DE102020112981A1 - Fiber composite manufacturing plant and method for manufacturing a fiber composite component - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Faserverbund-Fertigungsanlage (1) zur Herstellung eines Faserverbundbauteils (3), die- einen Autoklav (7) aufweist, der einen Innenraum (9) hat und zum Aushärten des in den Innenraum (9) eingebrachten Faserverbundbauteils (3) eingerichtet ist,- eine im Innenraum (9) des Autoklavs (7) angeordnete Sensoreinrichtung (11) aufweist, die dazu eingerichtet ist, Prozessparameter des Herstellungsprozesses in Form von Sensordaten zu erfassen,- eine im Innenraum (9) des Autoklavs (7) angeordneteKommunikationseinrichtung (13) aufweist, die dazu eingerichtet ist, die Sensordaten drahtlos zu übermitteln, und- eine im Innenraum (9) des Autoklavs (7) angeordnete Energy-Harvesting-Einrichtung (15) aufweist, die dazu eingerichtet ist, elektrische Energie zu gewinnen und die Sensoreinrichtung (11) und die Kommunikationseinrichtung (13) mit der gewonnenen elektrischen Energie zu versorgen. Die Erfindung betrifft außerdem ein entsprechendes Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils (3).The invention relates to a fiber composite manufacturing plant (1) for producing a fiber composite component (3), which has an autoclave (7) which has an interior (9) and is set up for curing the fiber composite component (3) introduced into the interior (9) - has a sensor device (11) arranged in the interior (9) of the autoclave (7), which is set up to record process parameters of the manufacturing process in the form of sensor data, - a communication device (9) arranged in the interior (9) of the autoclave (7) 13), which is set up to transmit the sensor data wirelessly, and has an energy harvesting device (15) arranged in the interior (9) of the autoclave (7), which is set up to generate electrical energy and which To supply the sensor device (11) and the communication device (13) with the electrical energy obtained. The invention also relates to a corresponding method for producing a fiber composite component (3).
Description
Die Erfindung betrifft eine Faserverbund-Fertigungsanlage zur Herstellung eines Faserverbundbauteils.The invention relates to a fiber composite manufacturing plant for producing a fiber composite component.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils.The invention also relates to a method for producing a fiber composite component.
Bauteile aus 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 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. Als Fasermaterial kommen insbesondere Kohlenstofffasern oder Glasfasern zum Einsatz, während als Matrixmaterial insbesondere thermoplastische und duroplastische Matrixkunststoffe Anwendung finden. Darüber hinaus kann der Faserverbundwerkstoff weitere Bestandteile aufweisen, wie dies beispielsweise bei sogenannten Hybridwerkstoffen der Fall ist.Fiber composite components are made from a fiber composite material that has a fiber material and a matrix material. In particular, carbon fibers or glass fibers are used as the fiber material, while thermoplastic and thermosetting matrix plastics are used as the matrix material. In addition, the fiber composite material can have further components, as is the case, for example, with so-called hybrid materials.
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 Faserverbundwerkstoffes. Dieses Aushärten des Faserverbundbauteils erfolgt üblicherweise in einem Autoklav, in dessen Innenraum das Faserverbundbauteil zum Aushärten eingebracht werden kann. Das Aushärten kann in dem Autoklav insbesondere unter Temperatur- und/oder Druckbeaufschlagung, d.h. bei erhöhter Temperatur und/oder erhöhtem Druck, erfolgen. Die Temperaturen im Innenraum des Autoklavs können beispielsweise zwischen 100°C und 450°C betragen und der Druck im Innenraum des Autoklavs kann zwischen 3 bar und 20 bar betragen.To produce 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. This curing of the fiber composite component usually takes place in an autoclave, in the interior of which the fiber composite component can be introduced for curing. The curing can take place in the autoclave, in particular under the application of temperature and / or pressure, i.e. at elevated temperature and / or elevated pressure. The temperatures in the interior of the autoclave can for example be between 100 ° C. and 450 ° C. and the pressure in the interior of the autoclave can be between 3 bar and 20 bar.
Von besonderer Bedeutung für die Qualitätssicherung der hergestellten Faserverbundbauteile ist es, die einzelnen Herstellungsschritte möglichst umfassend, lückenlos und zuverlässig überwachen zu können. Zu diesem Zweck werden Sensoreinrichtungen eingesetzt, die jeweils einen oder mehrere Sensoren aufweisen können. Mit Hilfe einer solchen Sensoreinrichtung können Prozessparameter des Herstellungsprozesses, z.B. eine Temperatur und/oder ein Druck im Innenraum des Autoklavs, auch während des Aushärtens des Faserverbundbauteils im Autoklav, d.h. während des Herstellungsprozesses, in Form von Sensordaten erfasst werden. Zu diesem Zweck wird die Sensoreinrichtung im Innenraum des Autoklavs angeordnet. Die Sensoreinrichtung bzw. die einzelnen Sensoren der Sensoreinrichtung können insbesondere an einem im Innenraum des Autoklavs angeordneten Werkzeug und/oder an dem im Innenraum des Autoklavs angeordneten Faserverbundbauteil selbst angeordnet sein. Das Werkzeug kann insbesondere ein Formwerkzeug sein.It is of particular importance for the quality assurance of the manufactured fiber composite components to be able to monitor the individual manufacturing steps as comprehensively, consistently and reliably as possible. For this purpose, sensor devices are used, each of which can have one or more sensors. With the help of such a sensor device, process parameters of the manufacturing process, e.g. a temperature and / or a pressure in the interior of the autoclave, can also be recorded in the form of sensor data during the curing of the fiber composite component in the autoclave, i.e. during the manufacturing process. For this purpose, the sensor device is arranged in the interior of the autoclave. The sensor device or the individual sensors of the sensor device can in particular be arranged on a tool arranged in the interior of the autoclave and / or on the fiber composite component arranged in the interior of the autoclave itself. The tool can in particular be a molding tool.
Mit Hilfe der durch eine solche Sensoreinrichtung gewonnenen zusätzlichen Erkenntnisse über den Verlauf des Herstellungsprozesses und seine Prozessparameter kann beispielsweise ein laufender Herstellungsprozess nachgeregelt werden, um die Qualität der hergestellten Faserverbundbauteile zu verbessern und den Anteil der Ausschuss-Faserverbundbauteile zu reduzieren. Durch die genaue Kenntnis der Prozessparameter für jedes individuelle Faserverbundbauteil kann darüber hinaus ein digitaler Zwilling des Faserverbundbauteils entsprechend parametrisiert werden und es können Berechnungen zur Leistungsfähigkeit des Faserverbundbauteils durchgeführt werden. Auf dieser Grundlage können außerdem individuell angepasste Nachbearbeitungen oder Reparaturen des Faserverbundbauteils veranlasst werden. Die umfassende sensorgestützte Überwachung des Herstellungsprozesses ermöglicht daher eine erhebliche Verringerung des mit der Herstellung des Faserverbundbauteils verbundenen Zeit- und Kostenaufwands.With the help of the additional knowledge gained by such a sensor device about the course of the manufacturing process and its process parameters, for example, an ongoing manufacturing process can be readjusted in order to improve the quality of the fiber composite components produced and to reduce the proportion of scrap fiber composite components. With the precise knowledge of the process parameters for each individual fiber composite component, a digital twin of the fiber composite component can also be parameterized accordingly and calculations can be carried out on the performance of the fiber composite component. On this basis, individually adapted post-processing or repairs of the fiber composite component can also be initiated. The comprehensive sensor-supported monitoring of the manufacturing process therefore enables a considerable reduction in the time and cost associated with the manufacture of the fiber composite component.
Eine gattungsgemäße Faserverbund-Fertigungsanlage zur Herstellung eines Faserverbundbauteils mit einer Sensoreinrichtung (Sensorsystem) zum Erfassen von Prozessparametern und ein zugehöriges Verfahren sind beispielsweise aus der
Aus dem Stand der Technik bekannte Lösungen zur sensorgestützten Überwachung des Herstellungsprozesses erfordern üblicherweise eine Verkabelung, z.B. eine Verkabelung des Werkzeugs und/oder des Faserverbundbauteils, im Innenraum des Autoklavs, um die für den Betrieb der Sensoreinrichtung erforderliche elektrische Energie und die von der Sensoreinrichtung erzeugten Sensordaten übertragen zu können. Diese Verkabelung und insbesondere das Hinausführen der Kabel aus dem Autoklav, das ein - ggf. druckdichtes - Hindurchführen der Kabel durch eine den Innenraum des Autoklavs umgebende Wandung erfordert, sind mit erheblichem Aufwand verbunden. Ein weiteres Problem besteht darin, dass die üblicherweise verwendeten Kabel und deren Steckverbindungen fehleranfällig sind, zumal diese durch die während des Herstellungsprozesses im Innenraum des Autoklavs vorherrschenden Umgebungsbedingungen einer stark erhöhten Beanspruchung ausgesetzt sind. Da während des Aushärtens des Faserverbundbauteils üblicherweise Luftströme mit hoher Geschwindigkeit erzeugt werden, kann insbesondere ein durch diese Luftströme verursachtes Flattern der im Innenraum des Autoklavs eingesetzten Kabel eine enorme Beanspruchung der Kabel bewirken, die mit einem hohen Ausfallrisiko verbunden ist.Solutions known from the prior art for sensor-supported monitoring of the manufacturing process usually require cabling, e.g. cabling of the tool and / or the fiber composite component, in the interior of the autoclave in order to generate the electrical energy required for the operation of the sensor device and the sensor data generated by the sensor device to be able to transfer. This cabling, and in particular the leading out of the cables from the autoclave, which requires the cables to be passed through a wall surrounding the interior of the autoclave, possibly in a pressure-tight manner, are associated with considerable effort. Another problem is that the cables and their plug-in connections that are commonly used are prone to failure, especially since they are greatly increased by the ambient conditions prevailing in the interior of the autoclave during the manufacturing process Are exposed to stress. Since air currents are usually generated at high speed during the curing of the fiber composite component, in particular a fluttering of the cables used in the interior of the autoclave caused by these air currents can cause enormous stress on the cables, which is associated with a high risk of failure.
Diese Nachteile des Einsatzes von Sensoreinrichtungen im Innenraum des Autoklavs stehen einer umfassenden sensorgestützten Überwachung des Herstellungsprozesses und einer Realisierung der damit verbundenen Vorteile hinderlich entgegen. Häufig werden Prozessparameter des Herstellungsprozesses wie Temperatur und Druck daher nicht direkt am Faserverbundbauteil oder nur an sehr wenigen Stellen erfasst.These disadvantages of the use of sensor devices in the interior of the autoclave are an obstacle to comprehensive sensor-supported monitoring of the manufacturing process and the implementation of the advantages associated therewith. Often process parameters of the manufacturing process such as temperature and pressure are therefore not recorded directly on the fiber composite component or only in very few places.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit zur sensorüberwachten Herstellung eines Faserverbundbauteils bereitzustellen, welche die genannten Nachteile überwindet.Starting from this, the object of the present invention is to provide a possibility for the sensor-monitored production of a fiber composite component which overcomes the disadvantages mentioned.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Faserverbund-Fertigungsanlage zur Herstellung eines Faserverbundbauteils mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.According to the invention, this object is achieved by a fiber composite manufacturing plant for producing a fiber composite component having the features of
Vorgesehen ist demnach, dass die Faserverbund-Fertigungsanlage einen Autoklav aufweist, der einen Innenraum hat und zum Aushärten des in den Innenraum eingebrachten Faserverbundbauteils eingerichtet ist. Der Innenraum kann dabei von einer Wandung, insbesondere einer druckfesten Wandung, umgeben sein. Des Weiteren weist die Faserverbund-Fertigungsanlage erfindungsgemäß eine im Innenraum des Autoklavs angeordnete Sensoreinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, Prozessparameter des Herstellungsprozesses in Form von Sensordaten zu erfassen. Außerdem weist die Faserverbund-Fertigungsanlage eine im Innenraum des Autoklavs angeordnete Kommunikationseinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, die Sensordaten drahtlos zu übermitteln.Provision is accordingly made for the fiber composite production plant to have an autoclave which has an interior space and is set up for curing the fiber composite component introduced into the interior space. The interior space can be surrounded by a wall, in particular a pressure-resistant wall. Furthermore, according to the invention, the fiber composite production plant has a sensor device which is arranged in the interior of the autoclave and is set up to record process parameters of the production process in the form of sensor data. In addition, the fiber composite production system has a communication device arranged in the interior of the autoclave, which is set up to transmit the sensor data wirelessly.
Die erfindungsgemäße Faserverbund-Fertigungsanlage weist darüber hinaus eine im Innenraum des Autoklavs angeordnete Energy-Harvesting-Einrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, elektrische Energie zu gewinnen und die Sensoreinrichtung und die Kommunikationseinrichtung mit der gewonnenen elektrischen Energie zu versorgen. Die Energy-Harvesting-Einrichtung kann dabei ohne Kabelverbindung zu Energiequellen auskommen, die außerhalb des Innenraums des Autoklavs angeordnet sind. Stattdessen kann sich die Energy-Harvesting-Einrichtung Methoden des Energy Harvestings bedienen, um die für den Betrieb der Sensoreinrichtung und der Kommunikationseinrichtung erforderliche elektrische Energie zu gewinnen. Dadurch wird eine drahtlose Energieversorgung der im Innenraum des Autoklavs angeordneten Komponenten, insbesondere der Sensoreinrichtung und der Kommunikationseinrichtung, ermöglicht.The fiber composite manufacturing system according to the invention also has an energy harvesting device arranged in the interior of the autoclave, which is set up to generate electrical energy and to supply the sensor device and the communication device with the electrical energy obtained. The energy harvesting device can do without a cable connection to energy sources which are arranged outside the interior of the autoclave. Instead, the energy harvesting device can use methods of energy harvesting in order to obtain the electrical energy required for the operation of the sensor device and the communication device. This enables a wireless energy supply to the components arranged in the interior of the autoclave, in particular the sensor device and the communication device.
Die Erfindung bietet den wesentlichen Vorteil, dass durch die Energy-Harvesting-Einrichtung und die damit verbundene drahtlose Energieversorgung einerseits und durch die für eine drahtlose Kommunikation eingerichtete Kommunikationseinrichtung andererseits auf eine Verkabelung im Innenraums des Autoklavs, insbesondere auf eine Verkabelung des im Innenraum angeordneten Werkzeugs oder des in den Innenraum eingebrachten Faserverbundbauteils, vollständig verzichtet werden kann. Dadurch entfällt einerseits der mit der Verkabelung verbundene Aufwand, andererseits können Ausfallrisiken vermieden werden, welche durch die Fehleranfälligkeit der Kabel und der zugehörigen Steckverbindungen verursacht werden.The invention offers the essential advantage that through the energy harvesting device and the wireless energy supply connected to it on the one hand and through the communication device set up for wireless communication on the other hand, on wiring in the interior of the autoclave, in particular on wiring of the tool or of the fiber composite component introduced into the interior can be completely dispensed with. On the one hand, this eliminates the expense associated with cabling, and on the other hand, the risk of failure caused by the susceptibility of the cables and the associated plug connections to errors can be avoided.
Die Erfindung ermöglicht es, das Faserverbundbauteil und/oder das Werkzeug vor dem Autoklavgang, d.h. vor dem Einbringen in den Innenraum des Autoklavs, komplett zu instrumentieren, d.h. das Faserverbundbauteil und/oder das das Werkzeug mit den für die sensorgestützte Überwachung erforderlichen Einrichtungen zu bestücken. Anschließend können das Faserverbundbauteil und/oder das Werkzeug in diesem bereits vollständig instrumentierten Zustand in den Innenraum des Autoklavs eingebracht werden. Auf diese Weise kann die teure Autoklavbelegungszeit erheblich verkürzt werden. Verstärkt wird dieser Vorteil der Erfindung dadurch, dass mit der erfindungsgemäßen Faserverbund-Fertigungsanlage eine sensorgestützte Überwachung im Innenraum des Autoklavs möglich ist, ohne dass ein Techniker zu diesem Zweck vor dem Aushärtevorgang die Verkabelung der Sensoreinrichtung im Innenraum des Autoklavs herstellen muss. Der Autoklav muss daher zwischen den verschiedenen Autoklavgängen nicht vollständig abkühlen, sodass Energie, Zeit und damit verbundene Kosten eingespart werden können.The invention makes it possible to completely instrument the fiber composite component and / or the tool before the autoclave, i.e. before it is introduced into the interior of the autoclave, i.e. to equip the fiber composite component and / or the tool with the devices required for sensor-based monitoring. The fiber composite component and / or the tool can then be introduced into the interior of the autoclave in this already fully instrumented state. In this way, the expensive autoclave occupancy time can be shortened considerably. This advantage of the invention is reinforced by the fact that the fiber composite production system according to the invention enables sensor-based monitoring in the interior of the autoclave without a technician having to set up the cabling of the sensor device in the interior of the autoclave for this purpose before the curing process. The autoclave therefore does not have to cool down completely between the various autoclave passes, so that energy, time and associated costs can be saved.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Sensoreinrichtung dazu eingerichtet ist, als Prozessparameter einen Druck und/oder eine Kraft und/oder eine mechanische Spannung und/oder eine Verformung, insbesondere eine Dehnung, und/oder eine Temperatur und/oder eine Geschwindigkeit eines Luftstroms und/oder eine Richtung eines Luftstroms zu erfassen.In an advantageous development of the invention it is provided that the sensor device is set up to use a pressure and / or a force and / or a mechanical tension and / or a deformation, in particular an expansion, and / or a temperature and / or a To detect the speed of an air flow and / or a direction of an air flow.
Derartige Weiterbildungen bieten den Vorteil, dass sie eine umfassende Überwachung des Herstellungsprozesses auf kabelloser Basis ermöglichen.Such developments offer the advantage that they enable comprehensive monitoring of the manufacturing process on a wireless basis.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Sensoreinrichtung eine Mehrzahl von Sensoren umfasst. Die Sensoren können dabei insbesondere verteilt im Innenraum des Autoklavs angeordnet sein und/oder dazu eingerichtet sein, im Innenraum des Autoklavs angeordnet zu werden. Die Sensoren können insbesondere verteilt im Innenraum des Autoklavs und/oder an dem Faserverbundbauteil und/oder an einem in den Innenraum eingebrachten Werkzeug angeordnet sein und/oder die Sensoren können dazu eingerichtet sein, verteilt im Innenraum des Autoklavs und/oder an dem Faserverbundbauteil und/oder an dem in den Innenraum eingebrachten Werkzeug angeordnet zu werden.In a further advantageous development of the invention it is provided that the sensor device comprises a plurality of sensors. The sensors can in particular be arranged in a distributed manner in the interior of the autoclave and / or be designed to be arranged in the interior of the autoclave. The sensors can in particular be arranged distributed in the interior of the autoclave and / or on the fiber composite component and / or on a tool introduced into the interior and / or the sensors can be configured to be distributed in the interior of the autoclave and / or on the fiber composite component and / or to be arranged on the tool introduced into the interior.
Eine solche Weiterbildung der Erfindung bietet den Vorteil, dass sie ein örtlich verteiltes Erfassen der Prozessparameter des Herstellungsprozesses im Innenraum des Autoklavs erlaubt und damit eine besonders zuverlässige und vollständige Überwachung der Prozessparameter ermöglicht. So ist es auf diese Weise z.B. möglich, mit Hilfe der Sensoreinrichtung zu überwachen, ob die für eine fehlerfreie Herstellung des Faserverbundbauteils erforderliche Homogenität der Temperatur und/oder des Drucks im Innenraum des Autoklavs gegeben ist.Such a development of the invention offers the advantage that it allows the process parameters of the manufacturing process to be recorded in a spatially distributed manner in the interior of the autoclave and thus enables particularly reliable and complete monitoring of the process parameters. In this way, it is possible, for example, to use the sensor device to monitor whether the temperature and / or pressure in the interior of the autoclave is homogeneous, which is necessary for error-free production of the fiber composite component.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kommunikationseinrichtung dazu eingerichtet ist, die Sensordaten per Funk zu übermitteln. Die Kommunikationseinrichtung ist in einer solchen Weiterbildung der Erfindung demnach als Funk-Kommunikationseinrichtung ausgebildet. Die Kommunikationseinrichtung kann dabei insbesondere eine zum Übertragen von Funksignalen eingerichtete Antenne aufweisen.In a further advantageous development of the invention it is provided that the communication device is set up to transmit the sensor data by radio. In such a development of the invention, the communication device is accordingly designed as a radio communication device. The communication device can in particular have an antenna set up to transmit radio signals.
Eine solche Weiterbildung der Erfindung bietet den Vorteil, dass durch die Nutzung von Funktechnik ein einfaches und zuverlässiges drahtloses Übermitteln der Sensordaten mit vergleichsweise hoher Reichweite möglich ist.Such a development of the invention offers the advantage that the use of radio technology enables simple and reliable wireless transmission of the sensor data with a comparatively long range.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kommunikationseinrichtung eine Mehrzahl verteilt angeordneter Kommunikationseinheiten aufweist. Die Kommunikationseinheiten können dabei insbesondere verteilt im Innenraum des Autoklavs angeordnet sein und/oder dazu eingerichtet sein, im Innenraum des Autoklavs angeordnet zu werden. Die Kommunikationseinheiten können insbesondere verteilt im Innenraum des Autoklavs und/oder an dem Faserverbundbauteil und/oder an einem in den Innenraum eingebrachten Werkzeug angeordnet sein und/oder die Kommunikationseinheiten können dazu eingerichtet sein, verteilt im Innenraum des Autoklavs und/oder an dem Faserverbundbauteil und/oder an dem in den Innenraum eingebrachten Werkzeug angeordnet zu werden.In a further advantageous development of the invention it is provided that the communication device has a plurality of communication units arranged in a distributed manner. The communication units can in particular be arranged in a distributed manner in the interior of the autoclave and / or be designed to be arranged in the interior of the autoclave. The communication units can be arranged in particular distributed in the interior of the autoclave and / or on the fiber composite component and / or on a tool introduced into the interior and / or the communication units can be set up to be distributed in the interior of the autoclave and / or on the fiber composite component and / or to be arranged on the tool introduced into the interior.
Eine solche Weiterbildung der Erfindung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Sensoreinrichtung eine Mehrzahl verteilt angeordneter Sensoren umfasst. In diesem Fall ist es nämlich möglich, jeweils eine der verteilt angeordneten Kommunikationseinheiten zur Übermittlung der Sensordaten einer oder mehrerer der verteilt angeordneten Sensoren zu verwenden. Dadurch kann vorteilhaft vermieden werden, dass bei einer verteilten Erfassung der Prozessparameter längere Kabelverbindungen zwischen der Sensoreinrichtung und der Kommunikationseinrichtung erforderlich sind. Im Idealfall ist es auf diese Weise sogar möglich, auch bei einer verteilten Erfassung der Prozessparameter gänzlich auf Kabelverbindungen zwischen der Sensoreinrichtung und der Kommunikationseinrichtung zu verzichten, wenn z. B. die verteilt angeordneten Sensoren und die verteilt angeordneten Kommunikationseinheiten jeweils in ein gemeinsames Modul integriert werden.Such a development of the invention is particularly advantageous when the sensor device comprises a plurality of sensors arranged in a distributed manner. In this case it is namely possible to use one of the distributed communication units for transmitting the sensor data of one or more of the distributed sensors. In this way, it can advantageously be avoided that longer cable connections are required between the sensor device and the communication device in the case of a distributed detection of the process parameters. In the ideal case, it is even possible in this way to completely dispense with cable connections between the sensor device and the communication device, even with a distributed detection of the process parameters, if z. B. the sensors arranged in a distributed manner and the communication units arranged in a distributed manner can each be integrated into a common module.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kommunikationseinrichtung dazu eingerichtet ist, die Sensordaten durch Ultra-Low-Power-Funk zu übermitteln. Die Kommunikationseinrichtung ist in einer solchen Weiterbildung der Erfindung demnach als Ultra-Low-Power-Funk-Kommunikationseinrichtung ausgebildet.In a further advantageous development of the invention it is provided that the communication device is set up to transmit the sensor data by ultra-low-power radio. In such a development of the invention, the communication device is accordingly designed as an ultra-low-power radio communication device.
Eine solche Weiterbildung der Erfindung bietet den Vorteil, dass die elektrische Energie, die für den Betrieb der Kommunikationseinrichtung benötigt wird, besonders gering ist, sodass diese elektrische Energie problemlos durch die Energy-Harvesting-Einrichtung gewonnen werden kann. Auf diese Weise kann eine ausreichende und zuverlässige Energieversorgung der Kommunikationseinrichtung durch die Energy-Harvesting-Einrichtung vergleichsweise einfach sichergestellt werden.Such a development of the invention offers the advantage that the electrical energy required to operate the communication device is particularly low, so that this electrical energy can be obtained by the energy harvesting device without any problems. In this way, a sufficient and reliable energy supply for the communication device can be ensured in a comparatively simple manner by the energy harvesting device.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Faserverbund-Fertigungsanlage eine Basisstation und eine mit der Basisstation verbundene Antenne aufweist, wobei die Basisstation dazu eingerichtet ist, die per Funk übermittelten Sensordaten über die Antenne zu empfangen. Eine solche Weiterbildung der Erfindung bietet den Vorteil, dass auf etablierte Funktechnik und Funkstandards zurückgegriffen werden kann, die auf einer Kommunikation mit einer Basisstation basieren. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass sich mit Hilfe einer Basisstation eine einfache und effiziente Punkt-zu-Mehrpunkt-Kommunikation (Point-to-Multipoint) realisieren lässt. Dabei kann eine Mehrzahl verteilt im Innenraum des Autoklavs angeordneter Kommunikationseinheiten per Funk Sensordaten an ein und dieselbe Basisstation übermitteln.In a further advantageous development of the invention it is provided that the fiber composite production system has a base station and an antenna connected to the base station, the base station being set up to receive the sensor data transmitted by radio via the antenna. Such a development of the invention offers the advantage that established radio technology and radio standards can be used which are based on communication with a base station. Another advantage is that simple and efficient point-to-multipoint communication (point-to-multipoint) can be implemented with the aid of a base station. A plurality of communication units distributed in the interior of the autoclave can transmit sensor data by radio to one and the same base station.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mit der Basisstation verbundene Antenne im Innenraum des Autoklavs angeordnet ist und die Basisstation außerhalb des Innenraums des Autoklavs angeordnet ist. Die Basisstation kann dabei über ein von außen in den Innenraum geführtes Antennenkabel mit der Antenne verbunden sein. Das Antennenkabel kann dabei durch eine den Innenraum des Autoklavs umgebende Wandung hindurchgeführt sein.In a further advantageous development of the invention it is provided that the antenna connected to the base station is arranged in the interior of the autoclave and the base station is arranged outside of the interior of the autoclave. The base station can be connected to the antenna via an antenna cable routed from the outside into the interior. The antenna cable can be passed through a wall surrounding the interior of the autoclave.
Eine solche Weiterbildung der Erfindung bietet den Vorteil, dass eine zuverlässige Übermittlung der Sensordaten per Funk auch dann möglich ist, wenn der Autoklav eine Wandung aufweist, die den Innenraum des Autoklavs allseitig umgibt und als Abschirmung für Funksignale wirkt.Such a development of the invention offers the advantage that reliable transmission of the sensor data by radio is also possible if the autoclave has a wall that surrounds the interior of the autoclave on all sides and acts as a shield for radio signals.
In alternativen Ausführungsformen der Erfindung ist es auch denkbar, dass die mit der Basisstation verbundene Antenne außerhalb des Innenraums des Autoklavs angeordnet ist. Bei solchen Ausführungsformen kann vorteilhaft ein Bereich der Wandung des Autoklavs für elektromagnetische Wellen, insbesondere für Funksignale, transparent gestaltet sein. Beispielsweise ist es zu diesem Zweck denkbar, einen Bereich der Wandung des Autoklavs aus einem für elektromagnetische Wellen, insbesondere Funksignale, durchlässigen Keramikmaterial auszubilden.In alternative embodiments of the invention, it is also conceivable that the antenna connected to the base station is arranged outside the interior of the autoclave. In such embodiments, a region of the wall of the autoclave can advantageously be designed to be transparent for electromagnetic waves, in particular for radio signals. For example, it is conceivable for this purpose to form a region of the wall of the autoclave from a ceramic material that is permeable to electromagnetic waves, in particular radio signals.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Faserverbund-Fertigungsanlage dazu eingerichtet ist, dem Innenraum des Autoklavs eine Prozessenergie zuzuführen, die dem Aushärten des Faserverbundbauteils dient, und die Energy-Harvesting-Einrichtung dazu eingerichtet ist, die elektrische Energie zumindest teilweise aus der Prozessenergie zu gewinnen, insbesondere vollständig aus der Prozessenergie zu gewinnen.In a further advantageous development of the invention it is provided that the fiber composite production system is set up to supply the interior of the autoclave with process energy that is used to cure the fiber composite component, and the energy harvesting device is set up to at least partially supply the electrical energy to gain from the process energy, in particular to gain completely from the process energy.
Die Prozessenergie, die dem Innenraum des Autoklavs zum Aushärten des Faserverbundbauteils zugeführt wird, kann insbesondere eine thermische Energie und/oder eine kinetische Energie umfassen. Die Prozessenergie kann insbesondere als thermische Energie ausgebildet sein oder als kinetische Energie ausgebildet sein oder als Kombination aus thermischer Energie und kinetischer Energie ausgebildet sein.The process energy that is supplied to the interior of the autoclave for curing the fiber composite component can in particular comprise thermal energy and / or kinetic energy. The process energy can in particular be designed as thermal energy or be designed as kinetic energy or be designed as a combination of thermal energy and kinetic energy.
Eine thermische Energie, die dem Innenraum des Autoklavs als Prozessenergie zugeführt wird, kann auch als Prozesswärme bezeichnet werden. Eine thermische Energie kann dem Innenraum des Autoklavs beispielsweise zugeführt werden durch Erwärmen eines Fluids, welches das Faserverbundbauteil im Innenraum des Autoklavs umgibt. Das Fluid kann insbesondere ein das Faserverbundbauteil umgebendes Gas sein und insbesondere das Faserverbundbauteil umgebende Luft sein. Eine kinetische Energie kann dem Innenraum des Autoklavs insbesondere dadurch zugeführt werden, dass das Fluid, welches das Faserverbundbauteil im Innenraum umgibt, insbesondere ein das Faserverbundbauteil umgebendes Gas, insbesondere die das Faserverbundbauteil umgebende Luft, beschleunigt wird. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn im Innenraum des Autoklavs ein Fluidstrom, insbesondere ein Gasstrom, insbesondere ein Luftstrom, erzeugt wird. Beispielsweise wird bei aus dem Stand der Technik bekannten Herstellungsverfahren zum Aushärten des Faserverbundbauteils im Autoklav die Luft im Innenraum des Autoklavs stark erwärmt und die erwärmte Luft durch ein Gebläse im Innenraum des Autoklavs verteilt, um eine möglichst homogene Temperaturverteilung im Innenraum zu erreichen. Auf diese Weise wird dem Innenraum des Autoklavs eine Prozessenergie zugeführt, welche die Energy-Harvesting-Einrichtung dazu nutzen kann, um elektrische Energie zu gewinnen.Thermal energy that is supplied to the interior of the autoclave as process energy can also be referred to as process heat. Thermal energy can be supplied to the interior of the autoclave, for example, by heating a fluid which surrounds the fiber composite component in the interior of the autoclave. The fluid can in particular be a gas surrounding the fiber composite component and in particular be air surrounding the fiber composite component. Kinetic energy can be supplied to the interior of the autoclave in particular in that the fluid which surrounds the fiber composite component in the interior, in particular a gas surrounding the fiber composite component, in particular the air surrounding the fiber composite component, is accelerated. This is the case, for example, when a fluid flow, in particular a gas flow, in particular an air flow, is generated in the interior of the autoclave. For example, in manufacturing processes known from the prior art for curing the fiber composite component in the autoclave, the air in the interior of the autoclave is strongly heated and the heated air is distributed by a fan in the interior of the autoclave in order to achieve the most homogeneous temperature distribution possible in the interior. In this way, process energy is supplied to the interior of the autoclave, which the energy harvesting device can use to generate electrical energy.
Eine solche Weiterbildung der Erfindung bietet den Vorteil, dass neben der Prozessenergie, die dem Innenraum des Autoklavs ohnehin zum Aushärten des Faserverbundbauteils zugeführt wird, keine weitere Energie von außen zugeführt werden muss, um die Sensoreinrichtung und die Kommunikationseinrichtung mit der für ihren Betrieb erforderlichen Energie zu versorgen. Dadurch lassen sich ein einfacher Aufbau und eine unkomplizierte Handhabung der erfindungsgemäßen Faserverbund-Fertigungsanlage erreichen.Such a development of the invention offers the advantage that, in addition to the process energy that is supplied to the interior of the autoclave for curing the fiber composite component, no further energy has to be supplied from the outside in order to supply the sensor device and the communication device with the energy required for their operation supply. As a result, a simple structure and uncomplicated handling of the fiber composite manufacturing plant according to the invention can be achieved.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Faserverbund-Fertigungsanlage ein Gebläse aufweist, das dazu eingerichtet ist, einen Luftstrom im Innenraum des Autoklavs zu erzeugen, und die Energy-Harvesting-Einrichtung dazu eingerichtet ist, die elektrische Energie zumindest teilweise aus einer kinetischen Energie des Luftstroms zu gewinnen.In a further advantageous development of the invention it is provided that the fiber composite production system has a fan which is set up to generate an air flow in the interior of the autoclave, and the energy harvesting device is set up to at least partially output the electrical energy to gain kinetic energy of the air flow.
Die Energy-Harvesting-Einrichtung kann dazu eingerichtet sein, die elektrische Energie unmittelbar und/oder mittelbar aus der Prozessenergie, z.B. aus der kinetischen Energie des Luftstroms, zu gewinnen.The energy harvesting device can be set up to obtain the electrical energy directly and / or indirectly from the process energy, e.g. from the kinetic energy of the air flow.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Energy-Harvesting-Einrichtung einen Windgenerator aufweist, der dazu eingerichtet ist, von dem Luftstrom angetrieben zu werden und auf diese Weise die elektrische Energie zumindest teilweise aus der kinetischen Energie des Luftstroms zu gewinnen.In a further advantageous development of the invention it is provided that the energy harvesting device has a wind generator which is set up to be driven by the air flow and in this way to obtain the electrical energy at least partially from the kinetic energy of the air flow.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist alternativ oder ergänzend hierzu vorgesehen, dass die Energy-Harvesting-Einrichtung ein piezoelektrisches Element aufweist, das dazu eingerichtet ist, die elektrische Energie zumindest teilweise unter Ausnutzung des piezoelektrischen Effekts (Piezoeffekts) aus der kinetischen Energie des Luftstroms zu gewinnen. Der Piezogenerator kann dabei dazu eingerichtet sein, die elektrische Energie aus der vom Luftstrom verursachten Deformation im Innenraum des Autoklavs angeordneter Elemente zu gewinnen. Dies ist möglich, weil in der Regel eine hohe Geschwindigkeit des Luftstroms im Innenraum des Autoklavs dazu führt, dass im Innenraum des Autoklavs angeordnete Elemente in Bewegung gesetzt werden. Diese Bewegung der im Innenraum angeordneten Elemente kann unter Ausnutzung des Piezoeffekts dazu genutzt werden, um die für den Betrieb der Sensoreinrichtung und/oder der Kommunikationseinrichtung erforderliche elektrische Energie zu gewinnen. Die Energy-Harvesting-Einrichtung kann insbesondere eine mit dem piezoelektrischen Element ausgestattete schwingende Struktur aufweisen. Die schwingende Struktur kann auf diese Weise dazu eingerichtet sein, die elektrische Energie zumindest teilweise unter Ausnutzung des piezoelektrischen Effekts aus der kinetischen Energie des Luftstroms zu gewinnen. Das piezoelektrische Element kann insbesondere als Piezogenerator ausgebildet sein.In a further advantageous development of the invention, it is provided as an alternative or in addition to this that the energy harvesting device has a piezoelectric element which is set up to obtain the electrical energy at least partially by utilizing the piezoelectric effect (piezo effect) from the kinetic energy of the air flow. The piezo generator can be set up to obtain the electrical energy from the deformation caused by the air flow of elements arranged in the interior of the autoclave. This is possible because, as a rule, a high speed of the air flow in the interior of the autoclave means that elements arranged in the interior of the autoclave are set in motion. This movement of the elements arranged in the interior can be used by utilizing the piezo effect in order to obtain the electrical energy required for the operation of the sensor device and / or the communication device. The energy harvesting device can in particular have an oscillating structure equipped with the piezoelectric element. In this way, the vibrating structure can be set up to obtain the electrical energy from the kinetic energy of the air flow, at least in part by utilizing the piezoelectric effect. The piezoelectric element can in particular be designed as a piezo generator.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Energy-Harvesting-Einrichtung einen thermoelektrischen Generator aufweist, der dazu eingerichtet ist, die elektrische Energie zumindest teilweise aus einer dem Innenraum des Autoklavs als Prozessenergie zugeführten thermischen Energie zu gewinnen.In a further advantageous development of the invention it is provided that the energy harvesting device has a thermoelectric generator which is set up to obtain the electrical energy at least partially from thermal energy supplied as process energy to the interior of the autoclave.
Die elektrische Energie kann dabei beispielsweise in an sich bekannter Weise unter Ausnutzung des thermoelektrischen Effekts aus einer Temperaturdifferenz gewonnen werden. Eine solche Temperaturdifferenz, aus der die elektrische Energie gewonnen werden kann, kann z.B. eine Temperaturdifferenz zwischen einem Werkzeug im Innenraum des Autoklavs und dem das Werkzeug umgebenden Fluid oder eine Temperaturdifferenz zwischen dem im Innenraum des Autoklavs angeordneten Faserverbundbauteil und dem das Faserverbundbauteil umgebenden Fluid sein. Das Fluid kann dabei wiederum insbesondere ein Gas sein, insbesondere Luft sein.The electrical energy can be obtained from a temperature difference, for example, in a manner known per se, utilizing the thermoelectric effect. Such a temperature difference from which the electrical energy can be obtained can be, for example, a temperature difference between a tool in the interior of the autoclave and the fluid surrounding the tool or a temperature difference between the fiber composite component arranged in the interior of the autoclave and the fluid surrounding the fiber composite component. The fluid can in turn in particular be a gas, in particular air.
Eine solche Weiterbildung der Erfindung bietet den Vorteil, dass auf einfache Art und Weise auch größere Mengen elektrischer Energie aus der Prozessenergie gewonnen werden können, da bei üblichen Verfahren zum Aushärten des Faserverbundbauteils dem Innenraum des Autoklavs ohnehin große Mengen thermischer Energie zugeführt werden.Such a development of the invention offers the advantage that larger amounts of electrical energy can be obtained from the process energy in a simple manner, since large amounts of thermal energy are supplied to the interior of the autoclave in any case in conventional methods for curing the fiber composite component.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Faserverbund-Fertigungsanlage einen elektrischen Energiespeicher aufweist, der dazu eingerichtet ist, zumindest einen Teil der mittels der Energy-Harvesting-Einrichtung gewonnenen elektrischen Energie zu speichern. Der elektrische Energiespeicher kann beispielsweise als Akkumulator ausgebildet sein.In a further advantageous development of the invention, it is provided that the fiber composite production system has an electrical energy store, which is set up to store at least part of the electrical energy obtained by means of the energy harvesting device. The electrical energy store can be designed, for example, as an accumulator.
Eine solche Weiterbildung der Erfindung bietet den Vorteil, dass durch den elektrischen Energiespeicher überschüssige elektrische Energie, die mittels der Energy-Harvesting-Einrichtung gewonnen wurde, gespeichert und zu einem späteren Zeitpunkt für die Energieversorgung der Sensoreinrichtung und/oder der Kommunikationseinrichtung genutzt werden kann. Dies ist beispielsweise dann von besonderem Vorteil, wenn die Energy-Harvesting-Einrichtung die elektrische Energie in der oben erläuterten Art aus einer Temperaturdifferenz gewinnt. Auf diese Weise können nämlich während einer Aufwärmphase des Autoklavs und/oder einer Abkühlphase des Autoklavs zwar erhebliche Mengen elektrischer Energie aus der dem Innenraum zugeführten thermischen Prozessenergie gewonnen werden, während isothermer Phasen im Innenraum des Autoklavs hingegen, d.h. zwischen Aufwärmphase und Abkühlphase, sind im Innenraum des Autoklavs oftmals keine ausreichenden Temperaturdifferenzen vorhanden, um die erforderliche Menge elektrischer Energie gewinnen zu können. Die isothermen Phasen können dann durch die in dem elektrischen Energiespeicher gespeicherte elektrische Energie überbrückt werden.Such a development of the invention offers the advantage that the electrical energy storage means that excess electrical energy that was obtained by means of the energy harvesting device can be stored and used at a later point in time for the energy supply of the sensor device and / or the communication device. This is of particular advantage, for example, when the energy harvesting device extracts the electrical energy in the manner explained above from a temperature difference. In this way, during a warm-up phase of the autoclave and / or a cool-down phase of the autoclave, considerable amounts of electrical energy can be obtained from the thermal process energy supplied to the interior, whereas isothermal phases in the interior of the autoclave, i.e. between the warm-up phase and the cool-down phase, are in the interior the autoclave often does not have sufficient temperature differences to generate the required amount of electrical energy. The isothermal phases can then be bridged by the electrical energy stored in the electrical energy store.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der elektrische Energiespeicher als Superkondensator ausgebildet ist und/oder einen Superkondensator umfasst. Eine solche Weiterbildung der Erfindung bietet den Vorteil, dass ein sehr schnelles Laden und Entladen des elektrischen Energiespeichers ermöglicht wird.In a further advantageous development of the invention it is provided that the electrical energy store is designed as a supercapacitor and / or comprises a supercapacitor. Such a development of the invention offers the advantage that very rapid charging and discharging of the electrical energy store is made possible.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Faserverbund-Fertigungsanlage mindestens eine Energieübertragungseinrichtung aufweist, die dazu eingerichtet ist, mittels drahtloser Energieübertragung Energie an die Energy-Harvesting-Einrichtung zu übertragen. Die Energieübertragungseinrichtung kann dabei insbesondere dazu eingerichtet sein, mittels drahtloser Fernfeld-Energieübertragung Energie an die Energy-Harvesting-Einrichtung zu übertragen. Die drahtlose Energieübertragung kann erfindungsgemäß unmittelbar oder mittelbar, z.B. durch Erwärmen eines erwärmbaren Mediums, erfolgen.In a further advantageous development of the invention it is provided that the fiber composite production system has at least one energy transmission device which is set up to transmit energy to the energy harvesting device by means of wireless energy transmission. The energy transmission device can in particular be set up to transmit energy to the energy harvesting device by means of wireless far-field energy transmission. According to the invention, the wireless energy transmission can take place directly or indirectly, e.g. by heating a heatable medium.
Derartige Weiterbildungen der Erfindung mit einer Energieübertragungseinrichtung für eine drahtlose Energieübertragung bieten den Vorteil, dass die Energy-Harvesting-Einrichtung die Sensoreinrichtung und/oder die Kommunikationseinrichtung auch dann kontinuierlich mit der erforderlichen elektrischen Energie versorgen kann, wenn aus der dem Innenraum des Autoklavs geführten Prozessenergie zumindest zeitweise die erforderliche Menge elektrischer Energie nicht gewonnen werden kann oder der hierfür erforderliche Aufwand zu hoch wäre. Beispielsweise ist es denkbar, dass die Energieübertragungseinrichtung dazu eingerichtet sein kann, mittels drahtloser Energieübertragung in den oben erwähnten isothermen Phasen des Autoklavs, die eine hinreichende Gewinnung der elektrischen Energie aus einer Temperaturdifferenz nicht zulassen, Energie an die Energy-Harvesting-Einrichtung zu übertragen, damit eine ausreichende Versorgung der Sensoreinrichtung und/oder der Kommunikationseinrichtung gewährleistet werden kann.Such developments of the invention with an energy transmission device for wireless energy transmission offer the advantage that the energy harvesting device, the sensor device and / or the communication device can also continuously supply the required electrical energy if the required amount of electrical energy cannot be obtained from the process energy conducted in the interior of the autoclave, at least temporarily, or the effort required for this would be too high. For example, it is conceivable that the energy transmission device can be set up to transmit energy to the energy harvesting device by means of wireless energy transmission in the above-mentioned isothermal phases of the autoclave, which do not allow sufficient generation of electrical energy from a temperature difference a sufficient supply of the sensor device and / or the communication device can be guaranteed.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Energieübertragungseinrichtung dazu eingerichtet ist, durch Abstrahlen hochfrequenter elektromagnetischer Wellen drahtlos Energie an die Energy-Harvesting-Einrichtung zu übertragen, und die Energy-Harvesting-Einrichtung dazu eingerichtet ist, die abgestrahlten elektromagnetischen Wellen zu empfangen und die elektrische Energie zumindest teilweise aus den empfangenen elektromagnetischen Wellen zu gewinnen.In a further advantageous development of the invention it is provided that the energy transmission device is set up to wirelessly transmit energy to the energy harvesting device by emitting high-frequency electromagnetic waves, and the energy harvesting device is set up to supply the emitted electromagnetic waves received and to win the electrical energy at least partially from the received electromagnetic waves.
Eine solche Weiterbildung der Erfindung, die sich zum drahtlosen Übertragen der Energie hochfrequenter elektromagnetischer Wellen bedient, bietet den Vorteil, dass auf diese Weise eine zuverlässige drahtlose Energieübertragung auch über größere Entfernungen möglich ist.Such a development of the invention, which makes use of high-frequency electromagnetic waves for the wireless transmission of energy, offers the advantage that in this way reliable wireless energy transmission is possible even over greater distances.
Denkbar ist beispielsweise, dass die Energieübertragungseinrichtung eine Lichtquelle aufweist, die dazu eingerichtet ist, die hochfrequenten elektromagnetischen Wellen in Form von sichtbaren oder unsichtbaren Lichtwellen abzustrahlen und die Energy-Harvesting-Einrichtung einen photoelektrischen Generator aufweist, der dazu eingerichtet ist, die Lichtwellen zu empfangen und die elektrische Energie zumindest teilweise aus den empfangenen Lichtwellen zu gewinnen.It is conceivable, for example, that the energy transmission device has a light source that is set up to emit the high-frequency electromagnetic waves in the form of visible or invisible light waves and the energy harvesting device has a photoelectric generator that is set up to receive the light waves and to obtain the electrical energy at least partially from the received light waves.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist daher vorgesehen, dass die Energieübertragungseinrichtung einen Laser aufweist, der dazu eingerichtet ist, die hochfrequenten elektromagnetischen Wellen in Form von Laserstrahlen (Laserstrahlung) abzustrahlen und die Energy-Harvesting-Einrichtung einen photoelektrischen Generator aufweist, der dazu eingerichtet ist, die Laserstrahlen zu empfangen und die elektrische Energie zumindest teilweise aus den empfangenen Laserstrahlen zu gewinnen.In a further advantageous development of the invention it is therefore provided that the energy transmission device has a laser that is set up to emit the high-frequency electromagnetic waves in the form of laser beams (laser radiation) and the energy harvesting device has a photoelectric generator that is set up for this purpose is to receive the laser beams and to obtain the electrical energy at least partially from the received laser beams.
Vorgeschlagen wird somit, dass die abgestrahlten Lichtwellen als Laserstrahlen ausgebildet sind. Die hochfrequenten elektromagnetischen Wellen umfassen in einer solchen Weiterbildung der Erfindung somit Laserstrahlen oder sind als Laserstrahlen ausgebildet. Der photoelektrische Generator kann insbesondere als photovoltaische Zelle und/oder als Photodiode ausgebildet sein.It is therefore proposed that the emitted light waves are designed as laser beams. In such a development of the invention, the high-frequency electromagnetic waves thus include laser beams or are designed as laser beams. The photoelectric generator can in particular be designed as a photovoltaic cell and / or as a photodiode.
Der Laser kann dabei insbesondere im Innenraum des Autoklavs angeordnet sein. Dies bietet den Vorteil, dass sich die drahtlose Energieübertragung mittels Laserstrahlen auch dann realisieren lässt, wenn der Autoklav über eine den Innenraum allseitig umgebende Wandung verfügt, die für Laserstrahlen nicht durchlässig ist.The laser can in particular be arranged in the interior of the autoclave. This offers the advantage that the wireless energy transfer by means of laser beams can also be implemented if the autoclave has a wall that surrounds the interior on all sides and is not permeable to laser beams.
Alternativ oder ergänzend hierzu ist auch denkbar, dass der Laser außerhalb des Innenraums des Autoklavs angeordnet ist. Bei solchen Ausführungsformen kann beispielsweise ein Bereich der Wandung des Autoklavs für die von dem Laser abgestrahlten Laserstrahlen transparent gestaltet sein. Beispielsweise ist es zu diesem Zweck denkbar, einen Bereich der Wandung des Autoklavs aus einem für die Laserstrahlen transparenten Material, z.B. Glas, auszubilden.As an alternative or in addition to this, it is also conceivable that the laser is arranged outside the interior of the autoclave. In such embodiments, for example, a region of the wall of the autoclave can be designed to be transparent to the laser beams emitted by the laser. For example, it is conceivable for this purpose to form a region of the wall of the autoclave from a material that is transparent to the laser beams, e.g. glass.
Derartige Weiterbildungen der Erfindung, die Laserstrahlen zur drahtlosen Energieübertragung nutzen, bieten den Vorteil, dass auch größere Energiemengen in zuverlässiger Art und Weise über größere Entfernungen drahtlos übertragen werden können.Such developments of the invention, which use laser beams for wireless energy transmission, offer the advantage that even larger amounts of energy can be transmitted wirelessly in a reliable manner over greater distances.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist alternativ oder ergänzend hierzu vorgesehen, dass die Energieübertragungseinrichtung eine Radiowellenquelle aufweist, die dazu eingerichtet ist, die hochfrequenten elektromagnetischen Wellen in Form von Radiowellen abzustrahlen und dass die Energy-Harvesting-Einrichtung einen Radiowellenempfänger aufweist, der dazu eingerichtet ist, die Radiowellen zu empfangen und die elektrische Energie zumindest aus den empfangenen Radiowellen zu gewinnen.In a further advantageous development of the invention, it is alternatively or additionally provided that the energy transmission device has a radio wave source that is configured to emit the high-frequency electromagnetic waves in the form of radio waves and that the energy harvesting device has a radio wave receiver that is configured to do so is to receive the radio waves and to obtain the electrical energy at least from the received radio waves.
Die Radiowellenquelle kann dabei wiederum insbesondere im Innenraum des Autoklavs angeordnet sein. Dies bietet den Vorteil, dass die drahtlose Energieübertragung mit Hilfe von Radiowellen auch dann genutzt werden kann, wenn der Innenraum des Autoklavs allseitig von einer Wandung umgeben ist, die als Abschirmung für Radiowellen wirkt.The radio wave source can in turn be arranged in particular in the interior of the autoclave. This offers the advantage that the wireless energy transmission with the aid of radio waves can also be used when the interior of the autoclave is surrounded on all sides by a wall that acts as a shield for radio waves.
Die Radiowellenquelle und/oder der Radiowellenempfänger können zum Abstrahlen bzw. zum Empfangen der Radiowellen insbesondere jeweils eine Antenne aufweisen. Die Radiowellen können insbesondere als Mikrowellen ausgebildet sein, d.h. die Radiowellenquelle kann insbesondere als Mikrowellenquelle ausgebildet sein und der Radiowellenempfänger kann insbesondere als Mikrowellenempfänger ausgebildet sein.The radio wave source and / or the radio wave receiver can in particular each have an antenna for emitting or receiving the radio waves. The radio waves can in particular be designed as microwaves, ie the radio wave source can in particular be designed as a microwave source and the The radio wave receiver can in particular be designed as a microwave receiver.
Derartige Weiterbildungen der Erfindung, die zur drahtlosen Energieübertragung Radiowellen nutzen, bieten den Vorteil, dass eine drahtlose Energieübertragung mit Hilfe von Radiowellen auch dann zuverlässig und über größere Entfernungen möglich ist, wenn zwischen der Radiowellenquelle und dem Radiowellenempfänger, d.h. zwischen der Energieübertragungseinrichtung und der Energy-Harvesting-Einrichtung, keine Sichtverbindung (Line-of-Sight-Verbindung) besteht.Such developments of the invention, which use radio waves for wireless energy transmission, offer the advantage that wireless energy transmission with the aid of radio waves is also possible reliably and over greater distances when between the radio wave source and the radio wave receiver, ie between the energy transmission device and the energy Harvesting facility, no line of sight connection exists.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass
- - die Faserverbund-Fertigungsanlage ein im Innenraum angeordnetes erwärmbares Medium aufweist und
- - die Energieübertragungseinrichtung dazu eingerichtet ist, das erwärmbare Medium kontaktlos zu erwärmen und dem erwärmbaren Medium auf diese Weise eine thermische Energie zuzuführen, und
- - die Energy-Harvesting-Einrichtung einen thermoelektrischen Generator aufweist, der mit dem erwärmbaren Medium wärmeleitend verbunden und dazu eingerichtet ist, die elektrische Energie zumindest teilweise aus der thermischen Energie zu gewinnen, die dem erwärmbaren Medium durch das kontaktlose Erwärmen zugeführt wurde.
- - The fiber composite production system has a heatable medium arranged in the interior and
- the energy transfer device is set up to heat the heatable medium in a contactless manner and in this way to supply thermal energy to the heatable medium, and
- - The energy harvesting device has a thermoelectric generator which is connected to the heatable medium in a thermally conductive manner and is set up to at least partially extract the electrical energy from the thermal energy that was supplied to the heatable medium by the contactless heating.
Eine solche Weiterbildung der Erfindung bietet den Vorteil, dass durch eine derartige mittelbare Energieübertragung, bei der das erwärmbare Medium kontaktlos erwärmt wird und die Energy-Harvesting-Einrichtung die elektrische Energie aus der thermischen Energie des erwärmbaren Mediums gewinnt, auf einfache Weise auch größere Energiemengen drahtlos an die Energy-Harvesting-Einrichtung übertragen werden können und auf diese Weise die Energieversorgung der Sensoreinrichtung und der Kommunikationseinrichtung sichergestellt werden kann.Such a development of the invention offers the advantage that such an indirect energy transfer, in which the heatable medium is heated contactlessly and the energy harvesting device gains the electrical energy from the thermal energy of the heatable medium, also allows larger amounts of energy to be wirelessly in a simple manner can be transmitted to the energy harvesting device and in this way the energy supply of the sensor device and the communication device can be ensured.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Energieübertragungseinrichtung dazu eingerichtet ist, das erwärmbare Medium durch Abstrahlen hochfrequenter elektromagnetischer Wellen kontaktlos zu erwärmen.In a further advantageous development of the invention it is provided that the energy transmission device is set up to heat the heatable medium in a contactless manner by radiating high-frequency electromagnetic waves.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Energieübertragungseinrichtung einen Laser aufweist, der dazu eingerichtet ist, das erwärmbare Medium zu erwärmen. Die hochfrequenten elektromagnetischen Wellen umfassen in diesem Fall Laserstrahlen und/oder sind als Laserstrahlen ausgebildet.In a further advantageous development of the invention it is provided that the energy transmission device has a laser which is set up to heat the heatable medium. In this case, the high-frequency electromagnetic waves include laser beams and / or are designed as laser beams.
Der Laser kann hierbei wiederum insbesondere im Innenraum des Autoklavs angeordnet sein, wodurch sich die oben erläuterten Vorteile ergeben. Alternativ oder ergänzend hierzu ist auch denkbar, dass der Laser außerhalb des Innenraums des Autoklavs angeordnet ist, wie oben bereits erläutert wurde. In diesem Fall kann wiederum ein Bereich der Wandung des Autoklavs für die von dem Laser abgestrahlten Laserstrahlen transparent gestaltet sein. Beispielweise kann ein Bereich der Wandung des Autoklavs aus einem für die Laserstrahlen transparenten Material ausgebildet sein.The laser can in turn be arranged in the interior of the autoclave, which results in the advantages explained above. As an alternative or in addition to this, it is also conceivable that the laser is arranged outside the interior of the autoclave, as has already been explained above. In this case, in turn, a region of the wall of the autoclave can be made transparent for the laser beams emitted by the laser. For example, a region of the wall of the autoclave can be formed from a material that is transparent to the laser beams.
Alternativ oder ergänzend hierzu ist in einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Energieübertragungseinrichtung eine Mikrowellenquelle aufweist, die dazu eingerichtet ist, das erwärmbare Medium zu erwärmen. Die hochfrequenten elektromagnetischen Wellen umfassen in diesem Fall Mikrowellen und/oder sind als Mikrowellen ausgebildet. Die Mikrowellenquelle kann wiederum insbesondere im Innenraum des Autoklavs angeordnet sein. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass eine Mikrowelle zum Erwärmen des erwärmbaren Mediums auch dann genutzt werden kann, wenn der Innenraum des Autoklavs allseitig von einer Wandung umgeben ist, die als Abschirmung für Mikrowellen wirkt.As an alternative or in addition to this, a further advantageous development of the invention provides that the energy transmission device has a microwave source which is set up to heat the heatable medium. In this case, the high-frequency electromagnetic waves include microwaves and / or are designed as microwaves. The microwave source can in turn be arranged in particular in the interior of the autoclave. This has the advantage that a microwave can also be used to heat the heatable medium when the interior of the autoclave is surrounded on all sides by a wall that acts as a shield for microwaves.
Derartige Weiterbildungen der Erfindung, die sich zum Erwärmen des erwärmbaren Mediums eines Lasers und/oder einer Mikrowellenquelle bedienen, bieten den Vorteil, dass sie eine einfache und zuverlässige drahtlose Übertragung größerer Energiemengen erlauben. Die Nutzung einer Mikrowellenquelle bietet darüber hinaus den Vorteil, dass eine drahtlose Energieübertragung auch dann problemlos möglich ist, wenn keine Sichtverbindung verfügbar ist.Such developments of the invention, which use a laser and / or a microwave source to heat the heatable medium, offer the advantage that they allow a simple and reliable wireless transmission of larger amounts of energy. The use of a microwave source also offers the advantage that wireless energy transmission is possible without any problems even if no line of sight is available.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kommunikationseinrichtung dazu eingerichtet ist, Zustandsdaten zu ermitteln und die Zustandsdaten drahtlos zu übermitteln. Die Zustandsdaten enthalten dabei Informationen über einen Energieversorgungszustand der Sensoreinrichtung und/oder Informationen über einen Energieversorgungszustand der Kommunikationseinrichtung und/oder Informationen über eine Qualität einer Funkverbindung zwischen der Kommunikationseinrichtung und einem Empfänger der Sensordaten.In a further advantageous development of the invention it is provided that the communication device is set up to determine status data and to transmit the status data wirelessly. The status data contain information about an energy supply status of the sensor device and / or information about an energy supply status of the communication device and / or information about a quality of a radio connection between the communication device and a receiver of the sensor data.
Die Kommunikationseinrichtung kann dabei insbesondere dazu eingerichtet sein, die Zustandsdaten drahtlos an die Basisstation zu übermitteln. Der Empfänger der Sensordaten kann insbesondere die Basisstation sein.The communication device can in particular be set up to transmit the status data wirelessly to the base station. The receiver of the sensor data can in particular be the base station.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass
- - die Sensoreinrichtung oder Teile der Sensoreinrichtung, insbesondere elektronische Komponenten der Sensoreinrichtung, und/oder
- - die Kommunikationseinrichtung oder Teile der Kommunikationseinrichtung, insbesondere elektronische Komponenten der Kommunikationseinrichtung, und/oder
- - die Energy-Harvesting-Einrichtung oder Teile der Energy-Harvesting-Einrichtung, insbesondere elektronische Komponenten der Energy-Harvesting-Einrichtung, und/oder
- - der elektrische Energiespeicher
- the sensor device or parts of the sensor device, in particular electronic components of the sensor device, and / or
- the communication device or parts of the communication device, in particular electronic components of the communication device, and / or
- - The energy harvesting device or parts of the energy harvesting device, in particular electronic components of the energy harvesting device, and / or
- - the electrical energy storage
Die erfindungsgemäße Faserverbund-Fertigungsanlage kann demnach ein Funktionsmodul aufweisen. Das Funktionsmodul kann als Komposit (Verbundwerkstofff) aus einem Polymer mit darin integrierten Funktionselementen ausgebildet sein. Das Funktionsmodul selbst kann ebenfalls durch ein Verbundfertigungsverfahren hergestellt sein, z. B. unter Nutzung eines Autoklavs. Die in das Funktionsmodul integrierten Funktionselemente können
- - die Sensoreinrichtung oder Teile der Sensoreinrichtung, insbesondere elektronische Komponenten der Sensoreinrichtung, und/oder
- - die Kommunikationseinrichtung oder Teile der Kommunikationseinrichtung, insbesondere elektronische Komponenten der Kommunikationseinrichtung, und/oder
- - die Energy-Harvesting-Einrichtung oder Teile der Energy-Harvesting-Einrichtung, insbesondere elektronische Komponenten der Energy-Harvesting-Einrichtung, und/oder
- - den elektrischen Energiespeicher
- the sensor device or parts of the sensor device, in particular electronic components of the sensor device, and / or
- the communication device or parts of the communication device, in particular electronic components of the communication device, and / or
- - The energy harvesting device or parts of the energy harvesting device, in particular electronic components of the energy harvesting device, and / or
- - the electrical energy storage
Die Teile der Energy-Harvesting-Einrichtung können insbesondere Teile der Energy-Harvesting-Einrichtung mit Ausnahme des Windgenerators sein. Das Funktionsmodul kann insbesondere als Verbundwerkstoff ausgeführt sein.The parts of the energy harvesting device can in particular be parts of the energy harvesting device with the exception of the wind generator. The functional module can in particular be designed as a composite material.
Derartige Weiterbildungen der Erfindung, die eine Integration von Funktionselementen und/oder anderer Komponenten in ein Funktionsmodul vorsehen, bieten den Vorteil, dass das Funktionsmodul eine besonders einfache Handhabung erlaubt, weil im Vorfeld des Aushärtens lediglich das Funktionsmodul mit den darin integrierten Komponenten im Innenraum des Autoklavs, an dem Faserverbundbauteil oder an einem während des Aushärtens verwendeten Werkzeug angeordnet werden muss. Darüber hinaus ermöglicht ein solches Funktionsmodul eine robuste und sehr platzsparende Bauweise. Insbesondere kann das Funktionsmodul den darin integrierten Komponenten einen effektiven Schutz gegen die während des Aushärtens im Innenraum des Autoklavs vorherrschenden Umgebungsbedingungen bieten.Such developments of the invention, which provide for the integration of functional elements and / or other components in a functional module, offer the advantage that the functional module allows particularly simple handling, because prior to curing, only the functional module with the components integrated therein is in the interior of the autoclave must be arranged on the fiber composite component or on a tool used during curing. In addition, such a functional module enables a robust and very space-saving design. In particular, the functional module can offer the components integrated therein effective protection against the ambient conditions prevailing in the interior of the autoclave during curing.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Energy-Harvesting-Einrichtung dazu eingerichtet ist, die elektrische Energie aus einer Kombination der oben erläuterten Möglichkeiten zur Energiegewinnung zu gewinnen.In an advantageous further development of the invention it is provided that the energy harvesting device is set up to generate the electrical energy from a combination of the above-explained possibilities for energy generation.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Energy-Harvesting-Einrichtung dazu eingerichtet ist,
- - während einer Aufwärmphase und/oder einer Abkühlphase des Autoklavs die elektrische Energie zumindest teilweise mittels des thermoelektrischen Generators aus einer durch die Prozessenergie verursachten Temperaturdifferenz im Innenraum des Autoklavs zu gewinnen und die Sensoreinrichtung mit der auf diese Weise gewonnenen elektrischen Energie zu versorgen, und
- - während einer isothermen Phase des Autoklavs die elektrische Energie auf andere Art zu gewinnen und/oder zumindest teilweise dem elektrischen Energiespeicher zu entnehmen und die Sensoreinrichtung mit der auf diese Weise gewonnenen und/oder entnommenen elektrischen Energie zu versorgen.
- - during a warming-up phase and / or a cooling-down phase of the autoclave, at least partially by means of the thermoelectric generator, to obtain the electrical energy from a temperature difference in the interior of the autoclave caused by the process energy and to supply the sensor device with the electrical energy obtained in this way, and
- - during an isothermal phase of the autoclave to obtain the electrical energy in a different way and / or at least partially take it from the electrical energy store and to supply the sensor device with the electrical energy obtained and / or removed in this way.
Derartige Weiterbildungen der Erfindung bieten den Vorteil, dass sich auf diese Weise die oben erläuterte Problematik der Gewinnung elektrischer Energie während isothermer Phasen überwinden lässt. Durch einen thermoelektrischen Generator kann zwar während einer Aufwärmphase und/oder einer Abkühlphase des Autoklavs elektrische Energie in ausreichenden Mengen aus einer durch die Prozessenergie verursachten Temperaturdifferenz im Innenraum des Autoklavs gewonnen werden, in isothermen Phasen hingegen (d.h. nach einer Aufwärmphase und vor einer Abkühlphase oder nach einer Abkühlphase und vor einer Aufwärmphase) sind die im Innenraum des Autoklavs vorhandenen Temperaturdifferenzen oftmals nicht groß genug, um mit Hilfe des thermoelektrischen Generators elektrische Energie in den erforderlichen Mengen zu gewinnen.Such developments of the invention offer the advantage that in this way the above-explained problem of the generation of electrical energy during isothermal phases can be overcome. A thermoelectric generator can generate sufficient amounts of electrical energy from a temperature difference in the interior of the autoclave caused by the process energy during a warm-up phase and / or a cool-down phase of the autoclave, but in isothermal phases (i.e. after a warm-up phase and before a cooling phase or after a cooling phase and before a warming up phase) the temperature differences existing in the interior of the autoclave are often not large enough to generate the required amounts of electrical energy with the aid of the thermoelectric generator.
Um die isothermen Phasen des Autoklavs, während derer keine ausreichende Temperaturdifferenzen im Innenraum des Autoklavs vorhanden sind, zu überbrücken, kann die Energy-Harvesting-Einrichtung daher dazu eingerichtet sein, während der isothermen Phasen die elektrische Energie auf andere Art zu gewinnen, wobei insbesondere eine oder mehrere der anderen oben erläuterten Möglichkeiten zur Energiegewinnung durch die Energy-Harvesting-Einrichtung genutzt werden können. Alternativ oder ergänzend kann die Energy-Harvesting-Einrichtung auch dazu eingerichtet sein, während der isothermen Phase die elektrische Energie dem elektrischen Energiespeicher zu entnehmen, wie oben bereits kurz erläutert wurde. Mit der auf diese Art und Weise gewonnenen und/oder dem elektrischen Energiespeicher entnommenen elektrischen Energie kann die Energy-Harvesting-Einrichtung die Sensoreinrichtung und/oder die Kommunikationseinrichtung versorgen.In order to bridge the isothermal phases of the autoclave, during which there are insufficient temperature differences in the interior of the autoclave, the energy harvesting device can therefore be set up during the Isothermal phases to obtain the electrical energy in a different way, in particular one or more of the other possibilities explained above for energy generation by the energy harvesting device can be used. As an alternative or in addition, the energy harvesting device can also be set up to draw the electrical energy from the electrical energy store during the isothermal phase, as has already been briefly explained above. With the electrical energy obtained in this way and / or taken from the electrical energy store, the energy harvesting device can supply the sensor device and / or the communication device.
Die eingangs genannte Aufgabe wird des Weiteren gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils mit den Schritten:
- - Einbringen des Faserverbundbauteils in einen Innenraum eines Autoklavs, der zum Aushärten des Faserverbundbauteils eingerichtet ist,
- - Gewinnen elektrischer Energie und Versorgen einer im Innenraum des Autoklavs angeordneten Sensoreinrichtung und einer im Innenraum des Autoklavs angeordneten Kommunikationseinrichtung mit der gewonnenen elektrischen Energie mittels einer im Innenraum des Autoklavs angeordneten Energy-Harvesting-Einrichtung,
- - Erfassen von Prozessparametern des Herstellungsprozesses in Form von Sensordaten mittels der Sensoreinrichtung,
- - drahtloses Übermitteln der Sensordaten mittels der Kommunikationseinrichtung.
- - Introducing the fiber composite component into an interior of an autoclave which is set up for curing the fiber composite component,
- - Gaining electrical energy and supplying a sensor device arranged in the interior of the autoclave and a communication device arranged in the interior of the autoclave with the electrical energy obtained by means of an energy harvesting device arranged in the interior of the autoclave,
- - Acquisition of process parameters of the manufacturing process in the form of sensor data by means of the sensor device,
- - Wireless transmission of the sensor data by means of the communication device.
Auch mit einem solchen erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich die zuvor in Bezug auf die erfindungsgemäße Faserverbund-Fertigungsanlage erläuterten Vorteile erzielen.The advantages explained above with regard to the fiber composite manufacturing plant according to the invention can also be achieved with such a method according to the invention.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass als Prozessparameter ein Druck und/oder eine Kraft und/oder eine mechanische Spannung und/oder eine Verformung, insbesondere eine Dehnung, und/oder eine Temperatur erfasst werden.In an advantageous development of the method according to the invention, it is provided that a pressure and / or a force and / or a mechanical tension and / or a deformation, in particular an expansion, and / or a temperature are recorded as process parameters.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Sensordaten mittels der Kommunikationseinrichtung per Funk übermittelt werden.In a further advantageous development of the method according to the invention, it is provided that the sensor data are transmitted by radio by means of the communication device.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Sensordaten mittels der Kommunikationseinrichtung durch Ultra-Low-Power-Funk übermittelt werden.In a further advantageous development of the method according to the invention, it is provided that the sensor data are transmitted by means of the communication device using ultra-low-power radio.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Kommunikationseinrichtung die Sensordaten an eine Basisstation übermittelt, wobei mit der Basisstation eine Antenne verbunden ist und die Basisstation die per Funk übermittelten Sensordaten über die Antenne empfängt.Another advantageous development of the method according to the invention provides that the communication device transmits the sensor data to a base station, an antenna being connected to the base station and the base station receiving the sensor data transmitted by radio via the antenna.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Antenne, über welche die Basisstation die per Funk übermittelten Sensordaten empfängt, im Innenraum des Autoklavs angeordnet ist und die Basisstation außerhalb des Innenraums des Autoklavs angeordnet ist.In a further advantageous development of the method according to the invention, it is provided that the antenna via which the base station receives the sensor data transmitted by radio is arranged in the interior of the autoclave and the base station is arranged outside of the interior of the autoclave.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass dem Innenraum des Autoklavs eine Prozessenergie zugeführt wird, die dem Aushärten des Faserverbundbauteils dient, und die Energy-Harvesting-Einrichtung die elektrische Energie zumindest teilweise aus der Prozessenergie gewinnt, insbesondere vollständig aus der Prozessenergie gewinnt.In a further advantageous development of the method according to the invention, it is provided that the interior of the autoclave is supplied with process energy which is used to cure the fiber composite component, and the energy harvesting device at least partially derives the electrical energy from the process energy, in particular completely from the process energy wins.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass mittels eines Gebläses ein Luftstrom im Innenraum des Autoklavs erzeugt wird und die Energy-Harvesting-Einrichtung die elektrische Energie zumindest teilweise aus einer kinetischen Energie des Luftstroms gewinnt.In a further advantageous development of the method according to the invention it is provided that an air flow is generated in the interior of the autoclave by means of a fan and the energy harvesting device obtains the electrical energy at least partially from kinetic energy of the air flow.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Energy-Harvesting-Einrichtung einen Windgenerator aufweist, der von dem Luftstrom angetrieben wird und auf diese Weise die elektrische Energie zumindest teilweise aus der kinetischen Energie des Luftstroms gewinnt.In a further advantageous development of the method according to the invention it is provided that the energy harvesting device has a wind generator which is driven by the air flow and in this way at least partially extracts the electrical energy from the kinetic energy of the air flow.
Alternativ oder ergänzend hierzu ist in einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass die Energy-Harvesting-Einrichtung ein piezoelektrisches Element aufweist, das die elektrische Energie zumindest teilweise unter Ausnutzung des piezoelektrischen Effekts (Piezoeffekts) aus der kinetischen Energie des Luftstroms gewinnt. Die Energy-Harvesting-Einrichtung kann insbesondere eine mit dem piezoelektrischen Element ausgestattete schwingende Struktur aufweisen. Die schwingende Struktur kann auf diese Weise die elektrische Energie zumindest teilweise unter Ausnutzung des piezoelektrischen Effekts aus der kinetischen Energie des Luftstroms gewinnen. Das piezoelektrische Element kann insbesondere als Piezogenerator ausgebildet sein.As an alternative or in addition to this, a further advantageous development of the method according to the invention provides that the energy harvesting device has a piezoelectric element that derives the electrical energy at least partially from the kinetic energy of the air flow using the piezoelectric effect. The energy harvesting device can in particular have an oscillating structure equipped with the piezoelectric element. In this way, the vibrating structure can at least partially obtain the electrical energy from the kinetic energy of the air flow by utilizing the piezoelectric effect. The piezoelectric element can in particular be designed as a piezo generator.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Energy-Harvesting-Einrichtung einen thermoelektrischen Generator aufweist, der die elektrische Energie zumindest teilweise aus einer dem Innenraum des Autoklavs als Prozessenergie zugeführten thermischen Energie gewinnt.In a further advantageous development of the method according to the invention it is provided that the energy harvesting device has a thermoelectric generator which at least partially extracts the electrical energy from thermal energy supplied as process energy to the interior of the autoclave.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass zumindest ein Teil der mittels der Energy-Harvesting-Einrichtung gewonnenen elektrischen Energie in einem elektrischen Energiespeicher gespeichert wird.In a further advantageous development of the method according to the invention, it is provided that at least part of the electrical energy obtained by means of the energy harvesting device is stored in an electrical energy store.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der elektrische Energiespeicher als Superkondensator ausgebildet ist und/oder einen Superkondensator umfasst.In a further advantageous development of the method according to the invention, it is provided that the electrical energy store is designed as a supercapacitor and / or comprises a supercapacitor.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass eine Energieübertragungseinrichtung mittels drahtloser Energieübertragung, insbesondere mittels drahtloser Fernfeld-Energieübertragung, Energie an die Energy-Harvesting-Einrichtung überträgt.In a further advantageous development of the method according to the invention, it is provided that an energy transmission device transmits energy to the energy harvesting device by means of wireless energy transmission, in particular by means of wireless far-field energy transmission.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Energieübertragungseinrichtung durch Abstrahlen hochfrequenter elektromagnetischer Wellen drahtlose Energie an die Energy-Harvesting-Einrichtung überträgt und die Energy-Harvesting-Einrichtung die abgestrahlten elektromagnetischen Wellen empfängt und die elektrische Energie zumindest teilweise aus den empfangenen elektromagnetischen Wellen gewinnt.In a further advantageous development of the method according to the invention it is provided that the energy transmission device transmits wireless energy to the energy harvesting device by emitting high-frequency electromagnetic waves and the energy harvesting device receives the emitted electromagnetic waves and the electrical energy at least partially from the received electromagnetic waves wins.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Energieübertragungseinrichtung einen Laser aufweist, der die hochfrequenten elektromagnetischen Wellen in Form von Laserstrahlen abstrahlt, und die Energy-Harvesting-Einrichtung einen photoelektrischen Generator aufweist, der die Laserstrahlen empfängt und die elektrische Energie zumindest teilweise aus den empfangenen Laserstrahlen gewinnt.In a further advantageous development of the method according to the invention it is provided that the energy transmission device has a laser that emits the high-frequency electromagnetic waves in the form of laser beams, and the energy harvesting device has a photoelectric generator that receives the laser beams and at least the electrical energy partially gains from the received laser beams.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist alternativ oder ergänzend hierzu vorgesehen, dass die Energieübertragungseinrichtung eine Radiowellenquelle aufweist, welche die hochfrequenten elektromagnetischen Wellen in Form von Radiowellen abstrahlt, und die Energy-Harvesting-Einrichtung einen Radiowellenempfänger aufweist, der die Radiowellen empfängt und die elektrische Energie zumindest teilweise aus den empfangenen Radiowellen gewinnt.In a further advantageous development of the method according to the invention, it is alternatively or additionally provided that the energy transmission device has a radio wave source which emits the high-frequency electromagnetic waves in the form of radio waves, and the energy harvesting device has a radio wave receiver that receives the radio waves and which electrical energy at least partially from the received radio waves wins.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass im Innenraum ein erwärmbares Medium angeordnet ist und die Energieübertragungseinrichtung das erwärmbare Medium kontaktlos erwärmt und dem erwärmbaren Medium auf diese Weise eine thermische Energie zuführt, wobei die Energy-Harvesting-Einrichtung einen thermoelektrischen Generator aufweist, der mit dem erwärmbaren Medium wärmeleitend verbunden ist und die elektrische Energie zumindest teilweise aus der thermischen Energie gewinnt, die dem erwärmbaren Medium durch das kontaktlose Erwärmen zugeführt wurde.In a further advantageous development of the method according to the invention it is provided that a heatable medium is arranged in the interior and the energy transfer device heats the heatable medium without contact and in this way supplies thermal energy to the heatable medium, the energy harvesting device having a thermoelectric generator , which is connected to the heatable medium in a thermally conductive manner and the electrical energy at least partially wins from the thermal energy that was supplied to the heatable medium by the contactless heating.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Energieübertragungseinrichtung das erwärmbare Medium durch Abstrahlen hochfrequenter elektromagnetischer Wellen kontaktlos erwärmt.In a further advantageous development of the method according to the invention, it is provided that the energy transmission device heats the heatable medium in a contactless manner by radiating high-frequency electromagnetic waves.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Energieübertragungseinrichtung einen Laser aufweist, der das erwärmbare Medium erwärmt. Alternativ oder ergänzend hierzu ist in einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass die Energieübertragungseinrichtung eine Mikrowellenquelle aufweist, die das erwärmbare Medium erwärmt.In a further advantageous development of the method according to the invention it is provided that the energy transmission device has a laser which heats the heatable medium. As an alternative or in addition to this, a further advantageous development of the method according to the invention provides that the energy transmission device has a microwave source which heats the heatable medium.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Kommunikationseinrichtung Zustandsdaten ermittelt und die Zustandsdaten drahtlos übermittelt. Die Zustandsdaten enthalten dabei Informationen über einen Energieversorgungszustand der Sensoreinrichtung und/oder Informationen über einen Energieversorgungszustand der Kommunikationseinrichtung und/oder Informationen über eine Qualität einer Funkverbindung zwischen der Kommunikationseinrichtung und einem Empfänger der Sensordaten.In a further advantageous development of the method according to the invention, it is provided that the communication device determines status data and transmits the status data wirelessly. The status data contain information about an energy supply status of the sensor device and / or information about an energy supply status of the communication device and / or information about a quality of a radio connection between the communication device and a receiver of the sensor data.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Energy-Harvesting-Einrichtung
- - während einer Aufwärmphase und/oder einer Abkühlphase des Autoklavs die elektrische Energie zumindest teilweise mittels des thermoelektrischen Generators aus einer durch die Prozessenergie verursachten Temperaturdifferenz im Innenraum des Autoklavs gewinnt und die Sensoreinrichtung mit der auf diese Weise gewonnenen elektrischen Energie versorgt und
- - während einer isothermen Phase des Autoklavs die elektrische Energie auf andere Art gewinnt und/oder zumindest teilweise dem elektrischen Energiespeicher entnimmt und die Sensoreinrichtung mit der auf diese Weise gewonnenen und/oder entnommenen elektrischen Energie versorgt.
- - During a warm-up phase and / or a cool-down phase of the autoclave, the electrical energy is at least partially obtained by means of the thermoelectric generator from a temperature difference in the interior of the autoclave caused by the process energy and the sensor device is supplied with the electrical energy obtained in this way and
- - During an isothermal phase of the autoclave, the electrical energy wins in a different way and / or at least partially removes electrical energy storage and supplies the sensor device with the electrical energy obtained and / or removed in this way.
Im Hinblick auf die Vorteile der Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auf die zuvor erläuterten Vorteile der Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Faserverbund-Fertigungsanlage verwiesen werden.With regard to the advantages of the further developments of the method according to the invention, reference can be made to the previously explained advantages of the further developments of the fiber composite manufacturing plant according to the invention.
Die Erfindung soll im Folgenden anhand der in den beigefügten Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:
-
1 - eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Faserverbund-Fertigungsanlage; -
2 - beispielhafte Temperaturverläufe im Innenraum eines Autoklavs.
-
1 - A schematic representation of a fiber composite manufacturing plant according to the invention; -
2 - Exemplary temperature profiles in the interior of an autoclave.
Die
Des Weiteren ist in der
Darüber hinaus lässt die
Erkennbar ist, dass zu diesem Zweck im Ausführungsbeispiel der
Die Kommunikationseinrichtung
Des Weiteren ist in der
Der in der
Des Weiteren ist aus der
In dem in der
Darüber hinaus lässt die
Die Faserverbund-Fertigungsanlage
Die Energieübertragungseinrichtung
Des Weiteren ist die Energieübertragungseinrichtung
Des Weiteren ist in der
Die elektronischen Komponenten der Sensoreinrichtung
Die Energy-Harvesting-Einrichtung
Die
Erkennbar ist, dass während einer ersten Aufwärmphase
Erkennbar ist in der
Die
Die Energy-Harvesting-Einrichtung
Während der isothermen Phasen
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- Faserverbund-FertigungsanlageFiber composite manufacturing plant
- 33
- FaserverbundbauteilFiber composite component
- 55
- Werkzeugtool
- 77th
- AutoklavAutoclave
- 99
- Innenrauminner space
- 1111th
- SensoreinrichtungSensor device
- 11a, 11b, 11c11a, 11b, 11c
- Sensorsensor
- 1313th
- KommunikationseinrichtungCommunication facility
- 1515th
- Energy-Harvesting-EinrichtungEnergy harvesting facility
- 1717th
- BasisstationBase station
- 1919th
- Antenneantenna
- 2121
- Gebläsefan
- 2323
- WindgeneratorWind generator
- 2525th
- thermoelektrischer Generatorthermoelectric generator
- 2727
- elektrischer Energiespeicherelectrical energy storage
- 2828
- EnergieübertragungseinrichtungEnergy transmission device
- 2929
- Laserlaser
- 3131
- photoelektrischer Generatorphotoelectric generator
- 3333
- MikrowellenquelleMicrowave source
- 3535
- LufttemperaturAir temperature
- 3737
- WerkzeugtemperaturMold temperature
- 39a, 39b, 39c39a, 39b, 39c
- AufwärmphaseWarm-up phase
- 39d39d
- AbkühlphaseCool down phase
- 41a, 41b, 41c, 41d41a, 41b, 41c, 41d
- isotherme Phaseisothermal phase
- 4343
- WandungWall
- 4545
- Antenneantenna
- 4747
- erwärmbares Mediumheatable medium
- ΔTΔT
- TemperaturdifferenzTemperature difference
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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-
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