DE102017118494A1 - Method and device for determining the material quality of a matrix material - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen der Materialgüte eines Matrixmaterials, wobei das Matrixmaterial mittels einer Lichtquelle durchleuchtet und das durch das Matrixmaterial hindurchgeführte Licht mithilfe eines Sensors erfasst wird. Dabei wird mithilfe einer Auswerteeinheit eine Abweichung eines Ist-Strahlenganges von einem vorgegebenen Soll-Strahlengang ermittelt und dann in Abhängigkeit dieser Abweichung die Materialgüte bestimmt.The invention relates to a method and a device for determining the material quality of a matrix material, wherein the matrix material is transilluminated by means of a light source and the light guided through the matrix material is detected by means of a sensor. In this case, a deviation of an actual beam path is determined by a predetermined target beam path using an evaluation and then determines the material quality as a function of this deviation.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen der Materialgüte eines Matrixmaterials, welches Teil eines Faserverbundwerkstoffes zur Herstellung eines Faserverbundbauteils ist. Die Erfindung betrifft ebenso ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Faserverbundbauteils aus einem Faserverbundwerkstoff, der ein Fasermaterial und ein Matrixmaterial umfasst.The invention relates to a method and an apparatus for determining the material quality of a matrix material, which is part of a fiber composite material for producing a fiber composite component. The invention also relates to a method and an apparatus for producing a fiber composite component from a fiber composite material, which comprises a fiber material and a matrix material.
Faserverbundwerkstoffe, aus denen Faserverbundbauteile hergestellt werden, sind aufgrund ihrer gewichtsspezifischen Festigkeit und Steifigkeit als moderne Werkstoffe für den Leichtbau kaum mehr wegzudenken. Dabei wird ein in ein Fasermaterial infundiertes Matrixmaterial durch Temperatur und ggf. Druckbeaufschlagung ausgehärtet, um so das Faserverbundbauteil mit seiner gewünschten Form und Geometrie herzustellen.Fiber composites from which fiber composite components are produced are virtually indispensable as lightweight materials due to their weight-specific strength and rigidity. In this case, a matrix material infused into a fiber material is cured by temperature and, if appropriate, pressure, so as to produce the fiber composite component with its desired shape and geometry.
Ein Faserverbundwerkstoff weist dabei in der Regel zwei wesentliche Hauptbestandteile auf, nämlich zum einen ein Fasermaterial und zum anderen ein Matrixmaterial. Gegebenenfalls sind weitere Komponenten integrierte Bauelemente denkbar. Das Fasermaterial weist dabei Verstärkungsfasern auf, die dem Faserverbundbauteil in der jeweiligen Faserrichtung seine besondere Festigkeit und Steifigkeit verleihen. Durch das Aushärten des in das Fasermaterial infundierten Matrixmaterials werden dabei die Verstärkungsfasern des Fasermaterials in der gewünschten Faserorientierung eingebettet und bilden somit zusammen mit dem Matrixmaterial eine integrale Einheit. Je nach Anwendungsfall bzw. Verwendung des Faserverbundwerkstoffes können das Fasermaterial und das Matrixmaterial getrennt voneinander vorliegen und so bereitgestellt werden, wobei dann ein zusätzlicher Infusionsprozess notwendig wird, durch den das Matrixmaterial in das Fasermaterial infundiert wird. Bekannt ist aber auch die Verwendung sogenannter Prepregs als Faserverbundwerkstoff, bei denen das Matrixmaterial bereits in das Fasermaterial infundiert ist und so zur weiteren Verarbeitung, beispielsweise zum Einlegen in ein Formwerkzeug, bereitgestellt werden.As a rule, a fiber composite material has two main constituents, namely a fiber material and a matrix material. Optionally, further components integrated components are conceivable. The fiber material in this case has reinforcing fibers, which give the fiber composite component in the respective fiber direction its particular strength and rigidity. As a result of the curing of the matrix material infused into the fiber material, the reinforcing fibers of the fiber material are embedded in the desired fiber orientation and thus form an integral unit together with the matrix material. Depending on the application or use of the fiber composite material, the fiber material and the matrix material can be present separately from each other and thus provided, in which case an additional infusion process is necessary, through which the matrix material is infused into the fiber material. However, it is also known to use so-called prepregs as a fiber composite material in which the matrix material is already infused into the fiber material and thus provided for further processing, for example for insertion into a molding tool.
Ein häufig verwendetes Herstellungsverfahren von Faserverbundbauteilen, bei dem das Fasermaterial und das Matrixmaterial des Faserverbundwerkstoffes zunächst getrennt voneinander bereitgestellt werden, ist das LCM (Liquid Composite Moulding) Verfahren bzw. RTM (Resin Transfer Moulding) Verfahren, bei dem ein trockenes Fasermaterial in ein Formwerkzeug eingebracht und das Matrixmaterial mithilfe eines Druckgradienten in das Fasermaterial injiziert bzw. infundiert wird. Als Matrixmaterial können dabei auch Matrixsysteme verwendet werden, die aus zwei oder mehr Komponenten bestehen und vor bzw. während des Infundierens gemischt werden.A frequently used manufacturing method of fiber composite components, wherein the fiber material and the matrix material of the fiber composite material are initially provided separately, is the LCM (Liquid Composite Molding) method or RTM (Resin Transfer Molding) method in which a dry fiber material is introduced into a mold and the matrix material is injected by means of a pressure gradient into the fiber material or infused. Matrix systems which consist of two or more components and are mixed before or during infusion can also be used as the matrix material.
Nur eine ausreichend gute Harzqualität ermöglicht dabei die Herstellung von fehlerfreien, den Anforderungen entsprechenden Faserverbundbauteilen. Eine vor dem Infusionsprozess durchgeführte Untersuchung der Harzqualität lässt viele erst durch den Infusionsprozess selber entstehende Änderungen an der Harzqualität (beispielsweise durch Mischvorgänge, Druckverhältnisse und Temperaturänderungen, Transport und Lagerung etc.) ungeprüft. Eine nach dem Infusionsprozess durchgeführte Untersuchung der Harzqualität hat ggf. bereits zu einem fehlerhaften Prozess und einem fehlerhaften Bauteil geführt, was ökonomisch nicht sinnvoll ist und die Prozesszeiten insgesamt deutlich erhöht.Only a sufficiently good resin quality allows the production of faultless, the requirements corresponding fiber composite components. An examination of the resin quality carried out prior to the infusion process leaves many unaltered changes in the quality of the resin (for example due to mixing processes, pressure conditions and temperature changes, transport and storage, etc.) only arising from the infusion process itself. An examination of the resin quality carried out after the infusion process may already have led to a faulty process and a faulty component, which does not make economic sense and significantly increases the overall process times.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Verfahren und eine hierzu korrespondierende Vorrichtung anzugeben, mit dem die Qualität des Matrixmaterials insbesondere während des Infusionsprozesses überwacht und somit ggf. rechtzeitig auf sich ändernde Qualitätsmerkmale reagiert werden kann.It is therefore an object of the present invention to specify an improved method and a device corresponding thereto, with which the quality of the matrix material can be monitored, in particular during the infusion process, and thus, if necessary, responded in good time to changing quality features.
Die Aufgabe wird mit dem Verfahren zum Bestimmen der Materialgüte eines Matrixmaterials gemäß Anspruch 1, dem Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils gemäß Anspruch 8, einer Vorrichtung zum Bestimmen der Materialgüte eines Matrixmaterials gemäß Anspruch 11 sowie einer Anlage zur Herstellung eines Faserverbundbauteils gemäß Anspruch 13 erfindungsgemäß gelöst.The object is achieved by the method for determining the material quality of a matrix material according to
Gemäß Anspruch 1 wird ein Verfahren zum Bestimmen der Materialgüte eines Matrixmaterials, welches Teil eines Faserverbundwerkstoffes zur Herstellung eines Faserverbundbauteils ist, vorgeschlagen, wobei das Bestimmen der Materialgüte mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens sowohl bei der Herstellung eines Matrixsystems aus einer zwei oder mehr Komponenten als auch bei der Herstellung eines Faserverbundbauteils, bei dem das Matrixmaterial in ein Fasermaterial in injiziert wird, durchgeführt werden kann. Somit lässt sich die Materialgüte bereits am Anfang des gesamten Prozesses bestimmen und somit die Harzqualität überwachen, da bereits bei der Herstellung von Matrixsystemen, die zu einem späteren Zeitpunkt einem weiteren Prozess bereitgestellt werden, die Materialgüte bestimmt und somit die Harzqualität überwacht werden kann.According to
Erfindungsgemäß wird hierfür vorgeschlagen, dass das Matrixmaterial mittels einer Lichtquelle durchleuchtet wird, wobei der aufgrund der Durchleuchtung des Matrixmaterials durch das Matrixmaterial hindurchgeführte Lichtstrahl mithilfe eines Sensors, beispielsweise eines optischen Sensors, wie beispielsweise einem digitalen Bildsensors, erfasst wird. Hierfür befindet sich vorteilhafterweise das Matrixmaterial in einem transluzenten Behältnis, wie beispielsweise einem Vorratsbehälter oder eine schlauch- bzw. rohrartigen Einrichtung, so dass mithilfe der Lichtquelle ein Lichtstrahl durch das Matrixmaterial hindurchgeführt werden kann, ohne dass die Lichtquelle mit dem Matrixmaterial in Berührung kommen muss. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform, die zu bevorzugen ist, befindet sich das Matrixmaterial zwischen Lichtquelle und Sensor, so dass der Lichtstrahl vorzugweise mittig (innerhalb von Toleranzen) durch das Gefäß bzw. rohr- oder schlauchförmige Gebilde hindurchgeführt werden kann.According to the invention, it is proposed for this purpose that the matrix material is transilluminated by means of a light source, wherein the light beam guided through the matrix material due to the transillumination of the matrix material is detected by means of a sensor, for example an optical sensor, such as a digital image sensor. For this is advantageously the matrix material in a translucent container, such as a reservoir or a tube or tube-like device, so that a light beam can be passed through the matrix material by means of the light source without the light source having to come into contact with the matrix material. According to an advantageous embodiment, which is to be preferred, the matrix material is located between the light source and the sensor, so that the light beam can preferably be guided centrally (within tolerances) through the vessel or tube-shaped or tubular structure.
Der Sensor steht dabei mit einer Auswerteeinheit signaltechnischen in Verbindung, wobei mithilfe der Auswerteeinheit dann eine Abweichung des Ist-Strahlenganges, der sich aus dem erfassten hindurchgeführten Lichtstrahl der Lichtquelle ergibt, gegenüber einem vorgegebenen Soll-Strahlengang ermitteln, wobei in Abhängigkeit dieser so ermittelten Abweichung des Ist-Strahlenganges von dem Soll-Strahlengang dann die Materialgüte des Matrixmaterials zum aktuellen Zeitpunkt ermittelbar wird. The sensor is in this case connected to an evaluation unit in signaling technology, wherein a deviation of the actual beam path, which results from the detected transmitted light beam of the light source, with respect to a predetermined desired beam path then using the evaluation, depending on this so determined deviation of Is-beam path of the desired beam path then the material quality of the matrix material at the current time can be determined.
Die Erfinder haben hierbei erkannt, dass die Materialgüte eines Matrixmaterials mit dem Strahlengang eines das Matrixmaterial durchleuchtenden und hindurchgeführten Lichtstrahles korreliert, so dass anhand einer Abweichung des aktuellen Strahlenganges eines Lichtstrahles gegenüber einem vorgegebenen Soll-Strahlenganges, der beispielsweise eine optimale Materialgüte oder bestmögliche Materialgüte darstellt bzw. eine bekannte Materialgüte hat, schließlich die Materialgüte zum aktuellen Zeitpunkt der Durchleuchtung festgestellt werden kann. Somit lässt sich die Materialgüte des Matrixmaterials schnell, einfach und ohne Kontamination von anderen Objekten, sowie ohne Herstellung von Probenkörpern, bestimmen.In this case, the inventors have recognized that the material quality of a matrix material correlates with the beam path of a light beam that transilluminates and passes through the matrix material, so that, based on a deviation of the current beam path of a light beam from a predetermined target beam path representing, for example, optimum material quality or best possible material quality . has a known material quality, finally, the material quality at the current time of fluoroscopy can be determined. Thus, the material quality of the matrix material can be determined quickly, easily and without contamination of other objects, as well as without production of specimens.
So wurde erkannt, dass durch eine Verschlechterung der Materialgüte des Matrixmaterials der Brechungsindex mit der Verschlechterung der Materialgüte korreliert, so dass sich die Verschlechterung der Materialgüte sowohl qualitativ als auch quantitativ in der Abweichung des Strahlenganges gegenüber einem idealen Strahlengang einer Durchleuchtung zeigt.Thus, it was recognized that by a deterioration of the material quality of the matrix material, the refractive index correlates with the deterioration of the material quality, so that the deterioration of the material quality both qualitatively and quantitatively in the deviation of the beam path compared to an ideal beam path of fluoroscopy shows.
Unter einer Materialgüte im Sinne der vorliegenden Erfindung wird ein Qualitätsmaß verstanden, das sich insbesondere auf ein oder mehrere Eigenschaften des Matrixmaterials bezieht. Die Materialgüte kann dabei angeben, ob die Eigenschaft vorliegt oder nicht. Die Materialgüte kann dabei auch angeben, in welchem Verhältnis die Eigenschaft gegenüber einer vorgegebenen oder idealisierten Eigenschaft im Matrixmaterial vorliegt. Eigenschaften, die sich auf die Materialgüte beziehen, sind dabei insbesondere jene Eigenschaften, die mit der Dichte des Matrixmaterials korrelieren, so dass bei einer Veränderung der Eigenschaft auch eine Änderung an der Dichte des Matrixmaterials erfolgt.For the purposes of the present invention, a quality of material is understood to mean a quality measure that relates in particular to one or more properties of the matrix material. The material quality can indicate whether the property is present or not. The quality of the material can also indicate the relationship between the property and a given or idealized property in the matrix material. Properties which relate to the quality of the material are in particular those properties which correlate with the density of the matrix material, such that a change in the property also results in a change in the density of the matrix material.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Soll-Strahlengang ein Strahlengang eines durch ein Matrixmaterial mit einer bekannten Materialgüte hindurchgeführten Lichtstrahles, wobei die zu bestimmende Materialgüte anhand der ermittelten Abweichung zwischen Ist-Strahlengang und Soll-Strahlengang relativ zu dieser bekannten Materialgüte oder absolut bestimmt wird.In an advantageous embodiment, the nominal beam path is a beam path of a light beam guided through a matrix material with a known material quality, wherein the material quality to be determined is determined based on the determined deviation between the actual beam path and desired beam path relative to this known material quality or absolute.
Es wird somit in einem ersten Kalibrierprozess zunächst der Soll-Strahlengang bestimmt, in dem insbesondere ein Matrixmaterial verwendet wird, das hinsichtlich der zu bestimmenden Materialgüte ein Optimum bzw. ein Ideal darstellt. Basierend auf diesem optimalen bzw. idealisierten Matrixmaterial hinsichtlich der Materialgüte (betreffend eine oder mehrere Eigenschaften des Matrixmaterials) kann nun der vorgegebene Soll-Strahlengang ermittelt und dann anschließend das Verfahren zur Bestimmung der Materialgüte im Produktivsystem eingesetzt werden. Dies hat den Vorteil, dass das Verfahren und die Vorrichtung zur Bestimmung der Materialgüte immer an die vorgegebenen Bedingungen angepasst werden kann und somit auf sich ändernde Matrixsysteme kalibriert werden kann, so dass es flexibel für verschiedene Matrixsysteme eingesetzt werden kann.Thus, in a first calibration process, first of all the desired beam path is determined in which, in particular, a matrix material is used which represents an optimum or an ideal with regard to the material quality to be determined. Based on this optimum or idealized matrix material with regard to the material quality (relating to one or more properties of the matrix material), the predetermined nominal beam path can now be determined and then the method for determining the material quality in the production system can subsequently be used. This has the advantage that the method and the device for determining the material quality can always be adapted to the given conditions and thus calibrated to changing matrix systems, so that it can be used flexibly for various matrix systems.
Als Materialgüte kann dabei insbesondere das Vorhandensein einer Entmischung und/oder einem Grad einer Entmischung der in dem Matrixmaterial gemischten Komponenten bestimmt werden. Bei einem optimalen Matrixsystem liegt hinsichtlich der Mischgüte ein homogener Werkstoff vor, der eine im Wesentlichen homogene Verteilung der Dichte (innerhalb von Toleranzen) hat. Kommt es aufgrund von diversen Ursachen wie Alterung, schlechte Lagerung oder ähnlichem zu einer Entmischung des Matrixsystems, so verändert sich diese homogene Dichte hin zu einer Inhomogenität, die sich dann anhand einer Abweichung des aktuellen Ist-Strahlenganges von einem vorgegebenen Soll-Strahlengang, der im Übrigen auch analytisch bestimmbar wäre, feststellen lassen würde. Dabei wurde erkannt, dass der Grad der Entmischung mit dem Maß der Abweichung von Ist- und Soll-Strahlengang korreliert, so dass nicht nur festgestellt wird, ob eine Abweichung zwischen Soll- und Ist-Strahlengang vorliegt, sondern auch wie groß die Abweichung ist, wobei der Wert dieser Abweichung dann ein Maß für den Grad der Entmischung ist. Da dieser Zusammenhang zwangsläufig nicht linear sein muss, ist es hierfür denkbar, dass mithilfe einer Kennlinie bzgl. der Entmischung die Korrelation zwischen Abweichung und Grad der Entmischung ermittelt und bereitgestellt wird.In particular, the presence of segregation and / or degree of segregation of the components mixed in the matrix material can be determined as material quality. With an optimal matrix system, there is a homogeneous material with regard to the mixing quality, which has a substantially homogeneous distribution of the density (within tolerances). If there is a segregation of the matrix system due to various causes such as aging, poor storage or the like, then this homogeneous density changes to an inhomogeneity, which is then determined by a deviation of the actual beam path from a predetermined target beam path in the The remainder would also be analytically determinable. It was recognized that the degree of segregation correlated with the degree of deviation from the actual and desired beam path, so that not only is it determined whether there is a deviation between desired and actual beam path, but also how large is the deviation, the value of this deviation is then a measure of the degree of segregation. Since this relationship inevitably does not have to be linear, it is conceivable that a demodulation characteristic can be used to determine and provide the correlation between deviation and degree of segregation.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können auch das Vorhandensein und ggf. die Häufigkeit von Poren, Blasen, Schaum und/oder Fremdkörpern als Materialgüte anhand der Abweichung festgestellt werden, da auch diese die Materialgüte des Matrixmaterials beeinflussenden Eigenschaften zu einer Inhomogenität der Dichteverteilung in dem Matrixmaterial führen und somit zu einer Abweichung des Strahlengangs gegenüber einem idealisierten Strahlengang führt. In a further advantageous embodiment, the presence and possibly the frequency of pores, bubbles, foam and / or foreign bodies as material quality can be determined based on the deviation, since these properties affecting the material quality of the matrix material lead to an inhomogeneity of the density distribution in the matrix material and thus leads to a deviation of the beam path with respect to an idealized beam path.
Unter einem Strahlengang im Sinne der vorliegenden Erfindung wird dabei insbesondere jedes mathematische Äquivalent verstanden, das den Gang eines Lichtstrahles ausgehend von der Lichtquelle bis zum Sensor beschreibt. In der einfachsten, und vor allem auch vorteilhaftesten Ausführungsform ist der Strahlengang dabei definiert durch den Zusammenhang zwischen der Lichtquelle einerseits und der Erfassungsposition an dem Sensor andererseits. Da aufgrund der vorgegebenen geometrischen Zusammenhänge die Anordnung des Sensors relativ zu der Lichtquelle bekannt ist und sich nicht ändert, kann auf diesem geometrischen Zusammenhang basierend auch der Verlauf des Lichtstrahles imitiert von der Lichtquelle bis zum Erfassen auf dem Sensor detektiert werden, woraus sich dann schließlich der Strahlengang bestimmen lässt. In der einfachsten Form kann der Strahlengang somit durch die Erfassungsposition am Sensor definiert werden, da die restlichen geometrischen Zusammenhänge bekannt sind.In the context of the present invention, a beam path is understood in particular to be any mathematical equivalent describing the path of a light beam starting from the light source to the sensor. In the simplest, and most of all, most advantageous embodiment, the beam path is defined by the relationship between the light source on the one hand and the detection position on the sensor on the other hand. Since the arrangement of the sensor relative to the light source is known and does not change on the basis of the given geometrical relationships, the course of the light beam can also be detected on the sensor from the light source until it is detected, on the basis of this geometrical relationship Determine the beam path. In the simplest form, the beam path can thus be defined by the detection position on the sensor, since the remaining geometric relationships are known.
Basierend auf der ermittelten Abweichung zwischen Ist-Strahlengang und Soll-Strahlengang ist es weiterhin denkbar, dass die Dichte des Matrixmaterials und/oder der Brechungsindex bestimmt wird, wobei dann aus der Dichte des Matrixmaterials bzw. aus dem Brechungsindex selber dann die Materialgüte bestimmt wird.Based on the determined deviation between the actual beam path and the desired beam path, it is furthermore conceivable that the density of the matrix material and / or the refractive index is determined, wherein then the material quality is determined from the density of the matrix material or from the refractive index itself.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform erfolgt das Durchleuchten des Matrixmaterials mittels eines Lasers als Lichtquelle, wodurch parallele Strahlenbündel mit insbesondere scharfer Bündelung und Fokussierung durch das Matrixmaterial hindurchgeführt werden können.In a further advantageous embodiment, the transillumination of the matrix material by means of a laser is carried out as a light source, whereby parallel beam with particularly sharp focusing and focusing can be passed through the matrix material.
Die Aufgabe wird im Übrigen auch mit der Vorrichtung gemäß Anspruch 11 zum Bestimmen der Materialgüte eines Matrixmaterials erfindungsgemäß gelöst, wobei die Vorrichtung eine Lichtquelle zum Durchleuchten des Matrixmaterials und einen Sensor zum Erfassen eines durch das Matrixmaterial hindurchgeführten Lichtstrahls der Lichtquelle hat. Die Vorrichtung weist ferner eine Auswerteeinheit auf, die mit dem Sensorsignal technisch in Verbindung steht und eingerichtet ist, ein Sensorsignal von dem Sensor zu empfangen, wobei das Sensorsignal die Erfassung des hindurchgeführten Lichtstrahles betrifft, eine Abweichung eines aus den Sensorsignalen berechneten Ist-Strahlenganges des hindurchgeführten und erfassten Lichtstrahles gegenüber einem vorgegebenen Soll-Lichtstrahles zu ermitteln und eine Materialgüte des Matrixmaterials in Abhängigkeit von der erfassten Abweichung zu bestimmen.Incidentally, the object is also achieved with the device according to claim 11 for determining the material quality of a matrix material, the device having a light source for illuminating the matrix material and a sensor for detecting a light beam of the light source passed through the matrix material. The apparatus further comprises an evaluation unit which is technically in communication with the sensor signal and is adapted to receive a sensor signal from the sensor, wherein the sensor signal relates to the detection of the light beam passed through, a deviation of an actual beam path of the sensor beam which has passed through it and detected light beam relative to a predetermined desired light beam to determine and determine a material quality of the matrix material as a function of the detected deviation.
Der Sensor kann dabei beispielsweise ein optischer Sensor sein, der das Licht des Lichtstrahles erfassen kann. Insbesondere ist der Sensor so ausgebildet, dass er eine Erfassungsposition innerhalb der Sensorfläche detektieren kann, so dass die Ablage zwischen dem ausgesendeten Lichtstrahl bzgl. der Lichtquelle und der Erfassungsposition innerhalb des Sensors relativ zu der Lichtquelle ermittelt werden kann. Basierend aus dieser Ablage zwischen Lichtquelle und Erfassungsposition lässt sich sodann der Ist-Strahlengang des Lichtstrahles herleiten. Hierbei spielen selbstverständlich auch weitere physikalische Eigenschaften der Vorrichtung, wie beispielsweise der Winkel, mit dem der Lichtstrahl auf das Matrixmaterial bzw. seines Behältnisses trifft, sowie ggf. Wellenlänge und Phase des Lichtstrahles eine Rolle. In einer sehr einfachen und besonders vorteilhaften Ausführungsform ist der Strahlengang lediglich die relative Abweichung (Ablage) zwischen der imitierenden Lichtquelle einerseits und der Erfassungsposition im Sensor andererseits, wobei Lichtquelle und Sensor einen vorgegebenen bekannten geometrischen Zusammenhang haben und entsprechend relativ zueinander ausgerichtet sind.The sensor can be, for example, an optical sensor that can detect the light of the light beam. In particular, the sensor is designed such that it can detect a detection position within the sensor surface, so that the deposition between the emitted light beam with respect to the light source and the detection position within the sensor relative to the light source can be determined. Based on this storage between the light source and the detection position can then derive the actual beam path of the light beam. Of course, other physical properties of the device, such as the angle at which the light beam strikes the matrix material or its container, as well as optionally the wavelength and phase of the light beam also play a role here. In a very simple and particularly advantageous embodiment, the beam path is only the relative deviation (deposit) between the imitating light source on the one hand and the detection position in the sensor on the other hand, the light source and sensor have a predetermined known geometric relationship and are aligned relative to each other.
Die Aufgabe wird im Übrigen auch mit dem Verfahren gemäß Anspruch 8 zur Herstellung eines Faserverbundbauteils sowie einer hierzu korrespondierenden Anlage gemäß Anspruch 13 gelöst, wobei zur Herstellung des Faserverbundbauteils aus einem Faserverbundwerkstoff, der ein Fasermaterial und ein Matrixmaterial umfasst, zunächst der Faserverbundwerkstoff bereitgestellt wird, bei dem das Fasermaterial und das Matrixmaterial getrennt vorliegen. Anschließend wird das Fasermaterial des Faserverbundwerkstoffes in ein bereitgestelltes Formwerkzeug eingebracht und das Matrixmaterial dann infundiert, wobei nach der Infusion des Matrixmaterials in das Fasermaterial das Matrixmaterial konsolidiert wird.Incidentally, the object is also achieved by the method according to
Erfindungsgemäß wird vor oder während des Infundierens des Matrixmaterials die Materialgüte mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bestimmt und anschließend der Infusionsprozess in Abhängigkeit von der Materialgüte überwacht. Die Überwachung des Infusionsprozesses kann dabei derart geschehen, dass in einem sehr einfach gelagerten Fall lediglich die Materialgüte des Matrixmaterials während des Infusionsprozesses in einem Datenspeicher hinterlegt wird. Denkbar ist aber auch, dass mithilfe einer Steuereinheit in Abhängigkeit von der bestimmten Materialgüte des Matrixmaterials ein oder mehrere Parameter des Infusionsprozesses gesteuert oder geregelt werden und/oder der Infusionsprozess ggf. abgebrochen wird, wenn sich zeigt, dass die Materialgüte derart qualitativ schlecht ist, dass irreversible Schäden an dem Bauteil entstehen würden.According to the invention, the material quality is determined before or during the infusion of the matrix material by means of the method according to the invention using the device according to the invention and then the infusion process is monitored as a function of the material quality. The monitoring of the infusion process can be done in such a way that in a very simply stored case only the material quality of the matrix material is deposited in a data memory during the infusion process. It is also conceivable that using a control unit depending on one or more parameters of the infusion process are controlled or regulated the particular material quality of the matrix material and / or the infusion process is terminated, if it appears that the quality of the material is so poor quality that irreversible damage to the component would arise.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert.The invention will be explained in more detail by way of example with reference to the attached figures.
Es zeigen:
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1 - Schematische Darstellung einer Infusionsvorrichtung; -
2 - Schematische Darstellung des Strahlengangs in einem einphasigen Matrixmaterial; -
3 - Schematische Darstellung eines Strahlengangs in einem Mehrphasigen Matrixmaterial.
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1 - Schematic representation of an infusion device; -
2 - Schematic representation of the beam path in a single-phase matrix material; -
3 - Schematic representation of a beam path in a multi-phase matrix material.
Die Vorrichtung
Hierfür weist die Anlage
Es sei angemerkt, dass es sich bei der
Die Harzpumpe
Erfindungsgemäß weist die Anlage
Auf der gegenüberliegenden Seite der Laserlichtquelle
Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass die Lichtquelle
Die Auswerteeinheit steht vorteilhafterweise, wie in
In den
Unter einem vorgegebenen Winkel ist die Lichtquelle
An der gegenüberliegenden Wandung, nachdem der Lichtstrahl
Aufgrund des geometrischen Zusammenhanges zwischen der Lichtquelle
Hierdurch wird es auch möglich, andere die Dichte des Matrixmaterials verändernde Eigenschaften, wie beispielsweise Poren, Blasen, Schaum sowie Fremdkörper zu detektieren, da diese letztlich in einer Abweichung beim Erfassen eines Lichtstahles
Der vorliegenden Erfindung wird es somit möglich, die Materialgüte eines Matrixmaterials vor oder während des Injizierens in ein Fasermaterial zu bestimmen, ohne Probenkörper herstellen zu müssen oder anderweitige Hilfsmittel zu kontaminieren. Vielmehr wird es möglich, die Materialgüte des Matrixmaterials insbesondere berührungslos feststellen zu können.The present invention thus makes it possible to determine the material quality of a matrix material before or during injection into a fiber material, without having to produce specimens or contaminating other auxiliaries. Rather, it is possible to determine the material quality of the matrix material in particular contactless.
Die in
Dabei ist es denkbar, dass in Abhängigkeit von einem Maß der Abweichung zwischen Soll-Erfassungsposition
Die Erfinder haben dabei erkannt, dass mithilfe des vorliegenden Verfahrens die Materialgüte des Matrixmaterials soweit genau ermittelt werden kann, da sie sich für einen möglichen Einsatz in der Luftfahrt eignet, wo mit verschiedenen, meist sehr strengen Vorgaben eine gewisse Materialgüte für den sicheren Betrieb des späteren Faserverbundbauteils gefordert wird.The inventors have recognized that using the present method, the material quality of the matrix material can be determined as far as accurate, since it is suitable for a possible use in aviation, where with different, usually very strict specifications, a certain material quality for the safe operation of the later Fiber composite component is required.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1 -1 -
- Anlageinvestment
- 2 -2 -
- Fasermaterialfiber material
- 3 -3 -
- Matrixmaterialmatrix material
- 4 -4 -
- Formwerkzeugmold
- 5 -5 -
- Kavitätcavity
- 6 -6 -
- Vorratsbehälterreservoir
- 7 -7 -
- Zuleitungsupply
- 8 -8th -
- Harzpumperesin pump
- 9 -9 -
- Abflussleitungdrain line
- 10 -10 -
- Steuerungseinrichtungcontrol device
- 20 -20 -
- Überwachungsvorrichtungmonitoring device
- 21 -21 -
- transparenter Bereichtransparent area
- 22 -22 -
- Sensorsensor
- 23 -23 -
- Lichtquellelight source
- 24 -24 -
- transparenter Bereich in Abflussleitungtransparent area in drain line
- 25 -25 -
- Auswerteeinheitevaluation
- 26, 26a -26, 26a -
- Lichtstrahlbeam of light
- 30 -30 -
- Soll-Erfassungsposition am SensorTarget detection position on the sensor
- 31 -31 -
- Ist-Erfassungsposition am SensorActual detection position on the sensor
Claims (14)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102017118494.5A DE102017118494A1 (en) | 2017-08-14 | 2017-08-14 | Method and device for determining the material quality of a matrix material |
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ID=65084306
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102018130953A1 (en) | 2018-12-05 | 2020-06-10 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Method and device for determining a mixing ratio |
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DE102009010692A1 (en) * | 2008-05-30 | 2009-12-03 | First Composites Gmbh | Resin transfer molding process executing device for use during manufacture of fiber composite component utilized in e.g. aviation field, has process sensor system that is controllably coupled with process adjusting device |
WO2013093071A1 (en) * | 2011-12-23 | 2013-06-27 | Hexcel Composites Limited | A method for on-line control of a manufacturing process for a multicomponent sheet material |
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-
2017
- 2017-08-14 DE DE102017118494.5A patent/DE102017118494A1/en active Pending
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