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Die
Erfindung betrifft ein Prüfverfahren
zur Ermittlung von Beschichtungsfehlern an beschichteten Bauteilen
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Beschichtete
Bauteile, die aus einem Trägerbauteil
und einer darauf angebrachten Beschichtung bestehen, sind in vielen
Anwendungsgebieten eingesetzt. In der Automobilindustrie beispielsweise
ist ein Anwendungsfall für
beschichtete Bauteile die Verwendung als Dichtung. Bei einer Zylinderkopfdichtung
z. B. ist das Trägerbauteil
aus einem Federstahlblech gefertigt und mit einem Elastomer beschichtet. Während der
Herstellung einer Zylinderkopfdichtung können unterschiedliche Fehlerarten
auftreten, die zu einer späteren
Undichtigkeit der Zylinderkopfdichtung führen können: Insbesonders kann es
bei der Elastomer-Beschichtung zu Mängeln und Beschichtungsfehlern
kommen, wie z. B. zu einer Beschädigung
der Beschichtung und/oder zu fehlerhaften Beschichtungsdicken und/oder
zum Einschluss von Fremdpartikeln oder halbvernetzten Elastomeren.
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Eine
einwandfreie Funktion der Zylinderkopfdichtung ist nur bei einer
den Vorgaben genau entsprechenden Elastomer-Beschichtung ohne Einschlüsse irgendwelcher
Art gegeben. Bei einem Verbau einer fehlerhaften Zylinderkopfdichtung
kann dies zu Undichtigkeiten an einer Brennkraftmaschine führen.
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Ein
nachträglicher
Austausch der Zylinderkopfdichtung ist mit hohen Kosten verbunden
und führt
zu einer großen
Kundenunzufriedenheit.
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Dadurch
ist eine Kontrolle der Elastomer-Beschichtung an Zylinderkopfdichtungen,
grundsätzlich eine
Kontrolle bei allen beschichteten Bauteilen, durchzuführen, um
mangelhafte Bauteile nach der Herstellung bzw. vor einer weiteren
Verwendung auszusortieren.
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Ein
allgemein bekanntes Prüfverfahren
zur Ermittlung von Beschichtungsfehlern an beschichteten Bauteilen,
die aus einem Trägerbauteil
als Beschichtungsträger
und einer zumindest teilweise darauf angebrachten Beschichtung bestehen,
ist eine optische Überprüfung. Dabei
wird ein beschichtetes Bauteil nach dem Herstellprozess einer Sichtkontrolle
unterzogen und/oder mit einer Kamera auf Fehler überprüft.
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Bereits
geringe Abweichungen in der Schichtdicke der Beschichtung oder kleine
Einschlüsse
von Fremdpartikeln können
zu Funktionsfehlern führen
und können
mit obigem optischen Verfahren nur sehr schwer oder überhaupt
nicht erkannt werden, so dass diese Verfahren nur bedingt geeignet
sind.
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Aus
der
DE 198 46 995
A1 ist bereits ein Prüfverfahren
zur Ermittlung von Beschichtungsfehlern an beschichteten Bauteilen,
die aus einem Trägerbauteil
als Beschichtungsträger
und einer zumindest teilweise darauf angebrachten Beschichtung bestehend,
bekannt, wobei ein beschichtetes Bauteil auf eine hohe Anfangstemperatur
erhitzt und anschließend
während
einer Abkühlzeit
auf eine dagegen niedrigere Endtemperatur abgekühlt wird. Mittels einer Wärmebildkamera
werden Wärmebilder
erfasst und zur Auswertung von Beschichtungsfehlern auf einem Bildschirm
zur Anzeige gebracht.
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Konkret
wird hier in einen plattenförmigen Prüfkörper über eine
Wärmequelle
in die Oberfläche des
relativ zur Wärmequelle
kontinuierlich bewegten Prüfkörpers fortlaufend
Wärmeenergie
eingebracht und anschließend
von der zuvor erwärmten
Oberfläche
des Prüfkörpers fortlaufend
ein zeilenweises Wärmebild
aufgenommen. Der plattenförmige
Prüfkörper selbst
ist hier als beschichtete Spanplatte ausgebildet, wobei mittels
dem Prüfverfahren
die Qualität
der Verklebung im Hinblick auf eine gegebenenfalls schlechte Haftfestigkeit
einzelner Bereiche überprüft werden
soll. Die Messung beruht darauf, dass sich die homogen in dem Prüfkörper eingebrachte Wärme in Folge
von Defekten, Rissen oder Inhomogenitäten unterschiedlich schnell
ausbreitet. Mit der Wärmebildkamera
können
die sich nach einiger Zeit entsprechend der Wärmeleitung des Materials und der
Tiefe des Defektes entwickelnden unterschiedlichen Wärmebildmuster
auf der Oberfläche
auf einem Bildschirm beobachtet und von der Prüfperson damit ausgewertet werden.
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Ein
derartiges Prüfverfahren
ist relativ zeit- und arbeitsintensiv und verursacht insbesondere
für Bauteile
einer Großserienfertigung
einen erheblichen Aufwand, verbunden mit der Gefahr, dass einzelne Beschichtungsfehler
unterschiedlich interpretiert werden, z. B. in Folge von wechselnden
Prüfpersonen
und individuellen Fehlern. Derartige Tätigkeiten zur Auswertung im
Rahmen einer Qualitätskontrolle können somit
nur von hoch ausgebildeten Fachleuten durchgeführt werden.
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Aus
der
US 4,647,220 ist
ein Verfahren bekannt, bei dem Korrosionsstellen unter einer Beschichtungsoberfläche detektieren
werden. Diese Korrosionsstellen zeichnen sich dadurch aus, dass diese
eine andere thermische Leitfähigkeit
als die umgebenden Metallbereiche aufweisen, so dass diese als Punkte
auf einem Bildschirm zur Anzeige gebracht werden können. Konkret
wird hier eine erwärmte
Oberfläche
mittels eines Infrarot-Scanners abgetastet.
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Die
US 5,719,395 betrifft eine
elektronische Auswerteeinrichtung, um Risse in Brücken oder
dergleichen zu ermitteln. Dazu wird der thermische Gradient eines
Wärmestroms
in zwei unterschiedlichen Richtungen gemessen und anschließend verglichen, um
Risse in der Brückstruktur
festzustellen. Ersichtlich handelt es sich hier um kein Prüfungsverfahren zur
Ermittlung von Beschichtungsfehlern an beschichteten Bauteilen,
so dass der zuständige
Durchschnittsfachmann diese Druckschrift zur Lösung der sich ihm stellenden
Aufgabe gar nicht erst herangezogen hätte.
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Die
DD 251 412 A1 beschreibt
ein Thermografieverfahren, bei der eine Thermografieschicht aus
cholesterinischen Flüssigkeitskristallen
auf den Prüfling
aufgetragen wird. Die Erwärmung
dieser Thermografieschicht auf dem Prüfling zeigt dann gegebenenfalls
unterschiedliche Reflexionsfarben, was einen Rückschluss auf eventuelle Bauteilfehler
ermöglicht.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Prüfungsverfahren zur Ermittlung
von Beschichtungsfehlern an beschichteten Bauteilen zur Verfügung zu
stellen, mittels dem eine gleichbleibende Qualität des Prüfverfahrens auf einfache Weise
kostengünstig
bereitgestellt werden kann.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Gemäß Patentanspruch
1 wird mit der Wärmebildkamera
in einem ersten Verfahrensschritt ein erkannt fehlerfrei beschichtetes
Bauteil erfasst und als Soll-Wärmebild
festgelegt, wobei die Daten des Soll-Wärmebildes in einem elektronischen
Speicher einer elektronischen Daten- und Bildverarbeitungseinrichtung
abgelegt werden, und wobei in der Daten- und Bildverarbeitungseinrichtung
Abweichungsgrenzwerte für
vom Soll-Wärmebild
abweichende Bildabweichungen definiert werden. In einem zweiten Verfahrensschritt
wird dann von einem zu prüfenden, baugleichen
Bauteil unter gleichen örtlichen
und zeit lichen Verhältnissen
wie bei der Ermittlung des Soll-Wärmebildes ein Ist-Wärmebild
erfasst. Diese Daten des erfassten Ist-Wärmebildes werden in einem darauffolgenden
dritten Verfahrensschritt in der elektronischen Daten- und Bildverarbeitungseinrichtung
mit dem Soll-Wärmebild
verglichen und gegebenenfalls auftretende Bildabweichungen des Ist-Wärmebildes
vom Soll-Wärmebild
festgestellt. Dabei wird eine Überschreitung
von Abweichungsgrenzwerten als unzulässiger Beschichtungsfehler
erkannt und der Ort des Beschichtungsfehlers für das aktuell geprüfte Bauteil
am Bildschirm angezeigt. Dies kann z. B. optisch oder akustisch
erfolgen.
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Mit
einem derartigen automatisierten Prüfverfahren kann eine dauerhafte
und gleichbleibende Qualität
des Prüfungsergebnisses
sichergestellt werden. Derartige Prüfverfahren können somit
auch von ungelernten Personen betreut bzw. überwacht werden. Insbesondere
ist ein derartiges Prüfverfahren hervorragend
geeignet zur Überprüfung von
Beschichtungsfehlern von Bauteilen einer Großserienfertigung, bei der hohe
Stückzahlen
mit stets gleich bleibenden Qualitätserfordernissen geprüft werden müssen.
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Die
Erhitzung des zu prüfenden
Bauteils erfolgt bevorzugt durch den Beschichtungsprozess und das
Bauteil wird unmittelbar in der anschließenden Abkühlzeit geprüft. Damit wird die zur Produktion
des beschichteten Bauteils benötigte
Hitze zugleich für das
Prüfverfahren
zur Ermittlung von Beschichtungsfehlern verwendet. Sind sowohl die
Herstellung als auch das Prüfverfahren
automatisiert, stehen am Ende der zeitlich hintereinander ablaufenden
beiden Prozesse nur fehlerfreie beschichtete Bauteile zur Verfügung, alle
mangelhaften Bauteile sind durch das Prüfverfahren aussortiert.
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Grundsätzlich kann
das Bauteil auch in einem herstellungsunabhängigen Verfahrensschritt durch
ansteuerbare Heizmittel einer Prüfeinrichtung erhitzt
werden. Besteht nach der Herstellung der Bauteile keine Möglichkeit
zur sofortigen Prüfung derselben,
ist ein Erhitzen der beschichteten Bauteile auf die geforderte hohe
Anfangstemperatur für
das Prüfverfahren
jederzeit mit z. B. einer Hochfrequenzspule oder einer Mikrowellenheizung
möglich.
Somit kann das Verfahren auch als Eingangskontrolle für Firmen
verwendet werden, die beschichtete Bauteile von einem Lieferanten
beziehen.
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Bevorzugt
erfolgt der Abkühlvorgang
bezüglich
der umgebenden Raumtemperatur und/oder der Abkühlvorgang wird durch eine steuerbare
Kühleinrichtung
aktiv unterstützt.
Durch den Einsatz einer Kühleinrichtung
während
des Abkühlvorgangs
können
sowohl die Zykluszeiten für
das Prüfverfahren verkürzt werden
als auch Abweichungen in den Wärmebildern
verstärkt
und damit noch sicherer und eindeutiger erfasst werden.
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Bevorzugt
ist das Trägerbauteil
ein Metallteil und die Beschichtung eine Elastomer-Beschichtung. Damit
ist das Prüfverfahren
für einen
häufig
verwendeten Aufbau von Dichtungen einsetzbar. An einem meist aus
Stahlblech bestehenden Träger
ist eine Elastomer-Beschichtung angebracht, die die Dichteigenschaften
des Bauteils bewirkt.
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Ist
das Bauteil eine Zylinderkopfdichtung, die aus einem ebenen Blechteil
gleicher Blechdicke als Trägerbauteil
und einer Elastomerschicht gleicher, fehlerfreier Beschichtungsdicke
besteht, ergibt sich eine gleichmäßige Abkühltemperatur in der gesamten
Beschichtung und damit ein gleichmäßiges Soll-Wärmebild.
Fehlerbedingte Bildabweichungen treten dagegen als auffallende Fleckenbildungen
an Fehlerorten in der Art von gegenüber der sonst gleichen Abkühltemperatur
höheren
Warmbereichen oder tieferen Kaltbereichen auf. Damit ist für ein Bauteil,
das in hohen Stückzahlen
produziert wird, aber für
einen problemlosen Einsatz als Motorabdichtung eine fehlerfreie
Beschichtung nötig
ist, ein einfaches und kostengünstiges
Prüfverfahren
geschaffen, mit dem eine sichere Fehlererkennung möglich ist.
Sowohl Fehler in der Beschichtung, d. h. eine unzureichende bzw. übermäßige Beschichtungsdicke,
als auch Einschlüsse
von Fremdpartikeln in der Elastomer-Beschichtung führen zu geänderten Wärmeableitungen während des
Abkühlprozesses,
die als Fleckenbildungen auf dem Ist-Wärmebild gegenüber dem
Soll-Wärmebild
zu erkennen sind.
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Anhand
einer Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 einen
schematischen Prinzipaufbau einer Prüfeinrichtung für ein Prüfverfahren
zur Ermittlung von Beschichtungsfehlern an beschichteten Bauteilen,
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2 ein
schematisches Soll-Wärmebild
einer Wärmebildkamera,
und
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3 ein
schematisches Ist-Wärmebild
der Wärmebildkamera
eines fehlerhaften Bauteils.
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In 1 ist
schematisch ein Prinzipaufbau einer Prüfeinrichtung 1 für ein Prüfverfahren
zur Ermittlung von Beschichtungsfehlern an beschichteten Bauteilen
dargestellt. Mit einer Wärmebildkamera 2 wird
ein zu prüfendes
beschichtetes Bauteil, hier eine Zylinderkopfdichtung 3,
während
des Abkühlprozesses
erfasst und über
eine Verbindungsleitung 4 werden die Daten an eine Daten- und Bildverarbeitungseinrichtung 5 weitergeleitet.
Auf einem Bildschirm 6 wird das Wärmebild 7 der Zylinderkopfdichtung 3 sichtbar
gemacht.
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Nach
Erhitzen der Zylinderkopfdichtung 3 auf eine hohe Anfangstemperatur
wird diese während
der Abkühlzeit
auf eine dagegen niedrigere Endtemperatur von der Wärmebildkamera 2 erfasst
und die Daten des Wärmebildes 7 an
die Daten- und Bildverarbeitungseinrichtung 5 weitergeleitet.
Diese Verfahrensschritte werden zuerst mit einem erkannt fehlerfrei
beschichteten Bauteil durchgeführt,
zur Erfassung und Festlegung eines Soll-Wärmebildes 8. Die Daten
des Soll-Wärmebildes 8 werden
in einem elektronischen Speicher der Daten- und Bildverarbeitungseinrichtung 5 als
Referenz hinterlegt, wobei die Möglichkeit
einer Definition von Abweichungsgrenzwerten für eine anschließende Prüfung von
Zylinderkopfdichtungen 3 möglich ist. Die jeweils zu prüfende Zylinderkopfdichtung 3 wird
unter gleichen örtlichen und
zeitlichen Verhältnissen
wie bei der Ermittlung des Soll-Wärmebildes 8 ebenso
von der Wärmebildkamera 2 erfasst
und das daraus entstandene Ist-Wärmebild 9 wird
in der Daten- und Bildverarbeitungseinrichtung 5 mit dem
angezeigten Soll-Wärmebild 8 und/oder
den Daten des Soll-Wärmebildes 8 verglichen.
Bei Überschreitung
von den vorher definierten Abweichungsgrenzwerten erfolgt eine optische
und/oder akustische Fehlermeldung.
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Die
hiermit erkannten Fehler in der Beschichtung, die einerseits durch
eine unterschiedliche Beschichtungsdicke und/oder durch Einschlüsse von Fremdpartikeln
gegeben sind, sind auf unterschiedliche Wärmeableitungen zurückzuführen und
an einem damit abweichenden Ist-Wärmebild 9 vom Soll-Wärmebild 8 zu
erkennen.
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In 2 ist
schematisch ein Soll-Wärmebild 8 einer
Zylinderkopfdichtung 3 dargestellt. Aufgrund der gleichen
Blechdicke des Trägerbauteils
und der gleichen Beschichtungsdicke der Elastomer-Beschichtung erscheint
das Soll-Wärmebild 8 als gleichmäßiges Wärmebild,
da sich eine gleichmäßige Abkühltemperatur
mit einem zeitlich gleichmäßigen Abkühlverlauf
in der gesamten Beschichtung ergibt. Das Soll-Wärmebild 8 ist als
Referenzbild in der Daten- und Bildverarbeitungseinrichtung 5 hinterlegt.
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In 3 ist
schematisch ein Ist-Wärmebild 9 einer
zu prüfenden
Zylinderkopfdichtung 3 dargestellt. Dabei ist eine Fleckenbildung
an Fehlerorten in der Beschichtung zu erkennen. Dies können z.
B. Kratzer 10 in der Beschichtung oder ein von der Soll-Schichtdicke
abweichender Schichtdickenfehler 11 sein.
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Eine
geprüfte
Zylinderkopfdichtung 3 mit den in 3 beispielhaft
dargestellten Fehlern kann somit aussortiert werden und ein Einbau
einer fehlerhaften Zylinderkopfdichtung 3 in eine Brennkraftmaschine
ist somit ausgeschlossen. Somit sind fehlerhafte Brennkraftmaschinen
und damit verbundene Kundenreklamationen vermieden.