DE10004146C2 - Arrangement for measuring the spread of a matrix material in electrically conductive reinforcement structures - Google Patents
Arrangement for measuring the spread of a matrix material in electrically conductive reinforcement structuresInfo
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Description
Zur Herstellung von Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV) wird eine Verstärkungsstruktur mit einem Matrixmaterial (Harzsystem) getränkt. Dies geschieht beispielsweise bei Verfahren, die unter dem Oberbegriff Harzinjektionsverfahren bzw. Liquid Composite Moulding (LGM) zusammengefaßt werden. Dazu wird in ein zweiteiliges Werkzeug ein textiles Verstärkungsmaterial trocken in die Kavität abgelegt. Nach dem Schließen der Form erfolgt die vakuum- bzw. druckunterstützte Injektion des Matrixmaterials, wobei die Füllzeit vom Injektionsdruck, der Bauteilgröße, dem Angußsystem und dem vom Verstärkungsmaterial aufgebrachten Fließwiderstand abhängt. Nach der Formfüllung härtet das Matrixmaterial aus, anschließend kann das Bauteil entformt werden.For the production of fiber-plastic composites (FKV) a Reinforcement structure impregnated with a matrix material (resin system). this happens For example, in processes that come under the generic term resin injection process liquid composite molding (LGM). This is done in a two-part tool a textile reinforcement material dry into the cavity filed. After the mold is closed, vacuum or pressure-assisted Injection of the matrix material, the filling time of the injection pressure, the Component size, the sprue system and that of the reinforcement material Flow resistance depends. After filling the mold, the matrix material hardens, the component can then be removed from the mold.
Als Fasermaterial werden hauptsächlich Glas, Kohlenstoff und Aramid verwendet. Die meist flächigen Verstärkungsstukturen teilen sich auf in Gestricke, Gewirke, Gelege und Gewebe. Allen Strukturen ist gemeinsam, daß Faseranteile in verschiedenen Richtungen vorliegen und diese zueinander fixiert sind. Beispielhaft ist in den Fig. 2 (Draufsicht) und 3 (Schnitt) ein Gewebe dargestellt. Zur Charakterisierung der Verstärkungsstrukturen ist vor allem die Permeabilität von Bedeutung. Fig. 4 zeigt das zu untersuchende Fließverhalten an einer Skizze. Über einen zentralen Anguß (14) gelangt das Matrixmaterial in die Kavität (13) und breitet sich in Form einer Ellipse (15) aus. Zur Untersuchung des Ausbreitungsverhaltens stehen verschiedene Methoden zur Verfügung. Vor allem die Erfassung der Fließfront mit Hilfe der Bilddokumentation wird hier eingesetzt. Dazu ist aber eine Form mit transparentem Oberwerkzeug erforderlich. Dies führt zu Einschränkungen hinsichtlich der Temperierbarkeit und Druckstabilität der Form, hat aber den entscheidenden Vorteil die Fließfront des Matrixmaterials zu jedem beliebigen Zeitpunkt an verschiedenen Stellen gleichzeitig bestimmen zu können. Mit Systemen wie beispielsweise der Druck- oder Temperaturmessung, welche lediglich an diskreten Punkten ein Signal abgreifen, ist dies nicht möglich. Hier muß die Position der Fließfont in einer Hauptachse im Verhältnis zu einer Zweiten interpoliert werden, um so die Ausbreitung der Fließfront anhand einer Ellipse beschreiben zu können. Um dieses Problem zu umgehen, kann ein Meßprinzip auf Basis eines Kondensators realisiert werden. Glass, carbon and aramid are mainly used as fiber material. The mostly flat reinforcement structures are divided into knitted fabrics, knitted fabrics, scrims and fabrics. All structures have in common that fiber components are present in different directions and these are fixed to one another. A fabric is shown as an example in FIGS. 2 (top view) and 3 (section). Permeability is of particular importance for the characterization of the reinforcement structures. Fig. 4 shows the flow behavior to be examined on a sketch. The matrix material enters the cavity ( 13 ) via a central sprue ( 14 ) and spreads out in the form of an ellipse ( 15 ). Various methods are available for examining the propagation behavior. Above all, the detection of the flow front with the help of the image documentation is used here. However, this requires a shape with a transparent top tool. This leads to restrictions in terms of temperature control and pressure stability of the mold, but has the decisive advantage of being able to determine the flow front of the matrix material at different points in time at any time. This is not possible with systems such as pressure or temperature measurement, which only tap a signal at discrete points. Here the position of the flow font in a main axis must be interpolated in relation to a second one, so that the spread of the flow front can be described using an ellipse. To avoid this problem, a measuring principle based on a capacitor can be implemented.
Ein solcher Kondensator besteht aus zwei sich gegenüberliegenden leitfähigen Flächen und hat drei grundlegende Variablen. Dies sind die Plattengröße, der Plattenabstand und die Dielektrizitätskonstante des Mediums, welches sich zwischen den Platten befindet. Prinzipiell sind damit drei verschiedene Arten der Kapazitätsänderung von Kondensatoren möglich, die mit einer Messung der elektrischen Kapazität quantifiziert werden können. Diese variablen Größen können auch als mittlere Größen wirksam sein, z. B. können der Plattenabstand oder die Dielektrizitätskonstante über den Kondensator nicht konstant sein. Die Messung der Kapazität ist seit langem mit verschiedenen Verfahren möglich.Such a capacitor consists of two opposite conductive ones Surfaces and has three basic variables. This is the plate size that Plate distance and the dielectric constant of the medium, which is between the plates. In principle, there are three different types of Capacitance change possible with a measurement of the capacitors electrical capacity can be quantified. These variable sizes can also be effective as medium sizes, e.g. B. can the plate spacing or Dielectric constant across the capacitor may not be constant. The measurement of Capacity has long been possible using various methods.
Dieser Sachverhalt kann als sekundäres Meßprinzip für eine ursprünglich zu messende Größe verwendet werden. Dazu wird eine Anordnung so konzipiert, daß die zu messende Größe auf einen Kondensator einwirkt und sich dessen Kapazität ändert. Meßsysteme dieser Art sind seit langem bekannt. Beispiele sind kapazitive Abstandsmeßsysteme (Abstandsänderung), Messung der Überlappung von Metallflächen (Flächenänderung), Messung des mit Flüssigkeit gefüllten Anteils des Kondensators (Füllstandsensor), Messung des Fortschritts von chemischen Reaktionen durch die Änderung der Dielektrizitätskonstanten (siehe z. B. Foldvari, Lion: Capacitive Transducers. Instruments & Control Systems, 11/1964).This fact can be used as a secondary measurement principle for an original measuring size can be used. For this purpose, an arrangement is designed so that the size to be measured acts on a capacitor and its capacitance changes. Measuring systems of this type have been known for a long time. Examples are capacitive Distance measuring systems (change in distance), measurement of the overlap of Metal surfaces (change of surface), measurement of the portion of the liquid filled with liquid Capacitor (level sensor), measuring the progress of chemical Reactions by changing the dielectric constant (see e.g. Foldvari, Lion: Capacitive Transducers. Instruments & Control Systems, 11/1964).
Aus der Druckschrift DE 28 45 269 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung der Wasseraufnahme eines faserverstärkten Kunststoffbauteils mit Hilfe eines kapazitiven Flächengebers bekannt. Aufgabe dieses Sensors ist es, den Einfluss von Feuchte auf die Lebenserwartung eines faserverstärkten Kunststoffbauteils zu ermitteln. Der Sensor wird zwar bei der Bauteilherstellung einlaminiert, beziehungsweise eingebaut, hat aber keine Funktion während der Bauteilherstellung.From the document DE 28 45 269 A1 a method for determining the Water absorption of a fiber-reinforced plastic component with the help of a capacitive area sensor known. The function of this sensor is to measure the influence of Moisture towards the life expectancy of a fiber-reinforced plastic component determine. The sensor is laminated during component manufacture, or installed, but has no function during component production.
Auch die Durchtränkung einer nichtleitenden Verstärkungsstruktur, z. B. aus Glasfasern, mit einem Matrixmaterial ist mit diesem Verfahren meßbar. Dazu wird die Verstärkungsstruktur zwischen die beiden Kondensatorflächen gelegt oder gepreßt und die durch die Änderung des Verhältnisses zwischen Luft bzw. Vakuum und Matrixmaterial entstehende Kapazitätsänderung gemessen. Daraus läßt sich auf den Anteil der durchtränkten Verstärkungsstruktur zurückrechnen, wenn Kalibrierwerte vorhanden sind.The impregnation of a non-conductive reinforcement structure, e.g. B. from Glass fibers with a matrix material can be measured with this method. For this, the Reinforcement structure placed or pressed between the two capacitor surfaces and by changing the ratio between air or vacuum and The resulting change in capacity is measured. From this one can refer to the Recalculate the proportion of the soaked reinforcement structure if calibration values available.
Ist die Verstärkungsstruktur in einem solchen Kondensator jedoch leitfähig, z. B. aus Kohlenstoff-, Metall- oder leitfähig beschichteten nichtleitenden Fasern, kann auf diesem herkömmlichen Weg die Ausbreitung des Harzes nicht gemessen werden, da der Kondensator kurzgeschlossen ist und zudem die leitfähige Oberfläche der Verstärkungsstruktur eine elektrische Abschirmung gegen eine Auswertung der Vorgänge im Inneren der Struktur darstellt. However, the reinforcement structure in such a capacitor is conductive, e.g. B. from Carbon, metal or conductive coated non-conductive fibers, can this conventional way the spread of the resin cannot be measured because the capacitor is short-circuited and also the conductive surface of the Reinforcement structure an electrical shield against an evaluation of the Represents processes inside the structure.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Schwierigkeit zu umgehen.The object of the invention is to overcome this difficulty bypass.
Dazu müssen die Oberflächen der Kondensatorplatten elektrisch isoliert werden (Fig. 1). Dazu werden in geeigneter Weise die Isolierschichten (3), (4) auf die Kondensatorplatten (1), (2) aufgebracht oder aufgelegt. Dann liegt die Verstärkungsstruktur (5) dazwischen auf einem Potential zwischen den beiden am Kondensator angelegten Potentialen.To do this, the surfaces of the capacitor plates must be electrically insulated ( Fig. 1). For this purpose, the insulating layers ( 3 ), ( 4 ) are applied or placed on the capacitor plates ( 1 ), ( 2 ) in a suitable manner. Then the reinforcement structure ( 5 ) lies in between at a potential between the two potentials applied to the capacitor.
Diese Anordnung kann als Reihenschaltung von vier Kondensatoren betrachtet werden (Fig. 5). Der erste Kondensator auf jeder Seite wird von den Isolierschichten (3), (4) gebildet. Einen weiteren Kondensator auf jeder Seite stellen die Hohlräume (Zwickel) (7), (8) zwischen der Isolierschicht (3), (4) und der Oberfläche der Verstärkungsstruktur (5) dar. Die leitfähige Verstärkungsstruktur (5) in der Mitte kann mit einem Anschluß (11) kontaktiert werden.This arrangement can be regarded as a series connection of four capacitors ( FIG. 5). The first capacitor on each side is formed by the insulating layers ( 3 ), ( 4 ). A further capacitor on each side are the cavities (gusset) ( 7 ), ( 8 ) between the insulating layer ( 3 ), ( 4 ) and the surface of the reinforcement structure ( 5 ). The conductive reinforcement structure ( 5 ) in the middle can also be used a connection ( 11 ) can be contacted.
Die Kapazität dieser Anordnung hängt von der Dicke der Isolierschichten (3), (4) sowie vom mittleren Abstand der Oberfläche der Verstärkungsstruktur (5) von der Oberfläche der Isolierschichten (3), (4) ab. Das Eindringen des Matrixmaterials (6) ins innere der Verstärkungsstruktur (5) ändert an der elektrischen Situation der Anordnung und der Kapazität nichts, da die leitfähige Verstärkungsstruktur wie eine elektrische Abschirmung elektrischer Felder wirkt. Wenn jedoch die Hohlräume (Zwickel) (7), (8) zwischen der Oberfläche der Verstärkungsstruktur (5) und den Isolierschichten (3), (4) mit dem Matrixmaterial gefüllt werden, ändert sich die Kapazität der Anordnung durch, Änderung der Dielektrizitätskonstanten am durchtränkten Teil der Oberfläche. Selbst in einer stark komprimierten Verstärkungsstruktur (5) sind, ausreichend viele Zwickel für eine solche Messung vorhanden. Wenn sich eine Matrixschicht zwischen den direkt anliegenden Teil der Oberfläche der Verstärkungsstruktur (5) und die Isolierschichten (3), (4) schiebt, ändert sich die Kapazität außerdem durch Änderung des mittleren Plattenabstands. Dies gilt für nicht leitfähige Matrizes.The capacity of this arrangement depends on the thickness of the insulating layers ( 3 ), ( 4 ) and on the average distance between the surface of the reinforcing structure ( 5 ) and the surface of the insulating layers ( 3 ), ( 4 ). The penetration of the matrix material ( 6 ) into the interior of the reinforcement structure ( 5 ) does not change the electrical situation of the arrangement and the capacitance, since the conductive reinforcement structure acts like an electrical shielding of electrical fields. However, if the cavities (gusset) ( 7 ), ( 8 ) between the surface of the reinforcing structure ( 5 ) and the insulating layers ( 3 ), ( 4 ) are filled with the matrix material, the capacitance of the arrangement changes due to a change in the dielectric constant soaked part of the surface. Even in a highly compressed reinforcement structure ( 5 ), there are sufficient gussets for such a measurement. If a matrix layer is inserted between the directly adjacent part of the surface of the reinforcing structure ( 5 ) and the insulating layers ( 3 ), ( 4 ), the capacitance also changes due to a change in the average plate spacing. This applies to non-conductive matrices.
Ist das Matrixmaterial leitfähig, wirkt in den gefüllten Zwickeln die an der Isolierschicht anliegende Oberfläche des Matrixmaterials als zweite Kondensatorplatte. Die Kapazität ändert sich durch Änderung des mittleren Plattenabstandes. Als Dielektrizitätskonstante ist nur die der Isolierschicht wirksam. If the matrix material is conductive, the filled gussets act on the other Insulating layer adjacent surface of the matrix material as a second Capacitor plate. The capacity changes by changing the mean Plate spacing. Only that of the insulating layer is effective as the dielectric constant.
Das Vordringen der Ausbreitungsfront (12) erzeugt eine vom Anteil der durchtränkten Oberfläche an der Gesamtfläche abhängige Änderung der Kapazität des Kondensators und kann in die Größe der durchtränkten Oberfläche zurückgerechnet werden. Da hier ein Effekt ausgenutzt wird, der nur an der Oberfläche der Verstärkungsstruktur wirksam ist, ist die dreidimensionale Form der Kondensatorplatten nicht von Bedeutung. Allein die Fläche und deren Längen- und Breitenausdehnung an der Oberfläche sind für die Messung maßgeblich.The penetration of the spreading front ( 12 ) produces a change in the capacitance of the capacitor which depends on the proportion of the soaked surface in the total area and can be calculated back into the size of the soaked surface. Since an effect is used here that is only effective on the surface of the reinforcement structure, the three-dimensional shape of the capacitor plates is not important. Only the area and its length and width extension on the surface are decisive for the measurement.
Bei der Ausbreitung des Matrixmaterials über die Kondensatoroberfläche werden die Zwickel diskontinuierlich aufgefüllt. Dies hat in Abhängigkeit der Zwickeldichte pro Oberfläche ein ungleichmäßiges Ansteigen der Kapazität mit dem Fortschritt der Ausbreitungsfront zur Folge. Der Effekt wird bei Kondensatorplatten, die im Verhältnis zur Zwickeldichte groß sind durch die Vielzahl der Zwickel verringert. Erst bei Kondensatorgrößen, die nur wenige Zwickel überdecken, sind größere Ungleichmäßigkeiten im Meßergebnis zu erwarten.When the matrix material spreads over the capacitor surface, the Gusset filled up discontinuously. This has pro depending on the gusset density An uneven increase in capacity with the progress of the surface Spreading front result. The effect is with capacitor plates, which are in the Ratios to gusset density are reduced by the large number of gussets. First capacitor sizes that cover only a few gussets are larger Unevenness in the measurement result to be expected.
Es gibt mehrere Möglichkeiten, eine solche Anordnung anzuschließen und die Kapazitäten auszuwerten. Eine Möglichkeit ist es, die beiden Kondensatorplatten (1), (2) an deren Anschlüssen (9) und (10) anzuschließen und die Kapazität zu messen (Fig. 6). Da es sich so um eine Reihenschaltung von Kondensatoren handelt, kann die Gesamtkapazität bei kleineren Anordnungen relativ gering sein, so daß eine bessere und damit teurere Kapazitätsmeßeinheit erforderlich werden kann. Dieses Problem kann behoben werden, indem die Verstärkungsstruktur (5) mit einem Anschluß (11) versehen wird und die Anschlüsse (9) und (10) der Kondensatorplatten (1) und (2) zusammengeschaltet werden (Fig. 7). Dadurch wird eine Parallelschaltung der beiden Kondensatoren und damit eine Vergrößerung der Kapazität erreicht. Wenn die Kondensatorplatten (1) und (2) gleich groß sind, erhöht sich die Kapazität um den Faktor 4. Ist die Messung der Ausbreitung auf einer Seite der Verstärkungsstruktur ausreichend, kann auch zwischen einer Kondensatorplatte (9) und der angeschlossenen Verstärkungsstruktur (11) gemessen werden. Der Anschluß der Kondensatorplatte (10) kann offen bleiben (Fig. 8) oder auf dasselbe Potential wie die Verstärkungsstruktur (11) gelegt werden (Fig. 9). Der Kondensator zwischen dem Anschluß (10) und der Verstärkungsstruktur (11) ist damit unwirksam. There are several options for connecting such an arrangement and evaluating the capacities. One possibility is to connect the two capacitor plates ( 1 ), ( 2 ) to their connections ( 9 ) and ( 10 ) and to measure the capacitance ( FIG. 6). Since this is a series connection of capacitors, the total capacitance can be relatively small in smaller arrangements, so that a better and therefore more expensive capacitance measuring unit may be required. This problem can be solved by providing the reinforcing structure ( 5 ) with a connection ( 11 ) and connecting the connections ( 9 ) and ( 10 ) of the capacitor plates ( 1 ) and ( 2 ) together ( FIG. 7). This results in a parallel connection of the two capacitors and thus an increase in the capacitance. If the capacitor plates ( 1 ) and ( 2 ) are the same size, the capacitance increases by a factor of 4. If the measurement of the spread on one side of the reinforcement structure is sufficient, it is also possible to use a capacitor plate ( 9 ) and the connected reinforcement structure ( 11 ). be measured. The connection of the capacitor plate ( 10 ) can remain open ( Fig. 8) or be connected to the same potential as the reinforcing structure ( 11 ) ( Fig. 9). The capacitor between the connection ( 10 ) and the reinforcement structure ( 11 ) is therefore ineffective.
Dies stellt gegenüber der Messung in Reihenschaltung bei gleichen Kondensatorplatten eine Verdopplung der Kapazität dar und erspart eine isolierte und angeschlossene Kondensatorplatte in dem Fall, daß die Verstärkungsstruktur und der Anschluß (10) auf dasselbe Potential gelegt werden.Compared to the measurement in series with the same capacitor plates, this represents a doubling of the capacitance and saves an insulated and connected capacitor plate in the event that the reinforcing structure and the connection ( 10 ) are connected to the same potential.
Ist es erforderlich, die Ausbreitung des Matrixmaterials auf beiden Seiten der Verstärkungsstruktur (5) getrennt zu erfassen, können die Kapazitäten an den Anschlüsse (9) und (10) jeweils einzeln gegen den Anschluß der Verstärkungsstruktur (11) gemessen werden (Fig. 10). Diese zuletzt genannte Form der Messung kann mit beliebig vielen einzeln zu vermessenden Stellen der Verstärkungsstruktur und dazugehörigen Kondensatorplatten und Kapazitätsmeßeinheiten verwirklicht werden. Es gibt für diesen Fall außerdem die Möglichkeit, Kondensatorplatten zusammenzuschalten (Fig. 11), um damit weitere Meßeffekte zu erzielen (s. u.).If it is necessary to separately measure the spread of the matrix material on both sides of the reinforcement structure ( 5 ), the capacitances at the connections ( 9 ) and ( 10 ) can be measured individually against the connection of the reinforcement structure ( 11 ) ( FIG. 10) . This last-mentioned form of measurement can be realized with any number of points of the reinforcement structure to be measured individually and the associated capacitor plates and capacitance measuring units. In this case there is also the possibility of interconnecting capacitor plates ( Fig. 11) in order to achieve further measuring effects (see below).
Für die Charakterisierung der Ausbreitung eines Matrixmaterials in einer Verstärkungsstruktur ist es im allgemeinen üblich, die Form und Lage der Ausbreitungsellipse (15), die vom Injektionspunkt (14) ausgeht, zu bestimmen (Fig. 4). Dazu können in einem Werkzeug mehrere Kondensatoren zur Ausbreitungsmessung angeordnet werden. Kurven 2. Ordnung (Ellipse, Hyperbel) sind in der Ebene durch mindestens fünf Kurvenpunkte definiert. Bei der vorliegenden Nullpunktsymmetrie genügen jedoch schon drei Punkte, wenn diese nicht nullpunktsymmetrisch zueinander sind. Eine besonders vorteilhafte Anordnung zur Bestimmung dieser Punkte ist in Fig. 12 dargestellt, wobei hier eine Meßfläche zur Redundanz genutzt wird. Die Kondensatorplatten (16) bis (21) werden dabei zunehmend von der Ausbreitungsellipse (15) überdeckt, so daß die gemessene Kapazitätszunahme des entsprechenden Kondensators dem überdeckten Anteil des Kondensators proportional ist. Dadurch kann die von der Ausbreitungsfront zurückgelegte Strecke über dem Kondensator bestimmt werden. In der Anordnung in Fig. 7 sind die beiden Paare der gegenüberliegenden Kondensatoren elektrisch parallel zusammengeschaltet, da im allgemeinen eine punktsymmetrische Ausbreitung der Front erwartet wird. Dies führt zu einer Erhöhung der Grundkapazität und der Genauigkeit. Die beiden spiegelsymmetrisch schräg angeordneten Kondensatoren dienen der Bestimmung der Drehung der Ellipse. Diese kann durch Verrechnung mit den Signalen der beiden Paare der gegenüberliegenden Kondensatoren errechnet werden. Erst wenn die Drehung bekannt ist, kann die vollständige Form und Ausdehnung der Ausbreitungsellipse bestimmt werden. Als Material für die isolierten Kondensatorplatten mit fest aufgebrachter Isolierung ist z. B. eloxiertes Aluminium oder teflonbeschichteter Stahl geeignet. Auch das Einlegen einer isolierenden Folie, Platte oder eines Gewebes, Geleges oder Vlieses zwischen Kondensatoroberfläche und leitfähiger Verstärkungsstruktur als Isolation ist möglich. Als Material für eine isolierende zwischengelegte Schicht sind z. B. Teflon, andere Kunststoffe oder auch Glas-, Aramid- oder andere nichtleitende Fasern geeignet. Es ist auch denkbar, daß diese Schicht nach dem Tränken an der getränkten Verstärkungsstruktur verbleibt, also nicht mehr abgelöst wird.In order to characterize the spread of a matrix material in a reinforcement structure, it is generally customary to determine the shape and position of the spreading ellipse ( 15 ) starting from the injection point ( 14 ) ( FIG. 4). For this purpose, several capacitors for measuring the spread can be arranged in one tool. Curves 2 . Order (ellipse, hyperbola) are defined in the plane by at least five curve points. In the present zero point symmetry, however, three points are sufficient if they are not zero point symmetrical to one another. A particularly advantageous arrangement for determining these points is shown in FIG. 12, a measuring surface being used here for redundancy. The capacitor plates ( 16 ) to ( 21 ) are increasingly covered by the spreading ellipse ( 15 ), so that the measured increase in capacitance of the corresponding capacitor is proportional to the covered portion of the capacitor. This allows the distance covered by the propagation front over the capacitor to be determined. In the arrangement in FIG. 7, the two pairs of opposing capacitors are electrically connected in parallel, since a point-symmetrical spread of the front is generally expected. This leads to an increase in basic capacity and accuracy. The two mirror-symmetrically arranged capacitors serve to determine the rotation of the ellipse. This can be calculated by offsetting the signals from the two pairs of opposite capacitors. Only when the rotation is known can the complete shape and extent of the propagation ellipse be determined. As a material for the insulated capacitor plates with fixed insulation z. B. anodized aluminum or Teflon-coated steel. It is also possible to insert an insulating film, plate or fabric, scrim or fleece between the capacitor surface and the conductive reinforcement structure as insulation. As a material for an insulating interlayer z. B. Teflon, other plastics or glass, aramid or other non-conductive fibers. It is also conceivable that after impregnation this layer remains on the impregnated reinforcing structure, that is to say it is no longer detached.
Bei der Messung eines Matrixmaterials mit unbekannter Dielektrizitätskontstante oder einer Verstärkungsstruktur mit unbekannter Ausformung der Zwickel an der Oberfläche oder verändertem Druck auf die Verstärkungsstruktur und damit veränderter Form der Zwickel ist es erforderlich, den Proportionalitätsfaktor zwischen gemessener Kapazitätszunahme und dem von der Fließfront überstrichenen Anteil des Kondensators zu bestimmen. Dies ist nach dem vollständigen Überstreichen der Kondensatorflächen durch die Fließfront möglich, indem die Länge des Kondensators und die Kapazitätszunahme ins Verhältnis gesetzt werden. Zur Regelung der Prozeßparameter oder zur direkten Messung der Ausbreitung des Harzes oder der Flüssigkeit muß jedoch schon zu Beginn der Injektion diese Information vorliegen. Eine Möglichkeit zur Bestimmung des Proportionalitätsfaktors zu Beginn der Messung ist es, zwei Kondensatoren elektrisch parallel zusammenzuschalten, wobei die Lage der Kondensatoren so gewählt ist, daß der Beginn des Überstreichens durch die Fleißfront nicht zeitgleich erfolgt. Die beiden Kondensatoren können beispielsweise direkt nebeneinander oder zum Angußpunkt des Harzes oder der Flüssigkeit punktsymmetrisch liegen und um einen Abstand in Ausbreitungsrichtung zueinander verschoben sein. Dann entsteht in der Kurve der über die Zeit gemessenen Kapazitätsänderung ein Knick, an dem sich die Steigung der Kurve ändert. Diese Steigungsänderung findet statt, wenn auch der zweite Kondensator von der Ausbreitungsfront überdeckt wird. Aus der bekannten Strecke zwischen dem Beginn der Überdeckung der beiden Kondensatoren sowie der Breite der Kondensatoren kann der Proportionalitätsfaktor für die Kurvenabschnitte vor und nach dem Knick errechnet werden. Im Verlauf des Tränkens nach dem Knick kann so die Ausbreitung mit dem Proportionalitätsfaktor kalibriert gemessen und zur Regelung oder sofortigen Auswertung verwendet werden. Um in der Kennlinie einen Knick zu erhalten, wenn die Ausbreitungsfront einen zweiten Kondensator erreicht, ist es auch möglich, die beiden Kondensatoren in Reihe zu schalten. Die Kennlinie ist jedoch schwieriger zu interpretieren, da sie durch die Reihenschaltung nichtlinear wird. Es sind außerdem eine oder mehrere in Ausbreitungsrichtung angeordnete kurze Flächen denkbar, die mit einer in Ausbreitungsrichtung längeren Hauptkondensatorplatte zusammengeschaltet sind, und die nur während sie überstrichen werden durch eine Steigungsänderung in der Kennlinie indizieren, daß die entsprechende Stelle von der Ausbreitungsfront erreicht wurde. Auch hieraus läßt sich mit Hilfe deren Oberfläche und der benetzten Oberfläche der Hauptkondensatorplatte ein Kalibrierwert für den Proportionalitätsfaktor gewinnen.When measuring a matrix material with an unknown dielectric constant or a reinforcement structure with an unknown shape of the gusset on the Surface or changed pressure on the reinforcement structure and thus Modified form of the gusset it is necessary to change the proportionality factor between measured increase in capacity and the portion swept by the flow front to determine the capacitor. This is after the complete sweep of the Capacitor areas through the flow front possible by the length of the Capacitor and the increase in capacity are related. For Regulation of the process parameters or for direct measurement of the spread of the Resin or liquid must be used at the beginning of the injection Information is available. One way to determine the proportionality factor at the beginning of the measurement is two capacitors electrically in parallel interconnect, the position of the capacitors is chosen so that the Beginning of sweeping through the industrious front did not occur at the same time. The two Capacitors can for example directly next to each other or to the gate of the resin or the liquid are point symmetrical and by a distance in Propagation direction to be shifted to each other. Then in the curve the a change in capacitance measured over time, at which the slope the curve changes. This change in slope takes place, albeit the second Capacitor is covered by the propagation front. From the well-known route between the beginning of the coverage of the two capacitors and the width of the capacitors, the proportionality factor for the curve sections before and can be calculated after the kink. In the course of watering after the kink So the spread is calibrated with the proportionality factor and measured Regulation or immediate evaluation can be used. To one in the characteristic To get kink when the propagation front reaches a second capacitor, it is also possible to connect the two capacitors in series. The characteristic is however more difficult to interpret because the series connection makes them non-linear becomes. There are also one or more arranged in the direction of propagation short areas conceivable, those with a longer one in the direction of propagation Main capacitor plate are interconnected, and only while they are are overwritten by a change in slope in the characteristic curve, indicating that the corresponding point was reached by the spread front. Also lets out of this with the help of their surface and the wetted surface of the Main capacitor plate gain a calibration value for the proportionality factor.
Weiterhin besteht die Möglichkeit, in der Zuleitung des Matrixmaterials einen Kondensator anzubringen, mit dem eine normierte Dielektrizitätskonstante gemessen wird. Dazu wird die Geometrie des Kondensators in der Zuleitung konstant gehalten. Eine Änderung ergibt sich aus der Art des Matrixmaterials als Dielektrikum. Diese Meßergebnisse werden normiert auf ein System, für welches der Proportionalitätsfaktor bekannt ist. Damit wird eine normierte Dielektrizitätskonstante bestimmt. Die Meßergebnisse beim Tränken werden mit der normierten Dielektrizitätkonstanten gewichtet und liefern mit dem bekannten Proportionalitätsfaktor die Ausbreitung des Harzes oder der Flüssigkeit.There is also the possibility of one in the feed of the matrix material Install a capacitor with which a standardized dielectric constant is measured becomes. For this purpose, the geometry of the capacitor in the supply line is kept constant. A change results from the type of matrix material as a dielectric. This Measurement results are standardized to a system for which the Proportionality factor is known. This becomes a normalized dielectric constant certainly. The results of the measurements during soaking are standardized with the Dielectric constant weighted and deliver with the known Proportionality factor is the spread of the resin or liquid.
Außerdem ist es mit der beschriebenen Anordnung von Kondensatorplatte und Verstärkungsstruktur möglich zu messen, ob eine Verstärkungsstruktur in die Form eingelegt ist und in wieweit der vorgeschriebene Druck auf die Verstärkungsstruktur aufgebracht ist, also der gewünschte Faservolumenanteil eingestellt ist. Eine Druckänderung bewirkt eine Verformung der Zwickel zwischen der Isolierschicht und der Oberfläche der Verstärkungsstruktur und damit auch eine Änderung des mittleren Abstands zwischen der Oberfläche der Isolierschicht und der Oberfläche der Verstärkungsstruktur. Damit ändern sich Grundkapazität und Proportionalitätsfaktor. Bei einer Verstärkungsstruktur, deren kapazitive Wirkung in der Anordnung bei einem bestimmten, z. B. vorgeschriebenen Druck bekannt ist, kann nach dem Einlegen festgestellt werden, ob die gemessene Kapazität der Standardkapazität für diesen Druck entspricht. Es ist ebenso eine Kalibrierung der Kapazität über den Druck und damit eine Druckmessung über diesen Effekt möglich. In einer Anordnung, bei der die Verstärkungsstruktur (5) und damit ihr Anschluß (11) mit dem Anschluß (9) oder (10) der Platte (1) oder (2) verbunden ist und gegen die entsprechend andere Platte (2) oder (1) gemessen wird (Fig. 5), wird eine deutlich geringere Kapazität gemessen, wenn die Verstärkungsstruktur (5) nicht oder in unzureichender Menge eingelegt ist, was einem zu geringen Faservolumengehalt entspricht. Entsprechendes gilt für den Fall, daß der Faservolumengehalt zu hoch ist. Im Fall einer Faltenbildung, die zu ungleichmäßiger Anlage an den Kondensatorplatten (1) oder (2) führt, wird eine geringere Kapazität im Vergleich zur Standardkapazität gemessen. Damit kann im Rahmen der Qualitätssicherung in einer Serienfertigung z. B. das Fehlen bzw. das faltenfreie und korrekte Einlegen der Verstärkungsstruktur und das Aufbringen des vorgeschriebenen Schließdruckes überwacht werden.In addition, with the arrangement of capacitor plate and reinforcing structure described, it is possible to measure whether a reinforcing structure is inserted into the mold and to what extent the prescribed pressure is applied to the reinforcing structure, that is to say the desired fiber volume fraction has been set. A change in pressure causes a deformation of the gusset between the insulating layer and the surface of the reinforcing structure and thus also a change in the average distance between the surface of the insulating layer and the surface of the reinforcing structure. This changes the basic capacity and the proportionality factor. In a reinforcing structure, the capacitive effect in the arrangement at a certain, e.g. B. the prescribed pressure is known, it can be determined after insertion whether the measured capacity corresponds to the standard capacity for this pressure. It is also possible to calibrate the capacity via the pressure and thus to measure the pressure using this effect. In an arrangement in which the reinforcing structure ( 5 ) and thus its connection ( 11 ) is connected to the connection ( 9 ) or ( 10 ) of the plate ( 1 ) or ( 2 ) and against the corresponding other plate ( 2 ) or ( 1 ) is measured ( FIG. 5), a significantly lower capacity is measured if the reinforcing structure ( 5 ) is not inserted or is inserted in an insufficient amount, which corresponds to an insufficient fiber volume content. The same applies in the event that the fiber volume content is too high. In the event of wrinkling, which leads to non-uniform contact with the capacitor plates ( 1 ) or ( 2 ), a lower capacitance is measured compared to the standard capacitance. This can be used as part of quality assurance in a series production. B. the absence or the crease-free and correct insertion of the reinforcement structure and the application of the prescribed closing pressure are monitored.
Die folgenden Darstellungen Fig. 1 bis Fig. 12 sind beigefügt:The following representations Fig. 1 to Fig. 12 are attached:
Fig. 1: Meßprinzip Fig. 1: Measuring principle
Fig. 2: Typischer Aufbau einer Verstärkungsstruktur (Draufsicht) Fig. 2: Typical structure of a reinforcement structure (top view)
Fig. 3: Typischer Aufbau einer Verstärkungsstruktur (Schnitt) Fig. 3: Typical construction of a reinforcing structure (average)
Fig. 4: Ausbreitungsverhalten Fig. 4: Propagation behavior
Fig. 5: Ersatzschaltbild Meßaufbau Fig. 5: Equivalent circuit measurement setup
Fig. 6: Serienschaltung Fig. 6: Series connection
Fig. 7: Parallelschaltung Fig. 7: parallel connection
Fig. 8: Einzelmessung mit offenem zweiten Kondensator Fig. 8: Single measurement with an open second capacitor
Fig. 9: Einzelmessung mit kurzgeschlossenem zweiten Kondensator Fig. 9: Single measurement with short-circuited second capacitor
Fig. 10: Zwei Einzelmessungen Fig. 10: Two individual measurements
Fig. 11: Mehrere Einzelmessungen Fig. 11: Several individual measurements
Fig. 12: Anordnung der Sensorflächen Fig. 12: Arrangement of the sensor surfaces
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