DE102019112876B3 - Fiber composite component, adapter unit, fiber optic sensor device and manufacturing process for this - Google Patents
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Abstract
Bei einem Faserverbundbauteil (1), hergestellt aus einem Faserverbundwerkstoff, der ein Fasermaterial und ein Matrixmaterial enthält, mit einer faseroptischen Sensoreinrichtung (3), die einen Lichtwellenleiter (5) aufweist, der sich von einem ersten Lichtwellenleiterende (7a) bis zu einem zweiten Lichtwellenleiterende (7b) erstreckt und einen lichtführenden Kern (9) hat, wird eine verbesserte Handhabbarkeit des Faserverbundbauteils und der faseroptischen Sensoreinrichtung dadurch erreicht, dass die Sensoreinrichtung (3) mindestens eine Adaptereinheit (11) aufweist, die- eine Aufnahmehülse (13) mit einem Innenraum (15) aufweist, wobei eines der Lichtwellenleiterenden (7a, 7b) in den Innenraum (15) eingeführt und darin fixiert ist, und- eine in die Aufnahmehülse (13) integrierte optoelektronische Koppeleinrichtung (17) aufweist, die eine Lichtsendeeinheit (21) und/oder eine Lichtempfangseinheit (23) umfasst und dazu eingerichtet ist, zur Übertragung eines elektrischen Eingangssignals und/oder eines elektrischen Ausgangssignals elektrisch kontaktiert zu werden, wobei die Lichtsendeeinheit (21) dazu eingerichtet ist, aus dem elektrischen Eingangssignal ein optisches Eingangssignal zu erzeugen und das optische Eingangssignal in den Lichtwellenleiter (5) einzukoppeln, und wobei die Lichtempfangseinheit (23) dazu eingerichtet ist, ein optisches Ausgangssignal aus dem Lichtwellenleiter (5) auszukoppeln und aus dem optischen Ausgangssignal das elektrische Ausgangssignal zu erzeugen, wobei sowohl der Lichtwellenleiter (5) als auch die mindestens eine Adaptereinheit (11) in das Faserverbundbauteil (1) eingebettet sind und das Faserverbundbauteil (1) eine elektrische Leitungsanordnung (25) aufweist, welche die optoelektronische Koppeleinrichtung (17) mit einer äußeren Oberfläche (27) des Faserverbundbauteils (1) zur Übertragung des elektrischen Eingangssignals und/oder des elektrischen Ausgangssignals verbindet.In the case of a fiber composite component (1) made from a fiber composite material containing a fiber material and a matrix material, with a fiber optic sensor device (3) which has an optical waveguide (5) extending from a first optical waveguide end (7a) to a second optical waveguide end (7b) and has a light-guiding core (9), improved handling of the fiber composite component and the fiber-optic sensor device is achieved in that the sensor device (3) has at least one adapter unit (11) which has a receiving sleeve (13) with an interior (15), one of the optical waveguide ends (7a, 7b) being inserted into the interior space (15) and fixed therein, and - having an optoelectronic coupling device (17) integrated into the receiving sleeve (13), which has a light transmitting unit (21) and / or comprises a light receiving unit (23) and is set up to transmit an electrical input signal and / or to be electrically contacted with an electrical output signal, wherein the light transmitting unit (21) is set up to generate an optical input signal from the electrical input signal and to couple the optical input signal into the optical waveguide (5), and the light receiving unit (23) is set up to do so is to decouple an optical output signal from the optical waveguide (5) and generate the electrical output signal from the optical output signal, both the optical waveguide (5) and the at least one adapter unit (11) being embedded in the fiber composite component (1) and the fiber composite component (1) has an electrical line arrangement (25) which connects the optoelectronic coupling device (17) to an outer surface (27) of the fiber composite component (1) for transmitting the electrical input signal and / or the electrical output signal.
Description
Die Erfindung betrifft ein Faserverbundbauteil, hergestellt aus einem Faserverbundwerkstoff, der ein Fasermaterial und ein Matrixmaterial enthält, mit einer faseroptischen Sensoreinrichtung, die einen Lichtwellenleiter aufweist, der sich von einem ersten Lichtwellenleiterende bis zu einem zweiten Lichtwellenleiterende erstreckt und einen lichtführenden Kern hat.The invention relates to a fiber composite component made from a fiber composite material that contains a fiber material and a matrix material, with a fiber optic sensor device that has an optical waveguide that extends from a first optical waveguide end to a second optical waveguide end and has a light-guiding core.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Adaptereinheit für eine einen Lichtwellenleiter aufweisende faseroptische Sensoreinrichtung. Die Erfindung betrifft außerdem eine faseroptische Sensoreinrichtung.The invention also relates to an adapter unit for a fiber optic sensor device having an optical waveguide. The invention also relates to a fiber optic sensor device.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils aus einem Faserverbundwerkstoff, der ein Fasermaterial und ein Matrixmaterial enthält.The invention also relates to a method for producing a fiber composite component from a fiber composite material which contains a fiber material and a matrix material.
Bauteile aus einem Faserverbundwerkstoff, sogenannte Faserverbundbauteile, haben aufgrund ihrer hohen spezifischen Festigkeit und Steifigkeit eine weite Verbreitung in vielen Bereichen gefunden. Dies betrifft beispielsweise den Fahrzeugbau, den Schiffbau und insbesondere den Luft- und Raumfahrzeugbau, da hier die Leichtbauweise einen besonderen Stellenwert besitzt, um Einsparungen beim Verbrauch von Kraftstoff und sonstigen Ressourcen erzielen zu können.Components made of a fiber composite material, so-called fiber composite components, have found widespread use in many areas due to their high specific strength and rigidity. This applies, for example, to vehicle construction, shipbuilding and, in particular, aircraft and spacecraft construction, since lightweight construction is particularly important here in order to be able to achieve savings in the consumption of fuel and other resources.
Faserverbundbauteile werden aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt, der ein Fasermaterial und ein Matrixmaterial aufweist. Darüber hinaus kann der Faserverbundwerkstoff weitere Bestandteile aufweisen, wie im Folgenden noch erläutert wird. Das Fasermaterial wird zur Herstellung des Faserverbundbauteils üblicherweise mit dem Matrixmaterial infiltriert, bevor das Matrixmaterial abschließend ausgehärtet wird. Durch das Aushärten bildet das Matrixmaterial eine integrale Einheit mit dem Fasermaterial und mit ggf. vorhandenen weiteren Bestandteilen des Faserverbundwerkstoffs. Das Aushärten kann dabei insbesondere unter Temperatur- und/oder Druckbeaufschlagung, d.h. bei erhöhter Temperatur und/oder erhöhtem Druck, erfolgen (sogenanntes „Tempern“). Als Fasermaterial kommen insbesondere Kohlenstofffasern oder Glasfasern zum Einsatz, während als Matrixmaterial insbesondere thermoplastische und duroplastische Matrixkunststoffe Anwendung finden.Fiber composite components are made from a fiber composite material that has a fiber material and a matrix material. In addition, the fiber composite material can have further components, as will be explained below. For the production of the fiber composite component, the fiber material is usually infiltrated with the matrix material before the matrix material is finally cured. As a result of the hardening, the matrix material forms an integral unit with the fiber material and with any other components of the fiber composite material that may be present. The hardening can take place in particular under the application of temperature and / or pressure, i.e. at elevated temperature and / or elevated pressure (so-called "tempering"). In particular, carbon fibers or glass fibers are used as fiber material, while thermoplastic and thermosetting matrix plastics are used as matrix material.
Faserverbundwerkstoffe können neben dem Fasermaterial und dem Matrixmaterial weitere Bestandteile, insbesondere andere Materialien, enthalten. Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird unter einem Faserverbundwerkstoff insbesondere auch ein Werkstoff verstanden, der neben dem Fasermaterial und dem Matrixmaterial zusätzliche Metallschichten, z.B. Metallfolien, aufweist. Ein solcher Faserverbundwerkstoff wird auch als Hybridwerkstoff bezeichnet. Ein solcher Hybridwerkstoff ist beispielsweise glasfaserverstärktes Aluminium (GLARE).In addition to the fiber material and the matrix material, fiber composite materials can contain further components, in particular other materials. In the context of the present application, a fiber composite material is also understood to mean, in particular, a material which, in addition to the fiber material and the matrix material, has additional metal layers, e.g. Metal foils. Such a fiber composite material is also referred to as a hybrid material. Such a hybrid material is, for example, glass fiber reinforced aluminum (GLARE).
Sowohl bei der Fertigung eines Faserverbundbauteils als auch im bei seiner späteren Erprobung oder bei der Überwachung des Faserverbundbauteils in seinem bestimmungsgemäßen Einsatz kann es für unterschiedliche Zwecke gewünscht sein, physikalische Größen innerhalb des Faserverbundbauteils messtechnisch zu erfassen. Dies kann insbesondere die Erfassung und/oder die Überwachung von mechanischen Spannungen sowie von Verformungen, insbesondere Dehnungen, innerhalb des Bauteils betreffen. Von Interesse können aber beispielsweise auch eine Erfassung und/oder eine Überwachung einer Temperatur innerhalb des Bauteils sein.Both during the production of a fiber composite component and during its subsequent testing or when monitoring the fiber composite component in its intended use, it may be desirable for various purposes to measure physical quantities within the fiber composite component. This can in particular relate to the detection and / or monitoring of mechanical stresses and deformations, in particular expansions, within the component. However, for example, detection and / or monitoring of a temperature within the component can also be of interest.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, zu diesem Zweck faseroptische Sensorik einzusetzen. Dabei wird mittels einer Lichtsendeeinheit, z.B. einer Leuchtdiode (LED), ein optisches Signal (Lichtsignal), das optische Eingangssignal, in den Lichtwellenleiter eingespeist. Ein optisches Ausgangssignal, das ein reflektiertes oder transmittiertes optisches Signal (Lichtsignal) sein kann, wird mittels einer Lichtempfangseinheit, z.B. eine Photodiode oder ein sonstiger Lichtsensor, erfasst. Aus dem optischen Ausgangssignal, insbesondere aus den Änderungen des optischen Ausgangssignals, können dabei Rückschlüsse auf die zu messende physikalische Größe und/oder ihre Änderungen gezogen werden, z.B. auf einen Dehnungszustand im Inneren des Faserverbundbauteils.It is known from the prior art to use fiber optic sensors for this purpose. A light emitting unit, e.g. a light emitting diode (LED), an optical signal (light signal), the optical input signal, fed into the optical fiber. An optical output signal, which can be a reflected or transmitted optical signal (light signal), is detected by means of a light receiving unit, e.g. a photodiode or some other light sensor. From the optical output signal, in particular from the changes in the optical output signal, conclusions can be drawn about the physical quantity to be measured and / or its changes, e.g. on a state of elongation in the interior of the fiber composite component.
Im Bereich der faseroptischen Sensorik werden insbesondere Faser-Bragg-Gitter (Fiber Bragg Grating, FBG) eingesetzt. Dabei handelt es sich um in Lichtwellenleiter eingeschriebene optische Interferenzfilter, die durch eine periodische Modulation des Brechungsindex das Licht einer bestimmten Wellenlänge reflektieren. Aus einer Änderung der Wellenlänge des reflektierten Lichts können dann Rückschlüsse auf die zu messende physikalische Größe, z.B. eine Dehnung oder eine Temperatur, gezogen werden.In the field of fiber optic sensor technology, fiber Bragg gratings (Fiber Bragg Grating, FBG) are used in particular. These are optical interference filters inscribed in optical waveguides, which reflect light of a certain wavelength through periodic modulation of the refractive index. A change in the wavelength of the reflected light can then be used to draw conclusions about the physical quantity to be measured, e.g. a stretch or a temperature.
Beim Einsatz der faseroptischen Sensorik zur Messung physikalischer Größen in Faserverbundbauteilen ist es bisher erforderlich, den als faseroptischen Sensor eingesetzten Lichtwellenleiter aus dem Faserverbundbauteil herauszuführen und außerhalb des Bauteils optisch zu kontaktieren. Zu diesem Zweck wird üblicherweise eine Spleißverbindung mit dem aus dem Faserverbundbauteil herausgeführten Lichtwellenleiterende hergestellt, um den Lichtwellenleiter mit einem sogenannten Interrogator zu verbinden, der als Lichtsendeeinheit und Lichtempfangseinheit fungiert.When using fiber optic sensors to measure physical quantities in fiber composite components, it has hitherto been necessary to lead the optical waveguide used as a fiber optic sensor out of the fiber composite component and to make optical contact outside the component. For this purpose, a splice connection is usually made with the optical waveguide end led out of the fiber composite component, around the optical waveguide with a so-called interrogator to connect, which functions as a light emitting unit and a light receiving unit.
Beispielsweise sind aus der
Aus der
Darüber hinaus sind aus der
Derartige Systeme, die faseroptische Sensorik für Faserverbundbauteile einsetzen, haben sich in der Praxis bewährt und wurden bereits erfolgreich für Untersuchungen zur Schadensanalyse, für die Prozessüberwachung oder für die mechanische/thermische Kennwertermittlung in Faserverbundmaterialien genutzt.Such systems, which use fiber optic sensors for fiber composite components, have proven themselves in practice and have already been used successfully for investigations into damage analysis, for process monitoring or for determining mechanical / thermal parameters in fiber composite materials.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren und Systeme sind allerdings auch mit einer Reihe von Nachteilen verbunden, die ihre Ursache darin haben, dass der Lichtwellenleiter aus dem Faserverbundbauteil herausgeführt werden muss. Der filigrane und empfindliche Lichtwellenleiter muss insbesondere während der Fertigung des Faserverbundbauteils vor Beschädigungen geschützt werden, wodurch der Herstellungsprozess erheblich erschwert wird. Probleme treten dabei beispielsweise beim Zuschneiden des Faserverbundbauteils und beim Begradigen der Ränder auf, da auf den Lichtwellenleiter Rücksicht genommen werden muss.The methods and systems known from the prior art are, however, also associated with a number of disadvantages, which are caused by the fact that the optical waveguide has to be led out of the fiber composite component. The filigree and sensitive optical waveguide must be protected from damage, especially during the manufacture of the fiber composite component, which makes the manufacturing process considerably more difficult. Problems arise here, for example, when cutting the fiber composite component to size and straightening the edges, since consideration must be given to the optical waveguide.
Darüber hinaus erfordert ein Einsatz faseroptischer Sensorik im Rahmen der Bauteilfertigung bisher, dass der Lichtwellenleiter aus dem Fertigungsaufbau herausgeführt wird. Da der Fertigungsaufbau in der Regel ein Vakuumaufbau ist, der druckdicht gegenüber seiner Umgebung abgeschlossen sein muss, gehen damit erhebliche Prozessunsicherheiten einher.In addition, the use of fiber optic sensors in the context of component production has so far required that the optical waveguide be led out of the production structure. Since the production setup is usually a vacuum setup that must be sealed against its surroundings in a pressure-tight manner, this is accompanied by considerable process uncertainties.
Weitere Nachteile betreffen die Handhabung der optischen Schnittstelle, die durch das aus dem Faserverbundbauteil herausgeführte Lichtwellenleiterende bereitgestellt wird. Die zur Verbindung mit dem herausgeführten Lichtwellenleiterende üblichen Spleißverbindungen sind aufwendig und teuer und anfällig für Störungen, da eine mangelhafte Spleißverbindung zu fehlerhaften oder unbrauchbaren Messsignalen führen kann. Optische Steckverbinder, die z.B. zum Anschluss an einen Interrogator verwendet werden, sind sehr empfindlich gegenüber mechanischen und thermischen Einflüssen.Further disadvantages relate to the handling of the optical interface, which is provided by the optical waveguide end led out of the fiber composite component. The splice connections customary for connection to the fiber optic cable end are complex and expensive and prone to malfunctions, since a defective splice connection can lead to faulty or unusable measurement signals. Optical connectors, e.g. used to connect to an interrogator are very sensitive to mechanical and thermal influences.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit zum Einsatz der faseroptischen Sensorik für Faserverbundbauteile bereitzustellen, welche die zuvor erläuterten Nachteile überwindet.Starting from this, the object of the present invention is to provide a possibility for using the fiber optic sensor system for fiber composite components which overcomes the disadvantages explained above.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Faserverbundbauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.This object is achieved according to the invention by a fiber composite component having the features of
Es wird vorgeschlagen, dass die faseroptische Sensoreinrichtung des Faserverbundbauteils mindestens eine Adaptereinheit aufweist. Die Adaptereinheit weist eine Aufnahmehülse mit einem Innenraum auf, wobei eines der Lichtwellenleiterenden in den Innenraum eingeführt und darin fixiert ist. Die Adaptereinheit weist außerdem eine in die Aufnahmehülse integrierte optoelektronische Koppeleinrichtung auf, die eine Lichtsendeeinheit und/oder eine Lichtempfangseinheit umfasst und dazu eingerichtet ist, zur Übertragung eines elektrischen Eingangssignals und/oder eines elektrischen Ausgangssignals elektrisch kontaktiert zu werden. Die Lichtsendeeinheit ist dabei dazu eingerichtet, aus dem elektrischen Eingangssignal ein optisches Eingangssignal zu erzeugen und das optische Eingangssignal in den Lichtwellenleiter einzukoppein. Die Lichtempfangseinheit ist dabei zu eingerichtet, ein optisches Ausgangssignal aus dem Lichtwellenleiter auszukoppeln und aus dem optischen Ausgangssignal das elektrische Ausgangssignal zu erzeugen.It is proposed that the fiber-optic sensor device of the fiber composite component have at least one adapter unit. The adapter unit has a receiving sleeve with an interior space, one of the optical waveguide ends being inserted into the interior space and fixed therein. The adapter unit also has an optoelectronic coupling device integrated in the receiving sleeve, which comprises a light transmitting unit and / or a light receiving unit and is set up to be electrically contacted for the transmission of an electrical input signal and / or an electrical output signal. The light transmission unit is set up to generate an optical input signal from the electrical input signal and to couple the optical input signal into the optical waveguide. The light receiving unit is set up to decouple an optical output signal from the optical waveguide and to generate the electrical output signal from the optical output signal.
Darüber hinaus ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass sowohl der Lichtwellenleiter als auch die mindestens eine Adaptereinheit in das Faserverbundbauteil eingebettet sind. Das Faserverbundbauteil weist außerdem eine elektrische Leitungsanordnung auf, welche die optoelektronische Koppeleinrichtung mit einer äußeren Oberfläche des Faserverbundbauteils zur Übertragung des elektrischen Eingangssignals und/oder des elektrischen Ausgangssignals verbindet.In addition, it is provided according to the invention that both the optical waveguide and the at least one adapter unit are embedded in the fiber composite component. The fiber composite component also has an electrical line arrangement which connects the optoelectronic coupling device to an outer surface of the fiber composite component for transmitting the electrical input signal and / or the electrical output signal.
Das in den Innenraum der Aufnahmehülse eingeführte Lichtwellenleiterende kann in an sich bekannter Weise z.B. durch Einkleben und/oder durch Crimpen in dem Innenraum der Aufnahmehülse fixiert sein. The optical waveguide end introduced into the interior of the receiving sleeve can be fixed in the interior of the receiving sleeve in a manner known per se, for example by gluing and / or by crimping.
Die in die Aufnahmehülse integrierte optoelektronische Koppeleinrichtung der Adaptereinheit ist so angeordnet, dass die Lichtsendeeinheit das optische Eingangssignal in den Lichtwellenleiter einkoppeln kann und die Lichtempfangseinheit das optische Ausgangssignal aus dem Lichtwellenleiter auskoppeln kann.The optoelectronic coupling device of the adapter unit integrated into the receiving sleeve is arranged so that the light transmitting unit can couple the optical input signal into the optical waveguide and the light receiving unit can couple the optical output signal out of the optical waveguide.
Das optische Ausgangssignal als solches und insbesondere Änderungen des optischen Ausgangssignals lassen nach dem oben erläuterten Prinzip der faseroptischen Sensorik Rückschlüsse auf physikalische Größen innerhalb des Faserverbundbauteils zu, z.B. auf eine Temperatur, eine Dehnung und/oder eine sonstige Verformung innerhalb des Faserverbundbauteils. Das optische Ausgangssignal kann ein reflektiertes optisches Ausgangssignal und/oder ein transmittiertes optisches Ausgangssignal sein. So ist es beispielsweise möglich, aus der Wellenlänge bzw. aus dem Spektrum des reflektierten optischen Ausgangssignals Rückschlüsse auf die zu messende physikalische Größe zu ziehen. Ebenso ist es möglich, aus dem Spektrum des transmittierten optischen Ausgangssignals, nämlich anhand der aus diesem Spektrum herausgefilterten Frequenzanteile, Rückschlüsse auf die zu messende physikalische Größe zu ziehen.The optical output signal as such and in particular changes in the optical output signal allow conclusions to be drawn about physical variables within the fiber composite component according to the principle of fiber optic sensor technology explained above, e.g. to a temperature, an expansion and / or some other deformation within the fiber composite component. The optical output signal can be a reflected optical output signal and / or a transmitted optical output signal. For example, it is possible to draw conclusions about the physical variable to be measured from the wavelength or from the spectrum of the reflected optical output signal. It is also possible to draw conclusions about the physical variable to be measured from the spectrum of the transmitted optical output signal, namely on the basis of the frequency components filtered out of this spectrum.
Die in die Aufnahmehülse integrierte optoelektronische Koppeleinrichtung ist dabei dazu eingerichtet, zur Übertragung des elektrischen Eingangssignals und/oder des elektrischen Ausgangssignals elektrisch kontaktiert zu werden. Die elektrische Kontaktierung erfolgt dabei von außen, z.B. über eine äußere Wandung der Adaptereinheit, insbesondere über eine äußere Wandung der Aufnahmehülse. Die äußere Wandung der Adaptereinheit, insbesondere der Aufnahmehülse, kann zu diesem Zweck beispielsweise eine elektrische Kontaktierungseinrichtung aufweisen, die mit der in die Aufnahmehülse integrierten optoelektronischen Koppeleinrichtung, insbesondere mit der Lichtsendeeinheit und/oder der Lichtempfangseinheit, elektrisch verbunden ist. Die elektrische Kontaktierungseinrichtung kann z.B. in Form von Kontaktierungspunkten ausgebildet sein oder Kontaktierungspunkte aufweisen. Die Kontaktierungseinrichtung kann dann mit der elektrischen Leitungsanordnung in an sich bekannter Weise, z.B. durch Löten oder mittels einer Steckverbindung, verbunden werden. Die in die Aufnahmehülse integrierte optoelektronische Koppeleinrichtung mit der Lichtsendeeinheit und/oder der Lichtempfangseinheit kann demnach so elektrisch kontaktiert werden, dass das elektrische Eingangssignal und/oder das elektrische Ausgangssignal zwischen der optoelektronischen Koppeleinrichtung und der äußeren Oberfläche des Faserverbundbauteils übertragen werden können.The optoelectronic coupling device integrated in the receiving sleeve is set up to be electrically contacted for the transmission of the electrical input signal and / or the electrical output signal. The electrical contact is made from the outside, e.g. via an outer wall of the adapter unit, in particular via an outer wall of the receiving sleeve. For this purpose, the outer wall of the adapter unit, in particular the receiving sleeve, can for example have an electrical contacting device that is electrically connected to the optoelectronic coupling device integrated in the receiving sleeve, in particular to the light transmitting unit and / or the light receiving unit. The electrical contacting device can e.g. be designed in the form of contact points or have contact points. The contacting device can then be connected to the electrical line arrangement in a manner known per se, e.g. by soldering or by means of a plug connection. The optoelectronic coupling device integrated in the receiving sleeve with the light transmitting unit and / or the light receiving unit can accordingly be electrically contacted in such a way that the electrical input signal and / or the electrical output signal can be transmitted between the optoelectronic coupling device and the outer surface of the fiber composite component.
Die auf diese Weise an die äußere Oberfläche des Faserverbundbauteils geführte elektrische Leitungsanordnung kann an der äußeren Oberfläche des Faserverbundbauteils elektrisch kontaktiert werden, um zum einen der faseroptischen Sensoreinrichtung elektrische Eingangssignale zuführen zu können und zum anderen elektrische Ausgangssignale erfassen und auswerten zu können.The electrical line arrangement guided in this way to the outer surface of the fiber composite component can be electrically contacted on the outer surface of the fiber composite component in order, on the one hand, to be able to supply electrical input signals to the fiber-optic sensor device and, on the other hand, to be able to detect and evaluate electrical output signals.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Übertragung elektrischer Signale und die hierzu erforderlichen Leitungen und Kontaktierungen bei der Herstellung, bei der Erprobung und beim bestimmungsgemäßen Gebrauchs eines Faserverbundbauteils sehr viel einfacher zu handhaben sind als die Übertragung optischer Signale und die hierzu erforderlichen Leitungen und Kontaktierungen.The invention is based on the knowledge that the transmission of electrical signals and the lines and contacts required for this during the production, testing and intended use of a fiber composite component are much easier to handle than the transmission of optical signals and the lines and contacts required for this .
Die Erfindung überwindet die eingangs genannten Nachteile aus dem Stand der Technik bekannter faseroptischer Sensoreinrichtungen für Faserverbundbauteile dadurch, dass sie eine Umwandlung von elektrischen Signalen in optische Signale und umgekehrt im Inneren des Faserverbundbauteils ermöglicht. Dies wird dadurch erreicht, dass der Lichtwellenleiter und die mindestens eine Adaptereinheit in das Faserverbundbauteil eingebettet sind. Der Lichtwellenleiter und die mindestens eine Adaptereinheit der faseroptischen Sensoreinrichtung sind somit strukturintegriert ausgebildet. Dadurch entfällt in vorteilhafter Weise die Notwendigkeit, den Lichtwellenleiter aus dem Faserverbundbauteil herauszuführen. Darüber hinaus entfällt die Notwendigkeit von Spleißverbindungen und optischen Steckverbindungen, da die faseroptische Sensoreinrichtung elektrisch kontaktiert werden kann. Hierzu kann beispielsweise eine elektrische Leitung mittels einer Lötverbindung, einer Klemmverbindung oder einer Steckverbindung mit der an die äußere Oberfläche des Faserverbundbauteils geführten elektrischen Leitungsanordnung verbunden werden.The invention overcomes the aforementioned disadvantages from the prior art known fiber optic sensor devices for fiber composite components in that it enables a conversion of electrical signals into optical signals and vice versa in the interior of the fiber composite component. This is achieved in that the optical waveguide and the at least one adapter unit are embedded in the fiber composite component. The optical waveguide and the at least one adapter unit of the fiber-optic sensor device are thus designed to be structurally integrated. This advantageously eliminates the need to lead the optical waveguide out of the fiber composite component. In addition, there is no need for splice connections and optical plug connections, since electrical contact can be made with the fiber-optic sensor device. For this purpose, for example, an electrical line can be connected to the electrical line arrangement led to the outer surface of the fiber composite component by means of a soldered connection, a clamp connection or a plug connection.
Die Einsatzmöglichkeiten der Erfindung sind überaus vielfältig. Denkbar ist insbesondere eine Verwendung zur Prozessüberwachung bei der Herstellung eines Faserverbundbauteils. Die eingangs genannten Nachteile, die sich daraus ergeben, dass bei vorbekannten Systemen der Lichtwellenleiter aus dem Fertigungsaufbau, der in der Regel ein Vakuumaufbau ist, herausgeführt werden muss, können dabei überwunden werden, da eine elektrische Kontaktierung des Faserverbundbauteils innerhalb des Fertigungsaufbaus deutlich einfacher erfolgen kann und daher eine deutlich höhere Prozesssicherheit gewährleistet. Auf diese Weise kann faseroptische Sensorik sehr viel einfacher in industrielle Fertigungsprozesse eingebunden werden, sodass sich neue Möglichkeiten zur Nutzung faseroptischer Sensorik im industriellen Umfeld eröffnen. Eine weitere Einsatzmöglichkeit der Erfindung liegt in der Verwendung zur messtechnischen Untersuchung eines Faserverbundbauteils nach Abschluss der Fertigung, z.B. zur mechanischen und/oder thermischen Kennwertermittlung.The possible uses of the invention are extremely diverse. A use for process monitoring in the manufacture of a fiber composite component is particularly conceivable. The disadvantages mentioned at the beginning, which result from the fact that in previously known systems the optical waveguide has to be led out of the production structure, which is usually a vacuum structure, can be overcome because electrical contacting of the fiber composite component within the production structure can be made much more easily and therefore guarantees significantly higher process reliability. In this way, fiber optic Sensor technology can be integrated into industrial production processes much more easily, opening up new possibilities for using fiber optic sensors in industrial environments. A further possible application of the invention is its use for the metrological examination of a fiber composite component after completion of manufacture, for example for determining mechanical and / or thermal characteristic values.
Darüber hinaus eröffnet die Erfindung neue Einsatzmöglichkeiten der faseroptischen Sensorik im Bereich des Structural Health Monitorings (SHM) von Faserverbundbauteilen, d.h. für eine Ermittlung und Überwachung des Zustandes des Faserverbundbauteils während seines bestimmungsgemäßen Gebrauchs. Der Einsatz faseroptischer Sensorik für das Structural Health Monitoring hat wegen der schlechten Integrierbarkeit der aus dem Stand der Technik bekannten Systeme bisher lediglich eine geringe Verbreitung gefunden, die sich auf Anwendungen beschränkt, bei denen die Integrierbarkeit des faseroptischen Messsystems lediglich eine untergeordnete Rolle spielt. Die vorliegende Erfindung ermöglicht hingegen die Umsetzung einer gut integrierbaren und daher kostengünstig bereitzustellenden faseroptischen Sensorik im Bereich des Structural Health Monitorings, z.B. für den Einsatz in Flugzeugstrukturen. Eine besonders bedeutsame Einsatzmöglichkeit der Erfindung liegt daher in der Verwendung für ein Structural Health Monitoring eines Faserverbundbauteils.In addition, the invention opens up new application possibilities for fiber optic sensors in the field of structural health monitoring (SHM) of fiber composite components, i.e. for determining and monitoring the condition of the fiber composite component during its intended use. The use of fiber optic sensors for structural health monitoring has so far only found a minor widespread use due to the poor integrability of the systems known from the prior art, which is limited to applications in which the integrability of the fiber optic measuring system only plays a subordinate role. The present invention, however, enables the implementation of a fiber optic sensor system that is easy to integrate and therefore inexpensive to provide in the field of structural health monitoring, e.g. for use in aircraft structures. A particularly significant possible use of the invention therefore lies in its use for structural health monitoring of a fiber composite component.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass durch die Integration der optoelektronischen Koppeleinrichtung in die Aufnahmehülse eine besonders effektive und verlustfreie Einkopplung und Auskopplung der optischen Signale in den Lichtwellenleiter und aus dem Lichtwellenleiter erreicht werden kann. Dies wird dadurch erreicht, dass die Aufnahmehülse eine besonders genaue Positionierung des in die Aufnahmehülse eingeführten Lichtwellenleiters zu der in die Aufnahmehülse integrierten Lichtsendeeinheit und/oder Lichtempfangseinheit ermöglicht. Darüber hinaus schützt die Aufnahmehülse die integrierte optoelektronische Koppeleinrichtung vor mechanischer Beschädigung.Another advantage of the invention is that by integrating the optoelectronic coupling device into the receiving sleeve, a particularly effective and loss-free coupling and decoupling of the optical signals into the optical waveguide and from the optical waveguide can be achieved. This is achieved in that the receiving sleeve enables particularly precise positioning of the optical waveguide introduced into the receiving sleeve relative to the light transmitting unit and / or light receiving unit integrated in the receiving sleeve. In addition, the receiving sleeve protects the integrated optoelectronic coupling device from mechanical damage.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Sensoreinrichtung mindestens eine erste und eine zweite Adaptereinheit aufweist, wobei
- - die optoelektronische Koppeleinrichtung der ersten Adaptereinheit eine Lichtsendeeinheit umfasst und das erste Lichtwellenleiterende in den Innenraum der Aufnahmehülse der ersten Adaptereinheit eingeführt und darin fixiert ist und
- - die optoelektronische Koppeleinrichtung der zweiten Adaptereinheit eine Lichtempfangseinheit umfasst und das zweite Lichtwellenleiterende in den Innenraum der Aufnahmehülse der zweiten Adaptereinheit eingeführt und darin fixiert ist.
- - The optoelectronic coupling device of the first adapter unit comprises a light transmission unit and the first optical waveguide end is introduced into the interior of the receiving sleeve of the first adapter unit and fixed therein and
- - The optoelectronic coupling device of the second adapter unit comprises a light receiving unit and the second optical waveguide end is introduced into the interior of the receiving sleeve of the second adapter unit and is fixed therein.
Es wird somit vorgeschlagen, Adaptereinheiten an beiden Lichtwellenleiterenden vorzusehen und das durch den Lichtwellenleiter transmittierte Licht als optisches Ausgangssignal (transmittiertes optisches Ausgangssignal) für die faseroptische Sensorik zu nutzen. Zu diesem Zweck wird mittels der Lichtsendeeinheit der ersten Adaptereinheit aus dem elektrischen Eingangssignal das optische Eingangssignal erzeugt und am ersten Lichtwellenleiterende in den Lichtwellenleiter eingekoppelt. Mittels der Lichtempfangseinheit der zweiten Adaptereinheit wird das transmittierte optische Ausgangssignal am zweiten Lichtwellenleiterende aus dem Lichtwellenleiter ausgekoppelt und daraus das elektrische Ausgangssignal erzeugt.It is therefore proposed to provide adapter units at both ends of the optical waveguide and to use the light transmitted through the optical waveguide as an optical output signal (transmitted optical output signal) for the fiber-optic sensor system. For this purpose, the optical input signal is generated from the electrical input signal by means of the light transmission unit of the first adapter unit and is coupled into the optical waveguide at the first optical waveguide end. By means of the light receiving unit of the second adapter unit, the transmitted optical output signal is decoupled from the optical waveguide at the second optical waveguide end and the electrical output signal is generated therefrom.
Eine solche Weiterbildung der Erfindung bietet den Vorteil, dass die Adaptereinheiten einen besonders einfachen konstruktiven Aufbau erlauben, da die Lichtsendeeinheit und die Lichtempfangseinheit in verschiedenen Adaptereinheiten angeordnet werden können. Zugleich erlaubt die auf diese Weise realisierte Transmissionsmessung eine zuverlässige Messung und/oder Überwachung physikalischer Größen, z.B. Spannung, Dehnung und/oder Temperatur, innerhalb des Faserverbundbauteils.Such a development of the invention offers the advantage that the adapter units allow a particularly simple structural design, since the light transmitting unit and the light receiving unit can be arranged in different adapter units. At the same time, the transmission measurement implemented in this way enables reliable measurement and / or monitoring of physical quantities, e.g. Stress, strain and / or temperature within the fiber composite component.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass in den Lichtwellenleiter mindestens ein Faser-Bragg-Gitter eingeschrieben ist.In a further advantageous development of the invention it is provided that at least one fiber Bragg grating is inscribed in the optical waveguide.
Eine solche Weiterbildung der Erfindung bietet den Vorteil, dass sie eine sehr zuverlässige Messung von Dehnung, Temperatur oder sonstiger physikalischer Größen durch ein bewährtes und weit verbreitetes Messverfahren erlaubt.Such a further development of the invention offers the advantage that it allows a very reliable measurement of strain, temperature or other physical quantities using a proven and widely used measurement method.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass in den Lichtwellenleiter mehrere örtlich verteilt angeordnete Faser-Bragg-Gitter eingeschrieben sind, wobei die Faser-Bragg-Gitter so eingerichtet sind, dass jedes Faser-Bragg-Gitter Licht einer anderen Wellenlänge reflektiert.In a further advantageous development of the invention it is provided that several locally distributed fiber Bragg gratings are inscribed in the optical waveguide, the fiber Bragg gratings being set up so that each fiber Bragg grating reflects light of a different wavelength.
Eine solche Weiterbildung der Erfindung bietet den Vorteil, dass mit Hilfe eines einzigen Lichtwellenleiters Dehnung, Temperatur oder sonstige physikalische Größen an verschiedenen Positionen innerhalb des Faserverbundbauteils gemessen werden können. Dies wird dadurch erreicht, dass jedes der in den Lichtwellenleiter eingeschriebenen Faser-Bragg-Gitter Licht einer anderen Wellenlänge reflektiert, so dass aus dem Spektrum des optischen Ausgangssignals darauf geschlossen werden kann, an welcher Position innerhalb des Faserverbundbauteils eine Einwirkung auf den Lichtwellenleiter stattgefunden hat, welche sich in einer Änderung der Wellenlänge des durch das jeweilige Faser-Bragg-Gitter reflektierten Lichts niederschlägt. Auf diese Weise lässt sich somit vorteilhaft eine örtlich verteilt angeordnete faseroptische Sensoreinrichtung mit einem einzigen Lichtwellenleiter realisieren, wobei jedes einzelne Faser-Bragg-Gitter als Sensor an einer bestimmten Position des Faserverbundbauteils fungiert. Somit wird praktisch ein faseroptischer Sensorbus realisiert.Such a development of the invention offers the advantage that strain, temperature or other physical variables can be measured at different positions within the fiber composite component with the aid of a single optical waveguide. This is achieved in that each of the fiber Bragg gratings written in the optical waveguide reflects light of a different wavelength, so that from the spectrum of the optical Output signal can be concluded at which position within the fiber composite component an action on the optical waveguide has taken place, which is reflected in a change in the wavelength of the light reflected by the respective fiber Bragg grating. In this way, a locally distributed fiber optic sensor device can advantageously be implemented with a single optical waveguide, with each individual fiber Bragg grating acting as a sensor at a specific position of the fiber composite component. A fiber optic sensor bus is thus practically implemented.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Adaptereinheit dazu einrichtet ist, den Kern des in den Innenraum der Aufnahmehülse eingeführten Lichtwellenleiters axial fluchtend zu der Lichtsendeeinheit und/oder zu der Lichtempfangseinheit auszurichten.In a further advantageous development of the invention it is provided that the adapter unit is set up to align the core of the optical waveguide introduced into the interior of the receiving sleeve in an axially aligned manner with the light transmitting unit and / or with the light receiving unit.
Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass der Querschnitt des Innenraums der Aufnahmehülse exakt dem Querschnitt des in die Aufnahmehülse eingeführten bzw. des in die Aufnahmehülse einführbaren Lichtwellenleiterendes entspricht.In particular, it can be provided that the cross section of the interior of the receiving sleeve corresponds exactly to the cross section of the optical waveguide end that is inserted into the receiving sleeve or that can be inserted into the receiving sleeve.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann in diesem Zusammenhang die Lichtsendeeinheit oder die Lichtempfangseinheit in Bezug auf den Querschnitt des Innenraums der Aufnahmehülse zentriert angeordnet sein. Auf diese Weise ist es besonders einfach möglich, den Kern des in den Innenraum der Aufnahmehülse eingeführten Lichtwellenleiters, der grundsätzlich zentriert im Querschnitt des Lichtwellenleiters angeordnet ist, axial zu der Lichtsendeeinheit bzw. zu der Lichtempfangseinheit auszurichten.In an advantageous further development of the invention, in this context the light transmitting unit or the light receiving unit can be arranged centered with respect to the cross section of the interior of the receiving sleeve. In this way, it is particularly easy to align the core of the optical waveguide introduced into the interior of the receiving sleeve, which is basically centered in the cross section of the optical waveguide, axially to the light transmitting unit or to the light receiving unit.
Derartige Weiterbildungen der Erfindung, bei denen die Adaptereinheit dazu eingerichtet ist, den Kern des Lichtwellenleiters axial fluchtend zu der Lichtsendeeinheit und/oder zu der Lichtempfangseinheit auszurichten, bieten den Vorteil, dass dadurch eine besonders effektive und verlustarme Ein- und Auskoppelung der optischen Signale in den Lichtwellenleiter bzw. aus dem Lichtwellenleiter erreicht werden kann. Dadurch werden eine hohe Qualität der Messergebnisse und eine geringe Leistungsaufnahme der optoelektronischen Kopplung erreicht.Such developments of the invention, in which the adapter unit is set up to align the core of the optical waveguide axially in alignment with the light transmitting unit and / or with the light receiving unit, offer the advantage that a particularly effective and low-loss coupling and decoupling of the optical signals in the Optical waveguide or from the optical waveguide can be achieved. This achieves a high quality of the measurement results and a low power consumption of the optoelectronic coupling.
Außerdem ist es auf diese Weise vorteilhaft möglich, dass der Querschnitt der Lichtsendeeinheit im Bereich des Lichtsaustritts im Wesentlichen dem Querschnitt des Kerns des Lichtwellenleiters entspricht und/oder der Querschnitt der Lichtempfangseinheit im Bereich des Lichteintritts im Wesentlichen den Querschnitt des Kerns des Lichtwellenleiters entspricht. Die längste Ausdehnung der Lichtsendeeinheit im Bereich des Lichtaustritts und/oder der Lichtempfangseinheit im Bereich des Lichteintritts kann dabei beispielsweise kleiner als 50 µm\, insbesondere kleiner als 25 µm\, insbesondere kleiner als 15 µm, insbesondere kleiner als 10 µm, insbesondere kleiner als 8 µm sein. Dadurch kann zum einen eine hohe Energieeffizienz der optoelektronischen Kopplung erreicht werden und zum anderen ein besonders hoher Miniaturisierungsgrad der Adaptereinheit, der eine gute Integrierbarkeit in das Faserverbundbauteil gewährleistet.In addition, it is advantageously possible in this way that the cross section of the light transmitting unit in the area of the light exit essentially corresponds to the cross section of the core of the optical waveguide and / or the cross section of the light receiving unit in the area of the light inlet essentially corresponds to the cross section of the core of the optical waveguide. The longest dimension of the light emitting unit in the area of the light exit and / or the light receiving unit in the area of the light entry can be, for example, smaller than 50 µm, in particular smaller than 25 µm, in particular smaller than 15 µm, in particular smaller than 10 µm, in particular smaller than 8 µm. As a result, on the one hand, a high energy efficiency of the optoelectronic coupling can be achieved and, on the other hand, a particularly high degree of miniaturization of the adapter unit, which ensures that it can be easily integrated into the fiber composite component.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Adaptereinheit sowohl eine Lichtsendeeinheit als auch eine Lichtempfangseinheit umfasst und eine optische Verzweigungseinheit umfasst, die dazu eingerichtet ist,
- - das optische Eingangssignal von der Lichtsendeeinheit zum Kern des in den Innenraum der Aufnahmehülse eingeführten Lichtwellenleiters zu leiten und
- - das optische Ausgangssignal vom Kern des in den Innenraum der Aufnahmehülse eingeführten Lichtwellenleiters zu der Lichtempfangseinheit zu leiten.
- - To conduct the optical input signal from the light transmission unit to the core of the optical waveguide introduced into the interior of the receiving sleeve and
- - To conduct the optical output signal from the core of the optical waveguide introduced into the interior of the receiving sleeve to the light receiving unit.
Die optische Verzweigungseinheit kann dabei beispielsweise ein optisches Prisma oder mehrere optische Prismen umfassen.The optical branching unit can include, for example, an optical prism or several optical prisms.
Eine solche Weiterbildung der Erfindung bietet die Möglichkeit, an einem der beiden Lichtwellenleiterenden sowohl das optische Eingangssignal in den Lichtwellenleiter einzukoppeln als auch das reflektierte optische Ausgangssignal aus dem Lichtwellenleiter auszukoppeln. Es kann somit eine Reflexionsmessung durchgeführt werden. Dies bietet den Vorteil, dass nur eines der beiden Lichtwellenleiterenden mit einer Adaptereinheit versehen werden und elektrisch kontaktiert werden muss, wodurch sich eine einfachere elektrische Leitungsführung innerhalb des Faserverbundbauteils und damit eine einfachere Ausgestaltung der elektrischen Leitungsanordnung ergibt.Such a development of the invention offers the possibility of both coupling the optical input signal into the optical waveguide and decoupling the reflected optical output signal from the optical waveguide at one of the two optical waveguide ends. A reflection measurement can thus be carried out. This offers the advantage that only one of the two optical waveguide ends is provided with an adapter unit and has to be electrically contacted, which results in a simpler electrical line routing within the fiber composite component and thus a simpler design of the electrical line arrangement.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass sämtliche Bestandteile der Adaptereinheit, insbesondere die Aufnahmehülse und die optoelektronische Koppeleinrichtung, temperaturbeständig gegen Temperaturen von mehr als 75 °C, insbesondere mehr als 100 °C, insbesondere mehr als 125 °C, insbesondere mehr als 150 °C, insbesondere mehr als 200 °C, insbesondere mehr als 250 °C, insbesondere mehr als 300 °C, insbesondere mehr als 350 °C, insbesondere mehr als 400 °C sind. In a further advantageous development of the invention it is provided that all components of the adapter unit, in particular the receiving sleeve and the optoelectronic coupling device, are temperature-resistant to temperatures of more than 75 ° C, in particular more than 100 ° C, in particular more than 125 ° C, in particular more than 150 ° C, in particular more than 200 ° C, in particular more than 250 ° C, in particular more than 300 ° C, in particular more than 350 ° C, in particular more than 400 ° C.
Die Temperaturbeständigkeit der Bestandteile der Adaptereinheit kann dabei dadurch erreicht werden, dass als Material für diese Bestandteile beispielsweise ein hochtemperaturbeständiger thermoplastischer Kunststoff verwendet wird, z.B. Polyetheretherketon (PEEK). Vorteilhaft kann insbesondere die Aufnahmehülse aus einem solchen hochtemperaturbeständigen Kunststoff, z.B. aus PEEK, hergestellt sein.The temperature resistance of the components of the adapter unit can be achieved by using, for example, a high temperature resistant material as the material for these components thermoplastic plastic is used, e.g. polyetheretherketone (PEEK). In particular, the receiving sleeve can advantageously be made from such a high-temperature-resistant plastic, for example from PEEK.
Eine solche Weiterbildung der Erfindung mit temperaturbeständigen Bestandteilen der Adaptereinheit bietet den Vorteil, dass die erfindungsgemäß Adaptereinheit auch für Faserverbundbauteile genutzt werden kann, deren Faserverbundwerkstoff im Rahmen des Herstellungsverfahrens bei entsprechend hohen Temperaturen ausgehärtet wird. Ein solches Aushärten bei hohen Temperaturen ist wünschenswert, da sich durch eine erhöhte Temperatur die Materialeigenschaften des Faserverbundbauteils verbessern lassen.Such a development of the invention with temperature-resistant components of the adapter unit offers the advantage that the adapter unit according to the invention can also be used for fiber composite components whose fiber composite material is cured at correspondingly high temperatures during the manufacturing process. Such curing at high temperatures is desirable because the material properties of the fiber composite component can be improved by an increased temperature.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Lichtwellenleiterende in axialer Richtung in den Innenraum eingeführt ist und die Adaptereinheit mindestens eine senkrecht zu der axialen Richtung verlaufende Ausdehnung hat, die höchstens 1,0 mm beträgt, insbesondere höchstens 0,5 mm beträgt, insbesondere höchstens 0,4 mm beträgt, insbesondere höchstens 0,3 mm beträgt, insbesondere höchstens 0,2 mm beträgt, insbesondere höchstens 0,1 mm beträgt. Eine solche senkrecht zu der axialen Richtung verlaufende Ausdehnung kann beispielsweise ein Durchmesser der Adaptereinheit oder eine Höhe der Adaptereinheit sein.In a further advantageous development of the invention it is provided that the optical waveguide end is inserted into the interior space in the axial direction and the adapter unit has at least one extension running perpendicular to the axial direction which is at most 1.0 mm, in particular at most 0.5 mm , in particular at most 0.4 mm, in particular at most 0.3 mm, in particular at most 0.2 mm, in particular at most 0.1 mm. Such an extension running perpendicular to the axial direction can be, for example, a diameter of the adapter unit or a height of the adapter unit.
Eine solche Weiterbildung der Erfindung bietet den Vorteil, dass bei einer üblichen Faserlagenstärke des Faserverbundwerkstoffs, die z. B. näherungsweise zwischen 0,1 mm und 0,2 mm betragen kann, die Adaptereinheit so in das Faserverbundbauteil eingebettet werden kann, dass sie sich lediglich über wenige Faserlagen oder sogar nur über eine einzige Faserlage erstreckt. Auf diese Weise werden die mechanischen Eigenschaften des Faserverbundbauteils, insbesondere seine Steifigkeit und Festigkeit, durch das Einbetten der Adaptereinheit nicht nennenswert beeinflusst.Such a development of the invention offers the advantage that with a conventional fiber layer thickness of the fiber composite material, the z. B. can be approximately between 0.1 mm and 0.2 mm, the adapter unit can be embedded in the fiber composite component that it extends only over a few fiber layers or even only over a single fiber layer. In this way, the mechanical properties of the fiber composite component, in particular its rigidity and strength, are not significantly influenced by the embedding of the adapter unit.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Adaptereinheit mindestens einen elektrisch leitfähigen Dorn aufweist, der an die Aufnahmehülse angesetzt ist und sich von der Aufnahmehülse weg erstreckt, wobei der mindestens eine Dorn die elektrische Leitungsanordnung oder einen Teil hiervon bildet und den Faserverbundwerkstoff bis zu der äußeren Oberfläche des Faserverbundbauteils durchstößt.In a further advantageous development of the invention it is provided that the adapter unit has at least one electrically conductive mandrel, which is attached to the receiving sleeve and extends away from the receiving sleeve, the at least one mandrel forming the electrical line arrangement or a part thereof and the fiber composite material penetrates to the outer surface of the fiber composite component.
Es wird somit vorgeschlagen, dass die zur Verbindung der optoelektronischen Koppeleinrichtung mit der äußeren Oberfläche des Faserverbundbauteils erforderliche elektrische Leitungsanordnung oder ein Teil hiervon dadurch realisiert wird, dass die Adaptereinheit mindestens einen elektrisch leitfähigen Dorn, z.B. einen metallischen Dorn, aufweist, der sämtliche Schichten des Faserverbundwerkstoffs bis zu der äu-ßeren Oberfläche des Faserverbundbauteils durchstößt. Eine solche Weiterbildung der Erfindung bietet den Vorteil, dass auf ein Einbringen zusätzlicher elektrischer Leitungen in das Faserverbundbauteil verzichtet werden kann. Dadurch lassen sich der Aufwand und die Kosten der Herstellung des Faserverbundbauteils reduzieren.It is therefore proposed that the electrical line arrangement or a part thereof required to connect the optoelectronic coupling device to the outer surface of the fiber composite component is realized in that the adapter unit has at least one electrically conductive mandrel, e.g. a metallic mandrel, which pierces all layers of the fiber composite material up to the outer surface of the fiber composite component. Such a development of the invention offers the advantage that there is no need to introduce additional electrical lines into the fiber composite component. As a result, the effort and the costs of producing the fiber composite component can be reduced.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die elektrische Leitungsanordnung mindestens eine in das Faserverbundbauteil eingebettete Verdrahtungsleitung zur Übertragung des elektrischen Eingangssignals und/oder des elektrischen Ausgangssignals umfasst. Eine solche Verdrahtungsleitung kann eine einadrige oder eine mehradrige Verdrahtungsleitung sein. Die Verdrahtungsleitung kann beispielsweise als Draht oder Litze, als Kunststoffaderleitung, Stegleitung oder Mantelleitung ausgeführt sein.In a further advantageous development of the invention, it is provided that the electrical line arrangement comprises at least one wiring line embedded in the fiber composite component for transmitting the electrical input signal and / or the electrical output signal. Such a wiring line can be a single-core or a multi-core wiring line. The wiring line can be designed, for example, as wire or stranded wire, as a plastic core line, ribbon cable or sheathed cable.
Eine solche Weiterbildung der Erfindung geht zwar mit einem erhöhten Aufwand bei der Herstellung des Faserverbundbauteils einher, sie bietet allerdings den Vorteil, dass durch die Verdrahtungsleitung eine hohe Signalqualität der übertragenen elektrischen Signale erreicht werden kann, die sich positiv auf die Messgenauigkeit auswirkt.Such a development of the invention is associated with increased effort in the production of the fiber composite component, but it offers the advantage that the wiring line can achieve a high signal quality of the transmitted electrical signals, which has a positive effect on the measurement accuracy.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Faserverbundwerkstoff mehrere Materialschichten aufweist, wobei mindestens eine der Materialschichten eine elektrisch leitfähige Materialschicht ist, welche die elektrische Leitungsanordnung oder einen Teil hiervon bildet.In a further advantageous development of the invention it is provided that the fiber composite material has several material layers, with at least one of the material layers being an electrically conductive material layer which forms the electrical line arrangement or a part thereof.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Faserverbundwerkstoff ein elektrisch leitfähiges Fasermaterial aufweist und die elektrisch leitfähige Materialschicht aus dem elektrisch leitfähigen Fasermaterial gebildet ist. Ein solches elektrisch leitfähiges Fasermaterial kann beispielsweise ein Kohlenstofffasermaterial sein.In a further advantageous development of the invention it is provided that the fiber composite material has an electrically conductive fiber material and the electrically conductive material layer is formed from the electrically conductive fiber material. Such an electrically conductive fiber material can be a carbon fiber material, for example.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Faserverbundwerkstoff als Hybridwerkstoff ausgebildet ist und neben dem Fasermaterial und dem Matrixmaterial ein elektrisch leitfähiges Metallmaterial aufweist, wobei die elektrisch leitfähige Materialschicht aus dem Metallmaterial gebildet ist. Die elektrisch leitfähige Materialschicht aus dem Metallmaterial kann dabei vorteilhaft als Metallfolie, insbesondere als dünne Metallfolie, ausgebildet sein.In a further advantageous development of the invention it is provided that the fiber composite material is designed as a hybrid material and has an electrically conductive metal material in addition to the fiber material and the matrix material, the electrically conductive material layer being formed from the metal material. The electrically conductive material layer made of the metal material can advantageously be designed as a metal foil, in particular as a thin metal foil.
Derartige Weiterbildungen der Erfindung, bei denen mindestens eine elektrisch leitfähige Materialschicht die elektrische Leitungsanordnung oder einen Teil hiervon bildet, bieten den Vorteil, dass sie eine vergleichsweise einfache Herstellung des Faserverbundbauteils erlauben und zugleich eine zuverlässige elektrische Verbindung zwischen der optoelektronischen Koppeleinrichtung und der äußeren Oberfläche des Faserverbundbauteils bereitstellen. Zu diesem Zweck genügt es, dass die mindestens eine elektrisch leitfähige Materialschicht zum einen so in dem Faserverbundbauteil angeordnet ist, dass sie die optoelektronische Koppeleinrichtung elektrisch kontaktiert, z.B. an einem Kontaktpunkt an der Außenwandung der Aufnahmehülse, und sich zum anderen bis zur äußeren Oberfläche des Faserverbundbauteils erstreckt. Such developments of the invention, in which at least one electrically conductive material layer forms the electrical line arrangement or a part thereof, offer the advantage that they allow a comparatively simple production of the fiber composite component and at the same time a reliable electrical connection between the optoelectronic coupling device and the outer surface of the fiber composite component provide. For this purpose, it is sufficient that the at least one electrically conductive material layer is arranged in the fiber composite component in such a way that it makes electrical contact with the optoelectronic coupling device, e.g. at a contact point on the outer wall of the receiving sleeve, and on the other hand up to the outer surface of the fiber composite component extends.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die elektrische Leitungsanordnung mehrere elektrische Leitungen umfasst und der Faserverbundwerkstoff mehrere elektrisch leitfähige Materialschichten aufweist, die elektrisch gegeneinander isoliert sind und die elektrischen Leitungen der elektrischen Leitungsanordnung oder einen Teil hiervon bilden.In a further advantageous development of the invention it is provided that the electrical line arrangement comprises several electrical lines and the fiber composite material has several electrically conductive material layers which are electrically isolated from one another and form the electrical lines of the electrical line arrangement or a part thereof.
Eine solche Weiterbildung der Erfindung bietet den Vorteil, dass auf einfache Art und Weise eine elektrische Leitungsanordnung mit mehreren elektrischen Leitungen, die unterschiedliche elektrische Potentiale führen können, realisiert werden kann. Eine solche Mehrzahl elektrischer Leitungen ist in der Regel erforderlich, um sowohl das elektrische Eingangssignal als auch das elektrische Ausgangssignal, die z.B. in Form einer elektrischen Spannung vorliegen können, zwischen der äußeren Oberfläche des Faserverbundbauteils und der optoelektronischen Koppeleinrichtung übertragen zu können. Hierzu kann die elektrische Leitungsanordnung vorteilhaft mindestens drei elektrische Leitungen, insbesondere genau drei elektrische Leitungen aufweisen. Denkbar ist es auch, dass die elektrische Leitungsanordnung mindestens vier elektrische Leitungen, insbesondere genau vier elektrische Leitungen aufweist.Such a further development of the invention offers the advantage that an electrical line arrangement with a plurality of electrical lines that can carry different electrical potentials can be implemented in a simple manner. Such a plurality of electrical leads is usually required to carry both the electrical input signal and the electrical output signal, e.g. in the form of an electrical voltage can be transmitted between the outer surface of the fiber composite component and the optoelectronic coupling device. For this purpose, the electrical line arrangement can advantageously have at least three electrical lines, in particular exactly three electrical lines. It is also conceivable that the electrical line arrangement has at least four electrical lines, in particular exactly four electrical lines.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Faserverbundwerkstoff mehrere Materialschichten mit sich abwechselnden Glasfaserschichten und Metallschichten aufweist, wobei die Metallschichten die elektrischen Leitungen der elektrischen Leitungsanordnung oder einen Teil hiervon bilden. Die Metallschichten können dabei insbesondere Aluminiumschichten sein. Der Faserverbundwerkstoff kann dabei insbesondere ein glasfaserverstärkter Aluminiumverbundwerkstoff (GLARE) sein. Die Metallschichten, insbesondere die Aluminiumschichten, können jeweils durch eine Folie gebildet sein, insbesondere durch eine dünne Folie gebildet sein.In a further advantageous development of the invention it is provided that the fiber composite material has several material layers with alternating glass fiber layers and metal layers, the metal layers forming the electrical lines of the electrical line arrangement or a part thereof. The metal layers can in particular be aluminum layers. The fiber composite material can in particular be a glass fiber reinforced aluminum composite material (GLARE). The metal layers, in particular the aluminum layers, can each be formed by a film, in particular by a thin film.
Alternativ hierzu ist in einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass der Faserverbundwerkstoff mehrere Materialschichten mit sich abwechselnden Kohlenstofffaserschichten und Metallschichten aufweist, die elektrisch gegeneinander isoliert sind. Die Metallschichten bilden dabei die elektrischen Leitungen der elektrischen Leitungsanordnung oder einen Teil hiervon. Die Metallschichten können dabei insbesondere Stahlschichten sein. Auch hier können die Metallschichten, insbesondere die Stahlschichten, jeweils aus einer Folie, insbesondere aus einer dünnen Folie, gebildet sein.As an alternative to this, in a further advantageous development of the invention it is provided that the fiber composite material has several material layers with alternating carbon fiber layers and metal layers, which are electrically insulated from one another. The metal layers form the electrical lines of the electrical line arrangement or a part thereof. The metal layers can in particular be steel layers. Here, too, the metal layers, in particular the steel layers, can each be formed from a foil, in particular from a thin foil.
Derartige Weiterbildungen der Erfindung, bei denen der Faserverbundwerkstoff sich abwechselnde Schichten der zuvor erläuterten Art aufweist, bieten den Vorteil, dass die genannten Materialkombinationen in der Praxis erprobt sind und zufriedenstellende mechanische Eigenschaften des Faserverbundbauteils mit einer guten Eignung zur Übertragung elektrischer Signale verbinden.Such developments of the invention, in which the fiber composite material has alternating layers of the type explained above, offer the advantage that the mentioned material combinations have been tried and tested in practice and combine satisfactory mechanical properties of the fiber composite component with good suitability for transmitting electrical signals.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die elektrische Leitungsanordnung mehrere elektrische Leitungen umfasst und mindestens eine elektrisch leitfähige Materialschicht mehrere elektrisch leitfähige Segmente aufweist, die elektrisch gegeneinander isoliert sind und jeweils eine elektrische Leitung der elektrischen Leitungsanordnung bilden.In a further advantageous development of the invention it is provided that the electrical line arrangement comprises several electrical lines and at least one electrically conductive material layer has several electrically conductive segments which are electrically insulated from one another and each form an electrical line of the electrical line arrangement.
Eine solche Weiterbildung der Erfindung bietet den Vorteil, dass sie die Realisierung mehrerer elektrischer Leitungen, die unterschiedliche elektrische Potentiale führen können, innerhalb einer einzigen elektrisch leitfähigen Materialschicht erlaubt. Dadurch lässt sich eine elektrische Verbindung der optoelektronischen Koppeleinrichtung mit der äußeren Oberfläche des Faserverbundbauteils mit einer geringeren Anzahl elektrisch leitfähiger Materialschichten, im Minimalfall sogar mit einer einzigen elektrisch leitfähigen Materialschicht, realisieren. Der Aufbau des erfindungsgemäßen Faserverbundbauteils wird auf diese Weise erheblich vereinfacht.Such a development of the invention offers the advantage that it allows the realization of several electrical lines, which can carry different electrical potentials, within a single electrically conductive material layer. As a result, an electrical connection of the optoelectronic coupling device to the outer surface of the fiber composite component can be realized with a smaller number of electrically conductive material layers, in the minimum case even with a single electrically conductive material layer. The structure of the fiber composite component according to the invention is considerably simplified in this way.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Faserverbundbauteil an seiner Oberfläche einen elektrischen Steckverbinder aufweist, der mit der elektrischen Leitungsanordnung verbunden ist.In a further advantageous development of the invention it is provided that the fiber composite component has an electrical connector on its surface, which is connected to the electrical line arrangement.
Eine solche Weiterbildung der Erfindung bietet den Vorteil, dass sie ein besonders einfaches und ein lösbares Kontaktieren des Faserverbundbauteils von außen ermöglicht, um die elektrische Verbindung mit der optoelektronischen Koppeleinrichtung herzustellen.Such a development of the invention offers the advantage that it enables a particularly simple and detachable contacting of the fiber composite component from the outside in order to establish the electrical connection with the optoelectronic coupling device.
Die eingangs genannte Aufgabe wird des Weiteren erfindungsgemäß gelöst durch eine Adaptereinheit für eine einen Lichtwellenleiter aufweisende faseroptische Sensoreinrichtung, wobei die Adaptereinheit
- - eine Aufnahmehülse mit einem Innenraum aufweist, die dazu eingerichtet ist, dass ein Lichtwellenleiterende in den Innenraum eingeführt und darin fixiert werden kann, und
- - eine in die Aufnahmehülse integrierte optoelektronische Koppeleinrichtung aufweist, die eine Lichtsendeeinheit und/oder eine Lichtempfangseinheit umfasst und dazu eingerichtet ist, zur Übertragung eines elektrischen Eingangssignals und/oder eines elektrischen Ausgangssignals von außen elektrisch kontaktiert zu werden, wobei die Lichtsendeeinheit dazu eingerichtet ist, aus dem elektrischen Eingangssignal ein optisches Eingangssignal zu erzeugen und das optische Eingangssignal in den Lichtwellenleiter einzukoppeln, und wobei die Lichtempfangseinheit dazu eingerichtet ist, ein optisches Ausgangssignal aus dem Lichtwellenleiter auszukoppeln und aus dem optischen Ausgangssignal das elektrische Ausgangssignal zu erzeugen, und
- - dazu eingerichtet ist, mit dem Lichtwellenleiter eingebettet zu werden in ein aus einem Faserverbundwerkstoff, der ein Fasermaterial und ein Matrixmaterial enthält, hergestelltes Faserverbundbauteil.
- - has a receiving sleeve with an interior space, which is set up so that an optical waveguide end can be introduced into the interior space and fixed therein, and
- - Has an optoelectronic coupling device integrated into the receiving sleeve, which comprises a light transmitting unit and / or a light receiving unit and is configured to be electrically contacted from the outside for the transmission of an electrical input signal and / or an electrical output signal, the light transmitting unit being configured to off to generate an optical input signal from the electrical input signal and to couple the optical input signal into the optical waveguide, and wherein the light receiving unit is configured to couple an optical output signal from the optical waveguide and to generate the electrical output signal from the optical output signal, and
- - Is set up to be embedded with the optical waveguide in a fiber composite component made from a fiber composite material that contains a fiber material and a matrix material.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Adaptereinheit die Merkmale der Adaptereinheit der faseroptischen Sensoreinrichtung des erfindungsgemäßen Faserverbundbauteils der zuvor erläuterten Art aufweist.In an advantageous development of the invention it is provided that the adapter unit has the features of the adapter unit of the fiber optic sensor device of the fiber composite component according to the invention of the type explained above.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Lichtwellenleiterende in axialer Richtung in den Innenraum einführbar ist und die Adaptereinheit mindestens eine senkrecht zu der axialen Richtung verlaufende Ausdehnung hat, die höchstens 1,0 mm beträgt, insbesondere höchstens 0,5 mm beträgt, insbesondere höchstens 0,4 mm beträgt, insbesondere höchstens 0,3 mm beträgt, insbesondere höchstens 0,2 mm beträgt, insbesondere höchstens 0,1 mm beträgt.In a further advantageous development of the invention it is provided that the optical waveguide end can be inserted into the interior space in the axial direction and the adapter unit has at least one extension running perpendicular to the axial direction that is at most 1.0 mm, in particular at most 0.5 mm , in particular at most 0.4 mm, in particular at most 0.3 mm, in particular at most 0.2 mm, in particular at most 0.1 mm.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Adaptereinheit mindestens einen elektrisch leitfähigen Dorn aufweist, der an die Aufnahmehülse angesetzt ist und sich von der Aufnahmehülse weg erstreckt, wobei der mindestens eine Dorn dazu eingerichtet ist, beim Herstellen des Faserverbundbauteils den Faserverbundwerkstoff bis zu einer äußeren Oberfläche des Faserverbundbauteils zu durchstoßen und die optoelektronische Koppeleinrichtung mit der äußeren Oberfläche des Faserverbundbauteils zur Übertragung des elektrischen Eingangssignals und/oder des elektrischen Ausgangssignals zu verbinden.In a further advantageous development of the invention it is provided that the adapter unit has at least one electrically conductive mandrel which is attached to the receiving sleeve and extends away from the receiving sleeve, the at least one mandrel being designed to support the fiber composite material up to when the fiber composite component is manufactured to pierce an outer surface of the fiber composite component and to connect the optoelectronic coupling device to the outer surface of the fiber composite component for transmission of the electrical input signal and / or the electrical output signal.
Bezüglich der Vorteile einer solchen erfindungsgemäßen Adaptereinheit und ihrer vorteilhaften Weiterbildungen kann auf die Ausführungen zu dem erfindungsgemäßen Faserverbundbauteil verwiesen werden.With regard to the advantages of such an adapter unit according to the invention and its advantageous developments, reference can be made to the statements relating to the fiber composite component according to the invention.
Die eingangs genannte Aufgabe wird außerdem gelöst durch eine faseroptische Sensoreinrichtung, die mindestens eine Adaptereinheit der zuvor erläuterten Art aufweist und einen Lichtwellenleiter aufweist, der sich von einem ersten Lichtwellenleiterende bis zu einem zweiten Lichtwellenleiterende erstreckt, wobei eines der Lichtwellenleiterenden in den Innenraum der Aufnahmehülse der Adaptereinheit eingeführt und darin fixiert ist und wobei die faseroptische Sensoreinrichtung dazu eingerichtet ist, eingebettet zu werden in ein aus einem Faserverbundwerkstoff, der ein Fasermaterial und ein Matrixmaterial enthält, hergestelltes Faserverbundbauteil.The above-mentioned object is also achieved by a fiber-optic sensor device which has at least one adapter unit of the type explained above and has an optical waveguide that extends from a first optical waveguide end to a second optical waveguide end, one of the optical waveguide ends entering the interior of the receiving sleeve of the adapter unit is introduced and fixed therein and wherein the fiber-optic sensor device is set up to be embedded in a fiber composite component produced from a fiber composite material that contains a fiber material and a matrix material.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die faseroptische Sensoreinrichtung die Merkmale der Sensoreinrichtung des erfindungsgemäßen Faserverbundbauteils der zuvor erläuterten Art aufweist.In an advantageous development of the invention it is provided that the fiber optic sensor device has the features of the sensor device of the fiber composite component according to the invention of the type explained above.
Bezüglich der Vorteile einer solchen erfindungsgemäßen faseroptischen Sensoreinrichtung und ihrer vorteilhaften Weiterbildungen kann auf die Ausführungen zu dem erfindungsgemäßen Faserverbundbauteil verwiesen werden.With regard to the advantages of such a fiber optic sensor device according to the invention and its advantageous developments, reference can be made to the statements relating to the fiber composite component according to the invention.
Die eingangs genannte Aufgabe wird darüber hinaus gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils aus einem Faserverbundwerkstoff, der ein Fasermaterial und ein Matrixmaterial enthält, wobei vor einem Aushärten des Matrixmaterials eine faseroptische Sensoreinrichtung der zuvor erläuterten Art in das Faserverbundbauteil eingebettet wird.The above-mentioned object is also achieved by a method for producing a fiber composite component from a fiber composite material that contains a fiber material and a matrix material, a fiber-optic sensor device of the type explained above being embedded in the fiber composite component before the matrix material hardens.
Die eingangs genannte Aufgabe wird des Weiteren gelöst durch die Verwendung einer Adaptereinheit der zuvor erläuterten Art und/oder einer faseroptischen Sensoreinrichtung der zuvor erläuterten Art zur Prozessüberwachung bei der Herstellung eines Faserverbundbauteils.The object mentioned at the beginning is further achieved by using an adapter unit of the type explained above and / or a fiber-optic sensor device of the type explained above for process monitoring during the production of a fiber composite component.
Die eingangs genannte Aufgabe wird des Weiteren gelöst durch die Verwendung einer Adaptereinheit der zuvor erläuterten Art und/oder einer faseroptischen Sensoreinrichtung der zuvor erläuterten Art zur messtechnischen Untersuchung eines Faserverbundbauteils.The object mentioned at the beginning is also achieved by using a Adapter unit of the type explained above and / or a fiber-optic sensor device of the type explained above for the metrological examination of a fiber composite component.
Die eingangs genannte Aufgabe wird des Weiteren gelöst durch die Verwendung einer Adaptereinheit der zuvor erläuterten Art und/oder einer faseroptischen Sensoreinrichtung der zuvor erläuterten Art für ein Structural Health Monitoring eines Faserverbundbauteils.The object mentioned at the beginning is also achieved by using an adapter unit of the type explained above and / or a fiber-optic sensor device of the type explained above for structural health monitoring of a fiber composite component.
Die Erfindung soll im Folgenden anhand der in den beigefügten Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:
-
1 - eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Faserverbundbauteils; -
2 - einen Längsschnitt einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Adaptereinheit mit einem eingeführten Lichtwellenleiter; -
3 - eine schematische Explosivdarstellung einer Faserlage des Faserverbundbauteils mit Adaptereinheit und Lichtwellenleiter; -
4 - eine schematische Darstellung einer Faserlage des Faserverbundbauteils mit Adaptereinheit und in die Adaptereinheit eingeführtem Lichtwellenleiter; -
5 - eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der elektrischen Leitungsanordnung mit Verdrahtungsleitungen; -
6 - eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der elektrischen Leitungsanordnung mit elektrisch leitfähigen Materialschichten; -
7 - eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Adaptereinheit mit elektrisch leitfähigen Dornen; -
8 - einen Längsschnitt und einen Querschnitt einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Adaptereinheit.
-
1 - A schematic sectional view of a fiber composite component according to the invention; -
2 - A longitudinal section of an embodiment of the adapter unit according to the invention with an inserted optical waveguide; -
3 - A schematic exploded view of a fiber layer of the fiber composite component with adapter unit and optical waveguide; -
4th a schematic representation of a fiber layer of the fiber composite component with adapter unit and optical waveguide introduced into the adapter unit; -
5 a schematic representation of a first embodiment of the electrical line arrangement with wiring lines; -
6th - a schematic representation of a second embodiment of the electrical line arrangement with electrically conductive material layers; -
7th - A schematic representation of an embodiment of the adapter unit with electrically conductive spikes; -
8th - A longitudinal section and a cross section of a further embodiment of the adapter unit according to the invention.
Die
Des Weiteren ist in der
Die gesamte faseroptische Sensoreinrichtung
Die erste Adaptereinheit
Das Faserverbundbauteil
In dem in der
Die
Des Weiteren ist erkennbar, dass die Adaptereinheit
Die in der
Des Weiteren lässt die
In der
Die
Darüber hinaus weist die Adaptereinheit
Im Übrigen kann bezüglich der
Die
In der ersten Ausführungsform der elektrischen Leitungsanordnung
Die Verdrahtungsleitungen
Die beiden Verdrahtungsleitungen
Die
In dem in der
Erkennbar ist in der
Jeweils eine der beiden in
Die
Im Übrigen kann bezüglich der in den
Die
Aus den Schnittdarstellungen der
Des Weiteren ist in der
Darüber hinaus ist aus der
Die Adaptereinheit
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- FaserverbundbauteilFiber composite component
- 33
- faseroptische Sensoreinrichtungfiber optic sensor device
- 55
- Lichtwellenleiteroptical fiber
- 7a7a
- erstes Lichtwellenleiterendefirst fiber optic end
- 7b7b
- zweites Lichtwellenleiterendesecond fiber optic end
- 99
- lichtführender Kernlight-guiding core
- 1111
- AdaptereinheitAdapter unit
- 11 a11 a
- erste Adaptereinheitfirst adapter unit
- 11b11b
- zweite Adaptereinheitsecond adapter unit
- 1313
- AufnahmehülseReceiving sleeve
- 1515th
- Innenrauminner space
- 1717th
- optoelektronische Koppeleinrichtungoptoelectronic coupling device
- 1919th
- FaserlageFiber layer
- 2121st
- LichtsendeeinheitLight emitting unit
- 2323
- LichtempfangseinheitLight receiving unit
- 2525th
- elektrische Leitungsanordnungelectrical line arrangement
- 2727
- äußere Oberfläche des Faserverbundbauteilsouter surface of the fiber composite component
- 2929
- Dornmandrel
- 3131
- VerdrahtungsleitungWiring line
- 3333
- elektrisch leitfähige Materialschichtelectrically conductive material layer
- 3535
- KontaktierungseinrichtungContacting device
- 3737
- Platinecircuit board
- 3939
- LEDLED
- 4141
- Faserbündel (Roving)Fiber bundle (roving)
- AA.
- axiale Richtungaxial direction
- DD.
- Ausdehnungexpansion
Claims (25)
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DE102019112876.5A DE102019112876B3 (en) | 2019-05-16 | 2019-05-16 | Fiber composite component, adapter unit, fiber optic sensor device and manufacturing process for this |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2799106C1 (en) * | 2023-04-07 | 2023-07-04 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Multichannel optical fibre connector |
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-
2019
- 2019-05-16 DE DE102019112876.5A patent/DE102019112876B3/en active Active
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |