WO2022238353A1 - Method for producing components made of a fibre composite material, functional elements in the components being integrated and electrically contacted in the fibre composite material - Google Patents

Method for producing components made of a fibre composite material, functional elements in the components being integrated and electrically contacted in the fibre composite material Download PDF

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WO2022238353A1
WO2022238353A1 PCT/EP2022/062534 EP2022062534W WO2022238353A1 WO 2022238353 A1 WO2022238353 A1 WO 2022238353A1 EP 2022062534 W EP2022062534 W EP 2022062534W WO 2022238353 A1 WO2022238353 A1 WO 2022238353A1
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WO
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electrical contact
fibers
electrically conductive
elements
contact elements
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PCT/EP2022/062534
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Inventor
Claudia DREBENSTEDT
David Löpitz
Dennis Weintraut
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Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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Publication date
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    • 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
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/40—Shaping or impregnating by compression not applied
    • B29C70/50—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of indefinite length, e.g. prepregs, sheet moulding compounds [SMC] or cross moulding compounds [XMC]
    • B29C70/52—Pultrusion, i.e. forming and compressing by continuously pulling through a die
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
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    • B29C70/88—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts characterised primarily by possessing specific properties, e.g. electrically conductive or locally reinforced
    • B29C70/882—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts characterised primarily by possessing specific properties, e.g. electrically conductive or locally reinforced partly or totally electrically conductive, e.g. for EMI shielding
    • B29C70/885—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts characterised primarily by possessing specific properties, e.g. electrically conductive or locally reinforced partly or totally electrically conductive, e.g. for EMI shielding with incorporated metallic wires, nets, films or plates

Definitions

  • Fiber composite material in which functional elements are integrated into the fiber composite material and electrically contacted.
  • the most varied of commonly used fiber types and resins can be used here.
  • the technical area of application includes the functionalization of profiled components produced by means of pultrusion, which is possible, for example, using illuminants or electronic components for detection/as actuators - temperature measurement, humidity measurement, inclination sensors, loudspeakers, batteries, displays, etc. This also results in a large number of other possible applications. 2
  • a specific application could be aircraft stringers, where structural monitoring is also required during use.
  • pultrusion is a suitable continuous manufacturing process for profiles that are manufactured straight or with a specific radius of curvature.
  • the auxiliary geometry for contacting can be implemented continuously or discontinuously in the pultrusion profile.
  • the advantage of the continuous variant lies in the uniform presence of the electrical conductor (wire / stranded wire / grid / foil).
  • the electrical conductor wire / stranded wire / grid / foil.
  • there is a continuous disturbance in the fiber composite In the case of the discontinuous implementation, 3 smaller amounts of the additional material necessary. Depending on the application, only as much of it as is actually required is required. The preparation effort is greater. On the other hand, it is easier to adapt to the respective specific application (eg depending on the electrical current or the number of connecting wires).
  • a well-known technical solution consists of prefabricating electrical contact points or using wires etc. and subsequently exposing them from the fiber composite and material, so that access from outside is possible at certain positions. This can be achieved by machining, but this results in additional weak points in the profile. Due to the cutting through of the fibres, these weak points represent preliminary damage, which is particularly unfavorable in the case of fiber composite profiles and has a strong adverse effect on the strength and bending behavior.
  • a second known possibility is to lay the electrical connecting wires through the entire profile and then make electrical contact at the end of the profile.
  • this is not possible for all applications.
  • the wire length should be as short as possible in order not to disturb the signal transmission (e.g. strain gauges).
  • the profiles can be very long, which means that the respective electrically conductive connection (e.g. a wire) is correspondingly long and the electrical line resistance is high as a result.
  • a wire over the entire length of the profile also represents a defect that has a negative impact on the mechanical properties.
  • fibers with a predetermined orientation in relation to other fibers are removed from an unwinding device by a device with which the fibers are impregnated with a polymeric resin,
  • a device may be a bath, injection box or similar device suitable for sufficiently impregnating the fibers with the polymeric resin.
  • the electrical contact elements are deformed or aligned in such a way that at least one surface area of the respective electrical contact elements is arranged in an area close to the surface or directly on a surface pointing outwards.
  • the resin is cured with the pultrusion tool and when a surface area of an electrical contact element is arranged in an area close to the surface, the surface area is exposed by removing material if this is required. 5 is borrowed and a sufficiently large surface area of the respective electrical contact element is not freely accessible from the outside.
  • Soaked fibers should be moved from two different sides in the direction of the pultrusion tool and the carrier material with at least one electrical contact element and electrical connection element should be moved between the fibers fed in from two directions, so that a base layer and a top layer formed with fibers are produced for components to be manufactured and carrier material with electrical contact elements and at least one electrically conductive connecting element are surrounded on all sides by fibers and a resin matrix.
  • electrical contact elements should be formed or aligned either before entering the pultrusion tool or before using the pultrusion tool in such a way that at least one surface area of an electrical contact element is arranged at least in the area close to the surface or directly on the surface of a finished component, so that either no material removal or only a small amount is required to completely expose this surface area of electrical contact elements in order to enable an electrical connection from the outside.
  • an electrical contact element should advantageously be partially embedded in the fiber resin matrix and only one surface area should be exposed or very close to the surface. This achieves a sufficiently high level of stability, which can also permanently ensure the reliability of the electrical connection from and to a functional element.
  • a shaping element can be arranged before entry into the pultrusion tool, on or through which at least a partial area of an electrical contact element can be moved.
  • a shaping element can be provided on the pultrusion tool. This should preferably be effective as soon as it enters the pultrusion tool.
  • the at least one electrically conductive connecting element can additionally be connected to at least one functional element at a distance from an electrical 6 see contact element be electrically conductively connected.
  • the functional element can be pulled through the pultrusion tool together with the respective electrically conductive connecting element, at least one electrical contact element and the impregnated fibers and aligned with one another accordingly, so that the at least one functional element also appears in the matrix formed with the fibers and the resin a predetermined position is arranged.
  • Sensors, actuators and/or lighting elements can be used as functional elements and/or a wire or stranded wire can be used as electrically conductive connecting elements.
  • Functional elements, electrical contact elements and an electrically conductive connecting element should preferably be connected to one another with a material fit, which can be achieved, for example, with a soldering or welding process.
  • a flexibly deformable carrier material can be connected to the at least one electrical contact element in a form-fitting or material-fitting manner before they are pulled together through the pultrusion tool.
  • the at least one electrically conductive connecting element can advantageously be aligned in such a way that it is arranged in the neutral fiber or the neutral plane of a component.
  • the mechanical properties of a component in particular are only slightly adversely affected, if at all, in cases in which functional elements have to be arranged outside the neutral axis or plane for functional reasons, such as to determine bending (bending sensor) or to trigger bending movements with a corresponding trained actuator is the case, you can arrange an electrically conductive connecting element entirely or partially outside the neutral line or plane of a corresponding component.
  • the at least one functional element and/or the at least one electrical contact element should be fixed to the carrier material at a predetermined position before the impregnated fibers are attached to the carrier material.
  • 7 material can be pulled through the pultrusion tool. This can be achieved, for example, by sewing or embroidering.
  • a fleece, woven fabric, mesh, scrim, tape, film or mat can be used as the carrier material.
  • both the fibers with which the fiber composite material is produced and the carrier material with electrical contact elements attached to it at predetermined positions should be pulled continuously through the pultrusion tool and individual components should be obtained after curing by cutting from an endless strand.
  • Electrically conductive foils or textile structures made of electrically conductive fibers or wires can be used as electrical contact elements.
  • electrical contact elements Before entering the pultrusion tool, electrical contact elements can be positioned and deformed within the impregnated fibers in such a way that at least one contact surface of the sensor is in a surface
  • the functional elements to be integrated can also preferably be arranged in the middle of the pultrusion profile (if possible in the neutral fiber) in order to keep the influence on the mechanical properties, particularly in the case of bending loads, as low as possible. Exceptions here are sensors in particular
  • Lighting elements should also be installed close to the surface.
  • 25 contact point are formed on the surface of the profile, via which the respective functional elements can be electrically contacted comparatively easily.
  • An electrical contact element can be understood as a "contact lug”.
  • a component produced according to the invention can be provided with the necessary electrically conductive connecting elements, for example wires, and at the ends of these electrically conductive connecting elements, for example conductive ones 8th
  • Copper foils/copper grids/copper strands as electrical contact elements perpendicular thereto with the electrically conductive connecting elements are electrically conductive, preferably bonded to one another, e.g. by means of a soldered connection.
  • An electrically conductive connecting element should be able to be arranged at different heights or at distances next to each other within the respective component, so that no electrical short circuit can occur between the differently conducting connecting elements (electrical conductors).
  • the aim is to lay the electrical contact elements, in particular electrically conductive foils, in the pultrusion profile in such a way that they can form an electrically conductive, contactable surface on the surface of the profile that is easily accessible from the outside.
  • electrically conductive connecting elements in particular wires, can be pulled along in the pultrusion direction (X-direction) and an electrically conductive contact element can be positioned in such a way that the respective electrical contact element is partially routed to the surface of the profile and is preferably completely exposed or simple exposed surface area can be electrically contacted from the outside.
  • the pultrusion profile obtained in this way may only need to be reworked minimally in order to expose the electrically conductive surface of an electrical contact element of matrix material and individual fibers and thus to at least largely avoid damage to the component.
  • the fiber orientations within the pultrusion profile after the pultrusion remain undamaged.
  • the fiber volume proportion of the pultrusion profile changes only very slightly at this position.
  • the course of the fibers with which the mechanically stable part of the pultrusion profile is formed is only slightly influenced.
  • the electrical contact element can be perforated in the interior of the pultrusion profile arranged area or be designed with contour elements on its surface, so that an additional form fit can be obtained within the matrix material.
  • flexibly deformable carrier materials can be used, which are also shaped accordingly in the pultrusion tool can be deformed and adapted to the desired geometry of the finished component or profile.
  • An electrical contact element can be pre-fixed, for example, to a carrier fleece by means of embroidery/sewing or gluing.
  • Pultruded bridges with integrated strain monitoring and lighting, via which, for example, statuses can also be displayed or adaptive lighting can be implemented (with photosensitive sensors - switch off / switch on the LEDs depending on darkness / weather.
  • bridge element
  • Technical fibers are drawn from spools in the form of rovings, tubes and ribbons and soaked in epoxy resin in a resin bath.
  • an embroidered strain sensor which is applied to a fleece material as a carrier material, is pulled off a coil and passed over the resin bath.
  • the sensor is provided with electrically conductive foils at the contact points.
  • the fibers are drawn into a tool by means of screens, the sensor is arranged in the profile cross-section and the electrically conductive film is positioned accordingly close to the surface.
  • the profile is hardened in the pultrusion tool heated to 190 °C and pulled off by the grippers at the end of the production line, so that a continuous process is possible.
  • the strain sensors can be easily contacted, since the electrically conductive foils are on the surface or in an area close to the surface, they can subsequently be exposed and contacted. In this way, the expansion of the bridge element can be measured and a statement can be made about the loads and the utilization.

Abstract

In the method: fibres which have a defined orientation with respect to other fibres are transported, by an unwinding device, through a device by means of which the fibres are impregnated with a resin; and, in the movement direction of the impregnated fibres between the device by means of which the fibres are impregnated with a resin and a pultrusion die, a substrate material is pulled through the pultrusion die between impregnated fibres, to which substrate material, in predefined positions, electrical contact elements are fastened which are formed by an electrically conductive material and are electrically conductively connected to at least one electrically conductive connection element. The electrical contact elements are shaped or oriented such that at least one surface region of the relevant electrical contact elements is situated in a surface-adjacent region or directly on an outwardly facing surface, and the resin is cured by the pultrusion die, and when a surface region of an electrical contact element is situated in a surface-adjacent region, the surface region is exposed by a material removal process, if required.

Description

1 1
Verfahren zum Herstellen von Bauteilen aus einem Faserverbundwerkstoff, bei denen Funktionselemente in den Faserverbundwerkstoff integriert und elektrisch kontaktiert sind Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Bauteilen aus einemMethod for producing components from a fiber composite material, in which functional elements are integrated into the fiber composite material and electrically contacted
Faserverbundwerkstoff, bei denen Funktionselemente in den Faserverbund werkstoff integriert und elektrisch kontaktiert sind. Dabei können die unter schiedlichsten üblicherweise eingesetzten Faserarten und Harze eingesetzt werden. Fiber composite material in which functional elements are integrated into the fiber composite material and electrically contacted. The most varied of commonly used fiber types and resins can be used here.
Zum technischen Anwendungsgebiet gehört die Funktionalisierung von mit tels Pultrusion hergestellten profilierten Bauteilen, was z.B. mittels Leuchtmit teln oder elektronischen Bauteilen zur Detektion /als Aktorik - Temperatur messung, Feuchtigkeitsmessung, Neigungssensoren, Lautsprecher, Batterien, Displays u.a.m. möglich ist. Dabei ergeben sich zusätzlich eine Vielzahl an wei teren möglichen Anwendungen. 2 The technical area of application includes the functionalization of profiled components produced by means of pultrusion, which is possible, for example, using illuminants or electronic components for detection/as actuators - temperature measurement, humidity measurement, inclination sensors, loudspeakers, batteries, displays, etc. This also results in a large number of other possible applications. 2
Eine konkrete Anwendung können Stringer von Flugzeugen sein, bei denen eine strukturelle Überwachung auch während des Einsatzes erforderlich ist. A specific application could be aircraft stringers, where structural monitoring is also required during use.
Die Funktionalisierung von faserverstärkten Bauteilen wird immer häufiger gefordert. So gibt es auch verschiedene Ansätze bei Pultrusionsprofilen. Vor allem im Sinne der Integration von Aktorik/Sensorik oder anderen elektroni schen Bauteilen, z.B. Schaltern, Leuchtmitteln etc. ist Pultrusion ein geeigne ter kontinuierlicher Herstellungsprozess für Profile, die gerade oder mit einem bestimmten Krümmungsradius hergestellt werden. The functionalization of fiber-reinforced components is increasingly required. There are also different approaches to pultrusion profiles. Especially in terms of the integration of actuators/sensors or other electronic components, e.g. switches, lamps, etc., pultrusion is a suitable continuous manufacturing process for profiles that are manufactured straight or with a specific radius of curvature.
Dabei werden üblicherweise trockene Fasern durch ein Harzbad gezogen und anschließend in einem beheizten Pultrusionswerkzeug ausgehärtet. Eine wei tere Variante ist es, dass die Fasern vor dem Pultrusionswerkzeug in einer Injektionsbox mit einem polymeren Harz getränkt und direkt anschließend im beheizten Werkzeug ausgehärtet werden. Usually, dry fibers are pulled through a resin bath and then cured in a heated pultrusion tool. Another variant is that the fibers are soaked with a polymer resin in an injection box in front of the pultrusion tool and then cured directly in the heated tool.
Eine Herausforderung dabei ergibt sich neben der Veränderung des Faservo lumengehaltes durch das Einbringen der zusätzlichen Elemente und bei der elektrischen Kontaktierung dieser Funktionselemente. Eine elektrische Kon taktierung ist jedoch in fast allen Fällen nötig, um die Bauteile mit elektri schem Strom zu versorgen bzw. Signale weiterzuleiten, was z.B. zu einer Aus werteeinheit oder für die Ansteuerung von Funktionselementen erforderlich ist. In addition to the change in the fiber volume content, one challenge arises from the introduction of the additional elements and the electrical contacting of these functional elements. However, electrical contact is required in almost all cases in order to supply the components with electrical power or to transmit signals, which is required, for example, to an evaluation unit or to control functional elements.
Bei der Verwendung der meisten üblicherweise eingesetzten Fasern ist keine zusätzliche elektrische Isolierung notwendig. Bei Carbonfasern muss eine elektrische Isolierung der Bauteile aber auch der elektrisch leitenden Verbin dungen und elektrischen Kontaktstellen und zum Teil auch gegenüber den Carbonfasern sichergestellt werden, Dies ist z.B. mit elektrisch isolierenden Schichten oder mit nichtleitenden Faserschichten aus Glasfasern möglich. When using most commonly used fibers, no additional electrical insulation is required. With carbon fibers, electrical insulation of the components but also of the electrically conductive connections and electrical contact points and in some cases also from the carbon fibers must be ensured. This is possible, for example, with electrically insulating layers or with non-conductive fiber layers made of glass fibers.
Umgesetzt werden kann die Hilfsgeometrie zur Kontaktierung kontinuierlich oder diskontinuierlich im Pultrusionsprofil. Bei der kontinuierlichen Variante liegt der Vorteil in dem gleichmäßigen Vorhandensein des elektrischen Leiters (Drahtes / Litze / Gitter / Folie). Jedoch liegt dabei eine durchgehende Stör stelle im Faserverbund vor. Bei der diskontinuierlichen Umsetzung sind gerin- 3 gere Mengen des Zusatzmateriales notwendig. Anwendungsspezifisch wird davon nur so viel, wie tatsächlich erforderlich, benötigt wird. Der Vorberei tungsaufwand ist größer. Dafür ist eine Anpassung auf die jeweilige spezifi sche Anwendungsform (z.B. in Abhängigkeit der elektrischen Stromstärke o- der der Anzahl der Anschlussdrähte) einfacher erreichbar. The auxiliary geometry for contacting can be implemented continuously or discontinuously in the pultrusion profile. The advantage of the continuous variant lies in the uniform presence of the electrical conductor (wire / stranded wire / grid / foil). However, there is a continuous disturbance in the fiber composite. In the case of the discontinuous implementation, 3 smaller amounts of the additional material necessary. Depending on the application, only as much of it as is actually required is required. The preparation effort is greater. On the other hand, it is easier to adapt to the respective specific application (eg depending on the electrical current or the number of connecting wires).
Eine bekannte technische Lösung besteht darin elektrische Kontaktstellen vorzufertigen oder Drähte etc. zu nutzen und diese nachträglich aus dem Fa se rverb und Werkstoff freizulegen, so dass ein Zugang von außen an bestimm ten Positionen möglich ist. Dies kann über spanende Bearbeitung erreicht werden, was jedoch zusätzliche Schwachstellen im Profil zur Folge hat. Diese Schwachstellen stellen durch das Durchtrennen der Fasern eine Vorschädi gung dar, die besonders bei Faserverbundprofilen sehr ungünstig ist und die Festigkeit und das Biegeverhalten stark nachteilig beeinflusst. A well-known technical solution consists of prefabricating electrical contact points or using wires etc. and subsequently exposing them from the fiber composite and material, so that access from outside is possible at certain positions. This can be achieved by machining, but this results in additional weak points in the profile. Due to the cutting through of the fibres, these weak points represent preliminary damage, which is particularly unfavorable in the case of fiber composite profiles and has a strong adverse effect on the strength and bending behavior.
Je nach Matrixmaterial und Ausführung der elektrischen Kontaktierung ist ihre Freilegung dadurch erschwert, dass nicht ganz klar ist, wo sich die jeweilige Position tatsächlich befindet, so dass es zur Entfernung unnötig großer Werk stoffanteile und zur Schädigung einer größeren Anzahl von Fasern kommen kann, als eigentlich nötig. Besonders bei der Serienfertigung ist der Aufwand pro Bauteil (in Abhängigkeit der Form und des Querschnittes des Pultrusions- profils) sehr hoch. Depending on the matrix material and the design of the electrical contacts, their exposure is made more difficult by the fact that it is not entirely clear where the respective position is actually located, so that unnecessarily large material portions can be removed and a larger number of fibers can be damaged than is actually the case necessary. The cost per component (depending on the shape and cross-section of the pultrusion profile) is very high, especially in series production.
Eine zweite bekannte Möglichkeit ist es, die elektrischen Anschlussdrähte durch das komplette Profil zu verlegen und dann am Profilende elektrisch zu kontaktieren. Dies ist aber nicht für alle Anwendungen möglich. So gibt es z.B. Bauteile, bei denen die Drahtlänge möglichst kurz sein sollte, um z.B. die Sig nalübertragung nicht zu stören (z.B. Dehnungsmessstreifen). Anderseits kön nen die Profile - je nach Anwendung - sehr lang sein, wodurch auch die jewei lige elektrisch leitende Verbindung (z.B. ein Draht) entsprechend lang und demzufolge der elektrische Leitungswiderstand hoch ist. Weiterhin stellt ein Draht über die gesamte Profillänge ebenfalls eine Störstelle dar, die die me chanischen Eigenschaften negativ beeinflusst. A second known possibility is to lay the electrical connecting wires through the entire profile and then make electrical contact at the end of the profile. However, this is not possible for all applications. For example, there are components where the wire length should be as short as possible in order not to disturb the signal transmission (e.g. strain gauges). On the other hand, depending on the application, the profiles can be very long, which means that the respective electrically conductive connection (e.g. a wire) is correspondingly long and the electrical line resistance is high as a result. Furthermore, a wire over the entire length of the profile also represents a defect that has a negative impact on the mechanical properties.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Möglichkeiten anzugeben, mit denen Bau teile aus Faserverbundwerkstoff mit integrierten Funktionselementen herge- 4 stellt werden, bei denen eine elektrische Kontaktierung herstellbar ist, die mit geringem zusätzlichen Aufwand verbunden ist, und bei der insbesondere kei ne oder eine stark reduzierte negative Beeinträchtigung der mechanischen Eigenschaften zu verzeichnen ist, da insbesondere auf einen größeren MateriIt is therefore the object of the invention to specify possibilities with which construction parts made of fiber composite material with integrated functional elements 4 provides, in which an electrical contact can be produced, which is associated with little additional effort, and in particular kei ne or a greatly reduced negative impairment of the mechanical properties is recorded, since in particular on a larger material
5 alabtrag und ein Zertrennen unnötig vieler Fasern verzichtet werden kann. 5 removal and cutting of an unnecessarily large number of fibers can be dispensed with.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiter bildungen der Erfindung können mit in abhängigen Ansprüche bezeichnetenAccording to the invention, this object is achieved with a method having the features of claim 1. Advantageous refinements and further developments of the invention can be identified in the dependent claims
10 Merkmalen realisiert werden. 10 features can be realized.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Fasern mit vorgegebener Aus richtung in Bezug zu anderen Fasern von einer Abwickeleinrichtung durch eine Einrichtung mit der die Fasern mit einem polymeren Harz getränkt werden,In the method according to the invention, fibers with a predetermined orientation in relation to other fibers are removed from an unwinding device by a device with which the fibers are impregnated with a polymeric resin,
15 transportiert werden. Eine Einrichtung kann ein Bad, eine Injektionsbox oder eine ähnliche Einrichtung sein, die geeignet ist die Fasern ausreichend mit dem polymeren Harz zu tränken. 15 are transported. A device may be a bath, injection box or similar device suitable for sufficiently impregnating the fibers with the polymeric resin.
In Bewegungsrichtung der getränkten Fasern wird zwischen der Einrichtung,In the direction of movement of the soaked fibers, between the device
20 mit der die Fasern mit dem Harz getränkt werden, und einem Pultrusions- werkzeug ein Trägermaterial an dem in vorgegebenen Positionen elektrische Kontaktelemente, die mit einem verformbaren elektrisch leitenden Material gebildet und mit mindestens einem elektrisch leitenden Verbindungselement elektrisch leitend verbunden sind, befestigt sind, zwischen getränkten Fasern20 with which the fibers are impregnated with the resin, and a pultrusion tool, a carrier material on which electrical contact elements, which are formed with a deformable electrically conductive material and are electrically conductively connected to at least one electrically conductive connecting element, are attached in predetermined positions, between soaked fibers
25 durch das Pultrusionswerkzeug gezogen. 25 pulled through the pultrusion tool.
Dabei werden die elektrischen Kontaktelemente so verformt oder ausgerich tet, dass zumindest ein Oberflächenbereich der jeweiligen elektrischen Kon taktelemente in einem oberflächennahen Bereich oder direkt an einer nach außen weisenden Oberfläche angeordnet wird. The electrical contact elements are deformed or aligned in such a way that at least one surface area of the respective electrical contact elements is arranged in an area close to the surface or directly on a surface pointing outwards.
BO BO
Mit dem Pultrusionswerkzeug wird eine Aushärtung des Harzes durchgeführt und bei Anordnung eines Oberflächenbereichs eines elektrischen Kontaktele ments in einem oberflächennahen Bereich wird ein Freilegen des Oberflä chenbereichs durch einen Werkstoffabtrag durchgeführt, wenn dies erforder- 5 lieh ist und noch kein ausreichend großer Oberflächenbereich des jeweiligen elektrischen Kontaktelements von außen frei zugänglich ist. The resin is cured with the pultrusion tool and when a surface area of an electrical contact element is arranged in an area close to the surface, the surface area is exposed by removing material if this is required. 5 is borrowed and a sufficiently large surface area of the respective electrical contact element is not freely accessible from the outside.
Dabei sollten getränkte Fasern ausgehend von zwei unterschiedlichen Seiten in Richtung Pultrusionswerkzeug bewegt werden und das Trägermaterial mit mindestens einem elektrischen Kontaktelement und elektrischem Verbin dungselement zwischen den aus zwei Richtungen zugeführten Fasern bewegt werden, so dass sich eine Grund- und eine Decklage, die mit Fasern gebildet sind für zu fertigende Bauteile ergibt und Trägermaterial mit elektrischen Kon taktelementen und mindestens einem elektrisch leitenden Verbindungsele ment allseitig von Fasern und Harzmatrix umschlossen sind. Dabei sollten elektrische Kontaktelemente aber entweder vor dem Eintritt in das Pultrusi onswerkzeug oder vor mit dem Pultrusionswerkzeug so geformt oder ausge richtet werden, dass zumindest ein Oberflächenbereich eines elektrischen Kontaktelementes zumindest im oberflächennahen Bereich oder unmittelbar an der Oberfläche eines fertigen Bauteils angeordnet wird, so dass entweder kein oder nur ein geringer Materialabtrag zum vollständigen Freilegen dieses Oberflächenbereiches von elektrischen Kontaktelementen erforderlich wird, um einen elektrischen Anschluss von außen zu ermöglichen. Soaked fibers should be moved from two different sides in the direction of the pultrusion tool and the carrier material with at least one electrical contact element and electrical connection element should be moved between the fibers fed in from two directions, so that a base layer and a top layer formed with fibers are produced for components to be manufactured and carrier material with electrical contact elements and at least one electrically conductive connecting element are surrounded on all sides by fibers and a resin matrix. However, electrical contact elements should be formed or aligned either before entering the pultrusion tool or before using the pultrusion tool in such a way that at least one surface area of an electrical contact element is arranged at least in the area close to the surface or directly on the surface of a finished component, so that either no material removal or only a small amount is required to completely expose this surface area of electrical contact elements in order to enable an electrical connection from the outside.
Ein elektrisches Kontaktelement sollte vorteilhaft aber teilweise in der Fa serharzmatrix eingebettet sein und lediglich ein Oberflächenbereich freilie gend oder sehr oberflächennah angeordnet werden. Dadurch erreicht man eine ausreichend große Stabilität, die auch die Verbindungssicherheit der elektrischen Verbindung von und zu einem Funktionselement dauerhaft ge währleisten kann. However, an electrical contact element should advantageously be partially embedded in the fiber resin matrix and only one surface area should be exposed or very close to the surface. This achieves a sufficiently high level of stability, which can also permanently ensure the reliability of the electrical connection from and to a functional element.
Zur entsprechenden Verformung von elektrischen Kontaktelementen kann vor dem Eintritt in das Pultrusionswerkzeug ein formgebendes Element, an dem oder durch das zumindest ein Teilbereich eines elektrischen Kontaktelemen tes bewegt werden kann, angeordnet sein. Es besteht aber auch die Möglich keit, am Pultrusionswerkzeug entsprechend mindestens ein solches formge bendes Element vorzusehen. Dies sollte bevorzugt bereits am Eintritt in das Pultrusionswerkzeug wirksam sein. For the corresponding deformation of electrical contact elements, a shaping element can be arranged before entry into the pultrusion tool, on or through which at least a partial area of an electrical contact element can be moved. However, there is also the possibility of providing at least one such shaping element on the pultrusion tool. This should preferably be effective as soon as it enters the pultrusion tool.
Das mindestens eine elektrisch leitende Verbindungselement kann zusätzlich mit mindestens einem Funktionselement in einem Abstand zu einem elektri- 6 sehen Kontaktelement elektrisch leitend verbunden sein. Dabei kann das Funktionselement gemeinsam mit dem jeweiligen elektrisch leitenden Ver bindungselement, mindestens einem elektrischen Kontaktelement und den getränkten Fasern durch das Pultrusionswerkzeug gezogen und entsprechend zueinander ausgerichtet werden, so dass auch das mindestens eine Funkti onselement in der mit den Fasern und dem Harz gebildeten Matrix an einer vorgebbaren Position angeordnet wird. The at least one electrically conductive connecting element can additionally be connected to at least one functional element at a distance from an electrical 6 see contact element be electrically conductively connected. The functional element can be pulled through the pultrusion tool together with the respective electrically conductive connecting element, at least one electrical contact element and the impregnated fibers and aligned with one another accordingly, so that the at least one functional element also appears in the matrix formed with the fibers and the resin a predetermined position is arranged.
Als Funktionselement können Sensoren, Aktoren und/oder Beleuchtungsele mente und/oder als elektrisch leitende Verbindungselemente kann ein Draht oder eine Litze eingesetzt werden. Sensors, actuators and/or lighting elements can be used as functional elements and/or a wire or stranded wire can be used as electrically conductive connecting elements.
Funktionselemente, elektrische Kontaktelemente und ein elektrisch leitendes Verbindungselement sollten bevorzugt stoffschlüssig miteinander verbunden werden, was beispielsweise mit einem Löt- oder Schweißverfahren erreicht werden kann. Functional elements, electrical contact elements and an electrically conductive connecting element should preferably be connected to one another with a material fit, which can be achieved, for example, with a soldering or welding process.
Ein flexibel verformbares Trägermaterial kann mit dem mindestens einem elektrischen Kontaktelement formschlüssig oder stoffschlüssig verbunden worden sein, bevor diese gemeinsam durch das Pultrusionswerkzeug gezogen werden. A flexibly deformable carrier material can be connected to the at least one electrical contact element in a form-fitting or material-fitting manner before they are pulled together through the pultrusion tool.
Das mindestens eine elektrisch leitende Verbindungselement kann vorteilhaft so ausgerichtet werden, dass es in der neutralen Faser oder der neutralen Ebene eines Bauteils angeordnet ist. Dadurch werden insbesondere die me chanischen Eigenschaften eines Bauteils, wenn überhaupt nur geringfügig nachteilig beeinflusst in Fällen in denen Funktionselemente funktionsbedingt außerhalb der neutralen Faser oder Ebene angeordnet werden müssen, wie es beispielsweise zur Bestimmung von Biegungen (Biegungssensor) oder der Auslösung von Biegebewegungen mit einem entsprechend ausgebildeten Ak tor der Fall ist, kann man ein elektrisch leitendes Verbindungselement ganz oder teilweise außerhalb der neutralen Faser oder Ebene eines entsprechen den Bauteils anordnen. The at least one electrically conductive connecting element can advantageously be aligned in such a way that it is arranged in the neutral fiber or the neutral plane of a component. As a result, the mechanical properties of a component in particular are only slightly adversely affected, if at all, in cases in which functional elements have to be arranged outside the neutral axis or plane for functional reasons, such as to determine bending (bending sensor) or to trigger bending movements with a corresponding trained actuator is the case, you can arrange an electrically conductive connecting element entirely or partially outside the neutral line or plane of a corresponding component.
Vorteilhaft sollte man das mindestens ein Funktionselement und/oder das mindestens eine elektrische Kontaktelement an dem Trägermaterial an einer vorgegebenen Position fixieren, bevor die getränkten Fasern mit dem Träger- 7 material durch das Pultrusionswerkzeug gezogen werden. Dies kann bei spielsweise durch Nähen oder Sticken erreicht werden. Advantageously, the at least one functional element and/or the at least one electrical contact element should be fixed to the carrier material at a predetermined position before the impregnated fibers are attached to the carrier material. 7 material can be pulled through the pultrusion tool. This can be achieved, for example, by sewing or embroidering.
Als Trägermaterial kann ein Vlies, Gewebe, Netz, Gelege, Band, eine Folie oder Matte eingesetzt werden. A fleece, woven fabric, mesh, scrim, tape, film or mat can be used as the carrier material.
5 Vorteilhaft sollten sowohl die Fasern mit denen der Faserverbundwerkstoff hergestellt wird, wie auch das Trägermaterial mit daran an vorgegebenen Po sitionen befestigten elektrischen Kontaktelementen, kontinuierlich durch das Pultrusionswerkzeug gezogen und einzelne Bauteile nach der Aushärtung durch Trennen von einem Endlosstrang erhalten werden. Advantageously, both the fibers with which the fiber composite material is produced and the carrier material with electrical contact elements attached to it at predetermined positions should be pulled continuously through the pultrusion tool and individual components should be obtained after curing by cutting from an endless strand.
10 Es können elektrisch leitende Folien oder textile Gebilde aus elektrisch leiten den Fasern oder Drähten als elektrische Kontaktelemente eingesetzt werden.10 Electrically conductive foils or textile structures made of electrically conductive fibers or wires can be used as electrical contact elements.
Elektrische Kontaktelemente können vor dem Eintreten in das Pultrusions werkzeug so innerhalb der getränkten Fasern positioniert und verformt wer den, dass zumindest eine Kontaktfläche des Sensors sich in einem oberfläBefore entering the pultrusion tool, electrical contact elements can be positioned and deformed within the impregnated fibers in such a way that at least one contact surface of the sensor is in a surface
15 chennahen Bereich oder an der Oberfläche des Bauteils befindet. 15 is near the area or on the surface of the component.
Auch die zu integrierenden Funktionselemente können vorzugsweise mittig im Pultrusionsprofil (möglichst in der neutralen Faser) angeordnet werden, um den Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften, insbesondere bei Biegelast möglichst gering zu halten. Ausnahmen stellen hier insbesondere SensorenThe functional elements to be integrated can also preferably be arranged in the middle of the pultrusion profile (if possible in the neutral fiber) in order to keep the influence on the mechanical properties, particularly in the case of bending loads, as low as possible. Exceptions here are sensors in particular
20 oder Aktoren dar, die eine Durchbiegung detektieren oder initiieren sollen, diese sollten bevorzugt außerhalb der neutralen Faser angeordnet werden. Auch Beleuchtungselemente sollten oberflächennah eingebracht werden. 20 or actuators that are intended to detect or initiate deflection, these should preferably be arranged outside the neutral line. Lighting elements should also be installed close to the surface.
Mithilfe eines elektrischen Kontaktelementes kann eine elektrisch leitfähigeWith the help of an electrical contact element, an electrically conductive
25 Kontaktstelle an der Oberfläche des Profils ausgebildet werden, über die die jeweiligen Funktionselemente vergleichsweise einfach elektrisch kontaktiert werden können. 25 contact point are formed on the surface of the profile, via which the respective functional elements can be electrically contacted comparatively easily.
Ein elektrisches Kontaktelement kann man als eine „Kontaktfahne" auffassen. An electrical contact element can be understood as a "contact lug".
BO BO
Ein erfindungsgemäß hergestelltes Bauteil kann mit den nötigen elektrisch leitenden Verbindungselementen, z.B. Drähten versehen und an den Enden dieser elektrisch leitenden Verbindungselemente beispielsweise leitfähige 8 A component produced according to the invention can be provided with the necessary electrically conductive connecting elements, for example wires, and at the ends of these electrically conductive connecting elements, for example conductive ones 8th
Kupferfolien / Kupfergitter / Kupferlitze als elektrische Kontaktelemente senk recht dazu mit den elektrisch leitenden Verbindungselementen elektrisch lei tend, bevorzugt stoffschlüssig, z.B. mittels Lötverbindung miteinander ver bunden sein. Ein elektrisch leitendes Verbindungselement sollte in unter schiedlichen Höhen oder in Abständen nebeneinander innerhalb des jeweili gen Bauteils angeordnet werden können, so dass kein elektrischer Kurzschluss zwischen den unterschiedlich leitenden Verbindungselementen (elektrischen Leitern) auftreten kann. Ziel ist es, die elektrischen Kontaktelemente, insbe sondere elektrisch leitfähige Folien, so im Pultrusionsprofil zu verlegen, dass sie an der Oberfläche des Profils eine elektrisch leitfähige, kontaktierbare Flä che bilden können, die von außen ohne weiteres zugänglich ist. Copper foils/copper grids/copper strands as electrical contact elements perpendicular thereto with the electrically conductive connecting elements are electrically conductive, preferably bonded to one another, e.g. by means of a soldered connection. An electrically conductive connecting element should be able to be arranged at different heights or at distances next to each other within the respective component, so that no electrical short circuit can occur between the differently conducting connecting elements (electrical conductors). The aim is to lay the electrical contact elements, in particular electrically conductive foils, in the pultrusion profile in such a way that they can form an electrically conductive, contactable surface on the surface of the profile that is easily accessible from the outside.
So können elektrisch leitende Verbindungselemente, insbesondere Drähte in Pultrusionsrichtung (X-Richtung) mitgezogen und ein elektrisch leitendes Kon taktelement so positioniert werden, dass das jeweilige elektrische Kontakte lement teilweise bis an die Oberfläche des Profils geführt ist und der bevor zugt vollständig frei liegende oder einfach freilegbare Oberflächenbereich von außen elektrisch kontaktiert werden kann. In this way, electrically conductive connecting elements, in particular wires, can be pulled along in the pultrusion direction (X-direction) and an electrically conductive contact element can be positioned in such a way that the respective electrical contact element is partially routed to the surface of the profile and is preferably completely exposed or simple exposed surface area can be electrically contacted from the outside.
Das so erhaltene Pultrusionsprofil ist dadurch ggf. nur minimal nachzubear beiten, um die elektrisch leitfähige Oberfläche eines elektrischen Kontaktele ments von Matrixmaterial und einzelnen Fasern freizulegen und somit eine Schädigung des Bauteils zumindest weitestgehend zu vermeiden. Die nach der Pultrusion vorliegenden Faserverläufe innerhalb des Pultrusionsprofils bleiben unbeschädigt. The pultrusion profile obtained in this way may only need to be reworked minimally in order to expose the electrically conductive surface of an electrical contact element of matrix material and individual fibers and thus to at least largely avoid damage to the component. The fiber orientations within the pultrusion profile after the pultrusion remain undamaged.
Durch die Verwendung eines dünnen elektrisch leitfähigen Materials zur Aus bildung eines elektrischen Kontaktelements (z.B. Kupfer-Folie) ändert sich der Faservolumenanteil des Pultrusionsprofils an dieser Position nur sehr gering fügig. Auch der Verlauf der Fasern, mit denen der mechanisch stabile Teil des Pultrusionsprofils gebildet ist, wird nur geringfügig beeinflusst. Zur Verbesse rung der Haftung kann das elektrische Kontaktelement im Inneren des Pultru sionsprofils angeordneten Bereich perforiert oder an seiner Oberfläche mit Konturelementen ausgebildet sein, so dass noch ein zusätzlicher Formschluss innerhalb des Matrixmaterials erhalten werden kann. 9 By using a thin electrically conductive material to form an electrical contact element (eg copper foil), the fiber volume proportion of the pultrusion profile changes only very slightly at this position. The course of the fibers with which the mechanically stable part of the pultrusion profile is formed is only slightly influenced. To improve the adhesion, the electrical contact element can be perforated in the interior of the pultrusion profile arranged area or be designed with contour elements on its surface, so that an additional form fit can be obtained within the matrix material. 9
Um das Bauteil und ein elektrisches Kontaktelement, insbesondere eines Kon taktelements , das als elektrisch leitfähige Folie oder als ein anderes flexibel verformbares Element ausgebildet ist, gezielt innerhalb des Pultrusionsprofils anzuordnen, können flexibel verformbare Trägermaterialien eingesetzt wer den, die bei der Formgebung im Pultrusionswerkzeug auch entsprechend ver formt werden können und sich der jeweils gewünschten Geometrie des fertig hergestellten Bauteils bzw. Profils anpassen können. In order to arrange the component and an electrical contact element, in particular a contact element, which is designed as an electrically conductive foil or as another flexibly deformable element, in a targeted manner within the pultrusion profile, flexibly deformable carrier materials can be used, which are also shaped accordingly in the pultrusion tool can be deformed and adapted to the desired geometry of the finished component or profile.
Eine Vorfixierung eines elektrischen Kontaktelements beispielsweise auf ei nem Trägervlies ist mittels Sticken/Aufnähen oder Kleben möglich. An electrical contact element can be pre-fixed, for example, to a carrier fleece by means of embroidery/sewing or gluing.
Dadurch wird es auch möglich, mehrere Funktionselemente so definiert zu positionieren und fortlaufend funktionalisierte Profile herzustellen. Anderseits können wiederholend Funktionselemente im fortlaufenden Pultrusionsprofil eingebracht und definiert darin angeordnet werden, um ein mehrfach z.B. überwachtes Bauteil herzustellen. This also makes it possible to position several functional elements in a defined manner and to continuously produce functionalized profiles. On the other hand, functional elements can be repeatedly introduced into the continuous pultrusion profile and arranged in a defined manner in order to produce a component that is monitored several times, for example.
Mit der Erfindung können folgend genannte Vorteile erreicht werden: The following advantages can be achieved with the invention:
• Keine Aufwändige Freilegung der elektrischen Kontaktfläche - keine große Beschädigung des gesamten Profils • No time-consuming exposure of the electrical contact surface - no major damage to the entire profile
• Eignung für die Serienfertigung • Suitability for series production
• Bessere Reproduzierbarkeit • Better reproducibility
• Breitere Anwendungsmöglichkeiten • Broader application possibilities
• Einfache elektrische Kontaktierung nach außen (z. B. über Löten / Fe derkontakt / Klemmkontakt) • Simple electrical contact to the outside (e.g. via soldering / spring contact / clamp contact)
• Nutzung von kontinuierlichen, funktionalisierten Halbzeugen - Ver fahrensgerechte Materialbereitstellung • Use of continuous, functionalized semi-finished products - material provision appropriate to the process
Anwendungsbeispiele: Application examples:
• Pultrudierter Fensterrahmen mit integrierten Sensoren zum Ver gleich Innen- und Außenbedingungen hinsichtlich Luftfeuchtigkeit und Temperatur - aktives Ansteuern zum Öffnen / Schließen des Fensters oder der Anzeige, dass dies sinnvollerweise vom Bewoh ner gemacht werden sollte. 10 • Pultruded window frame with integrated sensors for comparing indoor and outdoor conditions with regard to humidity and temperature - active control to open / close the window or to indicate that this should be done by the occupant. 10
• Pultrudierte Brücken(elemente) mit integrierter Dehnungsüberwa chung und Beleuchtung, über welche z.B. auch Zustände angezeigt werden können oder eine adaptive Beleuchtung realisiert werden kann (mit Photosensitiven Sensoren - ausschalten / anschalten der LEDs je nach Dunkelheit / Wetter. • Pultruded bridges (elements) with integrated strain monitoring and lighting, via which, for example, statuses can also be displayed or adaptive lighting can be implemented (with photosensitive sensors - switch off / switch on the LEDs depending on darkness / weather.
Anwendungsbeispiel: Brückenelement: Application example: bridge element:
Technische Fasern werden in Form von Rovings, Schläuchen und Bändern von Spulen gezogen und in einem Harzbad mit Epoxidharz getränkt. Hinzu wird ein gestickter Dehnungssensor, welcher auf einem Vlieswerkstoff als Trägermate rial aufgebracht ist, von einer Spule abgezogen und über das Harzbad geleitet. Der Sensor ist an den Kontaktstellen mit elektrisch leitfähigen Folien verse hen. Mittels Blenden werden die Fasern in ein Werkzeug eingezogen, der Sen sor im Profilquerschnitt angeordnet und die elektrisch leitfähige Folie ent sprechend ober-flächennah positioniert. In dem auf 190 °C beheizten Pultru- sionswerkzeug wird das Profil ausgehärtet und von den Greifern am Ende der Produktionsstrecke abgezogen, so dass ein kontinuierlicher Prozess möglich ist. Im Nachgang ist eine einfache Kontaktierung der Dehnungssensoren mög lich, da die elektrisch leitfähigen Folien an der Oberfläche oder in einem ober flächennahen Bereich liegen, können diese nachträglich freigelegt und kontak tiert werden. Hierdurch können die Dehnungen des Brückenelements gemes sen und hierüber eine Aussage über die Belastungen und die Auslastung ge troffen werden. Technical fibers are drawn from spools in the form of rovings, tubes and ribbons and soaked in epoxy resin in a resin bath. In addition, an embroidered strain sensor, which is applied to a fleece material as a carrier material, is pulled off a coil and passed over the resin bath. The sensor is provided with electrically conductive foils at the contact points. The fibers are drawn into a tool by means of screens, the sensor is arranged in the profile cross-section and the electrically conductive film is positioned accordingly close to the surface. The profile is hardened in the pultrusion tool heated to 190 °C and pulled off by the grippers at the end of the production line, so that a continuous process is possible. Afterwards, the strain sensors can be easily contacted, since the electrically conductive foils are on the surface or in an area close to the surface, they can subsequently be exposed and contacted. In this way, the expansion of the bridge element can be measured and a statement can be made about the loads and the utilization.

Claims

11 11
Patentansprüche Verfahren zum Herstellen von Bauteilen aus einem Faserverbundwerk stoff, bei denen Funktionselemente in den Faserverbundwerkstoff in tegriert und elektrisch kontaktiert sind, bei dem Claims Method for producing components from a fiber composite material, in which functional elements are integrated into the fiber composite material and electrically contacted, in which
Fasern mit vorgegebener Ausrichtung in Bezug zu anderen Fasern von einer Abwickeleinrichtung durch eine Einrichtung mit der die Fasern mit einem Harz getränkt werden, transportiert und in Bewegungsrichtung der getränkten Fasern zwischen der Einrichtung, mit der die Fasern mit einem Harz getränkt werden, und einem Pultru- sionswerkzeug ein Trägermaterial an dem in vorgegebenen Positionen elektrische Kontaktelemente, die mit einem elektrisch leitenden Mate rial gebildet und mit mindestens einem elektrisch leitenden Verbin dungselement elektrisch leitend verbunden sind, befestigt sind, zwi schen getränkten Fasern angeordnet durch das Pultrusionswerkzeug gezogen wird; wobei die elektrischen Kontaktelemente so verformt oder ausgerichtet wer den, dass zumindest ein Oberflächenbereich der jeweiligen elektri schen Kontaktelemente in einem oberflächennahen Bereich oder di rekt an einer nach außen weisenden Oberfläche angeordnet wird und mit dem Pultrusionswerkzeug eine Aushärtung des Harzes durchge führt und bei Anordnung eines Oberflächenbereichs eines elektrischen Kontaktelements in einem oberflächennahen Bereich ein Freilegen des Oberflächenbereichs durch einen Werkstoffabtrag durchgeführt wird, wenn dies erforderlich ist. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das min destens eine elektrisch leitende Verbindungselement zusätzlich mit mindestens einem Funktionselement in einem Abstand zu einem elektrischen Kontaktelement elektrisch leitend verbunden ist und das Funktionselement gemeinsam mit dem jeweiligen elektrisch leitenden Verbindungselement, mindestens einem elektrischen Kontaktelement 12 und den getränkten Fasern durch das Pultrusionswerkzeug gezogen und entsprechend zueinander ausgerichtet werden, so dass auch das mindestens eine Funktionselement in der mit den Fasern und dem Harz gebildeten Matrix an einer vorgebbaren Position angeordnet wird. Fibers having a predetermined orientation with respect to other fibers are transported from an unwinding device through a device for impregnating the fibers with a resin and in the direction of movement of the impregnated fibers between the device for impregnating the fibers with a resin and a pultru- sion tool, a carrier material to which electrical contact elements, which are formed with an electrically conductive material and are electrically conductively connected to at least one electrically conductive connec tion element, are attached in predetermined positions, arranged between impregnated fibers is pulled through the pultrusion tool; wherein the electrical contact elements are deformed or aligned in such a way that at least one surface area of the respective electrical contact elements is arranged in an area close to the surface or directly on a surface pointing outwards and the resin is cured with the pultrusion tool and when a surface area is arranged of an electrical contact element in an area close to the surface, the surface area is exposed by removing material if this is necessary. Method according to Claim 1, characterized in that the at least one electrically conductive connecting element is also electrically conductively connected to at least one functional element at a distance from an electrical contact element and the functional element together with the respective electrically conductive connecting element, at least one electrical contact element 12 and the soaked fibers are pulled through the pultrusion tool and aligned accordingly to one another, so that the at least one functional element is also arranged in the matrix formed with the fibers and the resin at a predeterminable position.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass als ein einzelnes Funktionselement Sensoren, Akto ren und/oder Beleuchtungselemente und/oder als elektrisch leitende Verbindungselemente ein Draht oder eine Litze eingesetzt werden, wobei Method according to one of the preceding claims, characterized in that sensors, actuators and/or lighting elements are used as an individual functional element and/or a wire or a stranded wire is used as the electrically conductive connecting element
Funktionselemente, elektrische Kontaktelemente und ein elektrisch leitendes Verbindungselement stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Functional elements, electrical contact elements and an electrically conductive connecting element are cohesively connected to one another.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass ein flexibel verformbares Trägermaterial eingesetzt wird, mit dem mindestens ein elektrisches Kontaktelement form schlüssig verbunden worden ist. Method according to one of the preceding claims, characterized in that a flexibly deformable carrier material is used, to which at least one electrical contact element has been positively connected.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass das mindestens eine elektrisch leitende Verbin dungselement so ausgerichtet wird, dass es in der neutralen Faser o- der der neutralen Ebene eines Bauteils angeordnet ist. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one electrically conductive connection element is aligned in such a way that it is arranged in the neutral fiber or the neutral plane of a component.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass das mindestens ein Funktionselement und/oder dass mindestens ein elektrisches Kontaktelement mit dem Trägerma terial an einer vorgegebenen Position fixiert wird/werden, bevor die getränkten Fasern mit dem Trägermaterial durch das Pultrusionswerk zeug gezogen werden. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one functional element and/or at least one electrical contact element is/are fixed to the carrier material at a predetermined position before the impregnated fibers are pulled through the pultrusion tool with the carrier material .
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass das mindestens eine elektrische Kontaktelement und/oder mindestens ein Funktionselement mit dem Trägermaterial durch Nähen, Sticken oder Kleben miteinander verbunden wird. 13 Method according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one electrical contact element and/or at least one functional element is connected to the carrier material by sewing, embroidering or gluing. 13
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass als Trägermaterial ein Vlies, Gewebe, Gelege, Band, Netz, eine Folie oder Matte eingesetzt wird. 8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a fleece, woven fabric, scrim, tape, net, a film or mat is used as the carrier material.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass sowohl die Fasern, mit denen der Faserverbund werkstoff hergestellt wird, wie auch das Trägermaterial, mit daran an vorgegebenen Positionen befestigten elektrischen Kontaktelementen, kontinuierlich durch das Pultrusionswerkzeug gezogen und einzelne Bauteile nach der Aushärtung durch Trennen von einem Endlosstrang erhalten werden. 9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that both the fibers with which the fiber composite material is produced, as well as the carrier material, with electrical contact elements attached to it at predetermined positions, continuously pulled through the pultrusion tool and individual components after the Curing can be obtained by cutting from a continuous strand.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass elektrisch leitende Folien oder textile Gebilde aus elektrisch leitenden Fasern oder Drähten als elektrische Kontaktele mente eingesetzt werden. 10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that electrically conductive foils or textile structures made of electrically conductive fibers or wires are used as electrical contact elements.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass elektrische Kontaktelemente vor dem Eintreten in das Pultrusionswerkzeug so innerhalb der getränkten Fasern positio niert und verformt werden, dass zumindest ein Oberflächenbereich in einem oberflächennahen Bereich angeordnet oder bis an die äußere Oberfläche geführt wird. 11. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that electrical contact elements are positioned and deformed within the impregnated fibers before entering the pultrusion tool in such a way that at least one surface area is arranged in an area close to the surface or is guided to the outer surface .
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