WO2012076465A1 - Composite fibre accommodating body and method for producing same - Google Patents

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WO2012076465A1
WO2012076465A1 PCT/EP2011/071741 EP2011071741W WO2012076465A1 WO 2012076465 A1 WO2012076465 A1 WO 2012076465A1 EP 2011071741 W EP2011071741 W EP 2011071741W WO 2012076465 A1 WO2012076465 A1 WO 2012076465A1
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WO
WIPO (PCT)
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plastic matrix
fiber composite
receiving body
sensor device
composite receiving
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/071741
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German (de)
French (fr)
Inventor
Rolf Lernbecher
Udo Diehl
Ralph Engelberg
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/68—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts by incorporating or moulding on preformed parts, e.g. inserts or layers, e.g. foam blocks
    • B29C70/86—Incorporated in coherent impregnated reinforcing layers, e.g. by winding
    • B29C70/865—Incorporated in coherent impregnated reinforcing layers, e.g. by winding completely encapsulated
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/08—Characterised by the construction of the motor unit
    • F15B15/14—Characterised by the construction of the motor unit of the straight-cylinder type
    • F15B15/1423—Component parts; Constructional details
    • F15B15/1428—Cylinders

Definitions

  • the invention relates to a fiber composite receiving body with a plastic matrix, are embedded in the fibers.
  • the invention further relates to a method for producing such a fiber composite receiving body.
  • a fiber composite receiving body which is designed as a high-pressure cylinder in lightweight construction.
  • the known fiber composite receiving body contains a plastic matrix in which fibers are embedded.
  • the fibers are wound, for example, on a base body and coated with a liquid plastic matrix material.
  • the liquid plastic matrix material is cured or crosslinked, for example, with the application of heat.
  • the object of the invention is to provide a fiber composite receiving body with a plastic matrix, are embedded in the fibers, and with a sensor device which is simple in construction and inexpensive to produce.
  • the object is achieved in a fiber composite receiving body with a plastic matrix, are embedded in the fibers, characterized in that at least one sensor device, at least partially, is embedded in the plastic matrix.
  • the sensor device is not introduced according to an essential aspect of the invention in the cured plastic matrix, but laminated in the same or similar manner as the fibers.
  • the sensor device is surrounded with not yet cured plastic matrix material. By the Curing or crosslinking of the plastic matrix material, the sensor device, at least partially, stably embedded in the plastic matrix. As a result, a machining, for example by drilling omitted.
  • a preferred embodiment of the fiber composite receiving body is characterized in that the sensor device comprises a strain gauge, which is embedded in the plastic matrix.
  • the strain gauge can be completely embedded in the plastic matrix in a simple manner.
  • a further preferred exemplary embodiment of the fiber composite receptacle body is characterized in that the sensor device comprises a temperature sensor and / or a pressure sensor which detect or detect a temperature or a pressure in the interior of the fiber composite receptacle body.
  • the temperature sensor and / or pressure sensor can protrude into the interior of the fiber composite receiving body or be acted upon by the temperature or the pressure in the interior of the fiber composite receiving body.
  • a further preferred exemplary embodiment of the fiber composite receiving body is characterized in that the sensor device comprises a displacement sensor and / or a position sensor which detects or detects a path or a position of an element movable in the interior of the fiber composite receiving body.
  • the fiber composite receiving body can be designed as a fluid cylinder, in particular as a hydraulic cylinder or as a pneumatic cylinder.
  • the movable element may be a piston, which is guided or accommodated to and fro in the interior of the fiber composite receiving body.
  • the fiber composite receiving body according to the invention is preferably a high-pressure container which is used, for example, as a gas storage or as a hydraulic accumulator, in particular in a mobile application.
  • the composite fiber-receiving body for example, in gas-powered vehicles, in vehicles with fuel cell or in hydraulically powered vehicles or vehicles with a hydraulic Hybrid drive can be used.
  • the sensor device is used, for example, for detecting the temperature and / or the pressure of a fluid in the interior of the receiving body.
  • a further preferred exemplary embodiment of the fiber composite receiving body is characterized in that the sensor device comprises wires, lines, cables, plugs and / or coils which, at least partially, are embedded in the plastic matrix.
  • the lines are, for example, signal lines and / or supply lines, which are connected to a sensor of the sensor device.
  • the coil serves to generate a magnetic field that is used to detect the position or travel of a movable member inside the fiber composite receiving body.
  • the field generated by the coils varies depending on the position of the movable element, which is preferably formed entirely or partially of an electrically conductive material.
  • the above-mentioned object is alternatively or additionally achieved in that the sensor device is arranged prior to curing or crosslinking of the plastic matrix in the plastic matrix or surrounded by the plastic matrix and / or the fibers.
  • the sensor device is thus not subsequently mounted, but embedded directly in the production of the fiber composite receiving body with the fibers in the plastic matrix.
  • the sensor device can be arranged in a simple manner within a wall of the fiber composite receiving body.
  • the sensor device can be arranged particularly advantageously close to a fluid in the interior of the receiving body.
  • the sensor device can be used directly in the manufacturing process for the detection of process parameters.
  • the process parameters are, for example, temperatures or deformations.
  • the arrangement of the sensor device within the wall of the receiving body also allows monitoring of state variables in the receiving body during operation. If the sensor device comprises a strain gauge, critical deformations in the operation of the receiving body can be detected before the deformations during operation cause a fault.
  • an aging process can be monitored with the aid of the sensor device.
  • accident or transport damage can be detected with the aid of the sensor device.
  • the sensor device can be used for inspection and maintenance purposes.
  • a preferred embodiment of the method is characterized in that the sensor device is arranged together with the fibers in the plastic matrix or surrounded by the plastic matrix and / or the fibers.
  • the fibers are introduced with the sensor device in one operation in the plastic matrix or surrounded by the plastic matrix.
  • a further preferred embodiment of the method is characterized in that the sensor device is positioned before the fibers are introduced into the plastic matrix.
  • the sensor device may for example be attached to a mold or to a mounting aid which will later be removed.
  • the sensor device can also be attached to a base body, on which the plastic matrix is applied with the fibers.
  • a further preferred exemplary embodiment of the method is characterized in that the sensor device is introduced into the plastic matrix during a lamination process or is surrounded by the plastic matrix and / or the fibers. During the lamination process, the fibers are embedded in or surrounded by the plastic matrix, for example by winding or by pulling on a fabric tube formed from the fibers.
  • a further preferred embodiment of the method is characterized in that the sensor device is introduced into one of the first of several winding layers.
  • the winding layers comprise endless fibers, which are wound around a mold, a mounting auxiliary device or a base body.
  • the fibers and the sensor device are introduced into or surrounded by the plastic matrix before it hardens.
  • the plastic matrix material is cured in order to embed the fibers and the sensor device in the plastic matrix.
  • the process temperature in the plastic matrix material can be monitored particularly advantageously if the sensor device comprises a temperature sensor.
  • stresses in the plastic matrix material can be detected during curing.
  • a further preferred embodiment of the method is characterized in that the sensor device is used for process monitoring and / or process control in the manufacturing process.
  • a further preferred embodiment of the method is characterized in that the sensor device is used for monitoring the operating state of the fiber composite receiving body.
  • a further preferred embodiment of the method is characterized in that the sensor device is used for monitoring damage and / or aging of the fiber composite receiving body.
  • Figure 1 shows a fiber composite-receiving body according to a first embodiment with laminated coils
  • FIG. 2 shows a fiber composite receiving body according to a further embodiment with laminated strain gauges. Description of the embodiments
  • Figures 1 and 2 are each in a plan view and in longitudinal section two fiber composite receiving body 1; 41 shown.
  • the fiber composite receiving body 1; 41 each comprise a base body 4, which has the shape of a straight circular cylinder jacket.
  • the base body 4 is open at both ends, but according to further embodiments may also be designed to be closed at one end or both ends.
  • a collar 6 is formed, which is integrally connected to the base body 4.
  • the collar 6 serves, for example, to the fiber composite-receiving body 1; 41 to be mounted in a vehicle.
  • the main body 4 is relatively thin-walled, for example made of steel, aluminum or plastic.
  • To reinforce the base body 4 is radially au Shen surrounded by a plastic matrix 8, is embedded in the fiber fabric 9.
  • the fiber fabric 9 preferably comprises continuous fibers which can be applied to the base body 4 in the form of a fabric tube.
  • the fiber fabric 9 can also be woven in layers or in layers onto the base body 4. The layered or layered application of the fiber fabric
  • a piston 10 is reciprocally received inside the fiber composite receiving body 1; 41. From the piston 10 is a piston rod 12, resulting from the interior of the fiber composite receiving body 1; 41 extends out to the outside.
  • the sensor devices and lines are therefore laminated directly.
  • the sensor devices 14 to 20 comprise coils which are laminated together with the necessary leads 21, 22 into the plastic matrix 8.
  • the coils serve to contact the position of the piston 10 in the fiber composite receiving body 1 without contact believe it.
  • the lamination of the coils and the lines 21, 22 has the advantage that the sensor devices 14 to 20 and the lines 21, 22 are protected from damage.
  • the lines 21, 22 are at the end facing away from the collar 6 of the base body 4 out of the plastic matrix 8 out and can be contacted there.
  • a plug element can be used for connecting or contacting the lines 21, 22, a (not shown) plug element.
  • the plug element can also according to a further embodiment, in whole or in part, be laminated into the plastic matrix 8.
  • the sensor devices 44, 45 are designed as strain gauges that are completely embedded in the plastic matrix 8.
  • the strain gauges 44, 45 are arranged in the axial direction. Alternatively or additionally, the or further strain gauges can be arranged radially or diagonally.
  • the strain gauges 44, 45 can be used for indirect pressure detection via the container expansion.
  • the sensor devices 44, 45 may also comprise simple wires which tear in the event of damage, which is visible from the outside. It may be advantageous to color the wires and embed them in a transparent plastic matrix 8.
  • the designed as strain gauges sensor devices 44, 45 are connected via lines 51, 52 with a control and / or measuring device.
  • the lines 51, 52 are embedded in the plastic matrix 8. At the Bund 6 remote end of the fiber composite receiving body 41, the lines 51, 52 led out of the plastic matrix 8 out.

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Abstract

The invention relates to a composite fibre accommodating body, having a plastic matrix (8), in which fibres are embedded. To create a composite fibre accommodating body having a plastic matrix and a sensor device, which is simply constructed and can be produced in a cost-effective manner, at least one sensor device (14-20) is embedded at least partially in the plastic matrix (8).

Description

Beschreibung  description
Titel title
FASERVERBUND -AUFNAHMEKÖRPER UND SEIN HERSTELLUNGSVERFAHREN  FIBER COMPOSITE RECORDING BODY AND ITS MANUFACTURING METHOD
Stand der Technik State of the art
Die Erfindung betrifft einen Faserverbund-Aufnahmekörper mit einer Kunststoffmatrix, in die Fasern eingebettet sind. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Faserverbund-Aufnahmekörpers. The invention relates to a fiber composite receiving body with a plastic matrix, are embedded in the fibers. The invention further relates to a method for producing such a fiber composite receiving body.
Aus der europäischen Patentanmeldung EP 2 058 527 A2 ist ein Faserverbund- Aufnahmekörper bekannt, der als Hochdruckzylinder in Leichtbauweise ausgeführt ist. Der bekannte Faserverbund-Aufnahmekörper enthält eine Kunststoffmatrix, in welche Fasern eingebettet sind. Die Fasern werden zum Beispiel auf einen Grundkörper aufgewickelt und mit einem flüssigen Kunststoff matrixmaterial bestrichen. Das flüssige Kunststoffmatrixmaterial wird, zum Beispiel unter Wärmezufuhr, ausgehärtet beziehungsweise vernetzt. From the European patent application EP 2 058 527 A2 a fiber composite receiving body is known, which is designed as a high-pressure cylinder in lightweight construction. The known fiber composite receiving body contains a plastic matrix in which fibers are embedded. The fibers are wound, for example, on a base body and coated with a liquid plastic matrix material. The liquid plastic matrix material is cured or crosslinked, for example, with the application of heat.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Faserverbund-Aufnahmekörper mit einer Kunststoffmatrix, in die Fasern eingebettet sind, und mit einer Sensoreinrichtung zu schaffen, der einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar ist. The object of the invention is to provide a fiber composite receiving body with a plastic matrix, are embedded in the fibers, and with a sensor device which is simple in construction and inexpensive to produce.
Die Aufgabe ist bei einem Faserverbund-Aufnahmekörper mit einer Kunststoffmatrix, in die Fasern eingebettet sind, dadurch gelöst, dass mindestens eine Sensoreinrichtung, zumindest teilweise, in die Kunststoffmatrix eingebettet ist. Die Sensoreinrichtung wird gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung nicht in die ausgehärtete Kunststoffmatrix eingebracht, sondern, in gleicher oder ähnlicher Weise wie die Fasern, einlaminiert. Die Sensoreinrichtung wird dabei mit noch nicht ausgehärtetem Kunststoffmatrixmaterial umgeben. Durch das Aushärten beziehungsweise Vernetzen des Kunststoffmatrixmaterials wird die Sensoreinrichtung, zumindest teilweise, stabil in die Kunststoff matrix eingebettet. Dadurch kann eine spanende Bearbeitung, zum Beispiel durch Bohren, entfallen. The object is achieved in a fiber composite receiving body with a plastic matrix, are embedded in the fibers, characterized in that at least one sensor device, at least partially, is embedded in the plastic matrix. The sensor device is not introduced according to an essential aspect of the invention in the cured plastic matrix, but laminated in the same or similar manner as the fibers. The sensor device is surrounded with not yet cured plastic matrix material. By the Curing or crosslinking of the plastic matrix material, the sensor device, at least partially, stably embedded in the plastic matrix. As a result, a machining, for example by drilling omitted.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Faserverbund-Aufnahmekörpers ist dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung einen Dehnungsmessstreifen umfasst, der in die Kunststoffmatrix eingebettet ist. Der Dehnungsmessstreifen kann auf einfache Art und Weise vollständig in die Kunststoffmatrix eingebettet werden. A preferred embodiment of the fiber composite receiving body is characterized in that the sensor device comprises a strain gauge, which is embedded in the plastic matrix. The strain gauge can be completely embedded in the plastic matrix in a simple manner.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Faserverbund- Aufnahmekörpers ist dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung einen Temperatursensor und/oder einen Drucksensor umfasst, die beziehungsweise der eine Temperatur beziehungsweise einen Druck im Inneren des Faserverbund-Aufnahmekörpers erfassen beziehungsweise erfasst. Der Temperatursensor und/oder Drucksensor kann in das Innere des Faserverbund- Aufnahmekörpers ragen beziehungsweise mit der Temperatur beziehungsweise dem Druck im Inneren des Faserverbund-Aufnahmekörpers beaufschlagt sein. A further preferred exemplary embodiment of the fiber composite receptacle body is characterized in that the sensor device comprises a temperature sensor and / or a pressure sensor which detect or detect a temperature or a pressure in the interior of the fiber composite receptacle body. The temperature sensor and / or pressure sensor can protrude into the interior of the fiber composite receiving body or be acted upon by the temperature or the pressure in the interior of the fiber composite receiving body.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Faserverbund- Aufnahmekörpers ist dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung einen Wegsensor und/oder einen Positionssensor umfasst, die beziehungsweise der einen Weg beziehungsweise eine Position eines im Inneren des Faserverbund- Aufnahmekörpers bewegbaren Elements erfassen beziehungsweise erfasst. Der Faserverbund-Aufnahmekörper kann als Fluidzylinder, insbesondere als Hydraulikzylinder oder als Pneumatikzylinder, ausgeführt sein. Bei dem bewegbaren E- lement kann es sich um einen Kolben handeln, der im Inneren des Faserverbund-Aufnahmekörpers hin und her bewegbar geführt beziehungsweise aufgenommen ist. A further preferred exemplary embodiment of the fiber composite receiving body is characterized in that the sensor device comprises a displacement sensor and / or a position sensor which detects or detects a path or a position of an element movable in the interior of the fiber composite receiving body. The fiber composite receiving body can be designed as a fluid cylinder, in particular as a hydraulic cylinder or as a pneumatic cylinder. The movable element may be a piston, which is guided or accommodated to and fro in the interior of the fiber composite receiving body.
Bei dem erfindungsgemäßen Faserverbund-Aufnahmekörper handelt es sich vorzugsweise um einen Hochdruckbehälter, der zum Beispiel als Gasspeicher oder als Hydraulikspeicher, insbesondere in einer mobilen Anwendung, verwendet wird. Der Faserverbund-Aufnahmekörper kann beispielsweise in gasbetriebenen Fahrzeugen, in Fahrzeugen mit Brennstoffzelle oder in hydraulisch angetriebenen Fahrzeugen beziehungsweise Fahrzeugen mit einem hydraulischen Hybridantrieb verwendet werden. Die Sensoreinrichtung dient zum Beispiel zur Erfassung der Temperatur und/oder des Drucks eines Fluids im Inneren des Aufnahmekörpers. The fiber composite receiving body according to the invention is preferably a high-pressure container which is used, for example, as a gas storage or as a hydraulic accumulator, in particular in a mobile application. The composite fiber-receiving body, for example, in gas-powered vehicles, in vehicles with fuel cell or in hydraulically powered vehicles or vehicles with a hydraulic Hybrid drive can be used. The sensor device is used, for example, for detecting the temperature and / or the pressure of a fluid in the interior of the receiving body.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Faserverbund- Aufnahmekörpers ist dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung Drähte, Leitungen, Kabel, Stecker und/oder Spulen umfasst, die, zumindest teilweise, in die Kunststoffmatrix eingebettet sind. Bei den Leitungen handelt es sich zum Beispiel um Signalleitungen und/oder Versorgungsleitungen, die an einen Sensor der Sensoreinrichtung angeschlossen sind. Die Spule dient zum Beispiel dazu, ein Magnetfeld beziehungsweise ein elektromagnetisches Feld erzeugen, das zur Erfassung der Position oder des Weges eines bewegbaren Elements im Inneren des Faserverbund-Aufnahmekörpers verwendet wird. Das von den Spulen erzeugte Feld verändert sich in Abhängigkeit von der Position des bewegbaren Elements, das vorzugsweise vollständig oder teilweise aus einem elektrisch leitenden Material gebildet ist. A further preferred exemplary embodiment of the fiber composite receiving body is characterized in that the sensor device comprises wires, lines, cables, plugs and / or coils which, at least partially, are embedded in the plastic matrix. The lines are, for example, signal lines and / or supply lines, which are connected to a sensor of the sensor device. For example, the coil serves to generate a magnetic field that is used to detect the position or travel of a movable member inside the fiber composite receiving body. The field generated by the coils varies depending on the position of the movable element, which is preferably formed entirely or partially of an electrically conductive material.
Bei einem Verfahren zum Herstellen eines vorab beschriebenen Faserverbund- Aufnahmekörpers ist die vorab angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass die Sensoreinrichtung vor einem Aushärten oder Vernetzen der Kunststoff matrix in der Kunststoffmatrix angeordnet beziehungsweise mit der Kunststoff matrix und/oder den Fasern umgeben wird. Die Sensoreinrichtung wird also nicht nachträglich montiert, sondern direkt beim Herstellen des Faserverbund-Aufnahmekörpers mit den Fasern in die Kunststoffmatrix eingebettet. Das liefert den Vorteil, dass der Aufnahmekörper nicht durch Bohrungen oder sonstige Öffnungen geschwächt wird, in welche die Sensoreinrichtung eingebracht wird. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann die Sensoreinrichtung auf einfache Art und Weise innerhalb einer Wandung des Faserverbund- Aufnahmekörpers angeordnet werden. Die Sensoreinrichtung kann besonders vorteilhaft nahe an einem Fluid im Inneren des Aufnahmekörpers angeordnet werden. Besonders vorteilhaft kann die Sensoreinrichtung direkt im Fertigungs- prozess zur Erfassung von Prozessparametern genutzt werden. Bei den Prozessparametern handelt es sich zum Beispiel um Temperaturen oder Verformungen. Die Anordnung der Sensoreinrichtung innerhalb der Wandung des Aufnahmekörpers ermöglicht darüber hinaus eine Überwachung von Zustandsgrö- ßen in dem Aufnahmekörper im Betrieb. Wenn die Sensoreinrichtung einen Dehnungsmessstreifen umfasst, können kritische Verformungen im Betrieb des Aufnahmekörpers erkannt werden, bevor die Verformungen im Betrieb einen Fehler verursachen. Darüber hinaus kann mit Hilfe der Sensoreinrichtung ein Alterungsprozess überwacht werden. Darüber hin- aus können mit Hilfe der Sensoreinrichtung Unfall- oder Transportschäden erkannt werden. Die Sensoreinrichtung kann zu Kontroll- und Wartungszwecken genutzt werden. In a method for producing a fiber composite receiving body described above, the above-mentioned object is alternatively or additionally achieved in that the sensor device is arranged prior to curing or crosslinking of the plastic matrix in the plastic matrix or surrounded by the plastic matrix and / or the fibers. The sensor device is thus not subsequently mounted, but embedded directly in the production of the fiber composite receiving body with the fibers in the plastic matrix. This provides the advantage that the receiving body is not weakened by holes or other openings, in which the sensor device is introduced. The inventive method, the sensor device can be arranged in a simple manner within a wall of the fiber composite receiving body. The sensor device can be arranged particularly advantageously close to a fluid in the interior of the receiving body. Particularly advantageously, the sensor device can be used directly in the manufacturing process for the detection of process parameters. The process parameters are, for example, temperatures or deformations. The arrangement of the sensor device within the wall of the receiving body also allows monitoring of state variables in the receiving body during operation. If the sensor device comprises a strain gauge, critical deformations in the operation of the receiving body can be detected before the deformations during operation cause a fault. In addition, an aging process can be monitored with the aid of the sensor device. In addition, accident or transport damage can be detected with the aid of the sensor device. The sensor device can be used for inspection and maintenance purposes.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeich- net, dass die Sensoreinrichtung zusammen mit den Fasern in der Kunststoffmatrix angeordnet beziehungsweise von der Kunststoffmatrix und/oder den Fasern umgeben wird. Besonders vorteilhaft werden die Fasern mit der Sensoreinrichtung in einem Arbeitsgang in die Kunststoffmatrix eingebracht beziehungsweise von der Kunststoffmatrix umgeben. A preferred embodiment of the method is characterized in that the sensor device is arranged together with the fibers in the plastic matrix or surrounded by the plastic matrix and / or the fibers. Particularly advantageously, the fibers are introduced with the sensor device in one operation in the plastic matrix or surrounded by the plastic matrix.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung positioniert wird, bevor die Fasern in die Kunststoff matrix eingebracht werden. Die Sensoreinrichtung kann zum Beispiel an einer Form oder an einer Montagehilfsvorrichtung angebracht werden, die später entfernt wird. Die Sensoreinrichtung kann auch an einem Grundkörper angebracht werden, auf den die Kunststoffmatrix mit den Fasern aufgebracht wird. A further preferred embodiment of the method is characterized in that the sensor device is positioned before the fibers are introduced into the plastic matrix. The sensor device may for example be attached to a mold or to a mounting aid which will later be removed. The sensor device can also be attached to a base body, on which the plastic matrix is applied with the fibers.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch ge- kennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung während eines Laminiervorgangs in die Kunststoff matrix eingebracht beziehungsweise von der Kunststoff matrix und/oder den Fasern umgeben wird. Während des Laminiervorgangs werden die Fasern, zum Beispiel durch Wickeln, oder durch Aufziehen eines Gewebeschlauchs, der aus den Fasern gebildet ist, in die Kunststoffmatrix eingebettet beziehungsweise von dieser umgeben. A further preferred exemplary embodiment of the method is characterized in that the sensor device is introduced into the plastic matrix during a lamination process or is surrounded by the plastic matrix and / or the fibers. During the lamination process, the fibers are embedded in or surrounded by the plastic matrix, for example by winding or by pulling on a fabric tube formed from the fibers.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung in eine der ersten von mehreren Wicklungslagen eingebracht wird. Die Wicklungslagen umfassen Endlosfasern, mit denen eine Form, eine Montagehilfsvorrichtung oder ein Grundkörper umwickelt werden. Die Fasern und die Sensoreinrichtung werden vor dem Aushärten der Kunststoffmatrix in diese eingebracht beziehungsweise von dieser umgeben. Durch Wärmezufuhr und/oder Druckbeaufschlagung, zum Beispiel in einem Autoklaven, wird das Kunststoffmatrixmaterial ausgehärtet, um die Fasern und die Sensoreinrichtung in die Kunststoff matrix einzubetten. Dabei kann besonders vorteilhaft die Verfahrenstemperatur in dem Kunststoffmatrixmaterial überwacht werden, wenn die Sensoreinrichtung einen Temperaturfühler umfasst. Darüber hinaus können mit Hilfe von Dehnungsmessstreifen Spannungen in dem Kunststoffmatrixmaterial beim Aushärten erfasst werden. A further preferred embodiment of the method is characterized in that the sensor device is introduced into one of the first of several winding layers. The winding layers comprise endless fibers, which are wound around a mold, a mounting auxiliary device or a base body. The fibers and the sensor device are introduced into or surrounded by the plastic matrix before it hardens. By supplying heat and / or pressurizing, for example in an autoclave, the plastic matrix material is cured in order to embed the fibers and the sensor device in the plastic matrix. In this case, the process temperature in the plastic matrix material can be monitored particularly advantageously if the sensor device comprises a temperature sensor. In addition, with the aid of strain gauges, stresses in the plastic matrix material can be detected during curing.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung zur Prozessüberwachung und/oder Prozesssteuerung im Herstellprozess genutzt wird. A further preferred embodiment of the method is characterized in that the sensor device is used for process monitoring and / or process control in the manufacturing process.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung zur Überwachung des Betriebszustands des Faserverbund-Aufnahmekörpers genutzt wird. A further preferred embodiment of the method is characterized in that the sensor device is used for monitoring the operating state of the fiber composite receiving body.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung zur Überwachung von Beschädigung und/oder Alterung des Faserverbund-Aufnahmekörpers genutzt wird. A further preferred embodiment of the method is characterized in that the sensor device is used for monitoring damage and / or aging of the fiber composite receiving body.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description in which, with reference to the drawings, various embodiments are described in detail.
Kurze Beschreibung der Zeichnung Short description of the drawing
Es zeigen: Show it:
Figur 1 einen Faserverbund-Aufnahmekörper gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel mit einlaminierten Spulen und Figure 1 shows a fiber composite-receiving body according to a first embodiment with laminated coils and
Figur 2 einen Faserverbund-Aufnahmekörper gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel mit einlaminierten Dehnungsmessstreifen. Beschreibung der Ausführungsbeispiele 2 shows a fiber composite receiving body according to a further embodiment with laminated strain gauges. Description of the embodiments
In den Figuren 1 und 2 sind jeweils in einer Draufsicht und im Längsschnitt zwei Faserverbund-Aufnahmekörper 1 ; 41 dargestellt. Die Faserverbund- Aufnahmekörper 1 ; 41 umfassen jeweils einen Grundkörper 4, der die Gestalt eines geraden Kreiszylindermantels aufweist. Der Grundkörper 4 ist an beiden Enden offen, kann aber gemäß weiteren Ausführungsbeispielen auch an einem Ende oder beiden Enden geschlossen ausgeführt sein. An einem Ende des Grundkörpers 4 ist ein Bund 6 ausgebildet, der einstückig mit dem Grundkörper 4 verbunden ist. Der Bund 6 dient zum Beispiel dazu, den Faserverbund-Aufnahmekörper 1 ; 41 in einem Fahrzeug zu montieren. Der Grundkörper 4 ist relativ dünnwandig zum Beispiel aus Stahl, Aluminium oder Kunststoff gebildet. Zur Verstärkung ist der Grundkörper 4 radial au ßen von einer Kunststoff matrix 8 umgeben, in die Fasergewebe 9 eingebettet ist. In Figures 1 and 2 are each in a plan view and in longitudinal section two fiber composite receiving body 1; 41 shown. The fiber composite receiving body 1; 41 each comprise a base body 4, which has the shape of a straight circular cylinder jacket. The base body 4 is open at both ends, but according to further embodiments may also be designed to be closed at one end or both ends. At one end of the main body 4, a collar 6 is formed, which is integrally connected to the base body 4. The collar 6 serves, for example, to the fiber composite-receiving body 1; 41 to be mounted in a vehicle. The main body 4 is relatively thin-walled, for example made of steel, aluminum or plastic. To reinforce the base body 4 is radially au Shen surrounded by a plastic matrix 8, is embedded in the fiber fabric 9.
Das Fasergewebe 9 umfasst vorzugsweise Endlosfasern, die in Form eines Gewebeschlauchs auf den Grundkörper 4 aufgebracht werden können. Das Fasergewebe 9 kann auch schichtweise oder lagenweise auf den Grundkörper 4 gewi- ekelt werden. Das schichtweise oder lagenweise Aufbringen des FasergewebesThe fiber fabric 9 preferably comprises continuous fibers which can be applied to the base body 4 in the form of a fabric tube. The fiber fabric 9 can also be woven in layers or in layers onto the base body 4. The layered or layered application of the fiber fabric
9 wird auch als Laminieren bezeichnet. 9 is also referred to as lamination.
Im Inneren des Faserverbund-Aufnahmekörpers 1 ; 41 ist ein Kolben 10 hin und her bewegbar aufgenommen. Von dem Kolben 10 geht eine Kolbenstange 12 aus, die sich aus dem Inneren des Faserverbund-Aufnahmekörpers 1 ; 41 heraus nach au ßen erstreckt. Inside the fiber composite receiving body 1; 41, a piston 10 is reciprocally received. From the piston 10 is a piston rod 12, resulting from the interior of the fiber composite receiving body 1; 41 extends out to the outside.
Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung werden beim Laminieren, also vor dem Aushärten der Kunststoffmatrix 8 Sensoreinrichtungen 14 bis 20; 44, 45 sowie Leitungen 21 , 22; 51 , 52 in die Kunststoffmatrix 8 eingebettet. Die Sensoreinrichtungen und Leitungen werden also direkt einlaminiert. According to an essential aspect of the invention, when laminating, ie before the curing of the plastic matrix 8, sensor devices 14 to 20; 44, 45 and lines 21, 22; 51, 52 embedded in the plastic matrix 8. The sensor devices and lines are therefore laminated directly.
Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel umfassen die Sensoreinrichtungen 14 bis 20 Spulen, die zusammen mit den notwendigen Leitungen 21 , 22 in die Kunststoffmatrix 8 einlaminiert sind. Die Spulen dienen dazu, die Position des Kolbens 10 in dem Faserverbund-Aufnahmekörper 1 berührungslos zu er- fassen. Das Einlaminieren der Spulen und der Leitungen 21 , 22 hat den Vorteil, dass die Sensoreinrichtungen 14 bis 20 und die Leitungen 21 , 22 vor Beschädigungen geschützt sind. In the exemplary embodiment illustrated in FIG. 1, the sensor devices 14 to 20 comprise coils which are laminated together with the necessary leads 21, 22 into the plastic matrix 8. The coils serve to contact the position of the piston 10 in the fiber composite receiving body 1 without contact believe it. The lamination of the coils and the lines 21, 22 has the advantage that the sensor devices 14 to 20 and the lines 21, 22 are protected from damage.
Die Leitungen 21 , 22 sind an dem dem Bund 6 abgewandten Ende des Grundkörpers 4 aus der Kunststoff matrix 8 heraus geführt und können dort kontaktiert werden. Zum Anschließen oder Kontaktieren der Leitungen 21 , 22 kann ein (nicht dargestelltes) Steckerelement verwendet werden. Das Steckerelement kann gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ebenfalls, ganz oder teilweise, in die Kunststoff matrix 8 einlaminiert werden. The lines 21, 22 are at the end facing away from the collar 6 of the base body 4 out of the plastic matrix 8 out and can be contacted there. For connecting or contacting the lines 21, 22, a (not shown) plug element can be used. The plug element can also according to a further embodiment, in whole or in part, be laminated into the plastic matrix 8.
Bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Sensoreinrichtungen 44, 45 als Dehnungsmessstreifen ausgeführt, die vollständig in die Kunststoffmatrix 8 eingebettet sind. Die Dehnungsmessstreifen 44, 45 sind in axialer Richtung angeordnet. Alternativ oder zusätzlich können die oder weitere Dehnungsmessstreifen radial oder diagonal angeordnet werden. Die Dehnungsmessstreifen 44, 45 können zur indirekten Druckerfassung über die Behälterdehnung genutzt werden. In the exemplary embodiment illustrated in FIG. 2, the sensor devices 44, 45 are designed as strain gauges that are completely embedded in the plastic matrix 8. The strain gauges 44, 45 are arranged in the axial direction. Alternatively or additionally, the or further strain gauges can be arranged radially or diagonally. The strain gauges 44, 45 can be used for indirect pressure detection via the container expansion.
Au ßerdem können mit Hilfe der Dehnungsmessstreifen 44, 45 kritische Verformungen des Faserverbund-Aufnahmekörpers 41 aufgrund von Systemfehlern oder eines Unfalls erfasst werden. Darüber hinaus können mit Hilfe der Dehnungsmessstreifen 44, 45 alterungsbedingte Veränderungen des Faserverbund- Aufnahmekörpers 41 erfasst, kontrolliert beziehungsweise überwacht werden. Durch einen Vergleich von Verformungssollwerten mit gemessenen Verformungen unter einem definierten Druck können auf einfache Art und Weise alterungsbedingte Veränderungen erfasst werden. In addition, with the aid of the strain gauges 44, 45 critical deformations of the fiber composite receiving body 41 due to system errors or an accident can be detected. In addition, aging-related changes in the fiber composite receiving body 41 can be detected, monitored or monitored with the aid of the strain gauges 44, 45. By comparing deformation set points with measured deformations under a defined pressure, age-related changes can be detected in a simple manner.
Gemäß einem besonders kostengünstigen Ausführungsbeispiel können die Sensoreinrichtungen 44, 45 auch einfache Drähte umfassen, die in einem Schadensfall reißen, was von außen sichtbar ist. Dabei kann es vorteilhaft sein, die Drähte einzufärben und in eine durchsichtige Kunststoffmatrix 8 einzubetten. According to a particularly cost-effective embodiment, the sensor devices 44, 45 may also comprise simple wires which tear in the event of damage, which is visible from the outside. It may be advantageous to color the wires and embed them in a transparent plastic matrix 8.
Die als Dehnungsmessstreifen ausgeführten Sensoreinrichtungen 44, 45 sind über Leitungen 51 , 52 mit einer Steuerungs- und/oder Messeinrichtung verbunden. Die Leitungen 51 , 52 sind in die Kunststoffmatrix 8 eingebettet. An dem dem Bund 6 abgewandten Ende des Faserverbund-Aufnahmekörpers 41 sind die Leitungen 51 , 52 aus der Kunststoffmatrix 8 heraus geführt. The designed as strain gauges sensor devices 44, 45 are connected via lines 51, 52 with a control and / or measuring device. The lines 51, 52 are embedded in the plastic matrix 8. At the Bund 6 remote end of the fiber composite receiving body 41, the lines 51, 52 led out of the plastic matrix 8 out.

Claims

Faserverbund-Aufnahmekörper mit einer Kunststoffmatrix (8), in die Fasern eingebettet sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Sensoreinrichtung (14-20;44,45), zumindest teilweise, in die Kunststoffmatrix (8) eingebettet ist. Fiber composite receiving body with a plastic matrix (8), are embedded in the fibers, characterized in that at least one sensor means (14-20; 44,45), at least partially, in the plastic matrix (8) is embedded.
Faserverbund-Aufnahmekörper nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (14-20;44,45) einen Dehnungsmessstreifen umfasst, der in die Kunststoffmatrix (8) eingebettet ist. Fiber composite receiving body according to claim 1, characterized in that the sensor device (14-20; 44,45) comprises a strain gauge, which is embedded in the plastic matrix (8).
Faserverbund-Aufnahmekörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (14-20;44,45) einen Temperatursensor und/oder einen Drucksensor umfasst, die beziehungsweise der eine Temperatur beziehungsweise einen Druck im Inneren des Faserverbund-Aufnahmekörpers (1 ;41 ) erfassen beziehungsweise erfasst. Fiber composite receiving body according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor device (14-20; 44,45) comprises a temperature sensor and / or a pressure sensor, the or a temperature or a pressure in the interior of the fiber composite receiving body (1; 41) record or recorded.
Faserverbund-Aufnahmekörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (14-20;44,45) einen Wegsensor und/oder einen Positionssensor umfasst, die beziehungsweise der einen Weg beziehungsweise eine Position eines im Inneren des Faserverbund-Aufnahmekörpers bewegbaren Elements erfassen beziehungsweise erfasst. Fiber composite receiving body according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor device (14-20; 44,45) comprises a displacement sensor and / or a position sensor, the or a path or a position of a movable element inside the fiber composite receiving body record or recorded.
Faserverbund-Aufnahmekörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (14-20;44,45) Drähte, Leitungen, Kabel, Stecker und/oder Spulen umfasst, die, zumindest teilweise, in die Kunststoffmatrix eingebettet sind. Fiber composite receiving body according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor device (14-20; 44,45) comprises wires, lines, cables, plugs and / or coils, which are, at least partially, embedded in the plastic matrix.
6. Verfahren zum Herstellen eines Faserverbund-Aufnahmekörpers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (14-20;44,45) vor einem Aushärten und/oder Vernetzen der Kunststoffmatrix (8) in der Kunststoffmatrix (8) angeordnet beziehungsweise mit der Kunststoffmatrix und/oder den Fasern umgeben wird. 6. A method for producing a fiber composite receiving body according to any one of the preceding claims, characterized in that the sensor device (14-20; 44,45) before curing and / or crosslinking the plastic matrix (8) is arranged in the plastic matrix (8) or surrounded by the plastic matrix and / or the fibers.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (14-20;44,45) zusammen mit den Fasern in der Kunststoffmatrix (8) angeordnet beziehungsweise mit der Kunststoffmatrix und/oder den Fasern umgeben wird. 7. The method according to claim 6, characterized in that the sensor device (14-20; 44,45) is arranged together with the fibers in the plastic matrix (8) or surrounded with the plastic matrix and / or the fibers.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (14-20;44,45) positioniert wird, bevor die Fasern in die Kunststoffmatrix (8) eingebracht werden. 8. The method according to claim 6, characterized in that the sensor device (14-20; 44,45) is positioned before the fibers are introduced into the plastic matrix (8).
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (14-20;44,45) während eines Laminiervorgangs in die Kunststoff matrix (8) eingebracht beziehungsweise mit der Kunststoffmatrix und/oder den Fasern umgeben wird. 9. The method according to any one of claims 6 or 7, characterized in that the sensor device (14-20, 44,45) during a lamination process in the plastic matrix (8) is introduced or surrounded with the plastic matrix and / or the fibers.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (14-20;44,45) in eine der ersten von mehreren Wicklungslagen eingebracht wird. 10. The method according to claim 9, characterized in that the sensor device (14-20; 44,45) is introduced into one of the first of several winding layers.
1 1 . Verfahren zur Herstellung eines Faserverbund-Aufnahmekörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (14-20;44,45) zur Prozessüberwachung und/oder Prozesssteuerung im Herstellprozess genutzt wird. 1 1. Method for producing a fiber composite receiving body according to one of claims 1 to 5, characterized in that the sensor device (14-20, 44, 45) is used for process monitoring and / or process control in the production process.
12. Verfahren zum Betrieb eines Faserverbund-Aufnahmekörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (14-20;44,45) zur Überwachung des Betriebszustands des Faserverbund-Aufnahmekörpers (1 ) genutzt wird. 12. A method for operating a fiber composite receiving body according to one of claims 1 to 5, characterized in that the sensor device (14-20; 44,45) is used for monitoring the operating state of the fiber composite receiving body (1).
13. Verfahren zum Überwachen eines Faserverbund-Aufnahmekörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung zur Überwachung von Beschädigung und/oder Alterung des Faserverbund-Aufnahmekörpers (1 ) genutzt wird. 13. A method for monitoring a fiber composite receiving body according to one of claims 1 to 5, characterized in that the sensor device for monitoring damage and / or aging of the fiber composite receiving body (1) is used.
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