CN102783246B - 具有至少一个电热加热层的加热系统、具有这种加热层的结构部件、加热方法以及用于制造具有加热装置的部件半成品或者部件的方法 - Google Patents
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Abstract
具有能量供给装置(5)的加热系统(1),其中加热系统(1)具有:基本加热装置,该基本加热装置具有绝缘层,在该绝缘层上设置有电热基本加热层(10),以及电连接装置(10a,10b),能量供给装置(5)通过该电连接装置连接到基本加热层(10)上;附加加热装置,该附加加热装置具有绝缘层,在该绝缘层上设置有电热附加加热层(11),以及电连接装置(11a,11b),能量供给装置(5)通过该电连接装置连接到附加加热层(11)上,其中能量供给装置(5)通过电连接装置(10a,10b;11a,11b)连接到加热层(10;11)上,并且附加加热层(11)在激活阶段中在至少一个时间部分区段中被输送电流,使得基本加热层(10)持续地产生热量而附加加热层(11)在时间部分区段中产生热量;一种具有用于对结构部件的表面进行加热的装置的结构部件以及由结构部件和加热系统构成的装置。
Description
本发明涉及一种具有至少一个电热加热层的加热系统,一种具有这种加热层的结构部件以及一种用于加热系统的受控加热的方法。
本发明还涉及一种用于制造具有加热装置的部件半成品或者部件的方法以及具有加热层的部件。部件半成品尤其设计用于制造航空部件的纤维复合材料(FVW)部件或者纤维复合塑料(FVK)部件。
DE19831574A1描述了一种具有由编织的碳丝构成的、电表面加热元件的座椅加热器,表面加热元件用作柔性的电阻材料,用于表面加热元件进行加热的主电极沿着表面加热元件的边缘区域连接到该表面加热元件上。座椅加热器具有附加加热装置,以便实现缩短的加热时间,附加加热装置具有在表面加热元件的部分区域上延伸的电极。
DE102004042423A1描述了一种具有表面加热器的空气动力学部件,表面加热器用于防止部件的外部表面的结冰。
此外,在DE102004031625A1中公开了一种如下电路装置,其用于诊断加热电阻,以确定加热温度。
EP0745919A1描述一种用于对加热元件进行温度调节的方法。在测量阶段中,中断加热,并且将加热元件的电阻与预给定期望值相比较。根据加热元件的电阻是否在期望值的电阻以下来通知用于交流电压开关的激励装置是否必须加热,以实现期望值。
WO2007/107732A1描述了一种用于防止形成冰的系统,其实施为使得所使用的加热装置保持在恒定的温度上。
在US5824996中公开了一种导电的纺织加热元件,其由非金属的纱编织的带来制造。在此,带在其纵向方向上放置到支承体部分上。
在US2006/0278631A1中公开了使用带状的织物或者未编织的材料结构来制造导电的纺织加热元件,这些织物或者材料结构以事前未处理的形式粘合到支承体部分上。
DE10151298A1描述了一种在支承体材料上的加热膜,电阻丝沿着优选方向集成到支承体材料中。
此外,在一般现有技术中公开了一种用于制造加热体的方法,其中导电的碳纤维层气相淀积到支承体材料上。
US6137083描述了一种在空气动力学部件上的加热层,用于对在该空气动力学部件上的纵向区域进行加热。加热层由如下织物形成,其中导电粗纱束与将其彼此隔离的绝缘纤维借助纬纱(Schussfaeden)来交织,纬纱相对于粗纱束和绝缘纤维横向地并且在支撑织物的纬纱方向(Schussrichtung)上走向。加热层施加在空气动力学部件的表面上,使得粗纱束彼此平行地沿着部件的前缘走向。这种织物对于大面积的实施是不利的,因为在该情况下织物在制造过程中必须在整体上使用结合材料来稳定。结合材料使加热层的以下材料特性劣化:诸如刚度和强度或者疲劳特性。这些特性尤其对于应用于飞行器结构中形成具有长寿命的稳定的空气动力学部件而言很重要。
DE4214636A1描述了由至少一个平面的支承体层和与其关联的增强线构成的多轴向增强形成物,用于制造如下模制部分,其具有至少局部与在模制部分中出现的应力对应的力线定向的增强线布置。
本发明的任务是:提供一种加热系统,借助该加热系统可以以有效的方式并且同时以可快速实现的加热作用来对结构部件进行加热,并且该加热系统尤其可以针对相应的应用情况来优化,以便能够实现部件表面的有效加热。根据本发明的加热系统尤其应该能够根据飞行器要求来对飞行器的结构部件进行加热。在此,根据本发明的一个方面应该可能的是:将加热系统的产生热量的材料尤其在重量方面以最优方式集成到结构部件中。此外,本发明的任务是:提供一种结构部件以及由结构部件构成的装置,该结构部件具有这种加热系统。
本发明的另一任务是:提供一种具有至少一个电热加热层的加热系统,一种结构部件以及一种用于加热系统的受控加热的方法,借助该加热系统可以以有效的方式并且同时以可快速实现的加热作用来对结构部件进行加热,并且该加热系统尤其可以针对相应的应用情况来优化,以便能够实现部件表面的有效加热。根据本发明的加热系统尤其应该能够根据飞行器要求来对飞行器的结构部件进行加热。此外,本发明的任务是:提供一种结构部件和由结构部件构成的装置,该结构部件具有这种加热系统。
此外,本发明的另一任务是,提供一种用于制造部件半成品的方法和一种用于制造具有如下加热装置的部件的方法,该加热装置用于对部件表面进行加热,该部件可以针对相应的应用情况来优化,以便能够实现部件表面的有效加热。
此外,本发明的任务是:提供一种可以按照根据本发明的方法来制造的加热层。
这些任务通过独立权利要求的特征部分来解决。另外的实施形式在所引用的从属权利要求中说明。
根据本发明,使用由作为导电材料的至少一个粗纱束或者粗纱复合结构或者粗纱带构成的纤维复合加热层,其在连接供给装置时起欧姆电阻器的作用并且由此产生热量。
这相对于编织的材料提供如下优点:借助其可以制造具有改进的强度特性和疲劳特性的结构部件,并且同时借助其实现了对结构部件的能量上高效的加热,其是结构部件的组成部分。
借助根据本发明的解决方案,结构部件的加热可以根据特殊的个别情况要求以特别有效的方式来进行。尤其是,借助根据本发明的解决方案提供了如下加热系统,其在能量效率视角下适于对飞行器结构部件进行加热。尤其是,根据本发明的加热系统可以用于加热飞行器结构部件的遭受气流(Stroemung)的外表面,以防止或者减少在结构部件的这种外表面上形成冰。尤其是,通过集成根据本发明设计的加热层而可能的是,提供重量特别轻的并且在此也特别热效高的结构部件。根据本发明,至少一个粗纱束或者粗纱复合结构或者粗纱带设计用于形成加热层,至少一个粗纱束或者粗纱复合结构或者粗纱带尤其集成在结构部件中,使得粗纱可以吸收结构部件的应力,该应力来自外力通过粗纱来吸收。根据本发明集成到结构部件中的加热层以该方式为结构部件的传输负载的组成部分。
此外,在加热层中随时间变化的具有阶段性的高峰值的加热电流是可能的,因为在根据本发明的加热层中局部出现的温度是可控的并且尤其是可调节的。由在支承体部分半成品上或者在加热层上的粗纱结构的可优化性与在加热层中出现的温度的可控制性或者可调节性构成的组合在确定的应用情况中实现特别有效的使用,其中借助尽可能简单构造的并且轻便的结构和材料实现短时高加热功率。因此,优选的应用情况是飞行器的部件,尤其是被周围空气环流的空气动力学本体的表面。根据本发明的解决方案实现了将加热层可靠且时间持久地集成到部件中,并且尤其实现了飞行器的空气动力学本体的壳部分。此外,根据本发明制造的加热层的加热对其上设置有加热层的部件的影响可以以非常简单的方式来控制。
根据本发明设计有具有至少一个能量供给装置的加热系统。加热系统尤其具有:
●基本加热装置,其具有绝缘层,设置在绝缘层上的电热基本加热层,基本加热层由至少一个粗纱束或者粗纱复合结构或者粗纱带形成,以及具有电连接装置,所述至少一个能量供给装置通过电连接装置连接到基本加热层上,
●附加加热装置,其具有绝缘层,设置在绝缘层上的电热附加加热层,以及具有电连接装置,能量供给装置通过电连接装置连接到附加加热层上,
在此,尤其设计为:每个粗纱的端部连接到电连接装置的相应的电极上,使得每个粗纱在电连接装置的两个电极之间走向。此外,在设置有多个粗纱的情况下,粗纱沿着彼此并且在连接装置之间连续地走向。
尤其,结构部件具有用于对结构部件的表面进行加热的装置,其中用于对结构部件的表面进行加热的装置具有上述加热系统并且尤其由以下部分构成:
●由绝缘层构成的装置,该装置具有设置在结构部件的支承体层或者表面上的电热基本加热层,其由至少一个粗纱束或者粗纱复合结构或者粗纱带形成,并且该装置具有电连接装置,用于将能量供给装置连接到基本加热层上,其中每个粗纱的端部连接到电连接装置的相应的电极上,
●附加加热装置,该附加加热装置具有设置在结构部件的支承体层或者表面上的绝缘层,设置在绝缘层上的由至少一个粗纱束或者粗纱复合结构或者粗纱带形成的电热附加加热层(11),以及电连接装置(A11-1,A11-2),用于将能量供给装置(E10,E11,E12)连接到附加加热层上。
每个粗纱的端部分别连接到电连接装置的电极上,使得每个粗纱在电连接装置的两个电极之间走向。此外,在设置有多个粗纱的情况下,粗纱沿着彼此走向。
通过这种加热层实现了结构部件的在能量上非常有效的加热。
在此,基本加热装置和附加加热装置在空间上彼此关联,用于建立在功能上相关的加热作用,并且能量供给装置在此构建为使得附加加热层在激活阶段中在至少一个时间部分区段中被输送电流,以便在附加加热层的区域中将结构部件加热到认可的期望温度,并且基本加热层被持续地输送电流超过激活阶段时间,使得基本加热层持续地产生热量并且附加加热层在时间部分区段中产生热量。激活阶段在如下时段上延伸,对于该时段的结束假定为:结构部件在附加加热层的区域中具有期望温度。
在此,能量供给装置尤其可以构建为使得在加热阶段的第一时间段中,在附加加热层中流动的电流具有比流经基本加热层的电流大50%的强度,并且在加热阶段的在相应的第一时间段之后的第二时间段中在附加加热层中流动的电流具有比流经基本加热层的电流小50%的强度。
可替选地或者附加地,加热系统可以具有:另外的附加加热装置,其具有绝缘层,设置在绝缘层上的另外的电热附加加热层以及电连接装置,能量供给装置通过电连接装置连接到另外的附加加热层上,
●其中能量供给装置的用于对在加热层中的电流进行控制的功能构建为,使得针对在附加加热层中相应地流动的电流而在每个附加加热层中形成具有不同电流强度的加热电流的第一时间段和第二时间段,其彼此交替,
●其中在相应的第一加热阶段中的电流强度显著大于在相应的第二加热阶段中的电流强度。
在此,第一电热附加加热层和另外的电热附加加热层相对于基本加热层的平面延伸设置在基本加热层内。
根据另一根据本发明的实施例,至少一个基本加热层和/或至少一个电热附加加热层可以由通过电连接装置连接到能量供给装置上的至少一个导电粗纱带形成,粗纱尤其可以具有碳导体,其中该至少一个粗纱带设置为使得其平面地分布在附加加热层上。也就是说,粗纱通常可以由导电材料形成。在一个特定实施例中,粗纱可以由碳导体形成。由此,相应的加热层可以在结构上或者在材料技术上以特别的方式与相应关联的绝缘层和/或其上设置有相应的加热层的部件集成在一起。于是,例如可以设计为:在集成制造过程中制造和/或在此尤其单件式地制造这些层。在本发明的实施形式中,可以替选地或者附加地设计为:电热基本加热层由通过电连接装置连接到能量供给装置上的具有碳导体的至少一个粗纱带形成,其中该至少一个粗纱带设置为使得其以层的形式平面地分布在基本加热层上。在所有情况下,粗纱可以由碳丝形成,其在粗纱中彼此平行地或者至少分区段地在粗纱的纵向中走向。
此外,在根据本发明的加热系统中可以设计为:至少一个电热附加加热层由通过电连接装置连接到能量供给装置上的至少一个粗纱带形成,其在相应的加热层内曲折地走向。
第一内部加热装置和/或第二内部加热装置的加热区域在相应的加热区域的厚度方向上看可以由至少一个粗纱带的层形成。
通常,加热层可以由粗纱形成,并且在此加热层可以由一个或多个粗纱层形成。
可替选地或者附加地,电热层可以由金属导体形成。
在此,绝缘层可以单件地或者多件地形成。
此外,根据本发明设计有由结构部件和用于对结构部件的表面进行加热的加热系统构成的装置,其中结构部件根据在此描述的实施形式中的一个来形成。由结构部件和加热系统构成的装置的结构部件尤其可以具有壳部件。在此,在其上设置有加热层的表面可以是壳部件的一部分。
根据本发明,壳部件可以是前缘缝翼(Vorflügels)的壳,并且基本加热层可以设置在该壳的内侧和/或外侧上。至少一个附加加热层可以设置在该壳的内侧和/或外侧上。
本发明可以使用在金属或非金属的构造中,也就是说用于金属或非金属的结构部件。
优选地,单粗纱层设置到绝缘层或者部件上。由此,实现了部件的有效加热。
在相应的加热阶段、例如第一加热阶段和第二加热阶段中的电流强度尤其可以在相应的加热阶段内与时间有关的电流强度的情况下为平均电流强度。
根据本发明的另一方面,加热系统设置有至少一个电热加热层。此外,加热系统具有:
●能量供给装置,其具有:用于施加负载电压用于加热层的加热的负载电压供给装置,其中负载电压供给装置借助电连接装置连接到加热层上;以及用于施加测量电压的测量电压供给装置,测量电压小于用于加热层的加热的电压,其中测量电压供给装置借助电连接装置连接到加热层上,
●此外,加热系统具有:与负载电压供给装置和测量电压供给装置耦合的激励装置,其激励负载电压供给装置和测量电压供给装置,用于施加负载电压和测量电压,并且激励装置具有如下激励功能,借助该激励功能,负载电压移向零,并且接下来测量电压被施加,并且借助该激励功能在时间上交替地执行用于加热层的加热的负载电压和用于对加热层的电阻进行测量的测量电压,
●分析装置,用于根据所测量的电流强度来确定加热层的电阻,其中电热加热层由分别通过电连接装置连接到能量供给装置上的具有碳导体的至少一个粗纱束或者粗纱复合结构或者粗纱带形成,其中该至少一个粗纱带设置为使得其平面地分布在加热层上并且其中每个粗纱的端部连接到电连接装置的相应的电极上。
加热层尤其可以是所描述的根据本发明的结构部件的组成部分,使得加热层为结构部件的承载负荷的组成部分。
此外,加热系统可以按照根据本发明的实施形式来实现。
在本发明的一个实施例中,分析装置具有如下功能,借助其根据加热层的电阻来对于加热层的温度进行确定。可替选地或者附加地,分析装置可以具有如下功能,借助其根据加热层的电阻来确定加热层的完整性和/或部件的完整性。
在根据本发明的加热系统中尤其可以设计为,使得能量供给装置具有用于施加测量电压的测量电压供给装置,测量电压小于用于加热层的加热的电压,其中测量电压供给装置借助电连接装置连接到加热层上。在此,加热系统此外可以具有:与负载电压供给装置和测量电压供给装置耦合的激励装置,其激励负载电压供给装置和测量电压供给装置,用于施加负载电压和测量电压,并且激励装置具有如下激励功能,借助该激励功能,负载电压移向零并且接下来测量电压被施加。测量电压尤其可以在5伏特以下。
在此,测量装置设计用于对由测量电压引起的电阻进行测量,或者对加热层的完整性和/或部件的完整性进行确定。
激励装置尤其可以实施为,使得用于加热层的加热的负载电压和用于对加热层的电阻进行测量的测量电压在时间上交替地进行。交替施加负载电压和施加测量电压可以以在时间上恒定的频率来进行。
在此,此外可以设计为:在时间上交替地通过第一能量供给装置部分产生负载电压用于加热层的加热,并且在时间上交替地通过第二能量供给装置部分产生测量电压用于对加热层的电阻进行测量。
根据本发明的另一方面,根据本发明的加热系统可以构建为,使得,
●在至少一个电热加热层中设置有电测量线路,其集成在加热层中,
●能量供给装置具有用于施加测量电压的测量电压供给装置,其通过测量线路端子连接到电导体上,
●测量装置设计用于对在测量线路中由测量电压引起的电流强度进行测量。
在此,加热系统尤其可以具有:具有用于施加负载电压用于加热层的加热的负载电压供给装置的能量供给装置,其中负载电压供给装置借助电连接装置连接到加热层上。
在此,电热加热层由通过电连接装置连接到能量供给装置上的具有碳导体的至少一个粗纱束或者粗纱复合结构或者粗纱带形成,其中每个粗纱的端部连接到电连接装置的相应的电极上,使得每个粗纱在电连接装置的两个电极之间走向,并且其中该至少一个粗纱带相应地设置为,使得其平面地分布在附加加热层上。此外,在至少一个电热加热层中设置有电测量线路,其集成在加热层中。此外设计:
●能量供给装置具有用于施加测量电压的测量电压供给装置,其通过测量线路端子连接到电测量线路上,
●测量装置设计用于对在测量线路中由测量电压引起的电流强度进行测量,
●测量装置在功能上与传感器值处理装置连接,其具有比较功能,比较功能将温度值与对应于在壳部分上形成冰的概率的至少一个比较值相比较,并且在达到或者超过边界值时向系统功能发送信号值。
测量线路可以由粗纱束或者粗纱复合结构或者粗纱带形成。
根据一个实施例,加热层可以是所提及的结构部件的组成部分,并且可以作为这种结构部件的组成部分根据本发明地来制造。
在此,尤其可以设计为:测量电压可以小于用于加热层的加热的电压的1/10。由此,可以将适于小电压和小电流强度的部件以及尤其较小的部件用于测量电压供给装置和测量装置。
在这些实施例中,加热系统可以构建为使得测量装置与传感器值处理装置在功能上连接,传感器值处理装置具有如下比较功能,其将温度值与对应于在壳部分上形成冰的概率的至少一个比较值相比较,并且在达到或者超过边界值时向系统功能发送信号值。
尤其,系统功能可以构建为,使得当超过对应于在壳部分上形成冰的概率的边界值时,系统功能停止加热层的加热。
根据本发明的另一方面,加热装置可以构建为使得其可以产生具有不同的热功率的不同的加热级,并且系统功能可以实施为使得在如下情况下产生警报信号:存在其中产生最大热功率的至少一个预给定的加热级,并且同时超过对应于在壳部分上形成冰的概率的边界值。尤其可以在存在最高加热级时产生警报信号。
根据本发明的另一实施例,调节功能可以设计用于调节壳部分的温度,调节功能与传感器值处理装置在功能上连接并且从传感器值处理装置接收所确定的温度值作为输入量,其中调节功能基于期望温度来产生给能量供给装置的指令信号。
此外,根据本发明设计有尤其是具有壳部分的飞行器的结构部件,壳部分具有被环流的外表面和内部区域,其中结构部件此外具有根据本发明的一个实施例的加热系统的加热层。此外,能量供给装置、测量装置和分析装置与结构部件或者加热层关联或者集成在其中。
根据本发明的另一方面,设计一种用于对具有至少一个电热加热层的加热系统受控进行加热的方法,该方法具有以下步骤:
●在加热阶段中,将负载电压施加到加热层上,用于加热层的加热,
●在加热阶段期间或者之外将测量电压施加到加热层上,测量电压小于负载电压,
●对电流强度变化进行测量,电流强度变化是由于碳纤维加热元件在施加测量电压的情况下的电阻的温度相关性而出现的。
加热系统尤其按照一个根据本发明的实施例来构建。在该方法中,确定加热层的温度可以基于电流强度变化来进行,电流强度变化基于碳纤维加热层的电阻的温度相关性。可替选地或者附加地可以设计为:基于加热层的电阻来确定加热层的完整性和/或部件的完整性。
根据本发明的另一方面设计为:一种用于监控加热层的完整性的方法,加热层由至少一个粗纱束或者粗纱复合结构或者粗纱带形成,其中在至少一个电热加热层中设置有电测量线路,其集成在加热层中,该方法的特征在于以下步骤:
●施加负载电压,在施加负载电压之后的确定的时段中测量在加热层中的负载电流,作为要实现的温度的值,
●接下来,基于预给定的、施加到测量线路上的测量电压来测量在测量线路中的测量电流,作为实际温度的值,
●将要实现的温度的值和实际温度的值进行比较,并且在表示温度的值偏差了最小量的情况下进行加热层的错误状态关联。
在该方法中尤其可以设计为:将至少一个粗纱束或者粗纱复合结构或者粗纱带用作测量线路。尤其可以将设置在粗纱之间的独立的测量线路用作测量线路。
该方法可以实施为,使得预给定用于确定表示温度的值的偏差的第一最小量和第二最小量,其中第一最小量小于第二最小量,并且当表示温度的值的偏差在第一最小量和第二最小量之间时,将加热层与第一错误状态关联,并且当表示温度的值的偏差超过第二最小量时,将加热层与第二错误状态关联。在此,尤其可以基于第二错误状态的关联而将加热层视为故障,并且用于施加负载电压的相应的功能配置为使得基于该关联不操作加热层。
此外,根据本发明设计有具有结构部件的加热系统,该结构部件具有作为该结构部件的组成部分的至少一个电热加热层,加热系统具有:
●具有用于施加负载电压用于加热层的加热的负载电压供给装置的能量供给装置,其中负载电压供给装置借助电连接装置连接到加热层上,
●其中在至少一个电热加热层中设置有电测量线路,其集成在加热层中,
●其中电热加热层由通过电连接装置连接到能量供给装置上的具有碳导体的至少一个粗纱带构成,其中每个粗纱的端部连接到电连接装置的相应的电极上,使得每个粗纱在电连接装置的两个电极之间走向,并且其中该至少一个粗纱带设置为使得其平面地分布在附加加热层上,
●其中能量供给装置具有用于施加测量电压的负载电压供给装置,其通过测量线路端子连接到电测量线路上,
●其中测量装置设计用于对在测量线路中由测量电压引起的电流强度进行测量,
●其中测量装置与控制装置在功能上连接,控制装置施加负载电压用于监控加热层的完整性,测量装置在负载电压被施加之后的预定的时段中测量在加热层中的负载电流,作为要实现的温度的值,接下来基于预给定的、施加到测量线路上的测量电压来检测在测量线路中的测量电流,作为实际温度的值,接下来进行要实现的温度的值与实际温度的值的比较,并且在表示温度的值偏差了最小量的情况下进行加热层的错误状态的关联。
根据本发明的另一方面,一种用于制造部件半成品的方法,该部件半成品用于制造在其表面上设置有至少一个加热层的三维部件,该方法具有以下步骤:
●在粗纱定义步骤中,在预给定的加热电压下基于对于每个设计的加热层而言要实现的面特定的加热功率来确定至少一个粗纱束或者粗纱复合结构或者粗纱带的几何布置和/或走向,用于形成具有最小能量消耗的加热层,
●根据该至少一个粗纱束或者粗纱带的布置和走向,在粗纱定义步骤之后将导电的粗纱分步地并排施加到平面地张紧的、由电绝缘材料形成的支承体部分半成品上,并且将粗纱固定在支承体部分半成品上,
●进行稳定化处理,用于使带有粗纱或者该至少一个粗纱束或者至少一个粗纱复合结构或者至少一个粗纱带的半成品稳定。
在此,可以基于加热层的预给定的几何边缘走向来确定至少一个粗纱束或者粗纱复合结构或者粗纱带的几何布置和/或走向,用于形成加热层。此外,可以设计为,在预给定的几何边缘走向内从粗纱的布置和/或走向的预给定的组来选择:确定至少一个粗纱束或者粗纱复合结构或者粗纱带的几何布置和/或走向,用于形成加热层。在此,可以设计为:粗纱在加热层中的蛇形的和/或环形的走向属于粗纱的走向的预给定的组。
此外,在该方法中可以预给定至少一个粗纱束或者粗纱复合结构或者粗纱带的几何布置和/或走向,用于形成加热层,并且基于该预给定可以确定粗纱的数量和/或粗纱的尺寸和/或粗纱之间的距离。
将粗纱固定在支承体部分半成品上尤其可以通过在支承体部分半成品上的缝纫方法或刺绣方法或者粘合方法来实现。
稳定化处理尤其可以包含结合处理。在此,尤其可以设计为:通过缝纫方法或刺绣方法将粗纱固定在支承体部分半成品上。
粗纱的固定尤其可以通过缝纫方法和/或刺绣方法来进行并且在此尤其可以单个地或者成组地进行。也就是说,可以设计为:每个粗纱单个地通过刺绣方法固定在支承体部分半成品上,和/或多个粗纱一起通过刺绣方法固定在支承体部分半成品上。在粗纱的成组固定的情况下尤其设计为:在接下来铺设或者固定一个或多个粗纱之前,将三个以下的粗纱的组固定在一起。在将粗纱单个地固定在支承体部分半成品上时,可以附加地设计为:通过刺绣方法将粗纱组固定在支承体部分半成品上。
可替选地或者附加地可以设计为:通过粘合方法将粗纱固定在支承体部分半成品上。
要施加在支承体部分半成品上的粗纱可以由干燥材料和/或预浸材料形成。如果将预浸材料用于粗纱,则可以借助预浸粗纱的树脂来实现:进行粘合方法,以将粗纱固定在支承体部分半成品上。
通过根据本发明的具有通过刺绣方法将粗纱固定在支承体部分半成品上的制造方法而尤其可能的是:粗纱分布在支承体部分半成品的面上使得在支承体部分半成品的厚度方向上或者要形成的加热层的厚度方向上看,每个粗纱在同一放置平面上走向。也就是说,在此不允许各个粗纱的交叠或者这些粗纱的区段在所提及的厚度方向上的交叠。将粗纱固定在支承体部分上可以针对每个单个的粗纱分步地进行,使得在将一个粗纱牢固地刺绣在支承体部分上之后将下一根粗纱铺设到支承体部分上。
该方法在单个的应用情况中可能是费事的,然而从该方法中得到的粗纱在支承体部分半成品上的布置具有如下优点:例如粗纱的布置、走向、厚度、特性和/或数量可以根据可预给定的优化标准来优化。此外,在加热层中随时间变化的带有阶段性的高峰值的加热电流是可能的,因为在根据本发明的加热层中局部出现的温度是可控的并且尤其是可调节的。由粗纱结构在支承体部分半成品上或者在加热层上的可优化性与在加热层中出现的温度的可控制性或者可调节性构成的组合能够实现在确定的应用情况中的特别有效的使用,其中借助尽可能简单构造并且轻便的结构和材料能够实现短时的高加热功率。因此,优选的应用情况是飞行器的部件,尤其是被周围空气环流的空气动力学本体的表面。根据本发明的解决方案实现了将加热层可靠且时间持久地集成到部件中,并且尤其实现了飞行器的空气动力学本体的壳部分。此外,根据本发明制造的加热层的加热对其上设置有加热层的部件的影响可以以非常简单的方式来控制。
此外,按照根据本发明的一个实施例可以设计为:将粗纱铺设和固定到支承体部分半成品上,使得粗纱形成由彼此并排的粗纱的层构成的带。在此,粗纱可以铺设为,使得其彼此平行地并且分区段地蛇形地走向。
按照根据本发明的方法的另一实施例可以设计为:在将粗纱固定在支承体部分上之后,将该带有固定在其上的粗纱的支承体部分施加到具有三维支承表面轮廓的工具上。
在根据本发明的方法的一个改进实施形式中设计为:在加热层定义步骤中,基于对在要制造的部件上的至少一个加热层的定义确定在预给定的电压下对于每个所设计的加热层而言要实现的面特定的加热功率。
可替选地或者附加地,在根据本发明的方法中可以设计为:在加热层定义步骤之后,在粗纱定义步骤中针对面特定的加热功率将用于相应的加热层的粗纱的数量最小化。
根据本发明可以设计:在加热层定义步骤之后,在粗纱定义步骤中针对面特定的加热功率将用于相应的加热层的粗纱束或者粗纱带的数量最小化。
按照根据本发明的方法也可以设计为:在将支承体部分半成品铺设到具有三维支承表面轮廓的工具上之前,通过借助导电粘合材料将金属接触体与粗纱或该至少一个粗纱束或者粗纱带的端部区段连接来接触粗纱的端部区段或者至少一个粗纱束或者粗纱带的端部区段。粘合材料尤其可以是包含金属的粘合材料。
在该根据本发明的方法中,粗纱或者粗纱束或者至少一个粗纱带由导电的金属纤维或者非金属纤维形成。
按照根据本发明的方法的另一实施例可以设计为:在导电的粗纱或者至少一个粗纱束或者粗纱复合结构或者粗纱带之间放置有由玻璃构成的粗纱,以便将导电粗纱彼此电绝缘。
按照根据本发明的方法的另一实施例可以设计为:在导电的粗纱或者至少一个粗纱束或者粗纱复合结构或者粗纱带之间放置有玻璃织物,以将两个粗纱层彼此电绝缘。
此外,根据本发明设计有用于制造带有具有至少一个加热层的装置的部件的方法,其中根据用于制造部件半成品的方法的一个实施例来制造部件半成品,用于制造三维的部件。在此设计为:部件半成品借助树脂注入方法或者树脂注射方法来制造。可替选地或者附加地,可以将预浸半成品用于制造部件半成品,使得以预浸制造方法制造部件半成品。在此,尤其可以将预浸材料用于支承体部分半成品和/或绝缘层的材料和/或粗纱的材料。
在此,此外可以设计为:对硬化的部件进行切削后处理。可替选地或者附加地可以设计为:借助温度记录方法进行能量供给装置的连接和加热层装置的功能检验。
此外,根据本发明设计有具有至少一个电热加热层的部件,其中该至少一个电热附加加热层具有:以电导体形成的多个粗纱,其中多个粗纱设置为使得多个粗纱平面地分布在加热层上;以及电连接装置,用于将加热层连接到能量供给装置上。在此,多个粗纱尤其可以形成至少一个粗纱带,其中该至少一个粗纱带设置为使得其平面地分布在加热层上。粗纱的电导体可以是碳导体或者由碳导体构成,其中该至少一个粗纱带设置为使得其以层的形式平面地分布在加热层上。至少一个粗纱尤其可以由碳丝形成,碳丝在粗纱中彼此平行地走向或者至少分区段地在粗纱的纵向上走向。
粗纱可以在至少一个电热加热层中曲折地走向。
此外,电热加热层在其厚度方向上看可以由至少一个粗纱带的层形成。
可替选地或者附加地,电热加热层可以由金属导体形成。
根据本发明的另一方面,使用高温计来对在结构部件的区域上的温度进行测量。在此,飞行器结构部件尤其设置有温度测量装置,用于确定结构部件的区域的温度,其中结构部件具有壳部分和支承体部件,壳部分具有被环流的外表面和内部区域。温度测量装置尤其具有:
●设置在结构部件的支承体部件上的高温计,高温计指向壳部分的朝向高温计的表面上的区域并且具有辐射传感器,用于根据热辐射产生传感器值,
●传感器值处理装置,其从辐射传感器所检测的传感器值中确定温度值。
在此,传感器值处理装置具有比较功能,其将温度值与对应于在壳部分上形成冰的概率的至少一个比较值相比较,并且在达到或者超过边界值时向系统功能发送信号值。
根据本发明的另一实施例可以设计为:在壳部分上设置有用于防止在壳部分上形成冰的加热装置,并且系统功能构建为,使得当超过与在壳部分上形成冰的概率对应的边界值时,系统功能将加热装置接通。在此,加热装置可以构建为,使得加热装置可以产生不同的加热级,并且系统功能可以实施为,使得在如下情况下产生警报信号:存在其中产生最大热功率的最高加热级,并且同时超过与在壳部分上形成冰的概率对应的边界值。
根据本发明的由结构部件和温度测量装置构成的组合可以构建为,使得在壳部分的表面上设置有至少一个加热层,其可以通过能量供给装置来加热,用于防止形成冰。
温度测量装置可以与用于对高温计所检测的壳部分的区域的温度进行调节的调节功能关联,调节功能与传感器值处理装置在功能上连接并且从传感器值处理装置接收作为输入量的温度值,温度值从高温计的传感器值中确定,其中调节功能基于由高温计所检测的壳部分的区域的期望温度来产生给能量供给装置的指令信号。
根据本发明,高温计可以安置在支承体部件上使得高温计的姿态和/或位置可调节。
在使用高温计情况下的优点尤其通过如下方式得到:测量可以在非常短的时间中,更确切地说典型地在1ms和10μs之间的时段中实现。由此,在分析装置中的分析和尤其借助除冰装置对于温度的调节可以在短时间中并且甚至在同一重复率(Iterationsrate)内进行。具有高温计的测量装置的出错率并不具有损耗(Verschleiβ),使得该装置设置有低的出错率。测量的足够的精度也与高温计的根据本发明的应用关联,因为借助高温计未对测量目标的温度产生影响,并且由于传感器与对其进行测量的部件没有热接触所以没有误差。尤其,也可以在部件的表面上出现电磁场的情况下借助高温计来进行测量。
可以使用集成到部件或者壳部件中的热电偶,用于直接检测在部件的区域上的温度和尤其壳部件的区域上的温度。与此相比,使用高温计来检测在航空部件的除冰结构上的温度具有如下优点:该高温计可以作为附加的部件嵌入到可选的部件结构中,而不必修改相应的部件的壳部件。与此相比,通过使用集成到部件或者壳部件中的热电偶需要部件结构的比较费事的加工。传统热电偶的集成也会导致壳部件的增厚,这对于被环流的航空件是不利的。此外,将热电偶集成到壳部件中的连接技术由于在飞行器部件上的连接的不可靠的寿命而是有问题的。此外,至加热结构的热耦合是复杂且高开销的,并且因此在检测温度的情况下仅仅技术受限地可能。其结果是,设置传统热电偶:该热电偶太迟钝,而不能实施和检测在激活在飞行器部件上的除冰的情况下的高的加热效率。
在将高温计嵌入到飞行器的结构部件中的情况下,可以通过合适的距离和光学系统来限定如下的面,高温计可以在该面中“整体地”检测温度。借助集成到壳部件中的热电偶只能局部地检测在加热元件上的非常小的面上的温度。
在事故情况下更换高温计是毫无问题的,并且尤其与使用集成在壳部件中的热电偶相比是有利的,因为高温计在故障情况下是可更换的。与此相比,在集成到加热结构中的热电偶的情况下必须更新整体壳部件。
在下文中借助附图来描述本发明的实施例,其中:
●图1示出了具有根据本发明的加热系统的两个加热层的机翼前缘(Vorderkantenklappe)的透视图,
●图2示出了根据本发明的具有由碳粗纱形成的加热层的加热系统的一个实施例的示意图,加热层带有能量供给装置,其可以用于监控加热层,
●图3示出了根据本发明的具有三个由碳粗纱形成的加热层的加热系统的一个实施例的示意图,这些加热层带有能量供给装置,其可以用于监控加热层,
●图4示出了根据本发明的具有由碳粗纱形成的加热层的加热系统的一个实施例的示意图,加热层带有能量供给装置,其可以用于监控加热层,其中电导体集成到加热层中,电导体的电阻用于确定加热层的状态,
●图5示出了根据本发明的具有三个由碳粗纱形成的加热层的加热系统的一个实施例的示意图,这些加热层带有能量供给装置,其具有负载电压供给装置和测量电压供给装置,用于监控加热层,其中电导体集成到加热层中,电导体的电阻用于确定加热层的状态,
●图6示出了粗纱的布置的一个实施例,用于形成根据本发明的加热系统的加热层,
●图7示出了粗纱的布置的另一实施例,用于形成根据本发明的加热系统的加热层,
●图8示出了粗纱的布置的另一实施例,用于形成根据本发明的加热系统的加热层,
●图9示出了具有根据本发明的方法步骤的流程图,其中所示方法步骤中的几个可视为可选的,
●图10示出了本发明的一个实施例的示意性截面图,其带有飞行器的机翼前缘,该机翼前缘具有壳部分和内部区域,在内部区域中设置有用于检测壳部分的温度的高温计;
●图11示出了飞行器的机翼前缘的区段,两个加热附加体集成到该区段中。
根据本发明设计了一种具有至少一个电热加热层的加热系统,该至少一个电热加热层尤其由碳纤维形成并且设置在部件1上。此外,加热系统具有:
●能量供给装置,其具有负载电压供给装置用于施加负载电压来对加热层加热,其中负载电压供给装置借助电连接装置连接到加热层上,
●测量装置,用于在负载电压被施加时测量电流强度,以及
●分析装置,用于根据所测量的电流强度确定加热层的电阻。
尤其可以设计为:基于对电阻的确定来确定在该电阻中出现的温度。
根据本发明,在使用电热加热层的情况下通过测量在加热层中或者在到加热层的馈电线中的电流强度借助在同一时间段中施加到加热层上的电压以及欧姆定律来确定电阻。根据本发明的加热系统1由至少一个电热加热层形成,其设计用于布置到结构部件上。借助将加热层布置到结构部件上可以加热该结构部件,以加热周围空气或者部件本身。测量装置设置用于测量电流强度和分析装置设置用于确定电阻,分析装置与测量装置在功能上连接。分析装置可以具有校准表,用于确定电阻,该校准表考虑相应的部件1的(例如导致非线性效应的)特定特性。
根据应用情况,将所确定的电流强度用于不同的目的。首先,可以从所确定的电流强度中确定相应地在加热层中的并且因此在部件1上的温度。为此,利用如下效应:碳纤维加热层的电阻随着温度变化。在本发明的一个实施例中,分析装置具有如下功能,借助该功能根据加热层的电阻来确定加热层的温度。为此,可以在分析装置中实现相关表格或者相关功能,借助其,该分析装置针对相应的部件从所确定的电流强度中确定温度。可替选地或者附加地,分析装置可以具有如下功能,借助该功能根据加热层的电阻来确定加热层的完整性,因为在电流强度下降超过预定的边界值的情况下起因可能在于:电热层在导电区域中有缺陷并且由此作为部件的部分也受损。为此目的,分析装置可以具有比较功能,其将所确定的或者相应地确定的电流强度与相应地确定的电流强度同在相应地施加的电压情况下存储的期望电流强度值之差的预先给定的边界值相比较。此外,分析装置可以具有如下功能,其在超过相应的加热层的边界值的情况下关联有缺陷状态。此外,该功能可以构建为,使得其产生警报信号并且将该警报信号输出给使用该警报信号的另一功能。
在该发明的一个改进方案中,加热系统1的能量供给装置21具有用于施加测量电压的测量电压供给装置,测量电压小于用于对加热层加热的电压。例如,在图2中示出了具有用于应用于根据本发明的加热系统的加热层11的加热系统S11的一个实施例,并且在图3中示出了三个加热系统S10、S11、S12与应用于根据本发明的加热系统的总共三个加热层10、11、12的组合。根据图2的加热层11具有如下形式,该加热层借助该形式可以用于与根据图3的加热层组合并且可以集成到其中。
在这里所使用的加热层的这些实施形式中,加热层分别由多个并排的并且形成带B的粗纱R形成,粗纱R曲折地走向。为该目的,加热层10、11、12的彼此平行并且并排走向的区段通过由不导电材料构成的绝缘装置20、21或22彼此电绝缘。曲折地表示粗纱R的走向或者粗纱R的带B的走向,其中同一带B的纵向区段或者同一粗纱R的纵向区段相对于用于描述在其上有粗纱的电绝缘层的平面延伸的坐标在彼此相反的方向中走向,使得在这些纵向区段之间设置有弯曲区段,其中在粗纱R的纵向上或者在带B的纵向上彼此相继的弯曲区段具有彼此相反的弯曲。换言之:“曲折”在本上下文中表示:同一粗纱的纵向区段并排且彼此平行地放置,其中相应地并排的纵向区段是在粗纱的纵向延伸中连续的纵向区段,使得形成粗纱的曲折的或者蛇形的走向。
根据本发明的一个实施形式,加热层的温度确定和完整性确定通过对表示负载电阻的加热层的负载电流的持续测量来实现。在加热层由于电流流经负载电阻而温度提高的情况下,负载电流升高,因为加热层的总电阻变小。这引起加热层的累进的温度升高。出于结构健康监测的目的,检测加热层的完整性或者检测结构损伤通过测量加热层的总电阻来进行,当加热层的结构受损伤时,加热层的总电阻提高,因为加热层的横截面于是局部地较小。
可替选地或者附加地,测量加热层的温度和加热层的完整性可以通过施加测量电压或者借助集成在加热层中的测量线路ML来进行(图4和5)。
在图2的实施形式中,设置有能量供给装置E11,其带有用于产生测量电压U测量的测量电压供给装置和用于产生负载电压U负载的负载电压供给装置,该能量供给装置借助两个电连接装置A11-1、A11-2连接到加热层上。类似地,在图3的实施形式中,为了对三个加热层供电设置有三个能量供给装置E10、E11、E12,其分别具有用于产生测量电压U测量的测量电压供给装置和用于产生负载电压U负载的负载电压供给装置,能量供给装置E10、E11、E12分别借助两个电连接装置A10-1、A10-2;A11-1、A11-2;A12-1、A12-2连接到加热层10、11、12上。
在加热系统1的一个实施例中,该加热系统此外具有:与负载电压供给装置和测量电压供给装置耦合的激励装置,该激励装置激励负载电压供给装置和测量电压供给装置,用于施加负载电压和测量电压,并且该激励装置具有如下激励功能,借助其,负载电压移向零,也就是说,至少移向在根据本发明的测量方法中小到可忽略的值,并且接下来测量电压被施加。在此,测量装置尤其设计用于测量由测量电压引起的电阻。施加负载电压和测量电压的时刻尤其可以根据恒定的频率来设计。
在一个应用情况中,在其上设置有根据本发明的加热系统的加热层的结构部件可以是飞行器的部件,使得根据本发明的加热系统或者加热层尤其可以减少或者防止结构部件表面的结冰。结构部件尤其可以是飞行器的被气流环绕流动的空气动力学本体,譬如机翼、襟翼(Flügelklappe)、机翼前缘、稳定翼(Flosse)或者垂直尾翼(Seitenleitwerk)。尤其是,空气动力学本体或者在其上可以施加有加热层的表面可以是朝向流动的表面或者是与朝向气流的表面连接的表面(图1)。飞行器通常可以是固定翼飞行器或者旋翼飞行器。在此,加热层也可以施加在螺旋桨的表面或者转子的表面上。
在图1中针对该应用示例性地示出了飞行器的机翼前缘。在部件1的表面3或者基本体4的表面3上(部件或基本体在所示的实施例中是机翼前缘1的壳部分4)集成有分别具有基本加热层10的加热装置H1、H2和设置在基本加热层10中的多个内部加热装置或者附加加热层11、12。基本加热层10和至少一个附加加热层11构建为电热加热层,使得其至少部分导电地构建并且在相应供电的情况下产生热量。为了使基本加热层10和至少一个附加加热层11在布置在要加热的结构部件上时相对于结构部件电绝缘,在基本加热层10和至少一个附加加热层11、12之间设置有电绝缘的绝缘或隔离装置20。此外,绝缘或隔离装置20设置在基本加热层10或者附加加热层11、12内的粗纱R的带B的相邻的区段之间(图2和3)。绝缘或隔离装置20也可以是结构部件的在其上设置有基本加热层10和附加加热层11、12的部分,是其本身或者独立的部分。绝缘或隔离装置可以由玻璃形成。此外,所有加热层10、11、12设置在绝缘层上,使得在加热层中流动的加热电流相对于部件1的在其上设置有加热层10、11、12的部分绝缘。
在该实施例中,六个粗纱R并排地放置在支承体材料上并且与其在结构上集成在一起。粗纱R沿着其总的纵向延伸并排,也就是说在加热层的厚度方向上看,没有粗纱R的纵向区段位于同一粗纱带B的另一粗纱R的纵向区段之上或者之下。粗纱R在加热层11中彼此平行并且曲折地走向。在其中设置有根据图2的实施形式中的粗纱R的带B的曲折的放置图案中形成粗纱R的带B的彼此平行地走向的纵向区段11a、11b、11c、11d、11e。粗纱R的带B在其端部上与连接件A11-1、A11-2连接,这些连接件又分别借助线路L11-1、L11-2连接到电流或电压供给装置E上。由此,加热层11可以通过能量供给装置E来供电,使得加热层11可以根据供电向部件或者其环境发出热量。
壳部分4尤其可以由纤维复合材料(FVW)或者纤维复合塑料(FVK)形成。根据实施形式来设计的加热层设置在不导电的层上,使得加热层相对于壳部分的其余区段绝缘。
加热层10、11、12通常可以作为独立的部分施加在部件上或者与部件单件式地来制造。在此,部件可以至少在加热层的区域中由碳纤维半成品形成。在另一方法步骤中,半成品可以通过树脂注射方法或者注入方法制造成统一的或者单件式的部件。
设置在要加热的结构部件上的绝缘层尤其可以由玻璃、芳香族聚酰胺或者塑料形成并且尤其由玻璃纤维塑料(GFK)形成。此外,绝缘层可以彼此连接或者也可以形成统一的绝缘层。绝缘层或者绝缘层中的各个绝缘层也可以相应地是要加热的结构部件的组成部分。在此,绝缘层可以单个地或者总体地形成并且尤其是制造,或者绝缘层可以与要加热的结构部件统一地或者单件式地形成并且尤其是制造。尤其是可以设计为:要加热的结构部件或者其壳部件由不导电材料形成并且在此尤其由玻璃纤维塑料(GFK)、纤维复合材料(FVW)或纤维复合塑料(FVK)或者金属材料形成。在此,要加热的结构部件或者其壳部件本身是绝缘层或者具有绝缘层。
设置在部件上的至少一个加热层优选地由碳材料形成,其通过电连接装置来电连接并且在施加相应的电压的情况下引导电流,使得该至少一个加热层可以被加热。尤其是,该至少一个加热层可以由以预定的结构和厚度的导电粗纱或者粗纱束或者粗纱复合结构或者粗纱带形成。
在本上下文中,“粗纱”理解为由连续碳丝或者导电线缆构成的束,其在在粗纱中可以不扭曲和/或可以延伸。在此,线缆尤其是可以由借助玻璃纤维包裹的电导体譬如金属导体形成。导电的单丝可以由碳丝和/或碳纤维和/或金属合金和/或带有例如金属涂层的玻璃纤维形成。尤其是,粗纱也可以仅仅由纤维和尤其碳纤维形成。粗纱可以设置有或者未设置基体材料。在此,可以将如下形式的材料用于根据本发明来使用的粗纱:连续粗纱、连续纱线(Garn)、连续经纱(Zwirn)、连续软线(Schnüren)、连续纺织物(Gewirke)、连续编织物(Webware)、连续绲(Kordeln)或者连续针织物(Maschenware)。这种连续粗纱可以卷绕到卷轴或者卷筒上,以使用在根据本发明的方法中,以便在合适的纵向区段中从卷轴或者卷筒提取粗纱,而应用于根据本发明的方法。
在根据本发明的另外的实施例中,“粗纱”根据本发明可以由多个粗纱形成,其在该情况下是下粗纱(Unter-Rovinge)。在此,下粗纱尤其可以彼此交织或者彼此缠绕。不必在平坦的层中走向的多个下粗纱构成的这种组合在本上下文中理解为“粗纱束”。
粗纱可以以不同的方式放置在相应的绝缘层上。在此,粗纱可以放置在绝缘层上,使得粗纱的表面尽可能填充绝缘层的平面延伸,而同时粗纱的各个区段通过位于其间的不导电材料和尤其玻璃织物或者塑料膜彼此绝缘。
用于形成加热层,粗纱可以作为单个粗纱或者作为至少一个粗纱复合结构或者作为至少一个粗纱带来设置。在本上下文中,“粗纱带”理解为在其纵向上并排走向的粗纱的布置,在加热层的厚度方向上看,粗纱因此并没有在其纵向区段上彼此相叠。在本上下文中,“粗纱复合结构”理解为在其纵向上并排或者相叠地走向的粗纱的布置,在加热层的厚度方向上看,粗纱由此在其至少一个纵向区段上彼此相叠。
在加热层内,粗纱可以分区段地交叠,也就是说在加热层的厚度方向上看,粗纱的纵向区段可以彼此相叠。然而在根据本发明的一个实施例中,用于形成加热层的粗纱设置为使得在加热层的厚度方向上看粗纱并不在其纵向区段上彼此相叠。
相对于粗纱的纵向方向设置的粗纱的端部件分别连接有导电的连接件,电线路L又与连接件连接并且连接在能量供给装置上。由此,具有预定的电流强度和预定的时间变化曲线的电流可以借助能量供给装置的控制功能流经粗纱,以便对粗纱和由此对其上设置有粗纱的部件进行加热。基本上,在部件的厚度方向上看,多个粗纱可以彼此相叠地设置,其可以彼此平行走向或者也可以反向地走向。
粗纱或者至少一个粗纱束或者粗纱带可以彼此平行并且波状地走向。基本上,在部件的厚度方向上看,多个粗纱可以彼此相叠地设置,其可以彼此平行或者反向地走向。用于形成加热系统的加热层的粗纱或者至少一个粗纱束或者粗纱带可以设置的其他形状可以根据相应的应用情况的要求来设计。
如在图2、3、4和5中所示,分别所示的加热系统S、S10、S11、S12具有能量供给装置,该能量供给装置具有用于产生测量电压U测量的测量电压供给装置和用于产生负载电压U负载的负载电压供给装置,能量供给装置通过线路L借助两个电连接装置连接到加热层上。于是,在图2和4中所示的加热系统S11具有能量供给装置E11,该能量供给装置具有用于产生测量电压U测量的测量电压供给装置和用于产生负载电压U负载的负载电压供给装置,该能量供给装置借助两个电连接装置A11-1、A11-2连接到加热层上。类似地,在图3和5的实施形式中,为了对三个加热层供电设置有三个能量供给装置E10、E11、E12,其分别具有用于产生测量电压U测量的测量电压供给装置和用于产生负载电压U负载的负载电压供给装置,这三个能量供给装置分别借助两个电连接装置A10-1、A10-2;A11-1、A11-2;A12-1、A12-2连接到加热层10、11、12上。
能量供给装置E10、E11、E12实施为使得其具有用于施加测量电压的测量电压供给装置,其通过测量线路端子连接到电导体上。在图2和3的实施形式中,测量电压和负载电压在时间上连续地施加到相应的加热层上,使得当在相应的加热层中有测量电压时,进行电阻的测量。因为在图4和5的实施形式的加热层中集成有各自的测量线路ML,所以也可以在负载电压施加到相应的加热层上时才将测量电压施加到相应的加热层上。测量装置设计用于对在测量线路中由测量电压引起的电流强度进行测量。在此所使用的测量电压尤其可以小于用于对加热层10、11、12加热的电压的1/10。
在图4和5中所示的在其结构方面对应于图2或者3的加热层的实施例中,出于测量电阻或改变电阻的目的,分别将电线路ML插入或者集成到加热层10、11或者12中。在这些附图中为了更好的说明而示出了不带粗纱R的加热层的带B。于是,根据该实施例的加热系统由至少一个电热加热层形成,其中在该至少一个电热加热层中设置有电测量线路,电测量线路集成在加热层中。
根据本发明的实施例的测量线路可以通过单个的电导体、粗纱、粗纱束或者粗纱带来形成。
在使用如在图5中所示的加热系统的组合的情况下,不必在每个加热层中集成测量线路ML。根据应用情况,也可以仅仅在一个或者多个加热层中分别集成有测量线路ML。
所示的加热系统示出为平坦的加热层,然而这些加热系统在施加到结构部件上之后具有任意三维形状。在根据图3和5的分别由基本加热层10和两个附加加热层11、12构成的组合的实施形式(在图4中所示)中,外部加热装置10和两个附加加热层11、12矩形地形成。通常,这些加热装置也可以具有其他形状,并且例如圆或者椭圆地成形。加热层10、11、12分别连接到能量供给装置E10、E11或者E12上并且分别形成加热系统S、S10、S11或者S12。
详细而言,基本加热层10通过电连接装置A10-1、A10-2连接到能量供给装置E10上,其中电连接装置A10-1、A10-2将粗纱电连接在带B的端部上。连接装置A10-1、A10-2借助线路与能量供给装置E10连接。类似地,粗纱R也分别借助电连接装置A11-1、A11-2或者A12-1、A12-2连接在两个附加加热层11、12的带B的端部上,这些电连接装置分别通过电线路连接到相应关联的能量供给装置E11、E12上。
借助能量供给装置E10、E11、E12,可以彼此独立地将负载电压施加到加热系统S10、S11、S12的每个上,负载电压在给每个相应相关的加热层10、11或者12中引起具有不同且彼此不相关的电流强度的加热电流。由此,由加热系统S10、S11、S12形成的总加热系统S可以对部件1的表面3在加热功率方面并且也在时间方面局部地不同地激励。在此,能量供给装置E10、E11、E12尤其可以实施为,使得相对短暂且相对高的负载电压施加到附加加热层11、12上,并且在相对长的时间间隔上的且相对低的负载电压施加到基本加热层10上。借助这种系统设计可以实现:可以以能量上高效的方式在相对大的加热作用的情况下加热相对大的面。在此,应用情况尤其是空气动力学本体的表面的除冰或者防止其结冰。
基本加热层10和/或至少一个附加加热层11、12可以设置在要加热的结构部件1的内侧或者外侧上,或者设置在要加热的结构部件的壳部分4的内侧或者外侧上。也可以设计为:基本加热层10设置在结构部件的外侧上或者壳部分的外侧上,并且至少一个附加加热层11、12设置在壳部分的内侧上,并且反之亦然。
在使用粗纱的情况下也可以设计粗纱或者至少一个粗纱带或粗纱复合结构的其他放置图案或者布置,用于形成加热层10、11、12。通过放置图案也给定了针对相应的粗纱或者相应的粗纱束或者粗纱带的伸展长度,并且因此给定了其电阻率。示例性地在图4至6中示出了不同的放置图案。在图4的示例中,具有六个粗纱31a、31b、31c、31d、31e、31f的粗纱装置30直线地并且平行地并排放置,其中在粗纱之间(也就是说横向于其纵向延伸)分别设置有作为绝缘区域的间隔37。粗纱在其端部上与在电接触的和连接这些粗纱的接合或连接件35a或者35b连接,这些接合或连接件又借助线路36a或者36b连接到电流或电压供给装置(未示出)上。替代地也可以设计为:多个粗纱束或者粗纱带并排地设置为加热层的组成部分,其于是尤其彼此间隔。粗纱束或者粗纱带可以为不同的造型放置,用于形成加热层。在图5中示出了作为加热层的部分的粗纱束或者粗纱带41的布置40,粗纱束或者粗纱带沿着其纵向方向正弦形并且彼此平行地走向。此外,图6示出了两个加热层H-A、H-B,其分别具有作为相应的加热层的组成部分的相应的粗纱带61的布置60a、60b的曲折的放置。粗纱带61串联电连接,因为带61a、61b的相应的一个端部65b、65c通过连接线路66彼此电连接,并且带61a、61b的相应的另一端部65a、65d分别通过电连接线路67a、67b连接到电流或电压供给装置(未示出)上。
电连接装置A10-1、A10-2、A11-1、A11-2和A12-1、A12-2设计为将所放置的导电材料的碳纤维与引导至能量供给装置的线路接触。在此尤其可以设计为:实现金属接触体与导电粗纱R的端部区段的连接,粗纱R在边缘侧或者边缘横截面上结束并且具有端部面。示例性地,粗纱铺到支承体部分上,使得这些粗纱的端部延伸超过支承体部分,用于这些粗纱的接触。在此,导电的并且尤其金属的接触体与导电粗纱的端部区段电连接。接触体尤其可以盘状或者膜状地形成,使得防止在将电流馈送到导电粗纱中的情况下出现局部过大的接触电阻以及出现与此关联的局部高的电压降。接触体尤其可以是铜膜。接触体与导电粗纱的连接可以通过含有金属的粘合材料来实现。在此,包含在粘合材料中的金属由金属颗粒构成。粘合材料的支承体材料尤其可以由导电聚合体形成。
在根据本发明的实施形式中,粗纱可以通过设置有例如由银或者铜构成的金属颗粒的聚合体和尤其环氧树脂来实现。颗粒尺寸优选地小于45微米。粘度在1800cPs和3500cPs之间。聚合体尤其可以是热塑性聚合体、热固性聚合体或者弹性体。在建立接触的情况下,聚合体以流动状态涂覆到粗纱的端部上,或者浸润并且与供给装置的导体或者测量装置的导体连接。接下来,聚合体硬化。由此,不仅形成对粗纱或者其丝的端部横截面的接触,而且(根据对聚合体涂覆的实施)形成对粗纱或者丝在其纵向上在预定长度上的接触。通过接触的实现,可以实现在23摄氏度的情况下小于0.0004Ohm-cm(欧姆-厘米)的体积电阻率。
根据本发明的另一方面,可以将用于确定加热层10、11、12的电阻的分析装置集成在飞行控制装置中。在此,测量装置可以与传感器值处理装置在功能上连接,传感器值处理装置具有比较功能,该比较功能将温度值与至少一个比较值相比较,并且在达到或者低于边界值时向系统功能发送信号值。边界值尤其可以对应于如下温度值,该温度值定义为使得在该温度、速度和确定的空气参数的情况下在壳部分4的外表面5上可能或者很可能形成冰。
可替选地或者附加地,传感器值处理装置可以具有监控功能,为了确定在外表面5a上形成冰的可能性将该监控功能构建为使得其接收空气数据以及尤其外部温度、飞行高度和/或气压,并且借助传感器值确定形成冰的概率边界值。在该实施例中,传感器值处理装置具有比较功能,其将所确定的形成冰的概率值与最大允许的形成冰的概率的形成冰的期望概率值相比较,并且在超过期望概率值的情况下将作为警报信号的信号值发送给系统功能诸如飞行控制系统或者座舱显示器。座舱显示器可以构建为使得其指示飞行员:应该改变飞行状态并且在此例如必须降低飞行高度,以防止壳部分5结冰。
在将至少一个加热系统使用在根据上述实施例的部件1上的情况下,与传感器值处理装置在功能上耦合的系统功能此外可以构建为调节功能,用于对相应的加热层的温度或者壳部分5的被检测的区域的温度进行调节。在此,系统功能从传感器值处理装置接收从所确定的电阻值中确定的温度值,并且将其与作为调节量的温度或者参考值相比较。该参考值或者温度值在如下温度以上,在该温度的情况下在壳部分5上会出现形成冰或者可以避免该形成冰。调节功能与传感器值处理装置在功能上连接并且从其接收作为输入量的温度值,这些温度值从所确定的电阻值中确定。此外,调节功能激励能量供给装置,使得至少一个加热层加热,从而使得相应的加热层或者壳部分的相应区域尽可能保持期望温度。由此,调节功能基于针对相应的加热层的期望温度来产生相应的指令信号,该指令信号被传送到相应的能量供给装置上,该能量供给装置以相应的方式对至少一个加热层供电。在存在多个加热层的情况下,也可以激励多个加热层,以调节相应的加热层的温度。
此外,在使用根据上述实施例的至少一个加热系统的情况下,系统功能可以构建为使得其在如下情况下发出警报信号:其中加热装置接通并且同时超过与在壳部分5上形成冰的概率对应的边界值。加热装置可以构建为,使得其可以产生不同的加热级,也就是说释放的热功率的不同的级。在该情况下,系统功能尤其可以实施为,使得其在如下情况下产生警报信号:其中存在加热装置的产生最大热功率的最高加热级并且同时超过与在壳部分5上形成冰的概率对应的边界值。警报信号可以发送到飞行引导显示装置上,并且飞行引导显示装置可以实施为,使得其例如在飞行指挥仪中为飞行员产生建议,根据该建议使飞行器进入避免在机翼上形成冰的飞行状态。可替选地或者附加地可以设计:将警报信号发送到具有控制功能的飞行控制装置上,通过该控制功能使飞行器进入避免在机翼上形成冰的飞行状态中。
警报信号可以表示:电热加热体故障。因此,在本发明的一个实施例中可以设计:监控功能确定在电热加热体故障的情况下的大气条件是否可以表示飞行器的危急状态。在此可以设计为:在评估功能中使用飞行高度以及可选地使用所测量的空气温度。如果应用评估功能得出:从不允许的(即过高的)形成冰的概率中会得出危急飞行情况,则向飞行控制系统或者向座舱显示装置发送警报,该警报向飞行员指示处理建议,飞行员可以借助该处理建议使飞行器进入更安全的飞行状态中。在此,例如可以指示:必须降低飞行状态并且在此尤其必须降低飞行高度,以防止机翼结冰。可替选地或者附加地,也可以实现自动的控制功能,其自动实施该措施。
借助附图来描述本发明的另一方面,根据该方面,结构部件设置有加热系统S,该加热系统具有至少一个能量供给装置E10、E11、E12。加热系统S具有:
●基本加热装置,其具有:绝缘层;设置在绝缘层上的电热基本加热层10,该电热基本加热层由至少一个粗纱束或者粗纱复合结构或者粗纱带形成;以及电连接装置A10-1、A10-2,所述至少一个能量供给装置E10、E11、E12通过电连接装置连接到基本加热层10上,其中每个粗纱的端部连接到电连接装置的相应的电极上,
●附加加热装置,其具有:绝缘层;设置在绝缘层上的电热附加加热层11,该电热附加加热层由至少一个粗纱束或者粗纱复合结构或者粗纱带形成;以及电连接装置A11-1、A11-2,所述能量供给装置E10、E11、E12通过电连接装置连接到附加加热层11上,
在此,基本加热装置和附加加热装置在空间上彼此关联,用于产生在功能上相关的加热作用,并且能量供给装置E10、E11、E12构建为,使得附加加热层11在激活阶段中在至少一个时间部分区段中被输送电流,以便将结构部件在附加加热层的区域中加热至认可的期望温度,并且基本加热层10被持续地输送电流超过激活阶段时间,使得基本加热层10持续地产生热量,并且附加加热层11在时间部分区段中产生热量。
所提及的加热层尤其可以是结构部件的组成的并且传输负载的组成部分,并且在此尤其可以按照根据本发明的方法来制造。具有绝缘层的基本加热装置和加热层以及具有绝缘层的附加加热装置根据本发明的一个实施例来构建并且在上文中予以描述。
根据本发明的一个实施例,在第二时间段中的电流的强度比流经基本加热层10的电流强50%(应提及一个值,以便使说明更加明确)。在此,可以附加地设计为:电流在用于加热的部分区段期间比在基本加热层10中大。“显著较小”的加热电流的流动表示:电流的强度在此比流经基本加热层10的电流小50%(参见上文)。
电流或者“持续”供电的“在很大程度上不变的强度”理解为如下电流,该电流的强度与该电流的平均值或者参考值偏差最大25%。
在此,也可以设计:电流在附加加热层11中以间歇的或者脉冲的方式流动。电流强度的时间曲线可以是有规则地周期性的。
加热系统1也可以由多个附加加热层11形成,其通过能量供给装置5以所描述的方式来供电,也就是说在第一时间段中以比流经基本加热层10的电流大的电流强度来供电,而在第二时间段中以比流经基本加热层10的电流小的电流强度来供电。在此可以设计为:可以在所有或者多个基本加热层10中同时设置第一时间段。可替选地可以设计为:在所有或者多个基本加热层10中时间错移地设置第一时间段。
为了将根据本发明设计的加热层10、11、12与部件1在结构上集成而可以设计为:将用于形成相应的加热层的材料施加在由电绝缘材料形成的支承体部分半成品上。支承体部分半成品成形为平面的或者垫状的结构(Gebilde),并且具有如下功能:将要施加到其上粗纱相对于如下部件电绝缘,在该部件上要设置加热层。部件的在其上要设置加热层的表面尤其可以是壳部件的表面。
在本发明的另一实施例中,粗纱R可以在支承体部分半成品的面上并且由此在部件1的其上设置有加热层的表面3上分布为,使得在支承体部分半成品的厚度方向上或者在要形成的加热层10、11、12的厚度方向上看,每个粗纱R都在同一放置平面上走向。于是,在此在所提及的厚度方向上不允许各个粗纱的交叠或者同一粗纱的区段的交叠。该布置方式具有如下优点:例如粗纱的布置、走向、厚度、特性和/或数量可以根据可预给定的优化标准来优化。此外,在加热层中随时间变化的具有阶段性的高峰值的加热电流是可能的,因为在根据本发明的加热层中出现的温度是可控的并且尤其是可调节的。用于形成加热层而设置的粗纱R可以设置为粗纱带或者粗纱复合结构。
“粗纱带”在本上下文中理解为在其纵向上并排走向的粗纱的布置,在加热层的厚度方向上看,这些粗纱由此不在其纵向区段上彼此相叠。“粗纱复合结构”在本上下文中理解为在其纵向上并排或者相叠地走向的粗纱的布置,在加热层的厚度方向上看,这些粗纱由此在其至少一个纵向区段上彼此相叠。
支承体部分半成品在制成的部件1中用作位于例如由粗纱复合结构或者粗纱带构成的线路区域之间的绝缘层,在支承体部分半成品上可以施加碳导体和例如粗纱带或者粗纱,用于制造根据本发明的加热层。部件可以是绝缘层的部分,或者绝缘层可以通过附加地施加到绝缘层上的材料来形成。这种附加地施加到绝缘层上的材料可以是不导电的玻璃粗纱。在该实施例中尤其可以设计为:在两个分别由粗纱或者粗纱复合结构构成的线路区域之间插入有至少一个玻璃粗纱,线路区域的宽度在相应的加热层的平面延伸中看在10cm以下并且尤其是在3cm以下。
电热层(尤其是如果该电热层设置在结构部件的表面或者壳部分的表面上)可以在其上侧上借助不导电的层来覆盖,该层可以由玻璃织物、纺织材料或者塑料膜形成。
在电热层设置在结构部件的上侧或者壳部分的上侧的情况下,此外可以设计为施加雷电保护层。在结构部件的厚度方向上看,雷电保护层在不导电的层之上,并且尤其可以由青铜构成的冲制膜形成。
不导电的绝缘层、即第一绝缘层和必要时另外的绝缘层可以由玻璃织物、纺织材料或者不导电的塑料膜形成。
根据本发明所设计的附加加热层11、12的一个实施例在图2中示出并且借助图2予以描述。
根据本发明所制造的部件尤其适于应用于或者集成于飞行器部件或者飞行器结构中。在图1中,作为这种应用情况的示例示出了机翼前缘形式的这种部件1。借助能量供给装置E10、E11、E12,可以彼此独立地将负载电压施加到加热系统S10、S11、S12的每个上,负载电压在每个相应相关的加热层10、11或者12中引起具有不同的并且彼此无关的电流强度的加热电流。由此,由加热系统S10、S11、S12形成的总加热系统S可以在加热功率方面并且也在时间方面局部不同地激励部件1的表面3。在此,能量供给装置E10、E11、E12尤其可以实施为,使得相对短暂并且相对高的负载电压施加到附加加热层11、12上,并且在相对长的时间间隔上的并且相对低的负载电压施加到基本加热层10上。借助这种系统设计可以实现:可以以能量上高效的方式在相对大的加热作用的情况下加热相对大的面。在此,应用情况尤其是空气动力学本体的表面的除冰或者防止其结冰。
为了形成电热层10、11、12,粗纱R的带B尤其可以曲折地放置,如在根据图1和2所示的实施例中所示的那样。曲折地表示粗纱R的走向或者粗纱R的带B的走向,其中同一带B的纵向区段或者同一粗纱R的纵向区段相对于用于描述在其上放置有粗纱的电绝缘层的平面延伸的坐标在彼此相反的方向中走向,使得在这些纵向区段之间设置有弯曲区段,其中在粗纱R的纵向上或者在带B的纵向上相继的弯曲区段具有彼此相反的弯曲。换言之:“曲折”在本上下文中表示:同一粗纱的纵向区段并排且彼此平行地放置,其中相应地并排的纵向区段是在粗纱的纵向延伸中连续的纵向区段,使得形成粗纱的曲折的或者蛇形的走向。
基本上,粗纱的走向也可以由结构部件的形状来确定并且基于该形状来优化。例如,一个或多个粗纱的走向可以围绕凹处、例如用于容纳连接元件或供电穿通部的钻孔或者结构部件的表面的其他损坏处(Stoerstellen)来引导,当在该位置上要设置加热装置的电热层时。
根据本发明的一个实施例设置有多个附加加热层,其在基本加热层10旁和/或在其内设置在结构部件的表面上,并且连接到能量供给装置上。在此,能量供给装置的用于对在加热层中的电流进行控制的功能构建为,使得针对分别在附加加热层中流动的电流而在每个附加加热层中形成有具有加热电流的不同电流强度的第一时间段和第二时间段,其彼此交替。在此,电流强度在相应的第一加热阶段中显著大于在相应的第二加热阶段中的电流强度。例如,在具有三个附加加热层的加热系统中,第一加热阶段相继地在第一附加加热层、第二附加加热层和第三附加加热层中出现,并且当第一加热阶段在一个附加加热层中出现时,第二加热阶段在相应的另外两个附加加热层中出现。
然而,在两个加热层的第一加热阶段和第二加热阶段之间交替的情况下,出现加热阶段的交叠,使得对应于第一加热阶段的电流强度尚在附加加热层中持续,而在另外的附加加热层中已经同样存在对应于第一加热阶段的电流强度。优选地,交叠时段优选地为如下持续时间的最大10%或者如下持续时间的平均值的最大10%,所述持续时间针对相应的第一加热阶段来设计。在该实施例中也可以设计为:电流在第一时间段中的强度比流经基本加热层10的电流强50%(参见上文)。在此还可以设计为:电流在第二时间段中的强度为流经基本加热层10的电流小50%(参见上文)。
根据本发明,通常在基本加热层10内设置有多个内部加热装置,也就是说,也可以将多于两个的附加加热层11、12设置在外部加热装置10内。基本加热层10、附加加热层11、12设置在具有电绝缘层的基本体9上,使得加热层10、11、12在绝缘层之上。在图1中所示的、由相应的基本加热层和两个附加加热层11、12构成的组合的实施形式中,外部加热装置和两个附加加热层矩形地形成。通常,这些加热装置也可以具有其他形状并且例如圆或椭圆地成形。
基本体9可以是施加到要加热的部件上的独立的部分或者部件,或者基本体可以是要加热的部件的部分。在后一种情况下,基本体可以与要加热的部件单件式地制造。尤其是,基本体可以是壳部件的壳并且在此是机翼、副翼或者前缘缝翼的壳部件的壳。在本发明的一个实施例中,要加热的部件是飞行器的部件。在此,要加热的部件尤其可以是如下部件,其具有伸到气流中的部分,例如伸到气流中的以下装置的前侧:尾翼(Leitwerks)、高度稳定器、机翼、小翼(Winglets)、前缘缝翼(Vorfluegel)或者机翼前缘或者机身(Rumpf)、引擎或者安置在飞行器上的附加部件。
作为示例,在图2中示出了基本加热层10和两个附加加热层11、12在前侧21上或者在前缘缝翼或机翼前缘20的伸到气流中的区段上的布置。为了定向,在图2中记录了X1-X2-X3坐标系,其X1轴是前缘缝翼的翼展方向(Spannweitenrichtung),X2轴是前缘缝翼的翼深方向(Flügeltiefenrichtung)并且X3轴是前缘缝翼的翼厚方向(Flügeldickenrichtung)。示例性地,在前侧21上设置有两个分别由基本加热层10和设置在该基本加热层内的两个附加加热层11、12构成的组合。在此,分别由基本加热层10和设置在该基本加热层内的两个附加加热层11、12或者由基本加热装置和设置在该基本加热装置内的两个附加加热装置构成的这两个组合在前缘缝翼10上设置为,使得两个附加加热层11、12在翼深方向X2上看彼此并列。
通常,分别由基本加热层10和设置在该基本加热层内的两个附加加热层11、12构成的组合,或者分别由基本加热层10和设置在该基本加热层内的两个附加加热层11、12构成的多个组合可以设置在在飞行器部件如前缘缝翼上。在多个分别由基本加热层10和设置在该基本加热层内的两个附加加热层11、12构成的组合的布置中,尤其可以将这些组合在前缘缝翼的翼展方向X1上并排设置,并且可替选或附加地也在翼深方向X2上并排设置。
在将根据本发明的加热系统集成在飞行器部件中的情况下尤其可以设计为:基本体4形成为电绝缘层并且是飞行器部件的部分,并且在此尤其形成飞行器部件的壳部分。
能量供给装置5电连接在第一电连接装置10a上,电连接在第一附加加热层11的第一电连接装置11a和第二电连接装置11b上以及电连接在第二附加加热层12的第一电连接装置112a和第二电连接装置12b上。能量供给装置5构建为使得在加热系统1的激活阶段中为基本加热层10持续地输送电流并且以预定的方式交替地为第一附加加热层11和第二附加加热层12输送电流,使得第一加热附加体11和第二加热附加体12在时间上交替地产生热量。通过在时间上交替地为第一加热附加体11和第二加热附加体12输送电流来以交替的方式将其加热。以此方式,以能量上高效的方式实现对整个基本加热层10的表面的加热作用。此外,第一附加加热层11和第二附加加热层12可以由如下材料构建,该材料的温度在相应的供电的情况下以高的温度梯度升高,因为每个附加加热层11、12仅仅在相应短的时间段中被输送电流用于产生热量。
在根据本发明的用于制造带有加热层的部件或者用于制造用来制造这种部件的加热体半成品的方法中设计为:将一层或多层粗纱束或粗纱带的形式和/或以金属导体形式的一层或多层碳粗纱按预定的放置图案铺在具有不导电的支承体材料的支承体部分半成品上,并且借助刺绣方法固定在该支承体部分半成品上。
在按规定使用具有加热层的部件的情况下,将粗纱连接到供电装置上并且在施加相应的电压时用作欧姆导体,使得这些粗纱根据其电阻率和所施加的电压发出预定的热功率,以便以预定的方式对部件和/或部件的周围进行加热。
在本上下文中,“粗纱”理解为由连续碳丝或者导电线缆构成的束,其在在粗纱中可以不扭曲和/或可以延伸。在此,线缆尤其是可以由借助玻璃纤维包裹的电导体譬如金属导体形成。导电的单丝可以由碳丝和/或碳纤维和/或金属合金和/或带有例如金属涂层的玻璃纤维形成。尤其是,粗纱也可以仅仅由纤维和尤其碳纤维形成。粗纱可以设置有或者未设置基体材料。在此,可以将如下形式的材料用于根据本发明来使用的粗纱:连续粗纱、连续纱线、连续经纱、连续软线、连续纺织物、连续编织物、连续绲或者连续针织物。这种连续粗纱可以卷绕到卷轴或者卷筒上,以便使用在根据本发明的方法中,从而在合适的纵向区段中从卷轴或者卷筒提取粗纱,而应用于根据本发明的方法。
在根据本发明的另外的实施例中,“粗纱”根据本发明可以由多个粗纱形成,其在该情况下是下粗纱(Unter-Rovinge)。在此,下粗纱尤其可以彼此交织或者彼此缠绕。不必在平坦的层中走向的多个下粗纱构成的这种组合在本上下文中理解为“粗纱束”。
放置在支承体部分半成品上的粗纱也可以分区段地交叠,也就是说,在加热层的厚度方向上看,粗纱的纵向区段可以彼此相叠。然而,在本发明的一个实施例中,在加热层的厚度方向上看,粗纱设置为使得粗纱不在其纵向区段上彼此相叠。
用于形成加热层,粗纱可以作为单个粗纱或者作为至少一个粗纱复合结构或者作为至少一个粗纱带来设置。在本上下文中,“粗纱带”理解为在其纵向上并排走向的粗纱的布置,在加热层的厚度方向上看,粗纱因此并没有在其纵向区段上彼此相叠。在本上下文中,“粗纱复合结构”理解为在其纵向上并排或者相叠地走向的粗纱的布置,在加热层的厚度方向上看,粗纱由此在其至少一个纵向区段上彼此相叠。。
支承体部分半成品成形为平面的或者垫状的结构,并且具有如下功能:将要施加到其上粗纱相对于如下部件电绝缘,在该部件上要设置加热层。支承体部分半成品尤其可以由纺织半成品和尤其织物(Gewebe)(例如多轴向织物(Multiaixal-Gelege)或者膜形式的塑料或者其组合)形成。部件的在其上设置有加热层的表面尤其可以是壳部件的表面。在此,粗纱分布在支承体部分半成品的面上,其中在支承体部分半成品的厚度方向或者要形成的加热层的厚度方向上看,每个粗纱都分布在同一放置平面上。于是,在此不允许单个粗纱在所提及的厚度方向上的交叠或者同一粗纱的区段在所提及的厚度方向上的交叠。这些布置方式具有如下优点:例如粗纱的布置、走向、厚度、特性和/或数量可以根据可预给定的优化标准来优化。此外,在加热层中随时间变化的具有阶段性的高峰值的加热电流是可能的,因为在根据本发明的加热层中出现的温度是可控的并且尤其是可调节的。
相应的加热层可以由一层或多层粗纱或者至少一个粗纱束或粗纱带的一层或多层和/或一层或多层金属导体以预定的放置图案形成。
带有加热层的部件具有电绝缘层或者由其形成。由此,支承体材料半成品和电绝缘材料用于制造部件,或者支承体材料半成品由电绝缘材料形成。电绝缘材料尤其可以由玻璃、芳族聚酰胺或者塑料形成。
支承体部分半成品可以由织物或多轴向织物形式的纺织半成品或者膜形式的平面地延伸的塑料形成。
基于相应的部件半成品的按照根据本发明的方法所制造的部件尤其可以是FVW部件和/或FVK部件。部件通常可以具有一个或多个加热层。在设置多个加热层的情况下,这些加热层可以由能量供给装置不同地激励并且由此供电。此外可以设计为:加热层中的每个都由同一能量供给装置来激励。
在图9中示出了按照根据本发明的方法所制造的加热层11。在该实施例中,六个粗纱R并排地放置在支承体材料上并且与其在结构上集成在一起。粗纱R沿着其总的纵向延伸并排,也就是说在加热层的厚度方向上看,没有粗纱R的纵向区段位于同一粗纱带B的另一粗纱R的纵向区段之上或者之下。粗纱R在加热层11中彼此平行并且曲折地走向。在其中设置有根据图2的实施形式中的粗纱R的带B的曲折的放置图案中形成粗纱R的带B的彼此平行地走向的纵向区段11a、11b、11c、11d、11e。粗纱R的带B在其端部上与连接件A11-1、A11-2连接,这些连接件又分别借助线路L11-1、L11-2连接到电流或电压供给装置E上。由此,加热层11可以通过能量供给装置E来供电,使得加热层11可以根据供电向部件或者其环境发出热量。
根据本发明所制造的部件尤其适于应用和集成于如借助图3描述的飞行器部件或者飞行器结构中。
附加加热层11、12尤其可以根据在图2中所示的实施例来形成。
根据本发明,为了制造根据技术上的预给定的定义(步骤1)的部件半成品或者部件,在用于在加热层定义步骤中设计加热层的布置的步骤S2中,对设置在要制造的部件上的加热层的几何结构定义和/或造型进行定义。在此,在根据本发明的方法的一个实施例中,从要制造的、具有预给定的三维形状的部件出发。在该部件上,在检验中(步骤S3)并且借助电学计算和/或在对要制造的部件的模型的仿真、分析性检验和/或测试中确定:通过在要制造的部件上的一个或多个加热层要达到何种加热功率。为此,尤其可以仿真根据要求的使用条件。以下标准中的一个或多个可以表示该检验的结果:
●要设置在要制造的部件上的至少一个加热层的数量和布置,其中为了设置至少一个加热层标明相应的加热层在部件上的位置;
●相应的加热层的尺寸;以及
●对于每个所设置的加热层而言在为该加热层提供电压并且该电压预给定的情况下要实现的、面特定的加热功率,其中电压可以在时间上是恒定的或者随时间变化。
加热层定义步骤的结果和在此尤其所确定的要实现的面特定的加热功率可以以迭代方法使设置在要制造的部件上的加热层的造型适配,也就是说,使设置在要制造的部件上的至少一个加热层的布置和数量适配和/或使相应的加热层的尺寸适配(步骤S4)。
在检验中可以设计为:也考虑支承体部分的材料。
在加热层定义步骤的一个实施例中,可以预给定至少一个加热层的布置和尤其是布置的位置,和/或可以预给定相应的加热层的尺寸。这种预给定可以从针对相应要制造的部件而设计的相应的应用情况中得出。在加热层定义步骤的该实施例中,基于这种预给定例如在优化方法中确定:对于每个所设置的加热层而言在为该加热层提供电压并且该电压预给定的情况下要实现的面特定的加热功率。
然后,基于上述可替选的加热层定义来实现粗纱定义步骤(步骤S5),其中对在至少一个加热层上的粗纱造型或者至少一个粗纱束或者粗纱带的造型进行定义。这包含:
●确定用于至少一个加热层的相应的加热层的导电粗纱的布置方式或者至少一个粗纱束或者粗纱带的布置方式,以及
●确定用于相应的加热层的粗纱或粗纱R的束的种类和数量以及粗纱带的种类和数量,并且在此也确定用于至少一个所设置的粗纱束或者粗纱带的粗纱的数量,其中在该情况下也要确定粗纱束或者粗纱带的特性。
与粗纱束或者粗纱带的种类或者特性相关的也尤其是分别要使用的粗纱的横截面尺寸以及种类(即尤其这些粗纱的厚度)和/或包含在这些粗纱中的电导体的部分和/或粗纱细度(Texzahl)的部分。总电阻可以借助电导体即粗纱和/或粗纱束或者粗纱带在放置图案中的定向和所使用的粗纱或者粗纱束或粗纱带的电阻率以及通过合适的电学布线可变地设置。作为预给定也可以确定:要制造的加热结构的各个加热层循环地或者持续地来加热。
粗纱布置的方式可以包含如下确定:作为单个粗纱或者在粗纱束或者粗纱带中的粗纱应以何种方式和在何种走向中设置在加热层中。如果粗纱应该作为粗纱束或者粗纱带设置在加热层中,则还确定:每个束和/或带应该设置多少粗纱和何种粗纱。借助粗纱的种类尤其可以确定:在相应的粗纱的横截面中的线路部分的厚度和/或比例和/或数量,和/或粗纱的或者粗纱束或粗纱带的彼此相叠的层的数量。针对布置的方式可以确定:是否在粗纱之间和/或在粗纱束或粗纱带之间设置有间隔。为了形成绝缘装置20、21、22,在这些间隔中或者在由其形成的间隙中可以插入例如由玻璃纤维绳形成的绝缘材料,以便将粗纱或者粗纱束或粗纱带相对于彼此电绝缘。
布置的方式尤其可以包含如下确定:由粗纱R构成的带B应该曲折地放置,如在根据图2和4的实施例中所示。曲折地表示粗纱R的走向或者粗纱R的带B的走向,其中同一带B的纵向区段或者同一粗纱R的纵向区段相对于用于描述在其上放置有粗纱的电绝缘层的平面延伸的坐标在彼此相反的方向中走向,使得在这些纵向区段之间设置有弯曲区段,其中在粗纱R的纵向上或者在带B的纵向上彼此相继的弯曲区段具有彼此相反的弯曲。换言之:“曲折”在本上下文中表示:同一粗纱的纵向区段并排且彼此平行地放置,其中相应地并排的纵向区段是在粗纱的纵向延伸中连续的纵向区段,使得形成粗纱的曲折的或者蛇形的走向。
此外,在粗纱定义步骤中确定粗纱的放置图案和/或至少一个粗纱束或者粗纱带的放置图案。通过放置图案也给定了相应的粗纱的伸展长度或者相应的粗纱束或粗纱带的伸展长度,并且由此给定了其电阻率。示例性地,在图6至8中示出了不同的放置图案,其在上文中借助这些附图予以描述。
粗纱定义步骤尤其可以包含优化处理,其可以计算机辅助地运行。根据这种优化处理的一个实施例,作为优化处理的输入值:针对其中应单个放置粗纱来形成加热层的情况,预给定导电粗纱的布置方式或者放置形式,或者针对其中应放置粗纱束或者粗纱带来形成相应的加热层的情况,预给定至少一个粗纱束或者粗纱带的布置或者放置形式。
在该实施例的其中通过放置单粗纱来形成加热层的变型方案中,在计算机中实现的优化处理根据相应的上述预给定对用于相应的加热层的粗纱数量进行优化。除了使粗纱的数量最小化之外,尤其也可以将借助导电材料的面覆盖或者粗纱R的带B的面覆盖用作优化目标。在一个改进方案中,优化处理可以构建为,使得其通过在粗纱中的电导体的厚度和/或横截面部分附加地对粗纱的种类进行优化和确定。
在该实施例的可对上述变型方案可替选地或附加地设计的另一变形方案中,在计算机中实现的优化处理根据相应的上述预给定确定粗纱带B的数量以及在此也确定用于至少一个所设置的粗纱带B的粗纱的数量。在一个改进方案中,优化处理可以构建为,使得其附加地也对粗纱带B的特性进行优化和确定。
优化处理的上述实施例可以构建为,使得优化处理针对(aufsetzen)粗纱的或者粗纱束或粗纱带的预给定的放置图案或者预给定的放置形式,用于形成加热层。在另一实施例中可以设计为:在优化的范围中且在优化内对粗纱的或者粗纱束或粗纱带的放置图案或者放置形式进行确定。这可以实现为使得确定预给定的布置图案的上述优化结果,并且将这些优化结果一起确定。根据优化结果的比较,以确定的放置图案来满足最佳优化结果。
该优化可以针对二维形式的加热层来进行,该形式从三维部件中例如基于对其表面的展开来产生。可替选地,还可以设计为:可以针对三维的加热层进行优化,该加热层对应于部件在其设置用于加热层的区域上的三维形式。
根据本发明的一个实施例,设计有制造由粗纱构成的二维加热结构半成品(步骤S6和S7),以便由其制造三维的加热结构半成品(步骤S7和S8)。在此,可以机械地并且尤其自动地或者CNC(电脑数值控制)控制地进行如下放置(步骤S6):将导电的粗纱或者粗纱R的束或者粗纱R的带B放置到支承体部分的涂覆表面(Auftrag-Oberflaeche)上或者放置到设计用于构建要制造的部件的支承体部分的支承体材料半成品上。为了制造二维的加热结构半成品,将至少一个导电粗纱和/或至少一个粗纱束和/或至少一个粗纱带(步骤S6a)施加在机器中平坦张紧的支承体部分半成品的电绝缘层上并且固定在该支承体部分半成品上。粗纱的固定尤其可以借助缝纫方法和/或刺绣方法来进行。通过缝纫方法和/或刺绣方法(步骤S6b)将粗纱固定支承体部分半成品上尤其可以单个地或者成组地进行。也就是说,可以设计为:将每个粗纱或者每个粗纱束或者相应的粗纱带单个地通过刺绣方法固定在支承体部分半成品上,和/或将多个粗纱一起通过刺绣方法固定在支承体部分半成品上。在成组固定粗纱的情况下尤其设计为:在接下来铺设和固定一个或多个粗纱之前,尤其将三个以下的粗纱一起固定。在将粗纱单个地固定在支承体部分半成品上的情况下可以附加地设计为:通过刺绣方法将粗纱组固定在支承体部分半成品上。
可替选地或者附加地可以设计为:通过粘合方法将单粗纱固定在支承体部分半成品上,或者将多个粗纱、粗纱带或者粗纱束固定在支承体部分半成品上。
在一个实施例中,在将粗纱放置在支承体材料上以及将其固定在支承体材料上的情况下,渐渐形成至少一个粗纱束或粗纱带或者多个粗纱束或粗纱带。也就是说,在该实施例中,渐渐将粗纱并排地放置到支承体材料上,直到这些粗纱在支承体材料上形成粗纱束或者粗纱带。在将粗纱固定在支承体材料上的情况下可以设计为:将粗纱单个地固定在支承体材料上,和/或将多个粗纱作为粗纱组或者粗纱束一起固定在支承体材料上。在另一实施例中,在铺设粗纱之前可以设计为,使得这些粗纱聚集成一个或多个束或带并且彼此固定。将粗纱在放置之前彼此固定可以借助刺绣方法、缝纫方法和/或粘合方法来进行。接下来,将预制的粗纱束或者粗纱带放置在支承体材料上,并且将该粗纱束或者粗纱带固定在支承体材料上。尤其是,将粗纱、粗纱束或者粗纱带固定在支承体部分半成品上可以借助刺绣方法、缝纫方法和/或粘合方法来进行。在此可以设计为:在粗纱层或者至少一个粗纱R带的层之间附加地设置尤其由玻璃织物构成的电绝缘层,以便将由导电的粗纱或者粗纱束或粗纱带构成的层相对于部件的支承体部分电绝缘(步骤6c)。
在放置粗纱(步骤6a或者6c)时,可以根据应用情况设计为:将粗纱并排地、无交叠地(用于构建粗纱带)放置在支承体部分部件上或者电绝缘层上并且固定在其上。然而,也可以设计为:粗纱在该步骤中分区段地交叠,也就是说在加热层的厚度方向上看,分区段地叠置。
此外可以设计为:步骤6a和6c交替地进行,以便在加热层的厚度方向上看依次放置由粗纱R构成的层、电绝缘层和又放置至少一个如下组合,该组合由粗纱R构成的层和/或粗纱带的层和/或粗纱束的层以及电绝缘层构成。在该方法中尤其可以设计为:将粗纱R的相应另外的层缝纫或者刺绣在相应地附加地铺设到粗纱R的层上的电绝缘层上。
根据本发明所设置的在要制造的部件或者部件半成品的支承体部分上的电绝缘层尤其可以由玻璃、芳族聚酰胺或者塑料形成。电绝缘层可以作为独立的层施加并且例如粘合在部件半成品或者支承体部分上。当以塑料制造方法制造支承体部分时,可以设计为:以塑料制造方法将支承体部分与电绝缘材料一起作为单件部件来制造。
在将导电粗纱R的层或者由粗纱R构成的束或者由粗纱R构成的至少一个带B放置到支承体部分上之后,在步骤7中,例如可以通过借助导电并且例如包含金属的粘合材料将金属接触体与粗纱的端部区段接触来实现接触由导电纤维构成的粗纱的端部区段。
在本发明的一个可替选的实施例中,可以设计为在步骤S6中在支承体部分上已经放置有导电粗纱或者由粗纱构成的束或带,支承体部分的表面可以三维地限定。然而,在此支承体部分的形式要设计为,使得其表面具有可展开的形式。在本上下文中,可展开的涂覆表面尤其理解为如下的三维表面,其可以没有内部形状改变地、即等距离地变换为平面。相反地,在本上下文下,不可展开的涂覆表面理解为涂覆表面的如下形式,其弯曲成二维。在该情况下,涂覆表面可以至少局部地具有例如球形、椭圆体形或者鞍面的形状。在这里描述的导电粗纱的层的放置之后,又进行根据步骤S7的粗纱的端部区段的接触。
在根据本发明的接触所放置的导电材料的碳纤维的步骤S7中,进行金属接触体与导电粗纱的端部区段的连接,这些粗纱在边缘侧或者边缘横截面上结束并且具有端部面。优选地,粗纱铺设到支承体部分上,使得这些粗纱的端部为了其接触而延伸超出支承体部分。在此,导电的并且尤其金属的接触体与导电粗纱的端部区段电连接。接触体尤其可以盘状或者膜状地形成,使得防止在将电流馈送到导电粗纱中的情况下出现局部过大的接触电阻以及出现与此关联的局部地大的电流。接触体尤其可以是铜膜。接触体与导电粗纱的连接可以通过包含金属的粘合材料来实现。在此,包含在粘合材料中的金属由金属颗粒构成。粘合材料的支承体材料尤其可以由导电聚合体形成。
当接触部位在设计方法(步骤1和2)中已经预给定或者已算出时,这些接触部位要根据该预给定或者计算来设计。
可以以不同的方式以及例如在使用结合材料的情况下或者通过相应的缝合来完成和稳定带有用于将碳纤维加热结构电绝缘的不导电材料的加热结构。在此,在执行树脂注入方法和树脂注射方法之前设计有结合处理(Binderprozess),用于将粗纱束或粗纱带或者导电粗纱的至少一个层与不导电材料的层固定。
此外设计为:将用于使由导电粗纱构成的层电绝缘的绝缘层铺设到由导电粗纱或者粗纱束或粗纱带构成的层,其中该层铺设到支承体部分上。
根据另一实施例附加地设计为:将雷电防护材料铺设到由导电粗纱的至少一层、结合材料和绝缘层构成的结合物(Gebinde)上。雷电防护材料尤其可以是由导电的金属和/或非金属材料构成的冲制膜、织物、编织品(Geflecht)或者栅格结构。
由导电粗纱所构成的至少一个层、结合材料和绝缘层以及必要时雷电防护材料构成的结合物尤其设计为,使得该结合物形成就其而言足够稳定的配置,使得可以从覆盖工具(Drapierwerkzeug)中提取该稳定配置,并且可以在连接在其后的第二处理中将该稳定配置施加在炉中的可加热的模具上和/或在不可加热的模具上,或者将该稳定配置输送给炉,在炉中可以进行结合处理。由此,在进行树脂注入方法和树脂注射方法之前进行结合处理用于将导电粗纱的至少一个层固定。
可替选地或者附加地可以设计为:将多个独立的、由导电粗纱构成的加热结构作为可独立地激励的电阻器放置到支承体部分上。这既可以设置在由导电粗纱构成的至少一个层的单级铺设中又可以设置在其两级铺设中。在此,在相应的由导电粗纱构成的两层之间铺设有至少一个绝缘层。
加热体半成品由导电粗纱构成的多个层和/或单独的加热结构构成,于是,根据用于制造该加热体半成品的一个实施例,将由导电粗纱R构成的层施加到位于第一工具上的支承体部分上,并且根据所描述的方式接触该层。将该导电粗纱R的层铺设在第二工具上,第二工具具有如下表面,该表面与第一工具的表面不同并且尤其具有要三维地限定的形式。然后,将绝缘层铺设到在第二工具上铺设的由导电粗纱R构成的层上。该步骤可以根据该实施例重复一次或多次,使得于是导电粗纱R构成的多个层分别被绝缘层隔离地位于第二工具上。可选地,接下来在该实施例中,施加结合材料以及可选地施加雷电保护材料。然后,在使用粘合材料的情况下必要时进行结合处理和执行树脂注入方法或树脂注射方法。
加热体半成品由导电粗纱的多个层或者粗纱束或粗纱带的多个层构成,于是,根据用于制造该加热体半成品的另一实施例,首先将由导电粗纱或者粗纱束或粗纱带构成的第一层铺设到位于第一工具上的支承体部分上,并且根据所描述的方式接触该层。然后,将绝缘层铺设到在第二工具上铺设的、由导电粗纱构成的层上。该步骤可以根据该实施例重复一次或多次,使得由导电粗纱构成的多个层分别被绝缘层隔离地在第二工具上。
接下来,将由支承体部分半成品构成的半成品施加到具有三维铺设面轮廓的工具上(步骤S8),其中该支承体部分半成品具有电绝缘层,在电绝缘层上施加有粗纱或者粗纱束或粗纱带。具有三维铺设面轮廓的工具是如下工具的部分,在施加该支承体部分半成品中的粗纱或者粗纱束或粗纱带时支承体部分半成品曾在该工具中被张紧。
粗纱R的接触或者由粗纱R构成的带的接触(步骤7)也可以根据步骤8来进行。
于是,按照根据本发明的方法尤其设计为:在将导电粗纱或者至少一个粗纱束或粗纱带放置到支承体部分上(步骤S6)时,支承体部分具有可二维限定的表面,并且在接触粗纱的端部区段或者至少一个粗纱束或粗纱带的端部区段之前或者之后,将由支承体部分和放置在其上的导电粗纱构成的半成品组合放置到模具上,模具的表面具有可三维限定的形式。
可选地,接下来在该实施例中,施加结合材料以及可选地施加雷电保护材料(步骤S8)。可替选地或者附加地可以设计为:结合材料曾在上述步骤之一中包含在支承体部分半成品和/或电绝缘层中和/或在施加到其上的粗纱中或者施加到其上的至少一个粗纱束或粗纱带中。然后,在使用结合材料的情况下必要时进行结合处理以稳定半成品(步骤S9)以及执行树脂注入方法或者树脂注射方法(步骤10)。
在另一步骤中,根据方法步骤的所描述的实施形式之一形成的、由导电粗纱的至少一层、结合材料和绝缘层以及必要时雷电防护材料构成的结合物以树脂注入方法和/或树脂注射方法使用树脂来强化(步骤10)。在此可以设计为:在第一工作步骤中将支承体部分和电绝缘层分别作为干燥的半成品来铺设,并且以塑料制造方法中单件地制造电绝缘层。
接下来,可以设计为:对硬化的加热结构半成品进行切削后处理(步骤S11)。
此外,进行电线路到金属接触体上的连接(步骤S12)。
此外,其后可以设计为通过温度记录进行功能检验(步骤S13)。在此可以设计为:通过温度记录来证明加热结构的功能性。通过温度记录得到对于在加热结构的表面上的温度分布的整体说明,由此可证明在各个加热区中的变热速度。通过该温度记录方法,可以通过识别热点来检测在接触部位碳/金属或者碳纤维/碳纤维上的缺陷。
根据本发明,借助前面所描述的方法来制造具有至少一个电热加热层的部件。至少一个电热附加加热层10、11、12尤其具有:通过电导体形成的多个粗纱R,其中所述多个粗纱R设置为,使得其平面地分布在加热层11、12上;以及电连接装置11a、11b,12a、12b,用于将加热层10、11、12连接到能量供给装置E10、E11、E12上。在此,多个粗纱R可以形成粗纱R的至少一个带B,其中粗纱R的至少一个带B设置为,使得其平面地分布在加热层10、11、12上。粗纱R的电导体可以是碳导体或者由其形成,其中粗纱R的至少一个带B设置为,使得其以层的方式平面地分布在加热层10、11、12上。相应使用的粗纱R尤其可以由碳丝形成,碳丝在粗纱R中彼此平行地并且至少分区段地在粗纱R的纵向上走向。
在此,加热层可以构建为,使得粗纱R在至少一个电热加热层10、11、12内曲折地走向。在此,电热加热层10、11、12在其厚度方向上看可以由粗纱R的至少一个带B的层形成。
通常,除了碳导体之外,电热加热层10、11、12也可以由金属导体形成。
在图10中示出了飞行器的机翼前缘,在其上设置有分别根据本发明的多个加热层的两个布置。图9示出了本发明的具有飞行器的结构部件1的实施,该结构部件具有支承体部件3和壳部分05,该壳部分具有被环流的外表面105a和内部区域107。结构部件1在图10的示图中是飞行器的机翼前缘。飞行器的结构部件1尤其是具有如下表面的部件,该表面与在飞行中环流飞行器的气流对置地来定向。在此,结构部件可以是机翼的前缘、机翼的尾翼或机翼前缘。因此,结构部件具有:壳或者壳部分5,壳部分5具有被气流所环流或者袭来的外侧,以及与外表面105a对置的内表面105b。
根据本发明,高温计形式的温度测量装置或者辐射温度计100设置在结构部件1的内部区域107中。高温计100尤其可以是温度记录摄影机。
辐射接收器接收从壳部分的内表面105b出来的热辐射,该热辐射的强度与其内表面5b的温度有关,并且辐射接收器基于热辐射来产生用于确定壳部分105的内表面105b的温度的传感器值。当壳部分105的朝向高温计100的内表面105b比高温计100的辐射接收器冷时,辐射通量为负,也就是说,高温计100的辐射传感器向内表面105b发出热辐射,并且反之亦然。壳部分5的内表面105b的温度的确定尤其可以基于内表面105b的发射率ε(即内表面105b的热发射能力)来进行。
高温计100指向壳部分105的内表面105b,以便于可以检测从壳部分5的内表面105b的区域出来的热辐射,并且由此检测壳部分105的温度。为此目的,高温计100与内表面5b的合适间隔地设置支承体部件103上。支承体部件3可以是结构部件1的部分或者在结构部件1上的附加部件,并且构建为使得高温计100可以以合适的位置和姿态相对于内表面105b或者相对于内表面105b的区域来设置。此外,高温计100可以安置在支承体部件上,使得高温计100的位置和/或姿态可调节。姿态在本上下文中理解为高温计100相对于内表面105b的旋转状态。
此外,温度测量装置具有传感器值处理装置,其从高温计100所检测的传感器值中确定温度值。传感器值处理装置通过信号线路与高温计100在功能上连接并且可以远离高温计10地设置。尤其是,传感器值处理装置可以集成在飞行控制装置中。
传感器值处理装置可以具有比较功能,其将温度值与至少一个比较值相比较,并且在达到或者低于边界值时向系统功能发送信号值。尤其是,边界值可以对应于下温度值,该下温度值限定为,使得在该温度的情况下,在壳部分105的外表面105a上可能形成冰或者很可能形成冰。
可替选地或者附加地,传感器值处理装置可以具有如下监控功能,该监控功能用于确定在外表面105a上形成冰的可能性而构建为,使得其接收空气数据以及尤其外部温度、飞行高度和/或气压,并且借助传感器值确定形成冰的概率边界值。在该实施例中,传感器值处理装置具有如下比较功能,其将所确定的形成冰的概率值与最大允许的形成冰的概率的形成冰的期望概率值相比较,并且在超过期望概率值的情况下将作为警报信号的信号值发送给系统功能诸如飞行控制系统或者座舱显示器。座舱显示器可以构建为使得其指示飞行员:必须降低飞行状态并且在此例如必须降低飞行高度,以防止壳部分5结冰。
在壳部分105上可以设置有加热装置,用于防止在壳部分105上形成冰。在该实施例中,可以将系统功能构建为,使得当超过与在壳部分105上形成冰的预定概率对应的边界值时,系统功能将加热装置接通。
在图11中示出了根据本发明的结构部件或者飞行器部件的实施形式。部件实施为飞行器的机翼前缘的前部分。该实施形式也可以仅仅在部件的其他造型的情况下为以下装置的前部分:主翼、高度稳定器或其他襟翼或垂直尾翼和通常空气动力学本体。部件在其表面上具有多个电热加热层,其基于通过能量供给装置(未示出)的相应的激励来发出热量,以便尤其是防止部件表面结冰。加热层的数量和尺寸、加热层在部件1的表面上的布置以及加热层和能量供给装置的电设计取决于应用情况并且与其相应地适配。通常,表面在本发明的该实施例中具有至少一个加热层。
在图11中具体示出的实施例中,在部件1或者基本体4的表面103上集成有两个加热层装置H1、H2,基本体4在所示的实施例中是机翼前缘1的壳部分4,两个加热层装置H1、H2分别具有基本加热层101或者102以及设置在相应的基本加热层101、102中的多个内部加热装置或者附加加热层111、112或者121、122。
基本加热层101、102和附加加热层111、112或者121、122构建和设置为,使得基本加热层对第一附加加热层和第二附加加热层在其平面延伸中予以围绕。加热层根据本发明的一个实施例来构建。出于此目的尤其设计为:基本加热层具有两个凹处,其中第一附加加热层111或者121位于凹处中的第一个中,并且第二附加加热层121或者122位于凹处中的第二个中。加热层中的每个由能量供给装置来供电。以电热层形成的基本加热层101通过电连接装置借助电线路连接到能量供给装置上。此外,两个附加加热层111、112也分别通过电连接装置连接到能量供给装置上。由此,基本加热层110和设置在其内的两个附加加热层111、112通过具有不同功能的能量供给装置来供电,使得加热层110、111、112根据供电向在其上安置有加热层110、111、112的部件发出热量。
能量供给装置在功能上尤其可以构建为,使得在加热装置的激活阶段中,对基本加热层110、120持续地输送电流,并且对第一附加加热层111或者121和第二附加加热层112或者122按预定方式交替地输送电流,使得第一附加加热层111或者121和第二附加加热层112或者122在时间上交替地产生热量。以该方式,在能量上高效地实现对整个加热装置110或者120的表面的热效果。
通常,加热装置110、120可以仅仅具有一个附加加热层,其可以位于基本加热层内部或者外部。在该通常的实施例中,用于对整个加热系统的加热阶段进行控制的功能可以构建为,
●使得在加热系统的加热阶段中,对基本加热层110、120持续地输送电流,并且例如输送强度在很大程度上不变(在平均值的百分之十的带宽内)的电流,用于基本加热层110、120的加热,以及
●使得在同一加热阶段内,在第一时间段中电流流经附加加热层,该电流比流经基本加热层110的电流更强,并且第一时间段与第二时间段交替,在第二时间段中没有电流或者有比流经基本加热层110的电流更小的电流在附加加热层中流动。
尤其,可以在时间上交替地或者互补地激励加热系统的附加加热层,使得其交替地产生热量。
由此,可以在飞行器部件上的表面进行能量上高效的加热。
在另一实施例中,也可以将仅仅一个或者多个不带附加加热层的基本加热层集成在部件中。
壳部分105尤其可以由纤维复合材料(FVW)或者纤维复合塑料(FVK)形成。根据实施形式所设计的加热层设置在不导电的层上,使得加热层相对于壳部分的其余区段绝缘。
设置在部件上的至少一个加热层优选地由碳材料形成,其通过电连接装置来电连接并且在施加相应的电压的情况下引导电流,使得其可以相应地被加热。该至少一个加热层尤其可以由在预定的结构和厚度中的导电粗纱或者由粗纱束或粗纱复合结构或粗纱带形成。
在本上下文中,“粗纱”理解为由连续碳丝或者导电线缆构成的束,其在在粗纱中可以不扭曲和/或可以延伸。在此,线缆尤其是可以由借助玻璃纤维包裹的电导体譬如金属导体形成。导电的单丝可以由碳丝和/或碳纤维和/或金属合金和/或带有例如金属涂层的玻璃纤维形成。尤其是,粗纱也可以仅仅由纤维和尤其碳纤维形成。粗纱可以设置有或者未设置基体材料。在此,可以将如下形式的材料用于根据本发明来使用的粗纱:连续粗纱、连续纱线(Garn)、连续经纱(Zwirn)、连续软线(Schnüren)、连续纺织物(Gewirke)、连续编织物(Webware)、连续绲(Kordeln)或者连续针织物(Maschenware)。这种连续粗纱可以卷绕到卷轴或者卷筒上,以使用在根据本发明的方法中,以便在合适的纵向区段中从卷轴或者卷筒提取粗纱,而应用于根据本发明的方法。
用于形成加热层,粗纱可以作为单个粗纱或者作为至少一个粗纱复合结构或者作为至少一个粗纱带来设置。在本上下文中,“粗纱带”理解为在其纵向上并排走向的粗纱的布置,在加热层的厚度方向上看,粗纱因此并没有在其纵向区段上彼此相叠。在本上下文中,“粗纱复合结构”理解为在其纵向上并排或者相叠地走向的粗纱的布置,在加热层的厚度方向上看,粗纱由此在其至少一个纵向区段上彼此相叠。
粗纱的相对于这些粗纱的纵向放置的端部段分别连接有导电的连接件,电线路又与这些连接件连接并且连接在能量供给装置上。由此,具有预定电流强度和预定时间变化曲线的电流可以借助能量供给装置的激励功能流经粗纱,以边将这些粗纱加热并且由此将其上设置有粗纱的部件加热。基本上,在部件的厚度方向上看,多个粗纱可以相叠地设置,这些粗纱可以彼此平行或者彼此反向地走向。
粗纱或者至少一个粗纱束或者粗纱带可以彼此平行并且波状地走向。基本上,在部件的厚度方向上看,多个粗纱可以彼此相叠地设置,其可以彼此平行或者反向地走向。用于形成加热系统的加热层的粗纱或者至少一个粗纱束或者粗纱带可以设置的其他形状可以根据相应的应用情况的要求来设计。
在将至少一个加热系统使用于根据上述实施例的部件1上的情况下,与传感器值处理装置在功能上耦合的系统功能还可以进一步构建为调节功能,用于对高温计100所检测的壳部分105的区域的温度进行调节。在此,系统功能从传感器值处理装置接收从高温计100的传感器值中确定的温度值,并且将该温度值与参考值或者作为调节量的温度相比较。参考值或者温度值在如下温度以上,在该温度的情况下在壳部分105上可能出现形成冰或者可能避免形成冰。调节功能与传感器值处理装置在功能上连接并且从其接收从高温计100的传感器值中确定的作为输入量的温度值。此外,调节功能激励能量供给装置,使得将至少一个加热层加热,从而使得由高温计100所检测的壳部分的区域尽可能维持期望温度。由此,调节功能基于由高温计100所检测的壳部分105的区域的期望温度来产生相应的指令信号,指令信号传输到以相应的方式对至少一个加热层进行供电的能量供给装置上。在存在多个加热层的情况下,也可以激励多个加热层,以便对在高温计100所检测的壳部分105的区域上的温度进行调节。
在使用根据上述实施例的至少一个加热系统的情况下,系统功能此外可以构建为,使得其在如下情况下产生警报信号:其中加热装置接通并且同时超过与在壳部分5上形成冰的概率对应的边界值。加热装置可以构建为,使得其可以产生不同的加热级,也就是说释放的热功率的不同的级。在该情况下,系统功能尤其可以实施为,使得其在如下情况下产生警报信号:其中存在加热装置的产生最大热功率的最高加热级并且同时超过与在壳部分5上形成冰的概率对应的边界值。警报信号可以发送到飞行引导显示装置上,并且飞行引导显示装置可以实施为,使得其例如在飞行指挥仪中为飞行员产生建议,根据该建议使飞行器进入避免在机翼上形成冰的飞行状态。可替选地或者附加地可以设计:将警报信号发送到具有控制功能的飞行控制装置上,通过该控制功能使飞行器进入避免在机翼上形成冰的飞行状态中。
警报信号可以表示:电热加热体故障。因此,在本发明的一个实施例中可以设计:监控功能确定在电热加热体故障的情况下的大气条件是否可以表示飞行器的危急状态。在此可以设计为:在评估功能中使用飞行高度以及可选地使用所测量的空气温度。如果应用评估功能得出:从不允许的(即过高的)形成冰的概率中会得出危急飞行情况,则向飞行控制系统或者向座舱显示装置发送警报,该警报向飞行员指示处理建议,飞行员可以借助该处理建议使飞行器进入更安全的飞行状态中。在此,例如可以指示:必须降低飞行状态并且在此尤其必须降低飞行高度,以防止机翼结冰。可替选地或者附加地,也可以实现自动的控制功能,其自动实施该措施。
高温计100可以是总辐射高温计,其在整个光谱范围上检测测量表面的辐射,或者可以是带辐射高温计,其透镜、窗和辐射传感器仅仅分别在有限的波长范围中工作。
可替选地,高温计100可以是比色高温计(Quotientenpyrometer)或者比例高温计或者2色高温计,其检测两个不同“颜色”的强度的比例,使得不是基于亮度而是基于辐射颜色来确定内表面5b的温度。此外,可以将具有限定的发射系数的“涂料”或者材料涂层施加到结构部分的内侧上,因为其强烈地影响所测量的温度。可替选地可以设计为:确定表面的发射系数。在这些情况下,在用于对所检测的测量值进行分析的分析功能中考虑相应的发射系数。此外,分析功能可以构建为,使得其被“料到”或者隔离、即补偿另外的热辐射器,这些热辐射器尤其通过反射来影响在结构部件的内侧上所测量的温度。
此外,壳部分105可以构建为,使得其内表面5b并不强烈地或者仅仅在小的程度上与波长有关。
也可以设计为:确定内表面5b的颜色作为参考颜色或者比较值,该颜色对应于形成冰的概率,应该避免低于该概率。与高温计关联的分析功能在该情况下可以具有如下比较功能,该比较功能将相应地确定的内表面105b的颜色与参考颜色相比较,并且在超过参考颜色的值时生成信号。该实施例的优点是:内表面5b的发射率在确定内表面5b的温度时不起作用,并且不必被检测,并且当该发射率对于所涉及的测量物而言并不强烈地与波长有关时,该发射率在用于测量的比例构成中不起作用。
在一个实施例中,高温计100构建为窄带高温计,其仅仅对辐射光谱的通过滤波器限制到确定的波长范围上的小部分进行分析。在此,辐射光谱构建为,使得其描述内表面105b的如下温度范围,在该温度范围中在壳部分105上很可能形成冰。
与在壳部分的外表面105a上形成冰的概率对应的相应传感器值或者范围尤其是基于测试来限定。
作为高温计100的辐射传感器或者检测器,尤其设置有热学的(例如测辐射热仪、热电传感器或者由热电偶构成的热电柱)或者光电的检测器或者光敏二极管。
于是,根据一个实施例,飞行器的结构部件设置有支承体部件103和壳部分105,该壳部分具有被环流的外表面和内部区域107。在此,结构部件此外具有设置在壳部分上的至少一个电热加热体,其可以由连接在其上的能量供给部来供电。壳部分105通过加热体的加热来加热,以边防止其结冰。此外,设置高温计100,其在内部区域107中设置在结构部件1的支承体部件103上并且指向壳部分105。
Claims (10)
1.一种具有加热系统(S)的结构部件,该加热系统具有至少一个能量供给装置(E10,E11,E12),其中加热系统(S)具有:
■基本加热装置,该加热装置具有绝缘层,设置在该绝缘层上的由至少一个粗纱束或者至少一个粗纱复合结构或者至少一个粗纱带形成的基本加热层(10),以及电连接装置(A10-1,A10-2),所述至少一个能量供给装置(E10,E11,E12)通过电连接装置(A10-1,A10-2)连接到基本加热层(10)上,其中每个粗纱的端部分别连接到电连接装置的电极上,
■附加加热装置,该加热装置具有绝缘层,设置在该绝缘层上的由至少一个粗纱束或者至少一个粗纱复合结构或者至少一个粗纱带形成的第一附加加热层(11),以及电连接装置(A11-1,A11-2),所述能量供给装置(E10,E11,E12)通过该电连接装置(A11-1,A11-2)连接到第一附加加热层(11)上,
其中基本加热装置和附加加热装置在空间上彼此关联,用于建立在功能上相关的加热作用,并且所述能量供给装置(E10,E11,E12)构建为使得在激活阶段中在至少一个时间部分区段中为第一附加加热层(11)输送电流,以便在第一附加加热层(11)的区域中将结构部件加热至认可的期望温度,并且为基本加热层(10)持续地输送电流超过激活阶段时间,使得基本加热层(10)持续地产生热量而第一附加加热层(11)在时间部分区段中产生热量。
2.根据权利要求1所述的结构部件,其特征在于,所述能量供给装置(E10,E11,E12)构建为使得在加热阶段的第一时间段中在第一附加加热层(11)中流动的电流具有比流经基本加热层(10)的电流大50%的强度,并且在加热阶段的相应在第一时间段之后的第二时间段中在第一附加加热层(11)流动的电流具有比流经基本加热层(10)的电流小50%的强度。
3.根据权利要求1或2所述的结构部件,其特征在于,加热系统(S)具有:另外的附加加热装置,该另外的附加加热装置具有绝缘层,设置在该绝缘层上的第二附加加热层(12),以及电连接装置(A12-1,A12-2),所述能量供给装置(E10,E11,E12)通过电连接装置(A12-1,A12-2)连接到第二附加加热层(12)上,
■其中所述能量供给装置(E10,E11,E12)的功能为了控制在加热层中的电流而构建为使得针对分别在附加加热层中流动的电流在每个附加加热层中形成具有不同电流强度的加热电流的第一时间段和第二时间段,这两个时间段彼此交替,
■其中在相应的第一加热阶段中的电流强度显著地大于在相应的第二加热阶段中的电流强度。
4.根据权利要求3所述的结构部件,其特征在于,第一附加加热层(11)和第二附加加热层(12)相对于基本加热层(10)的平面延伸设置在该基本加热层(10)内。
5.根据权利要求1所述的结构部件,其特征在于,第一附加加热层和第二附加加热层(11,12)由具有碳导体的粗纱(R)的至少一个带(B)形成,粗纱(R)的所述至少一个带(B)通过电连接装置(11a,11b;12a,12b)连接到所述能量供给装置(E10,E11,E12)上,其中粗纱(R)的所述至少一个带(B)设置为使得其平面地分布在第一附加加热层和第二附加加热层(11,12)上。
6.根据权利要求1所述的结构部件,其特征在于,基本加热层(10)由具有碳导体的粗纱(R)的至少一个带(B)形成,粗纱的所述至少一个带通过电连接装置(10a,10b)连接到所述能量供给装置(E10,E11,E12)上,其中粗纱(R)的所述至少一个带(B)设置为使得其以层的方式平面地分布在基本加热层(10)上。
7.根据权利要求5或6所述的结构部件,其特征在于,粗纱(R)由碳丝形成,碳丝在粗纱中彼此平行地走向并且至少分区段地在粗纱的纵向上走向。
8.根据权利要求5至6之一所述的结构部件,其特征在于,第一附加加热层和第二附加加热层(11,12)中的至少一个加热层由在相应的基本加热层、第一附加加热层和第二附加加热层(10,11,12)内曲折地走向的粗纱(R)的至少一个带(B)形成,粗纱的所述至少一个带通过电连接装置连接到所述能量供给装置(E10,E11,E12)上。
9.根据权利要求5至6之一所述的结构部件,其特征在于,第一附加加热层和/或第二附加加热层(11,12)的加热区域在相应的加热区域的厚度方向上看由粗纱(R)的至少一个带(B)的层形成。
10.根据权利要求1至2之一所述的结构部件,其特征在于,基本加热层、第一附加加热层和第二附加加热层(10,11,12)均由金属导体形成。
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