DE102017125257A1 - Folie mit integrierten temperaturmesseinrichtungen - Google Patents

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Abstract

Folie mit einer Mehrzahl an integrierten Thermoelementen, wobei die Thermoelemente mit Messleitungen versehen sind.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft einen verbesserten Hilfsstoff für die Herstellung und Reparatur von Faserverbundwerkstoffen, insbesondere im Flugzeugbau. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Herstellen von Strukturbatterien.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Bei der Herstellung von Faserverbundwerkstoffen wird eine Mehrzahl an Lagen aus Fasermaterial übereinander geschichtet und anschließend ausgehärtet, was auch als Konsolidieren bezeichnet wird. Das Aushärten wird ermöglicht durch ein Matrixmaterial. Dieses kann reaktives Harz sein (thermoset) oder ein nicht reaktiver schmelzbarer Kunststoff findet Verwendung (Thermoplast). Entweder befindet sich das Matrixmaterial bereits auf den Fasern (sogenannte Prepregs) oder das Matrixmaterial wird in das Fasermaterial injiziert.
  • In jedem Fall ist es von großem Vorteil, wenn das Fasermaterial zusammengepresst wird während das Aushärten stattfindet.
  • Dazu ist es verbreitet, sogenannte Vakuumaufbauten zu verwenden. Dabei wird das Fasermaterial auf einem Werkzeug mit einer Vakuumfolie umhüllt und Vakuum angelegt. Der äußere Druck oder Luftdruck presst dann die Faserlagen zusammen, sodass ein Bauteil mit hohem spezifischen Fasergehalt resultiert.
  • Die meist verwendeten Harzsysteme zum konsolidieren von Faserverbund Material härten entweder bei erhöhter Temperatur aus oder es werden mit thermoplastischem Kunststoff beschichtete Fasern verarbeitet, die bei erhöhter Temperatur umgeformt werden.
  • Der Steuerung der Temperatur innerhalb des Bauteils kommt daher eine überragende Bedeutung zu. Es muss sichergestellt werden, dass sämtliche Bereiche des zu konsolidierenden Faser- bzw. Matrixmaterials auf die dafür erforderliche Temperatur gebracht werden. Eine einfache Lösung dies zu bewerkstelligen ist es lange Zeit zu warten während das Bauteil bei der erhöhten Temperatur gehalten wird um so einen Temperaturausgleich zu erreichen. Dies führt naturgemäß dazu, dass das Aushärten des Materials unnötig lange dauert. Daher ist es wünschenswert, das Material kontrolliert und gesteuert zu beheizen. Es kann auch von Vorteil sein, unterschiedliche Heizzonen vorzusehen.
  • Auf der anderen Seite kann es erforderlich sein, auf der Oberfläche des Bauteils eine Erfassung der Temperaturen zu ermöglichen. Dazu hat sich bewährt Thermoelemente auf oder in der Vakuumfolie anzuordnen. Dies erfordert ein hohes Maß an manueller Arbeit und bringt Probleme mit sich wie etwa Mangel der Dichtigkeit der Vakuumfolie. Weiterhin kann es zu Fehlern bei der Positionierung der Thermoelemente kommen. Ausgehend von alldem stellte sich daher die Aufgabe, verbesserte Vakuumfolien bereitzustellen, die eine einfache Messung und Steuerung der Temperatur ermöglichen.
  • Beschreibung der Erfindung
  • Es hat sich nun für den Fachmann völlig überraschend herausgestellt, dass eine Folie mit einer Mehrzahl an integrierten Thermoelementen, wobei die Thermoelemente mit Messleitungen versehen sind, den Nachteilen des Standes der Technik abhilft. Damit können sehr einfach der Temperatur verlauf und -Verteilung gemessen und erfasst werden. Auf ein manuelles Positionieren von einzelnen Thermoelementen kann verzichtet werden. Dabei ist es bevorzugt, wenn eine Deckschicht Thermoelemente und Messleitungen abdeckt. Dadurch werden Thermoelemente und Messleitungen vor Umwelteinflüssen geschützt und zugleich kann eine Deckschicht aus einem Material verwendet werden, die die weiteren Eigenschaften der Folie verbessert. Dabei ist es bevorzugt, wenn Thermoelemente und/oder Messleitungen gedruckt sind. So kann die Folie industriell hergestellt und als Rollenware bevorratet werden. Zugleich kann die Folie so besonders flexibel und an Formen anpassungsfähig hergestellt werden. Dabei ist es bevorzugt, wenn zusätzlich wenigstens ein Anschluss zur Verbindung der Messleitung mit Datenverarbeitungssystemen vorhanden ist. Die Erfindung umfasst auch ein System zur Temperaturregelung umfassend eine Folie wie oben beschrieben, eine Heizeinrichtung sowie ein Datenverarbeitungssystem, wobei die Messdaten der Thermoelemente an das Datenverarbeitungssystem übermittelt werden und zur Steuerung der Heizeinrichtung verwendet werden. Zugleich können die Messdaten gespeichert und zur Dokumentation der Aushärtung bzw. von Temperaturverlauf und -Verteilung verwendet werden und erlauben eine Analyse des Prozesses, z.B. bei etwaigen Abweichungen. Die Erfindung umfasst auch die Verwendung einer Folie oder eines Systems wie oben beschrieben zur Herstellung oder Reparatur von Bauteilen aus Faserverbundwerkstoffen oder zum Beobachtung von Wärmeaustauschprozessen ganz allgemein. System und Folie können auch außerhalb des Bereiches der Fertigung von Bauteilen aus Faserverbundwerkstoffen verwendet werden
  • Die oben beschriebenen Aspekte und weitere Aspekte, Merkmale und Vorteile der Erfindung können ebenfalls aus den Beispielen der Ausführungsformen entnommen werden, welche im Folgenden unter Bezugnahme auf die anhängenden Zeichnungen beschrieben werden.
  • Figurenliste
    • 1 und 2 zeigen erfindungsgemäße Folien, 3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Folie.
  • In den Figuren werden gleiche Bezugszeichen für gleiche oder zumindest ähnliche Elemente, Komponenten oder Aspekte verwendet. Es wird angemerkt, dass im Folgenden Ausführungsformen im Detail beschrieben werden, die lediglich illustrative und nicht beschränkend sind.
  • Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen
  • 1 zeigt eine erfindungsgemäße Folie in einer Schnittdarstellung. Diese ist durch einen schichtförmigen Aufbau gekennzeichnet. Auf eine erste Folie (1), die als Trägerfolie dient, wird ein Thermoelement (2) vorgesehen, dass mit einem ebenfalls auf der ersten Folie (1) vorgesehenen Leitungselement (4) verbunden ist. Eine Deckschicht (2) umhüllt Thermoelement (3) und Leitungselement (4). Die erste Folie (1) kann eine Kunststofffolie sein, die elastisch ist und es erlaubt ein Werkstück zu umhüllen. Die Folie (1) kann so ausgebildet sein, dass sie sich als Vakuumfolie einsetzten lasst. Die Folie (1) kann tiefziehfähig sein. Die Folie (1) kann zusätzlich unterseitig Ablöseeigenschaften aufweisen, die es ermöglichen, die Folie (1) von einem ausgehärteten Werkstück aus Faserverbundwerkstoff zu entfernen. Die Folie (1) kann zusätzlich Belüftungseigenschaften aufweisen, die einen Gasstrom zwischen Folie (1) und einem darunter befindlichen Werkstück ermöglichen. Das Thermoelement (3) kann aus flexiblem Material vorgefertigt sein. Das Thermoelement (3) kann durch Bedrucken der Folie (1) oder einer Trägerfolie hergestellt werden. Das Leitungselement (4) kann aus flexiblem Material vorgefertigt sein. Das Leitungselement (4) kann durch Bedrucken der Folie (1) oder einer Trägerfolie hergestellt werden. Leitungselement (4) und Thermoelement (3) können durch eine Deckfolie (2) gegen Umwelteinflüsse mechanisch geschützt und/oder elektrisch isoliert werden.
  • 2 zeigt eine erfindungsgemäße Folie (7) in Aufsicht. Eine Mehrzahl an Thermoelementen (3) sind über die Fläche der Folie (7) verteilt angeordnet.
  • Sie sind mit Leitungselementen (6) versehen. Die Leitungselemente (6) können so ausgestaltet sein, dass die Messdaten für jedes einzelne Thermoelement (3) separat am Anschluss (5) bereitgestellt werden. Der Anschluss (5) kann so ausgestaltet sein, dass eine Übernahme der Messdaten jedes einzelnen Thermoelementes durch ein Datenverarbeitungssystem, etwa ein PC, möglich ist. Die erfindungsgemäße Folie kann als Endlosmaterial hergestellt und als Rollenware verkauft werden. Sie kann anstatt einer herkömmlichen Vakuumfolie zur Herstellung von Bauteilen aus Faserverbundwerkstoffen eingesetzt werden.
  • 3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Folie (7) in Aufsicht. Eine Mehrzahl an Thermoelementen (3) sind über die Fläche der Folie (7) verteilt angeordnet. Sie sind analog 2 mit Leitungselementen sowie einem Anschluss (5) versehen. Die Folie eignet sich zur Reparatur beschädigter Bauteile aus Faserverundwerkstoffen. Dabei wird die Folie (7) als Vakuumfolie verwendet uns überdeckt mit dem Bereich (8) die Reparaturstelle. Die Temperierung der Reparaturstelle (8) durch Heizmatten, Warmluftboxen o.ä. kann anhand der Messdaten verfolgt werden.
  • Während die Erfindung illustriert und beschrieben wurde im Detail in den Zeichnungen und der vorangegangenen Beschreibung, ist es beabsichtigt, dass derartige Illustrationen und Beschreibungen lediglich illustrativ oder exemplarisch und nicht restriktiv sind, so dass die Erfindung nicht durch die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist. In den Ansprüchen schließt das Wort „aufweisend“ nicht andere Elemente aus und der unbestimmte Artikel „ein“ schließt eine Mehrzahl nicht aus.
  • Alleinig der Umstand, dass bestimmte Merkmale in verschiedenen abhängigen Ansprüchen genannt sind, beschränkt nicht den Gegenstand der Erfindung. Auch Kombinationen dieser Merkmale können vorteilhaft eingesetzt werden. Die Bezugszeichen in den Ansprüchen sollen nicht den Umfang der Ansprüche beschränken.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Trägerfolie
    2
    Deckfolie
    3
    Thermoelement
    4
    Leiterbahn
    5
    Anschluss
    6
    Leiterbahn
    7
    Folie mit integrierten Thermoelementen
    8
    Reparaturbereich

Claims (7)

  1. Folie mit einer Mehrzahl an integrierten Thermoelementen, wobei die Thermoelemente mit Messleitungen versehen sind.
  2. Folie nach Patentanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass eine Deckschicht Thermoelemente und Messleitungen abdeckt.
  3. Folie nach einem der vorangehenden Patentansprüche dadurch gekennzeichnet, dass Thermoelemente und/oder Messleitungen gedruckt sind.
  4. Folie nach einem der vorangehenden Patentansprüche dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich wenigstens ein Anschluss zur Verbindung der Messleitung mit Datenverarbeitungssystemen vorhanden ist.
  5. System zur Temperaturregelung umfassend eine Folie nach einem der vorangehenden Patentansprüche, eine Heizeinrichtung sowie ein Datenverarbeitungssystem, wobei die Messdaten der Thermoelemente an das Datenverarbeitungssystem übermittelt werden und zur Steuerung der Heizeinrichtung verwendet werden.
  6. Verwendung einer Folie oder eines Systems nach einem der vorangehenden Patentansprüche zur Herstellung oder Reparatur von Bauteilen aus Faserverbundwerkstoffen.
  7. Verwendung einer Folie oder eines Systems nach einem der vorangehenden Patentansprüche zum Beobachtung von Wärmeaustauschprozessen.
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