DE102017007197A1 - Method for producing a component in the vacuum infusion method - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils mit aushärtendem Werkstoff im Vakuuminfusionsverfahren, insbesondere von Rotorblättern oder Rotorblattteilen, wobei das Bauteil in einer beheizten Form aushärtet. Erfindungsgemäß werden der Aushärtegrad oder eine mit dem Aushärtegrad des Bauteils korrespondierende Eigenschaft während des Aushärtens bestimmt und in Abhängigkeit davon die Heizung der Form geregelt. The invention relates to a method for producing a component having a hardening material in the vacuum infusion method, in particular of rotor blades or rotor blade parts, wherein the component cures in a heated mold. According to the invention, the degree of curing or a property corresponding to the degree of curing of the component is determined during the curing and, depending on this, the heating of the mold is regulated.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils mit aushärtendem Werkstoff im Vakuuminfusionsverfahren, insbesondere von Rotorblättern oder Rotorblattteilen, wobei das Bauteil in einer beheizten Form aushärtet.The invention relates to a method for producing a component having a hardening material in the vacuum infusion method, in particular of rotor blades or rotor blade parts, wherein the component cures in a heated mold.
Bauteile aus Kunststoff härten typischerweise in einer Form aus. Zur Unterstützung des Aushärtevorgangs wird die Form beheizt. Dabei wird viel Energie aufgewendet.Plastic components typically cure in a mold. To support the curing process, the mold is heated. Thereby a lot of energy is spent.
Große Bauteile aus Faserverbundkunststoffen, wie Rotorblätter (insbesondere für Windkraftanlagen), werden in entsprechend großen, beheizten Formen hergestellt, vorzugsweise im VARI-Verfahren (Vacuum Assisted Resin Infusion) oder einem ähnlichen Verfahren. Dabei härtet der Werkstoff in der Form unter einer Vakuumfolie aus, während die Form beheizt wird. Deshalb wird vorliegend auch das VARI-Verfahren als Vakuuminfusionsverfahren angesehen.Large components made of fiber composite plastics, such as rotor blades (in particular for wind turbines), are produced in correspondingly large, heated molds, preferably in the VARI process (Vacuum Assisted Resin Infusion) or a similar process. The material in the mold cures under a vacuum film while the mold is being heated. Therefore, in the present case, the VARI method is also regarded as a vacuum infusion method.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Form, mit denen eine energiesparende und qualitativ hochwertige Herstellung eines Bauteils mit aushärtendem Werkstoff im Vakuuminfusionsverfahren möglich sind.Object of the present invention is to provide a method and a mold with which an energy-saving and high-quality production of a component with hardening material in the vacuum infusion process are possible.
Zur Lösung der Aufgabe weist das erfindungsgemäße Verfahren die Merkmale des Anspruchs 1 auf. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Aushärtegrad oder eine mit dem Aushärtegrad des Bauteils korrespondierende Eigenschaft während des Aushärtens bestimmt werden und in Abhängigkeit davon die Heizung der Form geregelt wird. Auf diese Weise ist eine automatische Heizungsregelung möglich, ebenso eine Optimierung der Infusions- oder Aushärtedauer. Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise in Verbindung mit dem VARI-Verfahren und/oder bei der Herstellung von Rotorblättern verwendet.To achieve the object, the inventive method has the features of claim 1. In particular, it is provided that the degree of hardening or a property corresponding to the degree of hardening of the component are determined during hardening and, depending on this, the heating of the mold is regulated. In this way, an automatic heating control is possible, as well as an optimization of the infusion or curing time. The process according to the invention is preferably used in conjunction with the VARI process and / or in the production of rotor blades.
Die Regelung der Heizung kann erfindungsgemäß neben dem Aushärtegrad auch weitere Parameter und Messgrößen berücksichtigen, wie
- - die Reaktionsenthalpie des aushärtenden Werkstoffs,
- - den lokalen Aufbau des Bauteils (Dicke, Anzahl der Lagen Fasermatten),
- - den Infusionsprozess,
- - den Aufbau der Form,
- - eine Isolation,
- - Außentemperatur Taußen,
- - Wärmeleitung in Form und Bauteil, und/oder
- - Versuchsergebnisse.
- the reaction enthalpy of the hardening material,
- the local structure of the component (thickness, number of layers of fiber mats),
- - the infusion process,
- - the structure of the form,
- - an isolation,
- - outside temperature Taußen,
- - Heat conduction in the form and component, and / or
- - Test results.
Dadurch kann die Regelung auch eine Vorhersagefunktion beinhalten. Beispielsweise können die Heizleistung oder deren Anstieg reduziert werden, bevor der erwünschte Aushärtegrad erreicht ist, weil die Reaktionsenthalpie zusätzliche Wärmeenergie einbringt, deren Auswirkung sich durch Versuche und/oder den lokalen Aufbau, Außentemperatur, die Wärmeleitung und die Isolation abschätzen lässt.As a result, the control can also include a prediction function. For example, the heat output or its rise can be reduced before the desired degree of cure is achieved, because the enthalpy of reaction introduces additional heat energy, the effect of which can be estimated by tests and / or the local structure, outside temperature, heat conduction and insulation.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung wird der Aushärtegrad zumindest mittelbar bestimmt durch ein oder mehrere Sensoren, insbesondere durch Messung von Dehnung, Temperatur, elektrischem Widerstand, lonenviskosität, Reflektion oder Bragg-Wellenlänge. Sensoren für die angegeben physikalischen Werte sind grundsätzlich bekannt. Die Bragg-Wellenlänge wird unter Verwendung sogenannter Faser-Bragg-Gitter-Sensoren ermittelt. Ziel ist dabei die Bestimmung von Dehnung und/oder Temperatur, abgeleitet aus der Bragg-Wellenlänge.According to a further aspect of the invention, the degree of curing is determined at least indirectly by one or more sensors, in particular by measuring strain, temperature, electrical resistance, ion viscosity, reflection or Bragg wavelength. Sensors for the specified physical values are known in principle. The Bragg wavelength is determined using so-called fiber Bragg grating sensors. The aim is to determine the strain and / or temperature derived from the Bragg wavelength.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung wird der Aushärtegrad zumindest mittelbar bestimmt durch ein oder mehrere am Bauteil angeordnete Sensoren, insbesondere durch wenigstens einen unter einer Vakuumfolie angeordneten Sensor. Dazu zählen auch Sensoren, die am Bauteil anliegen, die in das Bauteil eingesetzt sind, ebenso in eine Bauteiloberfläche, oder Sensoren ohne unmittelbaren Kontakt zum Bauteil, etwa Sensoren dicht an der Bauteiloberfläche. Die Sensoren liefern die Daten für eine Regeleinheit zur automatischen Regelung der Heizung. Der Sensor soll möglichst wiederverwendbar sein und wird nach Beendigung des Verfahrens vom Bauteil getrennt, z.B. abgerissen. According to a further aspect of the invention, the degree of curing is determined at least indirectly by one or more sensors arranged on the component, in particular by at least one sensor arranged under a vacuum film. This also includes sensors that abut the component, which are inserted into the component, as well as in a component surface, or sensors without direct contact with the component, such as sensors close to the component surface. The sensors provide the data for a control unit for automatic control of the heating. The sensor should be as reusable as possible and is separated after completion of the process from the component, for example, demolished.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung liegt der Sensor an einer das Bauteil bedeckenden Lage an, insbesondere an einer Lage als Fließhilfe oder an einer Lage als Trennhilfe. Wenigstens eine Lage befindet sich zwischen Sensor und Bauteil.According to a further aspect of the invention, the sensor is located on a layer covering the component, in particular on a layer as a flow aid or on a layer as a separating aid. At least one layer is located between sensor and component.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung ist der Sensor unter einer Vakuumfolie angeordnet, wobei der Sensor mit einem Teilbereich durch eine Öffnung in der Vakuumfolie ragt, und wobei Öffnung und Sensor gegeneinander abgedichtet sind. Ein Teilbereich des Sensors liegt unter der Vakuumfolie, während der andere Teilbereich aus der Öffnung herausragt. Bei dem herausragenden Teilbereich kann es sich auch um eine Leitung handeln, vorzugsweise aber um einen Teil eines Sensorgehäuses.According to a further aspect of the invention, the sensor is arranged under a vacuum film, wherein the sensor protrudes with a partial region through an opening in the vacuum film, and wherein the opening and sensor are sealed against each other. A portion of the sensor is located under the vacuum film, while the other portion protrudes from the opening. The protruding portion may also be a lead, but preferably a portion of a sensor housing.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung wird der Aushärtegrad zumindest mittelbar bestimmt durch einen oder mehrere an der Form angeordnete Sensoren, insbesondere in Verbindung mit wenigstens einem Sensor am Bauteil. Dazu zählen auch Sensoren, die in die Form eingesetzt sind, ebenso in eine Oberfläche der Form. Die Sensoren liefern die Daten für eine Regeleinheit zur automatischen Regelung der Heizung.According to a further aspect of the invention, the degree of cure is determined at least indirectly by one or more sensors arranged on the mold, in particular in conjunction with at least one sensor on the component. These include sensors that are inserted into the mold, as well as into a surface of the mold. The sensors provide the data for a control unit for automatic control of the heating.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung weist die Form mehrere Heizfelder auf, welche separat, in Gruppen oder zusammen geregelt werden. Dadurch ist es möglich verschiedene Bereiche der Form in unterschiedlicher Weise zu beheizen. Vorzugsweise sind ein oder mehrere Sensoren je Heizfeld vorgesehen. Möglich ist aber auch die Verwendung eines Sensors für mehrere Heizfelder, etwa wenn die Wärmeleitung im Bauteil berechenbar oder aus Erfahrungswerten bekannt ist.According to a further aspect of the invention, the mold has a plurality of heating fields which are regulated separately, in groups or together. This makes it possible to heat different areas of the mold in different ways. Preferably, one or more sensors are provided per heating field. However, it is also possible to use a sensor for several heating fields, for example if the heat conduction in the component is calculable or known from empirical values.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung ist vorgesehen, dass das Bauteil Faserverbundkunststoffe aufweist, insbesondere mit EP (Epoxidharz), UP (ungesättigtem Polyesterharz) oder VE (Vinylesterharz). Diese Werkstoffe sind bekannt und werden für die Herstellung von Rotorblättern verwendet.According to a further aspect of the invention, it is provided that the component has fiber composite plastics, in particular with EP (epoxy resin), UP (unsaturated polyester resin) or VE (vinyl ester resin). These materials are known and used for the manufacture of rotor blades.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung weist das Bauteil Faserverbundkunststoffe auf, als GFK (glasfaserverstärkte Kunststoffe) oder CFK (kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe). Die Verarbeitung von GFK und CFK ist erprobt, insbesondere für die Herstellung von Rotorblättern.According to a further aspect of the invention, the component has fiber composite plastics, as GFRP (glass fiber reinforced plastics) or CFRP (carbon fiber reinforced plastics). The processing of GRP and CFRP is proven, especially for the production of rotor blades.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Form zur Herstellung eines Bauteils mit aushärtendem Werkstoff und mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Insbesondere sind eine Regeleinheit zur Regelung der Heizung und wenigstens ein mit der Regeleinheit verknüpfter Sensor vorgesehen, wobei mit dem Sensor der Aushärtegrad oder eine mit dem Aushärtegrad des Bauteils korrespondierende Eigenschaft bestimmbar ist. Die Regeleinheit ist in die Form integriert, der Form zugeordnet oder mit der Form verbunden, etwa über elektrische oder optische Leiter. Im einfachsten Fall bilden ein Sensor, eine Regeleinheit und eine Heizung einen Regelkreis. Es können aber auch mehrere Sensoren und/oder mehrere Heizfelder vorgesehen sein.The invention also provides a mold for producing a component with hardening material and with the features of
Die Heizung der Form kann in bekannter Weise ausgebildet sein, etwa mit einem System von Kanälen in der Form zum Hindurchleiten eines erwärmten oder gekühlten Fluides. Auch können elektrische Heizleiter/Heizdrähte vorgesehen sein.The heating of the mold may be formed in a known manner, such as with a system of channels in the mold for passing a heated or cooled fluid. Also, electrical heating / heating wires can be provided.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung ist mit dem Sensor der Aushärtegrad zumindest mittelbar bestimmbar, insbesondere durch Messung von Dehnung, Temperatur, elektrischem Widerstand, Ionenviskosität, Reflektion oder Bragg-Wellenlänge.According to a further aspect of the invention, the degree of hardening can be determined at least indirectly with the sensor, in particular by measuring strain, temperature, electrical resistance, ion viscosity, reflection or Bragg wavelength.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung ist der Sensor mit der Regeleinheit verbunden aber außerhalb der Form angeordnet, nämlich am Bauteil, etwa im Bauteil oder auf der Bauteiloberfläche. Der Sensor ist mit der Regeleinheit über Leitungen oder über eine drahtlose Kommunikationsstrecke verbunden, etwa per Funk.According to a further aspect of the invention, the sensor is connected to the control unit but arranged outside the mold, namely on the component, for example in the component or on the component surface. The sensor is connected to the control unit via lines or via a wireless communication link, such as by radio.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung ist wenigstens ein Sensor an der Form angeordnet, insbesondere an einer Formoberfläche. Der Sensor kann auch unter der Oberfläche, also innerhalb der Form vorgesehen sein.According to a further aspect of the invention, at least one sensor is arranged on the mold, in particular on a mold surface. The sensor may also be provided below the surface, ie within the mold.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung sind mehrere Heizfelder vorgesehen, welche zusammen, in Gruppen oder separat regelbar sind.According to a further aspect of the invention, a plurality of heating fields are provided, which can be controlled together, in groups or separately.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung im Übrigen und aus den Ansprüchen. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ansprüchen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 Eine schematische Querschnittsdarstellung von Form und Bauteil mit Sensoren, -
2 eine schematische Darstellung für eine Heizungsregelung während eines Vakuuminfusionsverfahrens, -
3 eine Darstellung der Temperaturverläufe an einem Bauteil (a) und an einer Heizung (b), -
4 eine Querschnittsdarstellung eines Sensors auf einem Bauteil und unter einer Vakuumfolie.
-
1 A schematic cross-sectional representation of the form and component with sensors, -
2 a schematic representation of a heating control during a vacuum infusion process, -
3 a representation of the temperature profiles on a component (a) and on a heater (b), -
4 a cross-sectional view of a sensor on a component and under a vacuum film.
Es wird ausgegangen von einem Vakuuminfusionsverfahren zur Herstellung großflächiger Bauteile aus Faserverbundkunststoffen. Bei den Bauteilen handelt es sich vorzugsweise um Rotorblätter für Windkraftanlagen, konkret um Rotorblatthälften oder Rotorblattteile. Für die Herstellung werden Fasermatten in eine Formschale eingelegt und durch eine Vakuumfolie abgedeckt. Anschließend strömt Harz durch Unterdruck unter die Vakuumfolie und benetzt die Fasermatten. Zwischen Fasermatten und Vakuumfolie können Hilfslagen vorgesehen sein, insbesondere eine Fließhilfe und eine Trennhilfe.It is based on a vacuum infusion process for the production of large-area components made of fiber-reinforced plastics. The components are preferably rotor blades for wind turbines, specifically rotor blade halves or rotor blade parts. For the production fiber mats are placed in a mold shell and covered by a vacuum film. Subsequently, resin flows under vacuum under the vacuum film and wets the fiber mats. Between fiber mats and vacuum film auxiliary layers can be provided, in particular a flow aid and a separating aid.
Das Heizsystem ist mit einer Regelung
Konkret kommt der Sensor
Der Sensor
Der Sensorkopf
Wie in
Neben den Werten der Sensoren
- eine Reaktionsenthalpie ΔH des verwendeten Materials,
- die Wärmeleitung innerhalb der
Form 11 , - die
Wärmeleitung im Bauteil 10 .
- a reaction enthalpy ΔH of the material used,
- the heat conduction within the
mold 11 . - the heat conduction in the
component 10 ,
Der verwendete Werkstoff soll so aushärten, dass für das fertige Bauteil die bestmöglichen Eigenschaften erzielt werden, insbesondere Lebensdauer, Festigkeit und Elastizität unter den für das Bauteil vorgesehenen Einsatzbedingungen. Um diese Aushärtung zu erreichen, ist aus Versuchen ein idealer Temperaturverlauf
Um den optimalen Temperaturverlauf
In der Praxis kann aufgrund eines gemessenen Temperaturverlaufs
Nach weiterem, schwächerem Anstieg wird die geregelte Temperatur
Durch Anordnung und Verwendung separat geregelter Heizfelder in der Form
Nach Beibehaltung des Plateaus
Mit den Sensoren
Aufgrund von Erfahrungswerten können aus dem Temperaturverlauf am Bauteil
Für die angesprochene Temperatur-Regelung wird eine bestimmte Heizleistung PHeiz benötigt. Diese ist eine Funktion der Zeit und hängt zusätzlich von einer Reihe von Parametern ab:
Die Reaktivität des aushärtenden Werkstoffes (des Harzes) wird durch die Enthalpie ΔH beschrieben und gibt an, wieviel Wärme während der Reaktion (beim Aushärten) frei wird. Die Wärme kann zum Erhitzen des Bauteils mit verwendet werden und so die benötigte Heizleistung der Form verringern.The reactivity of the hardening material (the resin) is described by the enthalpy ΔH and indicates how much heat is released during the reaction (during curing). The heat can be used to heat the component and thus reduce the required heating power of the mold.
Die Parameter h (Form) und h (Bauteil) berücksichtigen die Wärmeleitung in der Form und im Bauteil.The parameters h (shape) and h (component) take into account the heat conduction in the mold and in the component.
Der aktuelle Stand der Aushärtung wird durch die Sensormessgrößen MSensor 1 und MSensor 2 (hier: der Sensoren
Somit gehen in die Heizungsregelung die Reaktionskinetik und die Reaktionsenthalpie als feste Parameter mit ein. Zusätzlich wird der lokale Aufbau der Form und des Bauteils berücksichtigt, da diese maßgeblich die Wärmeübertragung/den Wärmetransport beeinflussen. So kann lokal die optimale Heizleistung eingestellt werden. Die Heizleistung wird für jedes einzelne Heizfeld bestimmt.Thus, the reaction kinetics and the reaction enthalpy are included in the heating control as fixed parameters. In addition, the local structure of the mold and the component is taken into account, since these significantly influence the heat transfer / heat transfer. So you can set the optimal heating power locally. The heating power is determined for each individual heating field.
Die Reaktionskinetik/Aushärtekinetik lässt sich wie folgt beschreiben: The reaction kinetics / curing kinetics can be described as follows:
Wird mit den Sensoren ausschließlich die Temperatur des Harzes gemessen, z. B. an der Oberfläche des Bauteils
- - Prime-Modell
- - Prout-Tompkins-Modell
- p: Aushärtegrad
- k: Arrhenius-Term
- n: Reaktionsordnung
- a: Katalyseordnung
- E: Aktivierungsenergie
- R: Allgemeine Gaskonstante
- e: Eulersche Zahl
- A: Arrhenius-Faktor
- - Prime model
- - Prout-Tompkins model
- p: degree of cure
- k: Arrhenius-Term
- n: reaction order
- a: catalytic order
- E: activation energy
- R: General gas constant
- e: Euler's number
- A: Arrhenius factor
Durch die gezielte automatische Regelung der Heizleistung wird die Zykluszeit bei Einhaltung der geforderten Materialkennwerte (z.B. Glasübergangstemperatur TG) minimiert. Die Messung des Bauteilzustands und die Regelung erfolgen in Echtzeit für jedes der einzelnen Heizelemente/Heizfelder. So können auch plötzlich oder lokal auftretende Änderungen automatisch berücksichtigt werden. Durch die Vorhersagefunktion (Einbeziehung der Reaktionsenthalpie, Erfahrungswerte) kann die Heizleistung schon frühzeitig minimiert und die Kühlung des Bauteils beginnen, auch wenn die Aushärtung noch nicht vollständig abgeschlossen ist, da die Aushärtung auch bei geringeren Temperaturen noch weiterläuft und beendet wird.The targeted automatic control of the heating power minimizes the cycle time while maintaining the required material parameters (eg glass transition temperature T G ). The measurement of the state of the component and the regulation take place in real time for each of the individual heating elements / heating fields. This means that sudden or locally occurring changes can be automatically taken into account. The predictive function (inclusion of the reaction enthalpy, empirical values) allows the heating power to be minimized at an early stage and the cooling of the component to begin, even if the curing is not yet complete, since the curing continues even at lower temperatures and is terminated.
Die Regelung der Form läuft automatisch für jedes einzelne Heizfeld/Heizelement optimiert ab. Hierdurch können Energiekosten eingespart und Zykluszeiten deutlich minimiert werden. Dabei läuft die Regelung der Form vollautomatisch ab, es muss keine Anpassung bei veränderten Außenbedingungen durch den Bediener erfolgen. Auch leicht verändertes Materialverhalten bei unterschiedlichen Materialchargen wird über die Regelung abgedeckt.The control of the mold automatically runs optimally for each individual heating field / heating element. This saves energy costs and significantly minimizes cycle times. At the same time, the control of the mold is fully automatic; no adjustment is required by the operator when the outside conditions change. Even slightly different material behavior with different batches of material is covered by the regulation.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Bauteilcomponent
- 1111
- Formshape
- 1212
- Formoberflächemold surface
- 1313
- Heizrohreheating pipes
- 1414
- Regelungregulation
- 1515
- Sensor (Bauteiloberfläche)Sensor (component surface)
- 1616
- Sensor (Formoberfläche)Sensor (mold surface)
- 1717
- Lage als FließhilfeLocation as a flow aid
- 1818
- Lage als TrennhilfeLocation as a separation aid
- 1919
- Lage als AbreißgewebeLocation as a tear-off fabric
- 2020
- LagenpaketLocation package
- 2121
- Sensorkopfsensor head
- 2222
- Vakuumfolievacuum film
- 2323
- Unterseitebottom
- 2424
- Fortsatzextension
- 2525
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- 2626
- Leitungmanagement
- 2727
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- 2828
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- 2929
- optimaler Temperaturverlaufoptimal temperature profile
- 3030
- nominale Temperaturnominal temperature
- 3131
- gemessener Temperaturverlaufmeasured temperature profile
- 3232
- geregelte Temperaturregulated temperature
- II
- kurzzeitiger Anstiegshort-term increase
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- Plateauplateau
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- Plateauplateau
- VIVI
- Plateauplateau
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Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4921415A (en) * | 1987-11-27 | 1990-05-01 | General Electric Company | Cure monitoring apparatus having high temperature ultrasonic transducers |
US5219498A (en) * | 1991-11-12 | 1993-06-15 | Keller L Brian | Process for controlling curing and thermoforming of resins and composites |
DE102011053921A1 (en) * | 2011-09-26 | 2013-03-28 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Control of an autoclave manufacturing process |
DE102014119381A1 (en) * | 2014-12-22 | 2016-06-23 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Method and device for producing a fiber composite component |
EP3168021A1 (en) * | 2015-11-16 | 2017-05-17 | The Boeing Company | Advanced multiple grid heat sources to achieve optimized cure structure and method of making the same |
-
2017
- 2017-08-02 DE DE102017007197.7A patent/DE102017007197A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4921415A (en) * | 1987-11-27 | 1990-05-01 | General Electric Company | Cure monitoring apparatus having high temperature ultrasonic transducers |
US5219498A (en) * | 1991-11-12 | 1993-06-15 | Keller L Brian | Process for controlling curing and thermoforming of resins and composites |
DE102011053921A1 (en) * | 2011-09-26 | 2013-03-28 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Control of an autoclave manufacturing process |
DE102014119381A1 (en) * | 2014-12-22 | 2016-06-23 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Method and device for producing a fiber composite component |
EP3168021A1 (en) * | 2015-11-16 | 2017-05-17 | The Boeing Company | Advanced multiple grid heat sources to achieve optimized cure structure and method of making the same |
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