DE102004031184B3 - Karosseriekomponente - Google Patents

Abstract

Es wird eine Karosseriekomponente mit zumindest einem Strukturbauteil 1, 2, 3 aus Blech vorgeschlagen, bei dem zur Risserkennung eine Detektor-Einheit 6 vorgesehen ist, welche mit einer Diagnoseeinheit 7 in Verbindung steht. Die Detektor-Einheit 6 kann Mittel 8 zur Schallmessung oder zur Messung von elektrischen Signalen aufweisen. Ferner kann am Strukturbauteil 1 eine Piezofolie 10 vorgesehen sein, über die eine Kompensationsschwingung zur Dämpfung von Störschwingungen erzeugt werden kann.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Karosseriekomponente eines Kraftfahrzeugs mit zumindest einem Strukturbauteil aus Blech.
• Eine selbsttragende Karosserie besteht aus mehreren hunderten verschieden geformten Blechteilen, Blechhohlkörpern und Schalen. Zu den sogenannten Strukturbauteilen zählen alle tragenden stabilitäts- und sicherheitsrelevanten Karosseriekomponenten, beispielsweise Längs- und Querträger, Seitenschweller und die A-, B- oder C-Säulen. Aus technischer Sicht müssen diese immer ein Höchstmaß an Sicherheit garantieren. Die Karosseriesteifigkeit ist einer der wesentlichen Schlüssel für Sicherheit, Stabilität, Komfort und Haltbarkeit eines Kraftfahrzeugs. Eine Verformung der Karosserie würde sich unmittelbar auf das gesamte Fahrverhalten des Fahrzeugs auswirken.
• Durch immer größer werdenden Wartungs- und Inspektionsintervalle, möglichst geringe Wandstärken der Strukturbauteile sowie Einsparung von Fügeverbindungen, insbesondere Schweißnähten, werden die Karosserie und deren Strukturbauteile immer mehr belastet. Insbesondere an kritischen Verbindungsstellen, die im Fahrbetrieb statischen und hohen dynamischen Belastungen, insbesondere Schwingungsbelastungen unterliegen, kann es zu Bauteilermüdungen bis hin zur Rissbildung kommen. Eine Beschädigung von tragenden Strukturbauteilen der Karosserie ist jedoch insbesondere unter Sicherheitsaspekten problematisch.
• Durch die DE 103 25 406 A1 gehört eine Ultraschallprüfeinrichtung zum Stand der Technik. Die Ultraschallprüfeinrichtung kann an einem Strukturbauteil beispielsweise im Fahrzeugbau durch Kleben befestigt werden. Sie umfasst eine Detektoreinheit zur Risserkennung, die aus einer Piezofolie besteht und die mit einem Steuergerät in Verbindung steht.
• In der DE 199 36 552 A1 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Indizierung von Anrissen bei umlaufenden Transmissionsriemen offenbart. Dazu werden in den Transmissionsriemen innen oder außen an der Oberfläche elektrische Leiter oder magnetisches Material integriert und über eine geeignete Sensorik erfasst, so dass Anrisse rechtzeitig erkannt werden können.
• Die DE 198 37 369 A1 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Risserkennung bei der Tiefziehverformung auf. Hierzu werden in einer Ziehpresse die bei der Umformung entstehenden Geräusche des Werkstücks mittels Körperschallsensoren aufgenommen. Die in der Verformungszone aufgenommenen Körperschallsignale werden unter Ausblendung der Störsignale ausgewertet und zur Risserkennung herangezogen.
• Die DE 600 02 450 T2 zeigt eine Achsnabeneinheit für Schienenfahrzeuge auf, wobei an einem Achslagergehäuse eine Sensoreinheit zum Detektieren von Schwingungen befestigt ist. Eine elektronische Prozessoreinheit analysiert die aufgenommenen Schwingungen in Echtzeit und zeigt unmittelbar einen möglichen Ausfall oder Schaden an der überwachten Nabeneinheit an.
• Die DD 293 428 A5 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung von Dopplungen in Blechen. Bei der Verformung des Blechs werden auftretende Körperschallsignale erfasst und über eine Auswerteeinheit analysiert. Als Vorrichtung wird dazu ein planer Prüftisch mit einseitiger Blechspannvorrichtung beschrieben, bei dem Schallsensoren derart angeordnet sind, dass sie gleichschenklige Dreiecke bilden. Hierbei zeigen die Spitzen der Schallsensoren in das Zentrum des zu prüfenden Blechs. Im Zentrum sind ein Bauteildeformationssensor sowie ein weiterer Schallsensor positioniert.
• In der EP 0 589 066 B1 wird ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen mittels durch Kraft- oder Druckeinwirkung beeinflusster Umformprozesse beschrieben. Dazu wird der Krafteinfluss über die Zeit gemessen und mit einem Gutteil verglichen. Über direkte Messung oder Korrelationsberechnungen kann über eine Steuereinheit festgestellt werden, ob ein Reißen oder eine Faltung des zu prüfenden Teils vorliegt.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kraftfahrzeug sicherheitstechnisch zu verbessern und eine Karosseriekomponente aufzuzeigen, bei dem eine Schadensfrüherkennung möglich ist.
• Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in einer Karosseriekomponente gemäß den Merkmalen von Patentanspruch 1.
• Die Risserkennung an der Karosseriekomponente wird über eine elektrische Analyse durchgeführt, beispielsweise durch eine elektrische Widerstands- oder Spannungsmessung. Hierzu weist die Detektor-Einheit Mittel zur Messung elektrischer Signale auf. Hierbei handelt es sich um am Strukturbauteil applizierte Spannungssonden, eine Spannungsquelle und einen Strom-, Spannungs- oder Widerstandsmesser.
• Ein elektrisches Prüfverfahren ist beispielsweise auch gut geeignet, um die Qualität von Klebeverbindungen des Strukturbauteils bzw. zwischen Strukturbauteilen zu prüfen. Der Klebefilm zwischen den Blechen eines Strukturbauteils oder zwischen den Strukturbauteilen wirkt als Isolator. Wird die Verbindung unterbrochen, führt dies zu einer Änderung eines elektrischen Eingangssignals, beispielsweise einer angelegten Spannung. Diese Zustandsänderung wird zur Risserkennung herangezogen.
• Die Karosseriekomponente besteht aus zumindest einem Strukturbauteil aus Blech. Erfindungsgemäß ist dem Strukturbauteil eine Detektor-Einheit zur Risserkennung zugeordnet, welche mit einer Diagnoseeinheit in Verbindung steht.
• Über die Detektor-Einheit werden Risse an dem Strukturbauteil bzw. zwischen miteinander verbundenen Strukturbauteilen ermittelt und über die Diagnoseeinheit zur Anzeige gebracht. Die Beschädigung wird erkannt, bevor es zu größeren Schäden oder dem Komplettversagen der Karosseriekomponente kommt. Schwerwiegende Unfälle können so vermieden werden. Bei Auftreten eines Risses an der Karosseriekomponente wird dies signalisiert, beispielsweise als visuelles oder akustisches Signal im Kraftfahrzeug. Hierzu steht die Diagnoseeinheit mit einem Bordcomputer und dem Check-Kontroll-System des Kraftfahrzeugs in Verbindung. Auch kann eine Schnittstelle vorgesehen sein, über die eine Zustandsabfrage in einer Werkstatt vorgenommen werden kann.
• Vorteilhafte Ausführungsformen des grundsätzlichen Erfindungsgedankens sind in den abhängigen Ansprüchen 2 und 3 aufgezeigt.
• Die Risserkennung an der Karosseriekomponente kann durch eine Schallprüfung, insbesondere durch eine Ultraschallprüfung vorgenommen werden. Demzufolge weist die Detektor-Einheit mittel zur Schallmessung auf, insbesondere zumindest einen Schallsender und einen Schallempfänger. Vom Schallsender werden Ultraschallwellen durch die Kraftfahrzeugkomponente gesandt. Die Schallwellen durchdringen die Kraftfahrzeugkomponente und werden an Grenzflächen sowie an Fehlerstellen, nämlich Rissen, reflektiert. Die zurückkommenden Schallwellen werden vom Schallempfänger erfasst, in elektrische Schwingungen umgewandelt und über die Diagnoseeinheit zwecks Risserkennung ausgewertet.
• Im Rahmen der Erfindung kann auch eine Schallemissionsanalyse zur Risserkennung durchgeführt werden. Die Schallemissionsanalyse beruht auf Empfang und Analyse von Schallimpulsen, die durch hochfrequente Schwingungen der Karosseriekomponente bzw. deren Strukturbauteilen erzeugt werden. Diese werden durch piezzoelektrische Empfänger in elektrische Signale umgewandelt. Die Schallemissionen werden durch eine Rissentstehung und einen Rissfortschritt ausgelöst. Über die Detektor-Einheit werden die Schallimpulse aufgenommen und in der Diagnoseeinheit, deren Amplitudenform und das Frequenzspektrum analysiert und zur Risserkennung ausgewertet.
• Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform einer Karosseriekomponente ist vorgesehen, dass an zumindest einem Strukturbauteil eine Piezzofolie angeordnet ist. Diese wirkt mit einem Regler zusammen. Bei einer Piezzofolie handelt es sich um ein piezzokeramisches Aktuator Sensorelement. Bei Auftreten einer Störschwingung an der Karosseriekomponente, insbesondere im kritischen Bereich, wird diese sensorisch erfasst und über die Piezzofolie eine Gegen- bzw. Kompensationsschwingung angeregt. Hierdurch wird eine Dämpfung der Störschwingung erreicht.
• Die Erfindung ist nachfolgend anhand von zwei Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen:
• 1 einen Ausschnitt aus dem Verbindungsbereich der B-Säule und den Seitenschwellern und
• 2 technisch schematisiert den Ausschnitt aus einem Strukturbauteil in einer Schnittdarstellung.
• Bei der in der 1 dargestellten Karosseriekomponente wird eine Schallprüfung zur Erkennung von Rissen an bzw. zwischen tragenden Strukturbauteilen 1, 2, 3 durchgeführt. Bei den Strukturbauteilen handelt es sich um eine B-Säule 1 und die daran angeschlossenen Seitenschweller 2, 3, welche über Schweißnähte 4, 5 miteinander gefügt sind. Zur Risserkennung bzw. -überwachung, insbesondere an den Schweißnähten 4, 5 ist eine Detektor-Einheit 6 vorgesehen, die mit einer Diagnoseeinheit 7 signalübertragend in Verbindung steht. Die Detektor-Einheit 6 umfasst Schallelemente 8, welche im Bereich der Schweißnähte 4, 5 an den Seitenschwellern 2, 3 angeordnet sind. Jedes Schallelement 8 ist Schallsender und Schallempfänger in einer Einheit. Vom Schallelement 8 werden kurze Ultraschallimpulse U erzeugt, die an der Schweißnaht 4, 5 reflektiert und zu dem dann als Empfänger geschalteten Schallelement 8 zurück laufen. Kommt es in einer Schweißnaht 4, 5 zu einer Rissbildung, führt dies zu einer Anomalie in der Reflektion der Ultraschallwellen U und zu einem Fehlerecho, welches von einer Diagnoseeinheit 7, ausgewertet und durch ein Signal zur Anzeige gebracht wird. Hierdurch ist eine Risserkennung und eine Schadensfrühwarnung möglich.
• Am Fuß 9 der B-Säule 1 ist des Weiteren eine Piezzofolie 10 vorgesehen, die mit einem hier nicht dargestellten Regler zusammenwirkt. Beim Auftreten von kritischen Schwingungen an der Karosseriekomponente wird die Piezzofolie 10 aktiviert und eine Kompensationsschwingung in den Fuß 9 eingeleitet, wodurch die Störschwingung gedämpft werden kann.
• Die 2 zeigt einen Ausschnitt aus einem Strukturbauteil 11 einer Karosseriekomponente, welches aus zumindest zwei miteinander verbundenen Blechen 12, 13 gebildet ist. Die beiden Bleche 12, 13 sind über eine Klebenaht 14 miteinander verbunden. Zur Überwachung der Qualität der Klebenaht 14 ist eine Detektor-Einheit 15 und eine mit dieser zusammenwirkenden Diagnoseeinheit 16 vorgesehen. Die Detektor-Einheit umfasst Mittel zur elektrischen Widerstandsmessung, insbesondere eine Spannungsquelle 17 und ein Spannungsmesser 18 sowie am Strukturbauteil 11 applizierte Strompole und/oder Spannungssonden. Solange die Klebenaht 14 intakt ist, wirkt diese isolierend zwischen den Blechen 12, 13, so dass kein Strom fließen kann. Bei einem Bruch der Klebenaht 14 kommt es zu einem elektrischen Kontakt zwischen den Blechen 12, 13. Es kommt zu einem Stromfluss und zu einer Spannungsänderung. Von der Diagnoseeinheit 16 wird ein entsprechendes Messsignal erfasst und die Rissbildung in der Klebenaht 14 des Strukturbauteils 11 zur Anzeige gebracht.

1

B-Säule

2

Seitenschweller

3

Seitenschweller

4

Schweißnaht

5

Schweißnaht

6

Detektor-Einheit

7

Diagnoseeinheit

8

Schallelement

9

Fuß v. 1

10

Piezzofolie

11

Strukturbauteil

12

Blech

13

Blech

14

Klebenaht

15

Detektor-Einheit

16

Diagnoseeinheit

17

Spannungsquelle

18

Spannungsmesser

U

Ultraschallimpuls

Claims (3)

1. Karosseriekomponente eines Kraftfahrzeugs mit zumindest einem Strukturbauteil (1, 2, 3; 11) aus Blech, der eine Detektor-Einheit (6; 15) zur Risserkennung zugeordnet ist, welche mit einer Diagnoseeinheit (7; 16) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektor-Einheit (15) Mittel (17; 18) zur Messung elektrischer Signale aufweist.
2. Karosseriekomponente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektor-Einheit (6) Mittel (8) zur Schallmessung aufweist.
3. Karosseriekomponente nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Strukturbauteil (1) eine Piezofolie (10) vorgesehen ist.