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Mess- und Prüftechnik

Wärmebildkameras optimieren die Fertigung von Instrumententafeln im Automobilbau

| Autor/ Redakteur: Frank Liebelt, Peter Smorscek und Michael Wandelt / Udo Schnell

Wärmebildkameras leisten besonders beim Erkennen von Fehlern in elektrischen Anlagen wichtige Dienste. Aber hochwertige Wärmebildkameras können viel mehr, als „nur“ thermisch auffällige Kabel, Sicherungen und Schaltschränke enttarnen. Dabei ist aber außer einer hochwertigen Kamera auch Know-how beim Anwender notwendig. Beispiele aus Produktentwicklung und Qualitätssicherung machen das deutlich.

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Das Prüfsystem Dashboard-Check mit Wärmebildkamera ist auf ein mobiles Gestell montiert und kann so in der Produktion flexibel eingesetzt werden. Bild: Flir
Das Prüfsystem Dashboard-Check mit Wärmebildkamera ist auf ein mobiles Gestell montiert und kann so in der Produktion flexibel eingesetzt werden. Bild: Flir
( Archiv: Vogel Business Media )

Ein Beispiel für den Einsatz der Thermografie in der Automobilindustrie ist die Prüfung von Instrumententafeln. Eine Instrumententafel ist häufig in drei Materiallagen aufgebaut: Träger, Schaumschicht und Formhaut aus Leder oder Kunstleder. Bei der Produktion können im Schaum größere oder kleinere Gaseinschlüsse auftreten.

Wird die Instrumententafel durch Sonneneinstrahlung erwärmt, so bilden sich an den Stellen mit Gaseinschlüssen Aufwölbungen in der Formhaut. Die Optik der Instrumententafel als „gesichtsgebendes Element“ eines Fahrzeugs leidet dadurch erheblich. Kundenreklamationen mit entsprechenden Kosten und Imageverlust können die Folge sein.

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Um dies zu vermeiden, war man im Rahmen der Qualitätskontrolle bisher bemüht, Gaseinschlüsse durch manuelles Abtasten zu finden. Bei diesen rein manuellen Stichprobenkontrollen bleiben jedoch viele Fehler unentdeckt.

Das von Automation Technology entwickelte Prüfsystem Dashboard-Check bietet erstmals die Möglichkeit einer zuverlässigen 100%-Qualitätskontrolle. Gaseinschlüsse in der Schaumschicht werden sicher detektiert. Das Prüfergebnis wird als Bild ausgegeben, wobei sich Fehler in der Schaumschicht mit deutlichem Kontrast abheben. Das System arbeitet dabei vollkommen berührungslos und zerstörungsfrei.

Wärmebildkamera nutzt Unterschiede beim Abkühlen gezielt

Dashboard-Check basiert auf Infrarot-Bildverarbeitung. Innerhalb des Systems wird eine hochauflösende Kamera mit ungekühltem Mikrobolometer Detektor von Flir Systems eingesetzt (bisher Thermo-Vision A40, jetzt A320G). Auf Grund ihrer Zuverlässigkeit und Wartungsfreiheit garantieren diese Kameras einen störungs- und wartungsfreien Betrieb über Jahre im industriellen 24-Stunden-Dauereinsatz. Um die gesamte Oberfläche der Instrumententafel bei einem möglichst geringen Objektabstand erfassen zu können, wird die Kamera mit einem 45°-Weitwinkelobjektiv ausgestattet.

Für die Messung werden speziell entwickelte Infrarot-Bildverarbeitungsverfahren eingesetzt, welche das unterschiedliche Abkühlverhalten von mit Gasblasen behafteten und fehlerfreien Bereichen ausnutzen. Dabei wird entweder die Restwärme des Schaums nach Entnahme des Bauteils aus der Form ausgenutzt oder es wird nachträglich kurzzeitig thermische Energie zugeführt.

Wärmebildkamera-System bietet viele Zusatzfunktionen

Selbstverständlich beinhaltet das Infrarotkamera-System vielfältigste Funktionen für die Auswertung, Speicherung, Archivierung und Dokumentation der Prüfergebnisse. Damit stehen sehr leistungsfähige Hilfsmittel für die Qualitätssicherung und die Prozessoptimierung zur Verfügung.

Auf Grund der hohen Zuverlässigkeit und der vielfältigen Vorteile wurde das Prüfsystem Dashboard-Check von führenden Automobilherstellern bereits für die Qualitätssicherung eingeführt und für die Zulieferer vorgeschrieben. Weltweit führt eine Vielzahl von Unternehmen der Automobil- und Automobilzulieferindustrie die Prüfung von geschäumten Bauteilen bereits mit diesem System durch.

Spritzgießen wird ebenfalls mit Wärmebildkameras verbessert

Wärmebildkameras eignen sich auch, um Spritzguss-Prozesse zu optimieren. Die Qualität von Plastikteilen hängt stark von einem sauberen, fehlerfreien Spritzguss-Prozess ab. Kunden wollen eine gleich bleibend hohe Qualität bei einer Fehlertoleranz, die nahe null liegt – und das bei immer komplexeren Bauteilen.

Die gleichmäßige Temperaturverteilung während des Spitzgießens und ein gleichmäßiges Abkühlen sind Voraussetzungen für eine zuverlässig gleich bleibende Qualität der Spritzgussteile – und eine Herausforderung für die Ingenieure und Techniker in der Produktion.

Abkühlung nach dem Spritzgießen am besten mit Wärmebildkameras zu beobachten

Wärmebildkameras haben sich als ein ideales Werkzeug zur Beobachtung des Abkühlungsprozesses direkt nach dem Spritzguss erwiesen. Sie erlauben die Visualisierung von Problemen, die bei der Modellierung der Form nicht bedacht wurden insbesondere bei Teilen mit komplexen geometrischen Formen.

Zusätzlich ermöglichen thermografische Daten den Ingenieuren die Anpassung von Variablen wie dem Flussvolumen und dem Kühlungszyklus. In einigen Fällen kann die konstante thermografische Beobachtung der Herstellung von Prototypen zu konstruktiven Änderungen der Form führen. Das spart Kosten für die Modellerstellung und entsprechende Tests.

Produkte oft durch fehlende thermische Gleichmäßigkeit fehlerhaft

Das Fehlen einer thermischen Gleichmäßigkeit ist der Hauptgrund für Produktfehler, weiß man bei GTT, einem Ingenieurbüro, das sich auf die Optimierung von Spritzguss-prozessen spezialisiert hat. Wärmebildkameras eignen sich perfekt, um das zu beobachten, wenn sie einfach zu bedienen sind, gut in der Hand liegen, über gute Bildqualität verfügen (320 × 240 Pixel je Infrarotbild), sowie eine Realbildkamera, eingebaute Messfunktionen und eine gute Analysesoftware vorweisen können, so die Erfahrung von GTT. Das Unternehmen verwendet eine Infrarotkamera von Flir mit 320 × 240 Pixeln und liefert seinen Kunden verständliche Berichte dank der Therma-CAM-Reporter-Auswertungssoftware.

Wärmebilder sind ein kostengünstiger, effektiver Weg, thermodynamische Prozesse zu beobachten und Kühlungszyklen von Teilen und Komponenten für die verschiedensten Industriebereiche zu optimieren. Der große Vorteil einer Thermografiekamera ist die Vorausschau: Man kann den Fehler auf dem Werkstück vor der Fertigstellung sehen.

Thermografie ist auch ein wesentlicher Bestandteil des Mess- und Prüfungsverfahrens bei der Audi AG. Das Unternehmen hat 1998 angefangen, Thermografie konsequent anzuwenden. Sowohl hochempfindliche Langwellen als auch Kurzwellenkameras kommen zum Einsatz. Kurzwellenkameras werden dabei für die Erfassung hoher Temperaturen (bis 2000 °C) eingesetzt.

Wärmebildkamera erlaubt Visualisierung von Bauteilen während des Testlaufes

In der Aggregatentwicklung in Ingolstadt sind etwa 700 Versuchsingenieure tätig. Jedes Teil, ob einfach wie Antriebsriemen oder komplex wie Turbolader oder Katalysator, wird ausführlich getestet, bevor es zur Produktion zugelassen wird.

Der thermografische Katalysatortest ist eine Kunst für sich. Die Audi-Ingenieure müssen auf die gleichmäßige Verteilung der Hitze bei sehr extremen Temperaturen achten. Aufgrund der Bildfrequenz von 50 MHz des kurzwelligen Kameragerätes gelingt es, auch das zu visualisieren.

Wärmebildkamera auch am Motorenprüfstand

Auch am Motorenprüfstand wird eine Wärmebildkamera eingesetzt. Neue Aggregate werden präzise auf Wärmeentwicklung, Wärmedistribution oder zum Bestimmen des Ausfallpunktes untersucht. Besonders wertvoll sind die Visualisierungen der Ablaufzyklen während des Testlaufs auch bei anderen Bauteilen. Dies schätzen besonders die Entwicklungsingenieure.

Mit einer Flir-Systems-Wärmebildkamera testet Audi auch Materialien für die Innenausstattung wie Leder, Holz und Kunststoffe auf Verschleiß und Resistenz, teilweise unter extremen klimatischen Bedingungen. Eine ausgezeichnete Temperaturauflösung und Messgenauigkeit der Infrarotgeräte sind bei sämtlichen Messungen eine unabdingbare Voraussetzung: Die Wärmebildkameras des Autobauers sind in der Service-Stufe Premier Service Package von Flir Systems eingebunden.

Frank Liebelt ist freier Journalist in Frankfurt, Peter Smorscek ist Applications Manager EMEA bei Flir Systems in Frankfurt, Dipl.-Ing. Michael Wandelt ist Geschäftsführer der Automation Technology GmbH in Trittau.

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