DE102015005945B3

DE102015005945B3 - Bodenelement für ein Flugzeug, Verfahren zum Betreiben eines Bodenelements für ein Flugzeug, Heizsystem für ein Flugzeug und Verfahren zum Herstellen eines Bodenelements für ein Flugzeug

Info

Publication number: DE102015005945B3
Application number: DE102015005945.9A
Authority: DE
Inventors: Klaus Seidler; Jürgen Struck
Original assignee: ESW GmbH
Current assignee: Vincorion Advanced Systems GmbH
Priority date: 2015-05-12
Filing date: 2015-05-12
Publication date: 2016-08-11
Anticipated expiration: 2035-05-13

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bodenelement (100) für ein Flugzeug. Das Bodenelement (100) weist zumindest ein Trägerelement (102) und eine Mehrzahl an dem Trägerelement (102) angeordneter oder anordenbarer Kaltleiter (104) zum Beheizen des Bodenelements (100) auf.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Bodenelement für ein Flugzeug, auf ein Heizsystem für ein Flugzeug, auf ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Bodenelements sowie auf ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Bodenelements.
Die US 2007/0158501 A1 beschreibt eine beheizte Fußbodenplatte für ein Flugzeug mit einem separaten Temperatursensor.
Die DE 11 2005 000 939 T5 und die DE 199 18 736 C2 offenbaren ein Bodenelement für ein Flugzeug. Das Bodenelement weist ein Trägerelement und eine Mehrzahl an dem Trägerelement angeordneter Kaltleiter zum Beheizen des Bodenelements und zum Erfassen einer Temperatur des Bodenelements auf.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Bodenelement für ein Flugzeug, ein Heizsystem für ein Flugzeug, ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Bodenelements sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Bodenelements gemäß den unabhängigen Ansprüchen 1, 6, 10 und 11 vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft ein Bodenelement für ein Flugzeug, wobei das Bodenelement folgende Merkmale aufweist:
zumindest ein Trägerelement; und
eine Mehrzahl an dem Trägerelement angeordneter Kaltleiter zum Beheizen des Bodenelements und zum Erfassen einer Temperatur des Bodenelements.
Unter einem Bodenelement kann eine beispielsweise plattenförmige Komponente eines Fußbodens für eine Kabine oder einen Frachtraum innerhalb des Flugzeugs verstanden werden. Das beheizbare Bodenelement dient beispielsweise zur Ergänzung einer Klimaanlage des Flugzeugs. Unter einem Trägerelement kann eine stabilisierende Stützschicht des Bodenelements verstanden werden. Beispielsweise kann das Trägerelement als Platte oder Profil ausgestaltet sein und je nach Ausführungsform zumindest abschnittsweise eine wabenartige Struktur aufweisen. Die Kaltleiter können in oder auf dem Trägerelement angeordnet sein. Unter einem Kaltleiter, auch als PTC-Widerstand oder PTC-Thermistor bezeichnet, kann ein elektrisch leitfähiges Element mit positivem Temperaturkoeffizienten verstanden werden, das heißt, der elektrische Widerstand des Kaltleiters erhöht sich in einem bestimmten, durch eine Kennlinie des Kaltleiters vorgegebenen Temperaturbereich mit zunehmender Temperatur des Kaltleiters. Je nach Ausführungsform können die Kaltleiter entweder einen annähernd linearen oder aber einen zumindest abschnittsweise nicht linearen Widerstandsverlauf als Kennlinie aufweisen. Gemäß einer Ausführungsform kann die Kennlinie derart sein, dass sich der Widerstand in einem Arbeitsbereich des Kaltleiters mit zunehmender Temperatur überproportional erhöht.
Die Kaltleiter können beispielsweise als Keramikelement, insbesondere aus halbleitenden, polykristallinen Keramiken, oder als Folie realisiert sein. Die Kaltleiter können zumindest teilweise in das Trägerelement integriert sein oder auf einer Oberfläche des Trägerelements aufgebracht sein. Denkbar ist beispielsweise auch, dass die Kaltleiter miteinander parallel geschaltet sind und gruppenweise entlang des Bodenelements verteilt sind, um so eine möglichst gleichmäßige Erwärmung des Bodenelements zu ermöglichen.
Der hier beschriebene Ansatz beruht auf der Erkenntnis, dass durch die Verwendung von Kaltleitern zum Beheizen des Bodenelements, etwa einer beheizbaren Fußbodenplatte, sowie zum Messen einer Temperatur des Bodenelements auf zusätzliche Temperatursensoren im Bodenelement verzichtet werden kann. Vorteilhafterweise kann hierzu die inhärente Temperaturbegrenzung der Kaltleiter ausgenutzt werden. Dadurch kann der Aufwand beim Verkabeln des Bodenelements reduziert werden. Weitere Vorteile eines derartigen sensorlosen Temperaturregelungskonzepts sind eine deutlich höhere Lebensdauer, die Vermeidung von Rauchbildung bei Ausfall und die Einsparung von Gewicht durch den Wegfall integrierter Temperatursensoren. Zudem bleibt bei Ausfall eines oder mehrerer Kaltleiter die Funktion der restlichen Kaltleiter erhalten.
Je nach Ausführungsform kann das Bodenelement mit einstellbaren Stromgrenzen zur Reduktion einer Heizleistung oder im Fall eines Totalausfalls vorgesehen sein.
Der hier beschriebene Ansatz baut auf bekannter PTC-Technologie auf und verknüpft diese gemäß einer Ausführungsform mit einer Topologie und einer entsprechenden Elektronik, die insbesondere ausgelegt sein können, um Anlaufüberstromspitzen beim Betreiben des Bodenelements zu verhindern.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Bodenelement zumindest ein mit den Kaltleitern thermisch gekoppeltes oder koppelbares Wärmeleitelement zum Verteilen einer von den Kaltleitern erzeugten Wärme innerhalb des Bodenelements und zusätzlich oder alternativ zum elektrischen Kontaktieren der Kaltleiter aufweisen. Zusätzlich oder alternativ kann das Bodenelement zumindest ein elektrisch leitfähiges Kontaktierungselement zum elektrischen Kontaktieren der Kaltleiter aufweisen. Wird das Wärmeleitelement zum elektrischen Kontaktieren der Kaltleiter verwendet, so können separate Leitungen zum Kontaktieren der Kaltleiter eingespart werden. Über das Wärmeleitelement kann eine Parallelschaltung der Kaltleiter realisiert werden. Unter einem Wärmeleitelement kann ein Wärmeübertrager, etwa in Form einer Metallplatte oder eines Metallgitters, verstanden werden. Das Wärmeleitelement kann beispielsweise ausgebildet sein, um einen Bodenbelag aufzunehmen, sodass dieser die vom Wärmeleitelement übertragene Wärme aufnehmen und an den Innenraum des Flugzeugs abgeben kann. Unter einem Kontaktierungselement kann beispielsweise eine Kontaktierungsschicht oder eine elektrische Leitung oder eine Kombination aus beiden verstanden werden. Insbesondere kann das Kontaktierungselement beispielsweise auf einer dem Bodenbelag abgewandten Seite der Kaltleiter angeordnet sein. Ähnlich wie das Wärmeleitelement kann auch das Kontaktierungselement als Metallschicht realisiert sein. Durch diese Ausführungsform kann die Effizienz des Bodenelements erhöht und der Verkabelungsaufwand möglichst gering gehalten werden.
Optional kann das Trägerelement zumindest eine Vertiefung zum Aufnehmen zumindest einer elektrischen Leitung zum elektrischen Kontaktieren der Kaltleiter oder des Kontaktierungselements aufweisen.
Es ist ferner vorteilhaft, wenn das Bodenelement zumindest ein auf dem Wärmeleitelement angeordnetes oder anordenbares Bodenbelagelement aufweist. Bei dem Bodenbelagelement kann es sich beispielsweise um eine Bodenplatte oder ein Bodenplattensegment oder um einen Teppich oder ein Teppichsegment handeln. Das Bodenbelagelement kann ausgeformt sein, um zumindest einen Hauptanteil einer Oberfläche des Bodenelements abzudecken. Je nach Ausführungsform kann das Bodenbelagelement vor oder nach dem Einbau des Bodenelements in das Flugzeug auf das Bodenelement aufgebracht werden. Durch diese Ausführungsform kann das Wärmeleitelement vor mechanischer Beanspruchung geschützt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Bodenelement zumindest ein zwischen dem Wärmeleitelement und dem Trägerelement angeordnetes oder anordenbares Deckelement aufweisen. Zusätzlich oder alternativ kann das Deckelement zwischen den Kaltleitern und dem Trägerelement oder zwischen dem Kontaktierungselement und dem Trägerelement angeordnet oder anordenbar sein. Unter einem Deckelement kann eine Schutzschicht zum Schutz vor mechanischen Belastungen, zur Warmisolation oder zur elektrischen Isolation verstanden werden. Beispielsweise können die Kaltleiter zumindest teilweise in das Deckelement eingebettet sein. Dadurch können Lebensdauer und Robustheit des Bodenelements erhöht werden.
Von Vorteil ist auch, wenn das Bodenelement zumindest ein Federelement zum Ausüben einer Federkraft auf die Kaltleiter aufweist. Bei dem Federelement kann es sich etwa um eine Schraubenfeder oder ein sonstiges zum Ausüben der Federkraft geeignetes elastisches Element handeln. Durch die Federkraft können die Kaltleiter etwa gegen das Wärmeleitelement oder das Kontaktierungselement gedrückt werden, beispielsweise um temperaturbedingte Größenänderungen der Kaltleiter auszugleichen. Insbesondere können die Kaltleiter über das Federelement elektrisch kontaktierbar sein.
Die Kaltleiter können je nach Ausführungsform als PTC-Keramikelemente und, zusätzlich oder alternativ, als PTC-Folien ausgeführt sein, die derart sein können, dass ihr elektrischer Widerstand in einem Arbeitsbereich mit zunehmender Temperatur überproportional zunimmt. Unter einem Arbeitsbereich kann ein von einem Anlaufbereich und einem Sättigungsbereich begrenzter Temperaturbereich verstanden werden. Diese Ausführungsform ermöglicht eine zuverlässige und einfach zu realisierende Regelung einer Temperatur des Bodenelements.
Ferner kann das Bodenelement eine Parallelschaltung aus einer ersten Heizeinheit und zumindest einer zweite Heizeinheit umfassen. Die erste Heizeinheit kann zumindest zwei miteinander parallel geschaltete Kaltleiter der Mehrzahl von Kaltleitern umfassen und die zweite Heizeinheit kann zumindest zwei miteinander parallel geschaltete weitere Kaltleiter der Mehrzahl von Kaltleitern umfassen. Beispielsweise können die Heizeinheiten je nach Heizbedarf über das Bodenelement verteilt sein und unabhängig voneinander ansteuerbar sein. Dadurch kann eine möglichst effiziente und gleichmäßige Beheizung des Bodenelements gewährleistet werden. Zudem kann durch gezieltes Ansteuern der Heizeinheiten eine Überhitzung des Bodenelements bzw. der Kaltleiter, etwa aufgrund von Anlaufstromspitzen, vermieden werden.
Ein Heizsystem für ein Flugzeug weist die folgenden Merkmale auf:
zumindest ein Bodenelement gemäß einer der hier beschriebenen Ausführungsformen; und
eine Steuereinrichtung, die ausgebildet ist, um zum Beheizen des Bodenelements einen Heizimpuls an die Kaltleiter bereitzustellen und zum Erfassen eines die Temperatur der Kaltleiter repräsentierenden Widerstands der Kaltleiter einen Messimpuls an die Kaltleiter bereitzustellen.
Die Steuereinrichtung kann als eine elektrische Schaltung ausgeführt sein. Die Steuereinrichtung kann in das Bodenelement integriert und somit Teil des Bodenelements sein oder über eine Schnittstelle mit dem Bodenelement verbunden sein.
Die Steuereinrichtung kann ausgebildet sein, um den Messimpuls nach Ablauf einer vorgegebenen Wartezeit nach dem Heizimpuls bereitzustellen. Unter einer Wartezeit kann eine Schaltpause zwischen einem Heizimpuls und einem Messimpuls verstanden werden, während der kein Strom durch die Kaltleiter fließt oder keine Spannung an den Kaltleitern anliegt. Die Wartezeit kann einer Zeitspanne entsprechen, die ausreichend ist, um einen Temperaturausgleich zwischen Kaltleiter und Wärmeleitelement zu ermöglichen. Durch diese Ausführungsform kann sichergestellt, dass die über die Widerstandsmessung erfasste Temperatur der Kaltleiter zumindest annähernd der Temperatur des Wärmeleitelements entspricht.
Günstig ist ferner, wenn eine Mehrzahl von Heizimpulsen zeitlich versetzt an die Mehrzahl von Kaltleitern oder an die einzelnen Heizeinheiten bereitgestellt werden. Durch diese Ausführungsform können Anlaufstromspitzen vermieden werden.
Die Steuereinrichtung kann ausgebildet sein, um den Heizimpuls und den Messimpuls mit unterschiedlichen Pulsbreiten bereitzustellen. Insbesondere kann der Heizimpuls eine deutlich größere Pulsbreite als der Messimpuls aufweisen. Ein kurzer Messimpuls hat den Vorteil, dass die Kaltleiter durch den Messimpuls nur vernachlässigbar erwärmt werden, sodass die Temperaturmessung nicht verfälscht wird.
Die Steuereinrichtung kann ausgebildet sein, um den Heizimpuls abhängig von einem Vergleich zwischen dem Widerstand und einem Referenzwiderstand bereitzustellen. Dazu kann die Steuereinrichtung ausgebildet sein, um den Widerstand mit einem Referenzwiderstand zu vergleichen. Beispielsweise können die Kaltleiter von einem Versorgungsanschluss zum Versorgen der Kaltleiter mit elektrischer Energie getrennt werden, wenn ein Vergleichsergebnis ergibt, dass der Widerstand größer als der Referenzwiderstand ist. Ein folgender Heizimpuls kann beispielsweise erst dann bereitgestellt werden, wenn der Widerstand kleiner als der Referenzwiderstand ist. Unter einem Referenzwiderstand kann beispielsweise ein in Abhängigkeit von einer Kennlinie der Kaltleiter vorgegebener Widerstandswert verstanden werden, ab dem der Widerstand mit zunehmender Temperatur sinkt statt steigt, wie dies etwa beim Übertritt vom Arbeits- in den Sättigungsbereich der Fall sein kann. Dadurch kann verhindert werden, dass sich das Bodenelement zu stark erhitzt.
Der hier vorgeschlagene Ansatz schafft ferner ein Verfahren zum Betreiben eines Bodenelements gemäß einer der hier beschriebenen Ausführungsformen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Leiten eines Heizimpulses durch die Kaltleiter, um das Bodenelement zu beheizen; und
Beaufschlagen der Kaltleiter mit einem Messimpuls, um einen eine Temperatur der Kaltleiter repräsentierenden Widerstand der Kaltleiter zu messen.
Unter einem Heiz- oder Messimpuls kann ein Strom- oder Spannungspuls verstanden werden. Die Schritte des Leitens und Beaufschlagens können nacheinander, insbesondere alternierend, durchgeführt werden. Insbesondere kann der Messimpuls derart sein, dass die Kaltleiter beim Beaufschlagen mit dem Messimpuls nicht wesentlich erhitzt werden.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung, beispielsweise in Form der genannten Steuereinrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines so genannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
Zudem schafft der hier beschriebene Ansatz ein Verfahren zum Herstellen eines Bodenelements für ein Flugzeug, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Bereitstellen zumindest eines Trägerelements und einer Mehrzahl von Kaltleitern zum Beheizen des Bodenelements; und
Anordnen der Kaltleiter in und/oder auf dem Trägerelement.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
1 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Bodenelements gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Bodenelements gemäß einem Ausführungsbeispiel;
3 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Bodenelements gemäß einem Ausführungsbeispiel;
4 eine schematische Darstellung eines Bodenelements gemäß einem Ausführungsbeispiel in der Draufsicht;
5 eine schematische Darstellung eines Heizsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel;
6 Darstellungen eines Heizimpulses und eines Messimpulses gemäß einem Ausführungsbeispiel;
7 ein Diagramm zur Darstellung verschiedener Kennlinien eines Kaltleiters gemäß einem Ausführungsbeispiel;
8 eine schematische Darstellung eines Bodenelements mit mehreren Heizeinheiten gemäß einem Ausführungsbeispiel;
9 eine schematische Darstellung eines Bodenelements gemäß einem Ausführungsbeispiel in der Seitenansicht;
10 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines Bodenelements gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
11 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines Bodenelements gemäß einem Ausführungsbeispiel.
In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Bodenelements 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel im Querschnitt. Das Bodenelement 100 weist ein Trägerelement 102 und beispielhaft zwei Kaltleiter 104 auf, auch PTC-Elemente genannt. Die Kaltleiter 104 sind die an dem Trägerelement 102 angeordnet und dienen zum Beheizen des Bodenelements 100 und optional zusätzlich zum Erfassen einer Temperatur des Bodenelements.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist das Bodenelement 100 einen stapelförmigen Aufbau aus dem Trägerelement 102, einem Wärmeleitelement 106, beispielsweise in Form einer Metallplatte oder Metallschicht, einer zwischen dem Wärmeleitelement 106 und dem Trägerelement 102 angeordneten ersten Deckschicht 108 und einer auf einer dem Wärmeleitelement 106 gegenüberliegenden Seite des Trägerelements 102 angeordneten zweiten Deckschicht 110 auf. Das Trägerelement 102 und das Wärmeleitelement 106 können schichtförmig ausgeformt sein.
Gemäß unterschiedlicher Ausführungsbeispiele sind die Kaltleiter 104 auf einer Oberfläche des Trägerelements 102 angeordnet oder zumindest teilweise in das Trägerelement 102 eingebettet. Die erste Deckschicht 108 weist im Bereich der Kaltleiter 104 Durchgangsöffnungen auf, sodass die Kaltleiter 104 an das Wärmelement 106 angrenzen. Die erste Deckschicht 108 kann somit als ein Abstandshalter zwischen dem Trägerelement 102 und dem Wärmeleitelement 106 aufgefasst werden.
Das Trägerelement 102 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine wabenförmige Struktur mit hier beispielhaft zwei Ausnehmungen 112 auf, in denen je einer der beiden gezeigten Kaltleiter 104 angeordnet ist. In den beiden Ausnehmungen 112 ist jeweils eine Schraubenfeder als Federelement 114 angeordnet, das ausgebildet ist, um den entsprechenden Kaltleiter 104 gegen das Wärmeleitelement 106 zu drücken.
Das Wärmeleitelement 106 dient als ein gemeinsamer elektrischer Kontakt für die Kaltleiter 104. Jedem der Kaltleiter 104 ist ein weiterer elektrischer Kontakt in Form eines Kontaktierungselements 116 zugeordnet.
Die beiden Kaltleiter 104 sind über die elektrisch leitfähigen Federelemente 114 mit je einem der Kontaktierungselemente 116 elektrisch leitfähig verbunden. Die Kontaktierungselemente 116 sind über elektrische Leitungen 118 zur Verkabelung des Bodenelements 100 verbunden. Beispielsweise sind die beiden Kaltleiter 104 über die Kontaktierungselemente 116 und das Bodenelement 106 miteinander parallel geschaltet. Die Kontaktierungselemente 116 sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel in das Trägerelement 102 eingebettet und bilden zu der zweiten Deckschicht 110 hin Abschlüsse der Ausnehmungen 112 des Trägerelements 102. Die Federelemente 114 sind innerhalb der Ausnehmungen 112 zwischen den Kontaktierungselementen 116 und den Kaltleitern 104 angeordnet. Gemäß einem Ausführungsbeispiel entsprechen sich einander zugewandte Flächen der Kontaktierungselemente 116 und der Kaltleiter 104 in ihrer Form und Größe.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Bodenelement 106 eine Schnittstelle auf, über die das Bodenelement 106 und die Leitung 118 elektrisch kontaktiert werden können, beispielsweise mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt werden können. Beispielsweise kann das Bodenelement 106 über die Schnittstelle mit einem Massepotenzial (0VAC) und die Leitung 118 über die Schnittstelle mit einem Versorgungsspannungspotenzial (115VAC) verbunden werden. Somit kann über das Bodenelement 106 und über die Kontaktierungselemente 116 eine Wechselspannung an die Kaltleiter 104 angelegt werden. Alternativ kann eine Gleichspannung an die Kaltleiter 104 angelegt werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel erfolgt die Stromversorgung der beiden Kaltleiter 104 über eine Verkabelung innerhalb einer Wabenstruktur des Trägerelements 102. Hierbei sind die Kaltleiter 104 je durch eine Feder 114 in der Ausnehmung 112 verspannt und elektrisch kontaktiert. Das Wärmeleitelement 106 in Form einer oberen Metallschicht dient zur Wärmeverteilung und Wärmeabgabe. Die Kontaktierungselemente 116 fungieren als Metallgegenlager der Federn 114 und sind per Kabel 118 elektrisch leitfähig miteinander verbunden. Die Kabel 118 sind beispielsweise in entsprechenden Einfräsungen des Trägerelements 102 verlegt. Die Herstellung des Bodenelements 100 beginnt beispielsweise mit der Bereitstellung einer Fertigplatte, die ein Kaufteil sein kann. In einem weiteren Schritt wird die Fertigplatte in einem Autoklav verpresst gebacken. Alternativ wird die Fertigplatte komplett in einem Prozess gebacken.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die erste Deckschicht 106 mit einem Bodenbelagelement 120 abgedeckt, etwa einer Teppichlage.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Bodenelements 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel im Querschnitt. Das in 2 gezeigte Bodenelement 100 entspricht im Wesentlichen dem anhand von 1 beschriebenen Bodenelement, mit dem Unterschied, dass die beiden Federelemente 114 über ein als durchgängige Metallschicht realisiertes Kontaktierungselement 116 kontaktiert sind. Das Kontaktierungselement 116 erstreckt sich hierbei entlang der zweiten Deckschicht 110, die im Unterschied zu dem anhand von 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel zwischen dem Kontaktierungselement 116 und dem Trägerelement 102 angeordnet ist. Das Kontaktierungselement 116 ist durch eine zusätzliche Isolationsschicht 200 nach außen elektrisch isoliert.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel reichen die Federelemente 114 durch die zweite Deckschicht 110 hindurch, um das Kontaktierungselement 116 zu kontaktieren. Dabei erstrecken sich die Ausnehmungen 112 in der Trägerschicht 102 ausgehend von einer der ersten Deckschicht 108 zugewandten Seite bis in etwa die Mitte der Trägerschicht 102. Außerhalb der Ausnehmungen 112 sind die Federelemente 114 in die Trägerschicht 102 sowie die zweite Deckschicht 110 eingebettet. Alternativ können sich die Ausnehmungen 112 durch die gesamte Dicke der Trägerschicht 102 und optional zusätzlich durch die Dicke der zweiten Deckschicht 110 erstrecken.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel erfolgt die Stromversorgung der PTC-Elemente 104 über eine zweite Metallschicht als Kontaktierungselement 116. Hierbei sind die PTC-Elemente 104 je durch eine Feder 114 verspannt, die auch die Stromzufuhr sicherstellt. Die untere Metallschicht 116, die beispielsweise dünner als die obere Metallschicht 106 ausgeführt ist, dient zur Stromzufuhr. Die Herstellung des in 2 gezeigten Bodenelements 100 erfolgt beispielsweise analog zur Herstellung des anhand von 1 beschriebenen Bodenelements.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Bodenelements 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel im Querschnitt. Bei dem Bodenelement 100 handelt es sich beispielsweise um ein Bodenelement, wie es vorangehend anhand der 1 und 2 beschrieben ist, mit dem Unterschied, dass anstelle mehrerer Kaltleiter eine Kaltleiterfolie 104 verwendet wird. Somit weist das Bodenelement 100 gemäß 3 anstelle separater PTC-Elemente eine über zwei elektrische Leitungen 118, 318 kontaktierte PTC-Heizerfolie 104 auf, die zwischen dem Wärmeleitelement 106 und der ersten Deckschicht 108 angeordnet ist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Bodenelement 100 eine Mehrzahl von Kaltleiterfolien 104 auf die in Bezug auf eine Haupterstreckungsebene der Kaltleiterfolien 104 nebeneinander und isoliert zueinander angeordnet sind.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die PTC-Folie 104 zwischen der Metallschicht des Wärmeleitelements 106 und der Deckschicht 108 einer Kompositplatte angeordnet. Hierbei verfügt die PTC-Folie 104 über eine eigene Stromzufuhr in Form der elektrischen Leitungen 118, 318.
4 zeigt eine schematische Darstellung eines Bodenelements 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel in der Draufsicht. Bei dem Bodenelement 100 handelt es sich etwa um ein vorangehend anhand der 1 bis 3 beschriebenes Bodenelement. Wie in 4 zu erkennen, ist das Bodenelement 100 mit einer Mehrzahl von über das Trägerelement 102 verteilten Kaltleitern 104 oder Kaltleiterfolien 104 realisiert.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Bodenelement 100 als ein flächiger PTC-Heizer mit einer Mehrzahl diskreter PTC-Heizelemente oder einer PTC-Folie als Kaltleiter 104 sowie einer integrierten Elektronik zur Beheizung einer Fußbodenplatte als Bodenbelagelement realisiert. Die PTC-Folie erstreckt sich beispielsweise entlang einer gesamten Fläche der Fußbodenplatte. Alternativ umfasst die PTC-Folie eine Mehrzahl von über die Fußbodenplatte verteilten separaten Folienabschnitten.
Das Bodenelement 100 in Form eines flächigen Beheizungselements für Fußbodenplatten mit PTC-Eigenschaften ist beispielsweise derart aufgebaut, dass beim Betrieb des Bodenelements 100 ein maximal zulässiger Anlaufstrom nicht überschritten wird.
Beispielsweise ist das Bodenelement 100 mit einer Vielzahl flächig verteilter, einzelner PTC-Heizelemente 104 realisiert, die in eine bestimmte Anzahl an Gruppen aufgeteilt sind. Die Ansteuerung dieser Gruppen erfolgt durch eine integrierte Elektronik, etwa eines nachfolgend anhand von 5 beschriebenen Schaltkreises. Die Elektronik ist ausgebildet, um in Abhängigkeit von einer Temperatur der Fußbodenplatte die einzelnen Gruppen zur Verhinderung hoher Anlaufströme sequenziell oder gleichzeitig anzusteuern. Hierbei bedient sich die Elektronik beispielsweise einer Pufferung, durch die kurze Unterbrechungen einer Versorgungsspannung infolge einer Pulsweitenansteuerung überbrückt werden können.
In den 1 bis 4 ist ein grundsätzlicher Aufbau eines Bodenelements 100 in Form einer beheizten Fußbodenplatte 100 mit PTC-Technologie gemäß einem Ausführungsbeispiel gezeigt. Als Kaltleiter 104 werden beispielsweise einzelne PTC-Keramiken oder PTC-Folien eingesetzt. Die Kontaktierung der PTC-Keramiken erfolgt beispielsweise in einer Weise, wie sie vorangehend anhand der 1 und 2 beschrieben ist. Alternativ oder zusätzlich kann zum Aufbau der beheizten Fußbodenplatte 100 auch ein PTC-Heizgewebe als Kaltleiter 104 eingesetzt werden.
Die Kennlinie des Kaltleiters 104 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel so gewählt, dass eine inhärente Eigenschaft der Temperaturbegrenzung gegeben ist. Dies kann dadurch realisiert werden, dass die PTC-Elemente 104 oder PTC-Folien 104 aufgrund ihrer Kennlinie eine selbstregelnde Eigenschaft aufweisen, durch die eine maximale Temperatur physikalisch begrenzt wird. Auf diese Weise kann auf zusätzliche Sensorelemente zur Temperaturerfassung verzichtet werden. Ein weiterer Vorteil solcher Kaltleiter 104 besteht darin, dass bei einer Beschädigung des Bodenelements 100 nur der jeweils beschädigte Bereich betroffen ist, das heißt, es findet lediglich in diesem Bereich kein Wärmeeintrag mehr statt, während die Kaltleiter 104 in den übrigen Bereichen weiterhin funktionieren. Beim Ausfall eines oder mehrerer Kaltleiter 104 bleibt also die Funktion bzw. der Wärmebeitrag der übrigen Kaltleiter 104 erhalten.
5 zeigt eine schematische Darstellung eines Heizsystems 500 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Heizsystem 500 für ein Flugzeug umfasst ein Bodenelement 100 sowie eine Steuereinrichtung 502 zum Betreiben des Bodenelements 100. Bei dem Bodenelement 100 kann es sich um ein anhand der vorangegangenen Figuren beschriebenes Bodenelement handeln, von dem in 5 beispielhaft lediglich ein Kaltleiter 104 gezeigt ist. Die Steuereinrichtung 502 ist ausgebildet, um über eine Schnittstelle zeitlich versetzt einen Heizimpuls 510 und einen Messimpuls 512 an den Kaltleiter 104 bereitzustellen. Zum Bereitstellen der Impulse 510, 512 kann die Steuereinrichtung 502 ausgebildet sein, um den Kaltleiter 104 zeitweise mit einer Spannungsquelle oder einer Stromquelle zu verbinden. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Steuereinrichtung 502 eine entsprechende Energiequelle.
Mit Bezug auf die 1 kann das Bodenelement 100 über die in 1 gezeigte Verkabelung 118 sowie das Wärmeleitelement 106 mit der Steuereinrichtung 502 verbunden sein. Ist die Energiequelle nicht Teil der Steuereinrichtung 502, so kann beispielsweise die Verkabelung 118 mit der Steuereinrichtung 502 und das Wärmeleitelement 106 direkt mit einem Anschluss der Energiequelle verbunden sein, wie es anhand eines Ausführungsbeispiels in 8 gezeigt ist.
Der Heizimpuls 510 bewirkt einen Stromfluss durch den Kaltleiter 104, der zu einer Erwärmung des Kaltleiters 104 führt. Über die Erwärmung des Kaltleiters 104 wird das Bodenelement 100 erwärmt. Während des Messimpulses 512 ist die Steuereinrichtung 502 ausgebildet, um einen Widerstand des Kaltleiters 104 zu erfassen, beispielsweise über eine Strom- oder Spannungsmessung. Unter Kenntnis der Temperatur-Widerstand-Kennlinie des Kaltleiters 104 kann die Temperatur des Kaltleiters während des Messimpulses bestimmt werden.
Mit zunehmender Temperatur erhöht sich der Widerstand des Kaltleiters 104 so lange, bis der Kaltleiter 104 vom Arbeitsbereich in einen Sättigungsbereich übertritt, in dem der Widerstand trotz zunehmender Temperatur sinkt. Bei Erreichen des Sättigungsbereichs kann eine weitere Bereitstellung eines Heizimpulses unterbleiben oder ein aktueller Heizimpuls beendet werden, sodass der Kaltleiter 104 so weit abkühlen kann, dass sich seine Temperatur wieder im Arbeitsbereich befindet. Durch eine derartige gepulste Ansteuerung des Kaltleiters 104 kann beispielsweise verhindert werden, dass sich der Kaltleiter 104 überhitzt. Ein Strom- bzw. Spannungsverlauf durch den Kaltleiter 104 während einer derartigen Ansteuerung wird nachfolgend anhand der 6 und 7 näher beschrieben.
6 zeigt einen zeitlichen Verlauf eines Heizimpulses 510 und eines Messimpulses 512 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der Heizimpuls 510 und der Messimpuls 512 können von einer Steuereinrichtung bereitgestellt werden, wie sie anhand von 5 beschrieben ist. Die Impulse werden beispielsweise als Spannungsimpulse oder Stromimpulse bereitgestellt.
Zu Beginn einer Heizphase wird für eine Heizdauer ein erster Heizimpuls 510, beispielsweise in Form eines rechteckigen Spannungspulses, an den Kaltleiter angelegt. Nach Beendigung des Heizimpulses 510 wird eine Wartezeit Δt abgewartet und anschließend für eine Messdauer ein Messimpuls 512, beispielsweise in Form eines rechteckigen Spannungspulses, angelegt. Durch die Wartezeit Δt kann ein Temperaturausgleich zwischen dem Kaltleiter und dem weiteren Material des Bodenelements erfolgen. Während des Messimpulses 512 kann der Widerstand des Kaltleiters gemessen werden, um daraus die Temperatur des Kaltleiters und somit zumindest annäherungsweise die Temperatur des Bodenelements bestimmen zu können.
7 zeigt ein Diagramm zur Darstellung verschiedener Kennlinien 701, 702, 703, 704 eines Kaltleiters gemäß einem Ausführungsbeispiel. Bei den gezeigten Kennlinien 701, 702, 703, 704 handelt es sich beispielsweise um mögliche Kennlinien eines anhand der 1 bis 6 beschriebenen Kaltleiters. Die Kennlinien 701, 702, 703, 704 repräsentieren jeweils einen Verlauf eines auf einer Ordinate aufgetragenen Widerstands des Kaltleiters in Abhängigkeit von einer auf einer Abszisse aufgetragenen Temperatur des Kaltleiters. Gezeigt sind eine erste Kennlinie 701, die bei einem Referenzwiderstand eine Referenztemperatur von 130°C aufweist, eine zweite Kennlinie 702, die bei dem Referenzwiderstand eine Referenztemperatur von 150°C aufweist, eine dritte Kennlinie 703, die bei dem Referenzwiderstand eine Referenztemperatur von 180°C aufweist, sowie eine vierte Kennlinie 704, die bei dem Referenzwiderstand eine Referenztemperatur von 220°C aufweist.
Der Widerstand des Kaltleiters fällt in einem Anlaufbereich 710 der ersten Kennlinie 701 ausgehend von einem Anfangswert R₀ zunächst leicht ab. Im Anlaufbereich 710, d. h. bei einem Kaltstart des Kaltleiters, ist die Stromänderung positiv, d. h., der durch den Kaltleiter fließende Strom steigt mit zunehmender Temperatur. In einem Arbeitsbereich 712, der in etwa zwischen 100°C und 200°C liegt, steigt der Widerstand mit zunehmender Temperatur steil an. Entsprechend ist die Stromänderung im Arbeitsbereich 712 negativ. Ab etwa 200°C erreicht der Kaltleiter einen Sättigungsbereich 714, in dem der Widerstand trotz steigender Temperatur wieder sinkt. Wie im Anlaufbereich 710 ist die Stromänderung im Sättigungsbereich 714 positiv.
Die drei übrigen Kennlinien 702, 703, 704 weisen jeweils einen im Vergleich zum Arbeitsbereich der ersten Kennlinie 701 versetzten Arbeitsbereich auf.
8 zeigt eine schematische Darstellung eines Bodenelements 100 mit zwei Heizeinheiten 820, 822 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Bei dem Bodenelement 100 kann es sich um ein anhand der vorangegangenen Figuren beschriebenes Bodenelement handeln. Lediglich beispielhaft ist die in 8 gezeigte elektrische Verschaltung des Bodenelements 100 in Form eines flächigen PTC-Heizers mit nur zwei Heizeinheiten 820, 822 dargestellt. In der Realität kann das Bodenelement 100 je nach Größe einer zu beheizenden Fläche eine deutlich größere Anzahl solcher Heizeinheiten 820, 822 aufweisen. Jede Heizeinheit 820, 822 weist eine Parallelschaltung aus einer Mehrzahl von Kaltleitern 104 auf. Beispielsweise kann eine Anzahl von n Heizeinheiten 820, 822 vorgesehen sein, wobei jede der Heizeinheiten 820, 822 eine Anzahl von m Kaltleitern 104 aufweist. Alternativ können die Heizeinheiten 820, 822 auch eine unterschiedliche Anzahl von Kaltleitern 104 aufweisen.
Die Heizeinheiten 820, 822 sind in einer Parallelschaltung mit einer Schnittstelle 826 zu einer Versorgungsspannung verbunden. Eine Steuereinrichtung 502, wie sie beispielsweise anhand von 5 beschrieben ist, ist ausgebildet, um die Heizeinheiten 820, 822 unter Verwendung von Schaltern 828, 830 unabhängig voneinander mit der Schnittstelle 826 und somit der Versorgungsspannung zu verbinden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Steuereinrichtung 502 ausgebildet, um durch Schließen und Öffnen der Schalter 828, 830 Heizimpulse und Messimpulse an die Kaltleiter 104 der Heizeinheiten 820, 822 bereitzustellen.
9 zeigt eine schematische Darstellung eines Bodenelements 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel in der Seitenansicht. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das Bodenelement 100 als flächiger PTC-Heizer mit einer Mehrzahl von Kaltleitern 104 in Form von PTC-Heizelementen realisiert. Die Kaltleiter 104, von denen in 9 lediglich zwei zu sehen sind, sind in ein Trägerelement 102 in Form einer Träger- und Positionierstruktur integriert und über gruppenweise Anschlüsse 901, 902 sowie einen gemeinsamen Rückleiter 903 elektrisch kontaktierbar.
10 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 1040 zum Betreiben eines Bodenelements gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 1040 kann beispielsweise im Zusammenhang mit einem vorangehend beschriebenen Bodenelement durchgeführt werden. Das Verfahren umfasst einen Schritt 1050, in dem ein Heizimpuls durch die Kaltleiter geleitet wird, um das Bodenelement zu beheizen. Je nach Ausführungsform können hierbei mehrere Heizimpulse in bestimmten Zeitabständen hintereinander erzeugt werden. In einem Schritt 1052 werden die Kaltleiter mit einem Messimpuls beaufschlagt, der dazu dient, einen Widerstand des Kaltleiters und über den Widerstand die Temperatur des Kaltleiters zu ermitteln. Die Pulsbreite und die Amplitude des Messimpulses sind beispielsweise derart gewählt, dass die Kaltleiter durch den Messimpuls im Gegensatz zum Heizimpuls nicht weiter erhitzt werden. Insbesondere weist der Messimpuls hierbei eine deutlich geringere Pulsbreite als der Heizimpuls auf.
Bei dem Heiz- bzw. Messimpuls handelt es sich je nach Ausführungsform um einen Spannungs- oder Strompuls.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden die Schritte 1050, 1052 nacheinander ausgeführt. Insbesondere wird hierbei der Schritt 1052 erst nach Ablauf einer vorbestimmten Wartezeit nachfolgend auf den Schritt 1050 ausgeführt.
Die Kaltleiter können auch zu mehreren miteinander parallel geschalteten Heizeinheiten oder Heizsträngen zusammengefasst sein, wobei die Heizeinheiten oder Heizstränge im Schritt 1050 nacheinander oder alternierend angesteuert werden. Dadurch können die Effizienz und die Lebensdauer des Bodenelements erhöht werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird der im Schritt 1052 ermittelte Widerstand in einem optionalen Schritt 1054 mit einem Referenzwiderstand verglichen. Hierauf können die Kaltleiter in einem weiteren optionalen Schritt 1056 von einem Versorgungsanschluss getrennt werden, wenn sich im Schritt 1054 ergibt, dass der Widerstand den Referenzwiderstand überschreitet. Die beiden Schritte 1054, 1056 können beispielsweise im Kontext einer Sicherheitsabschaltung des Bodenelements durchgeführt werden.
Nachfolgend wird ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Regelungsprinzips zum Regeln einer Temperatur des Bodenelements beschrieben.
Die Temperaturregelung erfolgt unter Nutzung eines PTC-Effekts mit dem Ziel der Gewichtseinsparung, sodass auf zusätzliche Temperatursensoren und eine separate Second-Stage-Sicherheitsabschaltung bei Übertemperatur verzichtet werden kann.
Hierbei repräsentieren die PTC-Elemente den Temperatursensor, auf den geregelt wird.
Die Messung der Temperatur der PTC-Elemente erfolgt durch die Ermittlung des Widerstands über eine Messung von Spannung und Strom. Der Widerstand ergibt sich als Quotient der angelegten Spannung und des gemessenen Stroms.
Unter der Annahme, dass sich zwischen den PTC-Elementen und dem Wärmetauscher in Form des Wärmeleitelements ein festes Wärmübertragungsverhältnis besteht, wird auf die Temperatur der PTC-Elemente geregelt. Ein zeitlich integrales Verhalten kann im Regelungsalgorithmus berücksichtigt werden.
Die PTC-Elemente werden entsprechend einer Zweipunktregelung mit On-/Off-Sequenzen unterschiedlicher Pulsbreite betrieben.
Während einer Schaltpause nehmen die PTC-Elemente die Temperatur des Wärmetauschers aus Metall an. Dies geschieht über das Integral der Regelstrecke in einem zeitlichen Verlauf (e-Funktion). Dieses Verhalten stellt regelungstechnisch ein so genanntes T1-Glied dar und wird bei der Berechnung der jeweiligen Pulsbreite berücksichtigt.
Durch einen kurzen, als Messimpuls fungierenden On-Impuls können Spannung und Strom gemessen werden, ohne zu heizen. Da die Versorgungsspannung, beispielsweise 115 VAC oder 28 VDC, konstant ist, ist der Widerstand der PTC-Elemente gleich dem Quotienten aus Versorgungsspannung und Strom.
Dies gilt in entsprechender Weise für eine Parallelschaltung mehrerer PTC-Elemente. Hierbei findet eine Harmonisierung der jeweiligen Kennlinien der PTC-Elemente durch Mittelwertbildung statt. Durch eine Stromänderung in einer On-Phase kann festgestellt werden, in welchem Bereich der (harmonisierten) Kennlinie sich die PTC-Elemente derzeit befinden. Sinkt der Strom, so befinden sie sich im normalen Arbeitsbereich der Kennlinie. Steigt hingegen der Strom, so befinden sie sich im Sättigungsbereich der Kennlinie. In diesem Fall können die PTC-Elemente je nach Ausführungsform so lange abgeschaltet werden, bis sie sich wieder im Arbeitsbereich oder im Kaltstartbereich befinden. Optional kann eine Historie derartiger Daten abgespeichert werden.
Geregelt wird auf die Temperatur der PTC-Elemente, deren Wärme mit zeitlich integralem Verhalten (T1) gleichmäßig auf den Wärmetauscher übergeht. Damit kann die Temperatur des Wärmetauschers, etwa einer Metallplatte, mit hinreichender Genauigkeit bestimmt werden.
Eine Sicherheitsabschaltung ist durch die besondere Kennlinie der PTC-Elemente gegeben, wonach sich der Widerstand der PTC-Elemente mit zunehmender Temperatur aufgrund eines physikalischen Effekts bis zum Erreichen des Sättigungsbereichs überproportional erhöht.
Denkbar ist auch die Abschaltung der PTC-Elemente über einen in einen Controller implementierbaren Algorithmus, der ausgebildet ist, um die PTC-Elemente bei Erreichen einer vorgegebenen Grenztemperatur, die beispielsweise im Übergangsbereich zwischen Arbeits- und Sättigungsbereich liegt, abzuschalten, bis die Temperatur auf niedrigere Werte absinkt. Zur Widerstandsmessung werden etwa kurze Spannungsimpulse an die PTC-Elemente angelegt.
11 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 1160 zum Herstellen eines Bodenelements gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 1160 umfasst einen Schritt 1170, in dem zumindest ein Trägerelement sowie eine Mehrzahl von Kaltleitern zum Beheizen des Bodenelements bereitgestellt werden. Anschließend werden die Kaltleiter in einem Schritt 1172 je nach Ausführungsform in oder auf dem Trägerelement angeordnet.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder”-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
Bezugszeichenliste

100: Bodenelement
102: Trägerelement
104: Kaltleiter
106: Wärmeleitelement
108: erste Deckschicht
110: zweite Deckschicht
112: Ausnehmung
114: Federelement
116: Kontaktierungselement
118: elektrische Leitung
120: Bodenbelagelement
200: Isolationsschicht
318: elektrische Leitung
500: Heizsystem
510: Heizimpuls
512: Messimpuls
710: Anlaufbereich
712: Arbeitsbereich
714: Sättigungsbereich
820: erste Heizeinheit
822: zweite Heizeinheit
826: Versorgungsanschluss
828: erster Versorgungsschalter
830: zweiter Versorgungsschalter
901: erster Anschluss
902: zweiter Anschluss
903: Rückleiter
1040: Verfahren zum Betreiben
1050: Schritt des Leitens
1052: Schritt des Beaufschlagens
1054: Schritt des Vergleichens
1056: Schritt des Trennens
1160: Verfahren zum Herstellen
1170: Schritt des Bereitstellens
1172: Schritt des Anordnens

Claims

Bodenelement (100) für ein Flugzeug, wobei das Bodenelement (100) folgende Merkmale aufweist: zumindest ein Trägerelement (102); und eine Mehrzahl an dem Trägerelement (102) angeordneter Kaltleiter (104) zum Beheizen des Bodenelements (100) und zum Erfassen einer Temperatur des Bodenelements (100), gekennzeichnet durch zumindest ein Federelement (114) zum Ausüben einer Federkraft auf die Kaltleiter (104).
Bodenelement (100) gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch zumindest ein mit den Kaltleitern (104) thermisch gekoppeltes Wärmeleitelement (106) zum Verteilen einer von den Kaltleitern (104) erzeugten Wärme innerhalb des Bodenelements (100) und/oder zum elektrischen Kontaktieren der Kaltleiter (104).
Bodenelement (100) gemäß Anspruch 2, gekennzeichnet durch zumindest ein auf dem Wärmeleitelement (106) angeordnetes oder anordenbares Bodenbelagelement (120).
Bodenelement (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kaltleiter (104) als PTC-Keramikelemente und/oder PTC-Folien ausgeführt sind, deren elektrischer Widerstand in einem Arbeitsbereich (712) mit zunehmender Temperatur überproportional zunimmt.
Bodenelement (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Parallelschaltung aus einer ersten Heizeinheit (820) und zumindest einer zweiten Heizeinheit (822), wobei die erste Heizeinheit (820) zumindest zwei miteinander parallel geschaltete Kaltleiter (104) der Mehrzahl von Kaltleitern (104) und die zweite Heizeinheit (822) zumindest zwei miteinander parallel geschaltete weitere Kaltleiter (104) der Mehrzahl von Kaltleitern (104) umfasst.
Heizsystem (500) für ein Flugzeug, wobei das Heizsystem (500) folgende Merkmale aufweist: zumindest ein Bodenelement (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5; und eine Steuereinrichtung (502), die ausgebildet ist, um zum Beheizen des Bodenelements (100) einen Heizimpuls (510) an die Kaltleiter (104) bereitzustellen und zum Erfassen eines die Temperatur (T) der Kaltleiter (104) repräsentierenden Widerstands (R) der Kaltleiter (104) einen Messimpuls (512) an die Kaltleiter (104) bereitzustellen.
Heizsystem (500) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (502) ausgebildet ist, um den Messimpuls (512) nach Ablauf einer vorgegebenen Wartezeit (Δt) nach dem Heizimpuls (510) bereitzustellen.
Heizsystem (500) gemäß einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (502) ausgebildet ist, um den Heizimpuls (510) und den Messimpuls (512) mit unterschiedlichen Pulsbreiten bereitzustellen.
Heizsystem (500) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (502) ausgebildet ist, um den Heizimpuls (510) abhängig von einem Vergleich zwischen dem Widerstand (R) und einem Referenzwiderstand bereitzustellen.
Verfahren (1040) zum Betreiben eines Bodenelements (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Verfahren (1040) folgende Schritte umfasst: Leiten (1050) eines Heizimpulses (510) durch die Kaltleiter (104), um das Bodenelement (100) zu beheizen; und Beaufschlagen (1052) der Kaltleiter (104) mit einem Messimpuls (512), um einen eine Temperatur (T) der Kaltleiter (104) repräsentierenden Widerstand (R) der Kaltleiter (104) zu messen.
Verfahren (1160) zum Herstellen eines Bodenelements (100) für ein Flugzeug, wobei das Verfahren (1160) folgende Schritte umfasst: Bereitstellen (1170) zumindest eines Trägerelements (102) und einer Mehrzahl von Kaltleitern (104) zum Beheizen des Bodenelements (100); und Anordnen (1172) der Kaltleiter (104) an dem Trägerelement (102) Bereitstellen eines Federelementes (114) zum Ausüben einer Federkraft auf die Kaltleiter (104).