DE4237527A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Rahmendichtungsprüfung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen des korrek­ ten Einbaus sowie der Fertigungsqualität und Dichtwirkung von Rahmendichtungen an Fenstern oder Türen eines geschlos­ senen Raums.

In der industriellen Fertigung dichter Rahmenverbindungen, z. B. bei Autotüren, Fensterrahmen usw. besteht die grund­ sätzliche Schwierigkeit der sofortigen Erkennung von Ferti­ gungsfehlern im Verbund Rahmen/Dichtung/Tür (Fenster oder Klappen). Über- oder Unterschreitung von inzwischen immer engeren Fertigungstoleranzen der jeweiligen Abmessungen der Rahmen, dort einzusetzender Dichtungen, Türen bzw. Fenster führen dazu, daß nach Einbau dieser Teile die zu erwartende Dichtwirkung gegen Feuchtigkeit, Nässe sowie bezüglich des Durchgangs von Luft, Gasen, insbesondere auch damit verbun­ denen Schadstoffen, nicht vorhanden ist.

Wegen bisher fehlender geeigneter Prüfeinrichtungen wird üblicherweise in Kauf genommen, daß diese Qualitätsmängel erst bei der Fahrzeugabnahme oder auch erst durch den Kunden bei Nutzung des Produkts festgestellt werden, wodurch stets ein erheb­ licher Kostenaufwand zur Behebung des Mangels anfällt.

Selbst wenn die Fertigungstoleranzen der starren Teile Rahmen, Fenster und Türen mit aufwendigen 3D-Meßeinrichtun­ gen überprüft werden, bleibt die Unsicherheit der flexiblen Dichtungen mit häufig komplizierter Form, die mit diesen Meßeinrichtungen nicht ohne weiteres überprüfbar sind und nur mit extrem hohen Aufwand vermessen werden können. Auch wenn gewährleistet wird, daß die Dichtungen stets einwand­ frei gefertigt sind, so können jedoch beim Einpassen der flexiblen Dichtungen in den Rahmen Fehler nicht ausge­ schlossen werden, die sich gegebenenfalls schlimmer auswir­ ken als nicht eingehaltene Fertigungstoleranzen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein zuver­ lässiges, schnelles Verfahren zum Überprüfen des korrekten Einbaus sowie der Fertigungsqualität der Elemente des fertigen Verbunds Tür(Fenster)-Rahmen-Dichtung anzugeben, das mit einer technisch wenig aufwendigen Vorrichtung durchführbar ist, deren Schaffung auch Aufgabe der Erfin­ dung ist.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der Patentansprüche 1 bzw. 10 gelöst, wobei die vorteilhaften Weiterbildungen in den Unteransprüchen gekennzeichnet sind.

Es wurde gefunden, daß Einbußen der realen Dichtheit des Systemverbunds infolge von Fertigungs- und Einbaufehlern auf technisch einfache und schnelle Weise akustisch ein­ wandfrei festgestellt und lokalisiert werden können. Abhän­ gig von dem Meß- und Bewertungsaufwand ist sogar eine Diag­ nose hinsichtlich der unterschiedlichen Ursachen für die festgestellten Undichtigkeiten bzw. Leckagen möglich.

Akustische Meßeinrichtungen werden in der Kraftfahrzeug­ technik z. B. bereits angewandt, um fahrbahnerregte Geräu­ sche auf Rollenprüfständen usw. zu simulieren und im Fahr­ zeuginnern durch Schallaufnehmer die entstehenden Geräusche aufzunehmen und ihre Ursache festzustellen. Es wurde jedoch bisher nicht erkannt, daß ein akustisches Verfahren zum einfachen Überprüfen der eingebauten Rahmendichtungen ein­ setzbar ist.

Erfindungsgemäß wird vorzugsweise mittels einem oder mehre­ rer Lautsprecher im Rauminnern ein vorbestimmter Schallpe­ gel erzeugt und die außerhalb des Raums auftretenden Schallsignale werden vorzugsweise mittels eines oder mehre­ rer Mikrofone aufgenommen. Die Mikrofone können prinzipiell ortsfest sein. So ist eine feste Anordnung von Mikrofonen möglich, die z. B. bei Plazierung eines Fahrzeugs mit dem Schallgeber in seinem Innern an vorbestimmter Prüfposition außerhalb des Fahrzeugs im Bereich der Rahmen im Nahfeld und wahlweise auch im Fernfeld den Schalldruck aufnehmen. Bei unzureichendem Systemverbund ergeben sich dann beim Vergleich mit dem Signalmuster eines einwandfreien Verbun­ des Schwachstellen des Verbundes, die in Abhängigkeit der Anzahl der Schallaufnehmer lokalisierbar sind. Es kann auch mit einem einzigen oder mehreren Schallaufnehmern gearbei­ tet werden, die beispielsweise mit Hilfe eines Roboters entlang der Rahmen bewegt werden, wobei mittels einer rech­ nergesteuerten Speichereinrichtung Schwachstellen ortsab­ hängig angezeigt und für ein Diagnoseprotokoll ausgewertet und gespeichert werden.

Der Rechner kann dann auch Umgebungsstörgeräusche bei der Aufbereitung der aufgenommenen Signale berücksichtigen, wobei neben vorab gemessenen gespeicherten Werten auch die z. B. im Fernfeld mit den Nutzsignalen gemessenen Signale herangezogen werden, um aktuell auftretende Störsignale bei der Signalverarbeitung mit einzubeziehen. So ist es mög­ lich, in einer Fertigungsstraße ohne weitere Schallisolie­ rungsmaßnahmen zu messen.

Ein Frequenzanalysator kann dazu verwendet werden, die jeweils festgestellten Amplitudendifferenzen in Abhängig­ keit von der Frequenz auszuwerten, um so auf Fehler zu schließen, die sich bei bestimmten Frequenzen besonders bemerkbar machen.

Ein wichtiger Anwendungsfall der Erfindung besteht in der berührungslosen automatisierten Messung während des Ferti­ gungsflusses beim Zusammenbau der Teile einer Automobilka­ rosserie, so daß ohne zusätzlichen Personalaufwand eine Qualitätsprüfung der Rahmendichtung möglich ist und Fehler diagnostiziert und sofort behoben werden können.

Vorzugsweise wird bei Frequenzen unterhalb der ersten Hohl­ raumresonanz des geschlossenen Raums beschallt, wobei sich im Fall von Fahrzeugkarosserien mit üblicherweise 3 bis 5 m³ Innenraumvolumen ein Frequenzbereich von etwa 20 bis 60 Hz als günstig erwies. Signifikante Ergebnisse wurden vor allem im tieferen Frequenzbereich und insbesondere auch um 40 Hz erzielt.

Die Messung und Bestimmung des Schallpegels ist einfach und in üblicher Weise mittels Mikrofon(en) oder anderen Senso­ ren, nachgeschalteten Verstärkern, Gleichrichtern und Anzeigeteil sowie Filtereinrichtungen möglich. Bei vorgege­ benen Schalldruckpegeln um 100 dB ergeben sich im Bereich von beispielsweise etwa 6 bis 10 dB liegende gut nachweis­ bare Schalldruckpegeländerungen bei Fehlern in der Rahmen­ dichtung.

Zusätzlich oder alternativ kann auch die Schallschnelle oder Schallintensität gemessen werden, um zu noch signifi­ kanteren Werten für eine weitergehende Diagnose durch Ver­ gleich mit gespeicherten Fehlermustern zu kommen. Darüber­ hinaus kann insbesondere die lokale Schallimpedanz gemessen oder z. B. aus Schalldruck und Schallschnelle bestimmt und für die Beurteilung herangezogen werden. Schließlich sind auch z. B. schalloptische Verfahren einsetzbar, um das Schallfeld außerhalb des abgeschlossenen Raums zu erfassen. Als Meßeinrichtungen für die Schallschnelle sind Gradien­ tenmikrofone oder z. B. Dünnfilmanemometer und für die Schallimpedanz kombinierte Druck- und Schnelleempfänger (Anemometer) einsetzbar. Die Schallintensität kann mittels Intensitätssonden bzw. Mehrfachmikrofonanordnungen bestimmt werden.

Vorzugsweise wird während der Prüfung der Schalldruckpegel innerhalb des abgeschlossenen Raums konstant gehalten. Alternativ ist es jedoch auch möglich, definierte Schall­ druck- und Frequenzänderungen vorzugeben, um anhand der jeweils auftretenden Schallschnelle-, Schalldruck-, Schall­ impedanz- und/oder Schallintensitätswerte differenziertere Vergleichswerte zu gewinnen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figur, die ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt, näher erläutert.

Dort ist die Karosserie eines Personenkraftwagens skiz­ ziert. Der Einfachheit halber ist nur ein Türrahmen 1 mit einer üblichen elastischen Gummidichtung 2 und der entspre­ chenden Seitentür 3 skizziert. Das erfindungsgemäße Prinzip gilt gleichermaßen für mit Rahmendichtung versehene Fen­ ster, Heckklappen usw . . Auch sind prinzipiell beliebige andere geschlossene Räume mit Fenstern oder Türen in Bezug auf ihre Rahmendichtungen erfindungsgemäß überprüfbar. Beispiels hierfür sind Kühl- oder Gefrierschränke, Klima­ kammern und dergleichen, Schleusen, Druckkammern, explosi­ onsgeschützte Behälter, Spezialcontainer für Meßeinrichtun­ gen.

Ein als Schalldruck-Wechselquelle (-erreger) ausgebildeter Lautsprecher 4 ist im hinteren Bodenbereich des Fahrzeugs angeordnet und über aus der Karosserie beliebig herausge­ führte (z. B. einfach durch den Schließspalt der Kofferraum­ klappe) dünne Kabel mit einem durch 5 angedeuteten Ansteu­ ergerät mit Netz- und Leistungsteilfunktion verbunden, das wiederum an eine Oszillator/Frequenzstellereinheit 6 ange­ schlossen ist. Alternativ ist zur Vermeidung der Kabel­ führungen auch die Erzeugung eines Schallfeldes mittels einer batteriebetriebenen Oszillator-Lautsprechereinheit möglich. Diese Maßnahme faßt die Komponenten 4, 5 und 6 zusammen. Ein Mikrofon 7 zur Nah- und Fernfeldmessung ist in der angedeuteten Weise manuell oder mittels nicht darge­ stellter ansteuerbarer Bewegungseinrichtungen entlang des Rahmens 1 bewegbar. Ein Frequenzanalysator 8 verarbeitet die vom Mikrofon 7 aufgenommenen Schalldrucksignale. Das System kann mit beliebiger Hard- und Software zur Automati­ sierung des Prüfverfahrens ausgestattet werden. Da Automa­ tisierungen Standard in der Überprüfung von Fahrzeugen im Fertigungsfluß sind, wird auf weitere Erläuterungen ver­ zichtet. Es können im übrigen vorhandene Rechnereinrichtun­ gen benutzt und mit der entsprechenden Software ausgestat­ tet werden.

Zwischen etwa 20 und 40 Hz konnten mit dieser einfachen Vorrichtung bei den verschiedensten simulierten Fehlern im Rahmen/Dichtung/Tür-Verbund jeweils deutliche Schalldruck­ pegelunterschiede gemessen und lokalisiert werden. So wur­ den z. B. unterschiedlichste Fehlstellen am Dichtgummi er­ zeugt (Verdrehungen, Überklebungen, Ablösungen). Der gün­ stigste Frequenzbereich für das getestete Fahrzeug lag um etwa 40 Hz. Es wurde mit einem konstanten Innenschalldruck­ pegel von etwa 100 dB gearbeitet. Je nachdem, von welcher Art und wie gravierend die Fehler waren, traten Druckpege­ länderungen zwischen etwa 3 und 10 dB auf. Die Simulations­ fehlerstellen konnten stets einwandfrei lokalisiert werden.

Claims (13)

1. Verfahren zum Prüfen des korrekten Einbaus sowie der Fertigungsqualität und Dichtwirkung von Rahmendichtungen an Fenstern oder Türen eines geschlossenen Raums, insbesondere einer Fahrzeugkarosserie, durch Erzeugen eines vorbestimm­ ten Schallpegels innerhalb des Raums bei einer oder mehre­ ren Frequenzen und Erfassen und Bewerten von außerhalb des Raums, insbesondere im Bereich der Rahmen auftretenden Schallsignalen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Schallsignalfrequenzen in einem unterhalb der ersten Hohlraumresonanzfrequenz des Raums liegenden Frequenzbe­ reich erzeugt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Fall von Fahrzeugkarosserien mit einigen Kubikmetern Innenraumvolumen Schallfrequenzen zwischen 20 und 60 Hz, vorzugsweise um 40 Hz, erzeugt werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als die Schallsignale Schalldrucksignale, Schallinten­ sitäts- und/oder Schallschnellesignale aufgenommen werden und wahlweise Schallimpendanzwerte bestimmt bzw. meßtech­ nisch erfaßt werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgenommen Signale mit Referenzsignalen eines ein­ wandfreien Rahmen/Dichtungsverbundes sowie bekannten Fehlersignalen unter Berücksichtigung von Hintergrundge­ räuschen verglichen werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Schallsignalaufnehmer entlang der Rahmendichtungen bewegt wird und fortlaufend die Schallsi­ gnale in Abgängigkeit von der Position des Schallsignalauf­ nehmers registriert werden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auftretende Schallsignale zur Unterscheidung zwischen den verschiedenen Fertigungs- und Einbaufehlern in Abhän­ gigkeit von der Frequenz und den erfaßten Signalamplituden bzw. den entsprechenden Pegelwerten bewertet werden.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ergebnisse der Bewertung in Form eines Diagnosepro­ tokolls ausgegeben werden und/oder ein im Verlauf der Signalerfassung und -bewertung festgestellter Fehler jeweils sofort angezeigt wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalerfassung und -bewertung rechnergesteuert und automatisiert nach dem Einbau der Dichtungen und zusätzlich wahlweise in bestimmten Zeitabständen danach durchgeführt werden.

10. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens einen im Rauminnern an­ zuordnenden Schallgeber (4) und mindestens einen Schallsi­ gnalaufnehmer (7), der außerhalb des Raums angeordnet und wahlweise in die Rahmenbereiche (1) bringbar ist sowie an eine Signalverarbeitungs- und Bewertungseinheit (8) ange­ schlossen ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Schallgeber Lautsprecher (7) sind und die Schallsignalaufnehmer aus Mikrofonen, Anemometern und/oder Sonden zur Messung von Schallimpedanz, -schnelle und -in­ tensität bestehen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungs- und Bewertungseinheit eine Signalspeichereinrichtung mit Rechner zum Speichern und Vergleichen von Meß- und Referenzwerten und wahlweise einen Frequenzanalysator (8) aufweist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine automatisch gesteuerte Bewegungseinrichtung umfaßt, mit der der oder die Schallsignalaufnehmer (7) ent­ lang der Rahmen (1) bewegt wird bzw. werden.