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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bauteil, insbesondere ein HV-Bauteil (Hochvolt-Bauteil), mit einer Leitstruktur zur zerstörungsfreien Prüfung des Bauteils, sowie ein entsprechendes Prüfverfahren, wobei die Bauteilprüfung bevorzugt mittels elektromagnetischer Strahlung durchgeführt wird.
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In der Produktion von HV-Komponenten werden zahlreiche, teils sehr hochwertige Unterkomponenten zusammengefügt. Müssen bei den fertig zusammengebauten HV-Komponenten Qualitätsprüfungen hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften durchgeführt werden, wie z.B. der korrekte Verlauf eines Kabelstrangs, so bieten sich dafür zahlreiche aus dem Stand der Technik bekannte Möglichkeiten an. Generell kann zwischen nicht bzw. praktisch nicht zerstörenden Prüfmethoden und, im Gegensatz dazu, zerstörenden Prüfungsmethoden unterschieden werden.
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Bei den nicht bzw. praktisch nicht-zerstörenden Prüfmethoden wird eine Öffnung im zu untersuchenden Bauteil verwendet, um eine entsprechende Untersuchungsvorrichtung in das Innere des Bauteils einzuführen. Oftmals kann hierfür beispielsweise eine Entgasungsöffnung verwendet werden, die gemäß Stand der Technik in vielen Bauteilen, insbesondere in HV-Komponenten verbaut ist. Da die Entgasungsöffnungen meist mit einer Membran verdeckt sind, muss nach erfolgter Prüfung des Bauteils nur diese ersetzt werden.
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Die nicht bzw. praktisch nicht zerstörende Prüfungsmethode kann zum einen mittels eines Endoskops durchgeführt werden, welches im Wesentlichen einem flexiblen Kameraschlauch entspricht, an dessen Spitze eine Lichtquelle angeordnet ist. Die Herausforderungen, die beim Einsatz dieses Systems zu bewältigen sind, betreffen das Einbringen und die Bedienung eines solchen Systems, die eine gewisse Übung erfordern. Ferner ist die Bewertung der erhaltenen Ergebnisse nicht ganz einfach. Derzeit ist aus dem Stand der Technik keine, insbesondere keine automatisierte Inline-Prüfung, also eine während des Fertigungsprozesses (als Linie bezeichnet) durchgeführte Prüfung dieser Art bekannt.
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Zum anderen kann die Prüfmethode unter Zuhilfenahme einer Röntgen- bzw. Computertomographie durchgeführt werden. Bei dieser Art der Prüfungsmethode ist die aufgrund des erforderlichen Strahlenschutzes beschränkte Verfügbarkeit des Systems zu nennen. Wie im vorherigen Fall braucht es auch ein geschultes Auge, um die erhaltenen Ergebnisse auszuwerten. Ferner handelt es sich dabei um relativ kostspielige Analyseverfahren.
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Im Gegensatz zur zerstörungsfreien Prüfung kann das zu untersuchende Bauteil auch einer zerstörenden Prüfung unterzogen werden. Hierzu wird das Bauteil aus der Fertigungslinie entnommen und zerlegt. Eine solche Zerlegung bringt ist mit einem zeitlichen Mehraufwand verbunden und erhöht den Analyseaufwand für jedes zu untersuchende Bauteil. Üblicherweise kann nach erfolgter Überprüfung auch nur ein Teil der Originalkomponente wiederverwendet werden. Nicht selten wird bei dieser Prüfmethode das Bauteil zerstört, so dass es zur Ausschussware wird. Auch bei der Wahl der zerstörenden Prüfmethode ist aus dem Stand der Technik kein darauf basierendes Inline-Prüfverfahren bekannt. Wenn es sich bei dem zu untersuchenden Bauteil zudem um eine HV-Komponente handelt, besteht ferner das Problem, dass bei dessen Zerlegen/Demontieren erhöhte Arbeitssicherheitsanforderungen bestehen.
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Daher liegt die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, den Verlauf von aus dem Stand der Technik bekannten Prüfverfahren zur Untersuchung von Bauteilen, insbesondere HV-Komponenten, zu verbessern und/oder zu vereinfachen.
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Diese Aufgabe wird mittels des erfindungsgemäßen Bauteils und des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Untersuchen des Bauteils gelöst. Weitere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Erfindungsgemäß wird ein Bauteil bereitgestellt, insbesondere ein HV-Bauteil, wobei in dem Bauteil eine Leitstruktur angeordnet ist, welche zum Leiten einer in das Bauteil einführbaren Untersuchungsvorrichtung und/oder zum Leiten einer von einer Untersuchungsvorrichtung abgestrahlten elektromagnetischen Strahlung eingerichtet ist.
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Bei dem Bauteil kann es sich insbesondere um ein HV-Bauteil handeln, beispielsweise ein Batterieaggregat, einen Gleichrichter oder eine beliebige Unterkomponente davon. Das Bauteil kann ein Gehäuse aufweisen, welches das Innere des Bauteils zumindest teilweise verdeckt. Die Leitstruktur kann über eine Öffnung in dem Gehäuse oder über einen grundsätzlich offenen Teil des Bauteils erreicht werden.
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Bei der Leitstruktur kann es sich um ein Hilfssystem für eine zerstörungsfreie Prüfung des Bauteils handeln. Das erfindungsgemäße Bauteil kann dabei so eingerichtet sein, dass die entlang der Leitstruktur in das Bauteil eingebrachte Untersuchungsvorrichtung gezielt zu mindestens einer schwierig zu erreichenden Prüfstelle und/oder entlang schwierig zu erreichenden Prüfstellen geleitet wird. Ferner oder alternativ kann die Leitstruktur so eingerichtet sein, dass sie die von der Untersuchungsvorrichtung abgestrahlte elektromagnetische Strahlung zu mindestens einer schwierig zu erreichenden Prüfstelle leitet. Bei der mindestens einen zu untersuchenden und schwierig zu erreichenden Prüfstelle kann es sich insbesondere um eine von außen nicht einsehbare Prüfstelle handeln, weil diese beispielsweise vom Gehäuse verdeckt ist oder sich an einer verwinkelten Stelle im Inneren des Bauteils befindet. Die Leitstruktur kann daher verwendet werden, um die Untersuchungsvorrichtung und/oder die von dieser abgestrahlte elektromagnetische Strahlung entlang eines vorgegebenen, möglicherweise an die komponentenmäßige Ausgestaltung des Inneren des Bauteils angepassten Pfades, zu leiten.
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Die Leitstruktur kann bereits während des Produktdesigns berücksichtigt werden. Bei der Untersuchungsvorrichtung handelt es sich aus Sicht des zu überprüfenden Bauteils um eine externe Komponente, welche insbesondere keinen Beitrag zum zweckmäßigen Funktionsumfang des Bauteils leistet.
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Erfindungsgemäß sind verschiedene Ausgestaltungen der Leitstruktur hinsichtlich des Leitens der in dem Bauteil geführten Untersuchungsvorrichtung und/oder der davon abgestrahlten elektromagnetischen Strahlung realisierbar. So kann die Leitstruktur so eingerichtet sein, dass sie zum Leiten bewegten Untersuchungsvorrichtung in dem erfindungsgemäßen Bauteil dient, ohne dabei eine Leitfunktion für die von der Untersuchungsvorrichtung abgestrahlte elektromagnetische Strahlung zu übernehmen. Alternativ kann die Leitstruktur einen Strahlungspfad zum Leiten der von der Untersuchungsvorrichtung abgestrahlten elektromagnetischen Strahlung bereitstellen. Hierfür kann die Untersuchungsvorrichtung in das Bauteil eingeschoben werden, was jedoch keine zwingende Voraussetzung darstellt. Mittels der Leitstruktur kann auch eine dahingehend kombinierte Leitfunktion realisiert werden, dass die Leitstruktur zunächst (beispielsweise entlang eines ersten Teilstücks der Leitstruktur) einen Führungspfad für die in das Bauteil eingeschobene Untersuchungsvorrichtung bereitstellt und anschließend (beispielsweise entlang eines zweiten Teilstücks der Leitstruktur, welches sich an das erste Teilstück der Leitstruktur anschließt) einen Führungspfad für die von der Untersuchungsvorrichtung abgestrahlte elektromagnetische Strahlung bereitstellt, also den Strahlengang der von der Untersuchungsvorrichtung abgestrahlten elektromagnetischen Strahlung festlegt.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Bauteils kann die Leitstruktur eingerichtet sein, ein Endoskop und/oder einen flexiblen Lichtwellenleiter zu leiten, wenn dieses in das Bauteil eingeführt wird. Mit anderen Worten kann es sich bei der Untersuchungsvorrichtung um ein Endoskop oder um einen flexiblen Lichtwellenleiter handeln. Die Leitstruktur kann verwendet werden, um den Bewegungspfad der beispielsweise mittels eines Roboters oder einer menschlichen Hand in das Bauteil eingebrachten Untersuchungsvorrichtung zu bestimmen oder vorzugeben, insbesondere um diesen von einem geraden Bewegungspfad in einen Bewegungspfad mit mindestens einer Krümmung und/oder mit mindestens einem Ablenkpunkt umzuwandeln.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Bauteils kann die Leitstruktur eine Führungsschiene aufweisen, an welche die Untersuchungsvorrichtung koppelbar ist, um gemäß einer von der Führungsschiene vorgegebenen Trajektorie in dem Bauteil geführt zu werden. Die Kopplung kann in jeglicher mechanisch geeigneten Form erfolgen, beispielsweise durch das Verwenden einer Nut und eines dazu passenden Vorsprungs. In weiteren Ausführungsformen kann die Leitstruktur auch eine schlauchartige Führung aufweisen, in welche die Untersuchungsvorrichtung eingeschoben werden kann. Genauso gut kann die Leitstruktur unterschiedlich ausgestaltete Leitsegmente aufweisen, sodass geeignet geformte Leitelemente, also an die Untersuchungsvorrichtung angepasste Leitelemente, verwendet werden können. Die Leitelemente können beispielsweise Führungsschienen, Führungsschläuche und/oder Führungsringe aufweisen und im Wesentlichen in mechanische und optische Leitelemente unterteilt werden.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Bauteils kann es sich bei der Leitstruktur um eine passive Hilfsstruktur zur Untersuchung des Bauteils im Vorfeld seiner zweckmäßigen Benutzung (Verwendung) handeln, welche während der zweckmäßigen Verwendung des Bauteils nicht zu dessen Funktionsumfang beiträgt. Anders ausgedrückt kann es sich bei der Leitstruktur um eine speziell innerhalb des Bauteils bereitgestellte Struktur handeln, welche beispielsweise mindestens ein mechanisches und/oder mindestens ein optisches Leitelement aufweist, welche ihren Funktionsumfang nur bei der Überprüfung des Bauteils entfalten. Bei der Leitstruktur kann es sich also um eine Struktur innerhalb des Bauteils handeln, welche von den Unterkomponenten des Bauteils während dessen zweckmäßigen Benutzung nicht verwendet wird. Daher kann es sich bei der Leitstruktur insbesondere um eine Struktur handeln, die nach erfolgter Untersuchung aus dem Bauteil entfernt werden kann, ohne dabei dessen späteren zweckmäßigen Funktionsumfang zu beeinflussen.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Bauteils kann die Leitstruktur mindestens ein elektromagnetische Strahlung leitendes und/oder umlenkendes, insbesondere Licht leitendes und/oder umlenkendes Element aufweisen. Bei dem elektromagnetische Strahlung leitenden und/oder umlenkenden Element kann es sich beispielsweise um einen Spiegel oder um einen Lichtwellenleiter, beispielsweise einen flexiblen Lichtwellenleiter (Glasfaser) handeln. Das Vorsehen mindestens eines solcher elektromagnetische Strahlung leitenden Elements ermöglicht auch nicht direkt einsehbare Stellen optoelektronisch zu überprüfen. Durch einen im Bauteil angeordneten Lichtwellenleiter können Endoskopfunktion für die Übermittlung von Bildinformationen und elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Licht, realisiert werden. Der Lichtwellenleiter kann dabei im Bauteil verbleiben oder nach dem Prüfprozess durch Aufbringen von Zugkraft an der Leitstruktur aus dem erfindungsgemäßen Bauteil entfernt werden und für die Inspektion des nächsten Bauteils wiederverwendet werden. An der Leitstruktur kann einen Anschluss vorgesehen sein, an welchen ein kommerziell verfügbares Analysesystem, beispielsweise ein Kamerasystem, angeschlossen werden kann, mittels welchem eine automatisierte Analyse der Bauteilbeschaffenheit durchgeführt werden kann.
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Die Untersuchungsvorrichtung kann ein Endoskop aufweisen, an dessen Ende eine Kamera mit ggfs. einer zusätzlich bereitgestellten Lichtquelle angeordnet ist. Bei der von der Untersuchungsvorrichtung abgestrahlten elektromagnetischen Strahlung kann es sich um sichtbares Licht oder um elektromagnetische Strahlung im benachbarten Frequenzbereich handeln, also beispielsweise UV-Licht oder Infrarotlicht. Die Untersuchungsvorrichtung kann einen Laser, eine LIDAR-Vorrichtung (LIDAR: light detection and ranging) bzw. eine LADER-Vorrichtung (LADER: laser detection and ranging) aufweisen, um eine strukturell-räumliche Analyse am Zielort innerhalb des Bauteils vorzunehmen.
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Das erfindungsgemäße Bauteil kann ein Gehäuse aufweisen, in dem eine Öffnung vorgesehen ist, durch welche, je nach Auslegung der Leitstruktur, diese ins Innere des Bauteils eingebracht werden kann oder durch welche elektromagnetische Strahlung in das Innere des Bauteils eingebracht werden kann. Im letzteren Fall kann im Bereich der Öffnung ein elektromagnetische Strahlung leitendes Element angeordnet sein, welches die eingestrahlte elektromagnetische Strahlung zum Zielort der Bauteilprüfung leiten kann. Bei der Öffnung kann es sich um eine Belüftungsöffnung des Bauteils handeln. Ebenso kann die Öffnung zwar eine Öffnung in der Gehäusewand des Bauteils darstellen, jedoch von einem transparenten Element, beispielsweise einem Plättchen oder einer Linse, verschlossen sein, so dass ein Einbringen von elektromagnetischer Strahlung in das Bauteil möglich ist.
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Erfindungsgemäß wird ferner ein Verfahren zum Untersuchen eines Bauteils bereitgestellt, insbesondere eines HV-Bauteils, wobei in dem Bauteil eine Leitstruktur angeordnet ist, welche zum Leiten eines in das Bauteil einführbaren Untersuchungsvorrichtung und/oder zum Leiten eines von einer Untersuchungsvorrichtung abgestrahlten elektromagnetischen Strahlung eingerichtet ist. Das Verfahren weist Einbringen der Untersuchungsvorrichtung in das Bauteil entlang der Leitstruktur und/oder Leiten der abgestrahlten elektromagnetischen Strahlung mittels der Leitstruktur auf.
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Hierbei sei erwähnt, dass das Untersuchen des Bauteils mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Überprüfen des Bauteils, insbesondere seiner inneren Beschaffenheit, welche von außen nicht einsehbar ist, auf möglicherweise vorliegende Schäden bzw. Ungereimtheiten hinsichtlich dessen Zusammenbau.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen des Verfahrens kann die Leitstruktur eine von einer Geraden abweichende Trajektorie definieren, entlang welcher die Untersuchungsvorrichtung in dem Bauteil geleitet wird. Mit anderen Worten kann die Leitstruktur Umlenkpunkte ausbilden, an welchen der ansonsten geradlinige Vortrieb der in das erfindungsgemäße Bauteil eingeführten Untersuchungsvorrichtung, welche beispielsweise eine längliche, flexible Form haben kann, in eine von vorbestimmte, von der geradlinigen Fortführung abweichende Richtung gelenkt wird.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen des Verfahrens kann die Leitstruktur einen von einer Geraden abweichenden Strahlungspfad für die abgestrahlte elektromagnetische Strahlung definieren. Wie bereits erwähnt, kann die Leitstruktur hierfür mindestens ein elektromagnetische Strahlung leitendes Element aufweisen.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das Verfahren ferner Entfernen der Leitstruktur aus dem Bauteil aufweisen, nachdem die Untersuchung des Bauteils durchgeführt worden ist. Die Leitstruktur kann über Sollbruchstellen im Inneren des erfindungsgemäßen Bauteils befestigt sein. Ferner kann die Leitstruktur mehrere mechanische und/oder optische Leitelemente aufweisen, welche zumindest teilweise mechanisch miteinander verbunden sind, so dass die Leitstruktur durch Kraftanwendung als Ganzes oder aber nur ein Teil davon aus dem Bauteil entfernt werden kann.
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Mittels des hier beschriebenen erfindungsgemäßen Bauteils und des entsprechenden Verfahrens zu dessen Überprüfung können insbesondere zerstörungsfreie optische Prüfungen während der Produktion des Bauteils erfolgen. Insbesondere kann so eine Qualitätsprüfung als (automatisierte) Inline-Prüfung in der Produktionslinie umgesetzt werden mit einer ausreichend kurzen Analysezeit bzw. ohne größere Auswirkung auf die Taktzeit des Herstellungsprozesses. Die in dem erfindungsgemäßen Bauteil angeordnete Leitstruktur kann auch bei nachfolgenden Qualitätsprüfungen eingesetzt werden, wie z.B. im Produktaudit oder bei einer etwaigen Fehlersuche.
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Die Leitstruktur kann insbesondere Leithilfen für Untersuchungsvorrichtungen in Form von Endoskopen und/oder flexiblen Lichtwellenleitern aufweisen, die das Endoskop bzw. den Lichtwellenleiter zu kritischen, insbesondere schwierig einsehbaren Stellen innerhalb des Bauteils definiert hinführen. Das erfindungsgemäße Bauteil sowie das entsprechende Prüfverfahren ermöglichen vorteilhafterweise schnelleres und zielführendes Einbringen der Untersuchungsvorrichtung bzw. der davon abgestrahlten elektromagnetischen Strahlung in das Bauteil und somit schnelle Ergebnisverfügbarkeit. Die mittels der Leitstruktur definierbare und räumlich eindeutige Orientierung der Abbildung der Zielstelle(n) innerhalb des Bauteils ermöglichen eine schnelle Analyse der Ergebnisse durch Menschen bzw. ermöglichen eine prozessfähige Bewertung des Zustands des Bauteils durch Maschinen.
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Insgesamt bieten das erfindungsgemäße Bauteil sowie das entsprechende Prüfverfahren die folgenden Vorteile. Erstens ist eine schnelle Überprüfung (von Soll-Prüfstellen) des Bauteils möglich, dazu bevorzugt in Form einer Inline-Prüfung. Zweitens sind für die Implementierung nur wenige zusätzliche Komponenten erforderlich. Drittens kann die Bauteil-Prüfung praktisch zerstörungsfrei erfolgen, insbesondere ohne das jeweilige Bauteil zerlegen bzw. öffnen zu müssen. Viertens ist das hier vorgestellte erfindungsgemäße Verfahren insbesondere für HV-Komponenten geeignet.
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Die Leitstruktur im erfindungsgemäßen Bauteil kann beispielsweise mechanische und/oder optische Umlenk- und Führungsmittel aufweisen, die in einem Batteriegehäuse angeordnet sind.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Gesamtheit der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Bauteils 1, bei dem es sich um eine HV-Komponente, beispielsweise um eine HV-Batterie handeln kann. Im Inneren des Bauteils 1 befinden sich dessen Unterkomponenten 2. Im gezeigten Beispiel soll beispielsweise die Verbindung zwischen den beiden Unterkomponenten 2, insbesondere die zur rechten Seite der Verbindungsstelle liegende Stelle überprüft werden. Dazu ist in dem Bauteil 1 eine Leitstruktur bereitgestellt, welche eine Anzahl von Leithilfen 3, 5 aufweist. Bei den ersten Leithilfen 3 handelt es sich um Leithilfen mechanischer Art, mittels welcher eine Untersuchungsvorrichtung 4, im gezeigten Beispiel ein Endoskop, im Inneren des Bauteils 1 geführt werden kann, nachdem sie durch eine am Gehäuse vorgesehenen Öffnung 8 in dieses eingeführt worden ist. Hierzu ist der Körper der Untersuchungsvorrichtung 4 biegsam bzw. flexibel ausgestaltet, so dass er mittels der ersten Leithilfen 3 entsprechend ihrer Anordnung und Ausrichtung verformt werden kann. Die Leitstruktur weist ferner eine zweite Leithilfe 5 auf, bei der es sich im gezeigten Beispiel um eine optische Leithilfe in Form eines Spiegels handelt.
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Mittels der zweiten Leithilfe 5 kann die „Blickrichtung“ des Kopfes der Untersuchungseinrichtung 4 in eine vorbestimmte Richtung ausgerichtet werden. Wie gezeigt, ist der Strahlenkegel 9, welcher von dem Kopf der Untersuchungsvorrichtung 4 ausgehendes Licht aber zugleich auch davon eingefangenes Licht (mittels eines entsprechenden Sensors) repräsentiert, auf die zu überprüfende Verbindungsstelle zwischen den beiden Unterkomponenten 2 ausgerichtet.
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Die Überprüfungsvorrichtung 4 ist mit einem Auswertesystem 6 gekoppelt, beispielsweise einer rechentechnischen Einrichtung, welche die von der Untersuchungseinrichtung 4 aufgenommenen Informationen auswerten kann. Auf dieser Basis kann das Auswertesystem eine Entscheidung über das Ergebnis der Überprüfung treffen oder die Informationen entsprechend aufbereiten und einem Fachpersonal anzeigen, damit eine Entscheidung über das Ergebnis der Untersuchung getroffen werden kann, also entscheiden werden kann, ob das Bauteil 1 der Überprüfung standgehalten hat oder nicht.
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Die soeben beschriebene Untersuchung kann hierbei inline, also bei laufender Produktion auf der Produktionslinie 7 durchgeführt werden.