DE102008017886A1

DE102008017886A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Prüfen der Wasseraufnahme eines Bauteils

Info

Publication number: DE102008017886A1
Application number: DE200810017886
Authority: DE
Inventors: Achim Henkel; Rudolf Reiche; Björn Förster; Stefan Hahn; Steffen Hölzel; Bert Altenburg; Norbert Becker; Hans-Dieter Brandt; Egon Dr. Moos
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG; Roechling Automotive SE and Co KG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG; Roechling Automotive SE and Co KG
Priority date: 2008-04-09
Filing date: 2008-04-09
Publication date: 2009-10-15
Also published as: CN101556230A; CN101556230B

Abstract

Die Erfindung schlägt ein Verfahren zum Prüfen der Wasseraufnahme eines Bauteils (1) aus einem Sandwich-Werkstoff vor, wobei ein mit Wasser gefülltes Behältnis (6) der Aufnahme des Bauteils (1) dient und das Bauteil (1) unter Wasser gehalten wird, sowie das Bauteil (1) vor dessen Kontakt mit dem Wasser und nach dessen Kontakt mit dem Wasser gewogen wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das im Behältnis (6) gelagerte und unter Wasser gehaltene Bauteil (1) zum Schwingen angeregt wird. Hierdurch lässt sich die Wasseraufnahme des Bauteils genau bestimmen. Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist das Behältnis (6), einen in diesem gelagerten Halter (3, 3) zur Aufnahme des Bauteils (1), einen Stempel (13) zum schwingenden Einwirken auf das Bauteil (1) sowie ein Steuergerät (14) für den Stempel (13) auf.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen der Wasseraufnahme eines Bauteils aus einem Sandwich-Werkstoff, wobei ein mit Wasser gefülltes Behältnis der Aufnahme des Bauteils dient und das Bauteil unter Wasser gehalten wird, sowie das Bauteil vor dessen Kontakt mit dem Wasser und nach dessen Kontakt mit dem Wasser gewogen wird. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Bauteile aus einem Sandwich-Werkstoff finden insbesondere im Bereich der Kraftfahrzeug-Industrie vielfältig Verwendung. Beispielsweise wird für eine Unterbodenverkleidung eines Kraftfahrzeuges ein Sandwich-Werkstoff verwendet.
Ein solcher Sandwich-Werkstoff besteht aus unterschiedlichen Lagen, insbesondere verschiedenen Kunststofflagen. Der Sandwich-Werkstoff ist an den Rändern verpresst. An diesem Bauteil aus Sandwich-Werkstoff wird die Wasseraufnahme geprüft, somit das Eindringen von Wasser zwischen die Kunststofflagen. Auf diese Art und Weise kann die Eignung des Bauteils für den vorgesehenen Verwendungszweck, insbesondere als Unterbodenverkleidung beurteilt werden.
Ein Verfahren mit den Merkmalen der eingangs genannten Art ist aus der Praxis bekannt. Hierbei wird ein adäquater Prüfkörper statisch unter Wasser gehalten. Die Differenz zwischen der Masse des Prüfkörpers vor und nach der Prüfung lässt Rückschlüsse auf das Wasseraufnahmevermögen zu. Nachteilig ist bei einer solchen statischen Prüfung, dass diese recht ungenau ist.
Aus der DE 39 00 845 A1 ist ein Verfahren zur Messung der Benetzungskraft zwischen einer Flüssigkeit und einem Festkörper beschrieben. Dieses Verfahren wird angewandt, um die Eignung von Werkstoffkombinationen zu ermitteln. Bei dem Verfahren wird ein schwingendes System beim Eintauchen eines Fest- bzw. Prüfkörpers in die Flüssigkeit in Abhängigkeit von der Benetzungskraft zwischen der Oberfläche des einbezogenen Fest- bzw. Prüfkörpers und der Flüssigkeit in seinem Schwingungsverhalten verändert. Die Veränderung des Schwingungsverhaltens bzw. die Übertragung der Schwingungsenergie zwischen Festkörper und Flüssigkeit wird dann zur Kennzeichnung der Benetzbarkeit herangezogen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, das bzw. die eine genaue Bestimmung der Wasseraufnahme des Bauteils aus dem Sandwich-Werkstoff ermöglicht.
Die Aufgabe wird bei dem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das im Behältnis gelagerte und unter Wasser gehaltene Bauteil zum Schwingen angeregt wird.
Die im Bauteil entstehenden Schwingungen ergeben in Verbindung mit der Kapillarwirkung des Sandwich-Werkstoffs des Bauteils realistischere Wasseraufnahmewerte als diejenigen bei einer statischen Prüfung.
Durch die Anregung des Bauteils zum Schwingen lässt sich eine Prüfsituation schaffen, die den tatsächlichen Verhältnissen beim Einsatz des Bauteils wesentlich näher kommt, als Verhältnissen bei einer statischen Prüfung. Aufgrund der Schwingung des Bauteils kann dieses mehr Wasser aufnehmen als ein statisches Bauteil.
Bei dem Bauteil handelt es sich vorzugsweise um ein flaches Bauteil. Insbesondere handelt es sich bei dem Bauteil um eine Fahrzeugunterbodenverkleidung. Diese wird zwecks Prüfung zum Schwingen angeregt.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn das Bauteil punktuell zum Schwingen angeregt wird. Von diesem Ausgangspunkt werden somit die Schwingungen in das Bauteil einge leitet. Insbesondere wird das Bauteil, vor allem das flächige Bauteil in Art der Fahrzeugunterbodenverkleidung, in denjenigen Bereichen, in denen es entsprechend dessen Verwendungszweck gelagert ist, auch im Behältnis gelagert. Die Lagerpunkte des Bauteils entsprechen somit dessen Lagerpunkten bei dessen bestimmungsgemäßer Verwendung. Insbesondere handelt es sich um Lagerpunkte, die bedingen, dass das Bauteil in seinen Randbereichen im Behältnis oder einer im Behältnis gelagerten Halteeinrichtung gelagert sind. Bei einer derartigen Lagerung werden insbesondere in einem mittleren, somit zentralen Bereich des Bauteils die Schwingungen in das Bauteil eingeleitet. Der Hub und/oder die Frequenz der Schwingung sollten regelbar sein, insbesondere dahingehend, dass sich bei der Prüfung eine Situation simulieren lässt, die weitgehend den realen Bedingungen des Bauteils bei dessen Einsatz entspricht.
Um exakte bzw. vergleichbare Prüfungsergebnisse zu erzielen, sollte das Bauteil vor dem Ermitteln der Wasseraufnahme konditioniert werden. Das Bauteil wird insbesondere 24 h bei einer Temperatur von +40°C konditioniert. Um sicherzustellen, dass die konditionierten Bedingungen bei der Ermittlung der Wasseraufnahme des Bauteils noch vorliegen, sollte der Zeitraum zwischen der Konditionierung des Bauteils und dem Beginn der Schwingungsprüfung des unter Wasser gehaltenen Bauteils < 10 min sein. Die Temperatur des Bauteils bei dessen Prüfung, somit dann, wenn das Bauteil unter Wasser gehalten wird und den Schwingungen ausgesetzt ist, und/oder die Temperatur des Wassers sollte ungefähr 20°C betragen. Hierdurch lassen sich normierte Bedingungen schaffen, die bestens geeignet sind, eine vergleichbare Ausgangssituation für die Prüfung von Bauteilen zu gewährleisten.
Das Bauteil kann über unterschiedliche Zeiträume zum Schwingen angeregt werden. Es sind Zeiträume insbesondere zwischen 1 h und 24 h denkbar. Die Dauer der Prüfung beträgt wahlweise insbesondere 1 h, 4 h, 8 h, 16 h oder 24 h.
Um ein präzises Messergebnis zu erzielen, sollte das Bauteil, vor dem Wiegen nach dessen Kontakt mit dem Wasser, von Oberflächenwasser gereinigt werden. Hierdurch wird verhindert, dass das an der Oberfläche des Bauteils haftende Wasser mit gewogen wird und damit das Messergebnis verfälscht.
Die Bauteile aus Sandwich-Werkstoff sind insbesondere an den Rändern verpresst und abgeschnitten. Sofern das Bauteil offene Schnittkanten aufweist, wird es beim Wiegen nach dessen Kontakt mit dem Wasser vorzugsweise derart gelagert, dass kein Wasser im Bereich der offenen Kanten aus dem Bauteil herauslaufen kann.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist insbesondere ein Behältnis, einen in diesem gelagerten Halter zum Aufnehmen des Bauteils, einen Prüfstempel zum schwingenden Einwirken auf das Bauteil sowie ein Steuergerät für den Prüfstempel auf. Der Prüfstempel wird insbesondere hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch betrieben.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnung und der Zeichnung selbst.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist in der nachfolgenden Beschreibung näher beschrieben bzw. in der Zeichnung erläutert. Es zeigt:
1 eine räumliche Ansicht der Vorrichtung, schräg von oben und vorne gesehen,
2 eine räumliche Ansicht der in 1 dargestellten Vorrichtung, schräg von oben und von der Seite gesehen,
3 einen Schnitt durch die Vorrichtung gemäß der Linie III-III in 1.
Das Prüfverfahren bzw. die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens dient zur Bestimmung der Wasseraufnahme von dynamisch belasteten Bauteilen, z. B. Fahrzeugunterbodenverkleidungen aus unverstärkten Sandwich-Materialien oder verstärkten Sandwich-Materialien, vorzugsweise Kunststoff-Sandwich-Materialien, insbesondere Kunststoff-Sandwich-Materialien, die mittels Glasfaser und/oder Naturfaser und/oder Synthesefaser verstärkt sind.
Das zu prüfende Bauteil 1, insbesondere eine Unterbodenverkleidung oder ein Musterteil, wird in Einbaulage, somit in einer Lage, die der Lage des Bauteils bei dessen bestimmungsgemäßer Verwendung entspricht, auf einem geeigneten Halter 2 befestigt. Dieser Halter 2 besteht beispielsweise aus parallel zueinander angeordneten identischen Leisten 3, die rechteckigen Querschnitt aufweisen. Die Leisten 3 liegen auf einem horizontalen Boden 5 einer wasserdichten Wanne 6 auf, wobei der Boden 5 rechteckig gestaltet ist. Vorzugsweise sind die unteren Leisten 4 des Halters 2 mit dem Boden 5 verbunden. Die Länge der jeweiligen Leiste 4 ist geringfügig geringer als die Breite des Bodens 5.
Die Leisten 3 dienen somit der aufgeständerten Lagerung des Bauteils bzw. der Unterbodenverkleidung 1. Die Unterbodenverkleidung 1 weist diverse Löcher zum Befestigen der Unterbodenverkleidung 1 am Fahrzeug auf sowie funktionell mehrere Aussparungen 4 auf. Im Bereich einiger Löcher durchsetzen Befestigungselemente, insbesondere Schrauben 7 die Unterbodenverkleidung 1. Die Schrauben 7 sind in die Leisten 3 eingeschraubt. Hierdurch ist die Unterbodenverkleidung 1 fest mit dem Halter 2 verbunden. Statt der Schrauben 7 können beispielsweise auch Bolzen vorgesehen sein, die die Löcher in der Unterbodenverkleidung 7 und Löcher in den Leisten 3 durchsetzen.
In zwei parallel zueinander angeordneten Seitenwänden 8 der Wanne 6 ist ein Lagerrahmen 9 gelagert und gemäß Doppelpfeil A in Längsrichtung dieser Seitenwände 8 hin- und herverschiebbar. Festgelegt wird der Lagerrahmen 9 bezüglich dieser Seitenwände 8 mittels Stellschrauben 10, die dem Verklemmen von Lagerrahmen 9 und Seitenwänden 8 dienen.
Im Lagerrahmen 9 ist in dessen Längsrichtung eine hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch antreibbare Stempelvorrichtung 11 gemäß Doppelpfeil B hin- und herverschiebbar gelagert. Sie ist somit zwischen den beiden Seitenwänden 8 in eine geeignete Position verschiebbar. Die Stempelvorrichtung 11 ist mittels Befestigungsmitteln 12 bezüglich des Lagerrahmens 9 festlegbar. Auf diese Art und Weise lässt sich die Stempelvorrichtung 11 bezüglich der in der Wanne 6 definiert gelagerten Unterbodenverkleidung 1 so positionieren, dass der eigentliche Stempel 13 der Stempelvorrichtung 11 beim vertikalen Verfahren in einem zentralen Bereich der Unterbodenverkleidung 1 auf diese trifft und somit in diesem zentralen Bereich über den Stempel 13 Schwingungen in die Unterbodenverkleidung 1 eingeleitet werden können.
Im Lagerrahmen 9 ist des Weiteren ein elektrisches Steuergerät 14 für die Stempelvorrichtung 11 gelagert. Über dieses lässt sich die Stempelvorrichtung 11 ansteuern, zum Einleiten der Schwingungen in die Unterbodenverkleidung 1.
Die Wanne 6 wird soweit gefüllt, dass die Unterbodenverkleidung 1 unter der Wasseroberfläche liegt, z. B. ca. 3 cm unter der in 3 veranschaulichten Wasseroberfläche 15 sich befindet. Die Hublänge und die Hubfrequenz des Stempels 13 zur dynamischen Anregung der Unterbodenverkleidung 1 ist über das Steuergerät 14 regelbar. Der Hub des Stempels 13 beträgt beispielsweise, ausgehend von dessen Position, in der er die Unterbodenverkleidung 1 gerade kontaktiert, 15 mm und es beträgt die Hubfrequenz 70 Hübe/min. Der Doppelpfeil C verdeutlicht die Bewegungsrichtungen des Stempels 13.
Der Prüfablauf ergibt sich insbesondere wie folgt:
Das saubere und fettfreie Bauteil/Unterbodenverkleidung 1 wird vor der Prüfung 24 h bei +40C° konditioniert. Anschließend wird das Bauteil 1 auf 1/10 g genau gewogen. Der Zeitraum zwischen Konditionierung und Prüfung, somit Beginn des Schwingungsvorgangs sollte < 10 min. sein. Das Bauteil 1 wird, wie vorstehend beschrieben, in der Wanne 6 befestigt und die Wanne 6 mit Wasser so befüllt, dass das Bauteil 3 cm mit Wasser bedeckt ist. Die Bauteil- und Wassertemperatur sollte ca. 20°C betragen. Der Stempel 13 wird mittig auf dem Bauteil 1 ausgerichtet und der Hub und die Hubfrequenz entsprechend eingestellt und der Schwingungsversuch gestartet. Die Dauer der Prüfung ist zu vereinbaren, wahlweise 1 h, 4 h, 8 h, 16 h oder 24 h. Nach der Prüfung und der Entnahme ist das Bauteil 1 von Oberflächenwasser zu reinigen und auf 1/10 g genau zu wiegen. Ein Bauteil 1 mit offenen Schnittkanten ist so zu lagern, dass beim Wiegen kein Wasser aus den offenen Kanten heraus laufen kann.
Die Wasseraufnahme des Bauteils 1/der Unterbodenverkleidung in % ergibt sich aus dem Verhältnis des Gewichts des gelagerten Teils in g zum Gewicht des konditionierten Teils in g und dem Faktor 100. Zur Vergleichbarkeit der Messergebnisse sind die Prüfbedingungen im jeweiligen Prüfbericht mitanzugeben.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 3900845 A1 [0005]

Claims

Verfahren zum Prüfen der Wasseraufnahme eines Bauteils (1) aus einem Sandwich-Werkstoff, wobei ein mit Wasser gefülltes Behältnis (6) der Aufnahme des Bauteils (1) dient und das Bauteil (1) unter Wasser gehalten wird, sowie das Bauteil (1) vor dessen Kontakt mit dem Wasser und nach dessen Kontakt mit dem Wasser gewogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das im Behältnis (6) gelagerte und unter Wasser gehaltene Bauteil (1) zum Schwingen angeregt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein flaches Bauteil (1), insbesondere eine Fahrzeugunterbodenverkleidung zum Schwingen angeregt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1) punktuell zum Schwingen angeregt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1) in Randbereich im Behältnis (6) oder einem im Behältnis (6) gelagerten Halter (2) gelagert wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in einem zentralen Bereich des Bauteils (1) die Schwingungen in das Bauteil (1) eingeleitet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hub und/oder die Frequenz der Schwingung regelbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1) vor dem Ermitteln der Wasseraufnahme konditioniert wird, insbesondere 24 h bei einer Temperatur von +40C° konditioniert wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitraum zwischen der Konditionierung des Bauteils (1) und dem Beginn der Schwingungsprüfung < 10 min ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Bauteils (1) bei dessen Prüfung und/oder die Temperatur des Wassers ungefähr 20°C beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1) über einen Zeitraum von 1 h bis 24 h zum Schwingen angeregt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1), vor dem Wiegen nach dessen Kontakt mit dem Wasser, von Oberflächenwasser gereinigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1), sofern es offene Schnittkanten aufweist, beim Wiegen, nach dessen Kontakt mit dem Wasser, derart gelagert wird, dass kein Wasser aus dem Bauteil (1) herausläuft.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass es das Behältnis (6), einen in diesem gelagerten Halter (2) zur Aufnahme des Bauteils (1), einen Stempel (13) zum schwingenden Einwirken auf das Bauteil (1) sowie ein Steuergerät (12) für den Stempel (13) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch einen hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch betriebenen Stempel (13).