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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung betrifft eine Faserverbundkomponente mit einer integrierten strukturellen Zustandssensoranordnung.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Die Strukturzustandsüberwachung bei Luftfahrzeugkomponenten ist wohlbekannt. In einigen Fällen sind Luftfahrzeugkomponenten auf der Basis eines Metallmaterials mit Dehnungsmessern ausgestattet, die an einer Vielzahl von Positionen angebracht sind und mit einer elektronischen Evaluierungseinheit verbunden sind. Aufgrund der charakteristischen Eigenschaften von Metallmaterialien deckt dies die meisten zu detektierenden Ereignisse von Interesse ab.
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Bei Verbundkomponenten, die üblicherweise aus Schichten von Fasern eingebettet in einem Matrixmaterial bestehen, können zusätzliche Ereignisse von Interesse auftreten, wie Delaminierungen. Zur Detektion von Delaminierungen ist es ein bekannter Ansatz, einen Ultraschall-Sender-Empfänger direkt in die jeweilige Komponente sowie einige Sensoren an verschiedenen Positionen einzuschließen, die für Ultraschallwellen empfindlich sind. Die Sensoren liefern ein Signal auf der Basis der detektierten Schallwellen an eine Evaluierungseinheit. Ein geeigneter Evaluierungsalgorithmus ist in der Lage, diese Signale zu analysieren, aus denen eine Delaminierung sowie grobe Positionen der Delaminierung berechnet werden können. Daher muss die Komponente von Interesse stark modifiziert werden, um eine ausreichende Zustandsüberwachung bereitzustellen. Auch sind präzise Ergebnisse nur möglich, wenn eine ausreichende Anzahl von Sensoren verwendet wird, die an alle erforderlichen Positionen platziert werden. In Abhängigkeit von der Komplexität der Komponente erfordert dies große Anstrengungen.
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KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es kann somit vorteilhaft sein, die Anstrengungen für die Bereitstellung einer ausreichend genauen Strukturzustandsüberwachung in einer Verbundkomponente deutlich zu reduzieren. Demgemäß ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Verbundkomponente bereitzustellen, welche mit einer strukturellen Zustandsüberwachungsvorrichtung ausgestattet ist oder ausgestattet werden kann, die eine ausreichend genaue Zustandsüberwachung mit klar reduzieren Anstrengungen zur Integration von Sensoren in oder auf der Komponente sowie einen klar reduzierten Einfluss auf die Ausbildung der Komponente selbst gestattet.
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Diese Aufgabe wird von einer Faserverbundkomponente erfüllt, die eine integrierte strukturelle Zustandsüberwachungssensoranordnung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 aufweist. Vorteilhafte Ausführungsformen und weitere Verbesserungen können den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung entnommen werden.
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Eine Faserverbundkomponente wird vorgeschlagen, welche eine integrierte strukturelle Zustandssensoranordnung aufweist, wobei die Komponente eine Vielzahl von Schichten von Fasern umfasst, die in einem Matrixmaterial eingebettet sind, ferner umfassend mindestens zwei Risssensorfasern, die auf oder in mindestens einer der Schichten angeordnet sind, wobei die Risssensorfasern Kohlefasern sind, die eine elektrisch isolierende Beschichtung aufweisen, und wobei die Komponente zwei elektrische Verbindungsvorrichtungen umfasst, die jeweils von einer äußeren Begrenzungsfläche oder einer äußeren Kante der Komponente zugänglich sind, wobei die elektrischen Verbindungsvorrichtungen mit verschiedenen Enden der Risssensorfasern verbunden sind.
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Somit kann die Verbundkomponente eine übliche Ausbildung mit einigen Schichten von Verstärkungsfasern umfassen, die in einem Matrixmaterial eingebettet sind. Es ist klar, dass die Verbundkomponente eine Vielzahl von Schichten umfassen kann, wobei jede Fasern aufweist, die in mindestens einer bestimmten Richtung angeordnet sind. Vorzugsweise umfasst die Komponente gemäß der Erfindung einige Schichten von Fasern, die in einigen diskreten Richtungen angeordnet sind.
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Um eine Strukturzustandsüberwachung bereitzustellen, unterscheiden sich einige der Fasern der Komponente geringfügig von den Verstärkungsfasern und dienen als Risssensorfasern. Dies ist vorteilhaft, da die allgemeine Ausbildung der Komponente kaum beeinflusst wird, und sich die mechanischen Eigenschaften nicht von jenen einer üblichen Verbundkomponente unterscheiden. Die Risssensorfasern ermöglichen einfach, die zusätzliche Funktion des Risssensors bereitzustellen, während sie weiterhin die gewünschte Verstärkung liefern.
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Die Risssensorfasern und die elektrischen Verbindungsanordnungen verweben sich nicht unbedingt mit den verbleibenden Fasern. Es kann auch durchführbar sein, die Risssensorfasern auf einer Schicht der Verbundkomponente, wie einer Prepreg-Schicht oder einer Faserschicht, anzubringen und die Verbindung gemeinsam zu härten. Somit kann eine oder können mehrere Schichten von Interesse der Komponente eine Anordnung von Risssensorfasern darauf oder direkt darunter umfassen, wobei alle Schichten gemeinsam infundiert und/oder gehärtet werden können.
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Die Risssensorfasern können mit einem elektrisch isolierenden Material beschichtet werden, wie einem elektrisch isolierenden Monomer oder Polymer. Somit bilden sie ein isoliertes Signalkabel in der Verbundkomponente, das keinen direkten elektrischen Kontakt mit anderen Fasern innerhalb der Komponente bereitstellen kann. Die Kernidee hinter der Verwendung dieser Risssensorfasern ist die Fähigkeit zur Überwachung der Komponente auf irgendwelche Schäden, wie Brüche oder Risse, die während ihrer beabsichtigten Verwendung auftreten, indem die Leitfähigkeit der Risssensorfasern überwacht wird. Zum Beispiel können beide Enden einer Risssensorfasern mit einer Evaluierungseinheit durch die elektrischen Verbindungsvorrichtungen verbunden werden, wobei die Evaluierungseinheit dafür geeignet sein kann, die Leitfähigkeit der Risssensorfaser zwischen beiden Enden zu messen, mindestens in bestimmten Zeitintervallen. Somit kann durch Messen einer bestimmten Leitfähigkeit klar über Null angenommen werden, dass die jeweilige Risssensorfaser intakt ist. Hier kann angenommen werden, dass auch der Bereich der Komponente, durch den sich die jeweilige Risssensorfaser erstreckt, intakt ist. Wenn eine deutlich niedrigere Leitfähigkeit als erwartet detektiert wird, was gleich ist einem deutlich höheren elektrischen Widerstand als erwartet, kann ein Riss oder Bruch des Bereichs der Komponente angenommen werden, durch den sich die Risssensorfaser erstreckt. Somit ermöglicht es die Risssensorfaser, die jeweilige Komponente einfach zu überwachen. Durch die Verwendung von mindestens zwei Risssensorfasern kann eine grobe Schätzung der Position des Risses oder Bruchs durchgeführt werden. Die Genauigkeit wird mit einer zunehmenden Anzahl von Risssensorfasern erhöht, die an verschiedenen Orten angeordnet sind.
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Die elektrische Verbindungsanordnung ermöglicht es, alle Fasern mit einer Evaluierungseinheit in Kontakt zu bringen, die vorzugsweise eine externe Evaluierungseinheit sein kann. Dafür umfasst die elektrische Verbindungsvorrichtung einige Eingänge, die mit den einzelnen Fasern verbunden sind, sowie einige Ausgänge, die von einer Außenseite der Komponente zugänglich sind.
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Es ist klar, dass sich die Risssensorfasern vorzugsweise zwischen von einer äußeren Kante zu einer gegenüberliegenden äußeren Kante der Komponente erstrecken, so dass sie sich durch eine vollständige Länge oder Breite oder ein anderes geometrisches Maß der Komponente erstrecken. Somit ist es möglich, die Risssensorfaser mit einer Evaluierungseinheit oder einer ähnlichen Vorrichtung in Kontakt zu bringen. Sobald ein Riss oder Bruch in der Komponente auftritt, durch die sich die Risssensorfaser erstreckt, wird die Faser unterbrochen. Somit kann sie keine elektrische Verbindung zwischen ihren äußeren Enden liefern, was durch die Überwachung der Leitfähigkeit, des Widerstands, des Stromflusses oder eines ähnlichen Parameters detektierbar ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind die mindestens zwei Risssensorfasern mindestens in zwei verschiedenen Hälften der Oberflächenausdehnung der Komponente angeordnet. Faserverbundkomponenten können sich über erhebliche geometrische Abmessungen erstrecken. Zum Beispiel können sich Rumpfschalen kommerzieller Luftfahrzeuge über Maße erstrecken, die mindestens in einer Richtung 10m klar überschreiten. Es ist sinnvoll, Risssensorfasern in zwei verschiedenen Hälften bereitzustellen, um mindestens eine Bestimmung einer beeinträchtigten Hälfe oder eine grobe Schätzung des beeinträchtigen Orts der jeweiligen Komponente bereitzustellen.
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Vorzugsweise umfasst die Komponente einige Schichten von Fasern, die übereinander angeordnet sind, wobei auf oder in jeder von mindestens zwei der Schichten mindestens eine Risssensorfaser angeordnet ist. Durch Integrieren der Risssensorfasern in mehreren Schichten des Verbundmaterials ist es möglich, den Beginn von Rissen in allen dieser Schichten zu detektieren. Da die Integration der Risssensorfasern eher einfach ist, verglichen mit bekannten Verfahren zur Integration von Ultraschallsensoren oder anderen Vorrichtungen, ist es nützlich, Risssensorfasern in jeder dritten, jeder zweiten oder sogar jeder Schicht einzuschließen. Natürlich kann dies von der Wichtigkeit der jeweiligen Komponente abhängig sein. Es kann sinnvoll sein, zwei Risssensoren bereitzustellen, die derselben Richtung folgen, so dass derselbe Bereich der Komponente in verschiedenen Schichten überwacht wird.
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Daher wird es bevorzugt, wenn die Komponente einige Schichten von Fasern umfasst, die übereinander angeordnet sind, wobei mindestens zwei Risssensorfasern in oder auf verschiedenen Schichten angeordnet sind und sich in derselben Richtung erstrecken.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Komponente einige Schichten von Fasern, die übereinander angeordnet sind, wobei zwei Gruppen von Risssensorfasern in mindestens einer der Schichten angeordnet sind, wobei sich die Risssensorfasern jeder Gruppe in derselben Richtung erstrecken, und wobei die Risssensorfasern einer ersten Gruppe und einer zweite Gruppe einen Winkel von mindestens 45° und vorzugsweise von 90° einschließen. Die Kombination einer ersten Gruppe und einer zweiten Gruppe von Risssensorfasern führt zur Erzeugung eines Sensorgitters über der Komponente, das es gestattet, Risse oder Brüche sogar noch zuverlässiger zu detektieren. Es ist sinnvoll, die Risssensoren der beiden Gruppen von Fasern rechtwinklig zueinander anzuordnen, d.h. unter einem Winkel von 90°.
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Wenn die Komponente jedoch eine Form umfasst, die mehr einem Dreieck oder einem Parallelogramm ähnlich ist, kann es sinnvoll sein, die Orientierung der Risssensorfasern einer der Gruppen an eine äußere Kante der Komponente anzupassen, so dass der Winkel zwischen den Fasern der beiden Gruppen kleiner ist als 90°.
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Zur noch weiteren Verbesserung der Strukturzustandsüberwachung umfassen mindestens zwei Schichten jeweils mindestens eine Gruppe von Risssensorfasern. Somit ist eine dicht vernetzte Überwachung der einzelnen Schichten durch viele verschiedene Risssensorfasern zwischen den einzelnen Schichten möglich.
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Es wird bevorzugt, die elektrischen Verbindungsvorrichtungen an diametral entgegengesetzten Enden der Komponente anzuordnen. Eine erste elektrische Verbindungsvorrichtung kann mit ersten Enden der Risssensorfasern verbunden sein, während eine zweite elektrische Verbindungsvorrichtung mit zweiten Enden der Risssensorfasern verbunden sein kann. Daher ist es durch die Kopplung einer Evaluierungsvorrichtung mit den elektrischen Verbindungsvorrichtungen möglich, jede der Risssensorfasern zu überwachen, z.B. durch Auswählen jeweiliger Ports der elektrischen Verbindungsvorrichtungen. Durch die Anordnung der Verbindungsvorrichtungen an diametral entgegengesetzten Enden können die erforderlichen Verbindungslängen zwischen den jeweiligen Enden und der assoziierten Verbindungsvorrichtung reduziert werden.
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Es kann bevorzugt werden, wenn der Risssensor eine feste Polymerelektrolytbeschichtung umfasst. Die Beschichtung kann mit einer sehr geringen Dicke bereitgestellt werden, z.B. 0,5 Mikrometer oder geringfügig darüber. Die Beschichtung kann in der Form eines methoxylierten PEG oder Methacrylmonomers ausgeführt werden. Wie im Vorstehenden angegeben, kann irgendein elektrisch isolierendes Monomer oder Polymer verwendet werden. Wenn jedoch eine feste Polymerelektrolytbeschichtung verwendet wird, können die Risssensorfasern mehr als eine Funktion erfüllen und können als Beispiel ein Teil einer strukturellen Batterie sein.
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Es ist vorteilhaft, wenn die Komponente eine Kohlefaser-verstärkte Komponente ist. Daher kommt es zu keiner Änderung der mechanischen Eigenschaften, und die Risssensorfasern tragen sogar zur mechanischen Stabilität der Komponente bei.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Komponentensystem mit einer integrierten Strukturzustandsüberwachung, umfassend mindestens eine Faserverbundkomponente gemäß der obigen Beschreibung, und mindestens eine Evaluierungseinheit, die mit den elektrischen Verbindungsvorrichtungen der mindestens einen Faserverbundkomponente verbunden ist, wobei die Evaluierungseinheit ausgebildet ist, um die Leitfähigkeit der Risssensorfasern einzeln zu messen, und um ein Warnsignal zu erzeugen, wenn eine Leitfähigkeit mindestens einer der Risssensorfasern unter einem vorherbestimmten Wert liegt. Somit ist die Evaluierungseinheit in der Lage, einen Riss oder Bruch zu detektieren, indem die Leitfähigkeit der einzelnen Risssensorfasern gemessen wird, und die Leitfähigkeit mit einem vorherbestimmten Wert zu vergleichen. In der Praxis kann dies auf dem Weg eines Kontinuitätstests durchgeführt werden. Dafür kann jede einzelne Risssensorfaser in eine einfache Kontinuitätstestschaltung integriert werden. Zum Beispiel liefert eine solche Schaltung eine niedrige GS Spannung an einen Signaleingang der Evaluierungseinheit, wobei die Spannung selektiv an ein Ende einer ausgewählten Risssensorfaser angelegt wird, während das andere Ende mit dem Signaleingang verbunden wird. Wenn der Signaleingang die Spannung detektiert, wird die ausgewählte Risssensorfaser für intakt gehalten. Wenn der Signaleingang die Spannung nicht detektiert, wird angenommen, dass die ausgewählte Risssensorfaser gebrochen ist. Der vorherbestimmte Wert kann von der verwendeten Gleichspannungsquelle und anderen Grenzbedingungen abhängig sein. Zum Beispiel kann der vorherbestimmte Wert an die Größe der Komponente und die Empfindlichkeit für elektromagnetische Interferenzen angepasst werden.
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Noch weiter kann die Evaluierungseinheit ausgebildet sein, einen potentiellen Riss zu lokalisieren, indem eine Identifikation einer detektierten gebrochenen Risssensorfaser in das Warnsignal eingeschlossen wird. Es kann möglich sein, eine Assoziationstabelle in der Evaluierung zu speichern, wobei geometrische Informationen mit einzelnen Risssensorfasern assoziiert werden. Dies kann auch für die Gitteranordnung mit einer ersten Gruppe von Risssensorfasern mit einer ersten Ausdehnungsrichtung und einer zweiten Gruppe von Risssensorfasern mit einer zweiten Ausdehnungsrichtung durchgeführt werden.
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Die Evaluierungseinheit kann ausgebildet sein, um den Vergleich in bestimmten Zeitintervallen durchzuführen.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Luftfahrzeug, das mindestens ein solches Faserverbundkomponentensystem umfasst.
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Schließlich betrifft die Erfindung die Verwendung einer Vielzahl von Kohlefasern mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung, die in eine Schichtstruktur einer Verbundkomponente als Risssensoren in der Komponente integriert sind.
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Figurenliste
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Andere Charakteristiken, Vorteile und potentielle Anwendungen der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung der Beispiele von Ausführungsformen hervor, die in den Figuren veranschaulicht werden. In dieser Hinsicht bilden alle beschriebenen und/oder grafisch dargestellten Charakteristiken auch den Gegenstand der Erfindung einzeln und in willkürlicher Kombination, ungeachtet ihrer Zusammensetzung in den einzelnen Ansprüchen oder ihrer Verweise auf andere Ansprüche. Ferner werden identische oder ähnliche Objekte mit denselben Bezugssymbolen in den Zeichnungen identifiziert.
- 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Faserverbundkomponente mit einer darin integrierten Risssensorfaser.
- 2 zeigt die Komponente 2 von 1 mit einem Riss.
- 3 zeigt die Komponente von 1 und 2 mit Risssensorfasern, die in einem Gitter angeordnet sind.
- 4 zeigt die Komponente in einer räumlichen Ansicht mit Risssensorfasern, die in einem Gitter angeordnet sind.
- 5 und 6 zeigen mehrere Schichten der Komponente mit mehreren Gittern von Risssensorfasern.
- 7 zeigt ein mögliches Verfahren zum Integrieren der Risssensorfasern.
- 8 zeigt ein Flugzeug mit mindestens einer solchen Komponente.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON BEISPIELEN VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt eine Faserverbundkomponente 2 in einer sehr schematischen Ansicht, um einen Aspekt der vorliegenden Erfindung zu erläutern. Fasern 4 der Komponente 2 können in einer ersten lateralen Begrenzungsfläche 6 auf der linken Seite der Zeichnung erkannt werden. In einer übertriebenen Darstellung erstreckt sich eine Risssensorfaser 8, die eine elektrisch isolierende Beschichtung 10 aufweist, durch die erste laterale Fläche 6 und eine zweite laterale Fläche 12 auf einer gegenüberliegenden Seite der Komponente 2. Die Risssensorfaser 8 ist eine Kohlefaser, die per se eine elektrische Leitfähigkeit aufweist. Durch das Bereitstellen der elektrisch isolierenden Beschichtung 10 hat die Risssensorfaser 8 im Wesentlichen die Funktion eines elektrischen Kabels, das durch die Komponente 2 verläuft. Wenn die Komponente 2 einen Bruch oder Riss erfährt, der sich vollständig durch die Risssensorfaser 8 erstreckt, wird sie daher unterbrochen und kann somit keinen elektrischen Strom von Ende zu Ende leiten. Da die Risssensorfaser 8 eine Kohlefaser ist, umfasst sie jedoch eine außergewöhnliche Zugfestigkeit.
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Es ist auch eine Gleichstromquelle 14 schematisch dargestellt und hat einen ersten Pol 16 und einen zweiten Pol 18, die jeweils mit einem ersten Ende 20 oder einem zweiten Ende 22 der Risssensorfaser 8 gekoppelt sind. Zwischen dem zweiten Pol 18 und dem zweiten Ende 22 der Risssensorfaser 8 ist eine Anzeigeeinheit 24 in der Form einer Glühbirne in einer Serienverbindung bereitgestellt. Wenn ein Schalter 26, der zwischen dem ersten Pol 16 und dem ersten Ende 20 der Risssensorfaser 8 in einer Serienverbindung angeordnet ist, geschlossen wird, leuchtet die Glühbirne 24. Dies kann interpretiert werden, dass die Risssensorfaser 8 vollständig intakt ist. Die Anordnung in 1 ist einer einfachen Kontinuitätsschaltung ähnlich.
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Wie in 2 gezeigt, umfasst die Komponente 2 einen Riss 28, der sich zum Beispiel durch die Risssensorfaser 8 erstreckt. Daher wird die Kontinuitätsschaltung unterbrochen, und demgemäß leuchtet die Glühbirne 24 nicht auf. Demgemäß kann dies interpretiert werden, dass die Risssensorfaser 8 und die Komponente 2 gebrochen sind.
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Zur Verbesserung der Überwachungsfähigkeiten kann eine Vielzahl von Risssensorfasern 8 verwendet werden. Zum Beispiel können erste Risssensorfasern 30 in der Komponente 2 parallel und in einem Abstand voneinander angeordnet sein. Zweite Risssensorfasern 32 sind unter einem Winkel α zu den ersten Risssensorfasern 30 angeordnet. Der Winkel α kann zum Beispiel 90° sein. Daher wird ein Gitter von Risssensorfasern 30 und 32 zur Überwachung der mechanischen Integrität der Komponente 2 über ein dichtes Netz erzeugt.
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In dieser Darstellung ist ein Bruch 34 in einer inneren Zone der Komponente 2 gezeigt, der eine der ersten Risssensorfasern 30 und eine der zweiten Risssensorfasern 32 unterbricht. Alle anderen Risssensorfasern 30 und 32 bleiben intakt. Alle Risssensorfasern 30 und 32 sind schematisch ein Teil von vier einzelnen Kontinuitätsschaltungen. Daher leuchten in diesem Beispiel nur zwei der vier Glühbirnen 24 auf, was mindestens eine grobe Schätzung des Orts des Bruch 34 gestattet. Natürlich ist dies auch eine sehr schematische Darstellung, und die tatsächliche Realisierung kann auf einer elektronischen Evaluierungseinheit basieren, die mit allen Risssensorfasern mit einer starreren Ausbildung gekoppelt ist, wie in 4 gezeigt.
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In 4 ist ein Komponentensystem 36 gezeigt, wobei die Komponente 2 in einer räumlichen Ansicht dargestellt ist. Hier sind wiederum die Risssensorfasern 30 und 32 in verschiedenen Orientierungen und Ausrichtungen gezeigt. Während 4 ausdrücklich eine einzelne Schicht zeigt, ist es klar, dass die Komponente 2 eine Vielzahl von Schichten umfassen kann, wobei zwei oder mehr Schichten wie die in 4 gezeigte ausgestattet sein können.
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Wiederum sind erste Risssensorfasern 30 in der Komponente 2 parallel und in einem Abstand voneinander angeordnet. Alle ersten Risssensorfasern 30 bilden eine erste Gruppe 38. Zweite Risssensorfasern 32 strecken sich in einer anderen Richtung, sind in einem Abstand voneinander angeordnet und sind, ähnlich den ersten Risssensorfasern 30, parallel zueinander angeordnet. Somit bilden sie eine zweite Gruppe 40 von Risssensorfasern. Die ersten Risssensorfasern 30 und die zweiten Risssensorfasern 32 schließen einen Winkel α ein, der in diesem Beispiel 90° ist.
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Eine erste elektrische Verbindungsvorrichtung 42 ist in der Komponente 2 eingebettet und umfasst eine Vielzahl von Eingängen, die mit einem Ende aller Risssensorfasern 30 und 32 gekoppelt sind. An einer äußeren Kante 46 der Komponente 2 ist eine Anzahl von Ausgängen 48 angeordnet, die es gestatten, die Risssensorfasern mit einer Evaluierungseinheit 49 zu koppeln. Zur Verbindung der anderen Enden der Risssensorfasern 30 und 32 ist eine zweite elektrische Verbindungsvorrichtung 44 vorhanden. Beide Verbindungsvorrichtungen 42 und 44 sind mit der Evaluierungseinheit 49 durch die Ausgänge 48 gekoppelt. Die Verbindungsvorrichtungen 42 und 44 und/oder die Ausgänge 48 können dafür geeignet sein, um eine selektive Kontaktierung einzelner Risssensorfasern 30 und 32 bereitzustellen, um einzelne Kontinuitätstests durchzuführen.
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Nebenbei bemerkt können die Verbindungsvorrichtungen 42 und 44 mit der Evaluierungseinheit 49 drahtlos gekoppelt sein. Dafür sind jedoch eine Spannungsquelle und eine Vorrichtung zum Testen der Kontinuität, des Widerstands oder des Stroms in der Nähe der Verbindungsvorrichtungen 42 und 44 erforderlich, um ein geeignetes Signal für einen drahtlosen Transfer zur Evaluierungseinheit 49 zu liefern.
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5 zeigt eine Komponente 50 mit einer Vielzahl von Schichten 52, 54, 56, 58, 60 und 62, wobei jede der Schichten 52 bis 62 Fasern 4 umfassen kann, die in einem Matrixmaterial eingebettet sind. Als Beispiel sind die erste Schicht 52 und die sechste Schicht 62 jeweils mit Risssensorfasern 30 und 32 ausgestattet, die wie in 4 gezeigt angeordnet sein können. In diesem Beispiel sind jedoch die Risssensorfasern 30 und 32 zwischen einer ersten und zweiten Schicht 52 und 54 sowie zwischen der fünften und sechsten Schicht 60 und 62 eingeschlossen.
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Wie ersichtlich, tritt ein Bruch 64 in der Komponente 2 auf, der einige der Risssensorfasern 30 und 32 unterbricht. Aufgrund des dichten Netzes von Risssensorfasern 30 und 32 kann detektiert werden, dass der Bruch irgendwo in der ersten und zweiten Schicht 52 und 54 sowie mit einer bestimmten Positionierung entlang dieser Schichten auftritt.
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Wie in 6 veranschaulicht, kann dies sogar weiter verbessert werden, um noch weitere einzelne Anordnungen von Risssensorfasern 30 und 32 zwischen der dritten und vierten Schicht 56 und 58 einzuschließen.
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7 zeigt ein Beispiel eines Verfahrens zum Integrieren der Risssensorfasern 30 und 32 in eine Komponente 2 während der Herstellung. Hier ist als Beispiel eine erste Schicht 52 gezeigt, auf die ein Gitter angebracht wird, wie in 4 gezeigt. Dafür werden die Risssensorfasern 30 und 32 auf einer Transferfolie 66 angeordnet, die auf einer drehbar gelagerten Spule 68 geführt wird. Dies ermöglicht es, einen Bandplatzierungskopf 70 zu platzieren, der auf einem Roboterarm 72 oder irgendeiner anderen geeigneten Vorrichtung angeordnet ist, um die Folie 66 auf die jeweilige Schicht 52 zu transferieren. Nach dem Anbringen der Transferfolie 66 mit den Risssensorfasern 30 und 32 kann die Transferfolie 66 von der jeweiligen Schicht 52 und den Risssensorfasern 30 und 32 entfernt werden. Danach können die zusätzliche zweite, dritte und alle folgenden Schichten 54 bis 62 angeordnet werden, und die Verbindung aller Schichten und Risssensorfasern kann gehärtet werden.
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Schließlich zeigt 8 ein Flugzeug 74, das ein Komponentensystem 36 mit mindestens einer solchen Komponente 2 aufweist. Als Beispiel ist die Komponente 2 ein Teil eines Rumpfs. Es kann jedoch jeder andere Teil, der aus einem Verbundstoff hergestellt ist, mit den Risssensorfasern gemäß der Erfindung ausgestattet werden.
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Zusätzlich ist hervorzuheben, dass „umfassend“ andere Elemente oder Schritte nicht ausschließt, und „ein/e/r“ eine Pluralanzahl nicht ausschließt. Ferner ist hervorzuheben, dass die Charakteristiken oder Schritte, die in Bezug auf eines der obigen Beispiele von Ausführungsformen beschrieben wurden, auch in Kombination mit anderen Charakteristiken oder Schritten anderer Beispiele von Ausführungsformen verwendet werden können, die im Vorstehenden beschrieben werden. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkungen auszulegen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Komponente
- 4
- Faser
- 6
- erste laterale Begrenzungsfläche
- 8
- Risssensorfaser
- 10
- elektrisch isolierende Beschichtung
- 12
- zweite laterale Fläche
- 14
- Gleichstromquelle
- 16
- erster Pol
- 18
- zweiter Pol
- 20
- erstes Ende
- 22
- zweites Ende
- 24
- Anzeigeeinheit
- 26
- Schalter
- 28
- Riss
- 30
- erste Risssensorfaser
- 32
- zweite Risssensorfaser
- 34
- Bruch
- 36
- Komponentensystem
- 38
- erste Gruppe
- 40
- zweite Gruppe
- 42
- erste elektrische Verbindungsvorrichtung
- 44
- zweite elektrische Verbindungsvorrichtung
- 46
- äußerer Rand
- 48
- Ausgang
- 49
- Evaluierungseinheit
- 50
- Komponente
- 52
- Schicht
- 54
- Schicht
- 56
- Schicht
- 58
- Schicht
- 60
- Schicht
- 62
- Schicht
- 64
- Bruch
- 66
- Transferfolie
- 68
- Spule
- 70
- Bandplatzierungskopf
- 72
- Roboterarm
- 74
- Flugzeug
- α
- Winkel
