WO2020078866A1 - Verfahren und vorrichtung zur detektion von fehlstellen in der isolation eines kühlgerätes - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur detektion von fehlstellen in der isolation eines kühlgerätes Download PDF

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WO2020078866A1
WO2020078866A1 PCT/EP2019/077692 EP2019077692W WO2020078866A1 WO 2020078866 A1 WO2020078866 A1 WO 2020078866A1 EP 2019077692 W EP2019077692 W EP 2019077692W WO 2020078866 A1 WO2020078866 A1 WO 2020078866A1
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WO
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wave radiation
submillimeter
microwave
unit
wall
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/077692
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English (en)
French (fr)
Inventor
Sebastian Zareba
Klaus Franken
Andreas Lyding
Original Assignee
Covestro Deutschland Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Covestro Deutschland Ag filed Critical Covestro Deutschland Ag
Publication of WO2020078866A1 publication Critical patent/WO2020078866A1/de

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N22/00—Investigating or analysing materials by the use of microwaves or radio waves, i.e. electromagnetic waves with a wavelength of one millimetre or more

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for the detection of defects in the insulation of a cooling device, in particular a refrigerator.
  • a two-layer housing is usually foamed with an insulation material. Specifically, a reaction mixture is injected into the interior of a plastic body and a refrigerator mold that surrounds the metal housing, the foaming process taking place between the plastic body and the metallic housing. The goal is to evenly and completely fill the space with the insulation material, usually one
  • Polyurethane material When foaming insulated cooling devices, such as refrigerators, there are always technical defects. These defects have different causes and are expressed, among other things, in density anomalies, changed cell structures or radio signals, i.e.
  • Non-destructive test methods are known from the prior art. These are, in particular, thermographic processes in which the quality of the foaming is carried out by evaluating a thermal image, defects or fluctuations in the foam density near the surface being shown in color.
  • thermographic processes in which the quality of the foaming is carried out by evaluating a thermal image, defects or fluctuations in the foam density near the surface being shown in color.
  • thermographic evaluation is no longer possible.
  • a thermographic analysis of the insulation can still be done after a surface heating of the housing
  • thermographic method for examining the insulation of refrigerators is described for example in EP 0 252 453 B1.
  • the present invention is based on the object of specifying a method and a device of the type mentioned at the outset which reliably determine defects of various types in the insulation of a cooling device, in particular a refrigerator, in a non-destructive test method and independently of the temperature and thus allowed from the time of production.
  • the object is achieved with a method for the detection of
  • Housing section has a first wall and at least one second wall and an insulation layer arranged between the first wall and the at least one second wall, the insulation layer and at least one of the first wall and the at least one second wall each being transparent to microwaves or submillimeter waves Material are formed
  • Microwave or submillimeter wave radiation by means of the transmitter unit, receiving the modulated microwave or submillimeter wave radiation transmitted through the housing section by means of the
  • Evaluation of the transmitted and the received modulated microwaves or submillimeter-wave radiation in an evaluation unit such that The propagation time differences between emitted and received modulated microwave or submillimeter-wave radiation defects in the irradiated surface section are determined.
  • the particular advantage of the method according to the invention is that by using microwave or submillimeter-wave radiation modulated according to the FMCW method, a reliable measurement method, established in various applications, is used for the precise determination of distances, based on runtime considerations when radiating through the housing section to be examined To be able to make statements about the quality of the insulation layer in the irradiated area.
  • Information on the FMCW process can be found, for example, at the URL "www.radartutorial.eu" or in relevant specialist literature.
  • Evaluation unit generates a frequency spectrum of the microwave or submillimeter wave radiation received in the receiving unit, the
  • Frequency spectrum is compared with a reference spectrum of an identical, defect-free housing section and based on the deviations in the frequency spectrum of the examined housing section compared to the
  • Reference spectrum defects in the examined housing section can be characterized. This means that based on a simple comparison in a measurement at the same position between a frequency spectrum of a defect-free sample of the same dimension and the frequency spectrum of the examined sample determined by fast Fourier transformation (FFT), transit time differences in the radiation penetrating the sample can be detected, from which density anomalies in the insulation material can be derived. For example, a shortened transit time for the sample to be examined can be used to infer a cavity or blowhole compared to the reference sample. Likewise, an abnormal compression of the insulation material along the direction of propagation of the radiation can be concluded in the case of a prolonged running time.
  • FFT fast Fourier transformation
  • the distance between the transmitting unit and the receiving unit and the thickness of the insulation layer is between the first wall and the at least one second wall of the housing section is known or is measured parallel to the radiation exposure. If the aforementioned variables are known or if they are measured precisely in parallel, the measurement can also be evaluated without comparison with a reference sample, since knowledge of the dimensions and the speed of propagation in
  • Material density or compressed insulation material with a correspondingly increased material density can be detected.
  • the position of a blow hole or a density anomaly along the beam propagation direction cannot be clearly determined here.
  • depth information on the position of the defect could also be determined with a second measuring beam, which is irradiated into the material to be examined at an angle to the first.
  • the measurement is carried out in reflection, the microwave or submillimeter-wave radiation emitted by the transmitter unit being at one for microwave or
  • the housing section to be examined being irradiated at least once by the microwave or sub millimeter wave radiation, preferably twice.
  • a multiple irradiation of the sample to be examined in any case ensures an improved signal-to-noise ratio.
  • the reflecting surface is formed by a reflector unit, in particular a retroreflector unit, which is separate with respect to the housing section.
  • the reflecting surface it is also possible for the reflecting surface to be formed by the at least one second wall, the microwave or submillimeter-wave radiation radiating through the insulation layer twice.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that the transmitter unit and the
  • Receiver unit for microwave or submillimeter-wave radiation are arranged together on a plane parallel to the first wall, preferably the The transmitting unit and the receiving unit are combined in one structural unit. This simplifies the measurement setup and the implementation of the method.
  • the housing section by means of at least one linear guide opposite the transmitter unit and the
  • Receiving unit is movable.
  • time-of-flight measurements using microwave or submillimeter-wave radiation can be influenced by fluctuating environmental parameters.
  • it can further be provided that parallel to the irradiation of the housing section
  • Microwave or submillimeter wave radiation environmental parameters in particular air humidity, air pressure, ambient temperature and / or CO2 content in the ambient air, and / or the temperature of the material of the
  • Housing section can be measured.
  • submillimeter-wave radiation is provided such that the housing section with modulated microwave or
  • Submillimeter wave radiation in an Lfrequency range of 10 and 500 GHz is irradiated.
  • the insulation layer contains polyurethane, in particular is formed entirely by polyurethane.
  • the above-mentioned object is further achieved with a device for detecting defects in the insulation of a cooling device, in particular a refrigerator, according to a method according to one of claims 1 to 11, the device being designed:
  • the transmission unit being configured to have a first wall and at least one second wall and an insulation layer arranged between the first wall and the at least one second wall
  • the transmission unit being configured to have a first wall and at least one second wall and an insulation layer arranged between the first wall and the at least one second wall
  • the receiving unit being configured to receive the modulated microwave or submillimeter wave radiation soaked through the housing section, and
  • the evaluation unit is configured to determine defects in the irradiated surface section from the propagation time differences between emitted and received modulated microwave or submillimeter wave radiation.
  • the device comprises a deformation-resistant frame structure on which the transmitting unit and the receiving unit are arranged in a defined relative position.
  • the frame structure can comprise a C-frame, in the open area of which the housing section to be examined can be inserted.
  • the frame structure comprises a combined transmitter and receiver unit for microwave or submillimeter-wave radiation, in particular in one unit, and a reflector unit, in particular in the form of a retroreflector, the detection of the defects using the
  • Reflector unit reflected microwave or submillimeter wave radiation is feasible.
  • Another aspect of the present invention relates to a system for producing cooling devices, in particular refrigerators, with a device for detecting defects in the insulation of a cooling device, in particular a refrigerator, according to one of claims 12 to 15.
  • FIG. 1 shows a refrigerator housing in a schematic perspective view
  • FIG. 2 shows the refrigerator housing of FIG. 1 with a plurality of inside, web-like projections for supporting shelves
  • Fig. 3 the implementation of a first measurement in reflection for the detection of
  • FIG. 1 schematically shows defects in a housing section of the refrigerator housing of FIG. 1
  • FIG. 4 shows the implementation of a second measurement for detecting defects in a housing section of the refrigerator housing of FIG. 2 in a schematic representation with web-like projections
  • Fig. 7 shows a sectional view of a housing section with a
  • a refrigerator housing K is shown in a schematic perspective view.
  • the refrigerator housing K is only shown schematically without a door and recess for the compressor.
  • the visible outside surfaces 4 * are examples of the invisible outside surfaces.
  • the outside surfaces 4 * are often, but not always, made of a metallic material which is not permeable to electromagnetic radiation, for this specific application for microwaves or submillimeter-wave radiation.
  • the inside of the refrigerator housing K has a generally plastic-based insert E, which separates the interior and the insulation layer (not visible in FIG. 1).
  • the visible inner surfaces 6 * here are examples of the further non-visible inner surfaces.
  • the inside surfaces 6 * are generally not flat, but have other geometric design features, as shown in Fig.2.
  • the inner and outer surfaces 6 *, 4 * are limited by the front and rear surfaces (not shown in detail).
  • FIG. 2 shows a refrigerator housing, as described in FIG. 1, with further design features 21.
  • These can be, for example, a plurality of inner, web-like projections 21 for supporting shelves, cutouts for spruce sources, the thermostat or thermostats, or other adaptations necessary for the interior of the cooling device.
  • the structural features can be realized on all inner surfaces 6 or only on individual surfaces.
  • FIG. 3 shows the implementation of a first measurement in reflection for the detection of defects in a housing section of the refrigerator housing from FIG. 1 in represented a schematic representation.
  • a combined transmitter and receiver unit 1 is provided schematically.
  • the protrusion shown of the combined transmitter and receiver unit 1 represents a dielectric lens which forms the radiation emitted by the internal antenna. In this illustration, it is intended to exemplify the emission and reception direction of the transmission and reception unit 1 combined in one structural unit.
  • the combined transmitting and receiving unit 1 sends in the direction of the test material, in this case a refrigerator housing section KG, microwave or submillimeter-wave radiation 2 and receives the radiation reflected by the refrigerator housing section KG 3.
  • the refrigerator housing section KG comprises at least partially transparent radiation for microwave or submillimeter-wave radiation first wall 6 as a component of the inner surfaces 6 * of the refrigerator housing K of FIG. 1, an opaque, reflective second wall 4 as a component of the outer surfaces 4 * of the refrigerator housing K and one arranged between the first wall 6 and the second wall 4 for microwaves - or submillimeter-wave radiation at least partially transparent insulation layer 5.
  • This can be formed, for example, by a polyurethane foam.
  • the emitted microwave or submillimeter-wave radiation 2 preferably in a frequency range of 10 and 500 GHz, radiates through the first wall 6 and the insulation layer 5 on the way and is reflected on the second wall 4.
  • the microwave or submillimeter-wave radiation passes through the insulation layer 5 and the first wall 6 again and can be received as reflected radiation 3 at the combined transmitting and receiving unit 1.
  • the combined transmitting and receiving unit 1 is connected to an evaluation unit for the transmitted and the received modulated microwave or submillimeter wave radiation, the evaluation unit being configured so that defects in the irradiated surface section can be determined from the propagation time differences between emitted and received modulated microwave or submillimeter wave radiation .
  • the evaluation unit is not shown in each case in the figures.
  • FIG. 4 shows the implementation of a second measurement for the detection of defects in a housing section KG of the refrigerator housing K with two of the web-like projections 21 described in FIG. 2.
  • the one in one unit Combined transmitter and receiver unit 1 transmits and receives the microwave or submillimeter wave radiation used as described in FIG. 3.
  • Different distances can be defined between the combined transmitting and receiving unit 1 and the individual walls / insulation layer 4, 5, 6 and are shown as double arrows 9, 10, 11.
  • the distance 11 denotes the distance between the combined transmitting and receiving unit 1 and the second wall 4, the distance 10 the distance between the combined transmitting and receiving unit 1 and a flat section of the inside surface 6.
  • the distance 9 represents the smallest distance between the projection 21 and the combined transmitting and receiving unit 1.
  • a possible defect 7 is shown in FIG. 4 and is located in the nose of the web-like projection 21.
  • the nose is not completely filled with insulation material and has a blow hole filled with air. The detection of such a blow hole is explained in connection with FIGS. 6a, 6c.
  • FIG. 5 shows the implementation of a third measurement in reflection for the detection of defects in a housing section of the refrigerator housing of FIG. 2 in a schematic representation with a radiation lobe.
  • the spread of electromagnetic radiation is complex. While the propagation was only shown very schematically in FIGS. 3 and 4, FIG. 5 schematically shows the radiation characteristic of the microwave or submillimeter-wave radiation emitted by the combined transmitter and receiver unit 1.
  • the electromagnetic radiation emitted here behaves in a simplified manner in the frequency range between 10 and 500 GHz, with reference to refraction and diffraction, comparable to visible light. Dielectric lenses and other equipment enable the radiation emitted to be shaped. In this way, for example, the opening angle of the main lobe 8 can be influenced.
  • the emitted microwave or submillimeter wave radiation 2 is represented by the beam path 8.
  • FIG. 6a-c schematically show the structure of the second measurement according to FIG. 4 with the associated frequency spectra.
  • FIG. 6a shows the situation as described in FIG. 4.
  • FIG. 6b. shows a frequency spectrum, as in a Distance measurement can be determined using microwave or submillimeter wave radiation using the FMCW method. It is the result of the calculation of the frequency spectrum from the transmitted and received signal. Depending on the frequency of the microwave or submillimeter wave radiation used, the distance to the reflecting second wall 4 and the opening angle of the beam lobe 8, different results can be measured. It applies to the FMCW method known from the prior art that a reduced frequency marks a correspondingly smaller distance. 6b shows four frequency maxima. The unnumbered first maximum is due to reflections within the combined transmitting and receiving unit 1.
  • the second maximum 12 is caused by the reflection on the bulge of the web-like projections 21 and thus represents the distance 9.
  • the third maximum 13 denotes the distance 10 and the fourth maximum 14 the distance 11.
  • FIG. 6c shows a possible frequency spectrum for a radio station detectable for microwave or submillimeter wave radiation. Here there is signal reflection at the interface between the insulation material and the cavity. As a result, an additional maximum 16 is visible.
  • a main lobe 8 is assumed for both frequency spectra FIGS. 6b and 6c, which is larger than a single bulge of the web-like projections 21. This allows several maxima. The frequency spectra are not to scale.
  • FIG. 7 shows the sectional view of a housing section KG as described in FIG. 2 with an additional extended radio operator 17 on the rear. 7 thus symbolizes a defect that is predominantly located on the reflecting second wall 4.
  • the flaw 17 can, however, also only lie within the insulation layer 5.
  • the shape, orientation, size and number of defects can be any.
  • FIG. 9 shows, in a schematic representation, the implementation of a fourth measurement by means of reflection for the detection of defects in a housing section KG of the refrigerator housing K of FIG. 2 with radiation lobe 8 and a measurement setup with a C-bracket 22 and distance measurement 23, 26, 27 on the rear .
  • the C-bracket 22 shown in FIG. 9 serves for the exact determination of the distance 25 between the reflecting second wall 4 and the combined transmitting and receiving unit 1.
  • a suitable sensor 23 arranged on the left leg of the C-bracket 22 measures for An example is an optical distance sensor, the distance 27 to the second wall 4.
  • the combined transmitting and receiving unit 1 is mounted on the right leg of the C-bracket 22 and points in the direction of the at least partially transparent first wall 6.
  • the microwave or submillimeter-wave radiation emitted by the combined transmitting and receiving unit 1 radiates through the partially transparent first wall 6 and the insulation layer 5 and is reflected on the second wall 4 inside the cooling device housing K, so that the radiation shines through the insulation layer 5 and the first wall 6 again and can be detected by the combined transmitter and receiver unit 1. With this arrangement, a distance 25 can be measured.
  • the measured distance 25 is not the geometric distance between the combined transmitting and receiving unit 1 and the inside of the reflecting second wall 4, but a distance influenced by the first wall 6 and insulation layer 5, which is dependent on the dielectric material parameters, in particular the refractive index in the frequency range the microwave or sub-millimeter radiation used is changed.
  • the distance 24 describes the distance between the two legs of the C-arm 22. If the dielectric parameters are known, the arrangement 1, 22, 23 and the distances 24, 25, 26 can be used to determine the density of the fluoroscopic material. In the case of the housing section KG of the refrigerator housing K, a measurement is possible before and after the foaming in order to determine the density or defects of the insulation material 5 in the direction of the beam propagation.
  • FIG. 10 schematically shows the implementation of a fifth measurement for the detection of imperfections in a housing section KG of the refrigerator housing K of FIG. 2 with a measurement setup with a C-bracket and reflector unit 28.
  • the second wall is 4x, in the present case the outside surface of the
  • Refrigerator housing K but instead of a metallic material also formed by a partially transparent to microwave or submillimeter-wave radiation material.
  • microwave or submillimeter-wave radiation is emitted in the direction of the housing section KG of the refrigerator housing K of FIG. 2 with the combined transmitting and receiving unit 1.
  • the emitted radiation indicated by the beam lobe 8, shines through the first wall 6, which is partially transparent to microwave or submillimeter-wave radiation, the insulation layer 5 and the second wall 4, which is also partly transparent.
  • a reflector unit or surface, in the present case a retroreflector, is located on the leg of the C-bracket 22 opposite the combined transmitting and receiving unit 1
  • the distance 25 and the distance to the retroreflector 28 can in turn be determined by the reflections at the boundary layers.
  • the arrangement 1, 22, 28, the measured distance 25 and the known distance 24 between the reflector unit 28 and the combined transmitting and receiving unit 1 make it possible to determine the density of the illuminated housing section KG of the refrigerator housing K. If the dielectric parameters are known, the density or imperfections of the insulation material 5 can be determined in the case of the refrigerator housing K during a measurement before and after the foaming.

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Abstract

Die vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion von Fehlstellen in der Isolation eines Kühlgerätes, umfassend folgende Schritte: - Bereitstellen eines Gehäuseabschnitts (KG) des Kühlgeräts (K), wobei der Gehäuseabschnitt (KG) eine erste Wand (6) und wenigstens eine zweite Wand (4) sowie eine zwischen der ersten Wand (6) und der wenigstens einen zweiten Wand (4, 4x) angeordnete Isolationsschicht (5) aufweist, wobei die Isolationsschicht (5) und wenigstens eine der ersten Wand (6) und der wenigstens einen zweiten Wand (4, 4x) jeweils durch ein für Mikrowellen oder Submillimeterwellen zumindest teilweise transparentes Material gebildet werden, - Bereitstellen einer Sendeeinheit (1) und einer Empfangseinheit (1) fü Mikrowellen- oder Submillimeterwellenstrahlung, - Bestrahlen eines zu untersuchenden Flächenabschnitts des Gehäuseabschnitts (KG) mit nach dem FMCW-Verfahren modulierter Mikrowellen- oder Submillimeterwellenstrahlung mittels der Sendeeinheit, - Empfangen der durch den Gehäuseabschnitt (KG) transmittierten modulierten Mikrowellen- oder Submillimeterwellenstrahlung mittels der Empfangseinheit, - Auswerten der gesendeten und der empfangenen modulierten Mikrowellen- oder Submillimeterwellenstrahlung in einer Auswerteeinheit, derart, dass aus den Laufzeitunterschieden zwischen ausgesendeter und empfangener modulierter Mikrowellen- oder Submillimeterwellenstrahlung Fehlstellen (7, 17) in dem bestrahlten Flächenabschnitt ermittelt werden. Ferner betrifft die Erfindung eine dazu geeignete Vorrichtung sowie ein Anlage zur Produktion von Kühlgeräten, insbesondere Kühlschränken.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Detektion von Fehlstellen in der Isolation eines
Kühlgerätes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Detektion von Fehlstellen in der Isolation eines Kühlgerätes, insbesondere eines Kühlschranks.
Bei der Herstellung energieeffizienter Kühlgeräte kommt es insbesondere auf eine wirksame Isolation des Kühlvolumens des jeweiligen Gerätes an. Dabei wird in der Regel ein zweischichtiges Gehäuse mit einem Isolationsmaterial ausgeschäumt. Im Einzelnen wird ein Reaktionsgemisch in die einen innen liegenden Kunststoffkörper und ein diesen umgebendes Metallgehäuse umfassende Kühlschrankform injiziert, wobei der Schäumvorgang zwischen dem Kunststoffkörper und der metallischen Umhausung stattfindet. Ziel ist die gleichmäßige und vollständige Ausschäumung des Zwischenraums mit dem Isolationsmaterial, in der Regel einem
Polyurethanwerkstoff. Bei der Ausschäumung von gedämmten Kühlgeräten, beispielsweise Kühlschränken, treten immer wieder technisch bedingte Fehlstellen auf. Diese Fehlstellen haben unterschiedliche Ursachen und äußern sich unter anderem in Dichteanomalien, veränderten Zellstrukturen oder Funkern, d.h.
unerwünschte Hohlräumen, an denen eine Fuftblase die Aufschäumung verhinderte. Auch kann es sich um Fremdkörper im Schaummaterial handeln. Derlei Fehlstellen sind unerwünscht, da sie die Dämmeigenschaften verändern und je nach Schwere zur Aussortierung des Kühlgerätes führen können.
Optische Prüfverfahren erweisen sich für die Ermittlung der Fehlstellen in dem Isolationsmaterial als ungeeignet, da das Metallgehäuse, der Kunststoffkörper und das Isolationsmaterial jeweils für visuelles Ficht undurchlässig sind.
Dementsprechend können die Fehlstellen bei Verwendung solcher Verfahren nach dem Aushärten des Schaumes nur durch eine invasive und destruktive Methode ermittelt werden. Nichtzerstörende Prüfverfahren sind aus dem Stand der Technik bekannt. Hierbei handelt es sich insbesondere um thermografische Verfahren, bei denen die Güte der Ausschäumung durch Auswertung eines Wärmebildes erfolgt, wobei oberflächennahe Fehlstellen oder Schwankungen in der Schaumdichte farblich dargestellt werden. Hierbei besteht jedoch das Problem, dass solche Verfahren nur in einem vergleichsweise kurzen Zeitraum nach dem Schäumvorgang eingesetzt werden können, da nach erfolgter Abkühlung des Schaumes keine thermografische Auswertung mehr möglich ist. Eine thermografische Analyse der Isolation kann zwar noch nachträglich nach einer oberflächlichen Erwärmung des Gehäuses des
Kühlgerätes erfolgen. Hier verfälscht jedoch der Wärmeabfluss in tiefere, kalte Schichten der Isolation das Ergebnis. Ein bekanntes thermografisches Verfahren zur Untersuchung der Isolierung von Kühlschränken ist beispielsweise in der EP 0 252 453 Bl beschrieben.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, welche/s eine zuverlässige Ermittlung von Fehlstellen verschiedener Art in der Isolation eines Kühlgerätes, insbesondere eines Kühlschranks, in einem zerstörungsfreien Prüfverfahren und unabhängig von der Temperatur und damit vom Produktionszeitpunkt erlaubt.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren zur Detektion von
Fehlstellen in der Isolation eines Kühlgerätes, insbesondere eines Kühlschranks, gelöst, welches folgende Verfahrensschritte umfasst:
Bereitstellen eines Gehäuseabschnitts des Kühlgeräts, wobei der
Gehäuseabschnitt eine erste Wand und wenigstens eine zweite Wand sowie eine zwischen der ersten Wand und der wenigstens einen zweiten Wand angeordnete Isolationsschicht aufweist, wobei die Isolationsschicht und wenigstens eine der ersten Wand und der wenigstens einen zweiten Wand jeweils durch ein für Mikrowellen oder Submillimeterwellen zumindest teilweise transparentes Material gebildet werden,
Bereitstellen einer Sendeeinheit und einer Empfangseinheit für Mikrowellen oder Submillimeterwellenstrahlung,
Bestrahlen eines zu untersuchenden Flächenabschnitts des
Gehäuseabschnitts mit nach dem FMCW-Verfahren modulierter
Mikrowellen- oder Submillimeterwellenstrahlung mittels der Sendeeinheit, Empfangen der durch den Gehäuseabschnitt transmittierten modulierten Mikrowellen- oder Submillimeterwellenstrahlung mittels der
Empfangseinheit,
Auswerten der gesendeten und der empfangenen modulierten Mikrowellen oder Submillimeterwellenstrahlung in einer Auswerteeinheit, derart, dass aus den Laufzeitunterschieden zwischen ausgesendeter und empfangener modulierter Mikrowellen- oder Submillimeterwellenstrahlung Fehlstellen in dem bestrahlten Flächenabschnitt ermittelt werden.
Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass durch den Einsatz von nach dem FMCW-Verfahren modulierter Mikrowellen- oder Submillimeterwellenstrahlung ein zuverlässiges und in verschiedenen Anwendungen etabliertes Messverfahren zur präzisen Bestimmung von Entfernungen verwendet wird, um basierend auf Laufzeitbetrachtungen beim Durchstrahlen des zu untersuchenden Gehäuseabschnitts Aussagen über die Qualität der Isolationsschicht im durchstrahlten Bereich machen zu können. Informationen zum FMCW-Verfahren finden sich beispielsweise unter der URL„www.radartutorial.eu“ oder in einschlägiger Fachliteratur.
Nach einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird in der
Auswerteeinheit ein Frequenzspektrum der in der Empfangseinheit empfangenen Mikrowellen- oder Submillimeterwellenstrahlung erzeugt, wobei das
Frequenzspektrum mit einem Referenzspektrum eines baugleichen, fehlstellenfreien Gehäuseabschnitts verglichen wird und wobei basierend auf den Abweichungen im Frequenzspektrum des untersuchten Gehäuseabschnitts gegenüber dem
Referenzspektrum Fehlstellen im untersuchten Gehäuseabschnitt charakterisiert werden. Dies bedeutet, dass anhand eines einfachen Vergleichs bei einer Messung an jeweils gleicher Position zwischen einem Frequenzspektrum einer fehlstellenfreien Probe gleicher Abmessung und dem durch schnelle Fourier-Transformation (FFT) ermittelten Frequenzspektrum der untersuchten Probe Laufzeitunterschiede bei der die Probe jeweils durchdringenden Strahlung detektiert werden können, aus denen sich Dichteanomalien im Isolationsmaterial ableiten lassen. So kann beispielsweise aus einer verkürzten Laufzeit bei der zu untersuchenden Probe gegenüber der Referenzprobe auf einen Hohlraum bzw. Lunker geschlossen werden. Ebenso kann bei einer verlängerten Laufzeit auf eine anomale Verdichtung des Isolationsmaterial entlang der Propagationsrichtung der Strahlung geschlossen werden.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Abstand zwischen der Sendeeinheit und der Empfangseinheit und die Dicke der Isolationsschicht zwischen der ersten Wand und der wenigstens einen zweiten Wand des Gehäuseabschnitts bekannt oder wird parallel zur Strahlungsbeaufschlagung gemessen. Sind die vorgenannten Größen bekannt oder werden sie parallel präzise gemessen, kann die Auswertung der Messung auch ohne Vergleich mit einer Referenzprobe erfolgen, da bei Kenntnis der Abmessungen und der Ausbreitungsgeschwindigkeit im
(fehlerfreien) Isolationsmaterial nach entsprechender Auswertung ebenso präzise Aussagen über Dichteanomalien entlang der Strahlpropagation gemacht werden können. Beispielsweise können hierdurch Lunker mit verschwindender
Materialdichte oder auch komprimiertes Isolationsmaterial mit entsprechender erhöhter Materialdichte detektiert werden. Die Position einer Lunkerstelle oder einer Dichteanomalie entlang der Strahlpropagationsrichtung kann hier jedoch nicht eindeutig bestimmt werden. Hierzu könnte mit einem zweiten Messstrahl, welcher winklig zum ersten in das zu untersuchende Material eingestrahlt wird, auch eine Tiefeninformation zur Fehlstellenposition ermittelt werden.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Messung in Reflexion , wobei die von der Sendeeinheit ausgestrahlte Mikrowellen- oder Submillimeterwellenstrahlung an einer für Mikrowellen- oder
Submillimeterwellenstrahlung reflektierenden Oberfläche auf die Empfangseinheit zurückreflektiert wird, wobei der zu untersuchende Gehäuseabschnitt wenigstens einmal von der Mikrowellen- oder Submillimeterwellenstrahlung, bevorzugt zweimal, durchstrahlt wird. Eine mehrfache Durchstrahlung der zu untersuchenden Probe sorgt in jedem Falle für ein verbessertes Signal-zu-Rauschverhältnis. Hierbei kann einerseits vorgesehen sein, dass die reflektierende Oberfläche durch eine bezogen auf den Gehäuseabschnitt separate Reflektoreinheit, insbesondere eine Retroreflektoreinheit, gebildet wird. Andererseits ist ebenso möglich, dass die reflektierende Oberfläche durch die wenigstens eine zweite Wand gebildet wird, wobei die Mikrowellen- oder Submillimeterwellenstrahlung die Isolationsschicht zweifach durchstrahlt.
Im Falle der Messung in Reflexion ist einer nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Sendeeinheit und die
Empfangseinheit für Mikrowellen- oder Submillimeterwellenstrahlung gemeinsam auf einer zur ersten Wand parallelen Ebene angeordnet sind, wobei bevorzugt die Sendeeinheit und die Empfangseinheit kombiniert in einer Baueinheit angeordnet sind. Dies vereinfacht den Messaufbau und die Durchführung des Verfahrens.
Um einen flächig ausgedehnten Gehäuseabschnitt zu untersuchen, ist nach einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, dass der Gehäuseabschnitt mittels einer wenigstens einer Linearführung gegenüber der Sendeeinheit und der
Empfangseinheit verfahrbar ist.
Wie an sich bekannt, können Laufzeitmessungen mittels Mikrowellen- oder Submillimeterwellenstrahlung durch schwankende Umgebungsparameter beeinflusst werden. Um diesen Einfluss in der Auswerteeinheit zu kompensieren, kann weiterhin vorgesehen sein, dass parallel zur Bestrahlung des Gehäuseabschnitts mit
Mikrowellen- oder Submillimeterwellenstrahlung Umgebungsparameter, insbesondere Luftfeuchtigkeit, Luftdruck, Umgebungstemperatur und/oder CO2- Gehalt in der Umgebungsluft, und/oder die Temperatur des Materials des
Gehäuseabschnitts gemessen werden.
In Bezug auf die eingesetzte modulierte Mikrowellen- oder
Submillimeterwellenstrahlung ist nach einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Gehäuseabschnitt mit modulierter Mikrowellen- oder
Submillimeterwellenstrahlung in einem Lrequenzbereich von 10 und 500 GHz bestrahlt wird.
Weiterhin bevorzugt ist, dass die Isolationsschicht Polyurethan enthält, insbesondere vollständig durch Polyurethan gebildet wird.
Die eingangs genannte Aufgabe wird ferner mit einer Vorrichtung zur Detektion von Lehlstellen in der Isolation eines Kühlgerätes, insbesondere eines Kühlschranks, gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist:
mit einer Sendeeinheit für Mikrowellen- oder Submillimeterwellenstrahlung, wobei die Sendeeinheit konfiguriert ist, einen eine erste Wand und wenigstens eine zweite Wand sowie eine zwischen der ersten Wand und der wenigstens einen zweiten Wand angeordnete Isolationsschicht aufweisenden Gehäuseabschnitt des Kühlgeräts mit nach dem FMCW-Verfahren modulierter Mikrowellen- oder Submillimeterwellenstrahlung zu bestrahlen,
mit einer Empfangseinheit für Mikrowellen- oder Submillimeterwellenstrahlung, wobei die Empfangseinheit konfiguriert ist, die durch den Gehäuseabschnitt trän smi tti erte modulierte Mikrowellen- oder Submillimeterwellenstrahlung zu empfangen, und
mit einer Auswerteeinheit für die gesendete und die empfangene modulierten Mikrowellen- oder Submillimeterwellenstrahlung, wobei die Auswerteeinheit konfiguriert ist, dass aus den Laufzeitunterschieden zwischen ausgesendeter und empfangener modulierter Mikrowellen- oder Submillimeterwellenstrahlung Fehlstellen in dem bestrahlten Flächenabschnitt zu ermitteln.
Für die Vorteile der Vorrichtung gilt das Vorstehende entsprechend.
Nach einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst diese eine verformungsfeste Rahmenstruktur, auf der die Sendeeinheit und die Empfangseinheit in definierter relativer Position angeordnet sind. Im Einzelnen kann die Rahmenstruktur einen C-Bügel umfassen, in dessen offenen Bereich der zu untersuchende Gehäuseabschnitt einführbar ist.
Ebenso kann vorgesehen sein, dass die Rahmenstruktur eine kombinierte Sende- und Empfangseinheit für Mikrowellen- oder Submillimeterwellenstrahlung, insbesondere in einer Baueinheit, sowie eine, insbesondere als Retroreflektor ausgebildete, Reflektoreinheit umfasst, wobei die Detektion der Fehlstellen mittels an der
Reflektoreinheit reflektierter Mikrowellen- oder Submillimeterwellenstrahlung durchführbar ist.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Anlage zur Produktion von Kühlgeräten, insbesondere Kühlschränken, mit einer Vorrichtung zur Detektion von Fehlstellen in der Isolation eines Kühlgerätes, insbesondere eines Kühlschranks, gemäß einem der Ansprüche 12 bis 15.
Wiederum gilt für die Vorteile der erfindungsgemäßen Anlage das vorstehend Gesagte entsprechend. Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Kühlschrankgehäuse in schematischer perspektivischer Ansicht,
Fig. 2 das Kühlschrankgehäuse der Fig. 1 mit einer Mehrzahl von innenseitigen, stegartigen Vorsprüngen zur Auflage von Einlegeböden,
Fig. 3 die Durchführung einer ersten Messung in Reflexion zur Detektion von
Fehlstellen in einem Gehäuseabschnitt des Kühlschrankgehäuses der Fig. 1 in schematischer Darstellung, Fig. 4 die Durchführung einer zweiten Messung zur Detektion von Fehlstellen in einem Gehäuseabschnitt des Kühlschrankgehäuses der Fig. 2 in schematischer Darstellung mit stegartigen Vorsprüngen,
Fig. 5 die Durchführung einer dritten Messung in Reflexion zur Detektion von
Fehlstellen in einem Gehäuseabschnitt des Kühlschrankgehäuses der Fig. 1 in schematischer Darstellung mit dargestellter Strahlungskeule,
Fig. 6a-c der Aufbau der zweiten Messung gemäß Fig. 4 mit den zugehörigen
Frequenzspektren,
Fig. 7 die Darstellung eines Gehäuseabschnitts in Schnittansicht mit einem
ausgedehnten rückseitigen Funker,
Fig. 8a, b den bestrahlten Gehäuseabschnitt aus Fig. 7 mit zugehörigem
Frequenzspektrum,
Fig. 9 die Durchführung einer vierten Messung in Reflexion zur Detektion von
Fehlstellen in einem Gehäuseabschnitt des Kühlschrankgehäuses der Fig. 2 in schematischer Darstellung mit dargestellter Strahlungskeule und einem Messaufbau mit C-Bügel und rückseitiger Abstandsmessung, und
Fig. 10 die Durchführung einer fünften Messung in Reflexion zur Detektion von
Fehlstellen in einem Gehäuseabschnitt des Kühlschrankgehäuses der Fig. 2 in schematischer Darstellung mit einem Messaufbau mit C-Bügel und Reflektoreinheit.
In Fig. 1 ist ein Kühlschrankgehäuse K in schematischer perspektivischer Ansicht dargestellt. Das Kühlschrankgehäuse K ist lediglich schematisch ohne Tür und Aussparung für den Kompressor dargestellt. Die sichtbaren außenseitigen Flächen 4* stehen beispielhaft für die nichtsichtbaren außenseitigen Flächen. Die außenseitigen Flächen 4* sind oft, aber nicht immer, aus einem metallischen, für elektromagnetische Strahlung, für diese konkreten Anwendungsfall für Mikrowellen oder Submillimeterwellenstrahlung, nicht durchlässigen Material gefertigt. Das Kühlschrankgehäuse K besitzt innenseitig einen in der Regel auf Kunststoff basierenden Einleger E, welcher den Innenraum und die Isolationsschicht (nicht sichtbar in Fig. 1) trennt. Die sichtbaren innenseitig liegenden Flächen 6* stehen hier beispielhaft für die weiteren nicht sichtbaren innenseitig liegenden Flächen. Die innenseitigen Flächen 6* sind in der Regel nicht plan, sondern haben weitere geometrische Konstruktionsmerkmale, wie in Fig.2 dargestellt. Die innen- und außenliegenden Flächen 6*, 4* werden durch die front- und rückseitige Flächen begrenzt (nicht im Einzelnen dargestellt).
In Fig. 2 ist ein Kühlschrankgehäuse, wie in Fig. 1 beschrieben, mit weiteren konstruktiven Merkmalen 21 dargestellt. Diese können zum Beispiel eine Mehrzahl von innenseitigen, stegartigen Vorsprüngen 21 zur Auflage von Einlegeböden, Aussparungen für Fichtquellen, das oder die Thermostate, oder weitere für den Innenausbau des Kühlgerätes notwendige Anpassungen sein. Die konstruktiven Merkmale können auf allen innenseitigen Flächen 6 realisiert werden oder nur auf einzelnen Flächen.
In Fig. 3 ist die Durchführung einer ersten Messung in Reflexion zur Detektion von Fehlstellen in einem Gehäuseabschnitt des Kühlschrankgehäuses aus Fig. 1 in schematischer Darstellung dargestellt. Vorgesehen ist schematische eine kombinierte Sende- und Empfangseinheit 1. Die dargestellte Vorwölbung der kombinierten Sende- und Empfangseinheit 1 stellt eine dielektrische Linse dar, welche die durch die innenliegende Antenne ausgesandte Strahlung formt. In dieser Darstellung soll es exemplarisch die Ausstrahlungs- und Empfangsrichtung der in einer Baueinheit kombinierten Sende- und Empfangseinheit 1 darstellen. Die kombinierte Sende- und Empfangseinheit 1 sendet in Richtung des Prüfgutes, in diesem Fall eines Kühlschrankgehäuseabschnitts KG, Mikrowellen- oder Submillimeterwellen strahlung 2 und empfängt die vom Kühlschrankgehäuseabschnitts KG reflektierte Strahlung 3. Der Kühlschrankgehäuseabschnitts KG umfasst vorliegend eine für Mikrowellen- oder Submillimeterwellenstrahlung zumindest teilweise transparente erste Wand 6 als Bestandteil der innenseitigen Flächen 6* des Kühlschrankgehäuses K der Fig. 1, eine undurchlässige, reflektierende zweite Wand 4 als Bestandteil der außenseitigen Flächen 4* des Kühlschrankgehäuses K sowie eine zwischen der ersten Wand 6 und der zweiten Wand 4 angeordnete für Mikrowellen- oder Submillimeterwellen-strahlung zumindest teilweise transparente Isolationsschicht 5 auf. Diese kann beispielsweise durch einen Polyurethanschaum gebildet sein. Die ausgesendete Mikrowellen- oder Submillimeterwellenstrahlung 2, bevorzugt in einem Frequenzbereich von 10 und 500 GHz, durchstrahlt dabei auf dem Weg die erste Wand 6 und die Isolationsschicht 5 und wird an der zweiten Wand 4 reflektiert. Dabei durchläuft die Mikrowellen- oder Submillimeterwellenstrahlung nochmals die Isolationsschicht 5 und die erste Wand 6 und kann als reflektierte Strahlung 3 an der kombinierten Sende- und Empfangseinheit 1 empfangen werden. Die kombinierte Sende- und Empfangseinheit 1 ist mit einer Auswerteeinheit für die gesendete und die empfangene modulierten Mikrowellen- oder Submillimeterwellenstrahlung verbunden, wobei die Auswerteeinheit konfiguriert ist, dass aus den Laufzeitunterschieden zwischen ausgesendeter und empfangener modulierter Mikrowellen- oder Submillimeterwellenstrahlung Fehlstellen in dem bestrahlten Flächenabschnitt zu ermitteln. In die Fig. ist die Auswerteeinheit jeweils nicht dargestellt.
In Fig. 4 ist die Durchführung einer zweiten Messung zur Detektion von Fehlstellen in einem Gehäuseabschnitt KG des Kühlschrankgehäuses K mit zwei der in Fig. 2 beschriebenen stegartigen Vorsprünge 21 dargestellt. Die in einer Baueinheit kombinierten Sende- und Empfangseinheit 1 sendet und empfängt die verwendete Mikrowellen- oder Submillimeterwellenstrahlung wie in Fig. 3 beschrieben. Zwischen der kombinierten Sende- und Empfangseinheit 1 und den einzelnen Wände/Isolationsschicht 4,5,6 können verschiedene Abstände definiert werden und sind als Doppelpfeile 9, 10, 11 dargestellt. Der Abstand 11 bezeichnet die Distanz zwischen der kombinierten Sende- und Empfangseinheit 1 und der zweiten Wand 4, der Abstand 10 die Distanz zwischen der kombinierten Sende- und Empfangseinheit 1 und einem planen Abschnitt der innenseitigen Fläche 6. Der Abstand 9 stellt den geringsten Abstand zwischen dem Vorsprung 21 und der kombinierten Sende- und Empfangseinheit 1 dar. Durch die innenseitige Aufschäumung der Isolationsschicht 5 können unterschiedlichste Fehlstellen entstehen. Eine mögliche Fehlstelle 7 ist in in Fig. 4 dargestellt und befindet sich in der Nase des stegartigen Vorsprungs 21. Hierbei ist die Nase nicht gänzlich mit Isolationsmaterial gefüllt und weist eine mit Luft gefüllte Lunkerstelle auf. Die Detektion einer solchen Lunkerstelle wird im Zusammenhang mit den Fig. 6a, 6c erläutert.
In Fig. 5 ist die Durchführung einer dritten Messung in Reflexion zur Detektion von Fehlstellen in einem Gehäuseabschnitt des Kühlschrankgehäuses der Fig. 2 in schematischer Darstellung mit einer Strahlungskeule dargestellt. Die Ausbreitung elektromagnetischer Strahlung ist komplex. Während in den Fig. 3 und 4 die Ausbreitung nur sehr schematisch dargestellt wurde, ist in der Fig. 5 schematisch die Abstrahlcharakteristik der durch die kombinierte Sende- und Empfangseinheit 1 abgestrahlten Mikrowellen- oder Submillimeterwellenstrahlung dargestellt. Vereinfacht verhält sich die hier emittierte elektromagnetische Strahlung im Frequenzbereich zwischen 10 und 500 GHz, bezugnehmend auf Brechung und Beugung, vergleichbar zu sichtbaren Licht. Dielektrische Linsen und andere Apparaturen ermöglichen ein Formen der ausgesendeten Strahlung. Hierdurch kann zum Beispiel der Öffnungswinkel der Hauptkeule 8 beeinflusst werden. Die ausgesendete Mikrowellen- oder Submillimeterwellenstrahlung 2 wird durch den Strahlverlauf 8 dargestellt.
In Fig. 6a-c sind der Aufbau der zweiten Messung gemäß Fig. 4 mit den zugehörigen Frequenzspektren schematisch dargestellt. Fig. 6a stellt den Sachverhalt wie in Fig. 4 beschrieben dar. Fig. 6b. zeigt ein Frequenzspektrum, wie es bei einer Distanzmessung mittels Mikrowellen- oder Submillimeterwellenstrahlung im FMCW-Verfahren ermittelt werden kann. Es ist das Ergebnis der Berechnung des Frequenzspektrums aus dem ausgesendeten und empfangendem Signal. Je nach Frequenz der verwendeten Mikrowellen- oder Submillimeterwellenstrahlung, dem Abstand zur reflektierenden zweiten Wand 4 und dem Öffnungswinkel der Strahlenkeule 8 sind unterschiedliche Ergebnisse messbar. Für das aus dem Stand der Technik bekannte FMCW-Verfahren gilt, dass eine verringerte Frequenz einen entsprechend geringeren Abstand markiert. Fig. 6b stellt hierbei vier Frequenzmaxima dar. Das nicht nummerierte erste Maximum ist auf Reflexionen innerhalb der kombinierten Sende- und Empfangseinheit 1 zurückzuführen. Diese sind sensorspezifisch und fallen in Form, Intensität und Breite unterschiedlich aus. Das zweite Maximum 12 wird durch die Reflexion an der Auswölbung der stegartigen Vorsprünge 21 verursacht und stellt somit den Abstand 9 dar. Analog kennzeichnet das dritte Maximum 13 den Abstand 10 und das vierte Maximum 14 den Abstand 11. Fig. 6c zeigt ein mögliches Frequenzspektrum für eine für Mikrowellen- oder Submillimeterwellenstrahlung detektierbare Funkerstelle. Hier erfolgt eine Signalreflexion an der Grenzfläche zwischen Isolationsmaterial und Hohlraum. Hierdurch ist ein zusätzliches Maximum 16 sichtbar. Für beide Frequenzspektren Fig. 6b und 6c wird eine Hauptkeule 8 angenommen, welche größer als eine einzelne Auswölbung der stegartigen Vorsprünge 21 ist. Hierdurch sind mehrere Maxima möglich. Die Frequenzspektren sind nicht maßstabsgerecht.
In Fig. 7 ist die Schnittansicht eines Gehäuseabschnitts KG wie in Fig. 2 beschrieben mit einem zusätzlichen ausgedehnten rückseitigen Funker 17 dargestellt. Fig. 7 symbolisiert damit eine Fehlstelle, welche sich überwiegend an der reflektierenden zweiten Wand 4 befindet. Die Fehlstelle 17 kann aber auch nur innerhalb der Isolationsschicht 5 liegen. Form, Ausrichtung, Größe und Anzahl der Fehlstellen können beliebig sein.
In Fig. 8a-b werden der bestrahlte Gehäuseabschnitt KG aus Fig. 7 mit zugehörigem Frequenzspektrum dargestellt. Für den Fall, das die Fehlstelle 17 größer als die Hauptkeule 8 ist, äußert sich dies in einer Änderung der Signallaufzeit bzw. (Zwischenkreis)frequenz im dargestellten Frequenzspektrum und damit in einer Änderung des gemessenen Abstandes zwischen kombinierter Sende- und Empfangseinheit 1 und zweiter Wand 4. Dementsprechend ist das
Frequenzmaximum an Stelle 18 in Fig. 8b verschoben.
In Fig. 9 ist in schematischer Darstellung die Durchführung einer vierten Messung mittels Reflexion zur Detektion von Fehlstellen in einem Gehäuseabschnitt KG des Kühlschrankgehäuses K der Fig. 2 mit Strahlungskeule 8 und einem Messaufbau mit C-Bügel 22 und rückseitiger Abstandsmessung 23,26,27 dargestellt. Der in Fig. 9 dargestellte C-Bügel 22 dient zur exakten Bestimmung des Abstandes 25 zwischen der reflektierenden zweiten Wand 4 und der kombinierten Sende- und Empfangseinheit 1. Hierzu misst ein am vorliegend linken Schenkel des C-Bügels 22 angeordneter geeigneter Sensor 23, zum Beispiel ein optischer Abstandssensor, den Abstand 27 zur zweiten Wand 4. Mit Kenntnis der Anordnung des Sensors 23 kann der Abstand 26, welcher zwischen dem C-Bügel 22 und der zweiten Wand 4 besteht, ermittelt werden. Die kombinierte Sende- und Empfangseinheit 1 ist am vorliegend rechten Schenkel des C-Bügels 22 montiert und zeigt in Richtung der zumindest teilweise transparenten ersten Wand 6. Die von der kombinierten Sende- und Empfangseinheit 1 ausgesendete Mikrowellen- oder Submillimeterwellenstrahlung durchstrahlt die teilweise transparente erste Wand 6 und die Isolationsschicht 5 und wird an der im Kühlgerätegehäuse K innenliegenden zweiten Wand 4 reflektiert, so dass die Strahlung die Isolationsschicht 5 und die erste Wand 6 nochmals durchleuchtet und durch die kombinierte Sende- und Empfangseinheit 1 detektiert werden kann. Durch diese Anordnung kann ein Abstand 25 gemessen werden. Der gemessene Abstand 25 ist dabei nicht der geometrische Abstand zwischen kombinierter Sende- und Empfangseinheit 1 und der Innenseite der reflektierenden zweiten Wand 4, sondern ein durch die erste Wand 6 und Isolationsschicht 5 beeinflusster Abstand, welcher in Abhängigkeit der dielektrischen Materialparameter, insbesondere Brechungsindex im Frequenzbereich der eingesetzten Mikrowellen- oder Submillimeterstrahlung, verändert wird. Der Abstand 24 beschreibt den Abstand zwischen den beiden Schenkeln des C-Bügels 22. Sind die dielektrischen Parameter bekannt, kann mit dieser Anordnung 1, 22, 23 und den Abständen 24, 25, 26 die Dichte des durchleuchteten Materials ermittelt werden. Für den Fall des Gehäuseabschnitts KG des Kühlschrankgehäuses K ist eine Messung vor und nach der Verschäumung möglich, um so die Dichte oder Fehlstellen des Isolationsmaterials 5 in Strahlpropagationsrichtung zu ermitteln. In Fig. 10 wird schematisch die Durchführung einer fünften Messung zur Detektion von Fehlstellen in einem Gehäuseabschnitt KG des Kühlschrankgehäuses K der Fig. 2 in mit einem Messaufbau mit C-Bügel und Reflektoreinheit 28 dargestellt. In Fig. 10 ist die zweite Wand 4x, vorliegend die außenseitige Fläche des
Kühlschrankgehäuses K, jedoch anstatt durch ein metallisches Material ebenfalls durch ein für Mikrowellen- oder Submillimeterwellenstrahlung teilweise transparentes Material gebildet. Analog zu Fig. 9 wird mit der kombinierten Sende- und Empfangseinheit 1 Mikrowellen- oder Submillimeterwellenstrahlung in Richtung des Gehäuseabschnitts KG Kühlschrankgehäuses K der Fig. 2 emittiert. Die emittierte Strahlung, angedeutet durch den Strahlkeule 8, durchstrahlt die für Mikrowellen- oder Submillimeterwellenstrahlung teilweise transparente erste Wand 6, die Isolationsschicht 5 sowie die zweite ebenfalls teilweise transparente Wand 4x. Am zur kombinierten Sende- und Empfangseinheit 1 gegenüberliegenden Schenkel des C-Bügels 22 ist eine Reflektoreinheit oder Fläche, vorliegend ein Retroreflektor
28, montiert, um die von der kombinierten Sende- und Empfangseinheit 1 emittierte Strahlung derart zu reflektieren, dass die Wände 4x, 6 sowie die Isolationsschicht 5 nochmals durchstrahlt werden und die Mikrowellen- oder Submillimeterwellenstrahlung durch die kombinierte Sende- und Empfangseinheit 1 wieder empfangen wird. Durch die Reflexionen an den Grenzschichten ist wiederum der Abstand 25 sowie der Abstand zum Retroreflektor 28 ermittelbar. Durch die Anordnung 1, 22, 28, den gemessen Abstand 25 und den bekannten Abstand 24 zwischen Reflektoreinheit 28 und kombinierter Sende- und Empfangseinheit 1, ist eine Bestimmung der Dichte des durchleuchteten Gehäuseabschnitts KG des Kühlschrankgehäuses K möglich. Sind die dielektrischen Parameter bekannt, kann für den Fall des Kühlschrankgehäuses K bei einer Messung vor und nach der Verschäumung die Dichte oder Fehlstellen des Isolationsmaterials 5 ermittelt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Detektion von Fehlstellen (7, 17) in der Isolation eines
Kühlgerätes (K), insbesondere eines Kühlschranks, g e k e n n z e i c h n e t durch folgende Verfahrensschritte:
Bereitstellen eines Gehäuseabschnitts (KG) des Kühlgeräts (K), wobei der Gehäuseabschnitt (KG) eine erste Wand (6) und wenigstens eine zweite Wand (4) sowie eine zwischen der ersten Wand (6) und der wenigstens einen zweiten Wand (4, 4x) angeordnete Isolationsschicht (5) aufweist, wobei die Isolationsschicht (5) und wenigstens eine der ersten Wand (6) und der wenigstens einen zweiten Wand (4, 4x) jeweils durch ein für Mikrowellen oder Submillimeterwellen zumindest teilweise transparentes Material gebildet werden,
Bereitstellen einer Sendeeinheit (1) und einer Empfangseinheit (1) für Mikrowellen- oder Submillimeterwellenstrahlung,
Bestrahlen eines zu untersuchenden Flächenabschnitts des
Gehäuseabschnitts (KG) mit nach dem FM CW- Verfahren modulierter Mikrowellen- oder Submillimeterwellenstrahlung mittels der Sendeeinheit, Empfangen der durch den Gehäuseabschnitt (KG) transmittierten modulierten Mikrowellen- oder Submillimeterwellenstrahlung mittels der
Empfangseinheit,
Auswerten der gesendeten und der empfangenen modulierten Mikrowellen oder Submillimeterwellenstrahlung in einer Auswerteeinheit, derart, dass aus den Laufzeitunterschieden zwischen ausgesendeter und empfangener modulierter Mikrowellen- oder Submillimeterwellenstrahlung Fehlstellen (7,
17) in dem bestrahlten Flächenabschnitt ermittelt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s
in der Auswerteeinheit ein Frequenzspektrum der in der Empfangseinheit empfangenen Mikrowellen- oder Submillimeterwellenstrahlung erzeugt wird, wobei das Frequenzspektrum (12, 13, 14, 16, 18) mit einem Referenzspektrum eines baugleichen, fehlstellenfreien Gehäuseabschnitts verglichen wird und wobei basierend auf den Abweichungen im Frequenzspektrum des untersuchten Gehäuseabschnitts gegenüber dem Referenzspektrum Fehlstellen (7, 17) im untersuchten Gehäuseabschnitt (KG) charakterisiert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Abstand zwischen der Sendeeinheit und der Empfangseinheit und die Dicke der Isolationsschicht (5) zwischen der ersten Wand (6) und der wenigstens einen zweiten Wand (4, 4x) des Gehäuseabschnitts (KG) bekannt ist oder gemessen wird,
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3
dadurch gekennzeichnet, dass.
die Messung in Reflexion erfolgt, wobei die von der Sendeeinheit ausgestrahlte Mikrowellen- oder Submillimeterwellenstrahlung an einer für Mikrowellen oder Submillimeterwellenstrahlung reflektierenden Oberfläche (4, 28) auf die Empfangseinheit zurückreflektiert wird, wobei der zu untersuchende
Gehäuseabschnitt (KG) wenigstens einmal von der Mikrowellen- oder
Submillimeterwellenstrahlung durchstrahlt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die reflektierende Oberfläche durch eine Retroreflektoreinheit (28) gebildet wird, wobei die Mikrowellen- oder Submillimeterwellenstrahlung die
Isolationsschicht (5) zweifach durchstrahlt.
6. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die reflektierende Oberfläche durch die wenigstens eine zweite Wand (4) gebildet wird, wobei die Mikrowellen- oder Submillimeterwellenstrahlung die Isolationsschicht (5) zweifach durchstrahlt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Sendeeinheit und die Empfangseinheit für Mikrowellen- oder Submillimeterwellenstrahlung gemeinsam auf einer zur ersten Wand parallelen Ebene angeordnet sind, wobei bevorzugt die Sendeeinheit und die
Empfangseinheit kombiniert in einer Baueinheit (1) angeordnet sind.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Gehäuseabschnitt (KG) mittels einer wenigstens einer Linearführung gegenüber der Sendeeinheit und der Empfangseinheit verfahrbar ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
parallel zur Bestrahlung des Gehäuseabschnitts (KG) mit Mikrowellen- oder Submillimeterwellenstrahlung Umgebungsparameter, insbesondere
Luftfeuchtigkeit, Luftdruck, Umgebungstemperatur und/oder CCk-Gehalt in der Umgebungsluft, und/oder die Temperatur des Materials des Gehäuseabschnitts gemessen werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Gehäuseabschnitt (KG) mit modulierter Mikrowellen- oder
Submillimeterwellenstrahlung in einem Frequenzbereich von 10 und 500 GFlz bestrahlt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Isolationsschicht Polyurethan enthält, insbesondere vollständig durch Polyurethan gebildet wird.
12. Vorrichtung zur Detektion von Fehlstellen in der Isolation eines Kühlgerätes, insbesondere eines Kühlschranks (K), gemäß einem Verfahren nach einem der
Ansprüche 1 bis 11
mit einer Sendeeinheit für Mikrowellen- oder
Submillimeterwellenstrahlung, wobei die Sendeeinheit konfiguriert ist, einen eine erste Wand (6) und wenigstens eine zweite Wand (4) sowie eine zwischen der ersten Wand und der wenigstens einen zweiten Wand angeordnete Isolationsschicht (5) aufweisenden Gehäuseabschnitt (KG) des Kühlgeräts mit nach dem FMCW-Verfahren modulierter Mikrowellen- oder Submillimeterwellenstrahlung zu bestrahlen,
mit einer Empfangseinheit für Mikrowellen- oder
Submillimeterwellenstrahlung, wobei die Empfangseinheit konfiguriert ist, die durch den Gehäuseabschnitt (KG) transmittierte modulierte
Mikrowellen- oder Submillimeterwellenstrahlung zu empfangen, und mit einer Auswerteeinheit für die gesendete und die empfangene modulierten Mikrowellen- oder Submillimeterwellenstrahlung, wobei die Auswerteeinheit konfiguriert ist, dass aus den Laufzeitunterschieden zwischen ausgesendeter und empfangener modulierter Mikrowellen- oder Submillimeterwellenstrahlung Fehlstellen in dem bestrahlten
Flächenabschnitt zu ermitteln.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Vorrichtung eine verformungsfeste Rahmenstruktur (22) umfasst, auf der die Sendeeinheit und die Empfangseinheit in definierter relativer Position angeordnet sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Rahmenstruktur einen C-Bügel (22) umfasst, in dessen offenen Bereich der zu untersuchende Gehäuseabschnitt einführbar ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 oder 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Rahmenstruktur (22) eine kombinierte Sende- und Empfangseinheit (1) für Mikrowellen- oder Submillimeterwellenstrahlung, insbesondere in einer Baueinheit, sowie eine, insbesondere als Retroreflektor ausgebildete,
Reflektoreinheit (28) umfasst, wobei die Detektion der Fehlstellen mittels an der Reflektoreinheit reflektierter Mikrowellen- oder Submillimeterwellenstrahlung durchführbar ist.
16. Anlage zur Produktion von Kühlgeräten, insbesondere Kühlschränken (K), mit einer Vorrichtung zur Detektion von Fehlstellen in der Isolation eines
Kühlgerätes, insbesondere eines Kühlschranks (K), gemäß einem der Ansprüche
12 bis 15.
PCT/EP2019/077692 2018-10-15 2019-10-14 Verfahren und vorrichtung zur detektion von fehlstellen in der isolation eines kühlgerätes WO2020078866A1 (de)

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