CN102380958A - 用于制造部件的设备和方法以及飞机结构部件 - Google Patents

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Abstract

一种用于制造部件的设备和方法以及飞机结构部件，包括用于容纳液态材料的材料储箱、其中形成有待被来自材料储箱的材料填充的填充区域的模制工具和将所述材料储箱连接到所述模制工具的所述填充区域的材料供应管线。在所述材料供应管线和/或所述模制工具的所述填充区域的区域中布置有光学纤维，至少一个纤维布拉格光栅传感器被集成在所述光学纤维中，所述至少一个纤维布拉格光栅传感器用于检测作为材料通过所述材料供应管线和/或所述模制工具的所述填充区域的流动特性的参数。

Description

用于制造部件的设备和方法以及飞机结构部件
技术领域
本发明涉及一种用于部件，特别是纤维复合部件的制造和质量保证的设备和方法。本发明进一步涉及一种适于用作飞机中的承载部件的飞机结构部件，特别是纤维增强的飞机结构部件。
背景技术
正在致力于在飞机构造中更多地将完全或部分由纤维增强复合材料，例如碳纤维增强塑料(CFRP)构成的部件用作承载部件。例如，DE10 2007 062 111A1描述了一种由碳纤维增强塑料构成的横向构件(transverse-member)结构，用于支撑飞机地板系统的单独的面板，该飞机地板系统用于分隔客舱与布置在客舱之下的货舱。此外，同样由DE10 2007 062 111A1可知，例如采用由纤维增强塑料材料构成的具有芯部并且还具有覆在芯部上的顶层的被实现为夹层构造的部件作为飞机中的地板面板或天花板面板。
为了用纤维增强复合材料制造部件，通常首先将增强纤维引入模制工具中。随后用通常呈液体形式的基质材料浸渍纤维。最后，适当地控制温度和/或压力来实现基质材料的固化。已知的用纤维增强复合材料制造部件的方法包括注射法，其中液态基质材料在6bar以上的高压下被注入到闭合的模制工具中。此外，浸入方法(infusion methods)是已知的，其中增强纤维被插入到打开的模制工具中并被气体能透过但基质材料不能透过的半透膜覆盖。半透膜由不透气薄膜覆盖，从而在半透膜与不透气薄膜之间可施加有负压力，并且由此液态基质材料可被吸入模制工具中。
无论是否采用注射法或浸入法来用纤维增强复合材料制造部件，对基质材料进入到模制工具中以及通过模制工具的流动的控制对于部件的质量来说具有特别的重要性。因此，在用打开的模制工具通过浸入法制造部件的情况下，通常通过CCD照相机监控基质材料的流动。另一方面，在用闭合的模制工具通过注射法制造部件的情况下，无法视觉监控基质材料的流动，从而在此使用传感器，例如超声传感器、电容操作的线性传感器、温度传感器或压力传感器。然而，通常这种类型的基于传感器的测量方法不能实时地使用，这是因为传感器仅可以检测与基质材料的前部的实际发展相关的相应物理测定量的变化。
发明内容
本发明致力于详细说明能够容易且可靠地监控材料进入并通过模制工具的流动的用于制造部件的设备和工艺的目的。此外，本发明致力于为飞机提供一种结构部件，特别是适合于用作飞机中的承载部件的用于飞机的纤维增强结构部件的目的。
该目的通过具有权利要求1的特征的设备、具有权利要求6的特征的方法并通过具有权利要求13的特征的飞机结构部件而实现。
根据本发明的用于制造部件的设备包括用于容纳液态材料的材料储箱。材料储箱中容纳的材料优选为适于作为纤维复合材料的基质材料的材料，例如塑料材料。例如，材料储箱中容纳的材料可为能固化的树脂，特别是环氧树脂或环氧-胺树脂(epoxy-amine resin)。例如，材料储箱可用由赫氏公司制造的RTM6树脂填充。根据本发明的设备进一步包括模制工具，其中形成有待被来自所述材料储箱的材料填充的填充区域。此外，具有将所述材料储箱连接到所述模制工具的所述填充区域的材料供应管线。
可在所述模制工具中形成待被来自于所述材料储箱的材料填充的仅一个连续的填充区域。然而，可替换地，所述模制工具还可以呈现为待被来自所述材料储箱的材料填充的多个彼此分离的填充区域。在所述模制工具的这种构造下，优选同样具有将所述模制工具的彼此分离的单个填充区域连接到所述材料储箱的多条材料供应管线。此外，如果需要通过不同材料入口或从不同方向尽快地用来自所述材料储箱的材料填充形成在所述模制工具中的填充区域，连续的填充区域当然也可以通过多条材料供应管线连接到所述材料储箱。
在利用根据本发明的设备制造部件的过程中，液态材料被输送离开材料储箱，通过材料供应管线进入模制工具，并且最终通过模制工具的填充区域，优选直到模制工具的填充区域完全被来自材料储箱的材料填充。为了将材料输送离开材料储箱进入模制工具的填充区域中，可具有合适的输送装置，例如泵。所述泵可被提供为使材料储箱中的液态材料承受例如超过6bar的高压。然而，可替换地，输送装置也可以适于在模制工具的填充区域中产生负压力，并因此使材料被吸出材料储箱并进入模制工具的填充区域中。
根据本发明的设备可被用于制造仅由来自材料储箱的材料构成的部件的目的。然而特别地，根据本发明的设备可被用于制造至少部分由纤维增强复合材料构成的部件的目的。至少部分由纤维增强复合材料构成的部件利用根据本发明的设备的制造可通过注射法或通过浸入法来实施。此外，根据需要，可使用打开的或闭合的模制工具。然而，与输送装置和模制工具的构造无关地，材料的前部通过材料供应管线且随后通过形成在模制工具中的填充区域的运动总是发生。
如上所述，如果材料储箱中容纳的材料被用作纤维增强复合材料的基质材料，则在供应来自材料储箱的材料之前，可将纤维材料引入模制工具，即引入到形成在模制工具中的填充区域中。增强纤维可以单独的纤维的形式或二维或三维纤维织物的形式被引入模制工具的填充区域，所述单独地纤维被设计为短纤维或连续纤维、纤维填料。然而，将增强纤维引入模制工具的填充区域中不会改变在将液态材料从材料储箱供应到模制工具的填充区域中的过程中液态材料的前部首先移动通过材料供应管线并且随后通过模制工具的填充区域的事实。
材料离开材料储箱通过材料供应管线和/或模制工具的填充区域的流动构成了利用根据本发明的设备制造部件的过程中的重要的过程参数。材料的前部流出材料储箱通过材料供应管线和/或所述模制工具的填充区域的流动的运动速率尤其是取决于温度、(基于温度的)材料的粘度和用于将材料输送出材料储箱通过材料供应管线和/或模制工具的填充区域的输送装置的输送能力。因此，根据本发明的设备包括布置在材料供应管线和/或模制工具的填充区域的区域中的至少一个光学纤维。用于检测作为材料通过材料供应管线和/或模制工具的填充区域的流动的特性的参数的纤维布拉格光栅传感器被集成该光学纤维中。纤维布拉格光栅传感器由其中纤维芯部的折射率周期性变化的光学纤维的分区构成，从而具有特定波长的光线根据周期被布拉格光栅结构反射。特别地，布拉格光栅结构的光线反射遵守λB＝[(n1+n2)/2]·2∧的条件，其中λB是从布拉格光栅结构反射的光线的波长，n1和n2是纤维芯部的周期性变化的折射率，并且∧是折射率变化的周期。
可能由纤维的机械伸长或缩短引起，但同样可能由纤维在环境温度下的改变引起的光学纤维在纤维的纵向上的变形导致布拉格光栅的周期∧的变化并因此导致从布拉格光栅结构反射的光线的波长λB的变化。从纤维布拉格光栅传感器的布拉格光栅结构反射的光线的波长λB的配准(registration)因此能够对光学纤维在纤维的纵向上的变形进行非常精确的检测。如果光学纤维的机械变形被排除，也就是说，如果纤维的变形仅仅由温度引起并且因此能够由纤维的热膨胀系数描述，那么从纤维布拉格光栅传感器的布拉格光栅结构反射的光线的波长λB的计算因此立即能够得出关于光学纤维在环境中的温度变化的结论。
纤维布拉格光栅传感器可因此用于根据本发明的设备中，以制造用于检测由光学纤维的环境温度的变化而引起的光学纤维在纤维纵向上的变形。而温度的这些变化是由材料流出材料储箱通过材料供应管线和/或通过模制工具的填充区域而引起。换句话说，纤维布拉格光栅传感器检测光学纤维在纤维纵向上的变形，而该变形由作为材料流动通过材料供应管线和/或通过模制工具的填充区域的参数特性的光学纤维的环境温度的变化引起。
根据本发明的设备中所采用的纤维布拉格光栅传感器根本地能够非常精确地检测光学纤维的环境中的温度的即使很小的改变。然而，当材料储箱中的材料具有不同于模制工具的温度时，获得特别高的测量精度。例如，材料储箱中的材料可以被加热到高达大约80℃的温度，而材料供应管线和/或模制工具被加热到高达大约120℃的温度。将理解的是，材料的前部的离开材料储箱通过材料供应管线和/或模制工具的填充区域的运动此时会导致布置在材料供应管线和/或模制工具的填充区域的区域中的光学纤维的环境温度立即改变。特别地，即使在材料的前部实际通过纤维布拉格光栅传感器之前，光学纤维的环境中温度的变化可被检测。利用纤维布拉格光栅传感器，材料的前部通过材料供应管线和/或模制工具的填充区域的过程可因此被实时检测。能够利用纤维布拉格光栅传感器检测的温度范围优选在-270℃和200℃之间；测量精度优选达到ΔT≤0.5K，测量的再现性为约0.1K。
根据本发明的用于制造部件的设备因此能够容易并可靠地对材料离开材料储箱通过材料供应管线和/或模制工具的填充区域的流动进行监控。根据需要，可利用纤维布拉格光栅传感器仅监控材料通过材料储箱和/或模制工具的填充区域的流动。然而，优选地，材料通过材料供应管线的流动和材料通过模制工具的填充区域的流动均被监控。在根据本发明的用于制造部件的设备中使用的纤维布拉格光栅传感器的进一步的优点在于容纳纤维布拉格光栅传感器的光学纤维的小的物理尺寸。原则上，仅具有一个集成的纤维布拉格光栅传感器或具有多个集成的纤维布拉格光栅传感器的单个光学纤维可以被使用，以监控材料通过材料供应管线和/或模制工具的填充区域的流动。如果为了测量精度的原因而期望或者要求，当然还可以使用具有集成的纤维布拉格光栅传感器的光学纤维束，其可沿材料供应管线布置或者集成到模制工具中。
由纤维布拉格光栅传感器检测的作为材料通过材料供应管线和/或模制工具的填充区域的流动特性的参数可经由合适的计算单元计算，并且如果需要，则手动地监控。例如，计算单元可包括用于将光线耦合到光学纤维中的光源和用于检测从纤维布拉格光栅传感器的布拉格光栅结构反射的光线的波长的分光计。计算单元可从反射自纤维布拉格光栅传感器的布拉格光栅结构的光线的波长来确定待在光学纤维的环境中被测量的温度的变化。然而，根据本发明的设备优选包括集成在计算单元中或单独地形成的控制单元，该控制单元例如以电子控制单元的形式实现并且可适于根据由纤维布拉格光栅传感器或计算单元输出的信号来自动地控制材料通过材料供应管线和/或模制工具的填充区域的流动。例如，控制单元可适于接收由纤维布拉格光栅传感器或由计算单元输出的信号，并根据由纤维布拉格光栅传感器输出的信号控制用于加热材料储箱的加热装置、用于加热模制工具的加热装置和/或用于将材料输送出材料储箱通过材料供应管线和/或模制工具的填充区域的输送装置。
通过恰当地控制用于加热材料储箱的加热装置和/或用于加热模制工具的加热装置，流过材料供应管线和/或模制工具的填充区域的材料的粘度以及因此材料通过材料供应管线和/或模制工具的填充区域的流速可被影响。以相似的方式，通过恰当地控制输送装置，材料通过材料供应管线和/或模制工具的填充区域的流速可被影响。控制单元因此使得能够立即对由纤维布拉格光栅传感器提供的测量结果作出反应。例如，控制单元可比较由纤维布拉格光栅传感器提供的测量值和相应的设定值，并且在测量值与设定值的基础上，这种类型的比较可对材料通过材料供应管线和/或模制工具的填充区域的流动带来影响。
在根据本发明的用于制造部件的设备中，光学纤维或光学纤维束可沿材料供应管线的至少一个分区延伸。例如，材料供应管线四周可被光学纤维束包裹。用于检测作为材料通过材料供应管线的流动特性的参数的多个纤维布拉格光栅传感器可被集成在光学纤维中或集成在光学纤维束中。纤维布拉格光栅传感器优选以分散的方式沿材料供应管线被布置，从而材料的前部通过材料供应管线的发展可或多或少被连续地配准。
可替代地或另外地，光学纤维或光学纤维束可沿模制工具的填充区域的至少一个分区延伸。特别是当模制工具的填充区域或填充区域分区为平坦设计时，光学纤维束在平坦的填充区域或填充区域分区中的平坦布置也本身存在，因为这使得能够对材料通过填充区域的过程进行表面覆盖式检测。并且，用于检测作为材料通过填充区域的流动特性的参数的多个纤维布拉格光栅传感器可被集成在光学纤维中或集成在光学纤维束中。纤维布拉格光栅传感器优选以分散的方式沿填充区域布置，从而再次地，对材料的前部通过模制工具的填充区域的过程的基本连续且优选表面覆盖式的检测成为可能。
布置在模制工具的填充区域的区域中的光学纤维或布置在模制工具的填充区域的区域中的光学纤维束可通过分离装置与填充区域分离。该分离装置可例如被设计为能透过气体但不能透过来自材料储箱的材料的半透膜的形式，或者被设计为其他薄膜例如不能透过气体的薄膜的形式。如果光学纤维或光学纤维束通过分离装置与填充区域分离，这避免了光学纤维或光学纤维束被待被引入模制工具的填充区域的液态材料污染。光学纤维或光学纤维束于是可特别容易且方便地被再次使用，也就是说，其可用在制造若干个部件的过程中。
然而，可替代地或另外地，光学纤维或光学纤维束还可以直接布置在模制工具的填充区域中。在根据本发明的用于制造部件的设备的这种构造的情况下，在将材料从材料储箱供给到模制工具的填充区域的过程中液态材料直接围绕光学纤维或光学纤维束流动。这使得特别高的测量精度能够实现，其中由于光学纤维的小的物理尺寸，材料通过材料供应管线和/或填充区域的流动不会被严重地影响或者甚至削弱。如果光学纤维或光学纤维束将被再次使用并且如果被供给到模制工具的填充区域中的材料为能固化的材料，则在将材料供给到模制工具的填充区域中之后，需要在被供给到模制工具的填充区域中的液态材料固化之前将光学纤维或光学纤维束从模制工具的填充区域移除。此外，在从模制工具的填充区域移除之后，光学纤维或光学纤维束必须被清洁。
在根据本发明的用于制造部件的设备的优选实施例中，用于容纳夹层部件的芯部的容纳区域形成在模制工具中。模制工具的填充区域可沿该容纳区域的表面延伸。结果，被引入模制工具中的夹层部件的芯部可被提供有包括来自材料储箱的材料的表面层。如果需要，模制工具可被以这样的方式构造：容纳在模制工具中的夹层部件的芯部可在两个相对表面的区域中被提供有包括来自材料储箱的材料的表面层。为此，模制工具可被提供有连续的填充区域，该连续的填充区域沿模制工具的被提供用于容纳夹层部件的芯部的容纳区域的相对表面延伸。然而，可替代地，模制工具还可以被提供有彼此分离的两个填充区域，其中两个填充区域中的每一个沿容纳区域的表面延伸并且通过分离的材料供应管线连接到材料储箱。适于在容纳在模制工具中的夹层部件的芯部上形成表面层的填充区域或填充区域分区优选利用以平坦方式布置的光学纤维束来监控，这使得能够对材料通过填充区域或填充区域分区的过程进行表面覆盖式检测。
此外，模制工具的填充区域可延伸通过模制工具的被提供用于容纳夹层部件的芯部的容纳区域。在模制工具的这种构造的情况下，集成在夹层部件的芯部中的区域，特别是增强区域可被制造为包括来自材料储箱的材料。将理解的是，在填充区域的为了制造集成在夹层部件的芯部中的增强区域的区域而延伸穿过形成在模制工具中的容纳区域中，也可以被布置有其中集成有用于检测作为材料通过填充区域的流动特性的参数的纤维布拉格光栅传感器或多个纤维布拉格光栅传感器的光学纤维。材料通过延伸通过形成在模制工具中的容纳区域的填充区域的流动可基本垂直于材料通过适于用于形成容纳在模制工具中的夹层部件的芯部上的表面层的填充区域分区的流动而发生。
一种根据本发明的用于制造部件的方法包括通过材料供应管线将材料从材料储箱供给到模制工具的待被来自所述材料储箱的所述材料填充的填充区域中。如果根据本发明的方法为了制造至少部分纤维增强的部件而被使用，则在将材料从材料储箱供给到模制工具的填充区域中之前，纤维材料可被引入模制工具的填充区域中。此外，根据本发明的制造方法包括利用纤维布拉格光栅传感器检测作为材料通过材料供应管线和/或模制工具的填充区域的流动特性的参数，所述纤维布拉格光栅传感器被集成在布置于材料供应管线和/或模制工具的填充区域的区域中的光学纤维中。
控制单元可根据由所述纤维布拉格光栅传感器输出的信号来控制材料通过材料供应管线和/或模制工具的填充区域的流动。
利用被集成在沿材料供应管线的至少一个分区延伸的光学纤维中并且特别地以分散方式沿材料供应管线的分区布置的多个纤维布拉格光栅传感器可检测作为材料通过材料供应管线的流动特性的参数。另外地或可替代地，利用被集成在沿填充区域的至少一个分区延伸的光学纤维中并且特别地以分散方式沿填充区域的分区布置的多个纤维布拉格光栅传感器可检测作为材料通过模制工具的填充区域的流动特性的参数。
布置在模制工具的填充区域的区域中的光学纤维可通过分离装置与填充区域分离。另外地或可替代地，布置在模制工具的填充区域的区域中的光学纤维可被直接布置在填充区域中。
在完成材料从材料储箱供给到填充区域中之后且在被供给到填充区域中的材料固化之前，布置在模制工具的填充区域的区域中的光学纤维可被从所述模制工具移除。这应用于通过分离装置与填充区域分离的光学纤维和被直接布置在填充区域中的光学纤维。
然而，可替代地，在完成材料从材料储箱供给到填充区域中之后且在被供给到填充区域中的材料固化的同时，还可想到将直接布置在模制工具的填充区域的区域中的光学纤维保留在模制工具中。结果，具有集成在部件中的光学纤维的部件，也就是具有集成在部件中的纤维布拉格光栅传感器的部件可被制造。
如果根据本发明的过程被使用于制造夹层部件，则夹层部件的芯部可被引入形成在模制工具中的容纳区域内。来自材料储箱的材料可被供给到沿着容纳区域的表面延伸的模制工具的填充区域中。结果，夹层部件的芯部可被提供有包括来自材料储箱的材料的表面层。另外地或可替代地，来自材料储箱的材料还可以被供给到延伸通过容纳区域的模制工具的填充区域中，加层部件的芯部被引入到该容纳区域中。结果，夹层部件的芯部被提供有包含来自材料储箱的材料的集成在芯部中的区域。
根据本发明的飞机结构部件包括至少一个光学纤维，在该至少一个光学纤维中集成有用于检测作为飞机结构部件的结构完整性的特性参数的至少一个纤维布拉格光栅传感器。通过作为飞机结构部件的结构完整性的特性的参数，纤维布拉格光栅传感器如上所述地优选检测光学纤维在纤维的纵向上的变形，从该变形能够得出关于部件的机械或温度引起的变形的结论。这种类型的部件可特别是在部件的结构完整性特别重要时被有利地使用。根据本发明的飞机结构部件因此还适于作为飞机构造中的安全相关的部件。
光学纤维优选被集成在由纤维增强复合材料构成的飞机结构部件的分区中。例如，光学纤维可被集成在实现为夹层构造且由纤维增强复合材料构成的飞机结构部件的分区中。
附图说明
下面将基于所附示意性附图对本发明的优选实施例进行详细描述，其中：
图1示出用于制造部件的设备；
图2示出使用在根据图1的设备中并具有集成的纤维布拉格光栅传感器的光学纤维；以及
图3示出经由根据图1的设备制造的飞机结构部件。
具体实施方式
图1示出用于制造图3中所示的部件12的设备10。在这里所描述的实施例中，部件12被提供用作飞机的结构部件，该部件12被实现为夹层结构并包括由泡沫材料构成的芯部14和由纤维增强复合材料构成的表面顶层16、18。此外，由纤维增强复合材料构成的增强区域17、19被集成到部件的芯部14内。然而，设备10还可以运转用于制造不同构造的部件。例如，设备10可被用于制造仅构造为一个相并且例如由能固化的塑料材料构成的部件。
设备10包括材料储箱20，液态材料M被容纳在材料储箱20中。例如，材料储箱20可被填充有能固化的树脂，例如环氧树脂或环氧-胺树脂。被容纳在材料储箱20中的材料M为液体状态。经由第一加热用具22，材料储箱20或被容纳在材料储箱20中的材料M可被加热至期望的材料。在加工环氧树脂或环氧-胺树脂的情况下，材料储箱可经由第一加热用具22被加热到例如大约80℃的温度。
此外，设备10包括模制工具24。在模制工具24中，形成有用于容纳实现为夹层构造的部件12的芯部14的容纳区域26。此外，模制工具24包括填充区域28，被设计为纤维织物形式的增强材料30被引入到该填充区域28中。通过增强材料30，适于用来制造纤维增强复合材料的任意纤维可生效。然而优选地，增强材料30由碳纤维构成。插入模制工具24的容纳区域26中的芯部14例如由闭孔聚甲基丙烯酰亚胺泡沫构成。
形成在模制工具24中的填充区域28包括以平坦方式沿容纳区域26的两个相对表面32、34延伸的两个分区28a、28b。通过将材料M从材料储箱供应到填充区域分区28a、28b中，沿两个相对表面覆盖夹层部件芯部14的部件12的表面顶层16、18可随后由纤维增强复合材料，例如碳纤维增强塑料材料产成。此外，填充区域28呈现出延伸通过容纳区域26并随后通过被容纳在容纳区域26中的夹层部件12的芯部14的两个分区28c、28d。被设计为例如碳纤维形式的增强材料30被引入到填充区域28的分区28c、28d中，从而通过将材料M从材料储箱20供应到填充区域分区28c、28d中，集成在夹层部件12的芯部14内的增强区域17、19可由碳纤维增强塑料生成。
模制工具24的填充区域28通过材料供应管线38被连接到材料储箱20。此外，形成在模制工具24中的填充区域28通过管线40被连接到被设计为泵的形式的输送装置42。在图1中所示的设备10的实施例中，输送装置42用于在模制工具24的填充区域28中产生负压并由此将材料M从材料储箱20输出到模制工具24的填充区域28中。在这种类型的构造的情况下，材料储箱20不必承受高压。然而，可替换地，也能够想到这样的布置，其中通过在材料储箱20中产生高达例如6bar的高压，来自材料储箱20的材料M被从材料储箱20输出到材料供应管线38中并最终进入模制工具24的填充区域28。
在其背离容纳区域26的表面的区域中，模制工具24的填充区域分区28a、28b被气体能透过但来自材料储箱20的材料M不能透过的半透膜44划定界限。半透膜44又被透气薄膜46覆盖。连接到输送装置42的管线40被联接到形成在半透膜44与薄膜46之间的间隙中。这种类型的构造使得能够在模制工具24的填充区域28中产生用于将材料M从材料储箱20输出到填充区域28中所需的负压，同时防止来自材料储箱20的材料M被从填充区域28吸出到管线40中。
围绕将材料储箱20连接到模制工具24的填充区域28的材料供应管线38包裹有第一光学纤维束48a。这种类型的光学纤维束的单个纤维48在图2中被详细地示出。以分散的方式沿材料供应管线38布置的多个纤维布拉格光栅传感器50被集成在第一光学纤维束48a的单个纤维48中。每个纤维布拉格光栅传感器50由其中纤维芯部的折射率n1、n2周期性变化的光学纤维的分区构成，从而具有特定波长λB的光线根据周期∧被布拉格光栅结构反射。
第二光学纤维束48b被布置在填充区域分区28a的区域中，第二光学纤维束48b沿填充区域分区28a二维延伸，即以平坦方式延伸。以平坦分散方式沿填充区域分区28a布置的多个纤维布拉格光栅传感器50也被集成在第二光学纤维束48b中。以相似的方式，第三光学纤维束48c以平坦方式被定位在填充区域分区28b中。与第二光学纤维束48b类似，第三光学纤维束48c也包括以平坦分散方式沿填充区域分区28b布置的多个纤维布拉格光栅传感器50。然而，与直接布置在填充区域分区28b中的第三光学纤维束48c不同，第二光学纤维束48b通过分离膜44与填充区域分区28a分离。半透膜44因此构成分离装置，该分离装置将第二光学纤维束48b与填充区域分区28a分离，并因此还将第二光学纤维束48b与待被供应到填充区域分区28a中的来自材料储箱20的材料M分离。最后，第四和第五光学纤维束48d、48e延伸通过填充区域分区28c、28d。以分散方式沿填充区域分区28c、28d布置的纤维布拉格光栅传感器50也被集成在第四和第五光学纤维束48d、48e中。
最后，设备10包括在设备10运转时用于将模制工具24加热到期望的温度的第二加热用具52。在制造图3中所示的夹层部件12的过程中，在芯部14由聚甲基丙烯酰亚胺泡沫构成且表面顶层16、18由碳纤维增强塑料构成的情况下，模制工具24可在将来自材料储箱20的材料M供应到模制工具24中的过程中被加热到大约120℃的温度。当模制工具24的填充区域28完全被来自所述材料储箱20的材料填充时，当然还可利用第二加热用具52将模制工具24加热到使被引入模制工具24的填充区域28中的材料M能固化的温度。例如，可能是180℃的固化温度。第二加热用具52可被设计为环绕模制工具24的加热炉的形式。
在设备10运转期间，经由输送装置42在模制工具24的填充区域28中产生负压。结果，材料M被从材料储箱20吸出进入到模制工具24的填充区域28中，并且由来自材料储箱20的材料浸渍布置在填充区域28中的增强纤维30。材料通过材料供应管线28和填充区域28的单独的分区28a、28b、28c、28d的流动，即材料M的流动前部F通过材料供应管线28和填充区域28的单独的分区28a、28b、28c、28d的运动，通过集成在光学纤维束48a、48b、48c、48d、48e中的纤维布拉格光栅传感器50来监控(参见图2)。特别地，纤维布拉格光栅传感器50使得能够几乎连续地监控材料M的流动前部F从材料储箱20通过材料供应管线38和形成在模制工具24中的填充区域28的单独的分区28a、28b、28c、28d的过程。
特别地，包括未在图中详细示出的用于将光耦合到光学纤维中的光源和同样未示出的用于检测从纤维布拉格光栅传感器50的布拉格光栅结构反射的光线的波长λB的分光计的计算单元54，通过从纤维布拉格光栅传感器50的布拉格光栅结构反射的光线的波长λB确定相应的纤维布拉格光栅传感器50的环境中的温度改变。
流出材料储箱20通过材料供应管线38和被加热到大约120℃的温度的模制工具24的填充区域28的呈现大约80℃的材料M的流动前部F的运动可由以平坦方式沿材料供应管线38并沿填充区域部分28a、28b、28c、28d因此几乎连续地且基本表面覆盖的方式分布的纤维布拉格光栅传感器50实时地检测和追踪。由于光学纤维束48a、48b、48c、48d、48e的小的物理体积，即使在光学纤维束48a、48b、48c、48d、48e直接集成在材料供应管线38中或集成在模制工具的填充区域28中时，材料通过材料供应管线38或通过模制工具24的填充区域28的流动也不会被严重地削弱。
由纤维布拉格光栅传感器50或由计算单元54输出的信号被供给到控制单元56。控制单元56被实现为电控制单元的形式。根据由纤维布拉格光栅传感器50或由计算单元54供给到控制单元56的信号，控制单元56控制用于加热材料储箱20的第一加热用具22的操作、用于加热模制工具24的第二加热用具52的操作、以及用于将材料M从材料储箱20输出到模制工具24的填充区域28中的输送装置42。换句话说，控制单元56能够根据由纤维布拉格光栅传感器50或计算单元54输出的信号影响流出材料储箱20通过材料供应管线38和模制工具24的填充区域28的材料M的流动前部F的运动。为此，控制单元56可例如将流出材料储箱20通过材料供应管线38和模制工具24的填充区域28的材料M的流动前部F的运动速率与保存在控制单元56的内存中的设定值相比较。
在完成将材料从材料储箱20供应到模制工具24的填充区域28中之后，且在随后的固化步骤期间，直接布置在填充区域分区28b中的第三光学纤维束48c保留在模制工具24中。这还应用到第四和第五光学纤维束48d、48e。图3中所示的夹层部件12因此包括表面顶层18和增强区域17、19，其中分别集成有具有相应的纤维布拉格光栅传感器50的光学纤维束48c、48d、48e。另一方面，被使用用于监控填充区域分区28a的第二光学纤维束48b在对引入填充区域28a的材料进行固化之前被从模制工具24移除，并且可在制造另一部件的过程中使用。由于第二光学纤维束48b被布置在半透膜44与薄膜46之间，即填充区域分区28a的外部，可防止第二光学纤维束48a被引入到填充区域分区28b中的材料M污染。
集成在夹层部件12中的具有相应的纤维布拉格光栅传感器50的光学纤维束48c、48d、48e可被用于监控夹层部件12的结构完整性。特别地，检测从布拉格光栅结构反射的光线的波长λB的变化使得能够得出关于光学纤维束48b、48d、48e在纤维束48b、48d、48e纵向上由部件12的机械应力引起变形的结论。

Claims (14)

1.一种用于制造部件(12)的设备(10)，具有：
材料储箱(20)，用于容纳液态材料(M)，
模制工具(24)，其中形成有待被来自所述材料储箱(20)的材料(M)填充的填充区域(28a，28b，28c，28d)，
材料供应管线(38)，其将所述材料储箱(20)连接到所述模制工具(24)的所述填充区域(28)，以及
至少一个光学纤维(48a，48b，48c，48d，48e)，其被布置在所述材料供应管线(38)和/或所述模制工具(24)的所述填充区域(28a，28b，28c，28d)的区域中，至少一个纤维布拉格光栅传感器(50)被集成在所述至少一个光学纤维(48a，48b，48c，48d，48e)中，所述至少一个纤维布拉格光栅传感器(50)用于检测作为材料通过所述材料供应管线(38)和/或所述模制工具(24)的所述填充区域(28a，28b，28c，28d)的流动特性的参数。
2.根据权利要求1所述的设备，
其特征在于控制单元(56)，所述控制单元(56)适于根据由所述纤维布拉格光栅传感器(50)输出的信号来控制材料通过所述材料供应管线(38)和/或所述模制工具(24)的所述填充区域(28a，28b，28c，28d)的流动。
3.根据权利要求1所述的设备，
其特征在于，光学纤维(48a)沿所述材料供应管线(38)的至少一个分区延伸，其中特别地，用于检测作为材料通过所述材料供应管线(38)的流动特性的参数的多个纤维布拉格光栅传感器(50)被集成在所述光学纤维(48a)中，并以分散方式沿所述材料供应管线(38)的所述分区布置；和/或在于光学纤维(48b，48c，48d，48e)沿所述模制工具(24)的所述填充区域(28a，28b，28c，28d)的至少一个分区延伸，其中特别地，用于检测作为材料通过所述填充区域(28a，28b，28c，28d)的流动特性的参数的多个纤维布拉格光栅传感器(50)被集成在所述光学纤维(48b，48c，48d，48e)中，并以分散方式沿所述填充区域(28a，28b，28c，28d)的所述分区被布置。
4.根据权利要求1所述的设备，
其特征在于，布置在所述模制工具(24)的所述填充区域(28a，28b，28c，28d)的区域中的光学纤维(48b)通过分离装置与所述填充区域(28a)分离和/或被直接布置在所述填充区域(28b，28c，28d)中。
5.根据权利要求1所述的设备，
其特征在于，用于容纳被实现为夹层构造的所述部件(12)的芯部(14)的容纳区域(26)形成在模制工具(24)中，所述模制工具(24)的所述填充区域(28a，28b，28c，28d)沿所述容纳区域(26)的表面(32，34)延伸和/或延伸通过所述容纳区域(26)。
6.一种用于制造部件的方法，具有以下步骤：
通过材料供应管线(38)将材料(M)从材料储箱(20)供给到模制工具(24)的待被来自所述材料储箱(20)的所述材料(M)填充的填充区域(28a，28b，28c，28d)，
利用纤维布拉格光栅传感器(50)检测作为材料通过所述材料供应管线(38)和/或所述模制工具(24)的所述填充区域(28a，28b，28c，28d)的流动特性的参数，所述纤维布拉格光栅传感器(50)被集成在布置于所述材料供应管线(38)和/或所述模制工具(24)的所述填充区域(28a，28b，28c，28d)的区域中的光学纤维(48a，48b，48c，48d，48e)中。
7.根据权利要求6所述的方法，
其特征在于，材料通过所述材料供应管线(38)和/或所述模制工具(24)的所述填充区域(28a，28b，28c，28d)的流动被控制单元(56)根据由所述纤维布拉格光栅传感器(50)输出的信号来控制。
8.根据权利要求6所述的方法，
其特征在于，利用被集成在沿所述材料供应管线(38)的至少一个分区延伸的光学纤维(48a)中并且特别地以分散方式沿所述材料供应管线(38)的所述分区布置的多个纤维布拉格光栅传感器(50)检测作为材料通过所述材料供应管线(38)的流动特性的参数，和/或在于利用被集成在沿所述填充区域(28a，28b，28c，28d)的至少一个分区延伸的光学纤维(48b，48c，48d，48e)中并且特别地以分散方式沿所述填充区域(28a，28b，28c，28d)的所述分区布置的多个纤维布拉格光栅传感器(50)检测作为材料通过所述模制工具(24)的所述填充区域(28a，28b，28c，28d)的流动特性的参数。
9.根据权利要求6所述的方法，
其特征在于，布置在所述模制工具(24)的所述填充区域(28a，28b，28c，28d)的区域中的光学纤维(48b)通过分离装置与所述填充区域(28a)分离和/或被直接布置在所述填充区域(28b，28c，28d)中。
10.根据权利要求6所述的方法，
其特征在于，在完成将材料(M)从所述材料储箱(20)供给到所述填充区域(28b，28c，28d)中之后且在供给到所述填充区域(28a，28b，28c，28d)中的材料被固化之前，布置在所述模制工具(24)的所述填充区域(28a，28b，28c，28d)的区域中的光学纤维(48b)被从所述模制工具(24)移除。
11.根据权利要求6所述的方法，
其特征在于，在完成将材料(M)从所述材料储箱(20)供给到所述填充区域(28b，28c，28d)中之后且在供给到所述填充区域(28a，28b，28c，28d)中的材料被固化的同时，直接布置在所述模制工具(24)的所述填充区域(28a，28b，28c，28d)中的光学纤维(48c，48d，48e)保留在所述模制工具(24)中。
12.根据权利要求6所述的方法，
其特征在于，被实现为夹层构造的所述部件(12)的芯部(14)被引入到形成在所述模制工具(24)中的容纳区域(26)内，并且来自所述材料储箱(20)的材料(M)被供给到所述模制工具(24)的填充区域(28a，28b，28c，28d)中，所述填充区域(28a，28b，28c，28d)沿所述容纳区域(26)的表面(32，34)延伸和/或延伸通过所述容纳区域(26)。
13.一种飞机结构部件(12)，包括至少一个光学纤维(48c，48d，48e)，用于检测作为所述飞机结构部件(12)的结构完整性的特性的参数的至少一个纤维布拉格光栅传感器(50)被集成在所述至少一个光学纤维(48c，48d，48e)中。
14.根据权利要求13所述的飞机结构部件，
其特征在于，光学纤维(48c，48d，48e)被集成在由纤维增强复合材料构成的所述飞机结构部件(12)的分区(16，17，18，19)中。
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