DE102013004232B4

DE102013004232B4 - Heizvorrichtung und deren Verwendung und Verfahren

Info

Publication number: DE102013004232B4
Application number: DE102013004232.1A
Authority: DE
Inventors: Tomas Meinen
Original assignee: Future Carbon GmbH
Current assignee: Thermoheld De GmbH
Priority date: 2013-03-11
Filing date: 2013-03-11
Publication date: 2017-08-24
Anticipated expiration: 2033-03-12
Also published as: DE102013004232A1

Abstract

Heizvorrichtung (500') zum Erwärmen eines auf ein Element (514) aufzutragenden und/oder in dieses einzubringenden Materials (523), aufweisend ein Kontaktelement (501) zum Anbringen auf das Material (523) und/oder das Element (514), wobei das Kontaktelement (501) – ein Heizelement (102; 202) zum Erwärmen des Materials (523) und/oder des Elements (514), – mindestens einen ersten Leitungsanschluss (515) und – ein Formelement (518) zum Nachbilden der Form zumindest eines Bereichs des Elements (514), auf das das Material (523) aufgebracht oder in das das Material (523) eingebracht werden soll, aufweist, wobei die Heizvorrichtung (500') derart ausgebildet ist, dass mittels des ersten Leitungsanschlusses (515) ein Unterdruck zwischen dem Kontaktelement (501) und dem Material (523) und/oder dem Element (514) erzeugbar ist und so das Kontaktelement (501) auf das Material (523) und/oder das Element (514) anbringbar oder angebracht ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung, insbesondere eine mechanisch flexible Heizvorrichtung, sowie deren Verwendung und Verfahren, insbesondere zur Reparatur eines beschädigten Elements.
Hintergrund der Erfindung
Derzeit verfügbare Heizmatten sind häufig aus in eine Silikonmatte eingebetteten Drahtschleifen oder einer auf einem Trägersubstrat befindlichen, linear strukturierten Metallschicht aufgebaut. Diese Drahtschleifen oder Metallschichten erwärmen sich aufgrund ihres Ohmschen Widerstandes bei Anlegen einer geeigneten Spannung und beheizen die Matte. Die Homogenität der Beheizung hängt davon ab, wie dicht die Drahtwindungen aneinander liegen, wobei zur Isolierung der Windungen voneinander ein Mindestabstand notwendig ist. Solche Matten sind in Dicken von mehr als einem Millimeter (z. B. von der Firma Friedrich Freek GmbH) verfügbar.
Nachteilig an diesen Heizmatten ist, dass sie in Bezug auf die erzielbare Flächenleistung relativ dick sein müssen. Dies ist notwendig, um die in den Drähten auftretenden Ströme von der Umwelt elektrisch zu isolieren. Dadurch können entsprechende Heizmatten ein beträchtliches Gewicht aufweisen. Zudem wird es mit zunehmender Dicke schwerer, die Matten einer vorgegebenen Geometrie folgen zu lassen. Bei ebenen Flächen treten normalerweise keine oder kaum Probleme auf, doch schon bei Flächen mit Krümmung in einer Richtung können Falten und Hohlräume auftreten, die sich nachteilig auf die Homogenität der Beheizung auswirken. Schließlich können solche Heizmatten durch eine kleine Beschädigung vollständig unbrauchbar werden, nämlich wenn der Draht auch nur an einer Stelle unterbrochen wird.
Ziel der Erfindung ist es daher, die bestehenden Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und dünne, leichte Heizvorrichtungen zur Verfügung zu stellen, die sich gut an eine vorgegebene Oberfläche anschmiegen und robust gegen Beschädigungen sind. Zudem soll sichergestellt werden, dass beim Einsatz keine oder möglichst wenige Falten und/oder Hohlräume auftreten.
Die US-PS 4,554,036 beschreibt eine transportierbare Vakuumvorrichtung zum Durchführen von in situ-Bondingverfahren, wobei die Vorrichtung in der Lage ist, eine zu bearbeitende Fläche zu umgeben und einen Unterdruck zu erzeugen, wodurch die Ausbesserung und Reparatur des Werkstücks mittels eines Wärme- und Druckverfahrens ermöglicht wird. Die US-PS 3,837,965 offenbart einen transportierbaren Reparaturapparat mit einem Paar von Kammern, die durch ein flexibles Diaphragma, das ein Heizelement darin aufweist, getrennt sind. Die US-PS 4,352,707 betrifft Verbundwerkstoff-Reparaturvorrichtungen, die Widerstandsheizelemente und Mittel zum Erzeugen von Unterdruck aufweisen. Die US-Patentanmeldung Nr. 2007/0295714 A1 beschreibt einen flexiblen, elektrothermischen Verbundwerkstoff, wobei in einer Ausführungsform der Verbundwerkstoff eine flexible Polymermatrix und eine Reihe von in der Matrix dispergierten Kohlenstoff-Nanotubes beinhaltet, wobei die Kohlenstoff-Nanotubes ein leitfähiges Netzwerk in dem Polymer ausbilden. Das Gebrauchsmuster DE 20 2012 002 576 U1 betrifft ein textiles Infrarot-Heizmodul aus Glasfasergewebe und einer Dispersionsmatrix aus Kohlenstoff-Nanotubes und anderen Beimischungen von isolierenden oder stabilisierenden Chemikalien oder mineralischen Bestandteilen, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewebefläche mit der Dispersionsmatrix aus CNT/TPT-Material und Isolierstoffen imprägniert wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den Patentansprüchen beschriebenen Gegenstände gelöst.
In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung eine Heizvorrichtung zum Erwärmen eines auf ein Element aufzutragenden und/oder in dieses einzubringenden Materials, aufweisend ein Kontaktelement zum Anbringen auf das Material und/oder das Element, wobei das Kontaktelement ein Heizelement zum Erwärmen des Materials und/oder des Elements, mindestens einen ersten Leitungsanschluss, insbesondere Schlauchanschluss, und ein Formelement zum Nachbilden der Form zumindest eines Bereichs des Elements, auf das das Material aufgebracht oder in das das Material eingebracht werden soll, aufweist, wobei die Heizvorrichtung derart ausgebildet ist, dass mittels des ersten Leitungsanschlusses ein Unterdruck zwischen dem Kontaktelement und dem Material und/oder dem Element erzeugbar ist und so das Kontaktelement auf das Material und/oder das Element anbringbar oder angebracht ist.
In der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung kann das Kontaktelement eine erste Fläche (erste Seite) zum Anbringen auf das Material und/oder das Element und eine der ersten Fläche (ersten Seite) gegenüberliegende zweite Fläche (zweite Seite) aufweisen.
In einer jeglichen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung kann das Heizelement eine erste Fläche (erste Seite), die der ersten Fläche des Kontaktelements (ersten Seite des Kontaktelements) zugewandt ist, und eine zweite Fläche (zweite Seite) aufweisen, die der ersten Fläche des Heizelements (ersten Seite des Heizelements) gegenüberliegt.
In einer jeglichen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung kann das Kontaktelement als flächiges Element (z. B. als blattförmiges Element mit rechteckiger Grundfläche) ausgebildet sein. D. h. das Kontaktelement weist eine Länge (1; x-Achse), Breite (b; y-Achse) und Dicke (d; z-Achse) derart auf, dass das Verhältnis von Länge zu Dicke (l:d) sowie das Verhältnis von Breite zu Dicke (b:d) jeweils mindestens 10:1 beträgt. Z. B. kann das Kontaktelement derart ausgestaltet sein, dass es eine Länge aufweist, die mindestens 30-mal (z. B. mindestens 40-mal, mindestens 50-mal, mindestens 60-mal, mindestens 70-mal, mindestens 80-mal, mindestens 90-mal, mindestens 100-mal, mindestens 150-mal, mindestens 200-mal, mindestens 250-mal, mindestens 300-mal, mindestens 350-mal, mindestens 400-mal, mindestens 450-mal, mindestens 500-mal, mindestens 600-mal, mindestens 700-mal, mindestens 800-mal, mindestens 900-mal, mindestens 1000-mal) größer als die Dicke des Kontaktelements der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung ist. Auch kann in dieser Ausführungsform das Kontaktelement derart ausgestaltet sein, dass es eine Breite aufweist, die mindestens 30-mal (z. B. mindestens 40-mal, mindestens 50-mal, mindestens 60-mal, mindestens 70-mal, mindestens 80-mal, mindestens 90-mal, mindestens 100-mal, mindestens 150-mal, mindestens 200-mal, mindestens 250-mal, mindestens 300-mal, mindestens 350-mal, mindestens 400-mal, mindestens 450-mal, mindestens 500-mal, mindestens 600-mal, mindestens 700-mal, mindestens 800-mal, mindestens 900-mal, mindestens 1000-mal) größer als die Dicke des Kontaktelements der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung ist. Z. B. kann das Kontaktelement der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung eine Länge in dem Bereich von 30 mm bis 25 m (wie 50 mm bis 20 m, 10 cm bis 15 m, 20 cm bis 10 m, 30 cm bis 9 m, 40 cm bis 8 m, 50 cm bis 7 m, 60 cm bis 6 m, 70 cm bis 5 m, 80 cm bis 4 m, 90 cm bis 3 m oder 1 m bis 2 m) und/oder eine Breite in dem Bereich von 30 mm bis 25 m (wie 50 mm bis 20 m, 10 cm bis 15 m, 20 cm bis 10 m, 30 cm bis 9 m, 40 cm bis 8 m, 50 cm bis 7 m, 60 cm bis 6 m, 70 cm bis 5 m, 80 cm bis 4 m, 90 cm bis 3 m oder 1 m bis 2 m) aufweisen.
In einer jeglichen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung kann das Kontaktelement neben der ersten und zweiten Fläche (ersten und zweiten Seite) eine dritte Fläche (dritte Seite), die senkrecht auf der ersten Fläche (ersten Seite) des Kontaktelements steht und parallel zu der Länge (x-Achse) des Kontaktelements verläuft, eine vierte Fläche (vierte Seite), die der dritten Fläche (dritten Seite) des Kontaktelements gegenüberliegt, eine fünfte Fläche (fünfte Seite), die senkrecht auf der ersten Fläche (ersten Seite) des Kontaktelements steht und parallel zu der Breite (y-Achse) des Kontaktelements verläuft, und eine sechste Fläche (sechste Seite), die der fünften Fläche (fünften Seite) des Kontaktelements gegenüberliegt, aufweisen. Bevorzugt sind die dritten und vierten Flächen (dritten und vierten Seiten) des Kontaktelements zueinander parallel und/oder die fünften und sechsten Flächen (fünften und sechsten Seiten) des Kontaktelements sind zueinander parallel.
In einer jeglichen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung kann das Heizelement als flächiges Element (z. B. als blattförmiges Element mit rechteckiger Grundfläche) ausgebildet sein. D. h. das Heizelement weist eine Länge (l; x-Achse), Breite (b; y-Achse) und Dicke (d; z-Achse) derart auf, dass das Verhältnis von Länge zu Dicke (l:d) sowie das Verhältnis von Breite zu Dicke (b:d) jeweils mindestens 10:1 beträgt. Z. B. kann das Heizelement derart ausgestaltet sein, dass es eine Länge aufweist, die mindestens 30-mal (z. B. mindestens 40-mal, mindestens 50-mal, mindestens 60-mal, mindestens 70-mal, mindestens 80-mal, mindestens 90-mal, mindestens 100-mal, mindestens 150-mal, mindestens 200-mal, mindestens 250-mal, mindestens 300-mal, mindestens 350-mal, mindestens 400-mal, mindestens 450-mal, mindestens 500-mal, mindestens 600-mal, mindestens 700-mal, mindestens 800-mal, mindestens 900-mal, mindestens 1000-mal) größer als die Dicke des Heizelements der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung ist. Auch kann in dieser Ausführungsform das Heizelement derart ausgestaltet sein, dass es eine Breite aufweist, die mindestens 30-mal (z. B. mindestens 40-mal, mindestens 50-mal, mindestens 60-mal, mindestens 70-mal, mindestens 80-mal, mindestens 90-mal, mindestens 100-mal, mindestens 150-mal, mindestens 200-mal, mindestens 250-mal, mindestens 300-mal, mindestens 350-mal, mindestens 400-mal, mindestens 450-mal, mindestens 500-mal, mindestens 600-mal, mindestens 700-mal, mindestens 800-mal, mindestens 900-mal, mindestens 1000-mal) größer als die Dicke des Heizelements der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung ist. Z. B. kann das Heizelement der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung eine Länge in dem Bereich von 30 mm bis 25 m (wie 50 mm bis 20 m, 10 cm bis 15 m, 20 cm bis 10 m, 30 cm bis 9 m, 40 cm bis 8 m, 50 cm bis 7 m, 60 cm bis 6 m, 70 cm bis 5 m, 80 cm bis 4 m, 90 cm bis 3 m oder 1 m bis 2 m) und/oder eine Breite in dem Bereich von 30 mm bis 25 m (wie 50 mm bis 20 m, 10 cm bis 15 m, 20 cm bis 10 m, 30 cm bis 9 m, 40 cm bis 8 m, 50 cm bis 7 m, 60 cm bis 6 m, 70 cm bis 5 m, 80 cm bis 4 m, 90 cm bis 3 m oder 1 m bis 2 m) aufweisen.
In einer jeglichen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung kann das Heizelement neben der ersten und zweiten Fläche (ersten und zweiten Seite) eine dritte Fläche (dritte Seite), die senkrecht auf der ersten Fläche (ersten Seite) des Heizelements steht und parallel zu der Länge (x-Achse) des Heizelements verläuft, eine vierte Fläche (vierte Seite), die der dritten Fläche (dritten Seite) des Heizelements gegenüberliegt, eine fünfte Fläche (fünfte Seite), die senkrecht auf der ersten Fläche (ersten Seite) des Heizelements steht und parallel zu der Breite (y-Achse) des Heizelements verläuft, und eine sechste Fläche (sechste Seite), die der fünften Fläche (fünften Seite) des Heizelements gegenüberliegt, aufweisen. Bevorzugt sind die dritten und vierten Flächen (dritten und vierten Seiten) des Heizelements zueinander parallel und/oder die fünften und sechsten Flächen (fünften und sechsten Seiten) des Heizelements sind zueinander parallel.
Im einfachsten Fall weist die erfindungsgemäße Heizvorrichtung eine rechteckige Form (Mattenform) auf. Hierbei kann die Breite und/oder die Länge der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung mindestens 30-mal (z. B. mindestens 40-mal, mindestens 50-mal, mindestens 60-mal, mindestens 70-mal, mindestens 80-mal, mindestens 90-mal, mindestens 100-mal, mindestens 150-mal, mindestens 200-mal, mindestens 250-mal, mindestens 300-mal, mindestens 350-mal, mindestens 400-mal, mindestens 450-mal, mindestens 500-mal, mindestens 600-mal, mindestens 700-mal, mindestens 800-mal, mindestens 900-mal, mindestens 1000-mal) größer als die Dicke des Kontaktelements der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung sein. Z. B. kann die erfindungsgemäße Heizvorrichtung eine Länge in dem Bereich von 30 mm bis 25 m (wie 50 mm bis 20 m, 10 cm bis 15 m, 20 cm bis 10 m, 30 cm bis 9 m, 40 cm bis 8 m, 50 cm bis 7 m, 60 cm bis 6 m, 70 cm bis 5 m, 80 cm bis 4 m, 90 cm bis 3 m oder 1 m bis 2 m) und/oder eine Breite in dem Bereich von 30 mm bis 25 m (wie 50 mm bis 20 m, 10 cm bis 15 m, 20 cm bis 10 m, 30 cm bis 9 m, 40 cm bis 8 m, 50 cm bis 7 m, 60 cm bis 6 m, 70 cm bis 5 m, 80 cm bis 4 m, 90 cm bis 3 m oder 1 m bis 2 m) aufweisen. Die erfindungsgemäße Heizvorrichtung kann aber auch beliebige andere Formen annehmen, insbesondere wenn das Kontaktelement der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung mindestens zwei Elektroden zum Anlegen einer elektrischen Spannung aufweist und die Elektroden derart angeordnet sind, dass eine homogene Erwärmung der erfindungsgemäße Heizvorrichtung erzeugbar ist. Somit kann die erfindungsgemäße Heizvorrichtung auch Formen aufweisen, die in einer Raumrichtung bzw. in zwei Raumrichtungen gekrümmt sind.
In einer jeglichen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen kann die erfindungsgemäße Heizvorrichtung weitere Bestandteile aufweisen, wie z. B. eine Pumpe (zum Aufbringen/Erzeugen eines Unter- und/oder Überdrucks), Temperatursensorelemente (zum Bestimmen der durch das Heizelement erzeugten Temperatur), eine Energiequelle (zum Bereitstellen von Energie an das Heizelement und weitere eventuell vorhandene Verbraucher (z. B. Steuerungseinheit, Pumpe und dergleichen)), eine Steuerungseinheit (zum Steuern der Energiequelle (insbesondere der elektrischen Spannung) und/oder der Pumpe und/oder zum Auswerten der von Temperatursensorelementen erfassten Temperaturwerte), Kabel (zum Verbinden der Elektroden und/oder elektrischen Anschlüsse mit der Energiequelle und/oder Steuerungseinheit und/oder zum Verbinden der Temperatursensorelemente mit der Steuerungseinheit) und Leitungen (insbesondere Schläuche, zum Verbinden der Pumpe mit den Leitungsanschlüssen).
In einer jeglichen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung kann das Heizelement mindestens eine Matrixkomponente und mindestens ein Leitfähigkeitsadditiv aufweisen. Neben der Matrixkomponente und dem Leitfähigkeitsadditiv kann das Heizelement weitere optionale Bestandteile aufweisen. Diese optionalen Bestandteile beinhalten z. B. Substanzen zur Herstellung des Heizelements (wie Dispergiermittel, Bindemittel, Säuren, Basen, Salze, Monomere, Polymerisationsstarter und/oder Polymerisationsbeschleuniger). In einer Ausführungsform besteht das Heizelement aus mindestens einer Matrixkomponente, mindestens einem Leitfähigkeitsadditiv und gegebenenfalls einem oder mehreren der vorstehend genannten weiteren optionalen Bestandteile. Es ist bevorzugt, dass die vom Heizelement (insbesondere beim Anlegen einer elektrischen Spannung) erzeugbare Wärme ausschließlich durch das mindestens eine Leitfähigkeitsadditiv erzeugt wird. Vorzugsweise ist das Heizelement derart ausgebildet, dass es frei von Metalldrähten (metalldrahtfrei) und/oder Metallfolien (metallfolienfrei) ist.
Die Matrixkomponente kann mechanisch flexibel, d. h. bruchfest und rissfrei biegsam sein. Die Matrixkomponente kann beispielsweise ein Elastomer (wie ein thermoplastisches Elastomer) oder ein Gemisch von zwei oder mehreren Elastomeren sein. Beispiele für erfindungsgemäß geeignete Elastomere beinhalten in nicht begrenzender Weise Naturkautschuk und synthetischen Kautschuk, wie Silikonkautschuk, Butylkautschuk, Nitrilkautschuk, Butadienkautschuk, Styrol-Butadien-Kautschuk, Chloropren-Kautschuk, Butadien-Acrylnitril-Kautschuk, Fluorkautschuk, Ethylen-Propylen-Kautschuk (EPM) und Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM). Vorzugsweise ist die Matrixkomponente frei von Metalldrähten (metalldrahtfrei) und/oder Metallfolien (metallfolienfrei).
Das Leitfähigkeitsadditiv umfasst bevorzugt ein Leitfähigkeitsadditiv, das auf Kohlenstoff basiert. Z. B. kann das Leitfähigkeitsadditiv aus den allotropen, elektrisch leitenden Formen des Kohlenstoffs ausgewählt werden, zu denen die nachstehenden gehören:

(i) Graphit (liegt meistens im hexagonalen, selten im trigonalen Kristallsystem vor)
(ii) Kohlenstoff-Nanotubes Kohlenstoff-Nanotubes (CNT) sind aus geschlossenen Graphen-Schichten aufgebaut, die zu einem Zylinder aufgerollt sind. CNT können in ”Single Wall Carbon Nanotubes” (SWCNT), die typischerweise einen Durchmesser von 0,5 nm bis 4 nm aufweisen, und ”Multiwall Carbon Nanotubes” (MWCNT) aus konzentrisch gestapelten Röhren eingeteilt werden, wobei die MWCNT typischerweise einen Durchmesser zwischen 6 nm und 100 nm aufweisen. Die CNT können eine Länge von bis zu einigen Millimeter aufweisen. CNT können in an sich bekannter Weise hergestellt werden, z. B. mit Hilfe des Lichtbogenprozesses, des Laserablationsverfahrens oder der katalytisch unterstützten Gasphasenabscheidung (CCVD). Die CCVD, das zur großtechnischen Produktion von CNT verwendbar ist, nutzt gasförmige Kohlenstofflieferanten (Kohlenwasserstoffe, Alkohole, CO, CO₂) auf metallischen, katalytisch aktiven Substraten. Die CNT können an ihrer Oberfläche chemisch modifiziert sein, um Eigenschaften (z. B. Dispergierbarkeit, Anbindung an eine Matrix) der CNT zu verbessern. Z. B. können CNT (insbesondere MWCNT) eine oder mehrere funktionelle Gruppen an ihrer Seitenwand aufweisen, die vorzugsweise kovalent an die Seitenwand gebunden sind. Nicht begrenzende Beispiele für solche funktionelle Gruppen beinhalten: (1) Carbonsäuregruppen (wie -COOH oder -Alkylen-(COOH)_n, worin Alkylen eine bivalente geradkettige oder verzweigte Kohlenwasserstoffgruppe bedeutet, die 1 bis 20 C-Atome (wie 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 C-Atome) aufweist, und n 0, 1, 2 oder 3 ist) und deren Salze (wie Salze mit anorganischen Basen (z. B. Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Magnesiumhydroxid, Calciumhydroxid) oder organischen Basen (z. B. Mono-, Di- oder Trialkylamine, worin Alkyl eine monovalente geradkettige oder verzweigte Kohlenwasserstoffgruppe bedeutet, die 1 bis 20 C-Atome (wie 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 C-Atome) aufweist, wie Mono-, Di- oder Trimethylamin, Mono-, Di- oder Triethylamin); (2) Aminogruppen (wie -NH₂ oder -Alkylen-(NH₂), worin Alkylen und n wie vorstehend definiert sind) und deren Salze (wie Salze mit anorganischen Säuren (z. B. Salzsäure, Schwefelsäure, Salpetersäure, Phosphorsäure, Carbonsäure, Borsäure) oder organischen Säuren (z. B. Essigsäure, Propionsäure, Toluolsulfonsäure); (3) Carbonsäureestergruppen (wie -COOR oder -Alkylen-(COOR)_n, worin Alkylen und n wie vorstehend definiert sind und R ein organischer Rest ist (z. B. Alkyl (wie vorstehend definiert) oder Aryl (d. h. eine aromatische Kohlenwasserstoffgruppe mit 3 bis 14 Kohlenstoffatomen (wie 6 bis 10 Kohlenstoffatomen)); (4) Carbonsäureamidgruppen (wie -CONR₁R₂ oder -Alkylen-(CONR₁R₂)_n, worin Alkylen und n wie vorstehend definiert sind und R₁ und R₂ unabhängig voneinander organische Reste sind (z. B. Alkyl (wie vorstehend definiert) oder Aryl (wie vorstehend definiert)). Nicht begrenzende Beispiele für chemisch modifizierte CNT sowie deren Herstellung sind in der WO 00/17101 (für SWCNT), WO 2011/033037 (für MWCNT) und WO 2011/051223 (für MWCNT) beschrieben.
(iii) Kohlenstoff-Nanofasern Kohlenstoff-Nanofasern (CNF) sind aus Graphenschichten aufgebaut, die entlang der Filamentachse aufeinander gestapelt sind. Zur groben Einteilung wird der Winkel (die Orientierung) der Graphenebenen bezüglich der Filamentachse verwendet: „Herringbone” CNF weisen demnach Graphenebenen auf, die in einem Winkel ≠ 90° angeordnet sind. Diese CNF können massiv oder auch hohl sein. Ihre Durchmesser liegen in dem Bereich von 50 nm bis 1 μm und ihre Längen können bis zu einigen Millimeter betragen. Wenn die Graphenschichten in einem Winkel von 90° zur Filamentachse angeordnet sind, spricht man von „Platelet”-CNF. Ihre Durchmesser liegen in dem Bereich von 50 nm bis 500 nm und ihre Längen können bis zu 50 μm betragen. Diese CNF werden in der Regel über CVD hergestellt.
(iv) Russ Je nach Qualität und Verwendung kann Ruß aus 80% oder mehr an Kohlenstoff bestehen. Je nach ihrem Anwendungsgebiet besitzen Russe spezielle Eigenschaftsprofile, die durch die Art des Herstellungsverfahrens und durch Variation der Prozessparameter gezielt beeinflusst werden können.

Bevorzugt umfasst das Leitfähigkeitsadditiv Kohlenstoff-Nanotubes (CNT), gegebenenfalls mit einem oder mehreren weiteren Leitfähigkeitsadditiven.
In einer jeglichen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung ist es bevorzugt, dass das Heizelement derart ausgebildet ist, dass das mindestens eine Leitfähigkeitsadditiv homogen (gleichmäßig) in der Matrixkomponente verteilt ist. Es ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Menge des Leitfähigkeitsadditivs in einer Volumeneinheit der Matrixkomponente (d. h. die Konzentration des Leitfähigkeitsadditivs in der Matrixkomponente) überall in dem Heizelement nahezu gleich ist (z. B. ist es bevorzugt, dass die Konzentration des Leitfähigkeitsadditivs in der Matrixkomponente über das gesamte Heizelement eine Schwankungsbreite von maximal 10%, vorzugsweise maximal 9%, wie maximal 8%, maximal 7%, maximal 6%, maximal 5%, maximal 4%, maximal 3%, maximal 2%, maximal 1%, maximal 0,5%, maximal 0,1%, aufweist). Dies ermöglicht eine homogene Erwärmung des Heizelements, wodurch eine homogene Erwärmung des Kontaktelements und somit eine homogene Erwärmung der gesamten von dem Kontaktelement abgedeckten Fläche des Materials und/oder Elements erreichbar ist.
In einer jeglichen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung kann das Kontaktelement der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung mindestens zwei Elektroden aufweisen, die derart ausgebildet sind, dass bei Anlegen einer elektrischen Spannung sich das Heizelement erwärmt. Die Art, die Position, die Anordnung und die Menge (Anzahl) der Elektroden sind nicht auf spezifische begrenzt. Je nach Geometrie der Heizvorrichtung, der benötigten Flächenleistung und der elektrischen Anschlussspannung können die Art, die Position, die Anordnung und die Menge (Anzahl) der Elektroden variieren, damit insbesondere eine homogene Erwärmung des Heizelements erreichbar ist. Z. B. ist in einer Ausführungsform des Kontaktelements, das zwei Elektroden aufweist, eine Elektrode (insbesondere direkt, unmittelbar) auf der ersten Fläche des Heizelements (ersten Seite des Heizelements), die der ersten Fläche des Kontaktelements (ersten Seite des Kontaktelements) zugewandt ist, angeordnet, während die andere Elektrode (insbesondere direkt, unmittelbar) auf der zweiten Fläche des Heizelements (zweiten Seite des Heizelements), die der ersten Fläche des Heizelements (ersten Seite des Heizelements) gegenüberliegt, angeordnet ist. Hierbei ist es bevorzugt, dass die Elektroden derart ausgebildet sind, dass sie sich vollflächig (über die gesamte erste bzw. zweite Fläche (Seite) des Heizelements) erstrecken und insbesondere parallel verlaufen. Somit kann die Richtung des Stromflusses senkrecht zu den ersten und zweiten Flächen (ersten und zweiten Seiten) des Heizelements und parallel zu der Normalen (z-Achse) der ersten und zweiten Flächen (ersten und zweiten Seiten) des Heizelements sein. In einer alternativen Ausführungsform des Kontaktelements, das zwei Elektroden aufweist, ist eine Elektrode (insbesondere direkt, unmittelbar) auf der dritten Fläche des Heizelements (dritten Seite des Heizelements), die senkrecht auf der ersten Fläche (ersten Seite) des Heizelements steht und parallel zu der Länge (x-Achse) des Heizelements verläuft, angeordnet, während die andere Elektrode (insbesondere direkt, unmittelbar) auf der vierten Fläche des Heizelements (vierten Seite des Heizelements), die der dritten Fläche des Heizelements (dritten Seite des Heizelements) gegenüberliegt, angeordnet ist. In einer weiteren alternativen Ausführungsform des Kontaktelements, das zwei Elektroden aufweist, ist eine Elektrode (insbesondere direkt, unmittelbar) auf der fünften Fläche des Heizelements (fünften Seite des Heizelements), die senkrecht auf der ersten Fläche (ersten Seite) des Heizelements steht und parallel zu der Breite (y-Achse) des Heizelements verläuft, angeordnet, während die andere Elektrode (insbesondere direkt, unmittelbar) auf der sechsten Fläche des Heizelements (sechsten Seite des Heizelements), die der fünften Fläche des Heizelements (fünften Seite des Heizelements) gegenüberliegt, angeordnet ist. Die Elektroden können auf eine jegliche Art und Weise an das Heizelement angebracht werden und können beispielweise aufklebbar, aufdruckbar, aufbügelbar, aufnähbar oder dergleichen sein.
In einer jeglichen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung kann das Kontaktelement ferner mindestens ein Isolierelement aufweisen, das derart ausgebildet ist, dass es das Heizelement mindestens teilweise umgibt. Das Isolierelement kann mechanisch flexibel, d. h. bruchfest und rissfrei biegsam sein. Das Isolierelement kann eine erste Isolierschicht aufweisen, die an der ersten Fläche des Kontaktelements angeordnet ist, so dass die erste Isolierschicht auf das Material und/oder das Element aufbringbar ist. Weiterhin kann das Isolierelement eine zweite Isolierschicht aufweisen, die an der zweiten Fläche des Kontaktelements angeordnet ist. Falls das Kontaktelement eine Elektrode aufweist, ist es bevorzugt, dass die Elektrode zwischen dem Heizelement und dem Isolierelement angeordnet ist, insbesondere dass die Elektrode und das Isolierelement derart ausgebildet sind, dass eine Fläche (Seite) der Elektrode auf einer Fläche (Seite) des Heizelements (vorzugsweise direkt, unmittelbar) angeordnet ist und das Isolierelement alle restlichen Flächen (Seiten) der Elektrode umgibt. Falls das erfindungsgemäße Kontaktelement elektrische Anschlüsse (z. B. zum Anschließen einer Elektrode an eine Energiequelle und/oder an eine Steuerungseinheit) und/oder Leitungsanschlüsse (z. B. zum Anschließen von Leitungen wie Schläuchen) aufweist, ist es bevorzugt, dass das Isolierelement derart ausgebildet ist, dass die elektrischen Anschlüsse und Leitungsanschlüsse durch das Isolierelement geführt werden, d. h. funktionsfähig und zugänglich sind, während das Isolierelement zusammen mit dem Heizelement die gesamte Oberfläche der Elektrode umgibt. Vorteilhafterweise ist das Isolierelement ein thermisch leitendes und elektrisch isolierendes Isolierelement. Z. B. kann das Isolierelement eine (insbesondere thermisch leitende und elektrisch isolierende) Silikonkomponente und/oder eine wie vorstehend beschriebene Matrixkomponente, die bevorzugt thermisch leitend und elektrisch isolierend ist, aufweisen.
In einer jeglichen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung kann das Kontaktelement derart ausgebildet sein, dass es auf dem Material und/oder dem Element formschlüssig anbringbar ist, insbesondere an mindestens einem Bereich des Materials und/oder Elements fixierbar ist. Unter formschlüssig soll erfindungsgemäß verstanden werden, dass das Kontaktelement (insbesondere die erste Fläche (erste Seite) davon) unmittelbar, direkt, passgenau und/oder derart auf zumindest einen Bereich des Materials und/oder des Elements aufliegt, dass das Kontaktelement (insbesondere die erste Fläche (erste Seite) davon) die Form des Bereichs des Materials und/oder Elements nachbildet. Mittel zum Erreichen von Formschluss sind dem Fachmann bekannt und beinhalten in nicht begrenzender Weise Unterdruck, Magnetismus und Adhäsion (z. B. mit einer Klebefolie).
In einer jeglichen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung kann die erste Fläche (erste Seite) des Kontaktelements eine oder mehrere erste Öffnungen aufweisen, die vorzugsweise gleichmäßig über die erste Fläche (erste Seite) des Kontaktelements verteilt sind und insbesondere mit dem ersten Leitungsanschluss verbunden sind. Somit kann, wenn der erste Leitungsanschluss (insbesondere über eine Leitung, wie einen Schlauch) mit einer Pumpe verbunden ist, die erfindungsgemäße Heizvorrichtung an das Material und/oder das Element gelegt wird und die Pumpe betrieben wird, um einen Unterdruck zu erzeugen (insbesondere die Pumpe Luft durch die Leitung, wie den Schlauch, ansaugt), eine Ansaugung von Luft aus dem Zwischenraum zwischen der ersten Fläche (ersten Seite) des Kontaktelements und dem Material und/oder dem Element erreicht werden, wodurch eine Anbringung (insbesondere Fixierung) des Kontaktelements an dem Material und/oder dem Element in beliebiger Lage (z. B. auch an schrägen oder senkrechten Flächen oder in hängender Position) realisierbar ist. Die erfindungsgemäße Heizvorrichtung hat den weiteren Vorteil, dass Falten in dem Kontaktelement, die beim ersten Anlegen des Kontaktelements an das Material und/oder das Element (d. h. insbesondere vor dem Anlegen einer elektrischen Spannung an das Heizelement) entstanden sind, durch geeignete Mittel (z. B. akustisch und/oder durch messtechnische Überwachung des Druckabfalls) bemerkt und bereits vor Anlegen einer elektrischen Spannung an das Heizelement glattgezogen werden können, wodurch sich die Homogenität der Erwärmung des Materials und/oder Elements verbessert. Weiterhin kann durch den entstehenden Unterdruck das Kontaktelement elastisch verformt werden, wenn die Geometrie der Oberfläche des Materials und/oder Elements dies erfordert. Die ersten Öffnungen in der ersten Seite des Kontaktelements können eine jegliche Form aufweisen, die geeignet ist, dass bei Beaufschlagung des ersten Leitungsanschlusses mit Unterdruck ein Unterdruck in dem Zwischenraum zwischen der ersten Fläche (ersten Seite) des Kontaktelements und dem Material und/oder dem Element erzeugbar ist und insbesondere eine Ansaugung von Luft aus diesem Zwischenraum erreichbar ist. Z. B. können die ersten Öffnungen als runde, ovale, eckige und/oder gewellte Öffnungen ausgestaltetet sein, die punktförmig (wie als Löcher), gestreckt (wie als Schlitze und/oder Rillen) und/oder offenporig ausgebildet sein können. Es kann bevorzugt sein, dass die erste Fläche (erste Seite) des Kontaktelements zwei oder mehrere unterschiedlich geformte ersten Öffnungen aufweist und/oder dass die ersten Öffnungen musterartig auf der ersten Fläche (ersten Seite) des Kontaktelements angeordnet sind. Erste Öffnungen in Form von Löchern können beispielsweise einen Durchmesser von 0,01 mm bis 10 mm (wie 0,1 mm bis 5 mm) aufweisen. Gleichfalls können erste Öffnungen in Form von Schlitzen oder Rillen eine Breite von 0,01 mm bis 10 mm (wie 0,1 mm bis 5 mm) aufweisen. Unter Unterdruck soll erfindungsgemäß ein Druck verstanden werden, der geringer als der Umgebungsdruck ist. Z. B. kann der Unterdruck das 0,9-Fache bis 0,0001-Fache (wie 0,5-Fache bis 0,001-Fache oder 0,1-Fache bis 0,01-Fache) des Umgebungsdrucks betragen. Unter Leitungsanschluss soll erfindungsgemäß ein Anschluss verstanden werden, der zum Verbinden des Kontaktelements mit einer Pumpe mittels einer Leitung (wie eines Schlauchs) ausgebildet und geeignet ist. Das Kontaktelement kann natürlich mehrere erste Leitungsanschlüsse aufweisen, wobei beispielsweise jeder dieser ersten Leitungsanschlüsse lediglich mit ersten Öffnungen eines bestimmten, für jeden ersten Leitungsanschluss unterschiedlichen Bereichs auf der ersten Seite des Kontaktelements verbunden ist. Dadurch kann erreicht werden, dass gezielt einzelne Bereiche der ersten Seite des Kontaktelements unterschiedlich stark auf dem Material und/oder Element anbringbar (insbesondere fixierbar) sind und somit unterschiedlich erwärmbar sind.
In einer jeglichen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung kann das Kontaktelement ferner mindestens einen zweiten Leitungsanschluss, insbesondere Schlauchanschluss, aufweisen, wobei die Heizvorrichtung derart ausgebildet ist, dass mittels des zweiten Leitungsanschlusses ein Überdruck zwischen dem Kontaktelement und dem Material und/oder dem Element erzeugbar ist und so das Kontaktelement von dem Material und/oder dem Element beabstandet anordenbar oder angeordnet ist. In dieser Ausführungsform kann die erste Fläche (erste Seite) des Kontaktelements eine oder mehrere zweite Öffnungen aufweisen, die vorzugsweise gleichmäßig über die erste Fläche (erste Seite) des Kontaktelements verteilt sind und mit dem zweiten Leitungsanschluss verbunden sind. Somit kann, wenn der zweite Leitungsanschluss (insbesondere über eine Leitung, wie einen Schlauch) mit einer Pumpe verbunden ist, die erfindungsgemäße Heizvorrichtung auf das Material und/oder das Element gelegt wird und die Pumpe betrieben wird, um einen Überdruck zu erzeugen (insbesondere die Pumpe Luft durch die Leitung, wie den Schlauch drückt), ein Luftkissen in dem Zwischenraum zwischen der ersten Fläche (ersten Seite) des Kontaktelements und dem Material und/oder dem Element erzeugt werden, wodurch sich im Bereich des Luftpolsters das Kontaktelement von dem Material und/oder dem Element abhebt und eine beabstandete Anordnung des Kontaktelements von dem Material und/oder dem Element realisierbar ist. Das Kontaktelement kann natürlich mehrere zweite Leitungsanschlüsse aufweisen, wobei beispielsweise jeder dieser zweiten Leitungsanschlüsse lediglich mit einer oder mehreren zweiten Öffnungen eines bestimmten, für jeden zweiten Leitungsanschluss unterschiedlichen Bereichs auf der ersten Seite des Kontaktelements verbunden ist. Diese Ausführungsform der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung hat den Vorteil, dass, wenn das Kontaktelement hinreichend viele zweite Leitungsanschlüsse aufweist, einzelne Bereiche des Kontaktelements durch Beaufschlagung mit einem Überdruck gezielt von dem Material und/oder Element abhebbar (beabstandet anordenbar) sind. Dadurch kann erreicht werden, dass gezielt einzelne Bereiche der ersten Seite des Kontaktelements selektiv weniger stark erwärmbar sind (z. B. zur Beeinflussung der Infusionsdynamik) oder insbesondere das gesamte Kontaktelement schonend von dem Material und/oder Element abhebbar ist, z. B. im Falle von zu starker Haftung (Verklebung) des Materials und/oder Elements an das Kontaktelement, wodurch mögliche Beschädigungen des Materials und/oder Elements und/oder der Heizvorrichtung vermeidbar sind. Beaufschlagt man alle zweiten Leitungsanschlüsse mit einem Überdruck, so ist ein Luftkissen realisierbar. Dadurch ist das Kontaktelement in z-Richtung (also senkrecht zu dem erwärmenden Material und/oder Element) festhaltbar, ist aber in der xy-Ebene (also parallel zu dem erwärmenden Material und/oder Element) frei beweglich und beliebig positionierbar. Vorzugsweise ist die zur Erzeugung des Luftkissens verwendete Luft vorgeheizt. Bevorzugt erfolgt die vorstehend beschriebene Lagerung und/oder Positionierung unter Ausnutzung des Bernoulli-Effektes. Diese Ausführungsform der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung weist den Vorteil auf, dass ein Verkleben des Kontaktelements mit dem auf ein Element aufzutragenden und/oder in dieses einzubringenden Material beim Ausheizen des Materials verhinderbar ist, wenn bereits während des Ausheizens die zweiten Leitungsanschlüsse mit einem Überdruck beaufschlagt werden. Alternativ können die zweiten Leitungsanschlüsse mit einem Überdruck nach der Ausheizphase beaufschlagt werden, wodurch ein vorsichtiges, schonendes Abheben des Kontaktelements von dem Material und/oder dem Element realisierbar ist. Die zweiten Öffnungen in der ersten Seite des Kontaktelements können eine jegliche Form aufweisen, die geeignet ist, dass bei Beauschlagung des zweiten Leitungsanschlusses mit Überdruck ein Überdruck in dem Zwischenraum zwischen der ersten Fläche (ersten Seite) des Kontaktelements und dem Material und/oder dem Element erzeugbar ist und insbesondere ein Luftkissen in diesem Zwischenraum erzeugbar ist. Z. B. können die zweiten Öffnungen als runde, ovale, eckige und/oder gewellte Öffnungen ausgestaltetet sein, die punktförmig (wie als Löcher), gestreckt (wie als Schlitze und/oder Rillen) und/oder offenporig ausgebildet sein können. Es kann bevorzugt sein, dass die erste Fläche (erste Seite) des Kontaktelements zwei oder mehrere unterschiedlich geformte zweite Öffnungen aufweist und/oder dass die zweiten Öffnungen musterartig auf der ersten Fläche (ersten Seite) des Kontaktelements angeordnet sind. Zweite Öffnungen in Form von Löchern können beispielsweise einen Durchmesser von 0,01 mm bis 10 mm (wie 0,1 mm bis 5 mm) aufweisen. Gleichfalls können zweite Öffnungen in der Form von Schlitzen oder Rillen eine Breite von 0,01 mm bis 10 mm (wie 0,1 mm bis 5 mm) aufweisen. Unter Überdruck soll erfindungsgemäß ein Druck verstanden werden, der größer als der Umgebungsdruck ist. Z. B. kann der Überdruck das 1,1-Fache bis 1000-Fache (wie 1,5-Fache bis 500-Fache oder 10-Fache bis 100-Fache) des Umgebungsdrucks betragen.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung, die erste und zweite Leitungsanschlüsse aufweisen, können derart ausgebildet sein, dass gezielt einzelne Bereiche der ersten Seite des Kontaktelements unterschiedlich stark auf dem Material und/oder Element anbringbar (insbesondere fixierbar) sind und somit unterschiedlich erwärmbar sind. Dadurch ist eine pneumatische Temperaturverteilung und -steuerung durch die erfindungsgemäße Heizvorrichtung realisierbar.
Falls die erfindungsgemäße Heizvorrichtung sowohl erste als auch zweite Öffnungen auf der ersten Fläche (ersten Seite) des Kontaktelements aufweist, können sich die ersten Öffnungen von den zweiten Öffnungen unterscheiden, z. B. in deren Form, Ausgestaltung, Größe, Lage und/oder Muster, oder die ersten Öffnungen können mit den zweiten Öffnungen z. B. in Form, Ausgestaltung, Größe, Lage und/oder Muster übereinstimmen.
In einer Ausführungsform fallen die ersten Leitungsanschlüsse mit den zweiten Leitungsanschlüssen zusammen, d. h. die Leitungsanschlüsse sind derart ausgebildet, dass sie sowohl mit einem Unterdruck als auch mit einem Überdruck beaufschlagbar sind.
In einer jeglichen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung kann das Kontaktelement ferner eine thermochrome Verbindung zum visuellen Erkennen von Bereichen des Kontaktelements, die von dem Material und/oder Element (z. B. wegen Luftblasen, Falten) beabstandet angeordnet sind, aufweisen. Beispielsweise kann die thermochrome Verbindung in Form einer thermochromen Beschichtung ausgebildet sein, insbesondere auf der zweiten Fläche (zweite Seite) des Kontaktelements oder – falls die zweite Fläche (zweite Seite) des Kontaktelements eine Isolierschicht aufweist – auf derjenigen Fläche (Seite) der Isolierschicht, die der ersten Fläche (Seite) des Kontaktelements abgewandt ist. Alternative kann die thermochrome Verbindung in die Matrix des Heizelements und/oder Isolierelements eingebaut sein. Die thermochrome Verbindung kann anorganisch oder organisch sein. Beispiele für thermochrome Verbindungen beinhalten in nicht begrenzender Weise Rutil, Zinkoxid, 9,9'-Bixanthyliden und 10,10'-Bianthronyliden.
In der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung weist das Kontaktelement ein Formelement zum Nachbilden der Form zumindest eines Bereichs des Elements, auf das das Material aufgebracht oder in das das Material eingebracht werden soll, auf. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Element eine Beschädigung (z. B. Riss, Loch und/oder Verjüngung) aufweist, insbesondere eine Beschädigung, die durch Auftragen und/oder Einbringen des Materials beseitigbar/reparierbar ist. Das Formelement kann eine erste Fläche (erste Seite), die derart ausgebildet ist, dass sie die Form zumindest des zu reparierenden Bereichs des Elements nachbildet, und eine zweite Fläche (zweite Seite) aufweisen, die der ersten Fläche (ersten Seite) des Formelements gegenüberliegt und parallel zu dieser ersten Fläche (ersten Seite) verläuft. Vorzugsweise ist das Formelement halbstarr oder starr, insbesondere auch bei Temperaturen, die beim Erwärmen und/oder Aushärten des Materials typischerweise verwendet und/oder erreicht werden. Daher ist das Formelement bevorzugt derart ausgebildet, dass es bei Temperaturen, die beim Erwärmen und/oder Aushärten des Materials typischerweise verwendet und/oder erreicht werden, formstabil ist. Die Zusammensetzung des Formelements ist nicht entscheidend und beispielhafte Materialien, aus denen das Formelement ausgebildet sein kann, umfassen Metalle, Kunststoffe (insbesondere Polymere), Verbundstoffe und Gemische davon. Das Formelement kann an dem Kontaktelement in an sich bekannter Weise angebracht (insbesondere fixiert) werden, z. B. mittels Kleben. In einer Ausführungsform ist die zweite Fläche (zweite Seite) des Kontaktelements an die erste Fläche (erste Seite) des Formelements angebracht (insbesondere fixiert). Somit ist durch diese Ausführungsform der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung erreichbar, dass die erste Fläche (erste Seite) des Kontaktelements die Form des zu reparierenden Bereichs des Elements nachbildet und insbesondere dass, wenn das Material, das auf das Element aufgebracht oder in dieses eingebracht werden soll (insbesondere zur Beseitigung einer Beschädigung des Elements), auf diese erste Fläche (erste Seite) des Kontaktelements aufgebracht wird, das Material die Form des zu reparierenden Bereichs des Elements nachbildet. Durch diese Ausführungsform ist es daher möglich, eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Material und dem Kontaktelement herzustellen und eine Oberfläche bzw. Oberflächenstruktur der Reparaturstelle zu erzeugen, die der Originalkontur des Elements exakt entspricht und keine oder nur sehr geringe Nacharbeit erfordert. Vorzugsweise weist das Formelement ferner eine oder mehrere Durchführungen für die eventuell auf dem Kontaktelement vorhandenen Leitungsanschlüsse, elektrischen Anschlüsse und/oder Thermosensorelemente auf. Die Befestigung (insbesondere Fixierung) der gesamten Anordnung aus Material/Kontaktelement/Formelement an dem Element kann in an sich bekannter Weise erfolgen (z. B. mittels Unterdruck, Klammern oder Kleben). Vorzugsweise kann die Befestigung (insbesondere Fixierung) der gesamten Anordnung aus Material/Kontaktelement/Formelement an dem Element dadurch erreicht werden, dass das Kontaktelement einen oder mehrere wie vorstehend beschriebene erste Leitungsanschlüsse aufweist und derart ausgebildet ist, dass die erste Fläche (erste Seite) des Kontaktelements nicht nur den zu reparierenden Bereich des Elements abdeckt, sondern auch mit unbeschädigten Bereichen des Elements ringsherum um die Beschädigung überlappt. In einer alternativen Ausführungsform ist die erste Fläche (erste Seite) des Kontaktelements an der zweiten Fläche (zweiten Seite) des Formelements angebracht (insbesondere fixiert). Vorzugsweise ist das Formelement in dieser alternativen Ausführungsform thermisch leitend. Somit ist auch durch diese alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung erreichbar, dass, wenn das Material, das auf das Element aufgebracht oder in dieses eingebracht werden soll (insbesondere zur Beseitigung einer Beschädigung des Elements), auf diese erste Fläche (erste Seite) des Formelements aufgebracht wird, das Material die Form des zu reparierenden Bereichs des Elements nachbildet und mittels des Heizelements erwärmbar ist. Die Befestigung (insbesondere Fixierung) der gesamten Anordnung aus Material/Formelement/Kontaktelement an dem Element kann in an sich bekannter Weise erfolgen (z. B. mittels Unterdruck, Klammern oder Kleben). Vorzugsweise kann die Befestigung (insbesondere Fixierung) der gesamten Anordnung aus Material/Formelement/Kontaktelement an dem Element dadurch erreicht werden, dass das Kontaktelement einen oder mehrere wie vorstehend beschriebene erste Leitungsanschlüsse aufweist und derart ausgebildet ist, dass die erste Fläche (erste Seite) des Kontaktelements nicht nur den zu reparierenden Bereich des Elements abdeckt, sondern auch mit unbeschädigten Bereichen des Elements ringsherum um die Beschädigung überlappt.
In einer jeglichen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung kann die Dicke des Kontaktelements maximal 10 mm, maximal 9 mm, maximal 8 mm, maximal 7 mm, maximal 6 mm, maximal 5 mm, maximal 4 mm, maximal 3 mm, maximal 2 mm, maximal 1 mm, maximal 950 μm, maximal 900 μm, maximal 850 μm, maximal 800 μm, maximal 750 μm, maximal 700 μm, maximal 650 μm, maximal 600 μm, maximal 550 μm, maximal 500 μm, maximal 490 μm, maximal 480 μm, maximal 470 μm, maximal 460 μm, maximal 450 μm, maximal 440 μm, maximal 430 μm, maximal 420 μm, maximal 410 μm, maximal 400 μm, maximal 390 μm, maximal 380 μm, maximal 370 μm, maximal 360 μm, maximal 350 μm, maximal 340 μm, maximal 330 μm, maximal 320 μm, maximal 310 μm, maximal 300 μm, maximal 290 μm, maximal 280 μm, maximal 270 μm, maximal 260 μm, maximal 250 μm, maximal 240 μm, maximal 230 μm, maximal 220 μm, maximal 210 μm oder maximal 200 μm betragen. Vorzugsweise beträgt die Dicke des Kontaktelements der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung mindestens 1 μm, z. B. mindestens 2 μm, mindestens 3 μm, mindestens 4 μm, mindestens 5 μm, mindestens 6 μm, mindestens 7 μm, mindestens 8 μm, mindestens 9 μm, mindestens 10 μm, mindestens 11 μm, mindestens 12 μm, mindestens 13 μm, mindestens 14 μm, mindestens 15 μm, mindestens 16 μm, mindestens 17 μm, mindestens 18 μm, mindestens 19 μm, mindestens 20 μm, mindestens 21 μm, mindestens 22 μm, mindestens 23 μm, mindestens 24 μm, mindestens 25 μm, mindestens 26 μm, mindestens 27 μm, mindestens 28 μm, mindestens 29 μm, mindestens 30 μm, mindestens 35 μm, mindestens 40 μm, mindestens 45 μm, mindestens 50 μm, mindestens 55 μm, mindestens 60 μm, mindestens 65 μm, mindestens 70 μm, mindestens 75 μm, mindestens 80 μm, mindestens 85 μm, mindestens 90 μm, mindestens 95 μm oder mindestens 100 μm. Erfindungsgemäß soll unter der Dicke des Kontaktelements der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung der Abstand (insbesondere der größte Abstand) zwischen der ersten Fläche des Kontaktelements (ersten Seite des Kontaktelements) zum Anbringen auf das Material und/oder das Element und der zweiten Fläche des Kontaktelements (zweiten Seite des Kontaktelements) verstanden werden. Isolierschichten und Elektroden, die als Teil des Kontaktelements vorhanden sein können, werden bei der Bestimmung der Dicke des Kontaktelements der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung mit berücksichtigt. Hingegen werden eventuell vorhandene Leitungsanschlüsse (inklusive Leitungen wie Schläuche) sowie eventuell vorhandene elektrische Anschlüsse (inklusive Kabel für den Anschluss z. B. an eine Energiequelle und/oder eine Steuerungseinheit) bei der Bestimmung der Dicke des Kontaktelements der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung außer Acht gelassen.
Die Dicke des Heizelements der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung kann maximal 10 mm, maximal 9 mm, maximal 8 mm, maximal 7 mm, maximal 6 mm, maximal 5 mm, maximal 4 mm, maximal 3 mm, maximal 2 mm, maximal 1 mm, maximal 950 μm, maximal 900 μm, maximal 850 μm, maximal 800 μm, maximal 750 μm, maximal 700 μm, maximal 650 μm, maximal 600 μm, maximal 550 μm, maximal 500 μm, maximal 490 μm, maximal 480 μm, maximal 470 μm, maximal 460 μm, maximal 450 μm, maximal 440 μm, maximal 430 μm, maximal 420 μm, maximal 410 μm, maximal 400 μm, maximal 390 μm, maximal 380 μm, maximal 370 μm, maximal 360 μm, maximal 350 μm, maximal 340 μm, maximal 330 μm, maximal 320 μm, maximal 310 μm, maximal 300 μm, maximal 290 μm, maximal 280 μm, maximal 270 μm, maximal 260 μm, maximal 250 μm, maximal 240 μm, maximal 230 μm, maximal 220 μm, maximal 210 μm oder maximal 200 μm betragen. Vorzugsweise beträgt die Dicke des Heizelements der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung mindestens 1 μm, z. B. mindestens 2 μm, mindestens 3 μm, mindestens 4 μm, mindestens 5 μm, mindestens 6 μm, mindestens 7 μm, mindestens 8 μm, mindestens 9 μm, mindestens 10 μm, mindestens 11 μm, mindestens 12 μm, mindestens 13 μm, mindestens 14 μm, mindestens 15 μm, mindestens 16 μm, mindestens 17 μm, mindestens 18 μm, mindestens 19 μm, mindestens 20 μm, mindestens 21 μm, mindestens 22 μm, mindestens 23 μm, mindestens 24 μm, mindestens 25 μm, mindestens 26 μm, mindestens 27 μm, mindestens 28 μm, mindestens 29 μm, mindestens 30 μm, mindestens 35 μm, mindestens 40 μm, mindestens 45 μm, mindestens 50 μm, mindestens 55 μm, mindestens 60 μm, mindestens 65 μm, mindestens 70 μm, mindestens 75 μm, mindestens 80 μm, mindestens 85 μm, mindestens 90 μm, mindestens 95 μm oder mindestens 100 μm. Die Dicke des Heizelements der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung kann sich nach der Geometrie der Heizvorrichtung, der benötigten Flächenleistung und der Anschlussspannung richten. Bevorzugt liegt die Dicke des Heizelements der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung in dem Bereich von 10 μm bis 800 μm, wie 20 μm bis 750 μm, 30 μm bis 700 μm, 40 μm bis 650 μm, 50 μm bis 600 μm, 60 μm bis 550 μm, 70 μm bis 500 μm, 80 μm bis 400 μm, 90 μm bis 300 μm oder 100 μm bis 250 μm. Erfindungsgemäß soll unter der Dicke des Heizelements der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung der Abstand (insbesondere der größte Abstand) zwischen der ersten Fläche (ersten Seite) des Heizelements und der zweiten Fläche (zweiten Seite) des Heizelements verstanden werden. Isolierschichten und Elektroden, die als Teil des Kontaktelements vorhanden sein können, eventuell vorhandene Leitungsanschlüsse (inklusive Leitungen wie Schläuche) sowie eventuell vorhandene elektrische Anschlüsse (inklusive Kabel für den Anschluss an z. B. eine Energiequelle und/oder eine Steuerungseinheit) werden bei der Bestimmung der Dicke des Heizelements der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung außer Acht gelassen.
Die erfindungsgemäße Heizvorrichtung weist insbesondere die nachstehenden Vorteile auf:

– Eine homogene Erwärmbarkeit der gesamten von dem Kontaktelement abgedeckten Fläche des Materials und/oder Elements ist erreichbar.
– Das Kontaktelement der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung kann schon vor Inbetriebnahme der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung glattgezogen werden, wodurch sich die Homogenität der Erwärmung verbessert.
– Kleine Beschädigungen schränken die Funktion der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung nicht oder kaum ein.
– Im Vergleich zu Heizvorrichtungen gleicher Flächenleistung gemäß dem Stand der Technik sind die Stromdichten der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung niedriger, weshalb auch die Isolierschicht dünner ausfallen kann.
– Die Temperaturverteilung lässt sich pneumatisch steuern.
– Eine Anbringung (insbesondere Fixierung) des Kontaktelements der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung an dem Material und/oder dem Element ist in beliebiger Lage (z. B. auch an schrägen oder senkrechten Flächen oder in hängender Position) realisierbar.

Die erfindungsgemäße Heizvorrichtung kann unter Verwendung von Standardverfahren und Materialien, die dem Fachmann bekannt sind, hergestellt werden. Beispielsweise kann das Heizelement mittels einer flüssigen, fließfähigen, pastösen oder pulverförmigen Zusammensetzung hergestellt werden, in der das mindestens eine Leitfähigkeitsadditiv homogen verteilt ist. Bei dieser Zusammensetzung kann es sich in nicht begrenzender Weise um eine Dispersion, eine Lösung oder ein Granulat handeln. Die Zusammensetzung kann auf ein Trägersubstrat (beispielsweise eine Folie (wie eine Folie oder Matte aus Matrixkomponente), ein Vlies, ein Textil oder ein Gitter, wobei das Trägersubstrat vorzugsweise mechanisch flexibel ist) aufgetragen werden. Die Art des Auftragverfahrens ist dabei nicht entscheidend und geeignete, nicht begrenzende Beispiele hierfür beinhalten Sprühen, Rakeln, Foliengießen, Drucken, Siebdrucken, Streichen, Foulardieren, Spritzen, Pulverbeschichten und Imprägnieren. Das so erhaltene Heizelement kann von dem Trägersubstrat abgelöst, mit Elektroden versehen (was in jeglicher Weise erfolgen kann, z. B. durch Aufkleben, Aufdrucken, Aufbügeln oder Aufnähen) und sodann in eine entsprechende Matrix zum Ausbilden des Isolierelements eingebettet werden. Alternativ kann das Trägersubstrat, wenn es selbst elektrisch isolierend ist, als Teil des Isolierelements fungieren. D. h. in diesem Fall muss diejenige Fläche (Seite) des Heizelements, auf die das Trägersubstrat angeordnet ist, nicht mehr mit einer Isolierschicht versehen werden; lediglich sollten, falls vorhanden, die ungeträgerten Flächen (Seiten) der Elektroden und gegebenenfalls die restlichen ungeträgerten Flächen (Seiten) des Heizelements mit einer Isolierschicht versehen werden, um die elektrisch leitenden Strukturen des Heizelements zu versiegeln.
Das auf ein Element aufzutragendes und/oder in dieses einzubringende Material kann ein jegliches Material sein, dass erwärmt und/oder ausgehärtet werden soll. Nicht begrenzende Beispiele solcher Materialien umfassen thermoplastische Kunststoffe, duroplastische Kunststoffe, sowie Zusammensetzungen, die solche Kunststoffe aufweisen, wie z. B. Laminate oder Halbzeuge mit Verstärkungsfasern (Faser-Matrix-Halbzeuge), in denen Endlosfasern (z. B. in der Form einer unidirektionale Schicht, eines Gewebes oder Geleges) oder Faserschnipsel mit einer thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoffmatrix (z. B. Polyester- oder Vinylesterharz) imprägniert sind. Die Fasern können Glasfasern, Kohlenstofffasern, Aramidfasern oder ein Gemisch aus zweien oder mehreren Fasertypen sein. Nicht begrenzende Beispiele für Faser-Matrix-Halbzeuge sind Laminate (insbesondere Reparaturlaminate), Prepregs (insbesondere Reparaturprepregs), BMC (Bulk Molding Compound) und SMC (Sheet Molding Compound).
Das Element, auf das das Material aufgetragen und/oder in das das Material eingebracht werden soll, kann ein jeglicher Körper sein, der mit dem Material versehen werden soll. Z. B. kann das Element ein Körper sein, der eine Beschädigung (z. B. Riss, Loch und/oder Verjüngung) aufweist, insbesondere eine Beschädigung, die durch Auftragen und/oder Einbringen des Materials beseitigbar/reparierbar ist. Für die Beseitigung/Reparatur der Beschädigung können neben dem Auftragen des Materials auf und/oder dem Einbringen des Materials in das Element sowie dem zumindest teilweise Erwärmen des Materials und/oder Elements weitere Schritte erforderlich sein, wie z. B. ein oder mehrere Vorbehandlungsschritte (z. B. Präparation von Kanten der Beschädigung) und/oder ein oder mehrere Nachbehandlungsschritte (z. B. Aushärten, Vernetzen, Abschleifen und/oder Entgraten).
Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung einer Heizvorrichtung gemäß dem ersten erfindungsgemäßen Aspekt zum Erwärmen eines auf ein Element aufzutragenden und/oder in dieses einzubringenden Materials.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erwärmen eines auf ein Element aufzutragenden und/oder in dieses einzubringenden Materials mit einer Heizvorrichtung gemäß dem ersten erfindungsgemäßen Aspekt, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:

– Auftragen und/oder Einbringen des Materials auf/in einen hierfür vorgesehenen Bereich des Elements,
– Anbringen des Kontaktelements auf das Material und/oder das Element,
– Betreiben des Heizelements, so dass das Material und/oder das Element erwärmt wird/werden.

Dieses Verfahren kann zum Reparieren einer Beschädigung in dem Element dienen, insbesondere wenn hierzu ein Material verwendet wird, das einer Wärmebehandlung bedarf. Das Verfahren kann zu diesem Zweck einen oder mehrere weitere Schritte aufweisen, z. B. Vorbehandlungsschritte, die vor dem Auftragen und/oder Einbringen des Materials auf/in einen hierfür vorgesehenen Bereich des Elements durchgeführt werden (wie Beseitigen des die Beschädigung umfassenden Bereichs und/oder Präparieren von Kanten der Beschädigung (z. B. Anschrägen der Kanten)), und/oder Nachbehandlungsschritte, die während und/oder nach dem Betreiben des Heizelements, so dass das Material und/oder das Element erwärmt wird/werden, durchgeführt werden (z. B. Aushärten, Vernetzen, Abschleifen und/oder Entgraten).
Nachstehend werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Abbildungen einige bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben.
Die und zeigen zwei Ausführungsformen eines Kontaktelements (101, 101'), das jeweils ein Heizelement (102) mit sechs Flächen (Seiten) (104) bis (109) und zwei Elektroden (103, 103') aufweist, wobei die Elektroden (103, 103') direkt, unmittelbar auf zwei sich gegenüberliegenden Flächen (Seiten) des Heizelements angeordnet sind. In ist eine Elektrode (103) auf der ersten Fläche des Heizelements (ersten Seite des Heizelements) (104) angeordnet, während die andere Elektrode (103') auf der zweiten Fläche des Heizelements (zweiten Seite des Heizelements) (105), die der ersten Fläche des Heizelements (ersten Seite des Heizelements) (104) gegenüberliegt, angeordnet ist. In ist eine Elektrode (103) auf der fünften Fläche des Heizelements (fünften Seite des Heizelements) (108) angeordnet, während die andere Elektrode (103') auf der sechsten Fläche des Heizelements (sechsten Seite des Heizelements) (109), die der fünften Fläche des Heizelements (fünften Seite des Heizelements) (108) gegenüberliegt, angeordnet ist.
Die und zeigen zwei Ausführungsformen eines Kontaktelements (201, 201'), das jeweils ein Heizelement (202) mit sechs Flächen (Seiten) (204) bis (209), zwei Elektroden (203, 203') und zwei Isolierschichten (210, 210') aufweist, wobei die Elektroden (203, 203') direkt, unmittelbar auf zwei sich gegenüberliegenden Flächen (Seiten) des Heizelements angeordnet sind und die Isolierschichten (210, 210') direkt, unmittelbar auf den Elektroden (203, 203') angeordnet sind. Weitere, eventuell vorhandene Isolierschichten zum Versiegeln des Heizelements (202) sind in den und B der Übersicht halber nicht gezeigt. In ist eine Elektrode (203) auf der ersten Fläche des Heizelements (ersten Seite des Heizelements) (204) angeordnet, während die andere Elektrode (203') auf der zweiten Fläche des Heizelements (zweiten Seite des Heizelements) (205), die der ersten Fläche des Heizelements (ersten Seite des Heizelements) (204) gegenüberliegt, angeordnet ist. In ist eine Elektrode (203) auf der fünften Fläche des Heizelements (fünften Seite des Heizelements) (208) angeordnet, während die andere Elektrode (203') auf der sechsten Fläche des Heizelements (sechsten Seite des Heizelements) (209), die der fünften Fläche des Heizelements (fünften Seite des Heizelements) (208) gegenüberliegt, angeordnet ist.
Die bis C zeigen beispielhafte Ausführungsformen des Kontaktelements (301, 301', 301''), die erste Öffnungen (311) entweder allein ( ) oder zusammen mit zweiten Öffnungen (312) ( und C) aufweisen, die jeweils auf der ersten Fläche (ersten Seite) (313) des Kontaktelements (301, 301', 301'') angeordnet sind. Hierbei bedeutet ”+p” Überdruck, während ”–p” für Unterdruck steht. Mittels Anlegen eines Unterdrucks (–p) an die ersten Öffnungen (311) wird das Kontaktelement (und somit die erfindungsgemäße Heizvorrichtung) auf dem Element (314) angeordnet, insbesondere fixiert. Werden zweite Öffnungen (312) gezielt in einem Bereich des Kontaktelements (301', 301'') mit einem Überdruck (+p) beaufschlagt, wird das Kontaktelement (301', 301'') und dadurch auch die erfindungsgemäße Heizvorrichtung in diesem Bereich abgehoben, d. h. beabstandet angeordnet. Hierdurch lässt sich die Temperaturverteilung pneumatisch steuern. zeigt einen Querschnitt entlang der gestrichelten Linie in , wobei das Kontaktelement (301) bei den ersten Öffnungen (311) formschlüssig auf dem Element (314) aufliegt, während das Kontaktelement (301) bei den zweiten Öffnungen (312) beabstandet von dem Element (314) angeordnet ist.
zeigt eine Ausführungsform einer Heizvorrichtung (400), die ein Kontaktelement (401), das einen Leitungsanschluss (415), eine erste Fläche (erste Seite) (413) und eine zweite Fläche (zweite Seite) (417) aufweist, die der ersten Fläche (ersten Seite) (413) des Kontaktelements gegenüberliegt, sowie eine Leitung (416) zu einer Pumpe aufweist.
Die und B zeigen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung (500') (500: Heizvorrichtung ohne Formelement (518)) sowie eine beispielhafte Anordnung der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung für eine Reparatur einer Beschädigung eines Elements (514) mit einem geeigneten Material (523). Die zeigt den Auf- und Zusammenbau einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung (500'), die ein halbstarres oder starres Formelement (518) aufweist, das eine erste Fläche (erste Seite) (519), die derart ausgebildet ist, dass sie die Form zumindest des zu reparierenden Bereichs des Elements (514) nachbildet, und eine zweite Fläche (zweite Seite) (520) aufweist, die der ersten Fläche (ersten Seite) (519) des Formelements (518) gegenüberliegt und parallel zu dieser ersten Fläche (ersten Seite) (519) verläuft. Weiterhin weist das Formelement (518) einen Durchführung (521) für den Leitungsanschluss (515) der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung (500') auf. Das Formelement (518) kann an dem Kontaktelement (501) in an sich bekannter Weise angebracht (insbesondere fixiert) werden, z. B. mittels Kleben. Die zweite Fläche (zweite Seite) (517) des Kontaktelements (501) ist an die erste Fläche (erste Seite) (519) des Formelements (518) in der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung (500') angebracht (insbesondere fixiert). Somit ist durch diese Ausführungsform der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung (500') erreichbar, dass die erste Fläche (erste Seite) (513) des Kontaktelements (501) die Form des zu reparierenden Bereichs des Elements (514) nachbildet und insbesondere dass, wenn das Material (523), das in das Element (514) eingebracht werden soll (insbesondere zur Beseitigung einer Beschädigung des Elements (514); vgl. ), auf diese erste Fläche (erste Seite) (513) des Kontaktelements (501) aufgebracht wird, das Material (523) die Form des zu reparierenden Bereichs des Elements (514) nachbildet. Durch diese Ausführungsform ist es daher möglich, eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Material (523) und dem Kontaktelement (501) herzustellen und eine Oberfläche bzw. Oberflächenstruktur der Reparaturstelle zu erzeugen, die der Originalkontur des Elements (514) exakt entspricht und keine oder nur sehr geringe Nacharbeit erfordert. Die Befestigung (insbesondere Fixierung) der gesamten Anordnung aus Material (523)/Kontaktelement (501)/Formelement (518) an dem Element (514) kann in an sich bekannter Weise erfolgen Vorzugsweise ist die Befestigung (insbesondere Fixierung) der gesamten Anordnung aus Material (523)/Kontaktelement (501)/Formelement (518) an dem Element (514) dadurch erreichbar, dass das Kontaktelement (501) einen ersten Leitungsanschluss (515), über den mittels einer Leitung (516) und einer Pumpe (524) ein Unterdruck an der ersten Fläche (ersten Seite) (513) des Kontaktelements (501) erzeugbar ist, aufweist und derart ausgebildet ist, dass die erste Fläche (erste Seite) (513) des Kontaktelements (501) nicht nur den zu reparierenden Bereich des Elements (514) abdeckt, sondern auch mit unbeschädigten Bereichen des Elements (514) ringsherum um die Beschädigung überlappt (vgl. ).
Nachstehend ist ein konkretes Beispiel für die Herstellung und Verwendung einer Heizvorrichtung ohne Formelement sowie ein konkretes Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Heizvorrichtung und deren Verwendung beschrieben.
Beispiel (Heizvorrichtung ohne Formelement; nicht erfindungsgemäß)
Eine kohlenstoffhaltige Beschichtungsmasse wird auf ein dünnes Textil aufgetragen. Dieses Textil wird zusammen mit zwei Elektroden in eine Silikonmatrix eingebettet, wobei die Elektroden nach außen geführt werden. Die so entstandene Heizvorrichtung in Form einer Matte hat eine Länge von sechs Meter und eine Breite von 1,5 Metern, wobei die Elektroden an den langen Seiten verlaufen. Der Ohmsche Widerstand zwischen den Elektroden beträgt ca. 3 Ω, die Dicke des gesamten Aufbaus liegt bei 0,5 mm. Bei einer Netzspannung von 230 V wird eine Leistung von ca. 17,6 kW eingebracht, was fast 2 kW pro m² entspricht. An mehreren Stellen in der Mitte und zusätzlich im Randbereich der Heizvorrichtung sind erste Leitungsanschlüsse angebracht, an die Pumpen über Leitungen angeschlossen werden können. Die Heizvorrichtung wird auf eine Seite einer Bootsform gelegt, über angeschlossene Pumpen wird ein Unterdruck erzeugt und die Heizvorrichtung schmiegt sich sehr eng an die Bootsform an. Vorhandene Falten werden herausgestrichen. Die Heizvorrichtung wird ans Netz angeschlossen und heizt die Bootsform innerhalb kurzer Zeit auf die gewünschte Temperatur auf.
Ausführungsbeispiel
Aus einer beschädigten Oberfläche z. B. eines Flugzeug- oder Bootsrumpfes (Element (614) in ) wird der beschädigte Bereich (625) vollständig entfernt, wobei der Rand derart angeschrägt wird, dass der entfernte Bereich von außen nach innen (in Bezug auf das Bauteil (614)) kleiner wird; vgl. (625') in . Zur Reparatur wird das gegebenenfalls noch weiche Material, (z. B. Reparatur-Laminat, Reparatur-Prepreg oder dergleichen) in das entstandene, präparierte Loch (625') eingesetzt und eine erfindungsgemäße Heizvorrichtung (600') wird darüber gelegt. Die erfindungsgemäße Heizvorrichtung (600') weist ein Kontaktelement (601) und ein Kabel (626) auf, wobei das Kabel (626) das Kontaktelement (601) mit einer Energiequelle verbindet, die wiederum das in dem Kontaktelement enthaltene Heizelement mit einer elektrischen Spannung versorgt. Das Kontaktelement (601) weist mindestens einen ersten Leitungsanschluss (615), über den ein Unterdruck an die erste Fläche (erste Seite) des Kontaktelements (601) anlegbar ist, und ein Formelement (618) auf, das eine Durchführung (621) für den ersten Leitungsanschluss (615) des Kontaktelements (601) aufweist. Das Formelement (618) ist formschlüssig an der ersten zweiten Fläche (zweiten Seite) des Kontaktelements (601) angeordnet und fixiert (z. B. durch Klammern, Unterdruck, Kleben, etc.). Bei Anlegen von Unterdruck an den ersten Leitungsanschluss (615) mittels einer Pumpe und eines Schlauchs (616) wird die Heizvorrichtung (601') mit Unterdruck beaufschlagt. Dadurch zieht sich das Reparatur-Material formschlüssig an die Heizvorrichtung (600'), insbesondere das Kontaktelement (601) und kann bei Erwärmung durch die Heizvorrichtung (600') in der gewünschten Form (627) aushärten. Vorteilhafterweise kann die Heizvorrichtung (600') für diese Anwendung in geeigneter Form vor einer Verklebung mit dem Reparatur-Material geschützt werden (z. B. durch einen oder mehrere zweite Leitungsanschlüsse, über die die Erzeugung eines Überdrucks in bestimmten Bereichen des Kontaktelements (601) der Heizvorrichtung (600') erreichbar ist). Aufwendige Nacharbeiten zur Korrektur der entstandenen Oberfläche der Reparaturstelle (627), die bei herkömmlicher Trocknung/Härtung mittels Infrarotstrahlung häufig entstehen, sind nicht erforderlich.

Claims

Heizvorrichtung (500') zum Erwärmen eines auf ein Element (514) aufzutragenden und/oder in dieses einzubringenden Materials (523), aufweisend ein Kontaktelement (501) zum Anbringen auf das Material (523) und/oder das Element (514), wobei das Kontaktelement (501) – ein Heizelement (102; 202) zum Erwärmen des Materials (523) und/oder des Elements (514), – mindestens einen ersten Leitungsanschluss (515) und – ein Formelement (518) zum Nachbilden der Form zumindest eines Bereichs des Elements (514), auf das das Material (523) aufgebracht oder in das das Material (523) eingebracht werden soll, aufweist, wobei die Heizvorrichtung (500') derart ausgebildet ist, dass mittels des ersten Leitungsanschlusses (515) ein Unterdruck zwischen dem Kontaktelement (501) und dem Material (523) und/oder dem Element (514) erzeugbar ist und so das Kontaktelement (501) auf das Material (523) und/oder das Element (514) anbringbar oder angebracht ist.
Heizvorrichtung (500') nach Anspruch 1, wobei das Kontaktelement (501) und/oder das Heizelement (102; 202) als flächiges Element ausgebildet ist/sind.
Heizvorrichtung (500') nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Kontaktelement (501) eine erste Fläche (513) zum Anbringen auf das Material (523) und/oder das Element (514) und eine der ersten Fläche (513) gegenüberliegende zweite Fläche (517) aufweist.
Heizvorrichtung (500') nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Kontaktelement (501) derart ausgebildet ist, dass es auf das Material (523) und/oder das Element (514) formschlüssig anbringbar ist, insbesondere an mindestens einem Bereich des Materials (523) und/oder Elements (514) fixierbar ist.
Heizvorrichtung (500') nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Heizelement (102; 202) eine Matrixkomponente und mindestens ein Leitfähigkeitsadditiv aufweist.
Heizvorrichtung (500') nach Anspruch 5, wobei die Matrixkomponente mechanisch flexibel ist.
Heizvorrichtung (500') nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Leitfähigkeitsadditiv auf Kohlenstoff basiert, wobei insbesondere das Leitfähigkeitsadditiv Kohlenstoff-Nanotubes umfasst, die homogen in der Matrixkomponente verteilt sind.
Heizvorrichtung (500') nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Heizelement (102; 202) eine Dicke von bis zu 500 μm aufweist.
Heizvorrichtung (500') nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Kontaktelement (501) ferner mindestens zwei Elektroden (103, 103'; 203, 203') aufweist, die derart ausgebildet sind, dass bei Anlegen einer elektrischen Spannung sich das Heizelement (102; 202) erwärmt.
Heizvorrichtung (500') nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Kontaktelement (501) ferner mindestens ein insbesondere mechanisch flexibles Isolierelement aufweist, das derart ausgebildet ist, dass es das Heizelement (102; 202) mindestens teilweise umgibt.
Heizvorrichtung (500') nach Anspruch 10, wobei das Isolierelement eine erste Isolierschicht (210 oder 210') aufweist, die an der ersten Fläche (513) des Kontaktelements (501) angeordnet ist, so dass die erste Isolierschicht (210 oder 210') auf das Material (523) und/oder das Element (514) aufbringbar ist.
Heizvorrichtung (500') nach Anspruch 11, wobei das Isolierelement eine zweite Isolierschicht (210 oder 210') aufweist, die an der zweiten Fläche (517) des Kontaktelements (501) angeordnet ist.
Heizvorrichtung (500') nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei das Isolierelement ein thermisch leitendes und elektrisch isolierendes Isolierelement ist.
Heizvorrichtung (500') nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der erste Leitungsanschlusses (515) ein Schlauchanschluss ist.
Heizvorrichtung (500') nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das Kontaktelement (501) ferner mindestens einen zweiten Leitungsanschluss, insbesondere Schlauchanschluss, aufweist, wobei die Heizvorrichtung (500') derart ausgebildet ist, dass mittels des zweiten Leitungsanschlusses ein Überdruck zwischen dem Kontaktelement (501) und dem Material (523) und/oder dem Element (514) erzeugbar ist und so das Kontaktelement (501) von dem Material (523) und/oder dem Element (514) beabstandet anordenbar oder angeordnet ist.
Heizvorrichtung (500') nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei das Kontaktelement (501) eine Dicke von weniger als 1 mm aufweist.
Heizvorrichtung (500') nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei das Kontaktelement (501) ferner eine thermochrome Verbindung aufweist.
Heizvorrichtung (500') nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei das Formelement (518) eine erste Fläche (519), die derart ausgebildet ist, dass sie die Form zumindest des zu reparierenden Bereichs des Elements (514) nachbildet, und eine zweite Fläche (520) aufweist, die der ersten Fläche des Formelements (518) gegenüberliegt und parallel zu dieser ersten Fläche verläuft.
Heizvorrichtung (500') nach Anspruch 18, wobei das Formelement (518) halbstarr oder starr ist.
Heizvorrichtung (500') nach Anspruch 18 oder 19, wobei die zweite Fläche des Kontaktelements (501) an die erste Fläche des Formelements (518) angebracht insbesondere fixiert ist.
Heizvorrichtung (500') nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei das Formelement (518) ferner Durchführungen (521) für die eventuell auf dem Kontaktelement (501) vorhandenen Leitungsanschlüsse (515) und/oder elektrischen Anschlüsse aufweist.
Verwendung einer Heizvorrichtung (500') nach einem der Ansprüche 1 bis 21 zum Erwärmen eines auf ein Element (514) aufzutragenden und/oder in dieses einzubringenden Materials (523).
Verfahren zum Erwärmen eines auf ein Element (514) aufzutragenden und/oder in dieses einzubringenden Materials (523) mit einer Heizvorrichtung (500') nach einem der Ansprüche 1 bis 21, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: – Auftragen und/oder Einbringen des Materials (523) auf und/oder in einen hierfür vorgesehenen Bereich des Elements (514), – Anbringen des Kontaktelements (501) auf das Material (523) und/oder das Element (514), – Betreiben des Heizelements (102; 202), so dass das Material (523) und/oder das Element (514) erwärmt wird/werden.