WO2008012300A1 - Antenna in a fibre-reinforced composite material and method for formation of an antenna using a fibre-reinforced composite material - Google Patents

Antenna in a fibre-reinforced composite material and method for formation of an antenna using a fibre-reinforced composite material Download PDF

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WO2008012300A1
WO2008012300A1 PCT/EP2007/057608 EP2007057608W WO2008012300A1 WO 2008012300 A1 WO2008012300 A1 WO 2008012300A1 EP 2007057608 W EP2007057608 W EP 2007057608W WO 2008012300 A1 WO2008012300 A1 WO 2008012300A1
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WO
WIPO (PCT)
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fiber strands
fiber
spaced
layers
antenna
Prior art date
Application number
PCT/EP2007/057608
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Inventor
Christoph Hoffmeister
Axel S. Herrmann
Christof Breckenfelder
Ulrich Glotzbach
Otthein Herzog
Original Assignee
Universität Bremen
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
    • H01Q1/273—Adaptation for carrying or wearing by persons or animals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/2208—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles associated with components used in interrogation type services, i.e. in systems for information exchange between an interrogator/reader and a tag/transponder, e.g. in Radio Frequency Identification [RFID] systems
    • H—ELECTRICITY
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    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/364—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith using a particular conducting material, e.g. superconductor
    • H01Q1/368—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith using a particular conducting material, e.g. superconductor using carbon or carbon composite

Definitions

  • the invention relates to an antenna in a fiber-reinforced composite material and to a method for forming an antenna in a fiber-reinforced composite material.
  • Fiber-reinforced composite materials in particular carbon fiber-reinforced composite materials (also referred to as CFRP), have prevailed in recent decades in many different technical fields of application as the preferred material.
  • CFRP carbon fiber-reinforced composite materials
  • the merits of this material are that it has high weight-specific strength and rigidity. Therefore, such composites are used in areas where a high stiffness of the material is required at the same time as very light weight, e.g. in the aerospace or automotive industry.
  • Antennas may be formed by conductive fibers which are isolated from the surrounding material via insulating fibers.
  • this textile structure may be impregnated with a resin to form a solid structure
  • JP 2005033561 A shows an antenna consisting of antenna elements composed of spiral carbon fibers incorporated in a synthetic resin. This document does not disclose how antennas can be incorporated in fiber reinforced composites.
  • the document WO 2005/071605 A2 describes a textile material with a high-frequency transponder in which electrically conductive components of the textile material are designed as antennas.
  • the document is not concerned with the formation of antennas in fiber composites.
  • the object of the invention is to provide an antenna in a fiber-reinforced composite, which is simple and inexpensive to manufacture. It is another object of the invention to provide a manufacturing method by which such an antenna can be formed in a fiber composite material.
  • the antenna according to the invention is formed in a fiber-reinforced composite material, in particular a carbon fiber-reinforced composite material, wherein the fiber-reinforced composite material comprises a plastic matrix and fiber strands or fiber bundles of conductive reinforcing fibers, in particular carbon, embedded therein.
  • the term "fiber strand” here and in the following, and in particular in the claims, is to be understood as meaning a fiber strand of the electrically conductive and structure-carrying reinforcing fibers, in particular of carbon fibers, of the composite material.
  • a fiber strand preferably consists of a multiplicity of fibers or filaments, but may possibly also comprise only a single fiber.
  • the antenna according to the invention comprises one or more layers of fiber strands, wherein in at least a part of the layers one or more spaced fiber strands are formed, which are spaced from the other fiber strands of the respective layer.
  • at least a part of the spaced-apart fiber strands is arranged in the plastic matrix of the fiber-reinforced composite material such that at least a part of the spaced-apart fiber strands forms an antenna structure insulated from the remaining fiber strands via which electromagnetic waves can be received and / or transmitted.
  • the invention is based on the surprising discovery that in fiber-reinforced composite materials, in particular in carbon fiber-reinforced composite materials, the conductive reinforcing fibers conventionally used only for reinforcing the material can also be used as antennas in the material.
  • the antenna according to the invention has the advantage that in the Material no longer need to be introduced in a separate step corresponding antennas, but by minor modifications in the production of the composite antenna structures can already be formed by the existing fiber strands.
  • a plurality of layers of fiber strands are placed in the antenna and positioned one above the other, with fiber strands of different layers, in particular adjacent layers, being electrically connected to one another via contacting points on the spaced fiber strands to form the antenna structure.
  • one or more of the spaced-apart fiber strands are spaced apart in the longitudinal direction by one or more separating sections.
  • the contact points defined above are formed adjacent to separating sections on spaced-apart fiber strands.
  • the antenna according to the invention preferably has a rod-shaped and / or meander-shaped and / or spiral-shaped and / or frame-shaped structure and / or a patch antenna structure.
  • the individual fiber layers of the composite in which the antenna is formed preferably each consist of substantially parallel set Fiber strands, wherein in a preferred variant, the fiber strands of adjacent layers are at an angle to each other, in particular at an angle which is between 45 degrees and 90 degrees.
  • the spacing of the conductive reinforcing fibers is achieved by at least partially disposing fiber strands of insulating material, in particular fiber strands of glass fiber and / or synthetic fiber, in at least one layer between fiber strands of reinforcing fibers.
  • a processing unit in particular a transponder chip, is provided for processing electromagnetic waves to be transmitted and / or received via the antenna structure, the antenna structure being connected via one or more contact sections one or more of the spaced fiber strands connected to the processing unit, in particular glued or bonded, is.
  • the processing unit may be cast in the composite material, thereby providing a compact and rigid component which may be used, for example, in the aerospace industry.
  • the invention further relates to a method of forming such an antenna in a fiber-reinforced composite material.
  • a) one or more layers of carbon fiber strands are formed or laid in such a way that in at least part of the layers one or more spaced fiber strands are formed, which are spaced from the other fiber strands of the respective layer .
  • the plastic matrix for forming the fiber-reinforced composite material in such a way in the one or more Layers introduced that at least a portion of the spaced fiber strands forms an isolated from the remaining fiber strands antenna structure over which electromagnetic waves can be received and / or sent.
  • the method according to the invention makes use of the knowledge that, by a suitable modification of a conventional manufacturing method for a fiber-reinforced composite material, an antenna can be easily formed in the material by forming antenna structures through the reinforcing fiber strands of conductive material itself.
  • the process has the great advantage that it can be easily integrated into existing processes for the production of fiber-reinforced plastics. It must be ensured only in the production of the individual fiber layers that those fibers in a layer which are to form the antenna structure, are spaced from each other to ensure the reception or emission of electromagnetic waves, especially in the high frequency range, and a short circuit with to avoid adjacent fibers. In addition, during manufacture when introducing the plastic matrix, it must be ensured that an antenna structure insulated from the remaining fiber strands is actually formed by the spaced-apart fiber strands.
  • step b) first, in a partial step i), one or more insulation layers are formed
  • contacting windows are formed, which are not covered by the insulating layer, wherein the contacting windows are arranged such that subsequent positioning of the layers one above the other an electrical contact between the contacting points on spaced fiber strands in different layers over the contacting window is made.
  • the contacting windows are preferably formed in that the contacting points are covered in a respective position prior to the application of the insulating layer by covers, in particular stickers, wherein the covers are removed after application of the insulating layer to expose the contact points.
  • the contacting windows can be formed by applying an insulating layer in the form of an insulating film in a respective layer, the insulating film having openings representing the contacting windows and the insulating film being made of a plastic which is used in carrying out the finishing step ii). , in the plastic matrix rises.
  • At least one insulating layer in step i) above is formed by resin application of the respective layer with an uncured resin, in particular with epoxy resin.
  • the layers of fiber strands and the insulating layer or layers are impregnated with resin, in particular with epoxy resin and / or polyester resin, and subsequently hardened, hardening taking place in particular by exertion of pressure and temperature on the resin.
  • one or more of the spaced-apart fiber strands is separated at one or more points, in particular using a cutting tool, whereby one or more separating sections are formed.
  • corresponding antenna structures can be formed locally limited in different areas of a fiber composite material.
  • the contacting points of the fiber strands are formed from different layers adjacent to the separating sections on the fiber strands.
  • the method according to the invention makes it possible to easily form a multiplicity of different antenna structures; in particular, a rod-shaped antenna can be formed in a single layer of the composite material, but also meander-shaped and / or spiral-shaped and / or frame-shaped antenna structures and / or patch antenna structures in the material be created.
  • the fiber strands in a respective layer are at least partially substantially parallel placed to each other.
  • the fiber strands of adjacent layers may be oblique to one another, in particular at an angle which is between 45 degrees and 90 degrees.
  • the fiber strands can be immediately spaced in at least one layer during laying. It is also possible that the fiber strands are placed in at least one layer initially and then those fiber strands, which are to serve as spaced fiber strands, are spaced.
  • Another possibility for forming the spaced fiber strands is that in at least one layer between fiber strands of electrically conductive reinforcing fibers at least partially fiber strands of insulating material, in particular fiber strands of glass fiber and / or synthetic fiber, e.g. Aramid or dynema.
  • TFP Tailored Fiber Placement
  • the antenna structure is connected via one or more contact sections at one or more of the spaced fiber strands to a processing unit, in particular a transponder chip, for processing electromagnetic waves to be transmitted and / or received via the antenna structure.
  • a processing unit in particular a transponder chip
  • the connection to the processing unit can be made, for example, by gluing and / or bonding.
  • the antenna structure together with the processing unit is integrally molded into the fiber-reinforced composite material, in particular impregnated with resin and hardened.
  • FIGS 1 to 4 are schematic representations showing the essential steps of an embodiment of the method according to the invention.
  • Fig. 5 is a diagram showing five possible antenna structures that can be realized with the method according to the invention.
  • FIG. 6 shows a perspective schematic drawing which shows an antenna structure according to the invention formed in a multi-axial joint in conjunction with a transponder chip;
  • Fig. 7 is a perspective view of a Multiaxialgeleges, in which a
  • Antenna structure can be formed according to the invention.
  • Fig. 8 is a schematic representation illustrating the use of the antenna structure according to the invention in a sensor network.
  • FIGS. 1 to 4 illustrate the essential method steps for forming an antenna structure in a fiber-reinforced composite material according to an embodiment of the method according to the invention.
  • an antenna structure is formed by the carbon fibers in a carbon fiber reinforced plastic in multiple layers of a multiaxial fabric by bonding together those carbon fibers which form the antenna.
  • the following is a two-layered structure to form the antenna described, but also other layers can be provided to form more complex structures.
  • a first layer Ll of parallel laid carbon fiber strands 1 (also known as rovings) generated.
  • laying methods known from the prior art can be used to form such layers, which are optionally only adjusted such that it is ensured that the individual fiber strands are spaced apart from one another at least in a partial region of the layer, so that adjacent fiber strands 1 do not touch and thus are electrically isolated from each other.
  • a separation point 2 is produced in one of the fiber strands in a next step.
  • Adjacent to this separation point is the later contacting point 3 of the corresponding fiber strand with a fiber strand of an overlying layer.
  • the contacting point 3 is indicated in Fig. 1 by a dotted rectangle.
  • the separation of the fiber strand at the separation point 2 for example, by a cutting tool, in particular by a cutter.
  • the individual fiber strands 1 are already placed at a distance from one another during laying.
  • 2-those fiber strands in whose area an antenna structure is to be formed are subsequently set at a distance.
  • insulating fiber strands are laid, for example insulating glass fiber strands. It Then, a structure is created that is composed of a layer of fiber strands that alternately consist of carbon and glass fiber.
  • a masking is applied to the subsequent contacting point 3 in a next processing step.
  • This masking can be produced for example by attaching a cover, in particular a sticker, on the corresponding fiber strand.
  • the thus masked carbon fiber sheet is resinated (i.e., resin is applied) so that an insulation layer 4 is formed, as shown in Fig. 2.
  • a resin e.g. the resin mixture used, which is also used in the conventional production of carbon fiber laid.
  • no hardening of the resin is carried out so that the insulating layer is initially an uncured resin layer.
  • the previously applied masking is removed so that the insulation layer 4 shown in FIG.
  • the formation of the insulating layer 4 is a step in the method described herein which differs from conventional processes for producing carbon fiber reinforced plastics. Although insulating layers of plastic may also be formed in conventional carbon fiber reinforced composites during manufacture, care is taken in accordance with the invention that the insulation layers provide isolation of the fibers such that an antenna structure is formed by the fiber strands. In the embodiment described here, this is achieved by providing the insulating layer 4 with a corresponding window 5, via which those fiber strands, which later form the antenna structure, can be connected to one another from different layers.
  • a second layer L2 of carbon fiber strands 6 is formed on the insulating layer 4 in the same manner as the first layer. Unlike the first
  • the fiber strands 6 of the second layer L2 are in this case laid in such a way that the central carbon fiber strand runs essentially centrally above the contacting window 5.
  • the structure shown in FIG. 3 thus provides a possibility of contacting a lower fiber strand 1 from the layer L1, namely the second fiber strand from the left, with the overlying middle fiber strand 6 of the layer L2.
  • Analogously to the first layer of the middle fiber strand 6 is also also also separated, so that even in the position L2 a separation point 2 is formed.
  • the two fiber strands crossing each other in the contacting window 5 can now be fixed to one another on the contacting window, for example by sewing them together. However, this is not absolutely necessary since contacting of the two fiber strands can also be achieved during the final processing into the final carbon fiber reinforced composite material.
  • an antenna structure which has two fiber strands connected via contacting windows which run perpendicular to one another.
  • a meandering or helical antenna structure can be produced in this way, for example.
  • care must be taken to ensure that corresponding insulation areas 4 with contacting windows 5 are formed adjacent to separation sites 2 again and again between the layers, so that corresponding antenna structures are formed.
  • meander-shaped or spiral-shaped antennas can already be formed in the two-layer structure of FIG.
  • Fig. 4 shows the final processing of the Geleges of Fig. 3 to a transponder.
  • a further final insulation layer 4 is first applied to the layer L2. Care is taken here that the ends of the fiber strands 6 are not covered by the insulation layer and thus can serve as contact sections. NEN.
  • the lower ends 7 of the fiber strands 6 are used as contact portions.
  • a processing unit 8 in the form of a transponder chip is then attached to these contact sections, in particular by gluing or bonding.
  • the entire structure is impregnated with a resin that is also used in conventional processes for producing a carbon fiber reinforced plastic.
  • the impregnation can be carried out either by resin injection or by resin infusion, where appropriate, a resin film can be used.
  • the resin used may be the same resin as used for the insulating regions or insulating layers.
  • an antenna structure can be integrated in this plastic by simple modifications of conventional process steps in the production of a carbon fiber-reinforced plastic.
  • the antenna structure can be worked out of the carbon fiber strands which are already processed in a conventional plastic.
  • the essential finding of the invention is thus to modify the arrangement of the carbon fiber strands in a carbon fiber-reinforced composite material such that a part of the carbon fiber strands forms an antenna structure.
  • Fig. 5 shows schematically five possible embodiments of antenna structures.
  • a meander-shaped structure S 1, a spiral-shaped structure S 2, a structure S 3 in the form of a rod antenna, a frame-shaped structure S 4 or a patch antenna structure S 5 can be created.
  • the production process is particularly simple, since in particular the process steps described above of separating fiber strands and contacting fiber strands from adjacent layers can be omitted.
  • it must also be respected when producing a rod antenna.
  • this is achieved by spacing the fiber strands in one layer and corresponding insulation of the fiber strands by the plastic matrix of the carbon fiber-reinforced composite material.
  • a patch antenna structure for example, adjacent layers of fiber strands are contacted in plan view in the region of a square or rectangle at all interfaces of the fiber strands of adjacent layers via contacting windows.
  • a planar, planar conductive structure is created in the composite material which has the properties of a patch antenna.
  • FIG. 6 shows a schematic perspective view of a multi-axial support which can be produced according to the method described above.
  • the scrim is of two layers and has the layers L 1 and L 2 produced according to the method of the invention, the fiber strands 1 of the first layer L 1 running from left to right and the fiber strands 6 of the second layer L 2 extending from the bottom to the top are. For reasons of clarity, only some of the fibers are provided with the reference numerals 1 and 6, respectively.
  • Some of the fiber strands of the layers are connected to one another via the contacting points 3, whereby a connection from the layer L1 to L2 or from the layer L2 to L1 is created via these contacting points. It is thereby created a spiral-shaped structure, which is indicated in Fig. 6 by thick lines.
  • the individual carbon fiber strands run alternately along the spiral in the upper and lower layers.
  • One end of the spiral is in this case connected to a transponder chip TC.
  • the structure shown in Fig. 6 allows the introduction of transponders consisting of antenna and transponder chip in carbon fiber reinforced composites and can be used for example in the aerospace industry in the context of so-called structural health monitoring.
  • the carbon fiber composite material installed in the aircraft is monitored by individual sensors for safety, in particular for the detection of shock and impact events. The sensed data can then be read out without contact with the introduced in the carbon fiber composite antenna.
  • Fig. 7 shows for clarity again a Multiaxialgelege of a plurality of superimposed layers, wherein in contrast to the previously described embodiments, a total of five layers Ll to L5 are reproduced.
  • this clutch can be configured according to the invention such that in the context of an antenna structure is created. In this case, the necessary contacts over the levels of the multiaxial layer are again formed by corresponding contacting windows
  • FIG. 8 shows a schematic illustration of a sensor network for clarification purposes, as can be used in aircraft construction, for example, in the already mentioned structural health monitoring.
  • a large number of sensors S in the carbon-fiber-reinforced plastic installed in the aircraft are connected to a corresponding transponder chip, which in turn is connected to a helical antenna (in FIG. 8 designated by reference symbol A) embedded in the carbon fiber-reinforced plastic according to the invention.
  • a transponder chip and the antenna With the transponder chip and the antenna, a communication interface for non-contact reading of sensed data with corresponding readers of monitoring services is created in the carbon fiber-reinforced plastic.
  • the reading ranges are in the centimeter range.
  • the invention has a variety of applications.
  • the semi-finished products used in the production of the carbon fiber-reinforced material are already equipped with antenna and transponder chip, so that the semi-finished products can be recorded during production production logistics.
  • the collected data can be stored by data storage or tracking or documentation. mentation to improve the quality management of the production of carbon fiber reinforced plastics.
  • Another field of application of the invention is the identification of components.
  • the system of antenna and transponder chip serves to uniquely identify the component in which it is integrated and to document its data as well as components and manufacturing history. In the event that data can be written to the transponder chip via the antenna, there is the possibility that such data, which accumulates during the life cycle, will be added to the transponder chip.

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Abstract

The invention relates to an antenna using a fibre-reinforced composite material, in particular to a carbon-fibre-reinforced composite material, with the fibre-reinforced composite material comprising a plastic matrix and, embedded therein, fibre strands composed of conductive structure-supporting reinforcing fibres, in particular composed of carbon, characterized by: - one or more layers (L1, L2) of fibre strands (1, 6), with one or more fibre strands (1, 6) being formed in at least some of the layers (L1, L2), which are at a distance from one another and are at a distance from the other fibre strands (1, 6) in the respective layer (L1, L2); with at least some of the fibre strands (1, 6) which are at a distance from one another being arranged in the plastic matrix of the fibre-reinforced composite material such that the at least some of the fibre strands which are at a distance from one another form an antenna structure which is isolated from the other fibre strands (1, 6) and via which electromagnetic waves can be received and/or transmitted.

Description

ANTENNE IN EINEM FASERVERSTÄRKTEN VERBUNDWERKSTOFF UND ANTENNA IN A FIBER-REINFORCED COMPOSITE AND
VERFAHREN ZUR AUSBILDUNG EINER ANTENNE IN EINEM FASERVERSTÄRKTEN VERBUNDWERKSTOFFMETHOD FOR FORMING AN ANTENNA IN A FIBER-REINFORCED COMPOSITE MATERIAL
Die Erfindung betrifft eine Antenne in einem faserverstärkten Verbundwerkstoff und ein Verfahren zur Ausbildung einer Antenne in einem faserverstärkten Verbundwerkstoff.The invention relates to an antenna in a fiber-reinforced composite material and to a method for forming an antenna in a fiber-reinforced composite material.
Faserverstärkte Verbundwerkstoffe, insbesondere kohlestofffaserverstärkte Verbundwerkstoffe (auch als CFK bezeichnet), haben sich in den letzten Jahrzehnten in vielen verschiedenen technischen Anwendungsgebieten als bevorzugter Werkstoff durchgesetzt. Die Vorzüge dieses Materials bestehen darin, dass es eine hohe gewichtsspezifische Festigkeit und Steifigkeit aufweist. Deshalb werden solche Verbundwerkstoffe in Bereichen eingesetzt, in denen eine hohe Steifigkeit des Materials bei gleichzeitig sehr geringem Gewicht gefordert ist, wie z.B. in der Luft- und Raumfahrt oder im Automobilbau.Fiber-reinforced composite materials, in particular carbon fiber-reinforced composite materials (also referred to as CFRP), have prevailed in recent decades in many different technical fields of application as the preferred material. The merits of this material are that it has high weight-specific strength and rigidity. Therefore, such composites are used in areas where a high stiffness of the material is required at the same time as very light weight, e.g. in the aerospace or automotive industry.
Insbesondere bei der Verwendung von CFK- Werkstoffen in sicherheitskritischen technischen Bereichen, wie z.B. in der Luftfahrtindustrie, ist es wünschenswert, dass diese Werkstoffe im Hinblick auf Schädigungen durch Krafteinwirkungen von außen durch entsprechende Sensoren überwacht werden. Es erweist sich hierbei als problematisch, die sensierten Daten auf einfache Weise über eine Schnittstelle am faserverstärkten Werkstoff auszulesen. In der DE 10 2004 039 503 Al wird ein faserverstärkter Verbundwerkstoff vorgeschlagen, in dem Metallfäden bzw. Glasfasern zur Datenübertragung als Transponder ausgebildet werden. Die Herstellung eines solchen Faserverbundwerkstoffs erweist sich jedoch als aufwändig, da in separaten Arbeitsschritten die Metall- bzw. Glasfasern in den Verbundwerkstoff eingebracht werden müssen.In particular, when using CFRP materials in safety-critical technical fields, such as in the aerospace industry, it is desirable that these materials are monitored in terms of damage from external force by appropriate sensors. It proves to be problematic to read the sensed data in a simple manner via an interface on the fiber-reinforced material. DE 10 2004 039 503 A1 proposes a fiber-reinforced composite material in which metal threads or glass fibers for data transmission are formed as transponders. However, the production of such a fiber composite material proves to be costly, since in separate steps, the metal or glass fibers must be introduced into the composite material.
Aus der Druckschrift US 2005/0235482 Al ist ein Antennen- Array bekannt, bei dem planare Antennen in einem Textilwerkstoff eingebracht sind. Die einzelnenFrom the document US 2005/0235482 Al an antenna array is known in which planar antennas are incorporated in a textile material. The single ones
Antennen können durch leitfähige Fasern ausgebildet werden, welche über isolierende Fasern von dem umgebenden Material isoliert sind. Diese textile Struktur kann beispielsweise mit einem Harz imprägniert werden, um eine feste Struktur zurAntennas may be formed by conductive fibers which are isolated from the surrounding material via insulating fibers. For example, this textile structure may be impregnated with a resin to form a solid structure
Verwendung in größeren Bauteilen, wie z.B. in Flugzeugflügeln oder dergleichen, zu schaffen. Die Ausbildung der Antenne in einer solchen Struktur erweist sich ebenfalls als aufwändig, da mehrere Schichten aus unterschiedlichen Fasern gebildet werden müssen.Use in larger components, e.g. in aircraft wings or the like. The formation of the antenna in such a structure also proves to be costly because multiple layers of different fibers must be formed.
In der Druckschrift JP 2005033561 A ist eine Antenne gezeigt, welche aus Antennenelementen besteht, die aus spiralförmigen Karbonfasern zusammengesetzt sind, welche in ein synthetisches Harz eingebracht sind. Diese Druckschrift offenbart nicht, wie Antennen in faserverstärkten Verbundwerkstoffen eingebracht werden können.JP 2005033561 A shows an antenna consisting of antenna elements composed of spiral carbon fibers incorporated in a synthetic resin. This document does not disclose how antennas can be incorporated in fiber reinforced composites.
In dem Dokument WO 2005/071605 A2 ist ein Textilmaterial mit einem Hochfrequenztransponder beschrieben, bei dem elektrisch leitfähige Bestandteile des Textilmaterials als Antennen ausgebildet sind. Das Dokument beschäftigt sich nicht mit der Ausbildung von Antennen in Faserverbundwerkstoffen.The document WO 2005/071605 A2 describes a textile material with a high-frequency transponder in which electrically conductive components of the textile material are designed as antennas. The document is not concerned with the formation of antennas in fiber composites.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Antenne in einem faserverstärkten Verbundwerkstoff zu schaffen, welche einfach und kostengünstig herzustellen ist. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung ein Herstellungsverfahren zu schaffen, mit dem eine solche Antenne in einem Faserverbundwerkstoff ausgebildet werden kann.The object of the invention is to provide an antenna in a fiber-reinforced composite, which is simple and inexpensive to manufacture. It is another object of the invention to provide a manufacturing method by which such an antenna can be formed in a fiber composite material.
Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.This object is solved by the independent claims. Further developments of the invention are defined in the dependent claims.
Die erfindungsgemäße Antenne ist in einem faserverstärkten Verbundwerkstoff, insbesondere einem kohlestofffaserverstärkten Verbundwerkstoff, ausgebildet, wobei der faserverstärkte Verbundwerkstoff eine Kunststoffmatrix und darin eingebettete Faserstränge bzw. Faserbündel aus leitfähigen Verstärkungsfasern, insbesondere aus Kohlenstoff, umfasst. Sofern nicht besonders vermerkt, ist hier und im folgenden, insbesondere auch in den Ansprüchen, unter dem Begriff "Faserstrang" ein Faserstrang aus den elektrisch leitfähigen und strukturtragenden Verstärkungsfasern, insbesondere aus Kohlenstofffasern, des Verbundwerkstoffs zu verstehen. Ein Faserstrang besteht vorzugsweise aus einer Vielzahl von Fasern oder Filamenten, kann ggf. aber auch nur eine einzelne Faser umfassen.The antenna according to the invention is formed in a fiber-reinforced composite material, in particular a carbon fiber-reinforced composite material, wherein the fiber-reinforced composite material comprises a plastic matrix and fiber strands or fiber bundles of conductive reinforcing fibers, in particular carbon, embedded therein. Unless otherwise stated, the term "fiber strand" here and in the following, and in particular in the claims, is to be understood as meaning a fiber strand of the electrically conductive and structure-carrying reinforcing fibers, in particular of carbon fibers, of the composite material. A fiber strand preferably consists of a multiplicity of fibers or filaments, but may possibly also comprise only a single fiber.
Die erfindungsgemäße Antenne umfasst eine oder mehrere Lagen von Fasersträngen, wobei in wenigstens einem Teil der Lagen ein oder mehrere beabstandete Faserstränge ausgebildet sind, welche von den anderen Fasersträngen der jeweiligen Lage beabstandet sind. Dabei ist wenigstens ein Teil der beabstandeten Faserstränge in der Kunststoffmatrix des faserverstärkten Verbundwerkstoffs derart angeordnet, dass durch den wenigstens ein Teil der beabstandeten Faserstränge eine von den restlichen Fasersträngen isolierte Antennenstruktur gebildet wird, über welche elektromagnetische Wellen empfangen und/oder gesendet werden können.The antenna according to the invention comprises one or more layers of fiber strands, wherein in at least a part of the layers one or more spaced fiber strands are formed, which are spaced from the other fiber strands of the respective layer. In this case, at least a part of the spaced-apart fiber strands is arranged in the plastic matrix of the fiber-reinforced composite material such that at least a part of the spaced-apart fiber strands forms an antenna structure insulated from the remaining fiber strands via which electromagnetic waves can be received and / or transmitted.
Die Erfindung beruht auf der überraschenden Erkenntnis, dass in faserverstärkten Verbundwerkstoffen, insbesondere in kohlestofffaserverstärkten Verbundwerkstoffen, die herkömmlicherweise nur zur Verstärkung des Werkstoffs verwendeten leitfähigen Verstärkungsfasern auch als Antennen in dem Werkstoff eingesetzt werden können. Die erfindungsgemäße Antenne hat den Vorteil, dass in den Werkstoff nicht mehr in einem separaten Arbeitsschritt entsprechende Antennen eingebracht werden müssen, sondern durch geringfügige Modifikationen bei der Herstellung des Verbundwerkstoffs Antennenstrukturen bereits durch die vorhandenen Faserstränge gebildet werden können.The invention is based on the surprising discovery that in fiber-reinforced composite materials, in particular in carbon fiber-reinforced composite materials, the conductive reinforcing fibers conventionally used only for reinforcing the material can also be used as antennas in the material. The antenna according to the invention has the advantage that in the Material no longer need to be introduced in a separate step corresponding antennas, but by minor modifications in the production of the composite antenna structures can already be formed by the existing fiber strands.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind in der Antenne mehrere Lagen von Fasersträngen gelegt und übereinander positioniert, wobei zur Ausbildung der Antennenstruktur beabstandete Faserstränge von unterschiedlichen Lagen, insbesondere von benachbarten Lagen, über Kontaktierungsstellen auf den beabstandeten Fasersträngen miteinander elektrisch verbunden sind. Hierdurch können auf einfache Weise komplexe und vielfältige Antennenstrukturen über mehrere Lagen hinweg durch entsprechende Kontaktierungsstellen zwischen den Lagen geschaffen werden.In a preferred embodiment, a plurality of layers of fiber strands are placed in the antenna and positioned one above the other, with fiber strands of different layers, in particular adjacent layers, being electrically connected to one another via contacting points on the spaced fiber strands to form the antenna structure. As a result, it is possible in a simple manner to create complex and diverse antenna structures over a plurality of layers by means of corresponding contact points between the layers.
Zur Gewährleistung eines guten elektrischen Kontakts sind die miteinander verbundenen Kontaktierungsstellen von beabstandeten Fasersträngen aneinander fixiert, insbesondere miteinander vernäht.To ensure a good electrical contact the interconnected contacting points of spaced fiber strands are fixed to each other, in particular sewn together.
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Antenne sind ein oder mehrere der beabstandeten Faserstränge in Längsrichtung durch einen oder mehrere Trennabschnitte voneinander beabstandet. Vorzugsweise sind hierbei die oben definierten Kontaktierungsstellen benachbart zu Trennabschnitten auf beabstandeten Fasersträngen ausgebildet. Hierdurch kann auf einfache Weise eine kompakte, räumlich begrenzte Antennenstruktur in dem Verbundwerkstoff geschaffen werden.In a further embodiment of the antenna according to the invention one or more of the spaced-apart fiber strands are spaced apart in the longitudinal direction by one or more separating sections. Preferably, in this case, the contact points defined above are formed adjacent to separating sections on spaced-apart fiber strands. As a result, a compact, spatially limited antenna structure can be created in the composite material in a simple manner.
Die erfindungsgemäße Antenne weist als Antennenstruktur vorzugsweise eine stabförmige und/oder mäanderförmige und/oder spiralförmige und/oder rahmenförmige Struktur und/oder eine Patchantennenstruktur auf.As an antenna structure, the antenna according to the invention preferably has a rod-shaped and / or meander-shaped and / or spiral-shaped and / or frame-shaped structure and / or a patch antenna structure.
Die einzelnen Faserlagen des Verbundwerkstoff, in denen die Antenne ausgebildet ist, bestehen vorzugsweise jeweils aus im Wesentlichen parallel gelegten Fasersträngen, wobei in einer bevorzugten Variante die Faserstränge von benachbarten Lagen schräg zueinander verlaufen, insbesondere in einem Winkel, der zwischen 45 Grad und 90 Grad liegt.The individual fiber layers of the composite in which the antenna is formed, preferably each consist of substantially parallel set Fiber strands, wherein in a preferred variant, the fiber strands of adjacent layers are at an angle to each other, in particular at an angle which is between 45 degrees and 90 degrees.
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Antennen wird die Beabstandung von den leitfähigen Verstärkungsfasern dadurch erreicht, dass in wenigstens einer Lage zwischen Fasersträngen aus Verstärkungsfasern zumindest teilweise Faserstränge aus isolierendem Material, insbesondere Faserstränge aus Glasfaser und/oder synthetischer Faser, angeordnet sind.In a further embodiment of the antennas according to the invention, the spacing of the conductive reinforcing fibers is achieved by at least partially disposing fiber strands of insulating material, in particular fiber strands of glass fiber and / or synthetic fiber, in at least one layer between fiber strands of reinforcing fibers.
Um eine funktionsfähige Sende- und/oder Empfangseinheit in einem faserverstärkten Verbundwerkstoff zu schaffen, ist vorzugsweise eine Verarbeitungseinheit, insbesondere einen Transponderchip, zum Verarbeiten von über die Antennenstruktur zu sendenden und/oder empfangenen elektromagnetischen Wellen vorgesehen, wobei die Antennenstruktur über einen oder mehrere Kontaktabschnitte an einem oder mehreren der beabstandeten Faserstränge mit der Verarbeitungseinheit verbunden, insbesondere verklebt oder verbondet, ist. Zur kompakten Ausbildung der Verarbeitungseinheit in dem Verbundwerkstoff kann die Verarbeitungseinheit in dem Verbundwerkstoff eingegossen sein, wodurch ein kompaktes und steifes Bauteil geschaffen wird, welches beispielsweise in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt werden kann.In order to provide a functioning transmitting and / or receiving unit in a fiber-reinforced composite material, preferably a processing unit, in particular a transponder chip, is provided for processing electromagnetic waves to be transmitted and / or received via the antenna structure, the antenna structure being connected via one or more contact sections one or more of the spaced fiber strands connected to the processing unit, in particular glued or bonded, is. For compact formation of the processing unit in the composite material, the processing unit may be cast in the composite material, thereby providing a compact and rigid component which may be used, for example, in the aerospace industry.
Neben der oben beschriebenen Antenne betrifft die Erfindung ferner ein Verfahren zum Ausbilden einer solchen Antenne in einem faserverstärkten Verbundwerkstoff.In addition to the above-described antenna, the invention further relates to a method of forming such an antenna in a fiber-reinforced composite material.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren werden in einem ersten Schritt a) eine oder mehrere Lagen von Fasersträngen aus Kohlenstoff derart ausgebildet bzw. gelegt, dass in wenigstens einem Teil der Lagen ein oder mehrere beabstandete Faserstränge ausgebildet sind, welche von den anderen Fasersträngen der jeweiligen Lage beabstandet sind. In einem Schritt b) wird schließlich die Kunststoffmatrix zur Bildung des faserverstärkten Verbundwerkstoffs derart in die eine oder mehreren Lagen eingebracht, dass wenigstens ein Teil der beabstandeten Faserstränge eine von den restlichen Fasersträngen isolierte Antennenstruktur bildet, über welche elektromagnetische Wellen empfangen und/oder gesendet werden können.In the method according to the invention, in a first step a) one or more layers of carbon fiber strands are formed or laid in such a way that in at least part of the layers one or more spaced fiber strands are formed, which are spaced from the other fiber strands of the respective layer , In a step b) finally, the plastic matrix for forming the fiber-reinforced composite material in such a way in the one or more Layers introduced that at least a portion of the spaced fiber strands forms an isolated from the remaining fiber strands antenna structure over which electromagnetic waves can be received and / or sent.
Das erfindungsgemäße Verfahren macht sich die Erkenntnis zunutze, dass auf einfache Weise durch eine geeignete Modifikation eines herkömmlichen Herstellungsverfahrens für einen faserverstärkten Verbundwerkstoff eine Antenne in dem Werkstoff dadurch ausgebildet werden kann, dass Antennenstrukturen durch die Verstärkungsfaserstränge aus leitendem Material selbst gebildet werden. Das Verfahren hat den großen Vorteil, dass es auf einfache Weise in bestehende Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Kunststoffen integriert werden kann. Es muss lediglich bei der Herstellung der einzelnen Faserlagen darauf geachtet werden, dass diejenigen Fasern in einer Lage, welche die Antennenstruktur bilden sollen, voneinander beabstandet sind, um den Empfang bzw. das Aussenden von elektromagnetischen Wellen, insbesondere im Hochfrequenzbereich, sicherzustellen und einen Kurzschluss mit benachbarten Fasern zu vermeiden. Darüber hinaus muss bei der Fertigung beim Einbringen der Kunststoffmatrix gewährleistet werden, dass durch die beabstandeten Faserstränge tatsächlich eine von den restlichen Fasersträngen isolierte Antennenstruktur gebildet wird.The method according to the invention makes use of the knowledge that, by a suitable modification of a conventional manufacturing method for a fiber-reinforced composite material, an antenna can be easily formed in the material by forming antenna structures through the reinforcing fiber strands of conductive material itself. The process has the great advantage that it can be easily integrated into existing processes for the production of fiber-reinforced plastics. It must be ensured only in the production of the individual fiber layers that those fibers in a layer which are to form the antenna structure, are spaced from each other to ensure the reception or emission of electromagnetic waves, especially in the high frequency range, and a short circuit with to avoid adjacent fibers. In addition, during manufacture when introducing the plastic matrix, it must be ensured that an antenna structure insulated from the remaining fiber strands is actually formed by the spaced-apart fiber strands.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden mehrere Lagen von Fasersträngen gelegt und übereinander positioniert, wobei zur Ausbildung der Antennenstruktur beabstandete Faserstränge von unterschiedlichen Lagen, insbesondere von benachbarten Lagen, über Kontaktierungsstel- len auf den beabstandeten Fasersträngen miteinander elektrisch verbunden werden. Hierdurch können auf einfache Weise unterschiedlichste Antennenstrukturen über Kontaktierungsstellen zwischen einzelnen Lagen geschaffen werden.In a particularly preferred embodiment of the method according to the invention several layers of fiber strands are placed and positioned one above the other, wherein the formation of the antenna structure spaced fiber strands of different layers, in particular of adjacent layers, via Kontaktierungsstel- len on the spaced fiber strands are electrically connected. As a result, a very wide variety of antenna structures can be created via contacting points between individual layers.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in Schritt b) zunächst in einem Teilschritt i) eine oder mehrere Isolationsschichten ausIn a further embodiment of the method according to the invention, in step b), first, in a partial step i), one or more insulation layers are formed
Kunststoff auf und/oder in der oder den Lagen des wenigstens einen Teils der Lagen, d.h. in den Lagen, in denen beabstandete Faserstränge ausgebildet sind, derart vorgesehen, dass wenigstens ein Teil der beabstandeten Faserstränge die isolierte Antennenstruktur bildet. Es wird somit in einem Zwischenschritt des Verfahrens durch die geeignete Ausbildung von Isolationsschichten sichergestellt, dass eine von der Reststruktur des Faserverbundwerkstoffs isolierte Antennenstruktur durch beabstandete Faserstränge erzeugt wird. In einem Endverarbeitungsschritt (Schritt ii)) werden schließlich die Lage bzw. die mehreren Lagen von Fasersträngen und die Isolationsschicht oder Isolationsschichten zu einem faserverstärkten Verbundwerkstoff endverarbeitet.Plastic on and / or in the one or more layers of the at least one part of the layers, ie, in the layers in which spaced fiber strands are formed, provided such that at least a portion of the spaced fiber strands forms the insulated antenna structure. It is thus ensured in an intermediate step of the method by the appropriate formation of insulating layers, that an isolated from the residual structure of the fiber composite antenna structure is generated by spaced fiber strands. Finally, in a final processing step (step ii)), the layer (s) of fiber strands and the insulation layer (s) are finally processed into a fiber reinforced composite material.
Um eine elektrische Verbindung von beabstandeten Fasersträngen von unterschiedlichen Lagen auf einfache Weise zu erreichen, werden in einer bevorzugten Variante beim Ausbilden der Isolationsschicht im obigen Schritt i) Kontaktierungsfenster gebildet, welche nicht von der Isolationsschicht bedeckt sind, wobei die Kontaktierungsfenster derart angeordnet sind, dass beim anschließenden Positionieren der Lagen übereinander ein elektrischer Kontakt zwischen den Kontaktierungsstellen auf beabstandeten Fasersträngen in unterschiedlichen Lagen über die Kontaktierungsfenster hergestellt wird. Vorzugsweise werden hierbei die Kontaktierungsfenster dadurch gebildet, dass die Kontaktierungsstellen in einer jeweiligen Lage vor dem Aufbringen der Isolationsschicht durch Abdeckungen, insbesondere Aufkleber, abgedeckt werden, wobei die Abdeckungen nach Aufbringen der Isolationsschicht entfernt werden, um die Kontaktierungsstellen freizulegen. Alternativ können die Kontaktierungsfenster dadurch gebildet werden, dass in einer jeweiligen Lage eine Isolationsschicht in der Form eines Isolationsfilms aufgebracht wird, wobei der Isolationsfilm Öffnungen aufweist, welche die Kontaktierungsfenster darstellen und wobei der Isolationsfilm aus einem Kunststoff besteht, der bei der Durchführung des Endverarbeitungsschritts ii), in der Kunststoffmatrix aufgeht.In order to achieve an electrical connection of spaced fiber strands of different layers in a simple manner, in a preferred variant when forming the insulating layer in the above step i) contacting windows are formed, which are not covered by the insulating layer, wherein the contacting windows are arranged such that subsequent positioning of the layers one above the other an electrical contact between the contacting points on spaced fiber strands in different layers over the contacting window is made. In this case, the contacting windows are preferably formed in that the contacting points are covered in a respective position prior to the application of the insulating layer by covers, in particular stickers, wherein the covers are removed after application of the insulating layer to expose the contact points. Alternatively, the contacting windows can be formed by applying an insulating layer in the form of an insulating film in a respective layer, the insulating film having openings representing the contacting windows and the insulating film being made of a plastic which is used in carrying out the finishing step ii). , in the plastic matrix rises.
Um bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Antenne einen sicheren Kontakt zwischen den Kontaktierungsstellen zu gewährleisten, werden in einer bevorzugten Variante des erfϊndungsgemäßen Verfahrens die miteinander zu verbindenden Kontaktierungsstellen von beabstandeten Fasersträngen aneinander fixiert, insbesondere durch Vernähen.In order to ensure a secure contact between the contacting points in the manufacture of the antenna according to the invention, are in a preferred Variant of the erfϊndungsgemäßen method fixed to each other to be connected contacting points of spaced fiber strands together, in particular by sewing.
In einer weiteren Ausführungsform wird wenigstens eine Isolationsschicht im obigen Schritt i) durch Harzapplizieren der jeweiligen Lage mit einem ungehärteten Harz, insbesondere mit Epoxidharz, ausgebildet. Vorzugsweise werden darüber hinaus im obigen Endverarbeitungsschritt ii) die Lagen von Fasersträngen und die Isolationsschicht oder Isolationsschichten mit Harz, insbesondere mit Epoxidharz und/oder Polyesterharz, durchtränkt und anschließend gehärtet, wobei das Härten insbesondere durch Ausübung von Druck und Temperatur auf das Harz erfolgt.In a further embodiment, at least one insulating layer in step i) above is formed by resin application of the respective layer with an uncured resin, in particular with epoxy resin. Preferably, furthermore, in the above finishing step ii) the layers of fiber strands and the insulating layer or layers are impregnated with resin, in particular with epoxy resin and / or polyester resin, and subsequently hardened, hardening taking place in particular by exertion of pressure and temperature on the resin.
In einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden beim oder nach dem Legen einer jeweiligen Lage im obigen Schritt a) ein oder mehrere der beabstandeten Faserstränge an einer oder mehreren Stellen, insbesondere unter Verwendung eines Schneidwerkzeugs, getrennt, wodurch ein oder mehrere Trennabschnitte gebildet werden. Hierdurch können in verschiedenen Bereichen eines Faserverbundwerkstoffs entsprechende Antennenstrukturen lokal begrenzt ausgebildet werden. Vorzugsweise sind hierbei die Kontaktierungsstellen der Faserstränge aus unterschiedlichen Lagen benachbart zu den Trennabschnitten auf den Fasersträngen ausgebildet.In a further variant of the method according to the invention, during or after the laying of a respective layer in step a) above, one or more of the spaced-apart fiber strands is separated at one or more points, in particular using a cutting tool, whereby one or more separating sections are formed. As a result, corresponding antenna structures can be formed locally limited in different areas of a fiber composite material. Preferably, in this case, the contacting points of the fiber strands are formed from different layers adjacent to the separating sections on the fiber strands.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren können eine Vielzahl von unterschiedlichen Antennenstrukturen auf einfache Weise ausgebildet werden, insbesondere kann eine stabförmige Antenne in einer einzelnen Lage des Verbundwerkstoffs ausgebildet sein, jedoch können auch mäanderförmige und/oder spiralförmige und/oder rahmenförmige Antennenstrukturen und/oder Patchantennenstrukturen in dem Material geschaffen werden.The method according to the invention makes it possible to easily form a multiplicity of different antenna structures; in particular, a rod-shaped antenna can be formed in a single layer of the composite material, but also meander-shaped and / or spiral-shaped and / or frame-shaped antenna structures and / or patch antenna structures in the material be created.
In einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Faserstränge in einer jeweiligen Lage zumindest teilweise im Wesentlichen parallel zueinander gelegt. Ferner können die Faserstränge von benachbarten Lagen schräg zueinander verlaufen, insbesondere in einem Winkel, der zwischen 45 Grad und 90 Grad liegt.In a further variant of the method according to the invention, the fiber strands in a respective layer are at least partially substantially parallel placed to each other. Furthermore, the fiber strands of adjacent layers may be oblique to one another, in particular at an angle which is between 45 degrees and 90 degrees.
Für das Ausbilden der beabstandeten Faserstränge gemäß dem obigen Schritt a) gibt es verschiedene Möglichkeiten. Beispielsweise können die Faserstränge in wenigstens einer Lage während des Legens sofort auf Abstand gelegt werden. Ebenso ist es möglich, dass die Faserstränge in wenigstens einer Lage zunächst gelegt werden und anschließend diejenigen Faserstränge, welche als beabstandete Faserstränge dienen sollen, beabstandet werden.There are various possibilities for the formation of the spaced-apart fiber strands according to the above step a). For example, the fiber strands can be immediately spaced in at least one layer during laying. It is also possible that the fiber strands are placed in at least one layer initially and then those fiber strands, which are to serve as spaced fiber strands, are spaced.
Eine weitere Möglichkeit zur Bildung der beabstandeten Faserstränge besteht darin, dass in wenigstens einer Lage zwischen Fasersträngen aus elektrisch leitfähigen Verstärkungsfasern zumindest teilweise Faserstränge aus isolierendem Material, insbesondere Faserstränge aus Glasfaser und/oder Synthesefaser, z.B. Aramid oder Dynema, gelegt werden.Another possibility for forming the spaced fiber strands is that in at least one layer between fiber strands of electrically conductive reinforcing fibers at least partially fiber strands of insulating material, in particular fiber strands of glass fiber and / or synthetic fiber, e.g. Aramid or dynema.
Vorzugsweise werden die Faserstränge im obigen Schritt a) durch textile Fertigungsverfahren, insbesondere durch Weben und/oder Flechten oder durch das aus dem Stand der Technik bekannte TFP-Verfahren (TFP = Tailored Fibre Placement) gelegt.Preferably, the fiber strands in step a) above are laid by textile production methods, in particular by weaving and / or braiding or by the TFP method (TFP = Tailored Fiber Placement) known from the prior art.
In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Antennenstruktur über einen oder mehrere Kontaktabschnitte an einem oder mehreren der beabstandeten Faserstränge mit einer Verarbeitungseinheit, insbesondere mit einem Transponderchip, zum Verarbeiten von über die Antennenstruktur zu sendenden und/oder empfangenen elektromagnetischen Wellen verbunden. Die Verbindung mit der Verarbeitungseinheit kann hierbei beispielsweise über Kleben und/oder Bonden erfolgen. Vorzugsweise wird die Antennenstruktur zusammen mit der Verarbeitungseinheit zu dem faserverstärkten Verbundwerkstoff integral vergossen, und zwar insbesondere mit Harz durchtränkt und gehärtet. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben.In a further, particularly preferred embodiment of the method according to the invention, the antenna structure is connected via one or more contact sections at one or more of the spaced fiber strands to a processing unit, in particular a transponder chip, for processing electromagnetic waves to be transmitted and / or received via the antenna structure. The connection to the processing unit can be made, for example, by gluing and / or bonding. Preferably, the antenna structure together with the processing unit is integrally molded into the fiber-reinforced composite material, in particular impregnated with resin and hardened. Embodiments of the invention are described below in detail with reference to the accompanying drawings.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 bis 4 schematische Darstellungen, welche die wesentlichen Verfahrensschritte einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wiedergeben;Figures 1 to 4 are schematic representations showing the essential steps of an embodiment of the method according to the invention;
Fig. 5 eine Darstellung, welche fünf mögliche Antennenstrukturen zeigt, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren realisiert werden können;Fig. 5 is a diagram showing five possible antenna structures that can be realized with the method according to the invention;
Fig. 6 eine perspektivische Schemazeichnung, welche eine in einem Multi- axialgelege ausgebildete erfindungsgemäße Antennenstruktur in Verbindung mit einem Transponderchip zeigt;6 shows a perspective schematic drawing which shows an antenna structure according to the invention formed in a multi-axial joint in conjunction with a transponder chip;
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht eines Multiaxialgeleges, in dem eineFig. 7 is a perspective view of a Multiaxialgeleges, in which a
Antennenstruktur gemäß der Erfindung ausgebildet werden kann; undAntenna structure can be formed according to the invention; and
Fig. 8 eine schematische Darstellung, welche den Einsatz der erfindungsgemäßen Antennenstruktur in einem Sensornetzwerk verdeutlicht.Fig. 8 is a schematic representation illustrating the use of the antenna structure according to the invention in a sensor network.
Fig. 1 bis Fig. 4 verdeutlichen die wesentlichen Verfahrensschritte zur Ausbildung einer Antennenstruktur in einem faserverstärkten Verbundwerkstoff gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. In der hier beschriebenen Ausführungsform wird eine Antennenstruktur durch die Karbonfasern in einem karbonfaserverstärkten Kunststoff in mehreren Lagen eines Multiaxialgeleges dadurch ausgebildet, dass diejenigen Karbonfasern, welche die Antenne bilden, über Lagen hinweg miteinander verbunden werden. Im folgenden wird eine zweilagige Struktur zur Ausbildung der Antenne beschrieben, wobei jedoch auch weitere Lagen zur Bildung komplexerer Strukturen vorgesehen werden können.FIGS. 1 to 4 illustrate the essential method steps for forming an antenna structure in a fiber-reinforced composite material according to an embodiment of the method according to the invention. In the embodiment described herein, an antenna structure is formed by the carbon fibers in a carbon fiber reinforced plastic in multiple layers of a multiaxial fabric by bonding together those carbon fibers which form the antenna. The following is a two-layered structure to form the antenna described, but also other layers can be provided to form more complex structures.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, wird in einem ersten Verfahrensschritt mittels textiler Ferti- gungsverfahren, wie z.B. Weben, Flechten oder dem sogenannten Tailored Fibre Placement, eine erste Lage Ll aus parallel zueinander gelegten Karbonfasersträngen 1 (auch als Rovings bezeichnet) erzeugt. Erfindungsgemäß können zur Bildung solcher Lagen aus dem Stand der Technik bekannte Legeverfahren eingesetzt werden, welche gegebenenfalls nur derart justiert werden, dass sichergestellt ist, dass die ein- zelnen Faserstränge zumindest in einem Teilbereich der Lage zueinander beabstandet sind, so dass benachbarte Faserstränge 1 sich nicht berühren und somit elektrisch voneinander isoliert sind. Nach dem Legen der Lage Ll wird in einem nächsten Schritt eine Trennungsstelle 2 in einem der Faserstränge erzeugt. Benachbart zu dieser Trennungsstelle liegt die spätere Kontaktierungsstelle 3 des entsprechenden Fa- serstrangs mit einem Faserstrang aus einer darüber liegenden Schicht. Die Kontaktierungsstelle 3 ist in Fig. 1 durch ein gepunktetes Rechteck angedeutet. Das Trennen des Faserstrangs an der Trennungsstelle 2 erfolgt beispielsweise durch ein Schneidwerkzeug, insbesondere durch einen Cutter.As shown in FIG. 1, in a first method step, by means of textile production methods, such as e.g. Weaving, braiding or the so-called Tailored Fiber Placement, a first layer Ll of parallel laid carbon fiber strands 1 (also known as rovings) generated. According to the invention, laying methods known from the prior art can be used to form such layers, which are optionally only adjusted such that it is ensured that the individual fiber strands are spaced apart from one another at least in a partial region of the layer, so that adjacent fiber strands 1 do not touch and thus are electrically isolated from each other. After laying the layer L1, a separation point 2 is produced in one of the fiber strands in a next step. Adjacent to this separation point is the later contacting point 3 of the corresponding fiber strand with a fiber strand of an overlying layer. The contacting point 3 is indicated in Fig. 1 by a dotted rectangle. The separation of the fiber strand at the separation point 2, for example, by a cutting tool, in particular by a cutter.
Wie oben beschrieben wurde, werden in der hier beschriebenen Ausführungsform die einzelnen Faserstränge 1 bereits beim Legen auf Abstand zueinander gelegt. Es ist jedoch auch möglich, dass beim Legen der Faserstränge zunächst nicht darauf geachtet wird, ob tatsächlich ein Abstand zwischen den einzelnen Fasersträngen zum Erreichen einer elektrischen Isolation vorliegt. In diesem Fall werden in einem Zwi- schenschritt nach dem Legen der Faserstränge 1 - vor oder nach der Erzeugung der Trennungsstellen 2 - diejenigen Faserstränge, in deren Bereich eine Antennenstruktur auszubilden ist, nachträglich auf Abstand gelegt. Alternativ ist es auch möglich, dass beim Legeprozess bzw. ebenfalls in einem Zwischenschritt zwischen denjenigen Fasersträngen, welche zur Bildung einer Antennenstruktur vorgesehen sind, isolie- rende Faserstränge gelegt werden, beispielsweise isolierende Glasfaserstränge. Es wird dann eine Struktur erzeugt, die sich in einer Lage aus Fasersträngen zusammensetzt, die abwechselnd aus Kohlenstoff und Glasfaser bestehen.As described above, in the embodiment described here, the individual fiber strands 1 are already placed at a distance from one another during laying. However, it is also possible that when laying the fiber strands initially not paid attention to whether there is actually a distance between the individual fiber strands to achieve electrical insulation. In this case, in an intermediate step after laying the fiber strands 1-before or after the production of the separation points 2-those fiber strands in whose area an antenna structure is to be formed are subsequently set at a distance. Alternatively, it is also possible that in the laying process or likewise in an intermediate step between those fiber strands which are provided for forming an antenna structure, insulating fiber strands are laid, for example insulating glass fiber strands. It Then, a structure is created that is composed of a layer of fiber strands that alternately consist of carbon and glass fiber.
Nach der Erzeugung der ersten Lage Ll wird in einem nächsten Verarbeitungsschritt eine Maskierung an der späteren Kontaktierungsstelle 3 aufgebracht. Diese Maskierung kann beispielsweise durch Anbringen einer Abdeckung, insbesondere eines Aufklebers, auf dem entsprechenden Faserstrang erzeugt werden. Anschließend wird das derart maskierte Karbonfasergelege geharzt (d.h. es wird Harz aufgebracht bzw. appliziert), so dass eine Isolationsschicht 4 ausgebildet wird, wie aus Fig. 2 ersicht- lieh ist. Hierbei wird als Harz z.B. diejenige Harzmischung verwendet, welche auch bei der herkömmlichen Herstellung von Karbonfasergelegen eingesetzt wird. Es wird zu diesem Zeitpunkt jedoch noch keine Härtung des Harzes vorgenommen, so dass die Isolationsschicht zunächst eine ungehärtete Harzschicht ist. Schließlich wird in einem nächsten Schritt die zuvor angebrachte Maskierung entfernt, so dass die in Fig. 2 gezeigte Isolationsschicht 4 ein Kontaktierungsfenster 5 aufweist, welches die Kontaktierungsstelle 3 freilegt. Die Erzeugung der Isolationsschicht 4 ist ein Schritt in dem hier beschriebenen Verfahren, der sich von herkömmlichen Verfahren zur Erzeugung von kohlestofffaserverstärkten Kunststoffen unterscheidet. Zwar werden auch in herkömmlichen kohlestofffaserverstärkten Verbundwerkstoffen gegebenen- falls Isolationsschichten aus Kunststoff während der Herstellung ausgebildet, jedoch wird gemäß der Erfindung darauf geachtet, dass die Isolationsschichten eine Isolierung der Fasern derart bewirken, dass eine Antennenstruktur durch die Faserstränge gebildet wird. In der hier beschriebenen Ausführungsform wird dies dadurch erreicht, dass die Isolationsschicht 4 mit einem entsprechenden Fenster 5 versehen wird, über das diejenigen Faserstränge, welche später die Antennenstruktur bilden, aus unterschiedlichen Schichten miteinander verbindbar sind.After the production of the first layer L1, a masking is applied to the subsequent contacting point 3 in a next processing step. This masking can be produced for example by attaching a cover, in particular a sticker, on the corresponding fiber strand. Then, the thus masked carbon fiber sheet is resinated (i.e., resin is applied) so that an insulation layer 4 is formed, as shown in Fig. 2. Here, as a resin, e.g. the resin mixture used, which is also used in the conventional production of carbon fiber laid. However, at this point in time, no hardening of the resin is carried out so that the insulating layer is initially an uncured resin layer. Finally, in a next step, the previously applied masking is removed so that the insulation layer 4 shown in FIG. 2 has a contacting window 5 which exposes the contacting point 3. The formation of the insulating layer 4 is a step in the method described herein which differs from conventional processes for producing carbon fiber reinforced plastics. Although insulating layers of plastic may also be formed in conventional carbon fiber reinforced composites during manufacture, care is taken in accordance with the invention that the insulation layers provide isolation of the fibers such that an antenna structure is formed by the fiber strands. In the embodiment described here, this is achieved by providing the insulating layer 4 with a corresponding window 5, via which those fiber strands, which later form the antenna structure, can be connected to one another from different layers.
Wie in Fig. 3 gezeigt ist, wird nach der Erzeugung der Isolationsschicht 4 in einem nächsten Schritt eine zweite Lage L2 aus Karbonfasersträngen 6 in gleicher Weise wie die erste Lage auf der Isolationsschicht 4 gebildet. Im Unterschied zur erstenAs shown in FIG. 3, after the formation of the insulating layer 4 in a next step, a second layer L2 of carbon fiber strands 6 is formed on the insulating layer 4 in the same manner as the first layer. Unlike the first
Lage ist die Lage L2 jedoch um 90 Grad gegenüber der Lage Ll verdreht. Die Faser- stränge 6 der zweiten Schicht L2 werden hierbei derart gelegt, dass der mittlere Karbonfaserstrang im Wesentlichen mittig über dem Kontaktierungsfenster 5 verläuft. Durch die in Fig. 3 gezeigte Struktur wird somit eine Kontaktierungsmöglichkeit eines unteren Faserstrangs 1 aus der Lage Ll, nämlich des zweiten Faserstrangs von links, mit dem darüber liegenden mittleren Faserstrang 6 der Lage L2 geschaffen. Analog zur ersten Lage wird der mittlere Faserstrang 6 ferner ebenfalls getrennt, so dass auch in der Lage L2 eine Trennungsstelle 2 entsteht. In einem nächsten Schritt können nunmehr die beiden, sich im Kontaktierungsfenster 5 kreuzenden Faserstränge am Kontaktierungsfenster aneinander fixiert werden, beispielsweise miteinander vernäht werden. Dies ist jedoch nicht unbedingt erforderlich, da eine Kontaktierung der beiden Faserstränge auch bei der Endverarbeitung zu dem endgültigen kohle- stofffaserverstärkten Verbundwerkstoff erreicht werden kann.Location is the location L2, however, rotated 90 degrees from the location Ll. The fiber strands 6 of the second layer L2 are in this case laid in such a way that the central carbon fiber strand runs essentially centrally above the contacting window 5. The structure shown in FIG. 3 thus provides a possibility of contacting a lower fiber strand 1 from the layer L1, namely the second fiber strand from the left, with the overlying middle fiber strand 6 of the layer L2. Analogously to the first layer of the middle fiber strand 6 is also also separated, so that even in the position L2 a separation point 2 is formed. In a next step, the two fiber strands crossing each other in the contacting window 5 can now be fixed to one another on the contacting window, for example by sewing them together. However, this is not absolutely necessary since contacting of the two fiber strands can also be achieved during the final processing into the final carbon fiber reinforced composite material.
Es wird gemäß Fig. 3 eine Antennenstruktur geschaffen, welche zwei über Kontak- tierungsfenster verbundene Faserstränge aufweist, die senkrecht zueinander verlaufen. Durch eine entsprechende flächige Ausdehnung des bis jetzt beschriebenen Verfahrens auf weitere Lagen, kann auf diese Weise beispielsweise eine mäanderförmige bzw. spiralförmige Antennenstruktur hergestellt werden. Hierbei ist darauf zu achten, dass immer wieder zwischen den Lagen entsprechende Isolationsbereiche 4 mit Kon- taktierungsfenstern 5 benachbart zu Trennungsstellen 2 ausgebildet werden, so dass sich entsprechende Antennenstrukturen bilden. Es ist hierbei nicht erforderlich, dass die Anzahl der Lagen beliebig erhöht wird, denn die Struktur kann auch derart ausgestaltet sein, dass bei der Kontaktierung mit einer Lage wieder zu einer darunter liegenden Lage zurückgegangen wird. Somit können bereits in der zweilagigen Struktur der Fig. 3 mäanderförmige bzw. spiralförmige Antennen ausgebildet werden.According to FIG. 3, an antenna structure is created which has two fiber strands connected via contacting windows which run perpendicular to one another. By a corresponding areal extent of the method described so far on further layers, a meandering or helical antenna structure can be produced in this way, for example. In this case, care must be taken to ensure that corresponding insulation areas 4 with contacting windows 5 are formed adjacent to separation sites 2 again and again between the layers, so that corresponding antenna structures are formed. In this case, it is not necessary for the number of layers to be increased as desired, since the structure can also be configured in such a way that contact with a layer returns to an underlying layer. Thus meander-shaped or spiral-shaped antennas can already be formed in the two-layer structure of FIG.
Fig. 4 zeigt die Endverarbeitung des Geleges der Fig. 3 zu einem Transponder. Hierzu wird zunächst eine weitere abschließende Isolationsschicht 4 auf der Lage L2 auf- gebracht. Es wird hierbei darauf geachtet, dass die Enden der Faserstränge 6 nicht von der Isolationsschicht bedeckt sind und somit als Kontaktabschnitte dienen kön- nen. In Fig. 4 werden die unteren Enden 7 der Faserstränge 6 als Kontaktabschnitte verwendet. An diesen Kontaktabschnitten wird dann eine Verarbeitungseinheit 8 in der Form eines Transponderchips befestigt, insbesondere durch Kleben oder Bonden. In einem Endverarbeitungsschritt wird schließlich die gesamte Struktur mit einem Harz getränkt, dass auch bei herkömmlichen Verfahren zur Erzeugung eines kohle- stofffaserverstärkten Kunststoffs eingesetzt wird. Die Durchtränkung kann entweder durch Harzinjektion oder durch Harzinfusion erfolgen, wobei gegebenenfalls auch ein Harzfilm zum Einsatz kommen kann. Das verwendete Harz kann insbesondere das gleiche Harz sein, das auch für die Isolationsbereiche bzw. Isolationsschichten verwendet wurde. Schließlich folgt das Aushärten des Harzes, wodurch die endgültige Struktur des Verbundwerkstoffs geschaffen wird.Fig. 4 shows the final processing of the Geleges of Fig. 3 to a transponder. For this purpose, a further final insulation layer 4 is first applied to the layer L2. Care is taken here that the ends of the fiber strands 6 are not covered by the insulation layer and thus can serve as contact sections. NEN. In Fig. 4, the lower ends 7 of the fiber strands 6 are used as contact portions. A processing unit 8 in the form of a transponder chip is then attached to these contact sections, in particular by gluing or bonding. Finally, in a final processing step, the entire structure is impregnated with a resin that is also used in conventional processes for producing a carbon fiber reinforced plastic. The impregnation can be carried out either by resin injection or by resin infusion, where appropriate, a resin film can be used. In particular, the resin used may be the same resin as used for the insulating regions or insulating layers. Finally, the curing of the resin follows, thereby creating the final structure of the composite.
Wie sich aus den vorangegangenen Ausführungen ergibt, kann durch einfache Abwandlungen von herkömmlichen Verfahrensschritten bei der Herstellung eines koh- lestofffaserverstärkten Kunststoffs eine Antennenstruktur in diesem Kunststoff integriert werden. Insbesondere müssen nicht separate leitfähige Strukturen in dem Kunststoff erzeugt werden, sondern es kann aus den Karbonfasersträngen, die in einem herkömmlichen Kunststoff bereits verarbeitet werden, die Antennenstruktur herausgearbeitet werden. Die wesentliche Erkenntnis der Erfindung besteht somit darin, die Anordnung der Karbonfaserstränge in einem kohlestofffaserverstärkten Verbundwerkstoff derart abzuwandeln, dass ein Teil der Karbonfaserstränge eine Antennenstruktur bildet.As can be seen from the foregoing, an antenna structure can be integrated in this plastic by simple modifications of conventional process steps in the production of a carbon fiber-reinforced plastic. In particular, it is not necessary to produce separate conductive structures in the plastic, but the antenna structure can be worked out of the carbon fiber strands which are already processed in a conventional plastic. The essential finding of the invention is thus to modify the arrangement of the carbon fiber strands in a carbon fiber-reinforced composite material such that a part of the carbon fiber strands forms an antenna structure.
Fig. 5 zeigt schematisch fünf mögliche Ausgestaltungen von Antennenstrukturen. Insbesondere kann eine mäanderförmige Struktur S 1 , eine spiralförmige Struktur S2, eine Struktur S3 in der Form einer Stabantenne, eine rahmenförmige Struktur S4 oder eine Patchantennenstruktur S5 geschaffen werden. Bei der Erzeugung einer Stabantenne ist das Herstellungsverfahren besonders einfach, da insbesondere die im Vorangegangenen beschriebenen Prozessschritte des Trennens von Fasersträngen und des Kontaktierens von Fasersträngen aus benachbarten Lagen weggelassen werden können. Es muss jedoch auch bei der Erzeugung einer Stabantenne darauf geach- tet werden, dass die Stabantenne von benachbarten Fasern elektrisch isoliert ist, was in dem erfindungsgemäßen Verfahren durch ein Beabstanden der Faserstränge in einer Lage und eine entsprechende Isolierung der Faserstränge durch die Kunststoffmatrix des kohlestofffaserverstärkten Verbundwerkstoffs erreicht wird. Bei der Herstellung einer Patchantennenstruktur werden beispielsweise benachbarte Lagen von Fasersträngen in Draufsicht in dem Bereich eines Quadrats oder Rechtecks an allen Schnittstellen der Faserstränge von benachbarten Lagen über Kontaktierungs- fenster miteinander kontaktiert. Hierdurch wird eine planare, flächige leitfähige Struktur in dem Verbundwerkstoff geschaffen, welche die Eigenschaften einer Pat- chantenne hat.Fig. 5 shows schematically five possible embodiments of antenna structures. In particular, a meander-shaped structure S 1, a spiral-shaped structure S 2, a structure S 3 in the form of a rod antenna, a frame-shaped structure S 4 or a patch antenna structure S 5 can be created. In the production of a rod antenna, the production process is particularly simple, since in particular the process steps described above of separating fiber strands and contacting fiber strands from adjacent layers can be omitted. However, it must also be respected when producing a rod antenna. In the method according to the invention, this is achieved by spacing the fiber strands in one layer and corresponding insulation of the fiber strands by the plastic matrix of the carbon fiber-reinforced composite material. In the production of a patch antenna structure, for example, adjacent layers of fiber strands are contacted in plan view in the region of a square or rectangle at all interfaces of the fiber strands of adjacent layers via contacting windows. As a result, a planar, planar conductive structure is created in the composite material which has the properties of a patch antenna.
Fig. 6 zeigt zur Verdeutlichung in schematisierter perspektivischer Ansicht ein MuI- tiaxialgelege, welches gemäß dem zuvor beschriebenen Verfahren herstellbar ist. Das Gelege ist zweilagig und weist die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren herge- stellten Lagen Ll und L2 auf, wobei die von links nach rechts verlaufenden Karbonfaserstränge die Faserstränge 1 der ersten Lage Ll und die von unten nach oben verlaufenden Karbonfaserstränge die Faserstränge 6 der zweiten Schicht L2 sind. Aus Übersichtlichkeitsgründen sind lediglich einige der Fasern mit den Bezugszeichen 1 bzw. 6 versehen. Einige der Faserstränge der Lagen sind über die Kontaktierungsstel- len 3 miteinander verbunden, wobei über diese Kontaktierungsstellen eine Verbindung von der Lage Ll zu L2 bzw. von der Lage L2 zu Ll geschaffen wird. Es wird hierdurch eine spiralförmige Struktur geschaffen, welche in Fig. 6 durch dicke Linien angedeutet ist. In dieser Struktur verlaufen die einzelnen Karbonfaserstränge entlang der Spirale abwechselnd in der oberen und unteren Lage. Ein Ende der Spirale ist hierbei mit einem Transponderchip TC verbunden. Die in Fig. 6 gezeigte Struktur ermöglicht das Einbringen von Transpondern bestehend aus Antenne und Transponderchip in kohlestofffaserverstärkten Verbundwerkstoffen und kann beispielsweise in der Luftfahrtindustrie im Rahmen des sogenannten Structural-Health-Monitoring eingesetzt werden. Hierbei wird der in dem Flugzeug verbaute Kohlestofffaserver- bundwerkstoff durch einzelne Sensoren sicherheitstechnisch überwacht, insbesondere zur Erfassung von Stoß- und Schlagereignissen. Die sensierten Daten können dann mit den in dem Kohlestofffaserverbundwerkstoff eingebrachten Antennen berührungslos ausgelesen werden.FIG. 6 shows a schematic perspective view of a multi-axial support which can be produced according to the method described above. The scrim is of two layers and has the layers L 1 and L 2 produced according to the method of the invention, the fiber strands 1 of the first layer L 1 running from left to right and the fiber strands 6 of the second layer L 2 extending from the bottom to the top are. For reasons of clarity, only some of the fibers are provided with the reference numerals 1 and 6, respectively. Some of the fiber strands of the layers are connected to one another via the contacting points 3, whereby a connection from the layer L1 to L2 or from the layer L2 to L1 is created via these contacting points. It is thereby created a spiral-shaped structure, which is indicated in Fig. 6 by thick lines. In this structure, the individual carbon fiber strands run alternately along the spiral in the upper and lower layers. One end of the spiral is in this case connected to a transponder chip TC. The structure shown in Fig. 6 allows the introduction of transponders consisting of antenna and transponder chip in carbon fiber reinforced composites and can be used for example in the aerospace industry in the context of so-called structural health monitoring. In this case, the carbon fiber composite material installed in the aircraft is monitored by individual sensors for safety, in particular for the detection of shock and impact events. The sensed data can then be read out without contact with the introduced in the carbon fiber composite antenna.
Fig. 7 zeigt zur Verdeutlichung nochmals ein Multiaxialgelege aus einer Vielzahl von übereinander liegenden Lagen, wobei im Gegensatz zu den zuvor beschriebenen Ausführungsformen insgesamt fünf Lagen Ll bis L5 wiedergegeben sind. Auch dieses Gelege kann gemäß der Erfindung derart ausgestaltet sein, dass in dem Gelege eine Antennenstruktur geschaffen wird. Hierbei werden die notwendigen Kontaktierungen über die Ebenen des Multiaxialgeleges hinweg wiederum durch entsprechen- de Kontaktierungsfenster gebildetFig. 7 shows for clarity again a Multiaxialgelege of a plurality of superimposed layers, wherein in contrast to the previously described embodiments, a total of five layers Ll to L5 are reproduced. Also, this clutch can be configured according to the invention such that in the context of an antenna structure is created. In this case, the necessary contacts over the levels of the multiaxial layer are again formed by corresponding contacting windows
Fig. 8 zeigt zur Verdeutlichung eine schematische Darstellung eines Sensornetzwerks, wie es beispielsweise in dem bereits oben erwähnten Structural-Health- Monitoring im Flugzeugbau eingesetzt werden kann. Hierbei sind eine Vielzahl von Sensoren S in dem im Flugzeug verbauten kohlestofffaserverstärkten Kunststoff mit einem entsprechenden Transponderchip verbunden, der wiederum mit einer erfindungsgemäßen, im kohlestofffaserverstärkten Kunststoff eingebetteten Spiralantenne (in Fig. 8 mit Bezugszeichen A bezeichnet) verbunden ist. Mit dem Transponderchip und der Antenne wird in dem kohlestofffaserverstärkten Kunststoff eine Kommuni- kationsschnittstelle zum berührungslosen Auslesen von sensierten Daten mit entsprechenden Lesegeräten von Überwachungsdiensten geschaffen. Die Lesereichweiten befinden sich im Zentimeterbereich. Mit der in Fig. 8 vorgeschlagenen Anordnung ist eine technologische Realisation einer Sensorik möglich, mit der Stoß- und Schlagereignisse in einem kohlestofffaserverstärkten Werkstoff detektiert und über- wacht werden können.FIG. 8 shows a schematic illustration of a sensor network for clarification purposes, as can be used in aircraft construction, for example, in the already mentioned structural health monitoring. In this case, a large number of sensors S in the carbon-fiber-reinforced plastic installed in the aircraft are connected to a corresponding transponder chip, which in turn is connected to a helical antenna (in FIG. 8 designated by reference symbol A) embedded in the carbon fiber-reinforced plastic according to the invention. With the transponder chip and the antenna, a communication interface for non-contact reading of sensed data with corresponding readers of monitoring services is created in the carbon fiber-reinforced plastic. The reading ranges are in the centimeter range. With the arrangement proposed in FIG. 8, a technological realization of a sensor system is possible with which shock and impact events in a carbon fiber-reinforced material can be detected and monitored.
Die Erfindung hat eine Vielzahl von Anwendungsbereichen. Es ist insbesondere auch denkbar, dass die bei der Herstellung des kohlestofffaserverstärkten Werkstoffs verwendeten Halbzeuge bereits mit Antenne und Transponderchip ausgerüstet werden, so dass die Halbzeuge bei der Fertigung produktionslogistisch erfasst werden können. Die erfassten Daten können durch Datenhaltung bzw. Verfolgung bzw. Doku- mentation zur Verbesserung des Qualitätsmanagements der Fertigung von kohle- stofffaserverstärkten Kunststoffen eingesetzt werden.The invention has a variety of applications. In particular, it is also conceivable that the semi-finished products used in the production of the carbon fiber-reinforced material are already equipped with antenna and transponder chip, so that the semi-finished products can be recorded during production production logistics. The collected data can be stored by data storage or tracking or documentation. mentation to improve the quality management of the production of carbon fiber reinforced plastics.
Ein anderer Anwendungsbereich der Erfindung besteht in der Identifikation von Bau- teilen. Hierbei dient das System aus Antenne und Transponderchip dazu, das Bauteil, in welches es integriert ist, eindeutig zu identifizieren und seine Daten sowie Komponenten und Fertigungshistorie zu dokumentieren. Im Falle, dass Daten über die Antenne auf den Transponderchip geschrieben werden können, besteht die Möglichkeit, dass solche Daten, die sich während des Lebenszyklus sammeln, auf dem Transponderchip nachgetragen werden. Another field of application of the invention is the identification of components. Here, the system of antenna and transponder chip serves to uniquely identify the component in which it is integrated and to document its data as well as components and manufacturing history. In the event that data can be written to the transponder chip via the antenna, there is the possibility that such data, which accumulates during the life cycle, will be added to the transponder chip.

Claims

Patentansprüche claims
1. Antenne in einem faserverstärkten Verbundwerkstoff, insbesondere einem koh- lestofffaserverstärkten Verbundwerkstoff, wobei der faserverstärkte Verbund- Werkstoff eine Kunststoffmatrix und darin eingebettete Faserstränge aus leitfähigen strukturtragenden Verstärkungsfasern, insbesondere aus Kohlenstoff, um- fasst, gekennzeichnet durch: eine oder mehrere Lagen (Ll, L2) von Fasersträngen (1, 6), wobei in wenigstens einem Teil der Lagen (Ll, L2) ein oder mehrere beabstandete Fa- serstränge (1, 6) ausgebildet sind, welche von den anderen Fasersträngen1. Antenna in a fiber-reinforced composite material, in particular a carbon fiber-reinforced composite material, wherein the fiber-reinforced composite material comprises a plastic matrix and fiber strands embedded therein of conductive structure-bearing reinforcing fibers, in particular of carbon, characterized by: one or more layers (L1, L2) of fiber strands (1, 6), wherein in at least a part of the layers (L1, L2) one or more spaced fiber strands (1, 6) are formed, which of the other fiber strands
(1, 6) der jeweiligen Lage (Ll, L2) beabstandet sind; wobei wenigstens ein Teil der beabstandeten Faserstränge (1, 6) in der Kunststoffmatrix des faserverstärkten Verbundwerkstoffs derart angeordnet ist, dass durch den wenigstens ein Teil der beabstandeten Faserstränge eine von den restlichen Fasersträngen (1, 6) isolierte Antennenstruktur gebildet wird, über welche elektromagnetische Wellen empfangen und/oder gesendet werden können.(1, 6) of the respective layer (Ll, L2) are spaced apart; wherein at least a portion of the spaced fiber strands (1,6) is disposed in the plastic matrix of the fiber reinforced composite such that at least a portion of the spaced fiber strands form an antenna structure isolated from the remaining fiber strands (1,6) through which electromagnetic waves can be received and / or sent.
2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Lagen (Ll, L2) von Fasersträngen (1, 6) gelegt sind und übereinander positioniert sind, wobei zur Ausbildung der Antennenstruktur beabstandete Faserstränge (1, 6) von unterschiedlichen Lagen (Ll, L2), insbesondere von benachbarten Lagen (Ll, L2), über Kontaktierungsstellen (3) auf den beabstandeten Fasersträngen (1, 6) miteinander elektrisch verbunden sind.2. Antenna according to claim 1, characterized in that a plurality of layers (L1, L2) of fiber strands (1, 6) are placed and are positioned one above the other, wherein fiber strands (1, 6) of different layers (L1, L2), in particular of adjacent layers (L1, L2), via contacting points (3) on the spaced fiber strands (1, 6) are electrically connected to each other.
3. Antenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die miteinander verbundenen Kontaktierungsstellen (3) von beabstandeten Fasersträngen (1, 6) aneinander fixiert sind, insbesondere miteinander vernäht sind. 3. Antenna according to claim 2, characterized in that the interconnected contacting points (3) of spaced fiber strands (1, 6) are fixed to each other, in particular sewn together.
4. Antenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere der beabstandeten Faserstränge (1, 6) in Längsrichtung durch einen oder mehrere Trennabschnitte (2) voneinander beabstandet sind.4. Antenna according to one of the preceding claims, characterized in that one or more of the spaced fiber strands (1, 6) in the longitudinal direction by one or more separating portions (2) are spaced from each other.
5. Antenne nach Anspruch 4 in Kombination mit Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere der Kontaktierungsstellen (3) benachbart zu Trennabschnitten (2) auf beabstandeten Fasersträngen (1, 6) ausgebildet sind.5. Antenna according to claim 4 in combination with claim 2 or 3, characterized in that one or more of the contacting points (3) adjacent to separating sections (2) on spaced fiber strands (1, 6) are formed.
6. Antenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenstruktur eine stabförmige und/oder mäanderförmige und/oder spiralförmige und/oder rahmenförmige Antennenstruktur und/oder eine Patchantennenstruktur ist.6. Antenna according to one of the preceding claims, characterized in that the antenna structure is a rod-shaped and / or meandering and / or spiral and / or frame-shaped antenna structure and / or a patch antenna structure.
7. Antenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserstränge (1, 6) in einer jeweiligen Lage (Ll, L2) zumindest teilweise im Wesentlichen parallel gelegt sind.7. Antenna according to one of the preceding claims, characterized in that the fiber strands (1, 6) in a respective layer (Ll, L2) are placed at least partially substantially parallel.
8. Antenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserstränge (1, 6) von benachbarten Lagen (Ll, L2) schräg zueinander verlaufen, insbesondere in einem Winkel, der zwischen 45 Grad und 90 Grad liegt.8. Antenna according to one of the preceding claims, characterized in that the fiber strands (1, 6) of adjacent layers (Ll, L2) extend obliquely to each other, in particular at an angle which is between 45 degrees and 90 degrees.
9. Antenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einer Lage (Ll, L2) zwischen Fasersträngen (1, 6) aus leitfähigen Verstärkungsfasern zumindest teilweise Faserstränge aus isolierendem Material, insbesondere Faserstränge aus Glasfaser und/oder Synthesefaser, angeordnet sind.9. Antenna according to one of the preceding claims, characterized in that in at least one layer (L1, L2) between fiber strands (1, 6) of conductive reinforcing fibers at least partially fiber strands of insulating material, in particular fiber strands of glass fiber and / or synthetic fiber are arranged ,
10. Antenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verarbeitungseinheit (8), insbesondere ein Transponderchip, zum Verarbeiten von über die Antennenstruktur zu sendenden und/oder empfangenen elektromagnetischen Wellen vorgesehen ist, wobei die Antennenstruktur über einen oder mehrere Kontaktabschnitte (7) an einem oder mehreren der beabstandeten Faserstränge (1, 6) mit der Verarbeitungseinheit (8) verbunden, insbesondere verklebt oder verbondet, ist.10. Antenna according to one of the preceding claims, characterized in that a processing unit (8), in particular a transponder chip, for Processing is provided via the antenna structure to be transmitted and / or received electromagnetic waves, wherein the antenna structure via one or more contact portions (7) at one or more of the spaced fiber strands (1, 6) connected to the processing unit (8), in particular glued or Connects is.
11. Antenne nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinheit (8) in dem faserverstärktem Verbundwerkstoff eingegossen ist.11. An antenna according to claim 10, characterized in that the processing unit (8) is cast in the fiber-reinforced composite material.
12. Verfahren zur Ausbildung einer Antenne in einem faserverstärkten Verbundwerkstoff, insbesondere in einem kohlestofffaserverstärktem Verbundwerkstoff, wobei der faserverstärkte Verbundwerkstoff eine Kunststoffmatrix und darin eingebettete Faserstränge aus leitfähigen strukturtragenden Verstärkungsfasern, insbesondere aus Kohlenstoff, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass: a) eine oder mehrere Lagen (Ll, L2) von Fasersträngen (1, 6) derart ausgebildet werden, dass in wenigstens einem Teil der Lagen (Ll, L2) ein oder mehrere beabstandete Faserstränge (1, 6) ausgebildet sind, welche von den anderen Fasersträngen (1, 6) der jeweiligen Lage (Ll, L2) beabstandet sind; b) die Kunststoffmatrix zur Bildung des faserverstärkten Verbundwerkstoffs derart in die eine oder mehreren Lagen eingebracht wird, dass wenigstens ein Teil der beabstandeten Faserstränge (1, 6) eine von den restlichen Fasersträngen (1, 6) isolierte Antennenstruktur bildet, über welche elektromagnetische Wellen empfangen und/oder gesendet werden können.A method of forming an antenna in a fiber reinforced composite, particularly in a carbon fiber reinforced composite, wherein the fiber reinforced composite comprises a plastic matrix and fiber strands of conductive structural reinforcing fibers, particularly carbon, embedded therein, characterized in that: a) one or more layers (L1, L2) of fiber strands (1, 6) are formed such that in at least part of the plies (L1, L2) one or more spaced fiber strands (1, 6) are formed, which are separated from the other fiber strands (1, 6) ) of the respective layer (Ll, L2) are spaced apart; b) the plastic matrix for forming the fiber-reinforced composite material is introduced into the one or more layers such that at least a part of the spaced fiber strands (1, 6) forms an antenna structure insulated from the remaining fiber strands (1, 6) via which electromagnetic waves are received and / or can be sent.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Lagen (Ll, L2) von Fasersträngen (1, 6) gelegt werden und übereinander positioniert werden, wobei zur Ausbildung der Antennenstruktur beabstandete Faserstränge (1, 6) von unterschiedlichen Lagen (Ll, L2), insbesondere von benachbarten Lagen (Ll, L2), über Kontaktierungsstellen (3) auf den beabstandeten Faser- strängen (1, 6) miteinander elektrisch verbunden werden. 13. The method according to claim 12, characterized in that a plurality of layers (L1, L2) of fiber strands (1, 6) are placed and positioned one above the other, with the formation of the antenna structure spaced fiber strands (1, 6) of different layers (Ll, L2), in particular of adjacent layers (L1, L2), via contacting points (3) on the spaced fiber strands (1, 6) are electrically connected to each other.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt b) des Anspruchs 12 die folgenden Teilschritte umfasst: i) eine oder mehrere Isolationsschichten (4) aus Kunststoff werden auf und/oder in der oder den Lagen des wenigstens einen Teils der Lagen (Ll, L2) derart ausgebildet, dass wenigstens ein Teil der beabstandeten Faserstränge (1, 6) die von den restlichen Fasersträngen (1, 6) isolierte Antennenstruktur bildet; ii) die Lage oder die mehreren Lagen (Ll, L2) von Fasersträngen (1, 6) und die Isolationsschicht (4) oder Isolationsschichten (4) werden zu einem fa- serverstärkten Verbundwerkstoff endverarbeitet.14. The method according to claim 12 or 13, characterized in that step b) of claim 12 comprises the following sub-steps: i) one or more insulating layers (4) made of plastic on and / or in the or the layers of at least one part of Layers (L1, L2) formed such that at least a portion of the spaced fiber strands (1, 6) forms the antenna structure isolated from the remaining fiber strands (1, 6); ii) the layer (s) (Ll, L2) of fiber strands (1, 6) and the insulation layer (4) or insulation layers (4) are finally processed into a fiber-reinforced composite material.
15. Verfahren nach Anspruch 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass beim Ausbilden der Isolationsschicht (4) oder Isolationsschichten (4) in Schritt i) des Anspruchs 14 Kontaktierungsfenster (5) gebildet werden, welche nicht von der Isolationsschicht (4) bedeckt sind, wobei die Kontaktierungsfenster (5) derart angeordnet sind, dass beim anschließenden Positionieren der Lagen (Ll, L2) übereinander ein elektrischer Kontakt zwischen den Kontaktierungsstellen (3) auf beabstandeten Fasersträngen (1, 6) in unterschiedlichen Lagen (Ll, L2) ü- ber die Kontaktierungsfenster (5) hergestellt wird.15. The method according to claim 13 and 14, characterized in that when forming the insulating layer (4) or insulating layers (4) in step i) of claim 14 contacting windows (5) are formed, which are not covered by the insulating layer (4), wherein the contacting windows (5) are arranged such that during the subsequent positioning of the layers (Ll, L2) one above the other an electrical contact between the contacting points (3) on spaced fiber strands (1, 6) in different positions (Ll, L2) over Ü over the contacting window (5) is produced.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierungsfenster (5) dadurch gebildet werden, dass die Kontaktierungsstellen (3) in einer jeweiligen Lage (Ll, L2) vor dem Aufbringen der Isolationsschicht (4) durch Abdeckungen, insbesondere Aufkleber, abgedeckt werden, wobei die Abdeckungen nach Aufbringen der Isolationsschicht (4) entfernt werden, um die Kontaktierungsstellen (3) freizulegen.16. The method according to claim 15, characterized in that the contacting windows (5) are formed in that the contacting points (3) in a respective layer (Ll, L2) before applying the insulating layer (4) covered by covers, in particular stickers are removed, the covers are removed after application of the insulating layer (4) to expose the contact points (3).
17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierungsfenster (5) dadurch gebildet werden, dass in einer jeweiligen Lage (Ll, L2) eine Isolationsschicht (4) in der Form eines Isolationsfilms aufgebracht wird, wobei der Isolationsfilm Öffnungen aufweist, welche die Kontaktierungs- fenster bilden und wobei der Isolationsfilm aus einem Kunststoff besteht, der bei der Durchführung des Schritts ii) des Anspruchs 14 in der Kunststoffmatrix aufgeht.17. The method according to claim 15, characterized in that the contacting windows (5) are formed by that in an individual layer (L1, L2) an insulating layer (4) is applied in the form of an insulating film, wherein the insulating film has openings, which the contacting form window, and wherein the insulating film consists of a plastic, which rises in the implementation of the step ii) of claim 14 in the plastic matrix.
18. Verfahren nach Anspruch 13 oder einem der Ansprüche 14 bis 17 in Kombination mit Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die miteinander zu verbindenden Kontaktierungsstellen (3) von beabstandeten Fasersträngen (1, 6) aneinander fixiert werden, insbesondere durch Vernähen.18. The method according to claim 13 or one of claims 14 to 17 in combination with claim 13, characterized in that the interconnected contacting points (3) of spaced fiber strands (1, 6) are fixed to each other, in particular by sewing.
19. Verfahren nach Anspruch 14 oder einem der Ansprüche 15 bis 18 in Kombination mit Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Isolationsschicht (4) in Schritt i) des Anspruchs 14 durch Harzapplizieren der jeweiligen Lage (Ll, L2) mit einem ungehärteten Harz, insbesondere mit Epoxidharz und/oder Polyesterharz, ausgebildet wird.19. The method according to claim 14 or one of claims 15 to 18 in combination with claim 14, characterized in that at least one insulating layer (4) in step i) of claim 14 by resin application of the respective layer (Ll, L2) with an uncured resin , in particular with epoxy resin and / or polyester resin is formed.
20. Verfahren nach Anspruch 14 oder einem der Ansprüche 15 bis 19 in Kombination mit Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt ii) des Anspruchs 14 die Lagen (Ll, L2) von Fasersträngen (1, 6) und die Isolationsschicht (4) oder Isolationsschichten (4) mit Harz, insbesondere mit Epoxidharz und/oder Polyesterharz, durchtränkt und anschließend gehärtet werden.20. The method according to claim 14 or one of claims 15 to 19 in combination with claim 14, characterized in that in step ii) of claim 14, the layers (Ll, L2) of fiber strands (1, 6) and the insulating layer (4) or insulation layers (4) with resin, in particular with epoxy resin and / or polyester resin, impregnated and then cured.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass beim oder nach dem Legen einer jeweiligen Lage (Ll, L2) in Schritt a) des Anspruchs 12 ein oder mehrere der beabstandeten Faserstränge (1, 6) an einer o- der mehreren Stellen, insbesondere unter Verwendung eines Schneidwerkzeugs, getrennt werden, wodurch ein oder mehrere Trennabschnitte (2) gebildet werden.21. The method according to any one of claims 12 to 20, characterized in that during or after laying a respective layer (Ll, L2) in step a) of claim 12, one or more of the spaced fiber strands (1, 6) at an o- the plurality of locations, in particular using a cutting tool, are separated, whereby one or more separating portions (2) are formed.
22. Verfahren nach Anspruch 21 in Kombination mit Anspruch 13, dadurch ge- kennzeichnet, dass eine oder mehrere der Kontaktierungsstellen (3) benachbart zu einem Trennabschnitt (2) auf beabstandeten Fasersträngen (1, 6) ausgebildet werden.22. The method of claim 21 in combination with claim 13, character- ized in that one or more of the contacting sites (3) adjacent to a separating section (2) on spaced fiber strands (1, 6) are formed.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass eine stabförmige und/oder mäanderförmige und/oder spiralförmige und/oder rahmenförmige Antennenstruktur und/oder eine Patchantennenstruktur ausgebildet wird.23. The method according to any one of claims 12 to 22, characterized in that a rod-shaped and / or meander-shaped and / or spiral-shaped and / or frame-shaped antenna structure and / or a patch antenna structure is formed.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserstränge (1, 6) in einer jeweiligen Lage (Ll, L2) zumindest teilweise im Wesentlichen parallel gelegt werden.24. The method according to any one of claims 12 to 23, characterized in that the fiber strands (1, 6) in a respective layer (Ll, L2) are placed at least partially substantially parallel.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserstränge (1, 6) von benachbarten Lagen (Ll, L2) schräg zueinander verlaufen, insbesondere in einem Winkel, der zwischen 45 Grad und 90 Grad liegt.25. The method according to any one of claims 12 to 24, characterized in that the fiber strands (1, 6) of adjacent layers (Ll, L2) obliquely to each other, in particular at an angle which is between 45 degrees and 90 degrees.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung der beabstandeten Faserstränge (1, 6) in Schritt a) des An- Spruchs 12 die Faserstränge (1, 6) in wenigstens einer Lage (Ll, L2) während des Legens auf Abstand gelegt werden.26. The method according to any one of claims 12 to 25, characterized in that for forming the spaced fiber strands (1, 6) in step a) of the claim 12, the fiber strands (1, 6) in at least one layer (Ll, L2) be set apart during laying.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung der beabstandeten Faserstränge (1, 6) in Schritt a) des An- Spruchs 12 die Faserstränge (1, 6) in wenigstens einer Lage (Ll, L2) zunächst gelegt werden und anschließend diejenigen Faserstränge (1, 6), welche als beabstandete Faserstränge (1, 6) dienen sollen, beabstandet werden.27. The method according to any one of claims 12 to 26, characterized in that for forming the spaced fiber strands (1, 6) in step a) of the claim 12, the fiber strands (1, 6) in at least one layer (Ll, L2) are first placed and then those fiber strands (1, 6), which are to serve as spaced fiber strands (1, 6), are spaced.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung der beabstandeten Faserstränge (1, 6) in Schritt a) des Anspruchs 12 in wenigstens einer Lage (Ll, L2) zwischen Fasersträngen (1, 6) aus leitfähigen Verstärkungsfasern zumindest teilweise Faserstränge aus isolierendem Material, insbesondere Faserstränge aus Glasfaser und/oder Synthesefaser, gelegt werden.28. The method according to any one of claims 12 to 27, characterized in that for forming the spaced fiber strands (1, 6) in step a) of claim 12 in at least one layer (Ll, L2) between fiber strands (1, 6) from conductive reinforcing fibers at least partially fiber strands of insulating material, in particular fiber strands of glass fiber and / or synthetic fiber, are placed.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserstränge (1, 6) in Schritt a) des Anspruchs 12 durch textile Fertigungsverfahren, insbesondere durch Weben und/oder Flechten und/oder durch das TFP-Verfahren (TFP = Tailored Fibre Placement) gelegt werden.29. The method according to any one of claims 12 to 28, characterized in that the fiber strands (1, 6) in step a) of claim 12 by textile manufacturing processes, in particular by weaving and / or braiding and / or by the TFP process (TFP = Tailored Fiber Placement).
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenstruktur über einen oder mehrere Kontaktabschnitte (7) an einem oder mehreren der beabstandeten Faserstränge (1, 6) mit einer Verarbeitungseinheit (8), insbesondere mit einem Transponderchip, zum Verarbeiten von ü- ber die Antennenstruktur zu sendenden und/oder empfangenen elektromagneti- sehen Wellen verbunden wird.30. The method according to any one of claims 12 to 29, characterized in that the antenna structure via one or more contact portions (7) on one or more of the spaced fiber strands (1, 6) with a processing unit (8), in particular with a transponder chip, for Processing is connected via the antenna structure to be transmitted and / or received electromagnetic waves see.
31. Verfahren nach Anspruch 30, bei dem die Verbindung des oder der Kontaktab- schnitte (7) mit der Verarbeitungseinheit (8) über Kleben und/oder Bonden erfolgt.31. Method according to claim 30, in which the connection of the contact section or sections (7) to the processing unit (8) takes place via gluing and / or bonding.
32. Verfahren nach Anspruch 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenstruktur zusammen mit der Verarbeitungseinheit (8) zu dem faserverstärkten Verbundwerkstoff vergossen wird, insbesondere mit Harz durchtränkt und gehärtet wird. 32. The method according to claim 30 or 31, characterized in that the antenna structure is cast together with the processing unit (8) to the fiber-reinforced composite material, in particular impregnated with resin and cured.
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