Der Wettlauf um Innovationen – Endoskope beschleunigen Forschung und Entwicklung in der Automobilindustrie

By Bayard Morales - 10 Mai, 2022

Moderne Endoskope (auch Videoskope genannt, da sie einen Bildsensor verwenden) verbessern die Effizienz und die Forschung in der Automobilindustrie.

Ein Beispiel liefert das Institute for Advanced Automotive Propulsion Systems (IAAPS), wo Ingenieure spezielle Endoskope von Olympus verwenden, um im Rahmen von Forschungs- und Testprojekten Sichtprüfungen von Verbrennungsmotoren und anderen Antriebsteilsystemen durchzuführen.

Dr. Andrew Lewis, Principal Engineer bei IAAPS, und Dr. Karl Giles, Senior Engineer bei IAAPS, haben mit mir die wichtigsten Vorteile und die Bedeutung der Verwendung von Endoskopen in der Forschung und Entwicklung von Automotoren besprochen. Lesen Sie das folgende Interview:

Frage: Erzählen Sie uns von der Zusammenarbeit zwischen IAAPS und Olympus (jetzt EVIDENT).

Andreas Lewis: Es begann als eine normale Kundenbeziehung zu einem Lieferanten. Wir hatten für die Sichtprüfung eine Ausstattung von einer anderen Firma, die viel einfacher war und sehr schlechte Bilder lieferte. Einer unserer Kunden aus der Automobilindustrie hat uns Olympus empfohlen und seit November 2020 verwenden wir ein Endoskop von Olympus.

Wir haben eng mit Bayard und dem Team von Olympus zusammengearbeitet, um die richtige Anwendung des Systems zu erlernen und die besten Ergebnisse aus der Sichtprüfung für die von uns durchgeführten Forschungs- und Testprojekte zu erzielen. Für Olympus ist es nützlich zu wissen, wie eine Forschungseinrichtung, wie IAAPS, ein Endoskop in kleinen, engen Stellen, wie Verbrennungskammern von Automotoren, einsetzt.

Frage: Wie wird die Sichtprüfung mit einem Endoskop bei IAAPS und den Forschungsprojekten eingesetzt?

Andreas Lewis: Ein Endoskop ist ein ferngesteuertes optisches Gerät für die Sichtprüfung in engen, schwer zugänglichen Hohlräumen. Es besteht aus einem Einführungsteil mit einem kleinen flexiblen Sensor mit einer Abwinklung an einem Ende, in dem sich die Linse und der Bildsensor befindet, und aus einer Fernbedienung zur Steuerung der Position der Abwinklung am anderen Ende. Es ist ein sehr leistungsstarkes Gerät und der Bediener kann je nach Prüfanforderung nach vorne oder zur Seite gerichtete Linsen befestigen.

Unser Einführungsteil hat einen Durchmesser von 4 mm, sodass es wirklich zu den schwer zugänglichen Stellen im Motor gelangen kann. Bei unserer Arbeit gehen wir oft an die Leistungsgrenzen eines Motors und es ist nicht ungewöhnlich, dass Komponenten schneller als normal brechen oder verschleißen. Mit dem Endoskop von Olympus können wir beobachten, was in einem Motor passiert, und Schäden oder Verschleiß erkennen, bevor es zu katastrophalen Folgen kommt.

Karl Giles: Wir verwenden es überwiegend für die Routineprüfung von Verbrennungsmotoren. Die Verwendung eines Endoskops für diesen Zweck ist gebräuchlich, jedoch werden Motoren jenseits der Stromerzeugung und Luft- und Raumfahrt nur selten auf diese Weise geprüft. Die Motoren, die wir prüfen, sind bedeutend kleiner als die Motoren in der Stromerzeugung. Dadurch ist es viel schwieriger die gewünschten Aufnahmen zu machen, da die Arbeit an engeren Stellen erfolgt.

Neben den Brennkammern von Benzin- und Dieselmotoren haben wir das Endoskop auch für die Inspektion von Turboladern, Diesel-Abgasnachbehandlungssystemen, Ölwannen und Heizelementen unserer neuen Einzylinder-Vorrichtung verwendet. Im Grunde genommen überall dort, wo man nur schwer hinkommt, ohne etwas demontieren zu müssen.

Videoskop für die Forschung und Entwicklung in der Automobilindustrie

Olympus IPLEX GX/GT Videoskop

Frage: Was sind die Vorteile eines Endoskops?

Karl Giles: Wir haben viel durch den Gebrauch gelernt. Unsere Prüfergebnisse haben uns zum Beispiel dazu veranlasst, Maßnahmen zu ergreifen, um bestimmte unerwünschte Auswirkungen zu korrigieren oder zu verhindern, dass sie sich verschlimmern, oder um die Art der Tests zu bestimmen, die wir anschließend durchführen. Allgemein hilft es uns, Probleme frühzeitig zu erkennen und Korrekturmaßnahmen einzuleiten, bevor etwas zerbricht. Die Bildqualität ist hervorragend und wir haben nie eine höhere Auflösung benötigt. Auch das Zubehör ist umfangreich, auch wenn wir eigentlich mit minimalem Zubehör auskommen.

Andreas Lewis: Die Sichtprüfung mit dem Endoskop verleiht unserer Forschung einen bedeutenden visuellen Aspekt und kann Fragen beantworten, warum Daten aus Prüfergebnissen möglicherweise anders aussehen oder warum bestimmte Phänomene auftreten, die wir nicht vorhergesehen haben. Es gibt immer Hinweise, mit denen wir unsere Ergebnisse besser verstehen können. Ohne sie können wir nur die Zahlen betrachten, die von unseren Sensoren für Temperaturen und Druck usw. erfasst wurden. Doch die Verwendung eines Endoskops kann uns einen visuellen Hinweis geben und bei der Interpretation der Ergebnisse helfen.

Zudem erzielen wir durch diese Art der Sichtprüfung eine deutliche Effizienzsteigerung und Kosteneinsparungen. Beispielsweise bei der typischen Anwendung das Innere einer Brennkammer zu betrachten. Ohne ein Endoskop müsste das vordere Ende des Motors physisch entfernt, alle Systeme demontiert und der Zylinderkopf entfernt werden usw. Mit speziellen Werkzeugen konnten wir das am schnellsten erledigen und den Motor in zwei Tagen überholen, was zwei Tage Ausfallzeit für diesen Motor bedeutet. Mit einem Endoskop können wir innerhalb einer Stunde nachsehen und fertig sein. Es bietet eine enorme Zeitersparnis im Vergleich zu zwei Tagen, in denen möglicherweise keine Ergebnisse erzielt werden.

Frage: Was bedeutet diese Zusammenarbeit für Olympus?

Bayard Morales: Für uns ist das der interessanteste Teil, zu sehen, wie die Endoskopausrüstung für die Sichtprüfung in Motoren in einem Forschungsumfeld, wie bei IAAPS, verwendet wird. So können wir erfahren, was in der Anwendung funktioniert und was nicht, und entsprechende Änderungen vornehmen. Letztendlich ist die Idee hinter einem Endoskop ganz einfach: einen Teil der Maschine sehen zu können, ohne ihn demontieren zu müssen. Und es schafft einen Mehrwert für den Forschungsprozess.

Olympus ist bei weitem nicht der einzige Anbieter dieser Art von Geräten, aber ich würde uns als Marktführer bezeichnen. Wir sind bestrebt, uns zu verbessern und eng mit unseren Kunden zusammenzuarbeiten, damit sie unsere Geräte optimal nutzen können. Wir konzentrieren uns auf die Bildqualität, denn schließlich müssen unsere Kunden hochauflösende Bilder von Innenstrukturen erhalten, um auf der Grundlage ihrer Ergebnisse Entscheidungen treffen zu können. Daher ist uns diese Beziehung zu den Ingenieuren von IAAPS und ihr Feedback äußerst wichtig.

Frage: Die Zusammenarbeit zwischen IAAPS und Olympus hat zu einem Praxisleitfaden geführt. Können Sie uns mehr Details dazu geben?

Bayard Morales: Als wir IAAPS die Ausstattung lieferten, stellte ich fest, dass es für die Verwendung des Endoskops für diese spezielle Anwendung keine ausführliche Anleitung gab. Da IAAPS über Motoren und wir über Endoskope bestens Bescheid wissen, hielten wir es für eine gute Idee, mit der Arbeit an einem Praxisleitfaden zu beginnen.

Ich habe einen Nachmittag mit den Ingenieuren bei IAAPS vor Ort verbracht, um mir genau anzusehen, wie sie es verwenden. Dazu habe ich Videos aufgenommen und mir Notizen gemacht, die die Grundlage für ein kurzes Handbuch werden sollten. Mein ursprüngliches Ziel war es, meine eigenen Kollegen zu schulen. Aber es hat sich herausgestellt, dass es für IAAPS auch nützlich ist, denn damit können alle neuen Mitarbeiter den Umgang mit der Ausrüstung schnell erlernen. Demnach verwenden es unsere zwei Unternehmen.

Karl Giles: Wir haben derzeit keine formellen Anweisungen und die Informationen werden über Demonstrationen weitergegeben. Daher ist es großartig, ein Praxisleitfaden oder eine Ressource zu haben, auf die wir verweisen können, wenn wir unsere Kollegen schulen. Dank Olympus und der Ausrüstung sowie Bayard Morales und seiner Unterstützung haben wir bisher von unseren Kunden sehr positives Feedback zu den Prüfergebnissen und der Klarheit der Bilder erhalten. Ich bin mir sicher, dass der Praxisleitfaden dies weiter festigen wird, und wir können unsere Fähigkeiten weiter ausbauen.

Andy Lewis: Ehrlich gesagt, ist es eine beträchtliche Investition, eines dieser Endoskope zu besitzen und es sollte auf keinen Fall falsch verwendet werden, da dies hohe Reparaturkosten zur Folge haben könnte. Für einen sicheren Betrieb des Endoskops müssen viele Faktoren berücksichtigt werden (z. B. die Motortemperatur), sodass es sehr vorteilhaft wäre, alle diese Informationen in einem Dokument festzuhalten.

Prüfung eines Motorenventils mit einem Videoskop

Eine Nahaufnahme von Ventilen mit einem Endoskop von Olympus

Übersichtsbild eines Pumpkolbens, aufgenommen mit einem Endoskop von Olympus

Frage: Werden mit zunehmender Elektrifizierung Sichtprüfungen mit einem Endoskop relevant bleiben?

Karl Giles: Ja, ich denke schon. Nachgeschaltete Antriebskomponenten, wie Schaltgetriebe und Getriebe, werden ganz ähnlich aussehen, ungeachtet dessen, ob sie von einem Elektromotor oder einem Verbrennungsmotor angetrieben werden. In einer Forschungsumgebung, wie bei uns, ist es immer von Vorteil, diese Subsysteme untersuchen zu können, ohne sie auseinandernehmen zu müssen. Wir haben noch keine große Erfahrung mit dem Endoskop für diese Anwendung. Doch ich gehe von einer ansteigenden Nachfrage aus, da die Projektarbeit zu elektrifizierten Antriebssystemen bei IAAPS zunimmt.

Andy Lewis: Ja, Getriebe wird es immer geben. Auch wenn Verbrennungsmotoren aussterben, müssen Schaltgetriebe und Getriebe weiterhin mit elektrischen Maschinen zusammen funktionieren und somit besteht der Bedarf an Prüfungen für Innenstrukturen. Bei elektrischen Maschinen kann mit einem Endoskop in das Innere eines Motors geblickt werden, um beispielsweise die Wicklungen auf Anzeichen von thermischen Schäden zu untersuchen.

Da Elektromotoren immer leistungsfähiger werden, wird das Wärmemanagement mit integrierten Kühlkanälen usw. immer komplexer. Die Sichtprüfung könnte daher das Prüfen auf Verunreinigungen durch Kühlmittel oder Öl im Motor umfassen. Es besteht immer die Notwendigkeit, in ein Gerät hineinzusehen, ohne es demontieren zu müssen. So können Sie sicher sein, dass das, was Sie sehen, nicht das Ergebnis des Demontageprozesses ist. Je mehr Fragen Sie beantworten können, ohne das gesamte System zu zerlegen, desto besser ist es.

Heutzutage ist jeder auf der Suche nach Effizienz und die Kosten für den Betrieb eines Antriebsstrangsystems sind sehr hoch. Wenn Sie einen Tag für die Demontage und einen Tag für den Zusammenbau benötigen, ist das eine hohe Ausgabe. Wenn Sie das jede Woche durchführen, weil Komponenten zerbrechen und überprüft werden müssen, summiert sich das alles. Wenn Sie diese Prüfzeit auf 30 Minuten reduzieren können, weil Sie dort eine Kamera einführen können, werden sich Endoskope innerhalb von ein paar Testwochen amortisieren.

Endoskope treiben Innovationen in der Forschung und der Überprüfung in der Automobilindustrie voran

Forschungs- und Entwicklungsteams in der Automobilindustrie streben danach, das Innovationstempo zu beschleunigen und die Branche voranzutreiben. Dieses Gespräch zeigt, wie moderne Endoskope die Forschung in der Automobilindustrie durch hochwertige Bildgebung und effiziente Sichtprüfungen verbessern können.

Erneute Veröffentlichung mit Genehmigung von IAAPS. Hier finden Sie den Originalartikel.