DE102019204278A1 - Handling of coated fibers for composite materials - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Handhabung, insbesondere Herstellung, beschichteter Fasern (100) für einen Verbundwerkstoff, mit den Schritten: Aufnehmen (S21) eines ersten Bildes wenigstens einer beschichteten Faser mithilfe einer ersten Hyperspektral-Kamera (1); und Ermitteln (S21) eines ersten Parameters, insbesondere einer ersten Schichtdicke und/oder - zusammensetzung und/oder eines ersten Schichtzustandes, einer ersten Beschichtungsschicht der beschichteten Faser auf Basis dieses ersten Bildes; sowie wenigstens einem der Schritte: Ermitteln, insbesondere Prüfen (S22), einer Qualität der beschichteten Faser auf Basis dieses ersten Parameters; und/oder Verändern einer ersten Steuergröße eines Herstellungsprozesses zum Herstellen einer, insbesondere der, beschichteten Faser, insbesondere eines Beschichtungsprozesses zum Herstellen der ersten Beschichtungsschicht, auf Basis dieses ersten Parameters (S23).The present invention relates to a method and a device for handling, in particular producing, coated fibers (100) for a composite material, with the following steps: recording (S21) a first image of at least one coated fiber with the aid of a first hyperspectral camera (1); and determining (S21) a first parameter, in particular a first layer thickness and / or composition and / or a first layer state, a first coating layer of the coated fiber on the basis of this first image; and at least one of the steps: determining, in particular testing (S22), a quality of the coated fiber on the basis of this first parameter; and / or changing a first control variable of a production process for producing a, in particular the coated fiber, in particular a coating process for producing the first coating layer, on the basis of this first parameter (S23).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Handhabung, insbesondere Herstellung, beschichteter Fasern für Verbundwerkstoffe, ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs mit einer beschichteten Faser sowie Vorrichtungen zur Durchführung dieser Verfahren.The present invention relates to a method for handling, in particular producing, coated fibers for composite materials, a method for producing a composite material with a coated fiber and devices for carrying out these processes.
Durch eine ein- oder mehrlagige Beschichtung von Fasern für bzw. von (Faser)Verbundwerkstoffe(n) können insbesondere die Fasern geschützt und/oder die Handhabung der Fasern und/oder Eigenschaften des Verbundwerkstoffes verbessert werden. So können in einer Ausführung Interphasen keramischer Fasern bzw. (Faser)Verbundwerkstoffe die Sprödigkeit, Rissausbreitung, Festigkeit, Bearbeitbarkeit und/oder andere Eigenschaften verbessern und/oder vor Umwelteinflüssen, insbesondere Oxidation, schützen. Insbesondere bei SiC/SiC-Werkstoffen sind Interphasen häufig (die) entscheidende(n) Komponente(n).A single or multi-layer coating of fibers for or of (fiber) composite materials can in particular protect the fibers and / or improve the handling of the fibers and / or properties of the composite material. Thus, in one embodiment, interphases of ceramic fibers or (fiber) composite materials can improve the brittleness, crack propagation, strength, machinability and / or other properties and / or protect against environmental influences, in particular oxidation. In the case of SiC / SiC materials in particular, interphases are often (the) decisive component (s).
Eine Aufgabe einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist es, Fasern für Verbundwerkstoffe bzw. (Faser)Verbundwerkstoffe bzw. deren Handhabung, insbesondere Herstellung, zu verbessern und/oder diese, insbesondere deren Qualität, zu überprüfen und/oder zu sichern.One object of an embodiment of the present invention is to improve fibers for composite materials or (fiber) composite materials or their handling, in particular production, and / or to check and / or ensure these, in particular their quality.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. 7 gelöst. Ansprüche 9, 10 stellen Vorrichtungen zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens unter Schutz. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved by a method having the features of
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren zur Handhabung, in einer Ausführung zur Herstellung, beschichteter Fasern für, in einer Ausführung eines, Verbundwerkstoffe(s), die Schritte auf:
- - Aufnehmen eines Bildes wenigstens einer beschichteten Faser mithilfe einer Hyperspektral-Kamera, in einer Ausführung ohne Beschädigung der beschichteten Faser; und
- - Ermitteln eines ein- oder mehrdimensionalen Parameters, in einer Ausführung einer Schichtdicke und/oder einer, insbesondere chemischen, Schichtzusammensetzung und/oder eines Schichtzustands, einer Beschichtungsschicht dieser beschichteten Faser auf Basis dieses Bildes.
- Taking an image of at least one coated fiber with the aid of a hyperspectral camera, in an embodiment without damaging the coated fiber; and
- Determination of a one-dimensional or multi-dimensional parameter, in one embodiment a layer thickness and / or an, in particular chemical, layer composition and / or a layer state, of a coating layer of this coated fiber on the basis of this image.
Dieses Bild, diese Hyperspektral-Kamera, Beschichtungsschicht, Schichtdicke und Schichtzusammensetzung und dieser Parameter und Schichtzustand werden vorliegend ohne Beschränkung der Allgemeinheit als erstes Bild, erste Hyperspektral-Kamera, erste Beschichtungsschicht, erste Schichtdicke, erste Schichtzusammensetzung, erster Parameter bzw. erster Schichtzustand bezeichnet. Die erste Hyperspektral-Kamera kann somit eine in einem Verfahren bzw. Herstellungsprozess stromaufwärtigste Hyperspektral-Kamera oder auch eine einer solchen nachfolgende angeordnet)e Hyperspektral-Kamera sein, die erste Beschichtungsschicht eine unmittelbar auf der Faser aufgebrachte Beschichtungsschicht oder auch eine Beschichtungsschicht auf der bereits mit einer oder mehreren (anderen) Beschichtungsschichten beschichteten Faser etc..This image, this hyperspectral camera, coating layer, layer thickness and layer composition and this parameter and layer state are referred to here without loss of generality as the first image, first hyperspectral camera, first coating layer, first layer thickness, first layer composition, first parameter or first layer state. The first hyperspectral camera can thus be a hyperspectral camera that is most upstream in a method or manufacturing process or a hyperspectral camera arranged downstream of one of these, the first coating layer can be a coating layer applied directly to the fiber or a coating layer on the already included one or more (other) coating layers coated fiber etc ..
Durch Hyperspektral-Kameras können in einer Ausführung besonders vorteilhaft Schichtdicken, chemische Schichtzusammensetzungen und/oder Schichtzustände, insbesondere Schichtdefekte bzw. eine defekte bzw. nicht defekte Schicht, ermittelt werden, in einer Ausführung gleichzeitig und/oder in situ. Eine Hyperspektral-Kamera umfasst in einer Ausführung eine (hyperspektrale) Bildgebung und/oder -auswertung.In one embodiment, hyperspectral cameras can particularly advantageously determine layer thicknesses, chemical layer compositions and / or layer states, in particular layer defects or a defective or non-defective layer, in one embodiment simultaneously and / or in situ. In one embodiment, a hyperspectral camera includes (hyperspectral) imaging and / or evaluation.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist das Verfahren den Schritt auf: Ermitteln, in einer Ausführung Prüfen, einer Qualität der beschichteten Faser, insbesondere der ersten Beschichtungsschicht, auf Basis dieses ersten Parameters.According to one embodiment of the present invention, the method has the step: determining, in one embodiment testing, a quality of the coated fiber, in particular of the first coating layer, on the basis of this first parameter.
Zusätzlich oder alternativ weist das Verfahren nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung den Schritt auf: Verändern einer Steuergröße eines Herstellungsprozesses zum Herstellen einer beschichteten Faser, insbesondere (eines stromaufwärtigen Abschnitts) der beschichteten Faser, von der das erste Bild aufgenommen worden ist, oder einer hierzu gleichartigen beschichteten Faser, in einer Ausführung eines Beschichtungsprozesses zum Herstellen der ersten Beschichtungsschicht, auf Basis dieses ersten Parameters, in einer Ausführung in- bzw. online und/oder kontinuierlich, wobei diese Steuergröße wiederum ohne Beschränkung der Allgemeinheit als erste Steuergröße bezeichnet wird.Additionally or alternatively, the method according to an embodiment of the present invention has the step: changing a control variable of a manufacturing process for manufacturing a coated fiber, in particular (an upstream section) of the coated fiber of which the first image was recorded, or a similar one coated fiber, in one embodiment of a coating process for producing the first coating layer, based on this first parameter, in one embodiment in or online and / or continuously, this control variable in turn being referred to as the first control variable without loss of generality.
Hierdurch kann in einer Ausführung die Handhabung, insbesondere Herstellung, einer beschichteten Faser verbessert werden. So können insbesondere anhand der Prüfung vorteilhaft bereits frühzeitig fehlerhafte Fasern oder Faserabschnitte, insbesondere fehlerhaft beschichtete Fasern bzw. Faserabschnitte bzw. Fasern bzw. Faserabschnitte mit fehlerhafter erster Beschichtungsschicht, ausgesondert oder nachbearbeitet, insbesondere neu beschichtet, und so insbesondere die Qualität des Verbundwerkstoffes verbessert werden. Zusätzlich oder alternativ kann insbesondere anhand der Veränderung der ersten Steuergröße der Herstellungs-, insbesondere Beschichtungsprozess verbessert werden.In one embodiment, this can improve the handling, in particular the production, of a coated fiber. In particular, by means of the test, defective fibers or fiber sections, in particular incorrectly coated fibers or fiber sections or fibers or fiber sections with a defective first coating layer, can be separated out or reworked, in particular newly coated, and in particular the quality of the composite can be improved. Additionally or alternatively, the manufacturing process, in particular the coating process, can be improved in particular on the basis of the change in the first control variable.
Das Herstellen kann in einer Ausführung das Herstellen der (zu beschichtenden bzw. noch nicht beschichteten) Faser selber umfassen. Gleichermaßen kann in einer anderen Ausführung die (noch mit der ersten Beschichtungsschicht) zu beschichtende bzw. noch nicht (mit der ersten Beschichtungsschicht) beschichtete Faser als Halbzeug bzw. Ausgangsmaterial verwendet werden bzw. (bereits) vorliegen bzw. zur Verfügung stehen bzw. gestellt werden bzw. sein, eine beschichtete Faser insbesondere durch Beschichten einer bereits vorhandenen, noch nicht (mit der ersten Beschichtungsschicht) beschichteten Faser bzw. aus einer bereits vorhandenen, noch nicht (mit der ersten Beschichtungsschicht) beschichteten Faser erfindungsgemäß hergestellt werden.In one embodiment, the production can include the production of the fiber itself (to be coated or not yet coated). Likewise, in another embodiment, the fiber to be coated (still with the first coating layer) or not yet coated (with the first coating layer) can be used as a semifinished product or starting material or (already) be present or available or made available or be, a coated fiber in particular by coating an already existing fiber not yet coated (with the first coating layer) or from an existing fiber not yet coated (with the first coating layer) according to the invention.
In einer Ausführung weist das Verfahren die Schritte auf:
- - Aufnehmen wenigstens eines weiteren Bildes der beschichteten Faser (von der das erste Bild aufgenommen worden ist) mithilfe der ersten Hyperspektral-Kamera oder einer weiteren Hyperspektral-Kamera, in einer Ausführung ohne Beschädigung d(ies)er beschichteten Faser; und
- - Ermitteln des ersten Parameters oder eines weiteren ein- oder mehrdimensionalen Parameters, in einer Ausführung einer (weiteren) Schichtdicke und/oder, insbesondere chemischen, Schichtzusammensetzung/oder eines (weiteren) Schichtzustandes, der ersten Beschichtungsschicht und/oder wenigstens einer weiteren Beschichtungsschicht d(ies)er beschichteten Faser auf Basis dieses weiteren Bildes;
- Taking at least one further image of the coated fiber (of which the first image was recorded) with the aid of the first hyperspectral camera or a further hyperspectral camera, in an embodiment without damaging the coated fiber; and
- - Determination of the first parameter or a further one- or multi-dimensional parameter, in one embodiment of a (further) layer thickness and / or, in particular chemical, layer composition / or a (further) layer state, the first coating layer and / or at least one further coating layer d ( ies) he coated fiber based on this further image;
In einer Ausführung wird die Qualität der beschichteten Faser (auch) auf Basis dieses (ersten bzw. weiteren) Parameters ermittelt, in einer Ausführung geprüft, insbesondere die Qualität der weiteren Beschichtungsschicht. Zusätzlich oder alternativ wird in einer Ausführung die erste Steuergröße und/oder eine weitere Steuergröße des Herstellungsprozesses auf Basis dieses (ersten bzw. weiteren) Parameters verändert, in einer Ausführung in- bzw. online und/oder kontinuierlich.In one embodiment, the quality of the coated fiber is (also) determined on the basis of this (first or further) parameter, and in one embodiment it is checked, in particular the quality of the further coating layer. Additionally or alternatively, in one embodiment the first control variable and / or a further control variable of the manufacturing process is changed on the basis of this (first or further) parameter, in one embodiment internally or online and / or continuously.
Somit werden in einer Ausführung das erste und wenigstens ein weiteres Bild der beschichteten Faser mithilfe der ersten Hyperspektral-Kamera aufgenommen. Dadurch kann in einer Ausführung diese erste Hyperspektral-Kamera besser genutzt bzw. ein apparativer Aufwand reduziert werden.Thus, in one embodiment, the first and at least one further image of the coated fiber are recorded with the aid of the first hyperspectral camera. As a result, in one embodiment, this first hyperspectral camera can be used better or the outlay on equipment can be reduced.
Zusätzlich oder alternativ wird in einer Ausführung ein weiteres Bild der beschichteten Faser mithilfe einer weiteren Hyperspektral-Kamera aufgenommen. Dadurch können in einer Ausführung die erste und weitere Hyperspektral-Kamera besser, insbesondere voneinander beabstandet, positioniert werden und/oder verschieden(artig)e Bilder aufnehmen, die vorteilhafterweise unterschiedliche Auswertungen ermöglichen können.Additionally or alternatively, in one embodiment a further image of the coated fiber is recorded with the aid of a further hyperspectral camera. As a result, in one embodiment, the first and further hyperspectral cameras can be positioned better, in particular at a distance from one another, and / or record different (like) images which can advantageously enable different evaluations.
Zusätzlich oder alternativ wird in einer Ausführung der erste Parameter auf Basis des ersten und weiteren Bildes ermittelt. Dadurch können in einer Ausführung unterschiedliche Komponenten des mehrdimensionalen Parameters vorteilhaft ermittelt und/oder eine Zuverlässigkeit und/oder Präzision des Parameters verbessert werden.Additionally or alternatively, in one embodiment the first parameter is determined on the basis of the first and further images. As a result, different components of the multidimensional parameter can advantageously be determined in one embodiment and / or a reliability and / or precision of the parameter can be improved.
Zusätzlich oder alternativ wird in einer Ausführung ein weiterer Parameter auf Basis des weiteren Bildes ermittelt. Dadurch können in einer Ausführung unterschiedliche Parameter zur Prüfung und/oder Beeinflussung des Herstellungsprozesses genutzt und dadurch insbesondere Umfang, Zuverlässigkeit und/oder Präzision der Prüfung bzw. Beeinflussung verbessert werden, insbesondere der erste Parameter für die Prüfung und/oder Beeinflussung der ersten Beschichtungsschicht und/oder der weitere Parameter für die Prüfung und/oder Beeinflussung der weiteren Beschichtungsschicht.Additionally or alternatively, in one embodiment a further parameter is determined on the basis of the further image. As a result, different parameters can be used in one embodiment for checking and / or influencing the manufacturing process and thereby in particular the scope, reliability and / or precision of the checking or influencing can be improved, in particular the first parameter for checking and / or influencing the first coating layer and / or the further parameter for testing and / or influencing the further coating layer.
Zusätzlich oder alternativ ist in einer Ausführung der Parameter, der auf Basis des weiteren Bildes ermittelt wird, ein, insbesondere der erste oder weitere, Parameter der ersten Beschichtungsschicht. Dadurch kann in einer Ausführung die Prüfung und/oder Herstellung der ersten Beschichtungsschicht verbessert werden.Additionally or alternatively, in one embodiment the parameter that is determined on the basis of the further image is a, in particular the first or further, parameter of the first coating layer. As a result, the testing and / or production of the first coating layer can be improved in one embodiment.
Zusätzlich oder alternativ ist in einer Ausführung der Parameter, der auf Basis des weiteren Bildes ermittelt wird, ein, insbesondere der, weitere, Parameter der weiteren Beschichtungsschicht. Dadurch kann in einer Ausführung zusätzlich zur ersten noch eine weitere Beschichtungsschicht geprüft und damit die Prüfung und/oder Herstellung der Faser verbessert werden.Additionally or alternatively, in one embodiment the parameter that is determined on the basis of the further image is one, in particular the, further, parameter of the further coating layer. As a result, in one embodiment, a further coating layer can be tested in addition to the first and thus the testing and / or production of the fiber can be improved.
Indem zwischen dem Aufnehmen des ersten Bildes und des weiteren Bildes die beschichtete Faser verändert, insbesondere mit wenigstens einer, insbesondere der, weiteren Beschichtungsschicht beschichtet, wird, kann diese Veränderung in einer Ausführung vorteilhaft überwacht und/oder angepasst werden.By changing the coated fiber between the recording of the first image and the further image, in particular being coated with at least one, in particular the further coating layer, this change can advantageously be monitored and / or adapted in one embodiment.
In einer Ausführung weist das Verfahren wenigstens einen Prozessschritt auf, bei dem die Faser verändert, in einer Ausführung umgeformt, insbesondere abgewickelt, und/oder mit wenigstens einer, insbesondere der ersten, Beschichtungsschicht beschichtet wird, bevor das erste Bild von dieser (dann) beschichteten Faser aufgenommen wird. Dadurch kann in einer Ausführung dieser Prozessschritt, der ohne Beschränkung der Allgemeinheit als vorangehender Prozessschritt bezeichnet wird, vorteilhaft überwacht und/oder angepasst werden.In one embodiment, the method has at least one process step in which the fiber is changed, in one embodiment reshaped, in particular unwound, and / or with at least one one, in particular the first, coating layer is coated before the first image of this (then) coated fiber is recorded. As a result, this process step, which is referred to as the preceding process step without loss of generality, can advantageously be monitored and / or adapted in one embodiment.
Zusätzlich oder alternativ weist das Verfahren in einer Ausführung wenigstens einen Prozessschritt auf, bei dem die beschichtete Faser verändert, in einer Ausführung umgeformt, insbesondere aufgewickelt, und/oder mit wenigstens einer (zusätzlichen) Beschichtungsschicht beschichtet wird, nachdem das erste oder weitere Bild aufgenommen worden ist. Dadurch kann in einer Ausführung dieser Prozessschritt, der ohne Beschränkung der Allgemeinheit als nachfolgender Prozessschritt bezeichnet wird, vorteilhaft angepasst werden.Additionally or alternatively, the method has in one embodiment at least one process step in which the coated fiber is changed, in one embodiment reshaped, in particular wound, and / or coated with at least one (additional) coating layer after the first or further image has been recorded is. As a result, this process step, which is referred to as the following process step without loss of generality, can advantageously be adapted in one embodiment.
In einer Ausführung wird das erste und/oder weitere Bild in situ bzw. zwischen zwei Bearbeitungsstationen eines, insbesondere des, Herstellungsprozesses zum Herstellen der beschichteten Faser, insbesondere in-line, aufgenommen. Dadurch kann in einer Ausführung der Herstellungsprozess optimiert, insbesondere beschleunigt werden.In one embodiment, the first and / or further image is recorded in situ or between two processing stations of one, in particular the, production process for producing the coated fiber, in particular in-line. As a result, the manufacturing process can be optimized, in particular accelerated, in one embodiment.
Zusätzlich oder alternativ wird in einer Ausführung
- - dieser vorangehende Prozessschritt;
- - dieser nachfolgende Prozessschritt; und/oder
- - wenigstens ein Prozessschritt, bei dem die beschichtete Faser verändert, in einer Ausführung mit wenigstens einer, insbesondere der weiteren, Beschichtungsschicht beschichtet, wird, nachdem das erste Bild und bevor das weitere Bild aufgenommen wird,
- - this previous process step;
- - this subsequent process step; and or
- - At least one process step in which the coated fiber is changed, coated in one embodiment with at least one, in particular the further, coating layer, after the first image and before the further image is recorded,
Hierdurch kann die Handhabung, insbesondere Herstellung der beschichteten Faser (weiter) verbessert werden.In this way, the handling, in particular the production of the coated fiber, can be (further) improved.
In einer Ausführung wird eine beschichtete Faser oder ein (entsprechender) Faserabschnitt der beschichteten Faser bzw. die beschichtete Faser wenigstens abschnittsweise
- - aussortiert, falls ihre bzw. seine ermittelte Qualität in einem, insbesondere vorgegebenen, ersten Bereich liegt, und
- - nicht aussortiert, falls ihre bzw. seine ermittelte Qualität in einem von dem ersten Bereich verschiedenen, insbesondere vorgegebenen, zweiten Bereich liegt.
- - sorted out if its ascertained quality is in a, in particular a predetermined, first area, and
- - not sorted out if its ascertained quality lies in a, in particular, predetermined, second area different from the first area.
Zusätzlich oder alternativ wird in einer Ausführung eine beschichtete Faser oder ein (entsprechender) Faserabschnitt der beschichteten Faser bzw. die beschichtete Faser wenigstens abschnittsweise
- - nachbearbeitet, insbesondere neu beschichtet, falls ihre bzw. seine ermittelte Qualität in einem, insbesondere vorgegebenen, ersten Bereich liegt, und
- - nicht oder hiervon verschieden nachbearbeitet, falls ihre bzw. seine ermittelte Qualität in einem von diesem ersten Bereich verschiedenen, insbesondere vorgegebenen, zweiten Bereich liegt.
- - reworked, in particular newly coated, if its determined quality is in a, in particular predetermined, first range, and
- - not reworked or reworked differently from this, if its ascertained quality lies in a second area that is different from this first area, in particular a predetermined second area.
In einer Weiterbildung wird eine beschichtete Faser oder ein (entsprechender) Faserabschnitt der beschichteten Faser bzw. die beschichtete Faser wenigstens abschnittsweise
- - aussortiert, falls ihre bzw. seine ermittelte Qualität in einem, insbesondere vorgegebenen, ersten Bereich liegt,
- - nicht aussortiert, aber nachbearbeitet, insbesondere neu beschichtet, falls ihre bzw. seine ermittelte Qualität in einem von dem ersten Bereich verschiedenen, insbesondere vorgegebenen, zweiten Bereich liegt, und
- - nicht oder hiervon verschieden nachbearbeitet, falls ihre bzw. seine ermittelte Qualität in einem von dem ersten und zweiten Bereich verschiedenen dritten Bereich liegt.
- - sorted out if its determined quality is in a, in particular a predetermined, first area,
- - not sorted out, but reworked, in particular newly coated, if its determined quality is in a different, in particular predetermined, second area from the first area, and
- - not reworked or reworked differently from this if its determined quality lies in a third area different from the first and second area.
Hierdurch kann die Handhabung, insbesondere Herstellung der beschichteten Faser und/oder des Verbundwerkstoffes verbessert werden.This can improve the handling, in particular the production of the coated fiber and / or the composite material.
In einer Ausführung nimmt die erste Hyperspektral-Kamera das erste und/oder weitere Bild kontinuierlich und/oder in situ, insbesondere während eines, insbesondere des, Herstellungsprozesses der beschichteten Faser, auf und/oder auf, während die Faser an ihr, in einer Ausführung kontinuierlich und/oder von einer Bearbeitungsstation zu einer weiteren Bearbeitungsstation, vorbeigeführt wird.In one embodiment, the first hyperspectral camera records and / or records the first and / or further image continuously and / or in situ, in particular during one, in particular the, production process for the coated fiber, while the fiber is on it in one embodiment continuously and / or from one processing station to a further processing station.
Zusätzlich oder alternativ nimmt in einer Ausführung die weitere Hyperspektral-Kamera das weitere Bild kontinuierlich und/oder in situ, insbesondere während eines, insbesondere des, Herstellungsprozesses auf und/oder auf, während die Faser an ihr, in einer Ausführung kontinuierlich und/oder von einer Bearbeitungsstation zu einer weiteren Bearbeitungsstation, vorbeigeführt wird.Additionally or alternatively, in one embodiment, the further hyperspectral camera records and / or records the further image continuously and / or in situ, in particular during one, in particular the, production process, while the fiber is on it, in one embodiment continuously and / or from one processing station to another processing station, is passed.
Hyperspektral-Kameras ermöglichen somit in einer Ausführung eine kontinuierliche und/oder in situ Prüfung der beschichteten Faser während ihrer Handhabung, insbesondere Herstellung. Hierdurch kann in einer Ausführung eine in-line Qualitätskontrolle durchgeführt und/oder, insbesondere dadurch, die Handhabung, insbesondere Herstellung der beschichteten Faser und/oder des Verbundwerkstoffes verbessert werden. Das erste bzw. weitere Bild ist in einer Ausführung entsprechend (jeweils) ein aktuelles (erstes bzw. weiteres) Bild.Thus, in one embodiment, hyperspectral cameras enable continuous and / or in situ testing of the coated fiber during its handling, in particular its manufacture. This allows an in-line Quality control carried out and / or, in particular thereby, the handling, in particular production of the coated fiber and / or the composite material can be improved. In one embodiment, the first or further image is correspondingly (in each case) a current (first or further) image.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung wird ein Verbundwerkstoff mit einer beschichteten Faser hergestellt, die, insbesondere zuvor, mittels eines hier beschriebenen Verfahrens handgehabt, insbesondere hergestellt (worden) ist bzw. wird.According to one embodiment of the present invention, a composite material is produced with a coated fiber which, in particular previously, has been handled, in particular produced, by means of a method described here.
Die nach einem erfindungsgemäßen Verfahren handgehabte, insbesondere hergestellte, bzw. zur Herstellung des Verbundwerkstoffes verwendete beschichtete Faser ist in einer Ausführung eine keramische Faser, in einer Weiterbildung weist sie Siliciumcarbid (SiC) und/oder Aluminiumoxid (Al2O3) auf, kann insbesondere hieraus bestehen.The coated fiber, which is hand-handled, in particular produced, or used for producing the composite material is in one embodiment a ceramic fiber, in a further development it comprises silicon carbide (SiC) and / or aluminum oxide (Al 2 O 3 ), in particular consist of this.
Zusätzlich oder alternativ ist in einer Ausführung der Verbundwerkstoff eine Verbundkeramik, in einer Ausführung weist er eine keramische Matrix auf, welche ihrerseits in einer Ausführung SiC und/oder Al2O3 aufweisen kann.Additionally or alternatively, in one embodiment the composite material is a composite ceramic, in one embodiment it has a ceramic matrix which in turn can have SiC and / or Al 2 O 3 in one embodiment.
Somit ist der Verbundwerkstoff in einer Ausführung eine Faserkeramik, faserverstärkte Keramik bzw. Verbundkeramik, insbesondere CMC („Ceramic Matrix Composite“) bzw. die beschichtete Faser hierzu vorgesehen, insbesondere eingerichtet bzw. wird hierfür verwendet.Thus, in one embodiment, the composite material is a fiber ceramic, fiber-reinforced ceramic or composite ceramic, in particular CMC (“Ceramic Matrix Composite”) or the coated fiber is provided for this purpose, in particular set up or used for this purpose.
Zusätzlich oder alternativ bildet in einer Ausführung die erste und/oder weitere Beschichtungsschicht eine Interphase, Matrix-Vorstufe oder Prepreg-Imprägnierung, insbesondere die erste Beschichtungsschicht eine Interphase und die weitere Beschichtungsschicht eine weitere Interphase oder eine Matrix-Vorstufe oder Prepreg-Imprägnierung. Zusätzlich oder alternativ wird bzw. ist in einer Ausführung die erste und/oder weitere Beschichtungsschicht aus einer Gas- oder Flüssigphase abgeschieden und/oder weist Bornitrid (BN), SiC, Si3N4, Pyrocarbon und/oder einen Multilayer-Aufbau auf. Insbesondere kann die erste und/oder weitere Beschichtungsschicht mittels chemischer Gasphasenabscheidung („chemical vapour deposition“ CVD) hergestellt werden und/oder die erste oder weitere Beschichtungsschicht eine Vorimprägnierung zur Herstellung einer Matrix-Vorstufe oder eines Prepregs aufweisen, insbesondere sein. Entsprechend umfasst die Herstellung bzw. der Herstellungsprozess in einer Ausführung die Herstellung einer Matrix-Vorstufe oder eines Prepregs für einen bzw. eines Verbundwerkstoff(es).Additionally or alternatively, in one embodiment, the first and / or further coating layer forms an interphase, matrix precursor or prepreg impregnation, in particular the first coating layer forms an interphase and the further coating layer forms a further interphase or a matrix precursor or prepreg impregnation. Additionally or alternatively, in one embodiment, the first and / or further coating layer is or is deposited from a gas or liquid phase and / or has boron nitride (BN), SiC, Si 3 N 4 , pyrocarbon and / or a multilayer structure. In particular, the first and / or further coating layer can be produced by means of chemical vapor deposition (“chemical vapor deposition” CVD) and / or the first or further coating layer can have, in particular be, a pre-impregnation for producing a matrix precursor or a prepreg. Correspondingly, the production or the production process in one embodiment comprises the production of a matrix precursor or a prepreg for a or a composite material (es).
Dies stellt jeweils, insbesondere in Kombination von zwei oder mehr der vorgenannten Merkmale, besonders vorteilhafte Anwendungen eines erfindungsgemäßen Verfahrens dar, insbesondere aufgrund der Prozessanforderungen solcher beschichteten Fasern, Verbundwerkstoffe bzw. Beschichtungen.In each case, in particular in combination of two or more of the aforementioned features, this represents particularly advantageous applications of a method according to the invention, in particular due to the process requirements of such coated fibers, composite materials or coatings.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens eingerichtet und/oder weist auf:
- - eine erste Hyperspektral-Kamera zum Aufnehmen eines ersten Bildes wenigstens einer beschichteten Faser; und
- - Mittel zum Ermitteln eines ersten Parameters, insbesondere einer ersten Schichtdicke und/oder -zusammensetzung und/oder eines ersten Schichtzustandes, einer ersten Beschichtungsschicht der beschichteten Faser auf Basis dieses ersten Bildes.
- a first hyperspectral camera for recording a first image of at least one coated fiber; and
- - Means for determining a first parameter, in particular a first layer thickness and / or composition and / or a first layer state, a first coating layer of the coated fiber on the basis of this first image.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist die Vorrichtung weiter auf: Mittel zum Ermitteln, insbesondere Prüfen, einer Qualität der beschichteten Faser auf Basis dieses ersten Parameters.According to one embodiment of the present invention, the device furthermore has: means for determining, in particular testing, a quality of the coated fiber on the basis of this first parameter.
Zusätzlich oder alternativ weist die Vorrichtung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weiter auf: Mittel zum Verändern einer ersten Steuergröße eines Herstellungsprozesses zum Herstellen einer, insbesondere der, beschichteten Faser, insbesondere eines Beschichtungsprozesses zum Herstellen der ersten Beschichtungsschicht, auf Basis dieses ersten Parameters.Additionally or alternatively, the device according to an embodiment of the present invention further comprises: means for changing a first control variable of a manufacturing process for manufacturing a, in particular the, coated fiber, in particular a coating process for manufacturing the first coating layer, based on this first parameter.
Ein Mittel im Sinne der vorliegenden Erfindung kann hard- und/oder softwaretechnisch ausgebildet sein, insbesondere eine, vorzugsweise mit einem Speicher- und/oder Bussystem daten- bzw. signalverbundene, insbesondere digitale, Verarbeitungs-, insbesondere Mikroprozessoreinheit, insbesondere wenigstens eine CPU,und/oder ein oder mehrere Programme oder Programmmodule aufweisen. Die Verarbeitungseinheit kann dazu ausgebildet sein, Befehle, die als ein in einem Speichersystem abgelegtes Programm implementiert sind, abzuarbeiten, Eingangssignale von einem Datenbus zu erfassen und/oder Ausgangssignale an einen Datenbus abzugeben. Ein Speichersystem kann ein oder mehrere, insbesondere verschiedene, Speichermedien, insbesondere optische, magnetische, Festkörper- und/oder andere nichtflüchtige Medien aufweisen. Das Programm kann derart beschaffen sein, dass es die hier beschriebenen Verfahren verkörpert bzw. auszuführen imstande ist, sodass die Verarbeitungseinheit die Schritte solcher Verfahren ausführen kann und damit insbesondere die Vorrichtung betreiben bzw. die Faser handhaben bzw. den Verbundwerkstoff herstellen kann.A means within the meaning of the present invention can be designed in terms of hardware and / or software, in particular a processing unit, in particular a microprocessor unit, in particular at least one CPU, and in particular a digital processing unit, preferably a data or signal connected to a memory and / or bus system / or have one or more programs or program modules. The processing unit can be designed to process commands that are implemented as a program stored in a memory system, to acquire input signals from a data bus and / or to output output signals to a data bus. A storage system can have one or more, in particular different, storage media, in particular optical, magnetic, solid-state and / or other non-volatile media. The program can be designed in such a way that it embodies or is able to execute the methods described here, so that the processing unit can execute the steps of such methods and thus in particular operate the device or handle the fiber or produce the composite material.
In einer Ausführung werden ein oder mehrere, insbesondere alle, Schritte des Verfahrens vollständig oder teilweise automatisiert durchgeführt, insbesondere durch die Vorrichtung bzw. ihr(e) Mittel.In one embodiment, one or more, in particular all, steps of the method are carried out completely or partially automatically, in particular by the device or its means.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:
-
1 eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zur Herstellung einer beschichteten Faser bzw. eines Verbundwerkstoffs mit der beschichteten Faser nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung; und -
2 ein Flussdiagramm des Verfahrens.
-
1 an apparatus and a method for producing a coated fiber or a composite material with the coated fiber according to an embodiment of the present invention; and -
2 a flow chart of the process.
Eine Faser wird von einer Rolle
Nach diesem Herstellungsprozess der beschichteten Faser
Zwischen der ersten und zweiten Bearbeitungsstation ist eine erste Hyperspektral-Kamera
Die Verarbeitungseinrichtung
Auf Basis dieser Schichtdicke, -zusammensetzung bzw. dieses Schichtzustandes prüft die Verarbeitungseinrichtung
Zwischen der zweiten Bearbeitungsstation und der Rolle
Die Verarbeitungseinrichtung
Auf Basis dieser Schichtdicke, -zusammensetzung bzw. dieses Schichtzustandes prüft die Verarbeitungseinrichtung
Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt.Although exemplary embodiments have been explained in the preceding description, it should be pointed out that a large number of modifications are possible. It should also be pointed out that the exemplary designs are merely examples that are not intended to restrict the scope of protection, the applications and the structure in any way. Rather, the preceding description provides a person skilled in the art with guidelines for the implementation of at least one exemplary embodiment, with various changes, in particular with regard to the function and arrangement of the components described, being able to be made without departing from the scope of protection as it emerges from the claims and these equivalent combinations of features.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- Hyperspektral-KameraHyperspectral camera
- 22
- weitere Hyperspektral-Kameraanother hyperspectral camera
- 1010
- Rollerole
- 2020th
- erste Bearbeitungsstation (Interphasen-Beschichtung)first processing station (interphase coating)
- 3030th
- zweite Bearbeitungsstation (Prepreg-Imprägnierung)second processing station (prepreg impregnation)
- 4040
- Rollerole
- 5050
- dritte Bearbeitungsstation (Verbundwerkstoffherstellung)third processing station (composite material production)
- 100100
- Faserfiber
- 200200
- VerarbeitungseinrichtungProcessing facility
Claims (10)
Priority Applications (1)
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DE102019204278.3A Withdrawn DE102019204278A1 (en) | 2019-03-27 | 2019-03-27 | Handling of coated fibers for composite materials |
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-
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- 2019-03-27 DE DE102019204278.3A patent/DE102019204278A1/en not_active Withdrawn
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