DE102016112263B4 - Method and device for producing a fiber composite component - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils aus einem Faserverbundwerkstoff, wobei ein Fasermaterial des Faserverbundwerkstoffes in ein Formwerkzeug (11) eingebracht, das in das Formwerkzeug (11) eingebrachte Fasermaterial mit einem Matrixmaterial (15) des Faserverbundwerkstoffes infundiert und anschließend das in das Fasermaterial infundierte Matrixmaterial (15) ausgehärtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass- ein mehrteiliges Formwerkzeug (11) mit einem ersten Formwerkzeugteil (12) und wenigstens einem zweiten Formwerkzeugteil (13) bereitgestellt wird, wobei an jedem Formwerkzeugteil (12, 13) eine Mehrzahl von Sensoren (20) angeordnet sind, aus deren Sensorsignal die Benetzung des angrenzenden Formwerkzeugteils (12, 13) mit Matrixmaterial (15) an der gegebenen Sensorposition zu einem bestimmten Zeitpunkt ableitbar ist,- für jeden Sensor (20) Sensorsignalverlauf (31a, 31b, 31c) aus dem ein über die Zeit detektierten Sensorsignal des jeweiligen Sensors während des Infundierens des Matrixmaterials (15) ermittelt wird, und- eine Querschnittsgeometrie der Fließfront des infundierten Matrixmaterials (15) in Abhängigkeit von einem Vergleich der Sensorsignalverläufe der Sensoren des ersten Formwerkzeugteils mit den Sensorsignalverläufen der Sensoren des zweiten Formwerkzeugteils in Bezug auf deren jeweilige Sensorposition ermittelt wird.A method for producing a fiber composite component from a fiber composite material, wherein a fiber material of the fiber composite material introduced into a mold (11), the infused into the mold (11) introduced fiber material with a matrix material (15) of the fiber composite material and then infused into the fiber material matrix material (15 ), characterized in that a multi-part molding tool (11) is provided with a first mold part (12) and at least one second mold part (13), wherein a plurality of sensors (20) are arranged on each mold part (12, 13) are, from the sensor signal, the wetting of the adjacent mold part (12, 13) with matrix material (15) at the given sensor position at a certain time is derived, - for each sensor (20) sensor signal waveform (31a, 31b, 31c) from the one over the time detected sensor signal of the respective sensor during infundia A cross-sectional geometry of the flow front of the infused matrix material (15) is determined as a function of a comparison of the sensor signal profiles of the sensors of the first mold part with the sensor signal curves of the sensors of the second mold part with respect to their respective sensor position.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine hierzu korrespondierende Vorrichtung zur Herstellung eines Faserverbundbauteils aus einem Faserverbundwerkstoff, wobei ein Fasermaterial des Faserverbundwerkstoffes in ein Formwerkzeug eingebracht, das in das Formwerkzeug eingebrachte Fasermaterial mit einem Matrixmaterial des Faserverbundwerkstoffes infundiert und anschließend das in das Fasermaterial infundierte Matrixmaterial ausgehärtet, d.h. polymerisiert wird.The invention relates to a method and a corresponding apparatus for producing a fiber composite component from a fiber composite material, wherein a fiber material of the fiber composite material introduced into a mold, infused into the mold introduced fiber material with a matrix material of the fiber composite material and then cured the infused matrix material into the material, ie is polymerized.

Der Einsatz von Faserverbundwerkstoffen vereint die Eigenschaft einer hohen Festigkeit und Steifigkeit eines Bauteils mit einem sehr niedrigen Gewicht. Der Einsatz derartiger Werkstoffe ist daher unter dem Aspekt des Leichtbaus besonders vorteilhaft. Allerdings ist die hohe gewichtsspezifische Festigkeit und Steifigkeit des Werkstoffes richtungsabhängig, so dass bei Bauteilen, die eine hohe Festigkeit und Steifigkeit in mehrere verschiedene Richtungen aufweisen müssen, komplexe Strukturen entstehen, die nicht selten aus mehreren Einzelteilen zusammengesetzt werden müssen.The use of fiber composites combines the property of high strength and rigidity of a component with a very low weight. The use of such materials is therefore particularly advantageous under the aspect of lightweight construction. However, the high weight-specific strength and stiffness of the material is direction-dependent, so that in components that must have high strength and rigidity in several different directions, complex structures arise, which often need to be composed of several individual parts.

Faserverbundwerkstoffe weisen dabei in der Regel zwei verschiedene Hauptkomponenten auf:

1. a) einen Faserwerkstoff bzw. ein Fasermaterial und
2. b) ein Matrixmaterial.

Fiber composite materials usually have two different main components:

1. a) a fiber material or a fiber material and
2. b) a matrix material.

Das Fasermaterial bzw. der Faserwerkstoff wird dabei von dem Matrixmaterial umschlossen und bildet so beim Aushärten (es wird auch von Vernetzung bzw. Polymerisation gesprochen) des Matrixmaterials, bei dem das Matrixmaterial seine spezifische Festigkeit und Steifigkeit erhält, eine integrale Einheit. Als Fasermaterial kommen dabei insbesondere Kohlenstofffasern und Glasfasern in Betracht.The fiber material or the fiber material is thereby enclosed by the matrix material and thus forms an integral unit during curing (it is also spoken of crosslinking or polymerization) of the matrix material, in which the matrix material receives its specific strength and rigidity. In particular, carbon fibers and glass fibers come into consideration as fiber material.

Die verwendeten Matrixmaterialien sind in der Regel Kunststoffe, wie beispielsweise Epoxidharz, oder allgemeiner thermoplastische oder duroplastische Kunststoffe. Durch Temperierung dieser Matrixmaterialien wird eine chemische Vernetzungsreaktion beschleunigt, die dazu führt, dass das Matrixmaterial polymerisiert und somit aushärtet und die darin eingebetteten Fasern des Fasermaterials in die entsprechende Form zwingt. Während duroplastische Kunststoffe nach dem Aushärten ihre feste Form auch unter Wärmeeintrag behalten, können thermoplastische Kunststoffe bei Überschreiten einer vorgegebenen Temperatur wieder aufgeschmolzen werden.The matrix materials used are usually plastics, such as epoxy resin, or more generally thermoplastic or thermosetting plastics. By tempering these matrix materials, a chemical crosslinking reaction is accelerated, which causes the matrix material to polymerize and thus harden and force the fibers of the fiber material embedded therein into the corresponding shape. While thermosetting plastics retain their solid shape even when heat is introduced after curing, thermoplastics can be remelted when a given temperature is exceeded.

Bei der Herstellung eines Faserverbundbauteils, das aus einem Faserverbundwerkstoff gebildet werden soll, können sowohl trockene Fasermaterialien als auch vorimprägnierte Fasermaterialien (sogenannte prepregs) verwendet werden. Werden trockene Fasermaterialien in ein Formwerkzeug eingebracht, um durch die formgebende Werkzeugoberfläche die entsprechende Preform in dem Werkzeug durch das Fasermaterial zu bilden, muss in einem weiteren Prozessschritt das Fasermaterial in dem Formwerkzeug mit dem Matrixmaterial infundiert werden, so dass das Fasermaterial schließlich in das Matrixmaterial eingebettet wird. Der Infusionsprozess an sich stellt dabei einen im gesamten Herstellungsverfahren sehr kritischen Prozessschritt dar, da nur durch eine vollständige Tränkung des Fasermaterials mit dem Matrixmaterial die notwendige Bauteilqualität sichergestellt werden kann. Verbleiben indes jedoch trockene, ungetränkte Bereiche innerhalb des Fasermaterials, so führen diese Bereiche nach dem Aushärten des Matrixmaterials zu Fehlstellen, an denen die geplanten Lasten des Bauteils nicht bestimmungsgemäß abgetragen werden können. Je nach Größe der ungetränkten Bereiche sowie dem Einsatzzweck des Faserverbundbauteils muss ein solches Bauteil dann als Ausschuss betrachtet werden.In the production of a fiber composite component which is to be formed from a fiber composite material, both dry fiber materials and preimpregnated fiber materials (so-called prepregs) can be used. If dry fiber materials are introduced into a molding tool in order to form the corresponding preform in the tool by the fiber material through the shaping tool surface, in a further process step the fiber material in the molding tool must be infused with the matrix material so that the fiber material is finally embedded in the matrix material becomes. The infusion process itself represents a very critical process step in the entire manufacturing process, since only by a complete impregnation of the fiber material with the matrix material, the necessary component quality can be ensured. If, however, dry, unimpregnated areas remain within the fiber material, then these areas lead to defects after hardening of the matrix material, at which the planned loads of the component can not be removed as intended. Depending on the size of the non-saturated areas and the purpose of the fiber composite component such a component must then be considered as a committee.

Es ist daher wünschenswert, den Infusionsprozess möglichst lückenlos zu überwachen, um so zum Einen die Entstehung von trockenen, ungetränkten Bereichen feststellen zu können und zum Anderen regelnd in den Infusionsprozess eingreifen zu können, um die Gefahr von sich bildenden ungetränkten Bereichen zu verringern. It is therefore desirable to monitor the infusion process as completely as possible so as to be able to ascertain the formation of dry, non-saturated areas on the one hand and to intervene in the infusion process on the other hand in order to reduce the risk of developing unoccupied areas.

Gerade bei vollständig geschlossenen Formwerkzeugen verläuft der Infusions- und Aushärtungsprozess weitgehend im Inneren autark ab, so dass eine vollständige Prozessüberwachung schnell an ihre Grenzen stößt.Especially with completely closed molds, the infusion and curing process is largely self-contained in the interior, so that a complete process monitoring quickly reaches its limits.

Aus der DE 197 37 276 C2 ist beispielsweise ein Verfahren zur Überwachung der Aushärtung von Duroplasten bekannt, bei dem eine in einem Formwerkzeug befindliche Formmasse mit Ultraschallwellen beschallt wird, die von einem ersten Ultraschall- Wandler in die Formmasse ausgesendet und von einem zweiten UltraschallWandler empfangen und entsprechend ausgewertet werden. Mittels eines Referenzsignals kann dabei die Differenz zwischen ausgesendeten und empfangenen Signalen zur Überwachung des Herstellungsprozesses analysiert werden.From the DE 197 37 276 C2 For example, a method for monitoring the curing of thermosets is known in which a molding compound located in a mold is sonicated with ultrasonic waves, which are emitted from a first ultrasonic transducer in the molding material and received by a second ultrasonic transducer and evaluated accordingly. The difference between emitted and received signals for monitoring the production process can be analyzed by means of a reference signal.

Aus der DE 198 34 797 C2 ist ein Verfahren zum qualitätsgesteuerten Herstellen und Verarbeiten von Kunststoffen bekannt, bei dem akustische und/oder dielektrische Sensoren in das Formwerkzeug eingebracht und entsprechend akustische und/oder dielektrische Kennwerte des in dem Formwerkzeug befindlichen Bauteils ermittelt werden. Die Qualität des Formbauteils in dem Werkzeug wird dann mittels eines Expertensystems aus den gemessenen Kennwerten bewertet.From the DE 198 34 797 C2 A method for the quality-controlled production and processing of plastics is known in which acoustic and / or dielectric sensors are introduced into the mold and corresponding acoustic and / or dielectric characteristics of the component located in the mold are determined. The quality of the molded component in the tool is then evaluated by means of an expert system from the measured characteristic values.

Aus der DE 10 2012 103 753 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen eines Herstellungsprozesses zur Herstellung eines Formbauteils bekannt, wobei an einem Formwerkzeug Schallgeber in Form von piezoelektrischen Keramiken appliziert sowie Schallsensoren in Form von piezoelektrischen Keramiken appliziert werden, um so Schallimpulse in das Formbauteil auszusenden und zu empfangen und basierend auf den empfangenen Ultraschallsignalen dann den Herstellungsprozess in dem geschlossenen Formwerkzeug zu überwachen. From the DE 10 2012 103 753 A1 a method and a device for monitoring a manufacturing process for producing a molded component is known, wherein applied to a mold sounder in the form of piezoelectric ceramics and sound sensors in the form of piezoelectric ceramics are applied so as to emit sound pulses in the mold component and receive and based on to monitor the received ultrasonic signals then the manufacturing process in the closed mold.

Aus der DE 10 2013 100 092 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überprüfung der Imprägnierung eines faserverstärkten Kunststoffverbundwerkstoffes bekannt. Hierbei wird mithilfe von Ultraschallsendern bzw. Ultraschallempfängern ein Ultraschallsignal in das Fasermaterial eingekoppelt, um so den Imprägnierfortschritt überprüfen zu können.From the DE 10 2013 100 092 A1 For example, a method and a device for checking the impregnation of a fiber-reinforced plastic composite material is known. In this case, an ultrasound signal is coupled into the fiber material with the aid of ultrasound transmitters or ultrasound receivers so as to be able to check the impregnation progress.

Aus der DE 10 2010 035 958 A1 ist eine Vorrichtung zur Herstellung eines Bauteils bekannt, wobei mithilfe eines Faser-Bragg-Gitter-Sensors der Materialfluss durch die Materialzuführleitung erfasst werden soll.From the DE 10 2010 035 958 A1 a device for producing a component is known, wherein the material flow is to be detected by the material feed using a fiber Bragg grating sensor.

Aus der US 2015 / 0 346 160 A1 ist ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils bekannt, bei dem der Herstellungsprozess mithilfe eines Ultraschallsensors überwacht wird.From the US 2015/0 346 160 A1 Also, a method for manufacturing a fiber composite component is known in which the manufacturing process is monitored by means of an ultrasonic sensor.

Schließlich ist aus der DE 10 2014 119 477 B3 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen des Fortschritts von Harz in einem Resin-Transfer-Moulding-Werkzeug bekannt, wobei hierbei die Ausbreitung des Harz-Härtegemisches in den verschiedenen Richtungen durch ein spezifisches Fasergelege mittels EDV-Simulation bestimmt wird.Finally, out of the DE 10 2014 119 477 B3 a method and an apparatus for determining the progress of resin in a resin transfer molding tool, wherein in this case the propagation of the resin-hardening mixture in the different directions by a specific Fasergelege is determined by computer simulation.

Es hat sich gezeigt, dass bei dickeren Bauteilformen die Querschnittsform der Fließfront einen nicht unerheblichen Anteil an dem Auftreten von ungetränkten Stellen hat, so dass es während des Infusionsprozesses wünschenswert wäre, Aussagen über die Querschnittsform der Fließfront treffen zu können.It has been shown that in the case of thicker component shapes, the cross-sectional shape of the flow front has a not inconsiderable share in the occurrence of unoccupied sites, so that it would be desirable during the infusion process to be able to make statements about the cross-sectional shape of the flow front.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Faserverbundbauteils anzugeben, mit denen Aussagen über die Querschnittsform der Fließfront während des Infundierens des Matrixmaterials in das Fasermaterial getroffen werden können.It is therefore an object of the present invention to provide a method and an apparatus for producing a fiber composite component, with which statements about the cross-sectional shape of the flow front during the infusion of the matrix material into the fiber material can be made.

Die Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie der Vorrichtung gemäß Anspruch 8 erfindungsgemäß gelöst.The object is achieved by the method according to claim 1 and the device according to claim 8 according to the invention.

Gemäß Anspruch 1 wird ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils aus einem Faserverbundwerkstoff vorgeschlagen, wobei gattungsgemäß ein Fasermaterial des Faserverbundwerkstoffes in ein Formwerkzeug eingebracht, das in das Formwerkzeug eingebrachte Fasermaterial mit einem Matrixmaterial des Faserverbundwerkstoffes infundiert und anschließend das in das Fasermaterial infundierte Matrixmaterial ausgehärtet wird. Bei diesen gattungsgemäßen Herstellungsverfahren soll dabei der Infusionsprozess entsprechend überwacht werden.According to claim 1, a method for producing a fiber composite component is proposed from a fiber composite, wherein generically a fiber material of the fiber composite material introduced into a mold, infused into the mold introduced fiber material with a matrix material of the fiber composite material and then the infused into the fiber material matrix material is cured. In this generic manufacturing process while the infusion process should be monitored accordingly.

Hierfür wird zunächst ein mehrteiliges Formwerkzeug bereitgestellt, das ein erstes Formwerkzeugteil und wenigstens ein weiteres, zweites Formwerkzeugteil aufweist. Ein solches mehrteiliges Formwerkzeug kann beispielsweise aus einer oberen Werkzeugform und einer unteren Werkzeugform bestehen, wobei im geöffneten Zustand das Fasermaterial in die untere Werkzeugform eingebracht und anschließend durch die obere Werkzeugform verschlossen wird.For this purpose, a multi-part mold is first provided which has a first mold part and at least one further, second mold part. Such a multi-part molding tool can for example consist of an upper mold and a lower mold, wherein in the open state, the fiber material is introduced into the lower mold and then closed by the upper mold.

Das so bereitgestellte Formwerkzeug kann dabei entsprechende Anschlüsse aufweisen, um eine Infusionsleitung für das Matrixmaterial anzuschließen, um das in das Formwerkzeug eingebrachte Fasermaterial infundieren zu können.The mold provided in this way can have corresponding connections in order to connect an infusion line for the matrix material in order to be able to infuse the fiber material introduced into the mold.

Das bereitgestellte Formwerkzeug weist dabei erfindungsgemäß eine Mehrzahl von Sensoren auf, wobei die Sensoren jeweils an dem ersten und dem wenigstens zweiten Formwerkzeugteil angeordnet sind. Jedes Formwerkzeugteil weist somit eine Mehrzahl von Sensoren auf. Die Sensoren sind dabei so ausgebildet, dass deren Sensorsignal die Benetzung des angrenzenden Formwerkzeugteils mit Matrixmaterial an der gegebenen Sensorposition zu einem bestimmten Zeitpunkt bestimmen können, wodurch die Ankunft der Fließfront an der jeweiligen Sensorposition bestimmt werden kann.The provided mold has according to the invention a plurality of sensors, wherein the sensors are respectively arranged on the first and the at least second mold part. Each mold part thus has a plurality of sensors. The sensors are designed so that their sensor signal can determine the wetting of the adjacent mold part with matrix material at the given sensor position at a certain time, whereby the arrival of the flow front at the respective sensor position can be determined.

Derartige Sensoren können beispielsweise akustische Sensoren, insbesondere Ultraschallsensoren, sein, die ein Ultraschallsignal in das Bauteil aussenden und entsprechend empfangen können. Solche Ultraschallsensoren können dabei beispielsweise piezoelektrische Keramiken sein, die direkt an das Formwerkzeug angeordnet werden, so dass zwischen Formwerkzeug und der piezoelektrischen Keramik kein Sensorvorlauf entsteht, wie dies beispielsweise bei Ultraschallprüfköpfen der Fall ist. Derartige Sensoren können aber auch dielektrische Sensoren sein, bei denen aus einem sich ändernden Impedanzverhalten des Bauteils Rückschlüsse auf die Ankunft der Fließfront an der jeweiligen Sensorposition möglich sind. Denkbar ist aber auch, dass es sich bei den Sensoren um kernmagnetische Resonanzsensoren handelt, die zum Erfassen der sogenannten kernmagnetischen Resonanz- oder auch Kernspin-Magnetresonanz ausgebildet sind.Such sensors can be, for example, acoustic sensors, in particular ultrasonic sensors, which can emit an ultrasonic signal into the component and receive it accordingly. In this case, such ultrasonic sensors can be, for example, piezoelectric ceramics which are arranged directly on the mold, so that no sensor flow is produced between the mold and the piezoelectric ceramic, as is the case, for example, with ultrasonic probes. However, such sensors can also be dielectric sensors in which conclusions about the arrival of the flow front at the respective sensor position are possible from a changing impedance behavior of the component. It is also conceivable, however, that the sensors are nuclear magnetic resonance sensors which are used to detect the so-called nuclear magnetic resonance or magnetic resonance magnetic resonance are formed.

Unter dem Begriff Sensor wird dabei eine Einheit verstanden, die je nach Ausbildung nicht nur zum Detektieren eines entsprechenden Signals, sondern unter Umständen auch zum Aussenden eines entsprechenden Signals, wie dies beispielsweise bei Ultraschallsensoren der Fall ist, ausgebildet sind. Ein Sensor im Sinne der vorliegenden Erfindung kann somit sowohl Signalgeber als auch Signaldetektor sein. Bei Ultraschallsensoren wird beispielsweise mit Hilfe eines Sensors ein Ultraschallsignal erzeugt, das in das Formwerkzeug und dann in das Bauteil einkoppelt, wobei je nach Eigenschaften des Bauteils, ein Teil der eingeschalteten Ultraschallsignale reflektiert werden und von dem Sensor empfangen werden können. Diese Verfahren nennt man auch Impuls-Echo-Verfahren. Denkbar ist aber auch, dass ein Sensor als Schallgeber und ein gegenüberliegender, an der jeweils anderen Werkzeugform angeordnete Sensor als Schallempfänger dient, wodurch ein Sensorsignal im Durchschallungsverfahren aufgenommen werden kann. Sowohl im Impuls-Echo-Verfahren als auch im Durchschallungsverfahren ändert sich das empfangene Signal bei Ankunft der Fließfront an der jeweiligen Sensorposition, so dass durch den Empfang der jeweiligen Sensorsignale Rückschlüsse auf die Ankunft der Fließfront an der jeweiligen Sensorposition möglich sind.The term sensor is understood to mean a unit which, depending on its design, is designed not only for detecting a corresponding signal, but under certain circumstances also for emitting a corresponding signal, as is the case, for example, in the case of ultrasonic sensors. A sensor in the sense of the present invention can thus be both a signal generator and a signal detector. In ultrasonic sensors, an ultrasonic signal is generated, for example with the aid of a sensor, which couples into the mold and then into the component, depending on the properties of the component, a part of the switched ultrasonic signals are reflected and can be received by the sensor. These methods are also called pulse-echo methods. It is also conceivable that a sensor serves as a sound generator and an opposite, arranged on the respective other tool shape sensor as a sound receiver, whereby a sensor signal can be recorded in the transmission method. Both in the pulse-echo method and in the transmission method, the received signal changes on arrival of the flow front at the respective sensor position, so that conclusions about the arrival of the flow front at the respective sensor position are possible by receiving the respective sensor signals.

Erfindungsgemäß werden nun während des Infusionsprozesses, d.h. während des Infundierens des Matrixmaterials in das Fasermaterial, kontinuierlich Sensorsignale durch die Sensoren ermittelt, so dass über die Zeit für jeden einzelnen Sensor eine Vielzahl von Sensorsignalen vorliegt. Diese Sensorsignale werden beispielsweise in einem Datenspeicher hinterlegt. Mit Hilfe einer elektronischen Auswerteeinheit lässt sich nun aus den über die Zeit detektierten Sensorsignalen des jeweiligen Sensors ein Sensorsignalverlauf im entsprechenden Sensor an der jeweiligen Sensorposition berechnen, was ebenfalls während des Infundierens des Matrixmaterials in das Fasermaterial geschehen kann. Ein solcher Sensorsignalverlauf ist dabei eine Funktion über die Zeit bezüglich eines durch das Sensorsignal des Sensors charakterisierenden Parameters, wie beispielsweis die Amplitude eines Ultraschallsignals.According to the invention, during the infusion process, i. during the infusion of the matrix material into the fiber material, sensor signals are continuously detected by the sensors, so that over time for each individual sensor a plurality of sensor signals is present. These sensor signals are stored for example in a data memory. With the aid of an electronic evaluation unit, it is now possible to calculate a sensor signal curve in the corresponding sensor at the respective sensor position from the sensor signals of the respective sensor detected over the time, which can likewise take place during the infusion of the matrix material into the fiber material. Such a sensor signal curve is a function over time with respect to a parameter characterizing the sensor signal of the sensor, such as, for example, the amplitude of an ultrasonic signal.

Mit Hilfe der Auswerteeinheit werden nun diese so gebildeten Sensorsignalverläufe der jeweiligen Sensoren miteinander verglichen, wobei die Sensorsignalverläufe der Sensoren des ersten Formwerkzeugteils mit den Sensorsignalverläufen der Sensoren des zweiten Formwerkzeugteils gegenübergestellt werden, so dass aus einer zeitlichen Betrachtung und der jeweiligen bekannten Sensorposition dann eine Querschnittsgeometrie der Fließfront abschätzen lässt. Die Querschnittsgeometrie der Fließfront meint dabei die Fließfrontform in Dicken- und Fließrichtung, was einem Querschnitt in Dicken- und Fließrichtung des Fasermaterials entspricht.With the aid of the evaluation unit, these sensor signal profiles of the respective sensors thus formed are compared with each other, wherein the sensor signal profiles of the sensors of the first mold part are compared with the Sensorignaleverläufen the sensors of the second mold part, so that from a temporal view and the respective known sensor position then a cross-sectional geometry of Estimate flow front. The cross-sectional geometry of the flow front means the flow front form in the thickness and flow direction, which corresponds to a cross section in the thickness and flow direction of the fiber material.

Aus den Sensorsignalverläufen lässt sich somit die Querschnittsgeometrie der Fließfront während des gesamten Infusionsprozesses ermitteln, so dass basierend auf der Querschnittsgeometrie dann festgestellt werden kann, ob die Gefahr von Lufteinschlüssen oder ungetränkten Fehlstellen besteht oder nicht. So lässt sich beispielsweise feststellen, dass eine keilförmige Querschnittsgeometrie vorliegt, was aus einem zeitlichen Versatz von wenigstens zwei Sensoren an dem ersten und dem zweiten Formwerkzeugteil an jeweils gleicher Sensorposition bestimmt werden kann, was so viel bedeutet, wie das Matrixmaterial das eine Formwerkzeugteil an der Sensorposition zum einem früheren Zeitpunkt benetzt als an der gleichen Sensorposition des jeweils anderen Formwerkzeugteils, wodurch eine keilförmige Querschnittsgeometrie der Fließfront angenommen werden kann.The cross-sectional geometry of the flow front can thus be determined from the sensor signal profiles during the entire infusion process, so that based on the cross-sectional geometry it can then be determined whether or not there is a risk of air inclusions or unoccupied defects. For example, it can be determined that a wedge-shaped cross-sectional geometry is present, which can be determined from a time offset of at least two sensors on the first and the second mold part at the same sensor position, which means as much as the matrix material that mold part at the sensor position wetted at an earlier time than at the same sensor position of the other mold part, whereby a wedge-shaped cross-sectional geometry of the flow front can be assumed.

Basierend auf den Signalverläufen sowie der Position der einzelnen Sensoren lässt sich darüber hinaus auch der Anstieg einer keilförmigen Fließfrontgeometrie ermitteln, wobei bei einem sehr geringen Anstieg der keilförmigen Fließfrontgeometrie bzw. Fließfrontform die Gefahr eines Voreilens und somit die Gefahr eines Lufteinschlusses größer wird. Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung kann dabei während des Infundierens des Matrixmaterials die Fließfrontform überwacht und ggf. in den Infusionsprozess eingegriffen werden.Based on the waveforms and the position of the individual sensors can also determine the increase of a wedge-shaped flow front geometry, with a very small increase in the wedge-shaped flow front geometry or flow front shape, the risk of a lead and thus the risk of air entrapment is greater. With the aid of the present invention, during the infusion of the matrix material, the flow front form can be monitored and, if necessary, intervened in the infusion process.

In einer vorteilhaften Ausführungsform wird ein Formwerkzeug bereitgestellt, bei dem jeweils ein Sensor des ersten Formwerkzeugteils und ein entsprechender Sensor des zweiten Formwerkzeugteils positionsbezogen ein Sensorpaar bilden, so dass in Bezug auf das erste Formwerkzeugteil und das zweite Formwerkzeugteil die beiden Sensoren an der gleichen Position angeordnet sind. Dadurch wird es beispielsweise möglich, bei Ultraschallsensoren den Infusionsprozess auch im Durchschallungsverfahren zu überwachen, da ein von einem Sensor aus gesendeten Sensorsignal von dem jeweils anderen Sensorsignal empfangbar ist. Bei einer derartigen Anordnung werden somit mehrere Sensorpaare gebildet, die jeweils aus zwei Sensoren bestehen, wobei einer der Sensoren an dem ersten Formwerkzeugteil und der jeweils andere Sensor an dem zweiten Formwerkzeugteil an der jeweils gleichen Sensorposition angeordnet sind.In an advantageous embodiment, a molding tool is provided in which a respective sensor of the first mold part and a corresponding sensor of the second mold part positionally related form a pair of sensors, so that with respect to the first mold part and the second mold part, the two sensors are arranged at the same position , This makes it possible, for example, to monitor the infusion process in the case of ultrasound sensors also in the sound transmission method, since a sensor signal sent from one sensor can be received by the respective other sensor signal. In such an arrangement, a plurality of sensor pairs are thus formed, each consisting of two sensors, wherein one of the sensors are arranged on the first mold part and the respective other sensor on the second mold part at the same sensor position.

Mit Hilfe der Auswerteeinheit wird nun ein zeitlicher Versatz aus den Sensorsignalverläufen der Sensoren der jeweiligen Sensorpaare bestimmt, so dass die Sensorsignalverläufe der Sensoren eines Sensorpaares miteinander verglichen werden. In Abhängigkeit von dem bestimmten zeitlichen Versatz lässt sich sodann die Querschnittsgeometrie der Fließfront ermittelten, einschließlich eines möglichen Anstieges einer keilförmigen Fließfrontform.With the aid of the evaluation unit, a time offset from the sensor signal profiles of the sensors of the respective sensor pairs is determined, so that the sensor signal profiles of the sensors of a sensor pair are compared with one another. In Depending on the particular time offset, the cross-sectional geometry of the flow front can then be determined, including a possible increase in a wedge-shaped flow front shape.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird ein Formwerkzeug bereitgestellt, bei dem, wie bereits oben beschrieben, jeweils Sensorpaare durch jeweils zwei Sensoren gebildet werden, wobei aus den Sensorsignalen der Sensoren eines Sensorpaares die vollständige Tränkung des Fasermaterials zwischen den Sensoren des Sensorpaares abgeleitet werden kann. Dies ist beispielsweise im Durchschallungsverfahren aufgrund der abnehmenden Dämpfung der Amplitude erkennbar. Die Querschnittsform der Fließfront wird nun in Abhängigkeit von einem Vergleich, der die Benetzung des angrenzenden Formwerkzeugteils anzeigenden Sensorsignalverläufe der Sensoren eines jeweiligen Sensorpaares einerseits und der die vollständige Tränkung zwischen den Sensoren des Sensorpaares anzeigenden Sensorsignalverläufe andererseits ermittelt, so dass sich aus diesen beiden, aus den jeweiligen Sensorsignalverläufen ableitbaren Informationen dann eine hochgenaue Aussage über die Querschnittsform der Fließfrontform ableiten lässt. Hierdurch lässt sich beispielsweise auch eine konkave oder konvexe U-förmige Querschnittsform der Fließfront ableiten, wobei gerade bei einer konkaven U-förmigen Querschnittsform der Fließfront die Gefahr von Lufteinschlüssen innerhalb des Bauteils besonders groß ist.In a further advantageous embodiment, a mold is provided, in which, as already described above, sensor pairs are each formed by two sensors, from the sensor signals of the sensors of a sensor pair, the complete impregnation of the fiber material between the sensors of the sensor pair can be derived. This can be seen for example in the transmission method due to the decreasing attenuation of the amplitude. The cross-sectional shape of the flow front is now determined as a function of a comparison of the wetting of the adjacent mold part indicating sensor waveforms of the sensors of a respective sensor pair on the one hand and the complete impregnation between the sensors of the sensor pair indicating sensor signal curves on the other hand, so that from these two, from the can then derive a highly accurate statement about the cross-sectional shape of the flow front shape of respective sensor signal waveforms derivable information. As a result, for example, it is also possible to derive a concave or convex U-shaped cross-sectional shape of the flow front, with the risk of air inclusions within the component being particularly great, especially in the case of a concave U-shaped cross-sectional shape of the flow front.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird ein Formwerkzeug bereitgestellt, an dem akustische Sensoren, insbesondere Ultraschallsensoren, angeordnet sind. Die Ultraschallsensoren können dabei beispielsweise in Form von piezoelektrischen Keramiken direkt mit dem jeweiligen Formwerkzeugteil verbunden sein, so dass sie direkt an das jeweilige Formwerkzeugteil appliziert sind. Dabei wird ein die Benetzung des angrenzenden Formwerkzeugteils anzeigender Sensorsignalverlauf in Abhängigkeit von einem Impuls-Echo-Sensorsignal detektiert und eine vollständige Tränkung zwischen zwei Sensoren eines Sensorpaares anzeigender Sensorsignalverlauf in Abhängigkeit von einem Durchschallungs-Sensorsignal ermittelt, wobei durch die Kombination des Impuls-Echo-Sensorsignalverlaufs und des Durchschallungs-Sensorsignalverlaufs eine Aussage über die Querschnittsgeometrie der Fließfront getroffen werden.In a further advantageous embodiment, a molding tool is provided on which acoustic sensors, in particular ultrasonic sensors, are arranged. The ultrasonic sensors can be connected, for example, in the form of piezoelectric ceramics directly with the respective mold part, so that they are applied directly to the respective mold part. In this case, a wetting of the adjacent mold part indicating sensor waveform is detected in response to a pulse echo sensor signal and a complete impregnation between two sensors of a sensor pair indicating sensor waveform as a function of a transmission sensor signal determined by the combination of the pulse-echo sensor waveform and the Durchschallungs sensor waveform a statement about the cross-sectional geometry of the flow front are made.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird der Injektionsprozess in Abhängigkeit von der ermittelten Querschnittsform beeinflusst, indem beispielsweise je nach Querschnittsform der Fließfront die Druckverhältnisse beim Injizieren angepasst werden. Eine Querschnittsgeometrie der Fließfront, die ein hohes Potential für Lufteinschlüsse und trockene Stellen hat, wird beispielsweise zu einer Erhöhung des Injektionsdruckes führen, um so auf die Geometrie der Fließfront Einfluss zu nehmen.In a further advantageous embodiment, the injection process is influenced as a function of the determined cross-sectional shape, for example by adjusting the pressure conditions during injection, depending on the cross-sectional shape of the flow front. For example, a cross-sectional geometry of the flow front that has high potential for air pockets and dry spots will increase the injection pressure to affect the geometry of the flow front.

Die Aufgabe wird im Übrigen auch mit dem erfindungsgemäßen Formwerkzeug mit einer Steuer- und Auswerteeinheit zur Überwachung des Infusionsprozesses gelöst.Incidentally, the object is also achieved with the molding tool according to the invention with a control and evaluation unit for monitoring the infusion process.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert.The invention will be explained in more detail by way of example with reference to the attached figures.

Es zeigen:

• 1 - schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
• 2 - Diagramm eines Amplitudenverlaufes und der daraus resultierenden keilförmigen Querschnittsform;
• 3 - Diagramm eines Amplitudenverlaufes und der daraus resultierenden U-förmigen Querschnittsform;
• 4 - Diagramm verschiedener Signalverläufe bei Mehrfachreflektion.

Show it:

• 1 - Schematic representation of the device according to the invention;
• 2 - Diagram of an amplitude curve and the resulting wedge-shaped cross-sectional shape;
• 3 - Diagram of an amplitude profile and the resulting U-shaped cross-sectional shape;
• 4 - Diagram of different signal curves with multiple reflection.

1 zeigt schematisch eine Vorrichtung 10, mit der ein Faserhalbzeug aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt werden soll. Die Vorrichtung 10 weist hierfür ein Formwerkzeug 11 auf, das aus zwei Formwerkzeugteilen bzw. Formwerkzeughälften besteht. Gemäß dem bekannten Closed-Mould-Verfahren weist das Formwerkzeug ein unteres, erstes Formwerkzeugteil 12 und ein oberes zweites Formwerkzeugteil 13 auf. Die beiden Formwerkzeugteile 12 und 13 des Formwerkzeuges 11 können dabei beispielsweise aus Stahl oder Aluminium hergestellt sein. 1 schematically shows a device 10 with which a semi-finished fiber product is to be produced from a fiber composite material. The device 10 has a mold for this purpose 11 on, which consists of two mold parts or mold halves. According to the known closed-mold process, the mold has a lower, first mold part 12 and an upper second mold part 13 on. The two mold parts 12 and 13 of the mold 11 can be made of steel or aluminum, for example.

1 zeigt dabei einen Querschnitt durch das Formwerkzeug 11 und die zwischen den beiden Formwerkzeugteilen 12 und 13 eingebrachte Preform 14 aus Fasermaterial in Infusionsrichtung und Preformdicke d. Der Harzanguss für das Matrixmaterial erfolgt dabei im Ausführungsbeispiel der 1 von rechts, so dass das Matrixmaterial 15 von rechts nach links infundiert und die trockene Preform von rechts nach links infundiert wird. 1 shows a cross section through the mold 11 and between the two mold parts 12 and 13 introduced preform 14 made of fiber material in infusion direction and preform thickness d. The Harzanguss for the matrix material takes place in the embodiment of 1 from the right, leaving the matrix material 15 infused from right to left and the dry preform is infused from right to left.

Das Formwerkzeug 11 weist des Weiteren eine Mehrzahl von Ultraschallsensoren 20 auf, die jeweils an einem der Formwerkzeugteile 12 und 13 angeordnet sind. Die Ultraschallsensoren 20 können dabei beispielsweise piezoelektrische Keramiken sein, die direkt an das jeweilige Formwerkzeugteil appliziert werden. Die Ultraschallsensoren stehen dabei mit einer Auswerteeinheit 30 in Verbindung, um die Ultraschallsensoren ansteuern zu können und ein empfangenes Sensorsignal entsprechend auswerten zu können.The mold 11 further includes a plurality of ultrasonic sensors 20 on, each at one of the mold parts 12 and 13 are arranged. The ultrasonic sensors 20 may be, for example, piezoelectric ceramics, which are applied directly to the respective mold part. The ultrasonic sensors stand with an evaluation unit 30 in conjunction to be able to control the ultrasonic sensors and to be able to evaluate a received sensor signal accordingly.

Die Anordnung der Ultraschallsensoren 20 erfolgt dabei paarweise, wobei beim Ausführungsbeispiel der 1 vier Sensorpaare 21 bis 24 gezeigt sind. Das Sensorpaar 21, das dem Harzanguss am nächsten ist, weist dabei einen Ultraschallsensor 21a auf, der an dem unteren, ersten Formwerkzeugteil 12 angeordnet ist und einen Ultraschallsensor 21b, der axial oder koaxial an dem zweiten Formwerkzeugteil 13 des Formwerkzeuges 11 angeordnet ist. Ein von dem ersten Ultraschallsensor 21a ausgesendetes Schallsignal ist dabei im Durchschallungsverfahren von seinem Gegenstück, dem zweiten Ultraschallsensor 21b des Ultraschallsensorpaares 21 entsprechend empfangbar. In korrespondierender Art und Weise werden auch die Ultraschallsensoren der weiteren Ultraschallsensorpaare 22, 23 und 24 angeordnet. The arrangement of the ultrasonic sensors 20 takes place in pairs, wherein in the embodiment of 1 four sensor pairs 21 to 24 are shown. The sensor pair 21 , which is closest to the resin gate, thereby has an ultrasonic sensor 21a on, at the lower, first mold part 12 is arranged and an ultrasonic sensor 21b that is axial or coaxial with the second mold part 13 of the mold 11 is arranged. One from the first ultrasonic sensor 21a transmitted sound signal is in the transmission method of its counterpart, the second ultrasonic sensor 21b of the ultrasonic sensor pair 21 accordingly receivable. In a corresponding manner, the ultrasonic sensors of the further pairs of ultrasonic sensors will also be used 22 . 23 and 24 arranged.

Mit Hilfe der Steuer- und Auswerteeinheit 30 werden die Ultraschallsensoren 20 nun so angesteuert, dass sie zum einen Ultraschallsignale im Impuls-Echo-Verfahren und Ultraschallsignale im Durchschallungsverfahren aussenden. Beim Impuls-Echo-Verfahren werden die Schallsignale von einem Ultraschallsensor 20 ausgesendet und von demselben Ultraschallsensor dann die an den Übergängen entstehenden Reflektionen empfangen. Im Durchschallungsverfahren wird hingegen von einem Ultraschallsensor eines Ultraschallpaares ein Ultraschallsignal ausgesendet, das von dem jeweils anderen Ultraschallsensor des Ultraschallsensorpaares dann an der gegenüberliegenden Seite des Formwerkzeuges 11 empfangen wird.With the help of the control and evaluation unit 30 become the ultrasonic sensors 20 now controlled so that they emit on the one hand ultrasound signals in the pulse-echo method and ultrasonic signals in the transmission method. In the pulse-echo method, the sound signals from an ultrasonic sensor 20 emitted and then received by the same ultrasonic sensor reflections arising at the transitions. By contrast, in the transmission method, an ultrasound signal is emitted by an ultrasound sensor of an ultrasound pair, and then by the respective other ultrasound sensor of the ultrasound sensor pair on the opposite side of the mold 11 Will be received.

Je nach Vorhandensein und Nichtvorhandensein des Matrixmaterials unterscheidet sich dabei das Ultraschallsignal in den jeweiligen Schallverfahren, woraus Rückschluss auf die Querschnittsgeometrie der Fließfront in Dickenrichtung gemacht werden kann.Depending on the presence and absence of the matrix material, the ultrasound signal differs in the respective sound method, from which it is possible to draw conclusions about the cross-sectional geometry of the flow front in the thickness direction.

Beim Impuls-Echo-Verfahren wird von einem Ultraschallsensor ein Ultraschallsignal in das Formwerkzeug eingekoppelt, wobei am Übergang von der Formwerkzeughälfte in die Preform eine Reflektion entsteht, die von dem Vorhandensein oder dem Nichtvorhandensein des Matrixmaterials bzw. einer Benetzung der Formwerkzeugoberfläche durch Matrixmaterial im Bereich des Sensors bedingt wird. Wird das Formwerkzeug im Bereich des Sensors nicht durch Matrixmaterial benetzt, so erfolgt eine fast einhundertprozentige Reflektion des eingekoppelten Schallsignals zurück an den entsprechenden Sensor, was beispielsweise bei Sensor 24a schematisch dargestellt ist. Erkennbar ist dies beispielsweise an der Amplitude des eingekoppelten Schallsignals, die nach der Reflektion in etwa der zuvor ausgesendeten Amplitude entspricht. Wird der Bereich des Formwerkzeuges um den Sensor herum jedoch durch das Matrixmaterial 15 benetzt, wie dies beispielsweise bei dem Sensor 21a der Fall ist, so ist die Reflektion messbar geringer, so dass anhand des Vergleichs zwischen dem ausgesendeten und dem empfangenen Sensorsignal als ein normiertes Sensorsignal dann festgestellt werden kann, dass der Bereich des Formwerkzeugs um den Sensor herum durch Matrixmaterial benetzt wurde. Basierend auf der Sensorposition sowie einem zeitlichen Verlauf lässt sich dann sicher die Ankunft der Fließfront an der jeweiligen Sensorposition feststellen.In the pulse-echo method, an ultrasound sensor couples an ultrasound signal into the mold, wherein at the transition from the mold half into the preform, a reflection is produced which depends on the presence or absence of the matrix material or wetting of the mold surface by matrix material in the region of the mold Sensor conditional. If the mold is not wetted by matrix material in the region of the sensor, an almost one hundred percent reflection of the coupled-in sound signal takes place back to the corresponding sensor, which is the case, for example, with sensor 24a is shown schematically. This can be seen, for example, in the amplitude of the coupled-in sound signal, which after reflection corresponds approximately to the previously transmitted amplitude. However, the area of the mold around the sensor will be through the matrix material 15 wetted, as for example in the sensor 21a If the case is, then the reflection is measurably lower, so that it can be determined from the comparison between the emitted and the received sensor signal as a normalized sensor signal that the area of the mold around the sensor has been wetted by matrix material. Based on the sensor position as well as a chronological progression, the arrival of the flow front at the respective sensor position can then be determined reliably.

Der Messeffekt beim Puls-Echo-Verfahren mit Hilfe eines Puls-Echo-Signals kann durch wiederholtes Reflektieren gesteigert werden. Bei Stahl beispielsweise fällt die Amplitude aufgrund des hohen Impedanzverhaltens von Stahl zu Harz auf K = 27 auf nur 93 % des Ausgangswertes während des Passierens der Fließfront. Bei erhöhter Anzahl der Reflektionen n wird der Messeffekt erhöht, der Zusammenhang ergibt sich zu $$\begin{array}{c}\frac{A_{PE\mathrm{,1}}}{A_{PE\mathrm{,0}}}={|\left|\frac{R_{FWZ,Harz}}{R_{FWZ,Luft}}\right|}^2\\ ={\left|\frac{Z_{Harz}-Z_{FWZ}}{Z_{Harz}+Z_{FWZ}}\right|}^n\text{ mit }\left|R_{FWZ,Luft}\right|\approx 1\\ ={\left|\frac{1-k}{1+k}\right|}^n\text{ mit k}=\frac{Z_{FWZ}}{Z_{Harz}}\end{array}$$

The measuring effect in the pulse-echo method with the aid of a pulse-echo signal can be increased by repeated reflection. In the case of steel, for example, the amplitude falls from K = 27 to only 93% of the initial value during passage of the flow front due to the high impedance behavior from steel to resin. With an increased number of reflections n, the measuring effect is increased, the relationship arises too $$\begin{array}{c}\frac{A_{Pe\mathrm{,1}}}{A_{Pe\mathrm{,\; 0}}}={|\left|\frac{R_{FWZ.Harz}}{R_{FWZ.Luft}}\right|}^2\\ ={\left|\frac{Z_{Harz}-Z_{FWZ}}{Z_{Harz}+Z_{FWZ}}\right|}^n\text{With}\left|R_{FWZ.Luft}\right|\approx 1\\ ={\left|\frac{1-\mathrm{<figure-callout\; id="1"\; label="k"\; filenames="DE102016112263B4\_0005.png"\; state="\{\{state\}\}">k</figure-callout>}}{1+k}\right|}^n\text{with K}=\frac{Z_{FWZ}}{Z_{Harz}}\end{array}$$

zeigt dabei ein solches Zeitsignal mit vier Echos vor der Harzankunft (oberes Diagramm), ein Zeitsignal nach Harzankunft (Mitte) sowie den Amplitudenabfall der vier Echosignale während des Fließfrontdurchlaufs (unten). shows such a time signal with four echoes before Harzanzunft (upper diagram), a time signal after resin arrival (middle) and the amplitude drop of the four echo signals during the flow front run (bottom).

Beim Durchschallungsverfahren kann darüber hinaus festgestellt werden, und zwar anhand des Durchschallungs-Sensorsignals, ob die Fließfront vollständig zwischen den beiden Sensoren des jeweiligen Sensorpaares angekommen ist. Im Ausführungsbeispiel der 1 bezüglich des Sensorpaares 21, wird von dem Sensor 21a des unteren, ersten Formwerkzeugteils ein Durchschallungs-Sensorsignal ausgesendet, das durch die harzgetränkte Preform hindurch in das zweite Formwerkzeugteil 13 einkoppelt und dort von dem zweiten Sensor 21b des Sensorpaares 21 empfangen wird. Aus dem Durchschallungssignal ist dabei erkennbar, dass das Schallsignal eine mit Harz getränkte Preform durchlaufen hat. Wird hingegen ein Durchschallungs-Verfahren bei dem Sensorpaar 24 angewendet, so koppelt das Durchschallungs-Sensorsignal nicht in eine harzgetränkte Preform ein, sondern in eine trockene, ungetränkte Preform, was aus dem Sensorsignal abgeleitet werden kann (beispielsweise anhand der Signallaufzeit).In the case of the transmission method, moreover, it can be ascertained, with the aid of the transmitted-through sensor signal, whether the flow front has arrived completely between the two sensors of the respective sensor pair. In the embodiment of 1 with respect to the sensor pair 21 , is from the sensor 21a of the lower, first mold part a transmitted sound sensor signal, which passes through the resin-impregnated preform in the second mold part 13 coupled and there from the second sensor 21b of the sensor pair 21 Will be received. It can be seen from the background signal that the sound signal has passed through a resin impregnated preform. If, however, a transmission method in the sensor pair 24 applied, so does not couple the transmission sensor signal in a resin-impregnated preform, but in a dry, unimpregnated preform, which can be derived from the sensor signal (for example, based on the signal delay).

Aus der Kombination des Impuls-Echo-Verfahrens und dem Durchschallungsverfahrens während der Infiltration des Faserhalbzeuges mit Matrixmaterial lassen sich drei Informationen für jede Sensorposition eines Sensors bzw. eines Sensorpaares ableiten. Zum einen lässt sich für ein Sensorpaar ableiten, wann eine Benetzung einer Formwerkzeughälfte bzw. eines Formwerkzeugteils mit Matrixmaterial stattfindet bzw. stattgefunden hat, und zwar unabhängig für jeden Sensor des Sensorpaares und somit unabhängig für jedes Formwerkzeugteil einzeln. Darüber hinaus lässt sich eine zeitliche Information darüber ableiten, wann der Bereich zwischen den koaxial angeordneten Sensoren eines Sensorpaares vollständig mit Harz getränkt wurde. Aus diesen Informationen lässt sich dann die Querschnittsgeometrie der Fließfront berechnen. From the combination of the pulse-echo method and the transmission method during the infiltration of the semifinished fiber product with matrix material, three information can be derived for each sensor position of a sensor or a sensor pair. On the one hand, it can be deduced for a sensor pair when wetting of a mold half or of a mold part with matrix material takes place or took place independently for each sensor of the sensor pair and thus independently for each mold part individually. In addition, temporal information can be derived as to when the area between the coaxially arranged sensors of a sensor pair was completely soaked with resin. From this information, the cross-sectional geometry of the flow front can then be calculated.

In den 2 und 3 ist eine Kombination der Sensorsignale der verschiedenen Schallverfahren sowie die daraus ermittelbare Querschnittsgeometrie der Fließfront dargestellt. In 2 ist in dem oberen Diagramm der Amplitudenverlauf eines normierten Sensorsignals im Impuls-Echo-Verfahren dargestellt, wobei der Sensorsignalverlauf, der mit 31a gekennzeichnet, den Signalverlauf des unteren Ultraschallsensors 21a (1) darstellt, während der Signalverlauf, der mit 31b gekennzeichnet ist, bezüglich des zweiten Sensors 21b des Sensorpaares 21 am oberen Werkzeugteil gemessen wird.In the 2 and 3 a combination of the sensor signals of the various sound methods and the cross-sectional geometry of the flow front can be determined. In 2 the amplitude curve of a normalized sensor signal in the pulse-echo method is shown in the upper diagram, wherein the sensor signal waveform, designated 31a, the signal waveform of the lower ultrasonic sensor 21a ( 1 ), while the waveform associated with 31b with respect to the second sensor 21b of the sensor pair 21 is measured on the upper part of the tool.

Wie zu erkennen ist, entsteht ein zeitlicher Versatz zwischen dem Signalverlauf 31a des unteren Sensors 21a zu dem Sensorsignalverlauf 31b des oberen Sensors 21b des Sensorpaares 21, was den Rückschluss erlaubt, dass die Fließfront das Formwerkzeug im Bereich des unteren Sensors 21a während des Infundierens des Matrixmaterials früher benetzt als das Formwerkzeug im Bereich des oberen Sensors 21b.As can be seen, there is a temporal offset between the waveform 31a of the lower sensor 21a to the sensor waveform 31b of the upper sensor 21b of the sensor pair 21 , which allows the conclusion that the flow front of the mold in the region of the lower sensor 21a during the infusion of the matrix material wets earlier than the mold in the region of the upper sensor 21b ,

Das untere Diagramm in 2 zeigt einen Amplitudenverlauf 31c des Sensorpaares 21 im Durchschallungsverfahren (Durchschallungssignal). Es ist zu erkennen, dass der Amplitudenverlauf 31c des Durchschallungssignals zeitgleich mit dem Signalverlauf des Impuls-Echo-Signals des oberen Sensors 21 seinen Maximalausschlag erreicht, woraus geschlossen werden kann, dass zum Zeitpunkt der Benetzung des Formwerkzeuges im Bereich des oberen Sensors 21b das Fasermaterial bzw. die Preform zwischen den beiden Sensoren 21a und 21b vollständig getränkt ist.The lower diagram in 2 shows an amplitude curve 31c of the sensor pair 21 in the transmission method (transmission signal). It can be seen that the amplitude curve 31c of the transmission signal at the same time as the signal waveform of the pulse echo signal of the upper sensor 21 reaches its maximum deflection, from which it can be concluded that at the time of wetting of the mold in the region of the upper sensor 21b the fiber material or the preform between the two sensors 21a and 21b is completely soaked.

Dies lässt einen Rückschluss auf eine keilförmige Querschnittsgeometrie 32 der Fließfront zu, wie sie im unteren Bereich der 2 dargestellt ist.This allows a conclusion to a wedge-shaped cross-sectional geometry 32 the flow front, as in the lower part of the 2 is shown.

In 3 ist ein weiteres Beispiel zur Erkennung der Querschnittsgeometrie der Fließfront aus den Signalverläufen gezeigt, bei dem zunächst die Impuls-Echo-Signalverläufe im oberen Diagramm nahezu identisch sind zu den Signalverläufen der Impuls-Echo-Signale aus 2. Allerdings entsteht ein zeitlicher Versatz zwischen dem Durchschallungs-Signalverlauf und den Impuls-Echo-Signalverläufen, so dass eine vollständige Tränkung zwischen den Sensoren des Sensorpaares zu einem späteren Zeitpunkt erreicht wird, als die Benetzung des Formwerkzeugs im Bereich der Sensoren im Einzelnen. Dies lässt den Schluss zu, dass eine U-förmige Fließfront 33 vorliegt, die mit dem Risiko von Lufteinschlüssen verbunden ist.In 3 is another example of the recognition of the cross-sectional geometry of the flow front of the waveforms shown, in which initially the pulse-echo waveforms in the upper diagram are almost identical to the signal waveforms of the pulse-echo signals 2 , However, there is a time lag between the transmission waveform and the pulse-echo waveforms, so that complete saturation between the sensors of the sensor pair is achieved at a later time than the wetting of the mold in the area of the sensors in detail. This leads to the conclusion that a U-shaped flow front 33 present, which is associated with the risk of trapped air.

Noch einmal zurückgekommen auf 1, der Anstieg des Keils der keilförmigen Querschnittsgeometrie der Fließfront kann dabei beispielsweise aus dem zeitlichen Versatz bzw. der zeitlichen Verzögerung der beiden Impuls-Echo-Signalverläufe abgeleitet werden, woraus ebenfalls ein Risiko für Lufteinschlüsse abgeleitet werden kann.Come back again 1 , The increase in the wedge of the wedge-shaped cross-sectional geometry of the flow front can be derived, for example, from the time lag or the time delay of the two pulse-echo waveforms, from which also a risk of air bubbles can be derived.

Die Signalverläufe können dabei beispielsweise normierte Amplitudenverläufe sein, die beispielsweise prozentual die Dämpfung der Amplitude zwischen ausgesendetem Signal und empfangenem Signal darstellen. Die Signalverläufe können ebenso, insbesondere im Durchschallungsverfahren, die Signallaufzeit nachstellen, wobei dies hier normiert auf den getränkten oder den ungetränkten Zustand prozentual erfolgen kann.The waveforms may be, for example, normalized amplitude curves representing, for example, percentage attenuation of the amplitude between the transmitted signal and the received signal. The signal curves can also, in particular in the transmission method, readjust the signal propagation time, whereby this can take place in a normalized manner to the saturated or unimpregnated state as a percentage.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

10 -10 -

Vorrichtungcontraption

11 -11 -

Formwerkzeugmold

12 -12 -

erstes Formwerkzeugteilfirst mold part

13 -13 -

zweites Formwerkzeugteilsecond mold part

14 -14 -

trockene Preformdry preform

15 -15 -

Matrixmaterialmatrix material

2020

Ultraschallsensoren / SensorenUltrasonic sensors / sensors

21 bis 24 -21 to 24 -

Sensorpaaresensor pairs

21a, 21b -21a, 21b -

Sensoren des ersten Sensorpaares 21 Sensors of the first sensor pair 21

22a, 22b -22a, 22b -

Sensoren des zweiten Sensorpaares 22 Sensors of the second sensor pair 22

23a, 23b -23a, 23b -

Sensoren des dritten Sensorpaares 23 Sensors of the third sensor pair 23

24a, 24b -24a, 24b -

Sensoren des vierten Sensorpaares 24 Sensors of the fourth sensor pair 24

30 -30 -

Auswerte- und SteuereinheitEvaluation and control unit

31a -31a -

Impuls-Echo-Signalverlauf bezüglich des unteren Sensors 21a Pulse-echo waveform with respect to the lower sensor 21a

31b -31b -

Impuls-Echo-Signalverlauf bezüglich des oberen Sensors 21b Pulse-echo waveform with respect to the upper sensor 21b

31c -31c -

Durchschallungs-Signalverlauf des Sensorpaares 21 Sound transmission waveform of the sensor pair 21

32 -32 -

keilförmige Querschnittsgeometriewedge-shaped cross-sectional geometry

33 -33 -

u-förmige QuerschnittsgeometrieU-shaped cross-sectional geometry

Claims (8)

Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils aus einem Faserverbundwerkstoff, wobei ein Fasermaterial des Faserverbundwerkstoffes in ein Formwerkzeug (11) eingebracht, das in das Formwerkzeug (11) eingebrachte Fasermaterial mit einem Matrixmaterial (15) des Faserverbundwerkstoffes infundiert und anschließend das in das Fasermaterial infundierte Matrixmaterial (15) ausgehärtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass - ein mehrteiliges Formwerkzeug (11) mit einem ersten Formwerkzeugteil (12) und wenigstens einem zweiten Formwerkzeugteil (13) bereitgestellt wird, wobei an jedem Formwerkzeugteil (12, 13) eine Mehrzahl von Sensoren (20) angeordnet sind, aus deren Sensorsignal die Benetzung des angrenzenden Formwerkzeugteils (12, 13) mit Matrixmaterial (15) an der gegebenen Sensorposition zu einem bestimmten Zeitpunkt ableitbar ist, - für jeden Sensor (20) Sensorsignalverlauf (31a, 31b, 31c) aus dem ein über die Zeit detektierten Sensorsignal des jeweiligen Sensors während des Infundierens des Matrixmaterials (15) ermittelt wird, und - eine Querschnittsgeometrie der Fließfront des infundierten Matrixmaterials (15) in Abhängigkeit von einem Vergleich der Sensorsignalverläufe der Sensoren des ersten Formwerkzeugteils mit den Sensorsignalverläufen der Sensoren des zweiten Formwerkzeugteils in Bezug auf deren jeweilige Sensorposition ermittelt wird.A method for producing a fiber composite component from a fiber composite material, wherein a fiber material of the fiber composite material introduced into a mold (11), the infused into the mold (11) introduced fiber material with a matrix material (15) of the fiber composite material and then infused into the fiber material matrix material (15 ) is cured, characterized in that - a multi-part mold (11) with a first mold part (12) and at least one second mold part (13) is provided, wherein each mold part (12, 13) a plurality of sensors (20) are, from the sensor signal, the wetting of the adjacent mold part (12, 13) with matrix material (15) at the given sensor position at a certain time is derived, - for each sensor (20) sensor signal curve (31a, 31b, 31c) from the one over the time detected sensor signal of the respective sensor during Infun dierens of the matrix material (15) is determined, and - a cross-sectional geometry of the flow front of the infused matrix material (15) is determined in dependence on a comparison of the sensor waveforms of the sensors of the first mold part with the sensor signal waveforms of the sensors of the second mold part with respect to their respective sensor position. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Formwerkzeug (11) bereitgestellt wird, bei dem jeweils ein Sensor des ersten Formwerkzeugteils mit einem entsprechenden Sensor des zweiten Formwerkzeugteils positionsbezogen ein Sensorpaar bilden, wobei ein zeitlicher Versatz aus den Sensorsignalverläufen der Sensoren eines jeweiligen Sensorpaares (21, 22, 23, 24) bestimmt und in Abhängigkeit von dem bestimmten zeitlichen Versatz die Querschnittsgeometrie der Fließfront ermittelt wird.Method according to Claim 1 , characterized in that a molding tool (11) is provided, in which in each case a sensor of the first mold part with a corresponding sensor of the second mold part positionally related form a pair of sensors, wherein a temporal offset from the Sensorignalverläufen the sensors of each sensor pair (21, 22, 23, 24) and the cross-sectional geometry of the flow front is determined as a function of the specific time offset. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Formwerkzeug (11) bereitgestellt wird, bei dem jeweils ein Sensor des ersten Formwerkzeugteils mit einem entsprechenden Sensor des zweiten Formwerkzeugteils positionsbezogen ein Sensorpaar bilden und aus den Sensorsignalen der Sensoren eines Sensorpaares (21, 22, 23, 24) weiterhin die vollständige Tränkung des Fasermaterials zwischen den Sensoren des Sensorpaares (21, 22, 23, 24) ableitbar ist, wobei die Querschnittsform der Fließfront in Abhängigkeit von einem Vergleich der die Benetzung des angrenzenden Formwerkzeugteils anzeigenden Sensorsignalverläufe der Sensoren eines jeweiligen Sensorpaares (21, 22, 23, 24) und der die vollständige Tränkung zwischen den Sensoren des Sensorpaares (21, 22, 23, 24) anzeigenden Sensorsignalverläufe ermittelt wird.Method according to Claim 1 or 2 , characterized in that a molding tool (11) is provided, wherein in each case a sensor of the first mold part with a corresponding sensor of the second mold part positionally related form a sensor pair and from the sensor signals of the sensors of a sensor pair (21, 22, 23, 24) continue the complete impregnation of the fiber material between the sensors of the sensor pair (21, 22, 23, 24) can be derived, wherein the cross-sectional shape of the flow front in dependence on a comparison of the wetting of the adjacent mold part indicating sensor signal waveforms of the sensors of each sensor pair (21, 22, 23, 24) and the complete impregnation between the sensors of the sensor pair (21, 22, 23, 24) indicating sensor signal waveforms is determined. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine keilförmige oder eine u-förmige Querschnittsform der Fließfront aus den Sensorsignalverläufen ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a wedge-shaped or a U-shaped cross-sectional shape of the flow front from the sensor signal waveforms is determined. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Formwerkzeug (11) bereitgestellt wird, an dem akustische Sensoren, insbesondere Ultraschallsensoren (20), dielektrische Sensoren oder kernmagnetische Resonanzsensoren angeordnet sind.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a molding tool (11) is provided on which acoustic sensors, in particular ultrasonic sensors (20), dielectric sensors or nuclear magnetic resonance sensors are arranged. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Formwerkzeug (11) bereitgestellt wird, an dem akustische Sensoren, insbesondere Ultraschallsensoren (20), angeordnet sind, wobei ein die Benetzung des angrenzenden Formwerkzeugteils anzeigender Sensorsignalverlauf in Abhängigkeit von einem Impuls-Echo-Sensorsignal und/oder ein die vollständige Tränkung zwischen zwei Sensoren eines Sensorpaares (21, 22, 23, 24) anzeigender Sensorsignalverlauf in Abhängigkeit von einem Durchschallungs-Sensorsignal ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a forming tool (11) is provided, on which acoustic sensors, in particular ultrasonic sensors (20), are arranged, wherein a wetting of the adjacent mold part part indicating sensor signal curve in response to a pulse echo Sensor signal and / or the complete impregnation between two sensors of a pair of sensors (21, 22, 23, 24) indicating sensor waveform is determined in response to a transmission signal from the sensor. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der ermittelten Querschnittsgeometrie der Fließfront ein oder mehrere Parameter des Infusionsprozesses eingestellt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that one or more parameters of the infusion process are set depending on the determined cross-sectional geometry of the flow front. Vorrichtung (10) zur Herstellung eines Faserverbundbauteils aus einem Faserverbundwerkstoff, eingerichtet zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem mehrteiligen Formwerkzeug (11), welches ein erstes Formwerkzeugteil (12) und wenigstens ein zweites Formwerkzeugteil (13) aufweist, wobei an jedem Formwerkzeugteil eine Mehrzahl von Sensoren angeordnet sind, aus deren Sensorsignal die Benetzung des angrenzenden Formwerkzeugteils mit Matrixmaterial (15) an der gegebenen Sensorposition zu einem bestimmten Zeitpunkt ableitbar ist, wobei im geschlossenen Zustand zwischen den beiden Formwerkzeugteilen eine Kavität entsteht, in die ein trockenes Fasermaterial des Faserverbundwerkstoffes einbringbar ist, und wobei eine Steuer- und Auswerteeinheit vorgesehen ist, um aus den Sensorsignalen die Sensorsignalverläufe und die Querschnittsgeometrie der Fließfront aus den Sensorsignalverläufen zu ermitteln.Apparatus (10) for producing a fiber composite component from a fiber composite material, arranged for carrying out the method according to one of the preceding claims with a multi-part mold (11) having a first mold part (12) and at least one second mold part (13), wherein at each Form tool part a plurality of sensors are arranged, from the sensor signal wetting of the adjacent mold part with Matrix material (15) at the given sensor position at a certain time is derivable, wherein in the closed state between the two mold parts, a cavity is formed, in which a dry fiber material of the fiber composite material can be introduced, and wherein a control and evaluation unit is provided to from the Sensor signals to determine the sensor waveforms and the cross-sectional geometry of the flow front from the sensor waveforms.

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