DE102015107275A1

DE102015107275A1 - Device for deicing a surface of an aerodynamic body

Info

Publication number: DE102015107275A1
Application number: DE102015107275.0A
Authority: DE
Inventors: Johannes RIEMENSCHNEIDER; Christian Mendig; Michael Sinapius; Matthias Endres; Martin Schulz
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2015-05-11
Filing date: 2015-05-11
Publication date: 2016-11-17
Anticipated expiration: 2035-05-12
Also published as: DE102015107275B4

Abstract

Eine Vorrichtung (3) zum Enteisen einer Oberfläche (6) eines aerodynamischen Körpers (1) weist eine die Oberfläche (6) ausbildende und sich vollflächig an einer formstabilen Unterkonstruktion (5) abstützende elastisch verformbare Schicht (4) und einen die elastische Schicht (4) verformenden Aktuator auf. Der Aktuator umfasst einen in die elastische Schicht (4) eingebetteten Formkörper (7) aus einer Formgedächtnislegierung (8), der beim Erwärmen längs der Oberfläche (6) kontrahiert, und eine Heizeinrichtung (9) zum Erwärmen des Formkörpers (7).A device (3) for deicing a surface (6) of an aerodynamic body (1) has an elastically deformable layer (4) which forms the surface (6) and is supported over its entire surface on a dimensionally stable substructure (5) and has an elastic layer (4 ) deforming actuator. The actuator comprises a molded body (7) of a shape memory alloy (8) embedded in the elastic layer (4), which contracts when heated along the surface (6), and a heater (9) for heating the molded body (7).

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNGTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Enteisen einer Oberfläche eines aerodynamischen Körpers, wobei die Vorrichtung die Merkmale des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1 aufweist.The invention relates to a device for deicing a surface of an aerodynamic body, the device having the features of the preamble of independent claim 1.

Bei dem aerodynamischen Körper kann es sich insbesondere um einen Flügel, z. B. um einen Tragflügel eines Flugzeugs, einen Drehflügel, so wie ein Rotorblatt eines Hubschraubers oder einer Windkraftanlage, oder um irgendeinen anderen Körper handeln, der eine aerodynamisch wirksame Fläche aufweist. The aerodynamic body may be in particular a wing, z. Example, to a wing of an aircraft, a rotary wing, such as a rotor blade of a helicopter or a wind turbine, or to act on any other body having an aerodynamically effective surface.

Soweit ein aerodynamischer Körper bei tiefen Temperaturen zum Einsatz kommt, besteht die Gefahr, dass er durch ausfrierende Luftfeuchtigkeit oder anfrierenden Niederschlag vereist. Hierdurch wird die aerodynamische Funktion des Körpers beeinträchtigt und im Extremfall beseitigt. Hinzu kommt eine mit der Eisschicht zunehmende Masseerhöhung des aerodynamischen Körpers. Weiterhin gehen von herabfallenden oder abgeschleuderten dickeren Eisschichten nicht unerhebliche Zerstörungs- und Verletzungsgefahren aus.As far as an aerodynamic body is used at low temperatures, there is a risk that it will freeze due to freezing humidity or freezing precipitation. As a result, the aerodynamic function of the body is impaired and eliminated in extreme cases. In addition, there is an increase in mass of the aerodynamic body which increases with the ice layer. Furthermore go from falling or thrown off thicker ice layers not inconsiderable destructive and injury hazards.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Zum Enteisen einer Oberfläche eines aerodynamischen Körpers, d. h. zum Entfernen des Eises von der vereisten Oberfläche, kann die Oberfläche erwärmt werden, so dass das Eis abschmilzt. Mit einer zumindest dann, wenn Vereisungsbedingungen herrschen, dauerhaften Erwärmung der Oberfläche kann das Vereisen der Oberfläche auch von vornherein verhindert werden. Dieses Vorgehen verbraucht jedoch erhebliche Energie, wenn beispielsweise elektrische Heizeinrichtungen eingesetzt werden. Wenn warme Abgase der Triebwerke eines Flugzeugs zum Beheizen der Oberfläche verwendet werden, ist hierfür erheblicher konstruktiver Aufwand zu leisten. Zudem steht solche Abwärme z. B. bei einer Windkraftanlage in der Regel nicht in ausreichendem Umfang zur Verfügung.For deicing a surface of an aerodynamic body, d. H. To remove the ice from the icy surface, the surface can be heated so that the ice melts away. With an at least when icing conditions prevail, permanent heating of the surface icing of the surface can also be prevented from the outset. However, this procedure consumes considerable energy when, for example, electrical heaters are used. If warm exhaust gases of the engines of an aircraft are used to heat the surface, this considerable design effort is required. In addition, such waste heat z. B. in a wind turbine usually not sufficiently available.

Neben einer thermischen Enteisung ist die mechanische Enteisung von Oberflächen aerodynamischer Körper bekannt. Zum Beispiel werden hierfür elastische Schläuche in die Oberfläche eingelassen. Bei einer Beaufschlagung der Schläuche mit einem Fluid, beispielsweise Druckluft, dehnen sich die Druckschläuche aus. Die resultierende Verformung der Oberfläche führt zu einem Abplatzen des Eises. Eine entsprechende Vorrichtung zum Enteisen von Rotorblättern einer Windkraftanlage geht aus der DE 20 2011 105 676 U1 hervor. Nachteilig bei der Enteisung mit druckbeaufschlagten Schläuchen ist, dass die Schläuche auch durch die aerodynamischen Lasten auf den aerodynamischen Körper verformt werden, wenn sie nicht ständig unter Druck gehalten werden. Da sie zugleich erheblichen thermischen Wechselbelastungen ausgesetzt sind, ist die Standfestigkeit derartiger Schläuche zum Enteisen von Tragflächen an Flugzeugen begrenzt. Zudem muss für die Integration der Schläuche in die jeweilige Oberfläche erheblicher Bauraum in dem aerodynamischen Körper vorgehalten werden.In addition to thermal deicing, the mechanical deicing of surfaces of aerodynamic bodies is known. For example, elastic hoses are embedded in the surface for this purpose. When the hoses are exposed to a fluid, for example compressed air, the pressure hoses expand. The resulting deformation of the surface leads to a chipping of the ice. A corresponding device for deicing rotor blades of a wind turbine goes out of the DE 20 2011 105 676 U1 out. A disadvantage of the defrost with pressurized hoses is that the hoses are also deformed by the aerodynamic loads on the aerodynamic body, if they are not constantly kept under pressure. Since they are also exposed to significant thermal cycling, the stability of such hoses for deicing of wings on aircraft is limited. In addition, for the integration of the hoses in the respective surface considerable space must be kept in the aerodynamic body.

Aus der US 5,686,003 A1 ist das Ausbilden einer zum Vereisen neigenden Oberfläche eines aerodynamischen Körpers aus einem Blech aus einer Formgedächtnislegierung bekannt. Das Blech ist auf einer Heizmatte angeordnet, die sich wiederum auf einem elastischen Körper als Unterkonstruktion abstützt. Durch Erwärmen des Blechs mit Hilfe der Heizmatte kontrahiert die Formgedächtnislegierung in Richtung der Überströmung des Körpers, so dass aufgewachsenes Eis abplatzt. Bei der Kontraktion des Blechs aus der Formgedächtnislegierung wird der darunter liegende Formkörper elastische verformt. Dadurch wird eine Rückstellkraft auf das Blech aus der Formgedächtnislegierung ausgeübt, um dieses nach dem Abkühlen wieder in seine ursprüngliche Form zurückzubringen. So ist eine Formgedächtnislegierung mit einem Einweg-Effekt ausreichend. Zum Ausbilden dieser bekannten Vorrichtung zum Enteisen muss der gesamte Aufbau des aerodynamischen Körpers entsprechend hergerichtet werden. Zudem wird viel Formgedächtnislegierung benötigt, und diese ist der Anströmung des aerodynamischen Körpers direkt ausgesetzt.From the US 5,686,003 A1 For example, forming an icing-prone surface of an aerodynamic body of a shape memory alloy sheet is known. The sheet metal is arranged on a heating mat, which in turn is supported on an elastic body as a substructure. By heating the sheet with the aid of the heating mat, the shape memory alloy contracts in the direction of the overflow of the body, so that grown-up ice peels off. Upon contraction of the shape memory alloy sheet, the underlying molding is elastically deformed. As a result, a restoring force is exerted on the sheet of the shape memory alloy in order to bring it back to its original shape after cooling. Thus, a shape memory alloy with a disposable effect is sufficient. To form this known de-icing device, the entire structure of the aerodynamic body must be prepared accordingly. In addition, a lot of shape memory alloy is needed, and this is directly exposed to the flow of the aerodynamic body.

Weiterhin geht aus der US 5,686,003 A1 eine Vorrichtung zum Enteisen einer Oberfläche eines aerodynamischen Körpers mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1 hervor. Bei dieser Vorrichtung ist die zu enteisende Oberfläche aus einer elastisch verformbaren Haut ausgebildet, die mit einem Streifen aus Formgedächtnislegierung in Reihe geschaltet und über eine Unterkonstruktion aus Rippen oder Stegen gespannt ist. Dabei ist die Spannung der verformbaren Haut zunächst so, dass sich die Haut ohne Durchbiegung über die Stege oder Rippen hinweg erstreckt. Wenn jedoch der Streifen aus der Formgedächtnislegierung mit einer darunter liegenden Heizmatte erwärmt wird und in Richtung der Überströmung des aerodynamischen Körpers kontrahiert, wird die Haut so stark gespannt, dass sie durch die darunter liegenden Rippen oder Stege deformiert wird. Aufgrund dieser Deformation platzt zuvor auf die Haut aufgewachsenes Eis ab. Auch hier reicht eine Formgedächtnislegierung mit Einweg-Effekt aus, weil die Spannung der elastisch verformten Haut den Streifen aus der Formgedächtnislegierung beim Abkühlen zurückverformt. Es besteht jedoch die Gefahr, dass Deformationen der nur punktuell an den Rippen oder Stegen abgestützten elastischen Haut auch durch aerodynamische Lasten auf den aerodynamischen Körper hervorgerufen werden, so dass das aerodynamische Profil des aerodynamischen Körpers nicht stabil ist. Zudem baut die bekannte Vorrichtung nicht unerheblich auf dem aerodynamischen Körper auf, und es wird immer noch viel von der Formgedächtnislegierung benötigt.Furthermore, goes from the US 5,686,003 A1 an apparatus for deicing a surface of an aerodynamic body having the features of the preamble of independent claim 1. In this device, the enteisende surface is formed of an elastically deformable skin, which is connected in series with a strip of shape memory alloy and stretched over a substructure of ribs or webs. The tension of the deformable skin is initially such that the skin extends without deflection over the webs or ribs away. However, when the shape memory alloy strip is heated with an underlying heater mat and contracts toward the aerodynamic body overflow, the skin is stretched so tight that it is deformed by the underlying ribs or lands. Due to this deformation, ice that has previously grown on the skin will burst. Again, a shape memory alloy with a disposable effect is sufficient, because the tension of the elastically deformed skin deforms the strip from the shape memory alloy during cooling. However, there is a risk that Deformations of elastic skin supported only selectively at the ribs or webs are also caused by aerodynamic loads on the aerodynamic body, so that the aerodynamic profile of the aerodynamic body is not stable. In addition, the known device is not inconsiderable on the aerodynamic body, and much of the shape memory alloy is still needed.

AUFGABE DER ERFINDUNGOBJECT OF THE INVENTION

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Enteisen einer Oberfläche eines aerodynamischen Körpers aufzuzeigen, die nur minimalen Bauraum des Körpers beansprucht und die auch bei hohen aerodynamischen Lasten nicht zu einer Deformation des aerodynamischen Körpers führt.The invention has for its object to show a device for deicing a surface of an aerodynamic body, which requires only minimal space of the body and does not lead to a deformation of the aerodynamic body, even at high aerodynamic loads.

LÖSUNGSOLUTION

Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Vorrichtung zum Enteisen einer Oberfläche eines aerodynamischen Körpers mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Patentansprüche betreffen bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Patentanspruch 15 ist auf einen Flügel mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung an seiner Vorderkante gerichtet. Bei dem Flügel kann es sich insbesondere um einen Tragflügel eines Flugzeugs oder einen Drehflügel, d. h. das Rotorblatt eines Rotors oder einer Windkraftanlage, handeln.The object of the invention is achieved by a device for deicing a surface of an aerodynamic body with the features of independent claim 1. The dependent claims relate to preferred embodiments of the device according to the invention. Claim 15 is directed to a wing with a device according to the invention at its front edge. The wing may in particular be a wing of an aircraft or a rotary wing, i. H. the rotor blade of a rotor or a wind turbine, act.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDESCRIPTION OF THE INVENTION

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Enteisen einer Oberfläche eines aerodynamischen Körpers weist eine die Oberfläche ausbildende und sich vollflächig auf einer formstabilen Unterkonstruktion abstützende elastisch verformbare Schicht sowie einen die elastische Schicht verformenden Aktuator auf. Der Aktuator umfasst einen in die elastische Schicht eingebetteten Formkörper aus einer Formgedächtnislegierung, der beim Erwärmen längs der Oberfläche kontrahiert, und eine Heizeinrichtung zum Erwärmen des Formkörpers. Durch die Kontraktion des Formkörpers beim Erwärmen wird die elastische Schicht, in die der Formkörper eingebettet ist, ausreichend deformiert, um auf die elastische Schicht aufgewachsenes Eis abzusprengen. Dafür reicht eine vergleichsweise dünne elastische Schicht von einem oder wenigen Millimetern Dicke aus, und der zum Enteisen der gesamten elastischen Schicht benötigte Anteil der Fläche der elastischen Schicht, der auch von dem Formkörper aus der Formgedächtnislegierung abgedeckt wird, ist sehr klein. Entsprechend muss auch nur eine geringe Masse aus der Formgedächtnislegierung beim Erwärmen des Formkörpers mit der Heizeinrichtung erwärmt werden. Dies ist energetisch günstig.A device according to the invention for deicing a surface of an aerodynamic body has an elastically deformable layer which forms the surface and is supported over its entire surface on a dimensionally stable substructure, and also an actuator which deforms the elastic layer. The actuator includes a shape memory alloy molded body embedded in the elastic layer that contracts when heated along the surface, and a heater for heating the molded body. As a result of the contraction of the shaped body during heating, the elastic layer into which the shaped body is embedded is sufficiently deformed in order to blast off ice grown on the elastic layer. For a comparatively thin elastic layer of one or a few millimeters thickness is sufficient, and the portion of the surface of the elastic layer required for deicing the entire elastic layer, which is also covered by the shaped body of the shape memory alloy, is very small. Accordingly, even a small mass of the shape memory alloy must be heated when heating the molded body with the heater. This is energetically favorable.

Insbesondere kann der Formkörper linien-, ring-, maschen-, netz- oder gitterförmig sein. Das heißt, der Formkörper besteht im Wesentlichen aus linienförmigen Abschnitten, die in vergleichsweise großen seitlichen Abständen in die elastisch verformbare Schicht eingebettet sind. Der relative Anteil der Fläche des Formkörpers gegenüber der Fläche der Schicht kann so auf wenige Prozent, sogar auf weniger als 1 Prozent beschränkt sein. In particular, the shaped body may be line, ring, mesh, mesh or grid shape. That is, the molded body consists essentially of line-shaped sections which are embedded in comparatively large lateral distances in the elastically deformable layer. The relative proportion of the area of the shaped body to the surface of the layer can thus be limited to a few percent, even less than 1 percent.

Bei seinem Erwärmen kontrahiert der Formkörper aus der Formgedächtnislegierung nicht nur in der Haupterstreckungsrichtung seiner linienförmigen Abschnitte, sondern er erwärmt auch die angrenzende elastisch verformbare Schicht und das darauf aufgewachsene Eis, insbesondere längs seiner linienförmigen Abschnitte. Damit wird das Absprengen des Eises erleichtert, und es werden längs der linienförmigen Abschnitte des Formkörpers verlaufende Sollbruchlinien für das von der deformierten Schicht abplatzende Eis ausgebildet. Auf diese Weise kann die Größe der von der Oberfläche abplatzenden Eisstücke kontrolliert, d. h. begrenzt werden. Die Erleichterung des Absprengens des Eises, erfordert nicht, dass es auch nur lokal an- oder sogar aufgeschmolzen wird. So lässt sich Eis bei zum Beispiel –1°C schon deutlich leichter brechen und absprengen als bei –10°C. Das Schmelzen von Eis verbraucht sehr viel Energie, die eingespart werden kann, wenn das Eis selbst über den linienförmigen Abschnitten des Formkörpers zur Ausbildung der Sollbruchlinien nur bis nahe seiner Schmelztemperatur erwärmt wird.When heated, the shaped body of the shape memory alloy not only contracts in the main extension direction of its line-shaped portions, but also heats the adjacent elastically deformable layer and the ice grown thereon, particularly along its line-shaped portions. Thus, the breaking off of the ice is facilitated, and there are formed along the line-shaped portions of the shaped body extending predetermined breaking lines for the chipped from the deformed layer of ice. In this way, the size of the pieces of ice chipping from the surface can be controlled, i. H. be limited. Facilitating the break-off of ice does not require it to be even locally melted or even melted. For example, ice at -1 ° C is much easier to break and break down than at -10 ° C. The melting of ice consumes a great deal of energy, which can be saved if the ice itself is heated above the linear portions of the shaped body to form the predetermined breaking lines only to near its melting temperature.

Beispielsweise kann der Formkörper einen zickzack- oder mäanderförmigen Verlauf längs der Oberfläche aufweisen. Hieraus resultiert dann eine zickzack- oder mäanderförmige Sollbruchlinie des auf die Oberfläche aufgewachsenen Eises. Gerade Abschnitte des Verlaufs können dabei eine typische Länge von einem bis zu wenigen, beispielsweise maximal 5 cm, aufweisen.For example, the shaped body may have a zigzag or meandering course along the surface. This then results in a zigzag or meandering predetermined breaking line of the grown on the surface of ice. Straight sections of the course can have a typical length of one to a few, for example a maximum of 5 cm.

Vorzugsweise weist der Formkörper einen geschlossenen Ring oder eine geschlossene Masche auf. Dabei muss der Ring oder die Masche nicht geschlossen aus der Formgedächtnislegierung ausgebildet sein. Vielmehr kann der Ring oder die Masche durch ein Zugelement aus einem anderen Material, insbesondere einem nicht elektrisch leitfähigen Material, geschlossen sein. In jedem Fall führt die Kontraktion des Formkörpers zu einer Verringerung des Durchmessers der Masche bzw. des Rings und damit bei nicht zu großem absoluten Durchmesser des Rings zu einer Deformation der elastischen Schicht über die gesamte von dem Ring oder Masche umschlossene Fläche hinweg. Preferably, the shaped body has a closed ring or a closed loop. In this case, the ring or the mesh need not be formed closed from the shape memory alloy. Rather, the ring or the mesh may be closed by a tension element of another material, in particular a non-electrically conductive material. In any case, the contraction of the molding leads to a reduction in the diameter of the mesh or ring and thus not too large absolute diameter of the ring to a deformation of the elastic layer over the entire area enclosed by the ring or mesh area.

Konkret kann der geschlossene Ring oder die geschlossene Masche einen Durchmesser von 50 mm bis 200 mm, d. h. in der Größenordnung von einem Dezimeter aufweisen. Concretely, the closed ring or the closed loop may have a diameter of 50 mm to 200 mm, ie of the order of one decimeter.

Mit dem Erwärmen des Rings oder der Masche des Formkörpers wird eine ring- bzw. maschenförmige Sollbruchlinie in dem aufgewachsenen Eis ausgebildet. Durch die Verformung der Oberfläche wird diese Sollbruchlinie wirksam, und ein Eisstück von maximal der von dem Ring bzw. der Masche umschlossenen Fläche wird abgesprengt.With the heating of the ring or the mesh of the shaped body, a ring-shaped or mesh-shaped predetermined breaking line is formed in the grown-up ice. The deformation of the surface, this predetermined breaking line is effective, and a piece of ice of maximum of the area enclosed by the ring or the mesh surface is blasted off.

Der geschlossene Ring oder die geschlossene Masche kann Teil eines in die elastische Schicht eingebetteten Netzes oder Gitters sein. Dabei können alle Ringe oder Maschen des Netzes oder Gitters Teil des Formkörpers aus der Formgedächtnislegierung sein. Das Netz oder Gitter kann aber auch weitere Ringe oder Maschen aufweisen, die nicht aus der Formgedächtnislegierung ausgebildet sind und/oder die nicht mit der Heizeinrichtung erwärmbar sind.The closed ring or stitch may be part of a mesh or grid embedded in the elastic layer. In this case, all the rings or meshes of the mesh or grid can be part of the shaped body of the shape memory alloy. However, the net or grid can also have other rings or meshes which are not formed from the shape memory alloy and / or which can not be heated by the heating device.

Die Formgedächtnislegierung kann eine einfache Formgedächtnislegierung mit einem Einweg-Effekt sein. Der Formkörper kann beim Abkühlen allein durch die Elastizität der Schicht, in die er eingebettet ist, zurückgestellt werden. Besondere Anforderungen an die Formgedächtnislegierung stellt die vorliegende Erfindung auch in sonstiger Hinsicht nicht. Es versteht sich zwar, dass eine große relative Kontraktion beim Erwärmen des Formkörpers längs seiner linienförmigen Abschnitte vorteilhaft ist. Die Formgedächtnislegierung muss jedoch keine besonderen Eigenschaften, wie beispielsweise hohe Korrosionsbeständigkeit oder dergleichen, aufweisen, da sie durch ihre Einbettung in die elastische Schicht geschützt ist.The shape memory alloy may be a simple shape memory alloy having a one-way effect. The shaped body can be reset on cooling solely by the elasticity of the layer in which it is embedded. Special requirements for the shape memory alloy, the present invention is not in other respects. Although it is understood that a large relative contraction when heating the molding along its line-shaped sections is advantageous. However, the shape memory alloy does not need to have any special properties such as high corrosion resistance or the like since it is protected by being embedded in the elastic layer.

Die elastische Schicht selbst wird vorzugsweise aus einem polymeren Elastomerwerkstoff ausgebildet. Es versteht sich, dass das Material der elastischen Schicht an die auftretenden Abrasions-, Temperatur-, UV- und aerodynamischen Belastungen, die in der konkreten Anwendung des aerodynamischen Körpers auftreten können, anzupassen ist. Dies stellt für den Fachmann aber keine Schwierigkeit dar, da die elastische Schicht durch ihre vollflächige Abstützung an der formstabilen Unterkonstruktion und ihre geringe Dicke eine hohe Formstabilität aufweist.The elastic layer itself is preferably formed of a polymeric elastomeric material. It is understood that the material of the elastic layer is adapted to the occurring abrasion, temperature, UV and aerodynamic loads that may occur in the actual application of the aerodynamic body. However, this represents no difficulty for the skilled person, since the elastic layer has a high dimensional stability due to its full-surface support on the dimensionally stable substructure and its small thickness.

Die Schicht kann zwei stoffschlüssig miteinander und mit dem dazwischen liegenden Formkörper verbundene Teilschichten aufweisen. So kann zunächst die eine Teilschicht auf die Unterkonstruktion auflaminiert werden, dann der Formkörper und anschließend die andere Teilschicht. Der Formkörper kann aber auch mit einer der beiden Teilschichten zusammen auflaminiert werden. Ebenso ist es möglich, die gesamte Schicht mit dem eingebetteten Formkörper auf die Unterkonstruktion aufzulaminieren. Weiterhin ist es möglich, eine oder beide Teilschichten in Form eines zunächst flüssigen Lacks aufzubringen.The layer may have two cohesively bonded to each other and with the interposed moldings sub-layers. Thus, first the one sub-layer can be laminated onto the substructure, then the shaped body and then the other sub-layer. However, the shaped body can also be laminated together with one of the two partial layers. It is also possible to laminate the entire layer with the embedded molded body onto the substructure. Furthermore, it is possible to apply one or both partial layers in the form of an initially liquid lacquer.

Die beiden Teilschichten können jeweils gleiche, aber auch unterschiedliche Schichtdicken aufweisen. Dies gilt auch ganz generell unabhängig davon, ob die Schicht in Form von Teilschichten ausgebildet ist oder nicht. D. h. eine Dicke der Schicht über dem nicht erwärmten Formkörper kann ebenso wie eine Dicke der Schicht unter dem nicht erwärmten Formkörper etwa 0,5 bis 3 mm dick sein, wobei gleiche Dicken möglich, aber nicht zwingend sind.The two partial layers can each have the same, but also different layer thicknesses. This also applies quite generally regardless of whether the layer is formed in the form of partial layers or not. Ie. a thickness of the layer over the unheated molding as well as a thickness of the layer below the unheated molding may be about 0.5 to 3 mm thick, with equal thicknesses possible but not mandatory.

Die Heizeinrichtung des Aktuators der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann elektrische Anschlüsse umfassen, wobei ein zwischen den Anschlüssen fließender Strom durch den Formkörper fließt und den dabei selbst als Widerstandsheizelement dienenden Formkörper erwärmt. Das heißt, dass der Aktuator keine separate Heizmatte oder dergleichen zum Erwärmen des Formkörpers aufweisen muss, sondern den Formkörper mit dem durch den Formkörper fließenden Strom direkt beheizen kann. Der dabei fließende Strom kann sowohl zur Überwachung des gewünschten Betriebs der erfindungsgemäßen Vorrichtung als auch zum Überwachen der Integrität des Formkörpers erfasst und mit Grenzwerten verglichen werden.The heating device of the actuator of the device according to the invention may comprise electrical connections, wherein a current flowing between the terminals flows through the shaped body and heats the shaped body itself serving as a resistance heating element. That is, the actuator need not have a separate heating mat or the like for heating the molded article, but can directly heat the molded article with the current flowing through the molded article. The thereby flowing current can be detected both for monitoring the desired operation of the device according to the invention as well as for monitoring the integrity of the molded body and compared with limit values.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Ohne dass hierdurch der Gegenstand der beigefügten Patentansprüche verändert wird, gilt hinsichtlich des Offenbarungsgehalts der ursprünglichen Anmeldungsunterlagen und des Patents Folgendes: weitere Merkmale sind den Zeichnungen – insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung – zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen. Advantageous developments of the invention will become apparent from the claims, the description and the drawings. The advantages of features and of combinations of several features mentioned in the description are merely exemplary and can take effect alternatively or cumulatively, without the advantages having to be achieved by embodiments according to the invention. Without thereby altering the subject matter of the appended claims, as regards the disclosure of the original application documents and the patent, further features can be found in the drawings, in particular the illustrated geometries and the relative dimensions of several components and their relative arrangement and operative connection. The combination of features of different embodiments of the invention or of features of different claims is also possible deviating from the chosen relationships of the claims and is hereby stimulated. This also applies to those features which are shown in separate drawings or are mentioned in their description. These features can also be combined with features of different claims. Likewise, in the claims listed features for further embodiments of the invention can be omitted.

Die in den Patentansprüchen und der Beschreibung genannten Merkmale sind bezüglich ihrer Anzahl so zu verstehen, dass genau diese Anzahl oder eine größere Anzahl als die genannte Anzahl vorhanden ist, ohne dass es einer expliziten Verwendung des Adverbs "mindestens" bedarf. Wenn also beispielsweise von einem Ring oder eine Masche die Rede ist, ist dies so zu verstehen, dass genau ein Ring oder eine Masche, zwei Ringe oder zwei Maschen oder mehr Ringe oder mehr Maschen vorhanden sind. Die in den Patentansprüchen genannten Merkmale können durch andere Merkmale ergänzt werden oder die einzigen Merkmale sein, aus denen das jeweilige Erzeugnis besteht. The features mentioned in the patent claims and the description are to be understood in terms of their number that exactly this number or a greater number than the said number is present, without requiring an explicit use of the adverb "at least". For example, when talking about a ring or a loop, it should be understood that there is exactly one ring or loop, two rings or two stitches or more rings or more stitches. The features mentioned in the claims may be supplemented by other features or be the only features that make up the particular product.

Die in den Patentansprüchen enthaltenen Bezugszeichen stellen keine Beschränkung des Umfangs der durch die Patentansprüche geschützten Gegenstände dar. Sie dienen lediglich dem Zweck, die Patentansprüche leichter verständlich zu machen. The reference numerals contained in the claims do not limit the scope of the objects protected by the claims. They are for the sole purpose of making the claims easier to understand.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben. In the following the invention will be further explained and described with reference to preferred embodiments shown in the figures.

1 zeigt einen Längsschnitt durch einen aerodynamischen Körper mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Enteisen. 1 shows a longitudinal section through an aerodynamic body with a device according to the invention for deicing.

2 ist ein vergrößertes Detail der Vorrichtung gemäß 1. 2 is an enlarged detail of the device according to 1 ,

3 zeigt eine spezielle Ausführungsform der Vorrichtung zum Enteisen in einer Draufsicht. 3 shows a special embodiment of the device for deicing in a plan view.

4 ist ein Schnitt durch die aktivierte Vorrichtung zum Enteisen gemäß 3. 4 is a section through the activated defrosting device according to 3 ,

5 zeigt eine zweite spezielle Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Enteisen in einer Draufsicht. 5 shows a second specific embodiment of the device according to the invention for deicing in a plan view.

6 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Enteisen in einer Draufsicht; und 6 shows a further embodiment of the device according to the invention for deicing in a plan view; and

7 zeigt noch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Enteisen in einer Draufsicht. 7 shows yet another embodiment of the device according to the invention for deicing in a plan view.

FIGURENBESCHREIBUNGDESCRIPTION OF THE FIGURES

Der in 1 in einem Längsschnitt längs seiner Anströmung dargestellte aerodynamische Körper 1 ist an seiner abgerundeten Vorderkante 2 mit einer Vorrichtung 3 zum Enteisen versehen. Die Vorrichtung 3 dient zum Entfernen von Eis, das sich an der Vorderkante 2 bildet und auf der Vorderkante 2 des Körpers 1 aufwächst. Die Vorrichtung 3 umschließt den gesamten Bereich der Vorderkante 2, in dem eine Bildung von Eis, d. h. ein Vereisen bei der Verwendung des aerodynamischen Körpers 1, in relevantem Umfang auftritt.The in 1 in a longitudinal section along its flow shown aerodynamic body 1 is at its rounded front edge 2 with a device 3 provided for the deicing. The device 3 Used to remove ice that is on the leading edge 2 forms and on the leading edge 2 of the body 1 grows up. The device 3 encloses the entire area of the leading edge 2 in which a formation of ice, ie icing in the use of the aerodynamic body 1 , occurs to a relevant extent.

2 ist eine vergrößerte schematische Darstellung der Vorrichtung 3 zum Enteisen. Die Vorrichtung 3 umfasst eine elastisch verformbare Schicht 4, die sich vollflächig auf einer formstabilen Unterkonstruktion 5 abstützt. Die elastische Schicht 4 bildet im Bereich der Vorrichtung 3 die Oberfläche 6 des aerodynamischen Körpers 1 aus, an der Eis aufwächst und die mit der Vorrichtung 3 zu enteisen ist. In die massive elastische Schicht 4 ist ein Formkörper 7 aus einer Formgedächtnislegierung 8 eingebettet. Zusammen mit einer Heizeinrichtung 9, die den Formkörper 7 erwärmt, so dass er längs der Oberfläche 6 kontrahiert, bildet die Heizeinrichtung 9 einen Aktuator zum Verformen der elastischen Schicht 4. Die Heizeinrichtung 9 umfasst eine Spannungsquelle 10, die hier als Gleichspannungsquelle angedeutet ist, aber auch eine Wechselspannungsquelle sein kann, und elektrische Anschlüsse 11 und 12 zum Anschließen des Formkörpers 7 an die Spannungsquelle 10, wobei der Stromkreis über einen Aktivierungsschalter 13 geschlossen wird. Nach Schließen des Aktivierungsschalters 13 fließt ein von der Spannungsquelle 10 getriebener Strom durch den Formkörper 7. Der Formkörper 7 wirkt dabei als Widerstandsheizelement der Heizeinrichtung 9 und wärmt sich infolge des fließenden Stroms selbst auf. Aufgrund der Ausbildung des Formkörpers 7 aus der Formgedächtnislegierung 8 kontrahiert der Formkörper 7 durch das Aufwärmen. Dadurch wird die elastische Schicht 4 verformt, so dass auf der Oberfläche 6 aufgewachsenes Eis abplatzt. Zudem wird die Oberfläche 6 direkt oberhalb des Formkörpers 7 lokal erwärmt, wodurch sich Sollbruchlinien in dem Eis ausbilden, längs derer das Eis bricht, wenn sich die Schicht 4 verformt. 2 is an enlarged schematic representation of the device 3 to de-icing. The device 3 comprises an elastically deformable layer 4 , which cover the entire surface on a dimensionally stable substructure 5 supported. The elastic layer 4 forms in the area of the device 3 the surface 6 of the aerodynamic body 1 from where ice grows up and those with the device 3 to deice is. In the massive elastic layer 4 is a shaped body 7 from a shape memory alloy 8th embedded. Together with a heater 9 that the shaped body 7 heated so that it is along the surface 6 contracts, forms the heater 9 an actuator for deforming the elastic layer 4 , The heater 9 includes a voltage source 10 , which is indicated here as a DC voltage source, but may also be an AC voltage source, and electrical connections 11 and 12 for connecting the molding 7 to the voltage source 10 , where the circuit via an activation switch 13 is closed. After closing the activation switch 13 flows in from the voltage source 10 driven current through the molded body 7 , The molded body 7 acts as a resistance heating element of the heater 9 and warms itself up as a result of the flowing current. Due to the formation of the shaped body 7 from the shape memory alloy 8th the shaped body contracts 7 by warming up. This will make the elastic layer 4 deformed, leaving on the surface 6 Grown ice peels off. In addition, the surface becomes 6 directly above the molding 7 heated locally, whereby predetermined breaking lines form in the ice, along which the ice breaks when the layer 4 deformed.

Die Draufsicht gemäß 3 illustriert, dass der Formkörper 7 ein geschlossener Ring 15 sein kann, wobei der Ring 15 nicht durchgängig aus der Formgedächtnislegierung 8 besteht, sondern durch ein zugsteifes Zugelement 14 geschlossen ist, das sich zwischen den elektrischen Anschlüssen 11 und 12 erstreckt. Das nicht elektrisch leitfähige Zugelement 14, das beispielsweise aus einem Faserverbundmaterial besteht, verhindert einen Kurzschluss zwischen den elektrischen Anschlüssen 11 und 12. Der Strom fließt so durch den gesamten Ring 15, soweit dieser aus der Formgedächtnislegierung 8 besteht, und heizt diesen auf, bis er kontrahiert. Zuvor wurde bereits die elastische Schicht 4 direkt über dem Ring 15 so erwärmt, dass sich längs des Rings 15 eine Sollbruchlinie in dem auf die Oberfläche 6 aufgewachsenen Eis ausgebildet hat. Entsprechend platzt das Eis beim Verformen der Schicht 4 längs dieser Sollbruchlinie auf und von der Oberfläche 6 ab.The top view according 3 illustrates that the molded body 7 a closed ring 15 can be, with the ring 15 not continuous from the shape memory alloy 8th exists, but by a tension-resistant tension element 14 closed, that is between the electrical connections 11 and 12 extends. The non-electrically conductive tension element 14 , which consists for example of a fiber composite material, prevents a short circuit between the electrical connections 11 and 12 , The current flows through the entire ring 15 , as far as this of the shape memory alloy 8th exists and heats it until it contracts. Previously, the elastic layer was already 4 directly above the ring 15 so warmed up that along the ring 15 a rupture line in the on the surface 6 has grown up grown ice. Corresponding the ice bursts when deforming the layer 4 along this rupture line on and off the surface 6 from.

4 illustriert, wie die Oberfläche 6 infolge der Kontraktion des Rings 15 verformt wird. Das Material der Schicht 4, beispielsweise ein polymerer Elastomerwerkstoff, schiebt sich in dem Ring 15 zusammen, so dass seine Dicke über der Unterkonstruktion 5 anwächst, während diese Dicke um den Ring 15 herum abnimmt. Die elektrischen Anschlüsse 11 und 12 sowie die weiteren Teile der Heizeinrichtung 9 sind in 4 nicht dargestellt. Der Durchmesser des Rings 15 kann etwa 1 Dezimeter betragen, die Dicke der deformierten Schicht 4 einige Millimeter. Dabei kann der Formkörper 7 mittig, d. h. bei halber Dicke, in die unverformte elastische Schicht 4 eingebettet sein. 4 Illustrates how the surface 6 as a result of the contraction of the ring 15 is deformed. The material of the layer 4 For example, a polymeric elastomeric material slides in the ring 15 together, leaving its thickness above the substructure 5 Grows while this thickness around the ring 15 decreases around. The electrical connections 11 and 12 and the other parts of the heater 9 are in 4 not shown. The diameter of the ring 15 may be about 1 decimeter, the thickness of the deformed layer 4 a few millimeters. In this case, the molded body 7 in the middle, ie at half thickness, in the undeformed elastic layer 4 be embedded.

5 zeigt eine andere Ausgestaltung des Formkörpers 7 bei der Vorrichtung 3. Der Formkörper 7 weist hier einen zickzackförmigen Verlauf auf. Dabei kann jeder gerade Abschnitt des Formkörpers 7 ein bis wenige Zentimeter lang sein. Beim Anschließen der elektrischen Anschlüsse 11 und 12 an die Spannungsquelle wird auch in diesem Fall die elastische Schicht 4 oberhalb des Formkörpers 7 erwärmt und bildet so Sollbruchlinien aus, längs derer das aufgewachsene Eis aufbricht, wenn es infolge einer Deformation der elastischen Schicht 4 durch die Kontraktion des Formkörpers 7 längs der Oberfläche 6 von der Oberfläche 6 abgesprengt wird. 5 shows another embodiment of the molding 7 at the device 3 , The molded body 7 here has a zigzag course. In this case, each straight section of the molding 7 be one to a few inches long. When connecting the electrical connections 11 and 12 to the voltage source in this case is the elastic layer 4 above the shaped body 7 heats up and forms predetermined breaking lines, along which the grown ice breaks up when it is due to a deformation of the elastic layer 4 by the contraction of the molding 7 along the surface 6 from the surface 6 is blown off.

6 zeigt eine Ausführungsform der Vorrichtung 3, bei der der Formkörper 7 mäanderförmig ausgebildet ist, wobei seine einzelnen geraden Abschnitte wieder ein bis wenige Zentimeter lang sind. Die grundsätzliche Funktion der Vorrichtung 3 unterscheidet sich nicht von der Ausführungsform gemäß 5. 6 shows an embodiment of the device 3 in which the shaped body 7 is formed meander-shaped, with its individual straight sections are again one to a few inches long. The basic function of the device 3 does not differ from the embodiment according to 5 ,

Bei der Ausführungsform gemäß 7 umfasst die Vorrichtung 3 ein Netz 16 mit einer Vielzahl von Maschen. Die in 7 mit dickerer Strichstärke dargestellten Maschen 17 sind dabei jeweils Formkörper 7 aus der Formgedächtnislegierung 8. Das Netz 16 besteht aber nicht vollständig aus der Formgedächtnislegierung 8. Über den Maschen 17 wird beim Erwärmen der Formkörper 7 die elastische Schicht 4 so weit angewärmt, dass sich Sollbruchlinien in dem auf die Oberfläche 6 aufgewachsenen Eis ausbilden. Bei der folgenden Verformung der Oberfläche 6 infolge der Kontraktion der Formkörper 7 bricht das Eis längs dieser Sollbruchlinien auf und löst sich von der Oberfläche 6 ab. Der Durchmesser der Maschen 17 liegt in der typischen Größenordnung eines Dezimeters.In the embodiment according to 7 includes the device 3 a net 16 with a variety of stitches. In the 7 stitches shown with thicker line width 17 are each molding 7 from the shape memory alloy 8th , The network 16 but not completely made up of the shape memory alloy 8th , Over the mesh 17 when heated, the shaped body 7 the elastic layer 4 warmed up so far that lines of weakness in the on the surface 6 training grown up ice. At the following deformation of the surface 6 due to the contraction of the moldings 7 the ice breaks along these rupture lines and separates from the surface 6 from. The diameter of the mesh 17 is in the typical order of a decimeter.

Die Vorrichtung 3 umfasst nur wenig Formgedächtnislegierung im Bereich des bzw. der im Wesentlichen linienförmigen Formkörper 7. Daher muss nur wenig Masse erwärmt werden, um die Kontraktion des bzw. der Formkörper auszulösen. Gleichzeitig führt die linienförmige Ausbildung des bzw. der Formkörper zu der Ausbildung der Sollbruchlinien des auf die Oberfläche 6 aufwachsenden Eises. Weiterhin reicht für die Ausbildung des bzw. der im Wesentlichen linienförmigen Formkörper 7 eine Formgedächtnislegierung 8 mit Einweg-Effekt aus, weil die elastische Schicht 4 den bzw. die Formkörper nach dem Abkühlen durch ihre elastische Rückstellkraft wieder in seine bzw. ihre Ausgangsform zurückverformt. The device 3 includes only a little shape memory alloy in the region of or substantially linear shaped body 7 , Therefore, only a small mass has to be heated in order to trigger the contraction of the molded article or bodies. At the same time, the linear formation of the molding or bodies leads to the formation of the predetermined breaking lines of the surface 6 Growing ice. Furthermore, sufficient for the formation of or substantially linear shaped body 7 a shape memory alloy 8th with disposable effect because the elastic layer 4 the or the shaped body after cooling by its elastic restoring force back deformed back into its original form.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: aerodynamischer Körper aerodynamic body
22: Vorderkante leading edge
33: Vorrichtung contraption
44: elastische Schicht elastic layer
55: formstabile Unterkonstruktion dimensionally stable substructure
66: Oberfläche surface
77: Formkörper moldings
88th: Formgedächtnislegierung Shape memory alloy
99: Heizeinrichtung heater
1010: Spannungsquelle voltage source
1111: elektrischer Anschluss electrical connection
1212: elektrischer Anschluss electrical connection
1313: Betätigungsschalter actuating switch
1414: Zugelement tension element
1515: Ring ring
1616: Netz network
1717: Masche mesh

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 202011105676 U1 [0005]
US 5686003 A1 [0006, 0007]

Claims

Contraption ( 3 ) for deicing a surface ( 6 ) of an aerodynamic body ( 1 ) with - one's surface ( 6 ) and on a dimensionally stable substructure ( 5 ) supporting elastically deformable layer ( 4 ) and - the elastic layer ( 4 ) deforming actuator, wherein the actuator is a shaped body ( 7 ) of a shape memory alloy ( 8th ) which, when heated along the surface ( 6 ) and a heating device ( 9 ) for heating the shaped body ( 7 ), characterized in that the shaped body ( 7 ) in the elastic layer ( 4 ) is embedded over its entire surface on the dimensionally stable substructure ( 5 ) is supported.

Contraption ( 3 ) according to claim 1, characterized in that the shaped body ( 7 ) is line, ring, mesh, mesh or grid.

Contraption ( 3 ) according to claim 2, characterized in that the shaped body ( 7 ) has a zigzag or meandering course.

Contraption ( 3 ) according to claim 3, characterized in that straight portions of the course of the shaped body ( 7 ) have a length of 1 to 5 cm.

Contraption ( 3 ) according to claim 2, characterized in that the shaped body ( 7 ) a closed ring ( 15 ) of a closed loop ( 17 ) having.

Contraption ( 3 ) according to claim 5, characterized in that the closed ring ( 15 ) or the closed loop ( 17 ) has a diameter of 50 mm to 200 mm.

Contraption ( 3 ) according to claim 5 or 6, characterized in that the closed ring ( 15 ) or the closed loop ( 17 ) Part of one in the elastic layer ( 4 ) embedded network ( 16 ) or grid is.

Contraption ( 3 ) according to claim 7, characterized in that the network ( 16 ) or grid has other rings or meshes that are not made of the shape memory alloy ( 8th ) and / or not with the heating device ( 9 ) are heated.

Contraption ( 3 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the shape memory alloy ( 8th ) has a one-way effect, wherein the shaped body ( 7 ) on cooling by the elasticity of the elastic layer ( 4 ) is reset.

Contraption ( 3 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the elastic layer ( 4 ) is formed of a polymeric elastomeric material.

Contraption ( 3 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the elastic layer ( 4 ) two cohesively with each other and with the intermediate body ( 7 ) has associated partial layers.

Contraption ( 3 ) according to one of the preceding claims, characterized in that a thickness of the elastic layer ( 4 ) over the unheated molding ( 7 ) Is 0.5 to 3 mm.

Contraption ( 3 ) according to one of the preceding claims, characterized in that a thickness of the elastic layer ( 4 ) under the unheated molding ( 7 ) Is 0.5 to 3 mm.

Contraption ( 3 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the heating device ( 9 ) electrical connections ( 11 . 12 ), one between the electrical connections ( 11 . 12 ) flowing current through the molded body ( 7 ) flows and serves as a resistance heating element shaped body ( 7 ) is heated.

Wing with a device ( 3 ) according to one of the preceding claims on its leading edge ( 2 ).