-
Die
Erfindung betrifft ein Heizsystem mit einer Energieversorgungs-Vorrichtung,
ein Struktur-Bauteil mit einer Vorrichtung zum Beheizen einer Oberfläche
desselben sowie eine Anordnung aus einem Struktur-Bauteil und einem
Heizsystem.
-
Das
Strukturbauteil kann insbesondere ein der Strömung ausgesetztes
Strukturbauteil eines Flugzeugs und z. B. die Vorderkante eines
Flügels, eines Leitwerks oder einer Vorderkantenklappe,
also z. B. die Vorderkantenklappe oder der Vorflügel eines Flügels
sein.
-
Aus
der
US 5824996 ist ein
elektrisch leitendes textiles Heizelement bekannt, das aus Bändern, die
aus nicht-metallischen Garnen gewebt sind, hergestellt ist. Dabei
werden die Bänder in ihrer Längsrichtung auf ein
Trägeteil abgelegt.
-
Aus
der
US 2006/0278631
A1 ist bekannt zur Herstellung eines elektrisch leitenden
textilen Heizelements ein bandförmige Gewebe oder ungewebte Materialstrukturen
zu verwenden, die in einer zuvor vorbereiteten Form auf ein Trägerteil
aufgeklebt werden.
-
Die
DE 101 51 298 A1 beschreibt
eine Heizfolie auf einem Trägermaterial, in das Widerstandsdrähte
entlang Vorzugsrichtungen integriert sind.
-
Der
Einbau von Leitungen in Flugzeug-Bauteile, die mit heißer
Bleedair durchströmt werden, um am Bauteil Vereisungen
zu verhindern und zur Reduktion von Vereisungen an der Bauteilaußenseite, ist
bei der Verwendung von nicht-metallischen Materialien für
die Bauteile nachteilig, da diese eine schlechte Wärmeleitfähigkeit
besitzen und bei hohen Temperaturen geschädigt werden können.
-
Die
Aufgabe der Erfindung ist, ein Heizsystem, bereitzustellen, mit
dem ein Strukturbauteil auf effiziente Weise und gleichzeitig mit
schnell zu erzielenden Heizeffekten beheizt werden kann und das insbesondere
für den jeweiligen Anwendungsfall optimiert werden kann,
um eine effektive Erwärmung von Bauteil-Oberflächen
zu ermöglichen. Das erfindungsgemäße
Heizsystem soll insbesondere in der Lage sein, ein Strukturbauteil
eines Flugzeugs entsprechenden Flugzeuganforderungen zu beheizen. Weiterhin
ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Struktur-Bauteil und eine Anordnung
aus einem Struktur-Bauteil bereitzustellen, das ein solches Heizsystem
aufweist.
-
Diese
Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche
gelöst. Weitere Ausführungsformen sind in den
auf diese rückbezogenen Unteransprüchen angegeben.
-
Erfindungsgemäß wird
eine Faserverbund-Heizschicht aus elektrisch leitenden Materialien
verwendet, die beim Anschließen einer elektrischen Versorgung
als Ohmscher Widerstand wirken und dadurch Wärme erzeugen.
-
Mit
der erfindungsgemäßen Lösung kann die Beheizung
von Strukturbauteilen gemäß spezieller Einzelfall-Anforderungen
in besonders effizienter Weise erfolgen. Insbesondere wird mit der
erfindungsgemäßen Lösung ein Heizsystem
bereitgestellt, das sich unter dem Gesichtspunkt der Effizienz für
die Beheizung von Flugzeug-Strukturbauteilen eignet. Insbesondere
kann das erfindungsgemäße Heizsystem zur Beheizung
von der Strömung ausgesetzten Außenflächen
von Flugzeug-Strukturbauteilen verwendet werden, um die Eisbildung
an solchen äußeren Flächen von Strukturbauteilen
zu verhindern und zu reduzieren.
-
Weiterhin
ist die Heizschicht für zeitlich veränderliche
Heizströme mit phasenweise hohen Spitzen möglich,
da die in der erfindungsgemäßen Heizschicht lokal
auftretenden Temperaturen kontrollierbar und insbesondere regelbar
sind. Die Kombination der Optimierbarkeit der Roving-Struktur auf
dem Trägerteilhalbzeug bzw. an der Heizschicht mit der
Kontrollierbarkeit oder Regelbarkeit der in der Heizschicht auftretenden
Temperaturen macht einen besonders effektiven Einsatz in bestimmten
Anwendungsfällen möglich, in denen mit möglichst
einfach gebauten und leichten Strukturen und Materialien kurzzeitig
hohe Heizleistungen möglich sind. Ein bevorzugter Anwendungsfall
sind demgemäß Bauteile von Flugzeugen insbesondere
von Oberflächen von von der Umgebungsluft umströmten
aerodynamischen Körpern.
-
Die
erfindungsgemäße Lösung erlaubt eine sichere
und zeitlich beständige Integration einer Heizschicht in
eine Bauteil und insbesondere ein Schalenteil eines aerodynamischen
Körpers eines Flugzeugs. Weiterhin sind die Effekte einer
Erhitzung der erfindungsgemäß hergestellten Heizschicht
auf das Bauteil, auf das die Heizschicht angeordnet ist, auf sehr
einfache Weise kontrollierbar.
-
Erfindungsgemäß ist
ein Heizsystem mit zumindest einer Energieversorgungs-Vorrichtung
vorgesehen. Das Heizsystem weist insbesondere auf:
- • eine Basis-Heizvorrichtung mit einer Isolationsschicht,
mit einer darauf angeordneten elektrothermischen Basis-Heizschicht
und mit einer elektrischen Anschlussvorrichtung, über die
die zumindest eine Energieversorgungs-Vorrichtung an die Basis-Heizschicht
angeschlossen ist,
- • eine Zusatz-Heizvorrichtung mit einer Isolationsschicht,
mit einer darauf angeordneten elektrothermischen Zusatz-Heizschicht
und mit einer elektrischen Anschlussvorrichtung, über die
die Energieversorgungs-Vorrichtung an die Zusatz-Heizschicht angeschlossen
ist,
-
Dabei
sind die Basis-Heizvorrichtung und die Zusatz-Heizvorrichtung zur
Herstellung einer funktional zusammenhängenden Heizwirkung
räumlich einander zugeordnet und die Energieversorgungs-Vorrichtung
ist dabei derart gestaltet ist, dass in einer Aktivierungsphase
des Heizsystems der Basis-Heizschicht permanent Strom zugeführt
und der Zusatz-Heizschicht in der Aktivierungsphase in zumindest
einem zeitlichen Teilabschnitt Strom zugeführt wird, so
dass die Basis-Heizschicht permanent und die Zusatz-Heizschicht
in dem zeitlichen Teilabschnitt Wärme erzeugen, wobei die
Isolationsschichten einteilig oder mehrteilig gebildet sind.
-
Dabei
kann die Energieversorgungs-Vorrichtung insbesondere derart gestaltet
sein, dass in ersten Zeitabschnitten der Heizphase in der Zusatz-Heizschicht
Strom mit einer Stärke fließt, die um 50% größer
ist als der Strom, der durch die Basis-Heizschicht fließt,
und dass in zweiten Zeitabschnitten der Heizphase, die auf jeweils
einen ersten Zeitabschnitt folgen, in der Zusatz-Heizschicht Strom mit
einer Stärke fließt, die um 50% geringer ist als
der Strom, der durch die Basis-Heizschicht fließt.
-
Alternativ
oder zusätzlich kann das Heizsystem aufweisen: eine weitere
Zusatz-Heizvorrichtung mit einer Isolationsschicht, mit einer darauf
angeordneten weiteren elektrothermischen Zusatz-Heizschicht und
mit einer elektrischen Anschlussvorrichtung, über die die
Energieversorgungs-Vorrichtung an die weitere Zusatz-Heizschicht
angeschlossen ist,
- • wobei die Funktion
der Energieversorgungs-Vorrichtung zur Steuerung des Stroms in den
Heizschichten derart gestaltet ist, dass sich für den in den
Zusatz-Heizschichten jeweils fließenden Strom in jeder
Zusatz-Heizschicht erste und zweite Zeitabschnitte mit unterschiedlichen
Stromstärken des Heizstroms bilden, die sich einander abwechseln,
- • wobei die Stromstärken in den jeweils ersten Heizphasen
wesentlich größer sind als die Stromstärken
in den jeweils zweiten Heizphasen.
-
Dabei
können die erste elektrothermische Zusatz-Heizschicht und
die weitere elektrothermische Zusatz-Heizschicht in Bezug auf die
flächige Erstreckung der Basis-Heizschicht innerhalb derselben angeordnet
sein.
-
Nach
einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
kann die zumindest eine Basis-Heizschicht und/oder kann die zumindest
eine elektrothermische Zusatz-Heizschicht aus zumindest einem über
die elektrischen Anschlussvorrichtungen an die Energieversorgungs-Vorrichtung
angeschlossenen Band von elektrisch leitfähigen Rovingen,
die insbesondere Kohlenstoffleiter aufweisen können, gebildet
sein, wobei das zumindest eine Band von Rovingen derart angeordnet
ist, dass sich dieses flächig über die Zusatz-Heizschichten
verteilt. Die Rovinge können also generell aus einem elektrisch
leitfähigen Material gebildet sein. In einem speziellen Ausführungsbeispiel
können die Rovinge aus Kohlenstoffleitern gebildet sein.
Dadurch kann die jeweilige Heizschicht strukturell oder materialtechnisch
in besonderer Weise mit der jeweils zugeordneten Isolationsschicht
und/oder dem Bauteil, auf der die jeweilige Heizschicht angeordnet
ist, integriert sein. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass
diese Schichten dann in einem integrierten Herstellungsprozess hergestellt
werden und/oder dabei insbesondere einstückig hergestellt
werden. Bei den Ausführungsformen der Erfindung kann alternativ
oder zusätzlich vorgesehen sein, dass die elektrothermische Basis-Heizschicht
aus zumindest einem über die elektrischen Anschlussvorrichtungen
an die Energieversorgungs-Vorrichtung angeschlossenen zumindest
einen Band von Rovingen mit Kohlenstoffleitern gebildet sind, wobei
das zumindest eine Band von Rovingen derart angeordnet ist, dass
sich dieser in einer Lage flächig über die Basis-Heizschicht
verteilt. In allen Fällen kann der Roving aus Kohlenstoff-Filamenten
gebildet sein, die in den Rovingen parallel zueinander und zumindest
abschnittsweise in Längsrichtung der Rovinge verlaufen.
-
Bei
dem erfindungsgemäßen Heizsystem kann weiterhin
vorgesehen sein, dass die zumindest eine elektrothermische Zusatz-Heizschicht
aus zumindest einem über die elektrischen Anschlussvorrichtungen
an die Energieversorgungs-Vorrichtung angeschlossenen eine Band
von Rovingen gebildet ist, das mäanderförmig innerhalb
der jeweiligen Heizschicht verläuft.
-
Der
Heizbereich der ersten und/oder der zweiten inneren Heizvorrichtung
kann aus in der Dickenrichtung des jeweiligen Heizbereichs gesehen einer
Lage zumindest eines Bandes von Rovingen gebildet sein.
-
Generell
können die Heizschichten aus Rovingen und dabei einer Lage
oder mehreren Lagen von Rovingen gebildet sein.
-
Alternativ
oder zusätzlich kann die elektrothermische Schicht aus
metallischen Leitern gebildet sein.
-
Erfindungsgemäß ist
weiterhin ein Struktur-Bauteil mit einer Vorrichtung zum Beheizen
einer Oberfläche des Strukturbauteils vorgesehen, wobei die
Vorrichtung zum Beheizen einer Oberfläche des Strukturbauteils
aufweist:
- • eine Anordnung aus einer
Isolationsschicht, mit einer auf der Oberfläche des Strukturbauteils
angeordneten elektrothermischen Basis-Heizschicht und mit einer
elektrischen Anschlussvorrichtung zum Anschluss einer Energieversorgungs-Vorrichtung
an die Basis-Heizschicht,
- • eine Zusatz-Heizvorrichtung mit einer auf der Oberfläche
des Strukturbauteils angeordneten Isolationsschicht, mit einer darauf
angeordneten elektrothermischen Zusatz-Heizschicht und mit einer
elektrischen Anschlussvorrichtung zum Anschluss einer Energieversorgungs-Vorrichtung
an die Zusatz-Heizschicht.
-
Die
Isolationsschichten können dabei einteilig oder mehrteilig
gebildet sein.
-
Bei
dem erfindungsgemäßen Struktur-Bauteil kann die
Vorrichtung zum Beheizen einer Oberfläche des Strukturbauteils
aufweisen: eine weitere Zusatz-Heizvorrichtung mit einer auf der
Oberfläche des Strukturbauteils angeordneten Isolationsschicht, mit
einer darauf angeordneten weiteren elektrothermischen Zusatz-Heizschicht
und mit einer elektrischen Anschlussvorrichtung zum Anschluss einer Energieversorgungs-Vorrichtung
an die weitere Zusatz-Heizschicht. Dabei kann insbesondere die erste elektrothermische
Zusatz-Heizschicht und die weitere elektrothermische Zusatz-Heizschicht
in Bezug auf die flächige Erstreckung der Basis-Heizschicht
innerhalb derselben angeordnet sein.
-
Alternativ
oder zusätzlich kann das erfindungsgemäße
Struktur-Bauteil mit elektrothermischen Zusatz-Heizschichten gebildet
sein, die aus zumindest einem über die elektrischen Anschlussvorrichtungen
an die Energieversorgungs-Vorrichtung angeschlossenen das Band von
Rovingen mit Kohlenstoffleitern gebildet sind, wobei das zumindest eine
Band von Rovingen derart angeordnet ist, dass sich dieser flächig über
die Zusatz-Heizschichten verteilt.
-
Dabei
kann auch vorgesehen sein, dass die elektrothermischen Basis-Heizschicht
aus zumindest einem über die elektrischen Anschlussvorrichtungen an
die Energieversorgungs-Vorrichtung angeschlossenen Band von Rovingen
mit Kohlenstoffleitern gebildet sind, wobei das zumindest eine Band
von Rovingen derart angeordnet ist, dass sich dieser flächig über
die Basis-Heizschicht verteilt.
-
Die
Rovinge oder der Roving des zumindest einen Bands von Rovingen kann
aus Kohlenstoff-Filamenten gebildet sein, die in den Rovingen parallel zueinander
und zumindest abschnittsweise in Längsrichtung der Rovinge
verlaufen.
-
Weiterhin
für das erfindungsgemäße Struktur-Bauteil
vorgesehen sein, dass die zumindest eine elektrothermische Zusatz-Heizschicht
aus einem über die elektrischen Anschlussvorrichtungen
an die Energieversorgungs-Vorrichtung angeschlossenen zumindest
einen Band von Rovingen gebildet ist, das mäanderförmig
innerhalb der jeweiligen Heizschicht verläuft.
-
Insbesondere
kann der Heizbereich der ersten und/oder der zweiten inneren Heizvorrichtung aus
in der Dickenrichtung des jeweiligen Heizbereichs gesehen einer
Lage zumindest eines Bands von Rovingen gebildet sein.
-
Erfindungsgemäß ist
weiterhin eine Anordnung aus einem Struktur-Bauteil und einem Heizsystem
zum Beheizen einer Oberfläche des Strukturbauteils vorgesehen,
wobei das Strukturbauteil nach einem der hierin beschriebenen Ausführungsformen gebildet
ist. Das Strukturbauteil der Anordnung aus einem Struktur-Bauteil
und einem Heizsystem kann insbesondere ein Schalen-Bauteil aufweisen.
Dabei kann die Oberfläche, auf der die Heizschichten angeordnet
sind, Teil des Schalen-Bauteils sein.
-
Erfindungsgemäß kann
das Schalen-Bauteil eine Außenhaut eines Vorflügels
sein und kann die Basis-Heizschicht auf der Innenseite und/oder
der Außenseite der Außenhaut angeordnet sein.
Die zumindest eine Zusatz-Heizschicht kann auf der Innenseite und/oder
der Außenseite der Außenhaut angeordnet sein.
-
Die
Erfindung ist bei metallischen und nicht-metallischen Bauweisen,
d. h. für metallische und nicht-metallische Strukturbauteile
einsetzbar.
-
Vorzugsweise
wird eine einzelne Schicht von Rovingen auf die Isolierschicht oder
das Bauteil angeordnet. Dadurch ist ein effizientes Erwärmen
des Bauteils möglich.
-
Die
Stromstärken in den jeweiligen, z. B. ersten und zweiten
Heizphasen können insbesondere bei innerhalb der jeweiligen
Heizphasen zeitabhängige Stromstärken, mittlere
Stromstärken sein.
-
Im
Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an
Hand der beigefügten Figuren beschrieben, die zeigen:
-
1 eine
schematische Draufsicht auf eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Heizsystems mit einer aus einer äußeren oder Basis-Heizschicht
und zwei innerhalb der Basis-Heizschicht gelegenen inneren oder
Zusatz-Heizschichten gebildeten Heizschicht-Anordnung,
-
2 eine
schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer
aus einer Mehrzahl von Rovingen gebildeten inneren Heizvorrichtung,
-
3 einen
Abschnitt einer Vorderkantenklappe eines Flugzeugs, in den zwei
Heizschicht-Anordnungen nach der 1 integriert
sind;
-
4 eine
schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform
einer aus einem Band von Rovingen gebildeten Basis- oder Zusatz-Heizschicht,
-
5 eine
schematische Darstellung eines Ablagemusters von Rovingen zur Ausbildung
einer weiteren Ausführungsform einer Basis-oder Zusatz-Heizschicht,
-
6 zwei
elektrisch miteinander gekoppelte Teil-Schichten zur Bildung einer
Basis-oder Zusatz-Heizschicht, von denen jede aus einem mäanderförmig
gestalteten Band aus Rovingen nach der 7 gestaltet
ist.
-
Die
Erfindung betrifft ein Heizsystem S mit einer zur Anordnung auf
einem zu beheizenden Strukturbauteil vorgesehenen elektrothermischen
Basis-Heizschicht 10 und zumindest einer ebenfalls zur Anordnung
auf einem zu beheizenden Strukturbauteil vorgesehenen und in der
flächigen Erstreckung der Basis-Heizschicht neben dieser
angeordneten Zusatz-Heizschicht 11. Das Strukturbauteil
kann jedes Strukturbauteil sein, das auf effiziente Weise und gleichzeitig
mit schnell zu erzielenden Heizeffekten zu beheizen ist.
-
Die
Basis-Heizschicht 10 und die zumindest eine Zusatz-Heizschicht 11 sind
als elektrothermische Heizschichten gestaltet, so dass diese zumindest
teilweise elektrisch leitend ausgebildet und bei einer entsprechenden
Bestromung Wärme erzeugen. Um die Basis-Heizschicht 10 und
die zumindest eine Zusatz-Heizschicht 11 bei einer Anordnung
auf einem zu beheizenden Strukturbauteil elektrisch gegenüber
dem Strukturbauteil zu isolieren, ist zwischen der Basis-Heizschicht 10 und
der zumindest einen Zusatz-Heizschicht 11 und dem Strukturbauteil 1 eine
elektrisch isolierende Schicht angeordnet. Die Isolationsschichten
können auch das Strukturbauteil, auf dem die Basis-Heizschicht 10 und
die Zusatz-Heizschicht 11 angeordnet ist, selbst sein.
Somit ist eine erste Isolationsschicht und eine zweite Isolationsschicht
zur Anordnung auf dem zu beheizenden Strukturbauteil vorgesehen,
wobei auf der ersten Isolationsschicht die Basis-Heizschicht 10 und
auf der zweiten Isolationsschicht die Zusatz-Heizschicht 11 angeordnet
ist.
-
Die
Basis-Heizschicht 10 und die zumindest eine Zusatz-Heizschicht 11 sind
elektrisch an eine Energieversorgungs-Vorrichtung E10 bzw. E11 angeschlossen
und bilden Lastwiderstände mit einem definiertem elektrischen
Widerstand, so dass diese Basis für eine definierte Flächenheizleistung
bei vorgegebener und von der Energieversorgungs-Vorrichtung bereitgestellter
Spannung sind. Die Energieversorgungs-Vorrichtungen E10, E11 weisen
jeweils eine Funktion auf, mit der der durch die Basis-Heizschicht 10 und
die zumindest eine Zusatz-Heizschicht 11 jeweils fließende
Strom unabhängig von einander gesteuert werden kann. Diese
Funktion ist zur Steuerung einer Heizphase weiterhin derart gestaltet,
- • dass in der Heizphase des Heizsystems 1 der Basis-Heizschicht 10 permanent
Strom und z. B. Strom in weitgehend gleichbleibender Stärke
oder permanent zum Erwärmen der Basis-Heizschicht 10 zugeführt
und
- • dass innerhalb derselben Heizphase in ersten Zeitabschnitten
elektrischer Strom durch die Zusatz-Heizschicht fließt,
der stärker ist als der Strom der durch die Basis-Heizschicht 10 fließt, und
sich die ersten Zeitabschnitte abwechseln mit zweiten Zeitabschnitten,
in denen kein elektrischer Strom oder ein wesentlich geringerer
Strom in der Zusatz-Heizschicht fließt.
-
Nach
einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Stärke
des Stroms in den zweiten Zeitabschnitten um 50% (ein Wert sollte
genannt werden, um die Angaben spezifischer zu machen) stärker
ist als der Strom, der durch die Basis-Heizschicht 10 fließt.
Dabei kann zusätzlich vorgesehen sein, dass der Strom während
Teilabschnitten zum Erwärmen größer ist
als der bei Basis-Heizschicht 10. Das Fließen
eines „wesentlich geringeren” Heizstroms bedeutet,
dass die Stärke des Stroms dabei weniger als 50% (s. o.)
beträgt als der Strom, der durch die Basis-Heizschicht 10 fließt.
-
Unter
einer „weitgehend gleichbleibenden Stärke” eines
elektrischen Stroms oder einer „permanenten” Stromzufuhr
wird ein elektrischer Strom verstanden, dessen Stärke um
maximal 25% eines Mittelwerts oder Referenzwerts dieses Stroms abweicht.
-
Dabei
kann auch vorgesehen sein, dass in der Zusatz-Heizschicht 11 auf
intermittierende oder pulsierende Weise Strom fließt. Der
zeitliche Verlauf der Stromstärke kann regelmäßig
periodisch sein.
-
Das
Heizsystem 1 kann auch aus mehreren Zusatz-Heizschichten 11 gebildet
sein, die durch die Energieversorgungs-Vorrichtung 5 in
der beschriebenen Weise bestromt werden, d. h. in ersten Zeitabschnitten
mit einer größeren Stromstärke und in
zweiten Zeitabschnitten mit einer kleineren Stromstärke, als
der Strom, der durch die Basis-Heizschicht 10 fließt.
Dabei kann vorgesehen sein, dass die ersten Zeitabschnitte zur selben
Zeit in allen oder mehreren Basis-Heizschichten 10 vorgesehen
sind. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die ersten Zeitabschnitte in
allen oder mehreren Basis-Heizschichten 10 zeitversetzt
vorgesehen sind.
-
Die
Anordnung der zumindest einen Zusatz-Heizschicht 1 kann
neben oder innerhalb der Basis-Heizschicht 11 vorgesehen
sein, wobei die eine Zusatz-Heizschicht 11 oder die Zusatz-Heizschichten
vorzugsweise nicht auf der Basis-Heizschicht gelegen ist bzw. sind.
So kann insbesondere eine Zusatz-Heizschicht oder können
mehrere Zusatz-Heizschichten 11 innerhalb der Basis-Heizschicht 10 gelegen
sein, das heißt, dass die Basis-Heizschicht 10 die
zumindest eine Zusatz-Heizschicht 11 in ihrer flächigen
Erstreckung ganz oder teilweise umgibt. Beispielsweise kann die
Basis-Heizschicht 10 eine rechteckige oder generell mehreckige
oder runde oder ovale Form haben und dabei kann eine Zusatz-Heizschicht
oder können mehrere Zusatz-Heizschichten ganz innerhalb
der Basis-Heizschicht 10 gelegen sein. Alternativ oder zusätzlich
kann eine Zusatz-Heizschicht oder können mehrere Zusatz-Heizschichten
teilweise innerhalb der Basis-Heizschicht 10 gelegen sein,
so dass die Zusatz-Heizschichten in einer einseitig offenen Ausnehmung
der Basis-Heizschicht 10 gelegen ist.
-
Die
an dem zu beheizenden Strukturbauteil angeordneten Isolationsschichten
können insbesondere aus aus Glas, Aramid oder Kunststoffen
und insbesondere aus einem Glasfaser-Kunststoff (GFK) gebildet sein.
Weiterhin können die Isolationsschichten miteinander verbunden
sein oder auch eine einheitliche Isolationsschicht bilden. Auch
können die Isolationsschichten oder einzelne der Isolationsschichten
jeweils integraler Bestandteil des zu beheizenden Strukturbauteils
sein. Dabei können die Isolationsschichten einzeln oder
insgesamt oder kann eine Isolationsschicht einheitlich oder einstückig
mit dem zu beheizenden Strukturbauteil gebildet und insbesondere
hergestellt sein.
-
Insbesondere
kann vorgesehen sein, dass das zu beheizende Strukturbauteil oder
ein Schalenbauteil desselben aus einem elektrisch nicht-leitenden
Material und dabei insbesondere aus einem Glasfaser-Kunststoff (GFK),
einem Faserverbund-Werkstoff (FVW) oder Faserverbund-Kunststoff (FVK)
oder einem metallischen Material gebildet ist. Dabei kann das zu
beheizende Strukturbauteil oder das Schalenbauteil desselben selbst
die Isolationsschicht sein oder die Isolationsschichten aufweisen.
-
Die
Basis-Heizschicht 10 und/oder die zumindest eine Zusatz-Heizschicht 11 kann
auf der Innenseite oder der Außenseite zu beheizenden Strukturbauteils
oder eines Schalenteils des zu beheizenden Strukturbauteils angeordnet
sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Basis-Heizschicht 10 auf der
Außenseite eines Strukturbauteils oder Schalenteils angeordnet
ist und zumindest eine Zusatz-Heizschicht 11 auf der Innenseite
des Schalenteils angeordnet ist, und umgekehrt.
-
Die
Basis-Heizschicht 10 und die zumindest eine Zusatz-Heizschicht 11 sind
vorzugsweise aus Kohlenstoff-Strängen gebildet, die über
elektrische Anschlussvorrichtungen A10-1, A10-2 bzw. A11-1, A11-2
an die jeweilige Energieversorgungs-Vorrichtung E10 bzw. E11 elektrisch
angeschlossen sind und bei dem Anliegen einer entsprechenden Spannung
Strom führen, um die Basis-Heizschicht 10 und die
zumindest eine Zusatz-Heizschicht 11 zu erwärmen.
-
Das
Heizsystem S nach der 1 ist aus einer Basis-Heizschicht 10 und
zwei Zusatz-Heizschichten 11, 12 gebildet. Wie
beschrieben, kann auch nur eine Zusatz- Heizschicht 11 oder
können auch mehr als zwei Zusatz-Heizschichten vorgesehen
sein.
-
Dabei
können die Basis-Heizschicht 10 und die zumindest
eine Zusatz-Heizschicht 11 generell aus elektrisch leitfähigem
Material und dabei insbesondere aus elektrisch leitfähigen
Kohlenstoff-Material gebildet sein. Dabei kann insbesondere aus
Kohlenstoff gebildete Garne, Zwirne, Schnüre, Gewirke, Webware,
Kordeln und/oder Maschenware verwendet werden.
-
Bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Heizschichten
aus Rovingen in einer vorbestimmten Struktur und Dichte oder aus
zumindest einem Verbund oder zumindest einem Band aus Rovingen gebildet.
Unter ”Roving” wird in diesem Zusammenhang ein
Bündel aus endlosen Kohlenstoff-Filamenten oder elektrisch
leitenden Kabeln verstanden, die in dem Roving unverdreht und/oder
gestreckt sein können. Die Kabel können dabei
insbesondere aus mittels Glasfasern ummantelten elektrischen wie
z. B. metallischen Leitern gebildet sein. Die elektrisch leitenden
Einzel-Filamente können aus Kohlenstoff-Filamenten und/oder
Kohlenstoff-Fasern und/oder metallischen Legierungen und/oder aus Glasfasern
mit z. B. metallischer Beschichtung gebildet sein. Auch können
die Rovings insbesondere ausschließlich aus Fasern und
insbesondere Kohlenstofffasern gebildet sein. Die Rovinge können
mit oder ohne Matrix-Material versehen sein. Dabei können
für die erfindungsgemäß verwendeten Rovings Materialien
in Form von Endlos-Rovingen, Endlos-Garnen, Endlos-Zwirnen, Endlos-Schnüren,
Endlos-Gewirke, Endlos-Webware, Endlos-Kordeln oder Endlos-Maschenware
verwendet werden. Solche Endlos-Rovinge können zur Verwendung
beim erfindungsgemäßen Verfahren auf Spulen oder
Trommeln aufgewickelt sein, um Rovinge zur Anwendung für
das erfindungsgemäße Verfahren in geeigneten Längenabschnitten
von diesen zu entnehmen.
-
In
weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung kann ein „Roving” nach
der Erfindung auch aus mehreren Rovingen gebildet sein, die in diesen
Fällen Unter-Rovinge sind. Insbesondere können
dabei die Unter-Rovinge miteinander verflochten oder verdrillt sein.
Eine derartige Kombination aus einer Mehrzahl von Unter-Rovingen,
die nicht in einer ebenen Lage verlaufen müssen, wird in
diesem Zusammenhang als „Bündel von Rovingen” verstanden.
-
Die
Rovinge können in verschiedener Weise auf der jeweiligen
Isolationsschicht abgelegt sein. Dabei können die Rovinge
derart auf den Isolationsschichten abgelegt sein, dass die Oberflächen
der Rovinge die flächige Erstreckung der Isolationsschichten
möglichst ausfüllt, während gleichzeitig
die einzelnen Abschnitte der Rovinge durch zwischen diesen gelegenes
nicht leitendes Material und insbesondere Glas-Gewebe oder Kunststofffolie
voneinander isoliert sind.
-
Zur
Bildung der Heizschicht Rovinge können als einzelne Rovinge
oder als zumindest ein Verbund oder als zumindest ein Band von Rovingen
angeordnet sein. Unter „Band von Rovingen” wird
in diesem Zusammenhang eine Anordnung von in ihrer Längsrichtung
nebeneinander verlaufenden Rovingen verstanden, die somit an keinem
ihrer Längsabschnitte in der Dickenrichtung der Heizschicht
gesehen übereinander gelegen sind. Unter „Verbund
von Rovingen” wird in diesem Zusammenhang eine Anordnung von
in ihrer Längsrichtung nebeneinander oder auch übereinander
verlaufenden Rovingen verstanden, die somit an zumindest einem ihrer
Längsabschnitte in der Dickenrichtung der Heizschicht gesehen übereinander
gelegen sind.
-
Innerhalb
der Heizschicht können sich Rovinge abschnittsweise überlappen,
d. h. dass Längsabschnitte der Rovinge in der Dickenrichtung
der Heizschicht gesehen übereinander gelegen sein können.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung jedoch sind
die Rovinge zur Bildung einer Heizschicht derart angeordnet, dass
die Rovinge an keinem ihrer Längsabschnitte in der Dickenrichtung
der Heizschicht gesehen übereinander gelegen sind.
-
Zur
strukturellen Integration der erfindungsgemäß vorgesehenen
Heizschichten 10, 11, 12 mit einem Bauteil 1 kann
vorgesehen sein, dass das Material zur Bildung der jeweiligen Heizschicht
auf einem Trägerteil-Halbzeug, das aus einem elektrisch isolierenden
Material gebildet ist, aufgebracht wird. Das Trägerteil-Halbzeug
ist als ein flächiges oder mattenförmiges Gebilde
geformt und hat die Funktion, die auf diese aufzubringenden Rovinge
elektrisch gegenüber dem Bauteil zu isolieren, auf dem
die Heizschicht anzuordnen ist. Die Oberfläche des Bauteils,
auf dem die Heizschicht anzuordnen ist, kann insbesondere eine Oberfläche
eines Schalenbauteils sein.
-
Bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung können
die Rovinge R derart über die Fläche eines Trägerteil-Halbzeugs
und somit über die Oberfläche 3 des Bauteils 1,
auf dem die Heizschicht angeordnet ist, verteilt sein, dass jeder
Roving R in der Dickenrichtung des Trägerteil-Halbzeugs
oder der zu bildenden Heizschicht 10, 11, 12 gesehen
auf derselben Ablageebene verläuft. Es werden dabei also
keine Überlagerungen der einzelnen Rovinge oder Überlagerungen
von Abschnitten desselben Rovings in der genannten Dickenrichtung
zugelassen. Diese Anordnungsweise hat den Vorteil, dass z. B. die
Anordnung, der Verlauf, die Dicke, die Beschaffenheit und/oder die
Anzahl der Rovinge nach vorgebbaren Optimierungskriterien optimierbar
ist oder sind. Weiterhin ist die Heizschicht für zeitlich
veränderliche Heizströme mit phasenweise hohen
Spitzen möglich, da die in der erfindungsgemäßen
Heizschicht auftretenden Temperaturen kontrollierbar und insbesondere
regelbar ist. Die zur Bildung der Heizschicht angeordneten Rovinge
R können als Band von Rovingen oder Verbund von Rovingen
angeordnet sein.
-
Unter „Band
von Rovingen” wird in diesem Zusammenhang eine Anordnung
von in ihrer Längsrichtung nebeneinander verlaufenden Rovingen
verstanden, die somit an keinem ihrer Längsabschnitte in
der Dickenrichtung der Heizschicht gesehen übereinander
gelegen sind. Unter „Verbund von Rovingen” wird
in diesem Zusammenhang eine Anordnung von in ihrer Längsrichtung
nebeneinander oder auch übereinander verlaufenden Rovingen
verstanden, die somit an zumindest einem ihrer Längsabschnitte in
der Dickenrichtung der Heizschicht gesehen übereinander
gelegen sind.
-
Das
Trägerteil-Halbzeug, auf dem zur Herstellung einer erfindungsgemäßen
Heizschicht Kohlenstoff-Leiter und z. B. ein Band von Rovingen oder Rovinge
aufgebracht werden können, dient bei dem fertigen Bauteil 1 als
Isolationsschicht, die zwischen dem Leitungsbereich aus z. B. einem
Verbund oder Band von Rovingen gelegen ist. Das Bauteil kann Teil der
Isolationsschicht sein oder die Isolationsschicht kann durch ein
zusätzlich auf die Isolationsschicht aufgebrachtes Material
gebildet sein. Ein derartiges zusätzlich auf die Isolationsschicht
aufgebrachtes Material kann ein Glas-Roving sein, der elektrisch nicht-leitend
ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann insbesondere vorgesehen
sein, dass zwischen zwei Leitungsbereichen aus jeweils einem Roving bzw.
einem Verbund von Rovingen mit einer in der flächigen Erstreckung
der jeweiligen Heizschicht gesehenen Breite bis zu 10 cm und insbesondere
bis zu 3 cm zumindest ein Glas-Roving eingelegt ist.
-
Die
elektrothermische Schicht, insbesondere falls diese auf der Oberseite
des Strukturbauteils oder des Schalententeils angeordnet ist, kann
auf ihrer Oberseite mit einer elektrisch nicht-leitenden Schicht
abgedeckt sein, die aus Glas-Gewebe, textilem Material oder Kunststofffolie
gebildet sein kann.
-
Bei
der Anordnung der elektrothermischen Schicht auf der Oberseite des
Strukturbauteils oder des Schalententeils kann weiterhin das Aufbringen einer
Blitzschutz-Schicht vorgesehen sein. Die Blitzschutz-Schicht ist
in der Dickenrichtung des Strukturbauteils gesehen oberhalb der
elektrisch nicht-leitenden Schicht gelegen und kann insbesondere
aus einer gestanzten Folie aus Bronze gebildet sein.
-
Die
elektrisch nicht-leitenden Isolationsschichten, also die erste und
gegebenenfalls weitere Isolationsschichten können aus einem
Glasgewebe, textilem Material oder einer elektrisch nicht-leitenden Kunststofffolie
gebildet sein.
-
Ein
Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß vorgesehenen
Zusatz-Heizschicht 11, 12 ist der 2 dargestellt.
In diesem Ausführungsbeispiel sind sechs Rovinge R nebeneinander
auf dem Trägermaterial abgelegt und mit diesem strukturell
integriert. Die Rovinge R liegen entlang ihrer gesamten Längserstreckung
nebeneinander, d. h. es liegt kein Längsabschnitt eines
Rovings R in der Dickenrichtung der Heizschicht gesehen oberhalb
oder unterhalb eines Längsabschnitts eines anderen Rovings
R desselben Bands B von Rovingen. Die Rovinge R verlaufen parallel
zueinander und mäanderförmig in der Heizschicht 11.
In diesem mäanderförmigen Ablagemuster, in dem
das Band B von Rovingen R in der Ausführungsform nach der 2 angeordnet
ist, bilden sich parallel zueinander verlaufende Längsabschnitte 11a, 11b, 11c, 11d, 11e des
Bandes B von Rovingen R ausbilden. Das Band B von Rovingen R ist
an seinen Enden mit einem Anschlussstück A11-1 bzw. A11-2
verbunden, das jeweils wiederum mit einer Leitung L11-1 bzw. L11-2
an eine Strom- oder Spannungsversorgung E angeschlossen ist. Somit kann
die Heizschicht 11 durch die Energieversorgungs-Vorrichtung
E bestromt werden, so dass die Heizschicht 11 entsprechend
dieser Bestromung Wärme an das Bauteil und an dessen Umgebung
abgeben kann.
-
Das
erfindungsgemäß hergestellte Bauteil eignet sich
insbesondere für die Anwendung und Integration in Flugzeug-Bauteile
oder Flugzeug-Strukturen. In der 3 ist als
Beispiel eines solchen Anwendungsfalls ein solches Bauteil 1 in
Form einer Vorderkantenklappe dargestellt. Auf einer Oberfläche 3 des
Bauteils 1 oder eines Basiskörpers 4,
das im gezeigten Ausführungsbeispiel ein Schalenteil 4 der Vorderkantenklappe 1 ist,
sind zwei Heizschicht-Anordnungen H1, H2 mit jeweils einer Basis-Heizschicht 10 und
einer Mehrzahl von innerhalb der Basis-Heizschicht 10 angeordneten
inneren Heizvorrichtungen oder Zusatz-Heizschichten 11, 12 integriert.
Die Basis-Heizschicht 10 und die zumindest eine Zusatz-Heizschicht 11 sind
als elektrothermische Heizschichten gestaltet, so dass diese zumindest
teilweise elektrisch leitend ausgebildet und bei einer entsprechenden
Bestromung Wärme erzeugen. Um die Basis-Heizschicht 10 und
die zumindest eine Zusatz-Heizschicht 11 bei einer Anordnung
auf einem zu beheizenden Strukturbauteil elektrisch gegenüber
dem Strukturbauteil zu isolieren, ist zwischen der Basis-Heizschicht 10 und
der zumindest einen Zusatz-Heizschicht 11, 12 eine
elektrisch isolierende Isolations- oder Trennvorrichtung 20 angeordnet.
Weiterhin sind Isolations- oder Trennvorrichtungen 20, 21, 22 zwischen
benachbarten Abschnitten einer Bandes B von Rovingen R innerhalb
einer Basis-Heizschicht 10 oder eine Zusatz-Heizschicht 11, 12 vorgesehen
(1). Die Isolations- oder Trennvorrichtungen 20, 21, 22 können
auch Teil des Strukturbauteils sein, auf dem die Basis-Heizschicht 10 und
die Zusatz-Heizschichten 11, 12 angeordnet ist,
selbst sein oder separate Teile sein. Die Isolations- oder Trennvorrichtungen
können aus Glas gebildet sein. Weiterhin sind sämtliche
Heizschichten 10, 11, 12 auf einer Isolationsschicht
angeordnet, so dass der in den Heizschichten fließende
Heizstrom gegenüber dem Teil des Bauteils 1 isoliert,
auf dem die Heizschichten 10, 11, 12 angeordnet
sind.
-
Die
Zusatz-Heizschichten 11, 12 sind nach dem in der 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel gebildet, wobei diese aus Rovingen
R gebildet sind, die in einer Lage ein mäanderförmig
verlaufendes Band B bilden. Auch die Basis-Heizschicht 10 ist
jeweils aus einer Lage von ein mäanderförmig verlaufendes
Bandes B bildenden Rovingen R gebildet. Die Basis-Heizschicht 10,
die Zusatz-Heizschichten 11, 12 sind auf dem Basiskörper 9 mit
einer elektrisch isolierenden Schicht angeordnet, so dass die Heizschichten 10, 11, 12 in
der Dickenrichtung der jeweiligen Heizschicht gesehen oberhalb der
isolierenden Schicht gelegen sind.
-
Eine
der beiden auf der Oberfläche 3 des Bauteils 4 angeordneten
Heizschicht-Anordnungen H1, H2, die Heizschicht-Anordnung H1, ist
im Detail in der 4 als eine ebene Darstellung
derselben dargestellt. In der Ausführungsform der Kombination aus
jeweils einer Basis-Heizschicht 10 und zwei Zusatz-Heizschichten 11, 12,
die in der 4 gezeigt ist, sind die äußere
Heizvorrichtung 10 und die zwei Zusatz-Heizschichten 11, 12 rechteckförmig
gebildet. Generell können diese Heizvorrichtungen auch
eine andere Form haben und z. B. rund oder elliptisch geformt sein.
Die Heizschichten 10, 11, 12 sind jeweils an
eine Energieversorgungs-Vorrichtung E10, E11 bzw. E12 angeschlossen
und bilden jeweils ein Heizsystem S, S10, S11 bzw. S12.
-
Im
Einzelnen ist die Basis-Heizschicht 10 über elektrische
Anschlussvorrichtungen A10-1, A10-2 an die Energieversorgungs-Vorrichtung
E10 angeschlossen, wobei die elektrischen Anschlussvorrichtungen
A10-1, A10-2 die Rovinge R an den Enden des Bandes B elektrisch
verbinden. Mittels Leitungen werden die Anschlussvorrichtungen A10-1,
A10-2 mit der Energieversorgungsvorrichtung E10 verbunden. In analoger
Weise sind auch die Rovinge R an den Enden des Bandes B der zwei
Zusatz-Heizschichten 11, 12 mittels jeweils einer
elektrischen Anschlussvorrichtung A11-1, A11-2 bzw. A12-1, A12-2
verbunden, die jeweils über elektrische Leitungen an die
jeweils zugeordneten Energieversorgungs-Vorrichtung E11, E12 angeschlossen
sind.
-
Mittels
der Energieversorgungs-Vorrichtungen E10, E11, E12 kann an jedes
der Heizsysteme S10, S11, S12 unabhängig voneinander eine
Lastspannung angelegt werden, die in jeder jeweils zugehörigen
Heizschicht 10, 11 bzw. 12 einen elektrischen Heizstrom
mit unterschiedlichen und voneinander unabhängigen Stromstärken
bewirken. Das aus den Heizsystemen S10, S11, S12 gebildete Gesamt-Heizsystem
S kann somit die Oberfläche 3 des Bauteils 1 hinsichtlich
der Heizleistung und auch in zeitlicher Hinsicht bereichsweise unterschiedlich
angesteuert werden. Dabei können die Energieversorgungs-Vorrichtungen
E10, E11, E12 insbesondere derart ausgeführt sein, dass
an die Zusatz-Heizschichten 11, 12 relativ kurzzeitig
und relativ hohe Lastspannungen angelegt und an die Basis-Heizschicht 10 über
relativ langen Zeitspannen und relativ geringe Lastspannungen angelegt
werden. Mit einer solchen System-Auslegung kann erreicht werden, das
relativ große Flächen auf energetisch effiziente Weise
mit relativ großem Heizeffekt beheizt werden können.
Ein Anwendungsfall ist dabei insbesondere die Enteisung oder die
Verhinderung einer Vereisung von Oberflächen von aerodynamischen
Körpern.
-
Die
Basis-Heizschicht 10 und/oder die zumindest eine Zusatz-Heizschicht 11, 12 kann
auf der Innenseite oder der Außenseite des zu beheizenden Strukturbauteils 1 oder
eines Schalenteils 4 des zu beheizenden Strukturbauteils
angeordnet sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Basis-Heizschicht 10 auf
der Außenseite eines Strukturbauteils oder Schalenteils
angeordnet ist und zumindest eine Zusatz-Heizschicht 11, 12 auf
der Innenseite des Schalenteils angeordnet ist, und umgekehrt.
-
Bei
der Verwendung von Rovingen können auch andere Ablagemuster
oder Anordnungen von Rovingen oder zumindest eines Bandes oder Verbundes
von Rovingen zur Bildung einer Heizschicht 10, 11, 12 vorgesehen
sein. Durch ein Ablagemuster ist auch eine Streckenlänge
für das jeweilige Roving bzw. das jeweilige Bündel
oder Band von Rovingen und somit ein spezifischer elektrischer Widerstand derselben
gegeben. Beispielartig sind verschiedene Ablagemuster in den 4 bis 6 dargestellt.
In dem Beispiel der 4 ist eine Roving-Anordung 30 mit
sechs Rovingen 31a, 31b, 31c, 31d, 31e, 31f geradlinig
und parallel nebeneinander abgelegt, wobei zwischen den Rovingen,
d. h. quer zu deren Längserstreckung jeweils ein Abstand 37 als
Isolationsbereich vorgesehen ist. Die Rovinge sind an ihren Enden
mit einem diese elektrisch kontaktierenden und verbindenden Verbindungs-
oder Anschlussstück 35a bzw. 35b verbunden,
das jeweils wiederum mit einer Leitung 36a bzw. 36b an
eine Strom- oder Spannungsversorgung (nicht dargestellt) angeschlossen ist.
Stattdessen kann auch vorgesehen sein, mehrere Bündel oder
Bänder von Rovingen nebeneinander als Bestandteile einer
Heizschicht anzuordnen, die dann insbesondere voneinander beabstandet
sind. Das Bündel oder Bänder von Rovingen kann
in verschiedenen Gestaltungen zur Bildung der Heizschicht abgelegt
sein. In der 5 ist eine Anordnung 40 von
Bündel oder Bänder 41 von Rovingen als
Teil einer Heizschicht dargestellt, die entlang ihrer Längsrichtung
sinusförmig und parallel zueinander verlaufen. Weiterhin
zeigt die 6 zwei Heizschichten H-A, H-B
mit jeweils einer mäanderförmigen Ablage jeweils
einer Anordnung 60a, 60b eines Bandes 61 von
Rovingen als Bestandteil der jeweiligen Heizschicht. Die Bänder 61 von
Rovingen sind elektrisch seriell geschaltet, da jeweils ein Ende 65b, 65c der
Bänder 61a, 61b über eine Verbindungsleitung 66 elektrisch
miteinander verbunden sind und das jeweils andere Ende 65a, 65d der
Bänder 61a, 61b jeweils über
eine elektrische Verbindungsleitung 67a, 67b an
eine Strom- oder Spannungsversorgung (nicht dargestellt) angeschlossen
ist.
-
Die
elektrischen Anschlussvorrichtung A10-1, A10-2, A11-1, A11-2 und
A12-1, A12-2 sehen eine Kontaktierung der Kohlenstofffasern der
abgelegten elektrisch leitenden Materials mit den zu den Energieversorgungs-Vorrichtungen
führenden Leitungen vor. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein,
dass eine Verbindung eines metallischen Kontaktkörpers
mit den Endabschnitten der elektrisch leitenden Rovinge R realisiert
ist, die an der Randseite oder dem Randquerschnitt enden und Endflächen haben.
Beispielsweise sind die Rovings derart auf das Trägerteil
aufgelegt, dass sich deren Enden zu ihrer Kontaktierung über
das Trägerteil hinaus erstrecken. Hierbei wird ein stromleitender
und insbesondere metallischer Kontaktkörper mit den mit
Endabschnitten der elektrisch leitenden Rovings elektrisch verbunden.
Der Kontaktkörper kann insbesondere plattenförmig
oder folienförmig gebildet sein, so dass verhindert wird,
das bei der Einspeisung von Strom in die elektrisch leitenden Rovings
lokal zu große elektrische Übergangswiderstände
und die damit verbundenen lokal hohen Ströme auftreten.
Der Kontaktkörper kann insbesondere eine Kupferfolie sein. Die
Verbindung des Kontaktkörpers mit den elektrisch leitenden
Rovingen kann durch einen Metall enthaltenden Klebstoff erfolgen.
Dabei kann das im Klebstoff enthaltene Metall aus Metall-Partikel
bestehen. Der Trägerstoff des Klebstoffs kann insbesondere
aus einem elektrisch leitenden Polymer gebildet sein.
-
Zur
Bildung einer elektrothermischen Schicht 10, 11, 12 kann
insbesondere ein Band B aus Rovingen R mäanderförmig
abgelegt sein, wie dies in den Ausführungsbeispielen gemäß der 1 und 2 dargestellt
ist. Mäanderförmig bezeichnet einen Verlauf von
Rovingen R bzw. des Bandes B von Rovingen R, bei denen Längsabschnitte
desselben Bandes B bzw. derselben Rovinge R in Bezug auf die Koordinaten
zur Beschreibung der flächigen Erstreckung der elektrisch
isolierenden Schicht, auf der die Rovinge abgelegt werden, in einander
entgegen gesetzten Richtungen verlaufen, so dass zwischen diesen
Längsabschnitten Krümmungsabschnitte vorgesehen
ist, wobei in Längsrichtung der Rovinge R oder des Bandes
B aufeinander folgende Krümmungsabschnitte zueinander entgegen
gesetzte Krümmungen haben. Mit anderen Worten: „Mäanderförmig” heißt
in diesem Zusammenhang, dass Längsabschnitte ein und desselben
Rovings nebeneinander und parallel zueinander abgelegt sind, wobei
jeweils nebeneinander liegende Längsabschnitte in der Längserstreckung
des Rovings hintereinander liegende Längabschnitte sind,
so dass sich ein mäanderförmiger oder serpentinenförmiger
Verlauf des Rovings ergibt.
-
Grundsätzlich
kann der Verlauf der Rovinge auch von der Form des Strukturbauteils
bestimmt und aufgrund dieser optimiert sein. Beispielsweise kann
der Verlauf von einem oder mehreren Rovingen um eine Ausnehmung,
z. B. eine Bohrung zur Aufnahme eines Verbindungselements oder Versorgungsdurchbrüche
oder andere Störstellen der Oberfläche des Strukturbauteils
herumgeführt werden, wenn an dieser Stelle eine elektrothermischen Schicht
einer Heizvorrichtung vorgesehen werden soll.
-
Nach
einem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind mehrere Zusatz-Heizschichten
vorgesehen, die neben und/oder innerhalb einer Basis-Heizschicht 10 auf
der Oberfläche eines Strukturbauteils angeordnet sind und
die an die Energieversorgungs-Vorrichtung angeschlossen sind. Dabei
ist die Funktion der Energieversorgungs-Vorrichtung zur Steuerung
des Stroms in den Heizschichten derart gestaltet, dass sich für
den in den Zusatz-Heizschichten jeweils fließenden Strom
in jeder Zusatz-Heizschicht erste und zweite Zeitabschnitte mit
unterschiedlichen Stromstärken des Heizstroms bilden, die
sich einander abwechseln. Dabei sind die Stromstärken in
den jeweils ersten Heizphasen wesentlich größer
als die Stromstärken in den jeweils zweiten Heizphasen.
Beispielsweise tritt bei einem Heiz-System mit drei Zusatz- Heizschichten
die erste Heizphase nacheinander in der ersten, der zweiten und
der dritten Zusatz-Schicht auf und liegt auf dem Auftreten eine
ersten Heizphase in einer Zusatz-Schicht zweite Heizphasen in den
jeweils beiden anderen Zusatz-Schichten vor.
-
Bei
dem Wechsel zwischen einer ersten und einer zweiten Heizphasen zweier
Zusatz-Heizschichten können jedoch Überlappungen
der Heizphasen dergestalt auftreten, dass die Stromstärke
entsprechend einer ersten Heizphase in einer Zusatz-Schicht noch
andauert, während bereits in einer weiteren Zusatz-Schicht
ebenfalls eine Stromstärke entsprechend einer ersten Heizphase
herrscht. Vorzugsweise beträgt der Überlappungszeitraum
vorzugsweise maximal 10% der Zeitdauer oder des Mittelwerts der
Zeitdauern, die für die jeweiligen ersten Heizphasen vorgesehen
ist bzw. sind. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel kann
vorgesehen sein, dass die Stärke des Stroms in den ersten
Zeitabschnitten um 50% (s. o.) stärker ist als der Strom,
der durch die Basis-Heizschicht 10 fließt. Weiterhin
kann dabei vorgesehen sind, dass die Stärke des Stroms in
den zweiten Zeitabschnitten weniger als 50% (s. o.) beträgt
als der Strom, der durch die Basis-Heizschicht 10 fließt.
-
Die
in der 1 gezeigte Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Heizsystems 1 weist eine Basis-Heizvorrichtung, die aus
einer Basis-Heizschicht 10 und einer Isolationsschicht
gebildet ist, und eine in Bezug auf die flächige Erstreckung
der Basis-Heizschicht 10 innerhalb der Basis-Heizschicht 10 angeordnete
erste Zusatz-Heizvorrichtung 11 sowie eine ebenfalls innerhalb
der Basis-Heizschicht 10 angeordnete, sich flächig
erstreckende zweite Zusatz-Heizvorrichtung 12 auf. Die
erste Zusatz-Heizvorrichtung und die zweite Zusatz-Heizvorrichtung
weisen jeweils eine Isolationsschicht und eine auf dieser gelegene
erste 11 bzw. zweite 12 Basis-Heizschicht auf.
Die Isolationsschichten können als einheitliche Schicht,
d. h. in einer Lage und insbesondere als einteilig hergestellte
Lage ausgeführt sein.
-
Die
erste Zusatz-Heizschicht 11 ist aus einer elektrothermischen
Schicht gebildet und weist eine elektrische Anschlussvorrichtung
mit zwei Anschlüssen 11a, 11b auf. Die
zweite Zusatz-Heizschicht 12 ist ebenfalls aus einer elektrothermischen
Schicht gebildet und weist eine elektrische Anschlussvorrichtung
mit zwei Anschlüssen auf. Die Basis-Heizschicht 10 und
die Zusatz-Heizschichten 11, 12 sind derart gestaltet
und angeordnet, dass die Basis-Heizschicht 10 die erste
und die zweite Zusatz-Heizschicht 11, 12 in ihrer
flächigen Erstreckung umgibt. Zu diesem Zweck weist die
Basis-Heizschicht 10 zwei Ausnehmungen auf, wobei in der
ersten der Ausnehmungen die erste Zusatz-Heizschicht 11 und in
der zweiten der Ausnehmungen die zweite Zusatz-Heizschicht 12 gelegen
ist. Dabei kann die erste Zusatz-Heizschicht 11 und/oder
die zweite Zusatz-Heizschicht 12 formschlüssig
in die jeweilige Ausnehmung eingepasst sein. In einem Ausführungsbeispiel
liegen der erste und der zweite Zusatz-Heizschicht 11, 12 auf
dem Basis-Heizschicht 10 nebeneinander und werden dabei
von Flächenabschnitten des Heizungs-Grundkörper 10 umgeben.
-
Je
nach Anwendungsfall können die Zusatz-Heizschichten 11, 12 können
identische oder zueinander unterschiedliche Form haben und auch aus
unterschiedlichem leitenden Material sowie unterschiedlicher Anordnung
von elektrischen Leitern gebildet sein.
-
Nach
der Erfindung ist generell innerhalb der Basis-Heizschicht 10 eine
Mehrzahl von inneren Heizvorrichtungen angeordnet, d. h. es können
auch mehr als zwei Zusatz-Heizschichten 11, 12 innerhalb der äußeren
Heizvorrichtung 10 angeordnet sein. Die Basis-Heizschicht 10,
die Zusatz-Heizschichten 11, 12 sind auf einem
Basiskörper 9 mit einer elektrisch isolierenden
Schicht angeordnet, so dass die Heizschichten 10, 11, 12 oberhalb
der isolierenden Schicht gelegen sind. In der Ausführungsform
der Kombination aus jeweils einer Basis-Heizschicht und zwei Zusatz-Heizschichten 11, 12,
die in der 1 gezeigt ist, sind die äußere
Heizvorrichtung und die zwei Zusatz-Heizschichten rechteckförmig
gebildet. Generell können diese Heizvorrichtungen auch
eine andere Form haben und z. B. rund oder elliptisch geformt sein.
-
Der
Basiskörper 9 kann ein separates Teil oder Bauteil
sein, das auf das zu beheizende Bauteil aufgebracht wird, oder der
Basiskörper kann Teil des zu beheizenden Bauteils sein.
In letzterem Fall kann der Basiskörper einstückig
mit dem zu beheizenden Bauteil hergestellt sein. Insbesondere kann
der Basiskörper die Außenhaut eines Schalenbauteils
und dabei die Außenhaut eines Schalenbauteils eines Flügels,
einer Klappe oder eines Vorflügels sein. In einem Ausführungsbeispiel der
Erfindung ist das zu beheizenden Bauteil ein Bauteil eines Flugzeugs. Dabei
kann das zu beheizenden Bauteil insbesondere ein Bauteil sein, das
ein in die Strömung ragendes Teil aufweist, wie z. B. die
in die Strömung ragende Vorderseite eines Leitwerks, einer
Höhenflosse, eines Flügels, eines Winglets, eines
Vorflügels oder einer Vorderkantenklappe oder des Rumpfs,
eines Triebwerks oder eines am Flugzeug angebrachten Zusatz-Bauteils.
-
Als
Beispiel ist in der 2 die Anordnung einer Basis-Heizschicht 10 und
zwei Zusatz-Heizschichten 11, 12 auf der Vorderseite 21 oder
der in die Strömung ragende Abschnitt eines Vorflügels oder
einer Vorderkantenklappe 20 gezeigt. Zur Orientierung ist
in die 2 ein X1-X2-X3-Koordinatensystem eingetragen,
dessen X1-Achse die Spannweitenrichtung, X2-Achse die Flügeltiefenrichtung und
X3-Achse die Flügeldickenrichtung des Vorflügels
ist. Beispielartig sind auf der Vorderseite 21 zwei Kombinationen
aus jeweils einer Basis-Heizschicht 10 und zwei innerhalb
desselben angeordneten Zusatz-Heizschichten 11, 12 angeordnet.
Dabei sind die beiden Kombinationen aus jeweils einer Basis-Heizschicht 10 und
zwei innerhalb desselben angeordneten Zusatz-Heizschichten 11, 12 bzw.
einer Basis-Heizvorrichtung und zwei innerhalb desselben angeordneten
Zusatz-Heizvorrichtung derart auf dem Vorflügel 10 angeordnet,
dass die zwei Zusatz-Heizschichten 11, 12 in der
Flügeltiefenrichtung X2 gesehen nebeneinander liegen.
-
Generell
kann eine Kombination aus jeweils einer Basis-Heizschicht 10 und
zwei innerhalb desselben angeordneten Zusatz-Heizschichten 11, 12 oder
können mehrere Kombinationen aus jeweils einer Basis-Heizschicht 10 und
zwei innerhalb desselben angeordneten Zusatz-Heizschichten 11, 12 an dem
Flugzeug-Bauteil wie einem Vorflügel angeordnet sein. Bei
der Anordnung von mehrere Kombinationen aus jeweils einer Basis-Heizschicht 10 und
zwei innerhalb derselben angeordneten Zusatz-Heizschichten 11, 12 können
diese insbesondere in der Spannweitenrichtung X1 des Vorflügels
nebeneinander und alternativ oder zusätzlich auch in der
Flügeltiefenrichtung X2 nebeneinander angeordnet sein.
-
Bei
der Integration des erfindungsgemäßen Heizsystems
in einem Flugzeug-Bauteil kann insbesondere vorgesehen sein, dass
der Basiskörper 4 als elektrisch isolierende Schicht
gebildet ist und Teil des Flugzeug-Bauteils ist und dabei insbesondere
ein Schalenteil des Flugzeug-Bauteils bildet.
-
Die
Energieversorgungs-Vorrichtung 5 ist an der ersten 10a,
an der ersten 11a und der zweiten 11b elektrischen
Anschlussvorrichtung der ersten Zusatz-Heizschicht 11 sowie
an der ersten 112a und der zweiten 12b elektrischen
Anschlussvorrichtung der zweiten Zusatz-Heizschicht 12 elektrisch
angeschlossen. Die Energieversorgungs-Vorrichtung 5 ist derart
gestaltet, dass in einer Aktivierungsphase des Heizsystems 1 der
Basis-Heizschicht 10 permanent Strom zugeführt
und der ersten 11 und der zweiten 12 Zusatz-Heizschicht
in vorbestimmter Weise abwechselnd Strom zugeführt wird,
so dass der der erste 11 und der zweite 12 Heizungs-Zusatzkörper
zeitlich abwechselnd Wärme erzeugen. Dadurch, dass der
erste Heizungs-Zusatzkörper 11 und der zweite Heizungs-Zusatzkörper 12 zeitlich
abwechselnd Strom zugeführt wird, werden diese wechselweise erwärmt.
Auf diese Weise erfolgt eine Wärmewirkung für
die Oberfläche der gesamten Basis-Heizschicht 10 auf
eine energetisch effiziente Weise. Auch können die erste
Zusatz-Heizschicht 11 und die zweite Zusatz-Heizschicht 12 aus
einem Material gestaltet sein, dessen Temperatur sich bei einer
entsprechenden Bestromung mit einem hohen Temperaturgradienten erhöht,
da jede Zusatz-Heizschicht 11, 12 nur in einem
entsprechend kurzen Zeitabschnitt Strom zur Wärmeerzeugung
zugeführt wird.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - US 5824996 [0003]
- - US 2006/0278631 A1 [0004]
- - DE 10151298 A1 [0005]