DE102006034545A1

DE102006034545A1 - An antenna in a fiber reinforced composite and method of forming an antenna in a fiber reinforced composite

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Publication number: DE102006034545A1
Application number: DE102006034545A
Authority: DE
Inventors: Christoph Hoffmeister; Axel S. Herrmann; Christof Breckenfelder; Ulrich Glotzbach; Otthein Herzog
Original assignee: Universitaet Bremen
Current assignee: BRECKENFELDER, CHRISTOF, DR., DE; Glotzbach Ulrich Dr De; Herrmann Axel Prof Dr De; Herzog Otthein Prof Dr De; Hoffmeister Christoph De
Priority date: 2006-07-26
Filing date: 2006-07-26
Publication date: 2008-01-31
Anticipated expiration: 2026-07-27
Also published as: DE102006034545B4; WO2008012300A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antenne in einem faserverstärkten Verbundwerkstoff, insbesondere einem kohlestofffaserverstärkten Verbundwerkstoff, wobei der faserverstärkte Verbundwerkstoff eine Kunststoffmatrix und darin eingebettete Faserstränge aus leitfähigen strukturtragenden Verstärkungsfasern, insbesondere aus Kohlenstoff, umfasst, gekennzeichnet durch: - eine oder mehrere Lagen (L1, L2) von Fasersträngen (1, 6), wobei in wenigstens einem Teil der Lagen (L1, L2) ein oder mehrere beabstandete Faserstränge (1, 6) ausgebildet sind, welche von den anderen Fasersträngen (1, 6) der jeweiligen Lage (L1, L2) beabstandet sind; - wobei wenigstens ein Teil der beabstandeten Faserstränge (1, 6) in der Kunststoffmatrix des faserverstärkten Verbundwerkstoffs derart angeordnet ist, dass durch den wenigstens einen Teil der beabstandeten Faserstränge eine von den restlichen Fasersträngen (1, 6) isolierte Antennenstruktur gebildet wird, über welche elektromagnetische Wellen empfangen und/oder gesendet werden können.The invention relates to an antenna in a fiber-reinforced composite material, in particular a carbon fiber-reinforced composite material, wherein the fiber-reinforced composite material comprises a plastic matrix and embedded fiber strands of conductive structure-supporting reinforcing fibers, in particular of carbon, characterized by: - one or more layers (L1, L2) of Fiber strands (1, 6), wherein in at least a part of the layers (L1, L2) one or more spaced fiber strands (1, 6) are formed, which of the other fiber strands (1, 6) of the respective layer (L1, L2) are spaced apart; - wherein at least a portion of the spaced fiber strands (1, 6) in the plastic matrix of the fiber reinforced composite material is arranged such that by the at least a portion of the spaced fiber strands an isolated from the remaining fiber strands (1, 6) antenna structure is formed, via which electromagnetic Waves can be received and / or sent.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antenne in einem faserverstärkten Verbundwerkstoff und ein Verfahren zur Ausbildung einer Antenne in einem faserverstärkten Verbundwerkstoff.The The invention relates to an antenna in a fiber reinforced composite material and a method of forming an antenna in a fiber reinforced composite.

Faserverstärkte Verbundwerkstoffe, insbesondere kohlestofffaserverstärkte Verbundwerkstoffe (auch als CFK bezeichnet), haben sich in den letzten Jahrzehnten in vielen verschiedenen technischen Anwendungsgebieten als bevorzugter Werkstoff durchgesetzt. Die Vorzüge dieses Materials bestehen darin, dass es eine hohe gewichtsspezifische Festigkeit und Steifigkeit aufweist. Deshalb werden solche Verbundwerkstoffe in Bereichen eingesetzt, in denen eine hohe Steifigkeit des Materials bei gleichzeitig sehr geringem Gewicht gefordert ist, wie z.B. in der Luft- und Raumfahrt oder im Automobilbau.Fiber reinforced composites, especially carbon fiber reinforced composite materials (also referred to as CFK), have in many decades in many enforced as a preferred material for various technical applications. The advantages of this material are that it has a high weight specific strength and having rigidity. Therefore, such composites used in areas where a high rigidity of the material is required at the same time very low weight, such. in the Aerospace or in the automotive industry.

Insbesondere bei der Verwendung von CFK-Werkstoffen in sicherheitskritischen technischen Bereichen, wie z.B. in der Luftfahrtindustrie, ist es wünschenswert, dass diese Werkstoffe im Hinblick auf Schädigungen durch Krafteinwirkungen von außen durch entsprechende Sensoren überwacht werden. Es erweist sich hierbei als problematisch, die sensierten Daten auf einfache Weise über eine Schnittstelle am faserverstärkten Werkstoff auszulesen.Especially when using CFRP materials in safety-critical technical areas, such as in the aviation industry, it is desirable, that these materials in terms of damage caused by force from the outside be monitored by appropriate sensors. It turns out to be problematic, the sensed data in a simple way over an interface on the fiber-reinforced Read out material.

In der DE 10 2004 039 503 A1 wird ein faserverstärkter Verbundwerkstoff vorgeschlagen, in dem Metallfäden bzw. Glasfasern zur Datenübertragung als Transponder ausgebildet werden. Die Herstellung eines solchen Faserverbundwerkstoffs erweist sich jedoch als aufwändig, da in separaten Arbeitsschritten die Metall- bzw. Glasfasern in den Verbundwerkstoff eingebracht werden müssen.In the DE 10 2004 039 503 A1 For example, a fiber-reinforced composite material is proposed in which metal threads or glass fibers for data transmission are formed as transponders. However, the production of such a fiber composite material proves to be costly, since in separate steps, the metal or glass fibers must be introduced into the composite material.

Aus der Druckschrift US 2005/0235482 A1 ist ein Antennen-Array bekannt, bei dem planare Antennen in einem Textilwerkstoff eingebracht sind. Die einzelnen Antennen können durch leitfähige Fasern ausgebildet werden, welche über isolierende Fasern von dem umgebenden Material isoliert sind. Diese textile Struktur kann beispielsweise mit einem Harz imprägniert werden, um eine feste Struktur zur Verwendung in größeren Bauteilen, wie z.B. in Flugzeugflügeln oder dergleichen, zu schaffen. Die Ausbildung der Antenne in einer solchen Struktur erweist sich ebenfalls als aufwändig, da mehrere Schichten aus unterschiedlichen Fasern gebildet werden müssen.From the publication US 2005/0235482 A1 An antenna array is known in which planar antennas are incorporated in a textile material. The individual antennas may be formed by conductive fibers which are isolated from the surrounding material via insulating fibers. For example, this textile structure may be impregnated with a resin to provide a solid structure for use in larger components such as aircraft wings or the like. The formation of the antenna in such a structure also proves to be costly because multiple layers of different fibers must be formed.

In der Druckschrift JP 2005033561 A ist eine Antenne gezeigt, welche aus Antennenelementen besteht, die aus spiralförmigen Karbonfasern zusammengesetzt sind, welche in ein synthetisches Harz eingebracht sind. Diese Druckschrift offenbart nicht, wie Antennen in faserverstärkten Verbundwerkstoffen eingebracht werden können.In the publication JP 2005033561 A For example, an antenna consisting of antenna elements composed of spiral carbon fibers incorporated in a synthetic resin is shown. This document does not disclose how antennas can be incorporated in fiber reinforced composites.

In dem Dokument WO 2005/071605 A2 ist ein Textilmaterial mit einem Hochfrequenztransponder beschrieben, bei dem elektrisch leitfähige Bestandteile des Textilmaterials als Antennen ausgebildet sind. Das Dokument beschäftigt sich nicht mit der Ausbildung von Antennen in Faserverbundwerkstoffen.In the document WO 2005/071605 A2 is a textile material described with a high-frequency transponder, are formed in the electrically conductive components of the textile material as antennas. The document is not concerned with the formation of antennas in fiber composites.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Antenne in einem faserverstärkten Verbundwerkstoff zu schaffen, welche einfach und kostengünstig herzustellen ist.task The invention is an antenna in a fiber reinforced composite material to create, which is easy and inexpensive to manufacture.

Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung ein Herstellungsverfahren zu schaffen, mit dem eine solche Antenne in einem Faserverbundwerkstoff ausgebildet werden kann.Farther It is an object of the invention to provide a manufacturing method, with which such an antenna is formed in a fiber composite material can be.

Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.These Task is solved by the independent claims. further developments of the invention are in the dependent claims Are defined.

Die erfindungsgemäße Antenne ist in einem faserverstärkten Verbundwerkstoff, insbesondere einem kohlestofffaserverstärkten Verbundwerkstoff, ausgebildet, wobei der faserverstärkte Verbundwerkstoff eine Kunststoffmatrix und darin eingebettete Faserstränge bzw. Faserbündel aus leitfähigen Verstärkungsfasern, insbesondere aus Kohlenstoff, umfasst. Sofern nicht besonders vermerkt, ist hier und im folgenden, insbesondere auch in den Ansprüchen, unter dem Begriff "Faserstrang" ein Faserstrang aus den elektrisch leitfähigen und strukturtragenden Verstärkungsfasern, insbesondere aus Kohlenstofffasern, des Verbundwerkstoffs zu verstehen. Ein Faserstrang besteht vorzugsweise aus einer Vielzahl von Fasern oder Filamenten, kann ggf. aber auch nur eine einzelne Faser umfassen.The antenna according to the invention is in a fiber reinforced Composite material, in particular a carbon fiber-reinforced composite material, formed, the fiber reinforced Composite material, a plastic matrix and embedded fiber strands or fiber bundles made of conductive Reinforcing fibers, in particular of carbon. Unless otherwise noted, is here and below, in particular in the claims, under the term "fiber strand" a fiber strand from the electrically conductive and structural reinforcing fibers, especially from carbon fibers, to understand the composite. A fiber strand preferably consists of a multiplicity of fibers or filaments, but may also include only a single fiber.

Die erfindungsgemäße Antenne umfasst eine oder mehrere Lagen von Fasersträngen, wobei in wenigstens einem Teil der Lagen ein oder mehrere beabstandete Faserstränge ausgebildet sind, welche von den anderen Fasersträngen der jeweiligen Lage beabstandet sind. Dabei ist wenigstens ein Teil der beabstandeten Faserstränge in der Kunststoffmatrix des faserverstärkten Verbundwerkstoffs derart angeordnet, dass durch den wenigstens ein Teil der beabstandeten Faserstränge eine von den restlichen Fasersträngen isolierte Antennenstruktur gebildet wird, über welche elektromagnetische Wellen empfangen und/oder gesendet werden können.The antenna according to the invention comprises one or more layers of fiber strands, wherein in at least one Part of the layers formed one or more spaced fiber strands which are spaced from the other fiber strands of the respective layer are. In this case, at least a part of the spaced fiber strands in the Plastic matrix of the fiber reinforced Composite material arranged such that by the at least one Part of the spaced fiber strands one of the remaining fiber strands isolated antenna structure is formed, via which electromagnetic Waves can be received and / or sent.

Die Erfindung beruht auf der überraschenden Erkenntnis, dass in faserverstärkten Verbundwerkstoffen, insbesondere in kohlestofffaserverstärkten Verbundwerkstoffen, die herkömmlicherweise nur zur Verstärkung des Werkstoffs verwendeten leitfähigen Verstärkungsfasern auch als Antennen in dem Werkstoff eingesetzt werden können. Die erfindungsgemäße Antenne hat den Vorteil, dass in den Werkstoff nicht mehr in einem separaten -Arbeitsschritt entsprechende Antennen eingebracht werden müssen, sondern durch geringfügige Modifikationen bei der Herstellung des Verbundwerkstoffs Antennenstrukturen bereits durch die vorhandenen Faserstränge gebildet werden können.The invention is based on the surprising discovery that in fiber-reinforced composite materials, in particular in carbon fiber-reinforced composite materials, the leitfähi used conventionally only for reinforcing the material gen reinforcing fibers can also be used as antennas in the material. The antenna according to the invention has the advantage that it is no longer necessary to introduce corresponding antennas into the material in a separate working step, but by slight modifications in the production of the composite antenna structures can already be formed by the existing fiber strands.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind in der Antenne mehrere Lagen von Fasersträngen gelegt und übereinander positioniert, wobei zur Ausbildung der Antennenstruktur beabstandete Faserstränge von unterschiedlichen Lagen, insbesondere von benachbarten Lagen, über Kontaktierungsstellen auf den beabstandeten Fasersträngen miteinander elektrisch verbunden sind. Hierdurch können auf einfache Weise komplexe und vielfältige Antennenstrukturen über mehrere Lagen hinweg durch entsprechende Kontaktierungsstellen zwischen den Lagen geschaffen werden.In a preferred embodiment are placed in the antenna several layers of fiber strands and on top of each other positioned, spaced apart to form the antenna structure fiber strands from different layers, in particular from adjacent layers, via contacting points the spaced fiber strands are electrically connected to each other. This can be up simple way complex and diverse antenna structures over several Laying away through appropriate contact points between be created the situations.

Zur Gewährleistung eines guten elektrischen Kontakts sind die miteinander verbundenen Kontaktierungsstellen von beabstandeten Fasersträngen aneinander fixiert, insbesondere miteinander vernäht.to warranty a good electrical contact are the interconnected Contact points of spaced fiber strands fixed to each other, in particular sewn together.

In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Antenne sind ein oder mehrere der beabstandeten Faserstränge in Längsrichtung durch einen oder mehrere Trennabschnitte voneinander beabstandet. Vorzugsweise sind hierbei die oben definierten Kontaktierungsstellen benachbart zu Trennabschnitten auf beabstandeten Fasersträngen ausgebildet. Hierdurch kann auf einfache Weise eine kompakte, räumlich begrenzte Antennenstruktur in dem Verbundwerkstoff geschaffen werden.In a further embodiment of the antenna according to the invention are one or more the spaced fiber strands longitudinal spaced apart by one or more separating sections. Preferably, in this case, the contact points defined above formed adjacent to separating portions on spaced fiber strands. This can easily be a compact, spatially limited Antenna structure can be created in the composite.

Die erfindungsgemäße Antenne weist als Antennenstruktur vorzugsweise eine stabförmige und/oder mäanderförmige und/oder spiralförmige und/oder rahmenförmige Struktur und/oder eine Patchantennenstruktur auf.The antenna according to the invention has as antenna structure preferably a rod-shaped and / or meandering and / or spiral and / or frame-shaped Structure and / or a patch antenna structure.

Die einzelnen Faserlagen des Verbundwerkstoff, in denen die Antenne ausgebildet ist, bestehen vorzugsweise jeweils aus im Wesentlichen parallel gelegten Fasersträngen, wobei in einer bevorzugten Variante die Faserstränge von benachbarten Lagen schräg zueinander verlaufen, insbesondere in einem Winkel, der zwischen 45 Grad und 90 Grad liegt.The individual fiber layers of the composite, in which the antenna is formed, preferably each consist essentially of parallel fiber strands, wherein in a preferred variant, the fiber strands of adjacent layers at an angle to each other run, especially at an angle between 45 degrees and 90 degrees.

In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Antennen wird die Beabstandung von den leitfähigen Verstärkungsfasern dadurch erreicht, dass in wenigstens einer Lage zwischen Fasersträngen aus Verstärkungsfasern zumindest teilweise Faserstränge aus isolierendem Material, insbesondere Faserstränge aus Glasfaser und/oder synthetischer Faser, angeordnet sind.In In a further embodiment of the antennas according to the invention, the spacing of the conductive one reinforcing fibers achieved in that in at least one layer between fiber strands reinforcing fibers at least partially fiber strands of insulating material, in particular fiber strands of glass fiber and / or synthetic Fiber, are arranged.

Um eine funktionsfähige Sende- und/oder Empfangseinheit in einem faserverstärkten Verbundwerkstoff zu schaffen, ist vorzugsweise eine Verarbeitungseinheit, insbesondere einen Transponderchip, zum Verarbeiten von über die Antennenstruktur zu sendenden und/oder empfangenen elektromagnetischen Wellen vorgesehen, wobei die Antennenstruktur über einen oder mehrere Kontaktabschnitte an einem oder mehreren der beabstandeten Faserstränge mit der Verarbeitungseinheit verbunden, insbesondere verklebt oder verbondet, ist. Zur kompakten Ausbildung der Verarbeitungseinheit in dem Verbundwerkstoff kann die Verarbeitungseinheit in dem Verbundwerkstoff eingegossen sein, wodurch ein kompaktes und steifes Bauteil geschaffen wird, welches beispielsweise in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt werden kann.Around a functional one Transmitting and / or receiving unit in a fiber-reinforced composite material is preferably a processing unit, in particular a transponder chip for processing via the antenna structure sending and / or received electromagnetic waves, wherein the antenna structure via one or more contact sections on one or more of spaced fiber strands connected to the processing unit, in particular glued or Connects is. For compact design of the processing unit in the composite, the processing unit may be in the composite be poured, creating a compact and rigid component which is used for example in the aerospace industry can be.

Neben der oben beschriebenen Antenne betrifft die Erfindung ferner ein Verfahren zum Ausbilden einer solchen Antenne in einem faserverstärkten Verbundwerkstoff.Next The antenna described above further relates to the invention A method of forming such an antenna in a fiber reinforced composite.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren werden in einem ersten Schritt a) eine oder mehrere Lagen von Fasersträngen aus Kohlenstoff derart ausgebildet bzw. gelegt, dass in wenigstens einem Teil der Lagen ein oder mehrere beabstandete Faserstränge ausgebildet sind, welche von den anderen Fasersträngen der jeweiligen Lage beabstandet sind. In einem Schritt b) wird schließlich die Kunststoffmatrix zur Bildung des faserverstärkten Verbundwerkstoffs derart in die eine oder mehreren Lagen eingebracht, dass wenigstens ein Teil der beabstandeten Faserstränge eine von den restlichen Fasersträngen isolierte Antennenstruktur bildet, über welche elektromagnetische Wellen empfangen und/oder gesendet werden können.In the method according to the invention become in a first step a) one or more layers of fiber strands Carbon formed or placed so that in at least one Part of the layers formed one or more spaced fiber strands which are spaced from the other fiber strands of the respective layer are. In a step b) finally the plastic matrix for Formation of the fiber reinforced Composite material introduced into the one or more layers such that at least a portion of the spaced fiber strands one of the remainder fiber strands isolated antenna structure forms over which electromagnetic Waves can be received and / or sent.

Das erfindungsgemäße Verfahren macht sich die Erkenntnis zunutze, dass auf einfache Weise durch eine geeignete Modifikation eines herkömmlichen Herstellungsverfahrens für einen faserverstärkten Verbundwerkstoff eine Antenne in dem Werkstoff dadurch ausgebildet werden kann, dass Antennenstrukturen durch die Verstärkungsfaserstränge aus leitendem Material selbst gebildet werden. Das Verfahren hat den großen Vorteil, dass es auf einfache Weise in bestehende Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Kunststoffen integriert werden kann. Es muss lediglich bei der Herstellung der einzelnen Faserlagen darauf geachtet werden, dass diejenigen Fasern in einer Lage, welche die Antennenstruktur bilden sollen, voneinander beabstandet sind, um den Empfang bzw. das Aussenden von elektromagnetischen Wellen, insbesondere im Hochfrequenzbereich, sicherzustellen und einen Kurzschluss mit benachbarten Fasern zu vermeiden. Darüber hinaus muss bei der Fertigung beim Einbringen der Kunststoffmatrix gewährleistet werden, dass durch die beabstandeten Faserstränge tatsächlich eine von den restlichen Fasersträngen isolierte Antennenstruktur gebildet wird.The method according to the invention makes use of the knowledge that, by a suitable modification of a conventional manufacturing method for a fiber-reinforced composite material, an antenna can be easily formed in the material by forming antenna structures through the reinforcing fiber strands of conductive material itself. The process has the great advantage that it can be easily integrated into existing processes for the production of fiber-reinforced plastics. It must be ensured only in the production of the individual fiber layers that those fibers in a layer which are to form the antenna structure, are spaced from each other to ensure the reception or emission of electromagnetic waves, especially in the high frequency range, and a short circuit with be to avoid adjacent fibers. In addition, during manufacture when introducing the plastic matrix, it must be ensured that an antenna structure insulated from the remaining fiber strands is actually formed by the spaced-apart fiber strands.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden mehrere Lagen von Fasersträngen gelegt und übereinander positioniert, wobei zur Ausbildung der Antennenstruktur beabstandete Faserstränge von unterschiedlichen Lagen, insbesondere von benachbarten Lagen, über Kontaktierungsstellen auf den beabstandeten Fasersträngen miteinander elektrisch verbunden werden. Hierdurch können auf einfache Weise unterschiedlichste Antennenstrukturen über Kontaktierungsstellen zwischen einzelnen Lagen geschaffen werden.In a particularly preferred embodiment the method according to the invention several layers of fiber strands are laid and over each other positioned, spaced apart to form the antenna structure fiber strands of different layers, in particular of adjacent layers, via contacting points on the spaced fiber strands be electrically connected to each other. This can be up easy way different antenna structures via contacting points be created between individual layers.

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in Schritt b) zunächst in einem Teilschritt i) eine oder mehrere Isolationsschichten aus Kunststoff auf und/oder in der oder den Lagen des wenigstens einen Teils der Lagen, d.h. in den Lagen, in denen beabstandete Faserstränge ausgebildet sind, derart vorgesehen, dass wenigstens ein Teil der beabstandeten Faserstränge die isolierte Antennenstruktur bildet. Es wird somit in einem Zwischenschritt des Verfahrens durch die geeignete Ausbildung von Isolationsschichten sichergestellt, dass eine von der Reststruktur des Faserverbundwerkstoffs isolierte Antennenstruktur durch beabstandete Faserstränge erzeugt wird. In einem Endverarbeitungsschritt (Schritt ii)) werden schließlich die Lage bzw. die mehreren Lagen von Fasersträngen und die Isolationsschicht oder Isolationsschichten zu einem faserverstärkten Verbundwerkstoff endverarbeitet.In a further embodiment the method according to the invention be in step b) first in a partial step i) one or more insulation layers Plastic on and / or in the or the layers of at least one Part of the layers, i. in the layers in which spaced fiber strands are formed are provided so that at least a portion of the spaced Fiber strands the forms isolated antenna structure. It is thus in an intermediate step of the method by the appropriate formation of insulating layers Ensures that one of the residual structure of the fiber composite material isolated antenna structure generated by spaced fiber strands becomes. In a finishing step (step ii)), finally, the Layer or multiple layers of fiber strands and the insulation layer or insulation layers to a fiber reinforced composite finished.

Um eine elektrische Verbindung von beabstandeten Fasersträngen von unterschiedlichen Lagen auf einfache Weise zu erreichen, werden in einer bevorzugten Variante beim Ausbilden der Isolationsschicht im obigen Schritt i) Kontaktierungsfenster gebildet, welche nicht von der Isolationsschicht bedeckt sind, wobei die Kontaktierungsfenster derart angeordnet sind, dass beim anschließenden Positionieren der Lagen übereinander ein elektrischer Kontakt zwischen den Kontaktierungsstellen auf beabstandeten Fasersträngen in unterschiedlichen Lagen über die Kontaktierungsfenster hergestellt wird. Vorzugsweise werden hierbei die Kontaktierungsfenster dadurch gebildet, dass die Kontaktierungsstellen in einer jeweiligen Lage vor dem Aufbringen der Isolationsschicht durch Abdeckungen, insbesondere Aufkleber, abgedeckt werden, wobei die Abdeckungen nach Aufbringen der Isolationsschicht entfernt werden, um die Kontaktierungsstellen freizulegen. Alternativ können die Kontaktierungsfenster dadurch gebildet werden, dass in einer jeweiligen Lage eine Isolationsschicht in der Form eines Isolationsfilms aufgebracht wird, wobei der Isolationsfilm Öffnungen aufweist, welche die Kontaktierungsfenster darstellen und wobei der Isolationsfilm aus einem Kunststoff besteht, der bei der Durchführung des Endverarbeitungsschritts ii), in der Kunststoffmatrix aufgeht.Around an electrical connection of spaced fiber strands of Different layers can be easily achieved in a preferred variant when forming the insulating layer in the above step i) contacting windows are formed, which are not are covered by the insulating layer, wherein the contacting windows are arranged such that during the subsequent positioning of the layers one above the other an electrical contact between the contacting points spaced fiber strands in different positions over the contacting window is made. Preferably In this case, the contacting windows formed by the fact that the contact points in a respective position prior to the application of the insulating layer covered by covers, in particular stickers, wherein the covers are removed after the insulation layer has been applied, to expose the contact points. Alternatively, the Contacting windows are formed by that in a respective Layer applied an insulating layer in the form of an insulating film is, wherein the insulating film has openings, which represent the contacting windows and wherein the insulation film is made of a plastic, which in the implementation of the final processing step ii), in the plastic matrix.

Um bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Antenne einen sicheren Kontakt zwischen den Kontaktierungsstellen zu gewährleisten, werden in einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens die miteinander zu verbindenden Kontaktierungsstellen von beabstandeten Fasersträngen aneinander fixiert, insbesondere durch Vernähen.Around in the manufacture of the antenna according to the invention a safe To ensure contact between the contact points, are in a preferred variant of the method according to the invention spaced from each other to be connected contacting points Fiber strands together fixed, in particular by sewing.

In einer weiteren Ausführungsform wird wenigstens eine Isolationsschicht im obigen Schritt i) durch Harzapplizieren der jeweiligen Lage mit einem ungehärteten Harz, insbesondere mit Epoxidharz, ausgebildet. Vorzugsweise werden darüber hinaus im obigen Endverarbeitungsschritt ii) die Lagen von Fasersträngen und die Isolationsschicht oder Isolationsschichten mit Harz, insbesondere mit Epoxidharz und/oder Polyesterharz, durchtränkt und anschließend gehärtet, wobei das Härten insbesondere durch Ausübung von Druck und Temperatur auf das Harz erfolgt.In a further embodiment At least one insulating layer in step i) above is achieved Resin application of the respective layer with an unhardened resin, in particular with epoxy resin. Preferably, in addition the above finishing step ii) the layers of fiber strands and the insulating layer or insulating layers with resin, in particular with epoxy resin and / or polyester resin, impregnated and then cured, wherein the hardening in particular by exercise pressure and temperature on the resin.

In einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden beim oder nach dem Legen einer jeweiligen Lage im obigen Schritt a) ein oder mehrere der beabstandeten Faserstränge an einer oder mehreren Stellen, insbesondere unter Verwendung eines Schneidwerkzeugs, getrennt, wodurch ein oder mehrere Trennabschnitte gebildet werden. Hierdurch können in verschiedenen Bereichen eines Faserverbundwerkstoffs entsprechende Antennenstrukturen lokal begrenzt ausgebildet werden. Vorzugsweise sind hierbei die Kontaktierungsstellen der Faserstränge aus unterschiedlichen Lagen benachbart zu den Trennabschnitten auf den Fasersträngen ausgebildet.In a further variant of the method according to the invention are or after placing a respective layer in step a) above or a plurality of the spaced fiber strands at one or more Locations, in particular using a cutting tool, separated, whereby one or more separating sections are formed. hereby can corresponding antenna structures in different areas of a fiber composite material be formed locally limited. Preferably, here are the Contact points of the fiber strands from different layers formed adjacent to the separating portions on the fiber strands.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren können eine Vielzahl von unterschiedlichen Antennenstrukturen auf einfache Weise ausgebildet werden, insbesondere kann eine stabförmige Antenne in einer einzelnen Lage des Verbundwerkstoffs ausgebildet sein, jedoch können auch mäanderförmige und/oder spiralförmige und/oder rahmenförmige Antennenstrukturen und/oder Patchantennenstrukturen in dem Material geschaffen werden.By the inventive method can be a Variety of different antenna structures in a simple manner can be formed, in particular, a rod-shaped antenna in a single Layer of the composite material may be formed, however, can also meandering and / or spiral and / or frame-shaped Antenna structures and / or patch antenna structures in the material be created.

In einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Faserstränge in einer jeweiligen Lage zumindest teilweise im Wesentlichen parallel zueinander gelegt. Ferner können die Faserstränge von benachbarten Lagen schräg zueinander verlaufen, insbesondere in einem Winkel, der zwischen 45 Grad und 90 Grad liegt.In a further variant of the method according to the invention, the fiber strands are placed in a respective position at least partially substantially parallel to each other. Furthermore, the fiber strands of adjacent layers may be oblique to one another, in particular at an angle which is zwi 45 degrees and 90 degrees.

Für das Ausbilden der beabstandeten Faserstränge gemäß dem obigen Schritt a) gibt es verschiedene Möglichkeiten. Beispielsweise können die Faserstränge in wenigstens einer Lage während des Legens sofort auf Abstand gelegt werden. Ebenso ist es möglich, dass die Faserstränge in wenigstens einer Lage zunächst gelegt werden und anschließend diejenigen Faserstränge, welche als beabstandete Faserstränge dienen sollen, beabstandet werden.For training the spaced fiber strands according to the above Step a) there are different possibilities. For example can the fiber strands in at least one position during laying is to be put on distance immediately. Likewise it is possible that the fiber strands in at least one position first be laid and then those Fiber strands, which as spaced fiber strands should be spaced apart.

Eine weitere Möglichkeit zur Bildung der beabstandeten Faserstränge besteht darin, dass in wenigstens einer Lage zwischen Fasersträngen aus elektrisch leitfähigen Verstärkungsfasern zumindest teilweise Faserstränge aus isolierendem Material, insbesondere Faserstränge aus Glasfaser und/oder Synthesefaser, z.B. Aramid oder Dynema, gelegt werden.A another possibility for forming the spaced fiber strands is that in at least one layer between fiber strands of electrically conductive reinforcing fibers at least partially fiber strands of insulating material, in particular fiber strands of glass fiber and / or synthetic fiber, e.g. Aramid or dynema.

Vorzugsweise werden die Faserstränge im obigen Schritt a) durch textile Fertigungsverfahren, insbesondere durch Weben und/oder Flechten oder durch das aus dem Stand der Technik bekannte TFP-Verfahren (TFP = Tailored Fibre Placement) gelegt.Preferably become the fiber strands in the above step a) by textile manufacturing processes, in particular by weaving and / or braiding or by the state of the art known TFP methods (TFP = Tailored Fiber Placement) laid.

In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Antennenstruktur über einen oder mehrere Kontaktabschnitte an einem oder mehreren der beabstandeten Faserstränge mit einer Verarbeitungseinheit, insbesondere mit einem Transponderchip, zum Verarbeiten von über die Antennenstruktur zu sendenden und/oder empfangenen elektromagnetischen Wellen verbunden. Die Verbindung mit der Verarbeitungseinheit kann hierbei beispielsweise über Kleben und/oder Bonden erfolgen. Vorzugsweise wird die Antennenstruktur zusammen mit der Verarbeitungseinheit zu dem faserverstärkten Verbundwerkstoff integral vergossen, und zwar insbesondere mit Harz durchtränkt und gehärtet.In a further, particularly preferred embodiment of the method according to the invention the antenna structure is over one or more contact portions at one or more of the spaced ones fiber strands with a processing unit, in particular with a transponder chip, to process over the antenna structure to be transmitted and / or received electromagnetic Connected waves. The connection with the processing unit can this example about Gluing and / or bonding done. Preferably, the antenna structure becomes along with the processing unit to the fiber reinforced composite integrally potted, in particular impregnated with resin and hardened.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben.embodiments The invention will be described below with reference to the attached figures described in detail.

Es zeigen:It demonstrate:

1 bis 4 schematische Darstellungen, welche die wesentlichen Verfahrensschritte einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wiedergeben; 1 to 4 schematic representations showing the essential steps of an embodiment of the method according to the invention;

5 eine Darstellung, welche fünf mögliche Antennenstrukturen zeigt, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren realisiert werden können; 5 a representation showing five possible antenna structures that can be realized with the method according to the invention;

6 eine perspektivische Schemazeichnung, welche eine in einem Multiaxialgelege ausgebildete erfindungsgemäße Antennenstruktur in Verbindung mit einem Transponderchip zeigt; 6 a perspective schematic drawing showing a trained in a Multiaxialgelege antenna structure according to the invention in conjunction with a transponder chip;

7 eine perspektivische Ansicht eines Multiaxialgeleges, in dem eine Antennenstruktur gemäß der Erfindung ausgebildet werden kann; und 7 a perspective view of a Multiaxialgeleges in which an antenna structure according to the invention can be formed; and

8 eine schematische Darstellung, welche den Einsatz der erfindungsgemäßen Antennenstruktur in einem Sensornetzwerk verdeutlicht. 8th a schematic representation illustrating the use of the antenna structure according to the invention in a sensor network.

1 bis 4 verdeutlichen die wesentlichen Verfahrensschritte zur Ausbildung einer Antennenstruktur in einem faserverstärkten Verbundwerkstoff gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. In der hier beschriebenen Ausführungsform wird eine Antennenstruktur durch die Karbonfasern in einem karbonfaserverstärkten Kunststoff in mehreren Lagen eines Multiaxialgeleges dadurch ausgebildet, dass diejenigen Karbonfasern, welche die Antenne bilden, über Lagen hinweg miteinander verbunden werden. Im folgenden wird eine zweilagige Struktur zur Ausbildung der Antenne beschrieben, wobei jedoch auch weitere Lagen zur Bildung komplexerer Strukturen vorgesehen werden können. 1 to 4 illustrate the essential process steps for forming an antenna structure in a fiber-reinforced composite material according to an embodiment of the method according to the invention. In the embodiment described herein, an antenna structure is formed by the carbon fibers in a carbon fiber reinforced plastic in multiple layers of a multiaxial fabric by bonding together those carbon fibers which form the antenna. In the following, a two-layered structure for forming the antenna will be described, but also other layers may be provided to form more complex structures.

Wie in 1 gezeigt ist, wird in einem ersten Verfahrensschritt mittels textiler Fertigungsverfahren, wie z.B. Weben, Flechten oder dem sogenannten Tailored Fibre Placement, eine erste Lage L1 aus parallel zueinander gelegten Karbonfasersträngen 1 (auch als Rovings bezeichnet) erzeugt. Erfindungsgemäß können zur Bildung solcher Lagen aus dem Stand der Technik bekannte Legeverfahren eingesetzt werden, welche gegebenenfalls nur derart justiert werden, dass sichergestellt ist, dass die einzelnen Faserstränge zumindest in einem Teilbereich der Lage zueinander beabstandet sind, so dass benachbarte Faserstränge 1 sich nicht berühren und somit elektrisch voneinander isoliert sind. Nach dem Legen der Lage L1 wird in einem nächsten Schritt eine Trennungsstelle 2 in einem der Faserstränge erzeugt. Benachbart zu dieser Trennungsstelle liegt die spätere Kontaktierungsstelle 3 des entsprechenden Faserstrangs mit einem Faserstrang aus einer darüber liegenden Schicht. Die Kontaktierungsstelle 3 ist in 1 durch ein gepunktetes Rechteck angedeutet. Das Trennen des Faserstrangs an der Trennungsstelle 2 erfolgt beispielsweise durch ein Schneidwerkzeug, insbesondere durch einen Cutter.As in 1 is shown, in a first process step by means of textile manufacturing processes, such as weaving, braiding or the so-called tailored fiber placement, a first layer L1 of parallel laid carbon fiber strands 1 (also called rovings) generated. According to the invention, laying methods known from the prior art can be used for the formation of such layers, which are optionally only adjusted in such a way that it is ensured that the individual fiber strands are spaced from each other at least in a partial region of the layer, so that adjacent fiber strands 1 do not touch and are therefore electrically isolated from each other. After laying the layer L1, in a next step, a separation point 2 generated in one of the fiber strands. Adjacent to this separation point is the later contact point 3 of the corresponding fiber strand with a fiber strand from an overlying layer. The contact point 3 is in 1 indicated by a dotted rectangle. The separation of the fiber strand at the separation point 2 For example, by a cutting tool, in particular by a cutter.

Wie oben beschrieben wurde, werden in der hier beschriebenen Ausführungsform die einzelnen Faserstränge 1 bereits beim Legen auf Abstand zueinander gelegt. Es ist jedoch auch möglich, dass beim Legen der Faserstränge zunächst nicht darauf geachtet wird, ob tatsächlich ein Abstand zwischen den einzelnen Fasersträngen zum Erreichen einer elektrischen Isolation vorliegt. In diesem Fall werden in einem Zwischenschritt nach dem Legen der Faserstränge 1 – vor oder nach der Erzeugung der Trennungsstellen 2 – diejenigen Faserstränge, in deren Bereich eine Antennenstruktur auszubilden ist, nachträglich auf Abstand gelegt. Alternativ ist es auch möglich, dass beim Legeprozess bzw. ebenfalls in einem Zwischenschritt zwischen denjenigen Fasersträngen, welche zur Bildung einer Antennenstruktur vorgesehen sind, isolierende Faserstränge gelegt werden, beispielsweise isolierende Glasfaserstränge. Es wird dann eine Struktur erzeugt, die sich in einer Lage aus Fasersträngen zusammensetzt, die abwechselnd aus Kohlenstoff und Glasfaser bestehen.As described above, in the embodiment described herein, the individual fiber strands become 1 Already placed at a distance when laying. However, it is also possible that when laying the fiber strands initially not paid attention to whether actually a distance between the individual fiber strands to achieve a electrical insulation is present. In this case, in an intermediate step after laying the fiber strands 1 - before or after the production of the separation sites 2 - Those fiber strands, in the area of which an antenna structure is to be formed, subsequently set at a distance. Alternatively, it is also possible that in the laying process or also in an intermediate step between those fiber strands, which are provided to form an antenna structure, insulating fiber strands are laid, for example, insulating glass fiber strands. A structure is then created which is composed of a layer of fiber strands alternately made of carbon and glass fiber.

Nach der Erzeugung der ersten Lage L1 wird in einem nächsten Verarbeitungsschritt eine Maskierung an der späteren Kontaktierungsstelle 3 aufgebracht. Diese Maskierung kann beispielsweise durch Anbringen einer Abdeckung, insbesondere eines Aufklebers, auf dem entsprechenden Faserstrang erzeugt werden. Anschließend wird das derart maskierte Karbonfasergelege geharzt (d.h. es wird Harz aufgebracht bzw. appliziert), so dass eine Isolationsschicht 4 ausgebildet wird, wie aus 2 ersichtlich ist. Hierbei wird als Harz z.B. diejenige Harzmischung verwendet, welche auch bei der herkömmlichen Herstellung von Karbonfasergelegen eingesetzt wird. Es wird zu diesem Zeitpunkt jedoch noch keine Härtung des Harzes vorgenommen, so dass die Isolationsschicht zunächst eine ungehärtete Harzschicht ist. Schließlich wird in einem nächsten Schritt die zuvor angebrachte Maskierung entfernt, so dass die in 2 gezeigte Isolationsschicht 4 ein Kontaktierungsfenster 5 aufweist, welches die Kontaktierungsstelle 3 freilegt. Die Erzeugung der Isolationsschicht 4 ist ein Schritt in dem hier beschriebenen Verfahren, der sich von herkömmlichen Verfahren zur Erzeugung von kohlestofffaserverstärkten Kunststoffen unterscheidet. Zwar werden auch in herkömmlichen kohlestofffaserverstärkten Verbundwerkstoffen gegebenenfalls Isolationsschichten aus Kunststoff während der Herstellung ausgebildet, jedoch wird gemäß der Erfindung darauf geachtet, dass die Isolationsschichten eine Isolierung der Fasern derart bewirken, dass eine Antennenstruktur durch die Faserstränge gebildet wird. In der hier beschriebenen Ausführungsform wird dies dadurch erreicht, dass die Isolationsschicht 4 mit einem entsprechenden Fenster 5 versehen wird, über das diejenigen Faserstränge, welche später die Antennenstruktur bilden, aus unterschiedlichen Schichten miteinander verbindbar sind.After the first layer L1 has been produced, in a next processing step, a masking occurs at the subsequent contacting point 3 applied. This masking can be produced for example by attaching a cover, in particular a sticker, on the corresponding fiber strand. Subsequently, the thus masked Karbonfasergelege is resined (ie, it is applied or applied resin), so that an insulating layer 4 is trained as out 2 is apparent. In this case, for example, that resin mixture is used as the resin, which is also used in the conventional production of Karbonfasergelegen. However, at this point in time, no hardening of the resin is carried out so that the insulating layer is initially an uncured resin layer. Finally, in a next step, the previously applied masking is removed, so that the in 2 shown insulation layer 4 a contacting window 5 which has the contact point 3 exposes. The generation of the insulation layer 4 is a step in the process described here which differs from conventional processes for producing carbon fiber reinforced plastics. Although insulating layers of plastic may be formed during manufacture in conventional carbon fiber reinforced composites as well, care is taken in accordance with the invention that the insulation layers effect insulation of the fibers such that an antenna structure is formed by the fiber strands. In the embodiment described here, this is achieved in that the insulation layer 4 with a corresponding window 5 is provided, over which those fiber strands, which later form the antenna structure, from different layers are connected to each other.

Wie in 3 gezeigt ist, wird nach der Erzeugung der Isolationsschicht 4 in einem nächsten Schritt eine zweite Lage L2 aus Karbonfasersträngen 6 in gleicher Weise wie die erste Lage auf der Isolationsschicht 4 gebildet. Im Unterschied zur ersten Lage ist die Lage L2 jedoch um 90 Grad gegenüber der Lage L1 verdreht. Die Faser stränge 6 der zweiten Schicht L2 werden hierbei derart gelegt, dass der mittlere Karbonfaserstrang im Wesentlichen mittig über dem Kontaktierungsfenster 5 verläuft. Durch die in 3 gezeigte Struktur wird somit eine Kontaktierungsmöglichkeit eines unteren Faserstrangs 1 aus der Lage L1, nämlich des zweiten Faserstrangs von links, mit dem darüber liegenden mittleren Faserstrang 6 der Lage L2 geschaffen. Analog zur ersten Lage wird der mittlere Faserstrang 6 ferner ebenfalls getrennt, so dass auch in der Lage L2 eine Trennungsstelle 2 entsteht. In einem nächsten Schritt können nunmehr die beiden, sich im Kontaktierungsfenster 5 kreuzenden Faserstränge am Kontaktierungsfenster aneinander fixiert werden, beispielsweise miteinander vernäht werden. Dies ist jedoch nicht unbedingt erforderlich, da eine Kontaktierung der beiden Faserstränge auch bei der Endverarbeitung zu dem endgültigen kohlestofffaserverstärkten Verbundwerkstoff erreicht werden kann.As in 3 is shown after the formation of the insulating layer 4 in a next step, a second layer L2 of carbon fiber strands 6 in the same way as the first layer on the insulating layer 4 educated. In contrast to the first layer, however, the layer L2 is rotated by 90 degrees relative to the layer L1. The fiber strands 6 The second layer L2 are in this case laid such that the central carbon fiber strand substantially centrally above the contacting window 5 runs. By the in 3 The structure shown thus becomes a contacting possibility of a lower fiber strand 1 from the position L1, namely the second fiber strand from the left, with the overlying middle fiber strand 6 the situation L2 created. The middle fiber strand becomes analogous to the first layer 6 also separated, so that even in the L2 position a separation point 2 arises. In a next step, the two can now, in the contacting window 5 crossing fiber strands are fixed to the contacting window to each other, for example, sewn together. However, this is not absolutely necessary since contacting the two fiber strands can also be achieved in the final processing to the final carbon fiber reinforced composite.

Es wird gemäß 3 eine Antennenstruktur geschaffen, welche zwei über Kontaktierungsfenster verbundene Faserstränge aufweist, die senkrecht zueinander verlaufen. Durch eine entsprechende flächige Ausdehnung des bis jetzt beschriebenen Verfahrens auf weitere Lagen, kann auf diese Weise beispielsweise eine mäanderförmige bzw. spiralförmige Antennenstruktur hergestellt werden. Hierbei ist darauf zu achten, dass immer wieder zwischen den Lagen entsprechende Isolationsbereiche 4 mit Kontaktierungsfenstern 5 benachbart zu Trennungsstellen 2 ausgebildet werden, so dass sich entsprechende Antennenstrukturen bilden. Es ist hierbei nicht erforderlich, dass die Anzahl der Lagen beliebig erhöht wird, denn die Struktur kann auch derart ausgestaltet sein, dass bei der Kontaktierung mit einer Lage wieder zu einer darunter liegenden Lage zurückgegangen wird. Somit können bereits in der zweilagigen Struktur der 3 mäanderförmige bzw. spiralförmige Antennen ausgebildet werden.It will according to 3 an antenna structure is provided which has two fiber strands connected via contacting windows, which run perpendicular to one another. By a corresponding areal extent of the method described so far on further layers, a meandering or helical antenna structure can be produced in this way, for example. Care must be taken to ensure that there are adequate isolation areas between the layers 4 with contacting windows 5 adjacent to separation points 2 be formed so that form corresponding antenna structures. In this case, it is not necessary for the number of layers to be increased as desired, since the structure can also be configured in such a way that contact with a layer returns to an underlying layer. Thus, already in the two-layered structure of 3 Meander-shaped or spiral-shaped antennas are formed.

4 zeigt die Endverarbeitung des Geleges der 3 zu einem Transponder. Hierzu wird zunächst eine weitere abschließende Isolationsschicht 4 auf der Lage L2 aufgebracht. Es wird hierbei darauf geachtet, dass die Enden der Faserstränge 6 nicht von der Isolationsschicht bedeckt sind und somit als Kontaktabschnitte dienen kön nen. In 4 werden die unteren Enden 7 der Faserstränge 6 als Kontaktabschnitte verwendet. An diesen Kontaktabschnitten wird dann eine Verarbeitungseinheit 8 in der Form eines Transponderchips befestigt, insbesondere durch Kleben oder Bonden. In einem Endverarbeitungsschritt wird schließlich die gesamte Struktur mit einem Harz getränkt, dass auch bei herkömmlichen Verfahren zur Erzeugung eines kohlestofffaserverstärkten Kunststoffs eingesetzt wird. Die Durchtränkung kann entweder durch Harzinjektion oder durch Harzinfusion erfolgen, wobei gegebenenfalls auch ein Harzfilm zum Einsatz kommen kann. Das verwendete Harz kann insbesondere das gleiche Harz sein, das auch für die Isolationsbereiche bzw. Isolationsschichten verwendet wurde. Schließlich folgt das Aushärten des Harzes, wodurch die endgültige Struktur des Verbundwerkstoffs geschaffen wird. 4 shows the final processing of the 3 to a transponder. For this purpose, a further final insulation layer is first 4 applied on the L2 location. Care is taken here that the ends of the fiber strands 6 are not covered by the insulating layer and thus Kings serve as contact sections NEN. In 4 become the lower ends 7 the fiber strands 6 used as contact sections. At these contact sections then becomes a processing unit 8th attached in the form of a transponder chip, in particular by gluing or bonding. Finally, in a final processing step, the entire structure is impregnated with a resin which is also used in conventional processes for producing a carbon fiber-reinforced plastic. The impregnation can be done either by resin injection or by resin infusion, optionally also a resin film can be used. In particular, the resin used may be the same resin as used for the insulating regions or insulating layers. Finally, the curing of the resin follows, thereby creating the final structure of the composite.

Wie sich aus den vorangegangenen Ausführungen ergibt, kann durch einfache Abwandlungen von herkömmlichen Verfahrensschritten bei der Herstellung eines kohlestofffaserverstärkten Kunststoffs eine Antennenstruktur in diesem Kunststoff integriert werden. Insbesondere müssen nicht separate leitfähige Strukturen in dem Kunststoff erzeugt werden, sondern es kann aus den Karbonfasersträngen, die in einem herkömmlichen Kunststoff bereits verarbeitet werden, die Antennenstruktur herausgearbeitet werden. Die wesentliche Erkenntnis der Erfindung besteht somit darin, die Anordnung der Karbonfaserstränge in einem kohlestofffaserverstärkten Verbundwerkstoff derart abzuwandeln, dass ein Teil der Karbonfaserstränge eine Antennenstruktur bildet.As can be seen from the foregoing, can by simple modifications of conventional Process steps in the production of a carbon fiber reinforced plastic one Antenna structure can be integrated in this plastic. Especially have to not separate conductive Structures are created in the plastic, but it can be made out the carbon fiber strands, which in a conventional Plastic are already processed, the antenna structure are worked out. The essential finding of the invention is therefore that the Arrangement of carbon fiber strands in a carbon fiber reinforced Modify composite material such that a part of the carbon fiber strands a Antenna structure forms.

5 zeigt schematisch fünf mögliche Ausgestaltungen von Antennenstrukturen. Insbesondere kann eine mäanderförmige Struktur S1, eine spiralförmige Struktur S2, eine Struktur S3 in der Form einer Stabantenne, eine rahmenförmige Struktur S4 oder eine Patchantennenstruktur S5 geschaffen werden. Bei der Erzeugung einer Stabantenne ist das Herstellungsverfahren besonders einfach, da insbesondere die im Vorangegangenen beschriebenen Prozessschritte des Trennens von Fasersträngen und des Kontaktierens von Fasersträngen aus benachbarten Lagen weggelassen werden können. Es muss jedoch auch bei der Erzeugung einer Stabantenne darauf geach tet werden, dass die Stabantenne von benachbarten Fasern elektrisch isoliert ist, was in dem erfindungsgemäßen Verfahren durch ein Beabstanden der Faserstränge in einer Lage und eine entsprechende Isolierung der Faserstränge durch die Kunststoffmatrix des kohlestofffaserverstärkten Verbundwerkstoffs erreicht wird. Bei der Herstellung einer Patchantennenstruktur werden beispielsweise benachbarte Lagen von Fasersträngen in Draufsicht in dem Bereich eines Quadrats oder Rechtecks an allen Schnittstellen der Faserstränge von benachbarten Lagen über Kontaktierungsfenster miteinander kontaktiert. Hierdurch wird eine planare, flächige leitfähige Struktur in dem Verbundwerkstoff geschaffen, welche die Eigenschaften einer Patchantenne hat. 5 schematically shows five possible embodiments of antenna structures. In particular, a meandering structure S1, a spiral structure S2, a structure S3 in the form of a rod antenna, a frame-shaped structure S4, or a patch antenna structure S5 can be provided. In the production of a rod antenna, the production process is particularly simple, since in particular the process steps described above of separating fiber strands and contacting fiber strands from adjacent layers can be omitted. However, it must also be ensured in the production of a rod antenna that the rod antenna is electrically insulated from adjacent fibers, which in the method according to the invention is achieved by spacing the fiber strands in one layer and corresponding insulation of the fiber strands by the plastic matrix of the carbon fiber reinforced composite material becomes. In the manufacture of a patch antenna structure, for example, adjacent layers of fiber strands are contacted in plan view in the area of a square or rectangle at all interfaces of the fiber strands of adjacent layers via contacting windows. This provides a planar, planar conductive structure in the composite having the characteristics of a patch antenna.

6 zeigt zur Verdeutlichung in schematisierter perspektivischer Ansicht ein Multiaxialgelege, welches gemäß dem zuvor beschriebenen Verfahren herstellbar ist. Das Gelege ist zweilagig und weist die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Lagen L1 und L2 auf, wobei die von links nach rechts verlaufenden Karbonfaserstränge die Faserstränge 1 der ersten Lage L1 und die von unten nach oben verlaufenden Karbonfaserstränge die Faserstränge 6 der zweiten Schicht L2 sind. Aus Übersichtlichkeitsgründen sind lediglich einige der Fasern mit den Bezugszeichen 1 bzw. 6 versehen. Einige der Faserstränge der Lagen sind über die Kontaktierungsstellen 3 miteinander verbunden, wobei über diese Kontaktierungsstellen eine Verbindung von der Lage L1 zu L2 bzw. von der Lage L2 zu L1 geschaffen wird. Es wird hierdurch eine spiralförmige Struktur geschaffen, welche in 6 durch dicke Linien angedeutet ist. In dieser Struktur verlaufen die einzelnen Karbonfaserstränge entlang der Spirale abwechselnd in der oberen und unteren Lage. Ein Ende der Spirale ist hierbei mit einem Transponderchip TC verbunden. Die in 6 gezeigte Struktur ermöglicht das Einbringen von Transpondern bestehend aus Antenne und Transponderchip in kohlestofffaserverstärkten Verbundwerkstoffen und kann beispielsweise in der Luftfahrtindustrie im Rahmen des sogenannten Structural-Health-Monitoring eingesetzt werden. Hierbei wird der in dem Flugzeug verbaute Kohlestofffaserverbundwerkstoff durch einzelne Sensoren sicherheitstechnisch überwacht, insbesondere zur Erfassung von Stoß- und Schlagereignissen. Die sensierten Daten können dann mit den in dem Kohlestofffaserverbundwerkstoff eingebrachten Antennen berührungslos ausgelesen werden. 6 shows for clarity in a schematic perspective view of a Multiaxialgelege, which can be produced according to the method described above. The scrim is double-layered and has the layers L1 and L2 produced according to the method of the invention, the left and right carbon fiber strands being the fiber strands 1 the first layer L1 and the carbon fiber strands extending from the bottom up the fiber strands 6 of the second layer L2. For reasons of clarity, only some of the fibers are denoted by the reference numerals 1 respectively. 6 Mistake. Some of the fiber strands of the layers are over the contacting sites 3 connected to each other via these contacting points, a connection from the position L1 to L2 or from the position L2 to L1 is provided. It is thereby created a helical structure, which in 6 indicated by thick lines. In this structure, the individual carbon fiber strands run alternately along the spiral in the upper and lower layers. One end of the spiral is in this case connected to a transponder chip TC. In the 6 structure shown allows the introduction of transponders consisting of antenna and transponder chip in kohlestofffasernverstärkten composites and can be used for example in the aerospace industry in the context of so-called structural health monitoring. In this case, the carbon fiber composite material installed in the aircraft is monitored by individual sensors for safety, in particular for the detection of shock and impact events. The sensed data can then be read out contactlessly with the antennas incorporated in the carbon fiber composite material.

7 zeigt zur Verdeutlichung nochmals ein Multiaxialgelege aus einer Vielzahl von übereinander liegenden Lagen, wobei im Gegensatz zu den zuvor beschriebenen Ausfürungsformen insgesamt fünf Lagen L1 bis L5 wiedergegeben sind. Auch dieses Gelege kann gemäß der Erfindung derart ausgestaltet sein, dass in dem Gelege eine Antennenstruktur geschaffen wird. Hierbei werden die notwendigen Kontaktierungen über die Ebenen des Multiaxialgeleges hinweg wiederum durch entsprechende Kontaktierungsfenster gebildet 7 shows for clarity again a Multiaxialgelege of a plurality of superimposed layers, wherein in contrast to the previously described Ausfürungsformen a total of five layers L1 to L5 are reproduced. Also, this clutch can be configured according to the invention such that in the context of an antenna structure is created. Here, the necessary contacts on the levels of Multiaxialgeleges are again formed by appropriate Kontaktierungsfenster

8 zeigt zur Verdeutlichung eine schematische Darstellung eines Sensornetzwerks, wie es beispielsweise in dem bereits oben erwähnten Structural-Health-Monitoring im Flugzeugbau eingesetzt werden kann. Hierbei sind eine Vielzahl von Sensoren S in dem im Flugzeug verbauten kohlestofffaserverstärkten Kunststoff mit einem entsprechenden Transponderchip verbunden, der wiederum mit einer erfindungsgemäßen, im kohlestofffaserverstärkten Kunststoff eingebetteten Spiralantenne (in 8 mit Bezugszeichen A bezeichnet) verbunden ist. Mit dem Transponderchip und der Antenne wird in dem kohlestofffaserverstärkten Kunststoff eine Kommunikationsschnittstelle zum berührungslosen Auslesen von sensierten Daten mit entsprechenden Lesegeräten von Überwachungsdiensten geschaffen. Die Lesereichweiten befinden sich im Zentimeterbereich. Mit der in 8 vorgeschlagenen Anordnung ist eine technologische Realisation einer Sensorik möglich, mit der Stoß- und Schlagereignisse in einem kohlestofffaserverstärkten Werkstoff detektiert und überwacht werden können. 8th shows for clarity a schematic representation of a sensor network, as can be used for example in the above-mentioned structural health monitoring in aircraft. In this case, a large number of sensors S in the carbon-fiber-reinforced plastic installed in the aircraft are connected to a corresponding transponder chip, which in turn is provided with a helical antenna (in accordance with the invention) embedded in the carbon fiber-reinforced plastic 8th designated by reference A). With the transponder chip and the antenna, a communication interface for non-contact reading of sensed data with corresponding readers of monitoring services is created in the carbon fiber-reinforced plastic. The reading ranges are in the centimeter range. With the in 8th proposed arrangement is a technological realization of a sensor possible with the shock and impact events in a coal fabric-reinforced material can be detected and monitored.

Die Erfindung hat eine Vielzahl von Anwendungsbereichen. Es ist insbesondere auch denkbar, dass die bei der Herstellung des kohlestofffaserverstärkten Werkstoffs verwendeten Halbzeuge bereits mit Antenne und Transponderchip ausgerüstet werden, so dass die Halbzeuge bei der Fertigung produktionslogistisch erfasst werden können. Die erfassten Daten können durch Datenhaltung bzw. Verfolgung bzw. Doku mentation zur Verbesserung des Qualitätsmanagements der Fertigung von kohlestofffaserverstärkten Kunststoffen eingesetzt werden.The Invention has a variety of applications. It is special also conceivable that in the production of the kohlestofffasernverstärkten material already used semifinished products are already equipped with antenna and transponder chip, so that the semi-finished products are recorded during production production logistics can be. The collected data can through data retention or tracking or documentation for improvement of quality management used in the production of carbon fiber reinforced plastics become.

Ein anderer Anwendungsbereich der Erfindung besteht in der Identifikation von Bauteilen. Hierbei dient das System aus Antenne und Transponderchip dazu, das Bauteil, in welches es integriert ist, eindeutig zu identifizieren und seine Daten sowie Komponenten und Fertigungshistorie zu dokumentieren. Im Falle, dass Daten über die Antenne auf den Transponderchip geschrieben werden können, besteht die Möglichkeit, dass solche Daten, die sich während des Lebenszyklus sammeln, auf dem Transponderchip nachgetragen werden.One Another application of the invention is the identification of components. The system consists of antenna and transponder chip to uniquely identify the component in which it is integrated and to document its data as well as components and manufacturing history. In case of data over the antenna can be written to the transponder chip exists the possibility, that such data that is during of the life cycle, be carried on the transponder chip.

Claims

Antenna in a fiber-reinforced composite material, in particular a carbon fiber-reinforced composite material, wherein the fiber-reinforced composite material comprises a plastic matrix and fiber strands of conductive structure-supporting reinforcing fibers, in particular carbon, embedded therein, characterized by: - one or more layers (L1, L2) of fiber strands ( 1 . 6 ), wherein in at least a part of the layers (L1, L2) one or more spaced-apart fiber strands ( 1 . 6 ) formed by the other fiber strands ( 1 . 6 ) of the respective layer (L1, L2) are spaced apart; - Wherein at least a portion of the spaced fiber strands ( 1 . 6 ) is arranged in the plastic matrix of the fiber-reinforced composite material such that by the at least a part of the spaced-apart fiber strands one of the remaining fiber strands ( 1 . 6 ) isolated antenna structure is formed, via which electromagnetic waves can be received and / or sent.

Antenna according to claim 1, characterized in that several layers (L1, L2) of fiber strands ( 1 . 6 ) are positioned one above the other, wherein fiber strands ( 1 . 6 ) of different layers (L1, L2), in particular of adjacent layers (L1, L2), via contacting points ( 3 ) on the spaced fiber strands ( 1 . 6 ) are electrically connected to each other.

Antenna according to Claim 2, characterized in that the interconnected contacting points ( 3 ) of spaced fiber strands ( 1 . 6 ) are fixed to each other, in particular sewn together.

Antenna according to one of the preceding claims, characterized in that one or more of the spaced fiber strands ( 1 . 6 ) in the longitudinal direction through one or more separating sections ( 2 ) are spaced from each other.

Antenna according to claim 4 in combination with claim 2 or 3, characterized in that one or more of the contacting points ( 3 ) adjacent to separating sections ( 2 ) on spaced fiber strands ( 1 . 6 ) are formed.

Antenna according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the antenna structure is a rod-shaped and / or meandering and / or spiral and / or frame-shaped Antenna structure and / or a patch antenna structure.

Antenna according to one of the preceding claims, characterized in that the fiber strands ( 1 . 6 ) are placed in a respective layer (L1, L2) at least partially substantially parallel.

Antenna according to one of the preceding claims, characterized in that the fiber strands ( 1 . 6 ) of adjacent layers (L1, L2) run obliquely to each other, in particular at an angle which is between 45 degrees and 90 degrees.

Antenna according to one of the preceding claims, characterized in that in at least one layer (L1, L2) between fiber strands ( 1 . 6 ) of conductive reinforcing fibers at least partially fiber strands of insulating material, in particular fiber strands of glass fiber and / or synthetic fiber, are arranged.

Antenna according to one of the preceding claims, characterized in that a processing unit ( 8th ), in particular a transponder chip, for processing electromagnetic waves to be transmitted and / or received via the antenna structure, the antenna structure being connected via one or more contact sections ( 7 ) at one or more of the spaced fiber strands ( 1 . 6 ) with the processing unit ( 8th ), in particular glued or bonded, is.

Antenna according to Claim 10, characterized in that the processing unit ( 8th ) is cast in the fiber reinforced composite material.

A method of forming an antenna in a fiber reinforced composite, in particular in a carbon fiber reinforced composite, wherein the fiber reinforced composite comprises a plastic matrix and fiber strands of conductive structural reinforcing fibers, particularly carbon, embedded therein, characterized in that: a) one or more layers (L1 , L2) of fiber strands ( 1 . 6 ) are formed such that in at least a part of the layers (L1, L2) one or more spaced-apart fiber strands ( 1 . 6 ) formed by the other fiber strands ( 1 . 6 ) of the respective layer (L1, L2) are spaced apart; b) the plastic matrix for forming the fiber reinforced composite material is introduced into the one or more layers in such a way that at least a part of the spaced fiber strands ( 1 . 6 ) one of the remaining fiber strands ( 1 . 6 ) forms an isolated antenna structure, via which electromagnetic waves can be received and / or transmitted.

A method according to claim 12, characterized in that a plurality of layers (L1, L2) of fiber strands ( 1 . 6 ) and are positioned one above the other, wherein fiber strands ( 1 . 6 ) of different layers (L1, L2), in particular of adjacent layers (L1, L2), via contacting points ( 3 ) on the spaced fiber strands ( 1 . 6 ) are electrically connected to each other.

A method according to claim 12 or 13, characterized in that step b) of claim 12 comprises the following sub-steps: i) one or more insulating layers ( 4 ) are formed on and / or in the or the layers of at least a portion of the layers (L1, L2) such that at least a portion of the spaced fiber strands ( 1 . 6 ) of the remaining fiber strands ( 1 . 6 ) forms an isolated antenna structure; ii) the layer or layers (L1, L2) of fiber strands ( 1 . 6 ) and the insulation layer ( 4 ) or insulation layers ( 4 ) are finally processed into a fiber-reinforced composite material.

Method according to claims 13 and 14, characterized in that during the formation of the insulating layer ( 4 ) or insulation layers ( 4 ) in step i) of claim 14 contacting window ( 5 ), which are not separated from the insulating layer ( 4 ), wherein the contacting windows ( 5 ) are arranged such that in the subsequent positioning of the layers (L1, L2) one above the other an electrical contact between the contacting points ( 3 ) on spaced fiber strands ( 1 . 6 ) in different positions (L1, L2) via the contacting windows ( 5 ) will be produced.

Method according to claim 15, characterized in that the contacting windows ( 5 ) are formed by the fact that the contacting points ( 3 ) in a respective layer (L1, L2) before the application of the insulating layer ( 4 ) are covered by covers, in particular stickers, the covers after application of the insulating layer ( 4 ) are removed to the contact points ( 3 ).

Method according to claim 15, characterized in that the contacting windows ( 5 ) are formed in that in an individual layer (L1, L2) an insulation layer ( 4 ) is applied in the form of an insulating film, wherein the insulating film having openings which form the Kontaktierungs window and wherein the insulating film consists of a plastic, which aufh in carrying out the step ii) of claim 14 in the plastic matrix.

Method according to Claim 13 or one of Claims 14 to 17 in combination with Claim 13, characterized in that the contacting sites ( 3 ) of spaced fiber strands ( 1 . 6 ) are fixed to each other, in particular by sewing.

A method according to claim 14 or any one of claims 15 to 18 in combination with claim 14, characterized in that at least one insulating layer ( 4 ) is formed in step i) of claim 14 by resin application of the respective layer (L1, L2) with an uncured resin, in particular with epoxy resin and / or polyester resin.

A method according to claim 14 or any one of claims 15 to 19 in combination with claim 14, characterized in that in step ii) of claim 14 the layers (L1, L2) of fiber strands ( 1 . 6 ) and the insulation layer ( 4 ) or insulation layers ( 4 ) are impregnated with resin, in particular with epoxy resin and / or polyester resin, and then cured.

Method according to one of claims 12 to 20, characterized in that during or after laying a respective layer (L1, L2) in step a) of claim 12, one or more of the spaced fiber strands ( 1 . 6 ) at one or more locations, in particular using a cutting tool, whereby one or more separating sections ( 2 ) are formed.

A method according to claim 21 in combination with claim 13, characterized in that one or more of the contacting sites ( 3 ) adjacent to a separating section ( 2 ) on spaced fiber strands ( 1 . 6 ) be formed.

Method according to one of claims 12 to 22, characterized that a rod-shaped and / or meandering and / or spiral and / or frame-shaped Antenna structure and / or a patch antenna structure formed becomes.

Method according to one of claims 12 to 23, characterized in that the fiber strands ( 1 . 6 ) are placed in a respective layer (L1, L2) at least partially substantially parallel.

Method according to one of claims 12 to 24, characterized in that the fiber strands ( 1 . 6 ) of adjacent layers (L1, L2) run obliquely to each other, in particular at an angle which is between 45 degrees and 90 degrees.

Method according to one of claims 12 to 25, characterized in that for the formation of the spaced fiber strands ( 1 . 6 ) in step a) of claim 12, the fiber strands ( 1 . 6 ) in at least one layer (L1, L2) during laying put on distance.

Method according to one of claims 12 to 26, characterized in that for the formation of the spaced fiber strands ( 1 . 6 ) in step a) of claim 12, the fiber strands ( 1 . 6 ) are laid in at least one layer (L1, L2) first and then those fiber strands ( 1 . 6 ), which as spaced fiber strands ( 1 . 6 ) should be spaced.

Method according to one of claims 12 to 27, characterized in that for the formation of the spaced fiber strands ( 1 . 6 ) in step a) of claim 12 in at least one layer (L1, L2) between fiber strands ( 1 . 6 ) of conductive reinforcing fibers at least partially fiber strands of insulating material, in particular fiber strands of glass fiber and / or synthetic fiber, are placed.

Method according to one of claims 12 to 28, characterized in that the fiber strands ( 1 . 6 ) are laid in step a) of claim 12 by textile manufacturing processes, in particular by weaving and / or braiding and / or by the TFP process (TFP = Tailored Fiber Placement).

Method according to one of claims 12 to 29, characterized in that the antenna structure via one or more contact sections ( 7 ) at one or more of the spaced fiber strands ( 1 . 6 ) with a processing unit ( 8th ), in particular with a transponder chip, for processing electromagnetic waves to be transmitted and / or received via the antenna structure.

Method according to Claim 30, in which the connection of the contact section (s) ( 7 ) with the processing unit ( 8th ) via gluing and / or bonding.

Method according to claim 30 or 31, characterized in that the antenna structure together with the processing unit ( 8th ) is poured into the fiber-reinforced composite material, in particular impregnated with resin and cured.