纤维复合构件的制造方法、纤维复合构件、纤维复合构件的检验方法、计算机程序、机器可读存储介质和装置与流程

本发明涉及一种用于纤维复合构件的制造方法、相应制造的纤维复合构件、用于相应制造的纤维复合构件的检验方法、相应的计算机程序和机器可读存储介质以及相应的装置。

背景技术：

从wo2018/069066a1中已知一种用于将多个微机械加速度传感器布置在塑料构件、特别是保险杠上或布置在其中的方法，以及相应的塑料构件、特别是保险杠。

在该方法的步骤a中，将微机械加速度传感器牢固地定位在柔性电路载体中或柔性电路载体上，其中该微机械加速度传感器接触柔性电路载体的集成导体迹线结构。

在该方法的步骤b中，将微机械加速度传感器和柔性电路载体至少局部地布置在塑料构件上或塑料构件中，使得柔性电路载体的集成导体迹线结构至少部分地露出。

从de102016220032a1中已知一种用于车辆、特别是机动车的传感器装置，该传感器装置具有至少一个传感器模块和至少一个与传感器模块连接以用于与传感器模块电接触的连接线。

其中规定连接线被构造为导体箔，在导体箔上布置有多个不同的传感器模块，并且分别通过一个或通过一个共同的至少部分包含该导体箔的注塑包封部被封装。

在利用诸如液体复合模制(lcm)或液体树脂注射(lri)之类的方法来制造诸如纤维复合构件之类的纤维复合结构时，通过不同的方式采用传感器技术来检测制造工艺步骤中的状态。为了进行该过程监控，一方面将传感器、即所谓的工具安装传感器(tms)引入到制造模具中。

然而，这会在最终产品上留下痕迹，并且其由于引入到模具中的树脂的收缩可能会失去对于传感所必需的与构件的接触。

其次，该问题的一种解决方案是非接触式测量方法。然而该解决方案并不总是可实现的。

因此，第三方面，传感器也直接集成到模具的结构构造中。在过程监控过程中被监控的变量主要为流动前沿(以检验是否完成基体注入)、所插入的纺织纤维或纺织半成品(纺织层)的连续浸渍以及由基体和纤维或纺织半成品制成的结构构件的硬化程度。

为此可以使用介电和光学或热学测量方法。

典型的测量方法有直接电压分析(dc分析)、介电分析(dea)或电时域反射仪(etdr)。

为此，例如使用在模具或结构构件中引入的dc点传感器或电极。还已知的是使用借助于基于纤维的平面电极的smartweave方法，其为由多个介电传感器组成的网格、碳纤维或由缠结的碳纳米管(cnt)线制成的专门开发的巴基纸、专门开发的两线制传感器或边缘电场传感器(fef传感器)，其可以测量材料属性作为位置和时间的函数。

为了检测流动前沿的扩散或纤维复合构件的模具填充或固化程度，还使用基体的热力学或机械特性。这通过使用压力传感器或(微型)热电偶来进行。可使用集成在结构中的光纤传感器(fos)、光纤折光仪(ofr)、光纤干涉仪(ofi)或(光纤)光谱仪对流动前沿进行光学检测。

为了进行模具形状中的非接触式测量方法将使用超声，例如通过超声换能器或插入的铜线。

基于电气测量原理的其他可能的传感器技术有直流电阻(dcr)传感器、导电丝、微编织物或光纤布拉格光栅(fbg)传感器。

此外，热像仪也适用于确定硬化程度。

技术实现要素：

在此背景下，本发明提出了一种用于制造纤维复合构件的方法。在纤维复合构件中集成有传感器装置，即其布置在纤维复合构件内。传感器装置具有柔性电路载体或传感器模块。该方法包括以下步骤：

柔性电路载体可以具有一个或多个传感器模块。

以纺织层(即纺织纤维或纺织半成品)和传感器装置来装填用于制造纤维复合构件的模具。

闭合装填后的模具，并且压缩纺织层和传感器装置。

引入液体基质以制造纤维复合构件。

借助于传感器装置或传感器装置的传感器模块来检测关于引入和/或闭合的加速度。

根据所检测的加速度导出或评估制造方法的工艺参数。

所导出的工艺参数的评估可以用于对其进行优化(过程优化)。

在此，纤维复合构件可以被理解为由纤维复合材料制成的构件。纤维复合材料通常通过相互作用的复合物产生，其由纺织纤维或纺织半成品与在纤维或纺织半成品之间的基质组成。基质是填充剂和粘结剂。纤维复合材料的典型性在于，通过复合物的相互作用所产生的材料与纤维和基质的特性相比具有更高化合价的特性。

纤维复合构件可以是车辆的车身部件，例如保险杠构件或车辆纵向侧的构件。

纤维复合构件尤其可以是机械和设备制造、医疗技术、航空航天技术、能源、海上、机器人技术、运动器材和消费产品等领域中的构件。

此外，纤维复合构件还可以是运动器材。

柔性电路载体尤其可以包括硅树脂、聚氨酯、聚酰胺或热塑性塑料。因此，柔性电路载体可以柔性变形，特别是集成的导体迹线结构可以相应地塑性变形，由此柔性电路载体可以基本上适配于纤维复合构件的几何形状或形式。柔性电路载体可以是导体箔。

传感器模块可以是用于检测加速度的电子或电气部件，即加速度传感器模块。传感器模块可以是微机械传感器模块。传感器模块可以是微机电系统(mems)类型的微机械传感器模块。

装填、闭合和引入的步骤具有与所列出的顺序相对应的强制性顺序。检测和导出的步骤可以与该方法的其余步骤并行地进行。在该制造方法过程中，这些步骤可以多次或定期或持久或连续进行。

本发明基于以下认知：布置在纤维复合构件中并检测加速度的传感器装置在引入用于制造纤维复合构件的液体基质期间由于到来的流动前沿而短暂地偏转或加速。这在实时地检测加速度时很容易被看出。以这种方式检测到的偏转或加速度可使得推断出所到来的熔液(液体基质)。由此，可通过所检测的加速度信号借助于布置或集成在在此制造的纤维复合构件中的传感器装置导出、评估和优化在整个制造方法过程中的树脂注射的工艺参数(例如注射压力、注射速度或注射温度)或树脂注射的时间点。此外，所检测的加速度信号还可以用于检验或评估在制造过程中所使用的工艺参数，从而也可以用于检验和评估所制造的产品。

此外，可以在闭合模具时就已经检测出传感器信号的影响，并且可以同样从中导出或评估制造方法的闭合模具的工艺参数(尤其是闭合速度或闭合力)或整个过程中的闭合时间点。例如，可以在所检测的加速度信号中识别出闭合模具的时间点。

所导出的工艺参数的评估可以用于其优化。

闭合可以按照如下方式进行，即使得具有所容纳的纺织纤维或纺织半成品(纺织层)和所容纳的传感器装置的模具是气密的，例如通过拧紧力或压力/按压力。

液体基质可以是树脂。该树脂可以是纯树脂。

加速度的检测可以实时地进行。

通过根据本发明的方法，在制造具有布置在纤维复合构件中并检测加速度的传感器装置的纤维复合构件时，在制造部件时就已经实现了监控制造过程的次要附加功能。

根据本发明的制造方法的一个实施方式，在装填的步骤中，将传感器装置或柔性电路载体插入到纺织纤维或纺织半成品(纺织层)之间，并且定位传感器装置或柔性电路载体，特别是关于纺织纤维或纺织半成品(纺织层)和/或模具来定位传感器装置或柔性电路载体，并且固定传感器装置或柔性电路载体。

该固定可以借助于固定装置进行。也可以考虑固定在纤维复合构件的纺织纤维或纺织半成品(纺织层)处。例如可以借助于粘结剂或胶合剂进行在例如纺织层的其中一层处的固定。此外还可以考虑通过刺绣或编织来固定。

根据本发明的制造方法的一个实施方式，该方法具有以下附加步骤：在模具中引入基质以及纤维复合构件随后硬化的步骤之后，打开模具，其中检测步骤和导出或评估步骤也基于打开步骤进行。

所导出的工艺参数的评估可以用于其优化。

本发明的另一方面是纤维复合构件。纤维复合构件包括具有柔性电路载体或传感器模块的传感器装置，并且借助于根据本发明的制造方法来制造。

传感器模块可以是用于检测加速度的电子或电气组件，即加速度传感器模块。传感器模块可以是微机械传感器模块。传感器模块可以是微机电系统(mems)类型的微机械传感器模块。

本发明的另一方面是一种用于检验纤维复合构件的方法。在纤维复合构件中集成有具有柔性电路载体或传感器模块的传感器装置。该方法包括以下步骤：

借助于传感器装置或传感器装置的传感器模块检测加速度。

根据所检测的加速度确定纤维复合构件的硬化程度。

该检验方法可以在纤维复合构件硬化期间作为其制造的一部分被实施。这可以涉及在根据本发明的制造方法的纤维复合构件制造期间的硬化。

待检验的纤维复合构件可以是根据本发明的纤维复合构件。

传感器模块可以是用于检测加速度的电子或电气组件，即加速度传感器模块。传感器模块可以是微机械传感器模块。传感器模块可以是微机电系统(mems)类型的微机械传感器模块。

可以响应于将预定的脉冲施加到纤维复合构件上或施加到具有待检验的纤维复合构件的用于制造纤维复合构件的模具上来进行检测。

根据本发明的检验方法的一个实施方式，该方法具有将所检测的加速度与参考加速度进行比较的步骤。然后在确定步骤中根据比较或比较结果确定硬化程度。

本发明的另一方面是一种计算机程序，其被设置为执行根据本发明的检验方法的步骤。

本发明的另一方面是一种机器可读存储介质，在其上存储有根据本发明的计算机程序。

本发明的另一方面是一种装置，其被设置为执行根据本发明的检验方法的步骤。

附图说明

下面参考附图借助于实施方式说明本发明各方面的其他特征和优点。

图1a、图1b示出了在根据本发明制造纤维复合构件期间的工艺步骤的示意图(模具内部的视图/模具的截面)；

图2a-图2c示出了根据本发明用于制造纤维复合构件的模具的示意图(模具内部的视图/模具的截面)；

图3示出了根据本发明的制造方法的流程图；

图4示出了根据本发明的检验方法的流程图。

具体实施方式

图1a示出了在根据本发明制造纤维复合构件2期间的一个工艺步骤的示意图。该图示出了以液体复合模制(lcm)方法制造纤维复合构件期间的工艺步骤，其中具有柔性电路载体3或传感器模块4的传感器装置1布置在纤维复合构件中。该工艺步骤表示熔体流(基质流)10的开始。

所示视图的上部是模具30的俯视图(模具内部的视图/模具的截面)。下部是模具30沿切割轴线a-a的侧视图。

除了模具30的视图之外，还示意性地绘制了传感器装置1的信号曲线6或由传感器模块4检测的加速度。从信号曲线6可以看到正常的生产噪声。

图1b示出了在根据本发明制造纤维复合构件2期间的一个工艺步骤的示意图。该工艺步骤表示熔体流(基质流)10到达传感器模块4的时间点。

所示视图的上部是模具30的俯视图。下部是模具30沿切割轴线a-a的侧视图。

除了模具30的视图之外，还示意性地绘制了传感器装置1的信号曲线6或由传感器模块4检测的加速度。在信号曲线6中可以清楚地看到脉冲振动。该脉冲振动是由熔体流(基质流)10撞击传感器模块4引起的。

通过脉冲振动的类型、特别是强度可以推断出方法步骤中所使用的工艺参数并对其进行评估。例如，由脉冲振动可以导出流动前沿的扩散或纤维复合构件的模具填充或硬化程度。

图2a示出了用于根据本发明制造纤维复合构件2的模具30的示意图(模具内部的视图/模具的截面)。所示模具30以如下方式设计：为了制造纤维复合构件2，将纺织纤维或纺织半成品(纺织层)5a、5b和传感器装置1(包含具有多个传感器模块4的柔性电路载体3)插入到模具30中。传感器装置1被插入在任意数量的上纺织层5b和任意数量的下纺织层5a之间。借助于所示的模具30，特别是在注入基质的步骤中，可以在传感器模块或连接单元周围形成纯基质区域，优选为纯树脂区域。

集成步骤(作为所有方法步骤的总和)可以同时是接近最终轮廓的构件制造。

图2b示出了根据本发明用于制造纤维复合构件2的模具30的一个实施方式的示意图。根据该实施方式，模具30具有用于布置在柔性电路载体3上的传感器模块4或连接单元的预制凹槽31。

图2c示出了根据本发明用于制造纤维复合构件2的模具的另一实施方式的示意图。根据该实施方式，模具上半部30a具有对应于布置在柔性电路载体3上的传感器模块4或连接单元的空腔32。根据模具30的该实施方式，可以将任意数量的纺织层5a布置在柔性电路载体3的下方，并且可以将一定数量的纺织层5b布置在柔性电路载体3的上方，只要其在位于电路载体3上的传感器模块4的上方仍然可悬垂。

图3示出了根据本发明的制造方法300的流程图。

制造方法300适用于制造布置或集成了具有柔性电路载体3或传感器模块4的传感器装置1的纤维复合构件。

方法300包括图3所示的以下步骤。

在步骤301中，以纺织纤维或纺织半成品(纺织层)5a、5b和传感器装置1装填用于制造纤维复合构件的模具30。

在步骤302中，闭合装填后的模具，并且压缩纺织层5a、5b和传感器装置1。

模具30的闭合可以以气密方式进行。

在步骤303中将液体基质10引入到闭合后的用于制造纤维复合构件的模具30中。

基质10可以是树脂。该树脂可以是纯树脂。

在步骤304中，借助于传感器装置1或传感器装置1的传感器模块4来检测关于引入303和/或模具闭合302的加速度6。

检测304可以实时地进行。

在步骤305中根据所检测的加速度6导出、评估并优化制造方法300的工艺参数。

装填步骤301、闭合步骤302和引入步骤303具有与列出的顺序相对应的强制性顺序。检测步骤304以及导出、评估和优化步骤305可以与方法300的其余步骤301-303并行地进行。这些步骤304、305可以在制造方法300的过程中多次或定期或持久或连续地进行。

图4示出了根据本发明的检验方法的流程图。

该检验方法可以在模具硬化期间在根据本发明的纤维复合构件的制造过程中进行。纤维复合构件包括传感器装置1，传感器装置1具有一个或多个柔性电路载体3或者一个或多个传感器模块4。纤维复合构件可以根据本发明的制造方法400来制造。

在步骤401中，借助于传感器装置1或传感器装置1的传感器模块4来检测加速度6。

可以响应于将预定的脉冲施加到待检验的纤维复合构件上或施加到具有待检验的纤维复合构件的用于制造纤维复合构件的模具30上来进行检测401。

在步骤402中，根据所检测的加速度6来确定待检验的纤维复合构件的硬化程度。