dichtstelle (2.1) reflektierter Lichtstrahl (L') erfasst wird, wobei - ein Reflexionsgrad und ein elektromagnetisches Wellenlängenspektrum des reflektierten Lichtstrahls (L') ermittelt werden, - anhand des ermittelten Reflexionsgrades eine Leckage erkannt wird und eine Position der Leckage ermittelt wird und - anhand des ermittelten elektromagnetischen Wellenlängenspektrums eine Menge des durch die Leckage aus dem Bauteil (2) austretenden Testfluids (T) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine zu prüfende Dichtstelle (2.1) des Bauteils (2) mit mindestens einem Laserstrahl beaufschlagt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine zu prüfende Dichtstelle (2.1) des Bauteils (2) mit mindestens einem polychromatischen Lichtstrahl (L) beaufschlagt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (2) gleichzeitig mit mehreren räumlich versetzten Lichtstrahlen (L) beaufschlagt wird.