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Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Erwärmen eines Bereichs eines Bauteils oder eines gesamten Bauteils sowie ein Verfahren zum Erwärmen eines Bereichs eines Bauteils oder eines gesamten Bauteils.
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Das Erwärmen von Bauteilen kann beispielsweise zum Vermeiden eines Eisansatzes auf einem Bauteil dienen, etwa zum Vermeiden eines Eisansatzes auf Tragflächen von Flugzeugen in sogenannten Anti-Icing-Systemen. Auch zum Entfernen eines etwaigen bereits entstandenen Eisansatzes können Bauteile erwärmt werden, etwa in sogenannten De-Icing-Systemen.
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Eine solche thermische Ablösung oder Vermeidung von Eis wird üblicherweise auf eine von zwei Arten realisiert: Einerseits werden elektrische Heizelemente verwendet. Insbesondere bei Flugzeugen werden andererseits mit Hilfe von Zapfluft aus Strahltriebwerken entsprechende Bereiche der Flugzeugstruktur, beispielsweise an der Flügelvorderkante, geheizt. Dazu wird Luft aus dem Triebwerk abgezapft und durch ein Rohrleitungssystem in die Flügelvorderkante geführt. Die abgezweigte Zapfluft (Englisch: „bleed air“) führt damit zu einem reduzierten zur Verfügung stehenden Triebwerksschub, was insbesondere bei Start- und Durchstartmanövern unerwünscht sein kann. Zudem kann ein Rohrleitungssystem für die Zapfluft samt Auslassdüsen beispielsweise in Vorderkantenklappen, zum Beispiel Krüger-Flaps oder Slats, einen beträchtlichen konstruktiven sowie baulichen Aufwand darstellen. Darüber hinaus kühlt sich die Zapfluft mit zunehmender zurückgelegter Strecke von der Quelle der Zapfluft bis zu dem zu enteisenden Bereich ab, wodurch sich deren Heizwirkung verringern kann.
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In der
DE 10 2008 019 146 A1 ist ein Enteisungssystem für ein Flugzeug beschrieben, welches ein Luftausleitungsmittel aufweist, das zum Ausleiten von Luft aus einer Kabine des Flugzeugs über eine Lufterwärmungseinrichtung mit einer Klimaanlage des Flugzeugs verbunden ist.
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Die Druckschrift
DE 10 2007 026 246 A1 beschreibt ein Bauteil mit einer vereisungsgefährdeten Außenoberfläche, das einen Faserverbund umfasst, wobei in einem äußeren Faserverbundbereich elektrisch leitfähige Fasern, insbesondere metallbeschichtete Fasern, in einem Matrixmaterial eingebettet sind. Per Induktion wird ein sich ändernder magnetischer Fluss erzeugt, wodurch elektrische Wirbelströme induziert werden, welche zu einer Erwärmung der Metallbeschichtung und über eine Wärmeleitung zur Erwärmung des ganzen Bereichs führen. Die Wirbelstromausbildung ist demnach besonders hoch, wenn der zu heizende Faserverbundbereich erstens Fasern mit verschiedenen Faserorientierungen enthält und zweitens die Fasern gut miteinander vernetzt, d.h. elektrisch miteinander kontaktiert, sind. Der Druckschrift nach ist es demnach vorteilhaft, bei der Herstellung des zu heizenden Faserverbundbereiches ein Gewebe aus elektrisch leitfähigen Fasern einzubetten.
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Die Druckschrift
DE 10 2015 117 209 A1 beschreibt Induktionserwärmungsspulen mit gleichmäßiger Erwärmung.
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Die Druckschrift
DE 435 005 A beschreibt eine Einrichtung an Luftfahrzeugen zur Vermeidung des Einfrierens, welche Heizwiderstände im Innern vorsieht.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen größeren Anteil magnetischer Energie in Wärmeenergie umzuwandeln.
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Die vorliegende Erfindung offenbart ein System mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7.
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Dementsprechend ist ein System zum Erwärmen eines Bereichs eines Bauteils bereitgestellt, mit: einem Bauteil, welches zumindest einen Bereich mit einem Faserverbundwerkstoff aufweist, wobei in dem Faserverbundwerkstoff in dem zumindest einen Bereich des Bauteils ferromagnetische Elemente angeordnet sind; und mit einer Magnetfeldeinrichtung, mittels welcher ein Magnetfeld mit variablen Magnetfeldlinien zumindest in dem zumindest einen Bereich des Bauteils erzeugbar ist.
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Vorteilhaft kann die Magnetfeldeinrichtung in das Bauteil selbst integriert sein. Die ferromagnetischen Elemente sind ungeordnet in dem Faserverbundwerkstoff in dem zumindest einen Bereich des Bauteils angeordnet, wobei die ferromagnetischen Elemente jeweils in einer ersten Raumrichtung mindestens doppelt so lang ausgebildet sind wie in den beiden anderen Raumrichtungen eines orthogonalen Koordinatensystems und wobei die Länge der ferromagnetischen Elemente in der ersten Raumrichtung in einem Bereich zwischen fünf Nanometern und zwei Zentimetern liegt.
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Weiterhin wird ein Verfahren zum Erwärmen eines Bereichs eines Bauteils bereitgestellt, mit den Schritten: Bereitstellen eines Bauteils, welches einen Bereich mit einem Faserverbundwerkstoff aufweist, wobei in dem Faserverbundwerkstoff in dem zumindest einen Bereich des Bauteils ferromagnetische Elemente angeordnet sind, wobei die ferromagnetischen Elemente ungeordnet in dem Faserverbundwerkstoff in dem zumindest einen Bereich des Bauteils angeordnet sind, wobei die ferromagnetischen Elemente jeweils in einer ersten Raumrichtung mindestens doppelt so lang ausgebildet sind wie in den beiden anderen Raumrichtungen eines orthogonalen Koordinatensystems und wobei die Länge der ferromagnetischen Elemente in der ersten Raumrichtung in einem Bereich zwischen fünf Nanometern und zwei Zentimetern liegt; und Erzeugen von zeitlich variierenden Magnetfeldlinien zumindest in dem zumindest einen Bereich des Bauteils.
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Der Erfindung liegt das Prinzip zugrunde, dass ferromagnetische Elemente innerhalb eines Magnetfelds versuchen, sich entlang der Feldlinien auszurichten, um einen energetisch günstigeren Zustand zu erreichen. Übliche Faserverbundbauteile, das heißt Bauteile, welche einen Faserverbundwerkstoff aufweisen oder vollständig aus einem Faserverbundwerkstoff bestehen, sind nicht ferromagnetisch UND zeigen innerhalb eines Magnetfeldes üblicherweise keine Reaktion auf sie umgebende magnetische Feldlinien. Durch das Vorsehen ferromagnetischer Elemente innerhalb des Faserverbundbauteils wird das magnetische Verhalten des Bauteils positiv beeinflusst.
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Nach der Herstellung des Bauteils sind die ferromagnetischen Elemente innerhalb des Bauteils, beispielsweise durch dessen Matrix, fixiert.
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Faserverbundwerkstoffe bestehen im Allgemeinen aus zwei Hauptkomponenten, nämlich einer bettenden Matrix sowie verstärkenden Fasern. Für die Matrix können beispielsweise Polymere verwendet werden, insbesondere Duromere, Elastomere oder Thermoplaste. Für die Fasern kommen Glasfasern, Kohlenstofffasern, Keramikfasern, Nylonfasern oder andere Fasern in Frage.
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Werden die in dem Bauteil angeordneten ferromagnetischen Elemente nun einem magnetischen Feld ausgesetzt, trachten die ferromagnetischen Elemente danach, sich entlang der magnetischen Feldlinien des Magnetfelds auszurichten. Erlischt dieses Magnetfeld und/oder bildet sich ein anders ausgerichtetes Magnetfeld, d.h. verändern sich bzw. variieren die Magnetfeldlinien des im Bereich der ferromagnetischen Elemente vorhandenen Magnetfelds, trachten die ferromagnetischen Elemente, sich entlang der neuen Feldlinien auszurichten.
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Mit einem jeweils zeitlich befristeten Anlegen unterschiedlicher Magnetfelder, das heißt insbesondere von Magnetfeldern mit unterschiedlich angeordneten Magnetfeldlinien, können die ferromagnetischen Elemente somit dazu gebracht werden, immer nach der jeweils für das aktuell angelegte Magnetfeld energetisch günstigsten Ausrichtung zu trachten, wobei jedoch eine tatsächliche, erhebliche Änderung der Ausrichtung durch die Fixierung der ferromagnetischen Elemente innerhalb des Faserverbundwerkstoffs des Bauteils verringert oder verhindert wird. Dennoch wirken Kräfte und/oder Drehmomente auf die ferromagnetischen Elemente. Dadurch kann es zu einer Anregung von Molekülen in unmittelbarer Umgebung der ferromagnetischen Elemente kommen. Teilweise kann es auch trotz der Fixierung unter Umständen zu einer Schwingung der ferromagnetischen Elemente mit geringer Amplitude innerhalb des Faserverbundwerkstoffs kommen. Durch diese Effekte kann magnetische Energie in Wärmeenergie umgewandelt werden, wodurch sich zumindest der Bereich des Bauteils, in welchem die ferromagnetischen Elemente angeordnet sind, erwärmt.
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Vorteilhaft unterliegen Ferromagnete unter Einfluss eines sich ändernden Magnetfelds, das heißt eines Magnetfelds mit variierenden Magnetfeldlinien, einem Hysterese-Effekt. Dabei wird durch Ummagnetisierung der ferromagnetischen Elemente magnetische Energie absorbiert und zumindest teilweise ebenfalls in Wärmeenergie umgewandelt.
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Weiterhin können die ferromagnetischen Elemente in dem Faserverbundwerkstoff des Bauteils als Rissstopper fungieren. Entsteht aufgrund einer temporären Belastung und/oder einer Dauerbelastung ein Riss in dem Bereich des Bauteils, in welchem die ferromagnetischen Elemente angeordnet sind, können am Anfang bzw. Ende des Risses relativ hohe mechanische Spannungen in Form von mechanischen Spannungsspitzen entstehen. Trifft ein solcher Riss bei seiner Fortbewegung oder Ausbreitung auf ein solches ferromagnetisches Element innerhalb des Faserverbundwerkstoffs des Bauteils, kann das ferromagnetische Element ein Hindernis darstellen, an welchem sich die mechanischen Spannungen lokal weitläufiger verteilen. Die Spannungsspitzen können somit deutlich geringer ausfallen, insbesondere so gering, dass eine Wahrscheinlichkeit einer Fortsetzung der Rissbildung verringert oder eliminiert wird.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
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Gemäß der Erfindung sind die ferromagnetischen Elemente ungeordnet in dem Faserverbundwerkstoff in dem zumindest einen Bereich des Bauteils angeordnet.
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Auf diese Weise kann vermieden werden, dass die ferromagnetischen Elemente in großer Zahl bereits entlang der Magnetfeldlinien des durch die Magnetfeldeinrichtung anzulegenden Magnetfelds angeordnet sind.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Magnetfeldeinrichtung eine elektrische Leitung und eine Wechselstromquelle auf. Die Wechselstromquelle ist dazu ausgelegt oder eingerichtet, elektrische Leitung mit einem Wechselstromsignal zu beaufschlagen. Auf diese Weise kann sehr präzise im Umfeld der elektrischen Leitung das Magnetfeld mit den variablen Magnetfeldlinien erzeugt werden, wobei die Magnetfeldlinien sich aufgrund des Wechselstromsignals mit der Frequenz des Wechselstromsignals beständig verändern, das heißt, variieren. Als eine bevorzugte Weiterbildung kann die elektrische Leitung in der Form einer Spule ausgebildet sein. Somit kann das durch die elektrische Leitung bei Beaufschlagung der elektrischen Leitung mit dem Wechselstromsignal erzeugte Magnetfeld verstärkt werden. Die Spule kann einen Magnetfeld-verstärkenden Kern, beispielsweise einen Eisenkern, aufweisen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Magnetfeldeinrichtung eine Anzahl von unterschiedlich ausgerichteten elektrischen Leitungen sowie eine Stromquelle auf. Die Stromquelle ist dazu ausgelegt oder eingerichtet, die Anzahl der unterschiedlich ausgerichteten elektrischen Leitungen zeitversetzt mit einem jeweiligen elektrischen Stromsignal zu beaufschlagen. Bei dem jeweiligen elektrischen Stromsignal kann es sich um ein Gleichstromsignal und/oder um ein Wechselstromsignal handeln, wobei unterschiedliche der unterschiedlich ausgerichteten elektrischen Leitungen auch mit unterschiedlichen Arten von Stromsignalen beaufschlagt werden können.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist zumindest das Bauteil, bevorzugt das gesamte System, als Teil eines Flugzeugflügels oder als Teil eines Rotors, beispielsweise eines Flugzeugs, Hubschraubers, einer Windkraftanlage oder dergleichen ausgelegt oder eingesetzt. Hierdurch kann das Bauteil des erfindungsgemäßen Systems besonders vorteilhaft zum Enteisen des Flugzeugflügels bzw. des Rotors verwendet werden. Das System kann den Flugzeugflügel, das Flugzeug, den Hubschrauber, die Windkraftanlage etc. umfassen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist zumindest das Bauteil, bevorzugt das gesamte System, als eine Kufe oder als Teil einer Kufe eines Fahrzeugs ausgelegt oder eingesetzt, beispielsweise in der Kufe eines Schlittens. Auf diese Weise sind die Kufen eines sich auf Schnee und/oder Eis fortbewegenden Fahrzeugs erwärmbar, wodurch sich ein Reibungswiderstand zwischen der Kufe und gefrorenem bzw. kristallisiertem Wasser verringern kann, so dass das Fahrzeug schneller gleiten kann. Das System kann das Fahrzeug, insbesondere den Schlitten, umfassen.
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Wenn, wie im Voranstehenden beschrieben, das Bauteil als Teil eines Flugzeugflügels, eines Rotors, in einer Kufe oder als eine Kufe eingesetzt wird, ist es vorteilhaft, wenn die Magnetfeldeinrichtung in das Bauteil integriert oder mit dem Bauteil gemeinsam in ein umschließendes Element des Systems integriert ist, z.B. in einen Flugzeugflügel oder ein Rotorblatt.
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Gemäß der Erfindung sind die ferromagnetischen Elemente in einer ersten Raumrichtung mindestens doppelt so lang ausgebildet wie in den beiden anderen Raumrichtungen eines orthogonalen Koordinatensystems. Somit kann ein stärkeres Drehmoment durch die sich verändernden bzw. variierenden Magnetfeldlinien auf die ferromagnetischen Elemente wirken, so dass ein größerer Anteil der magnetischen Energie in Wärmeenergie umgewandelt werden kann. Die Länge der ferromagnetischen Elemente in der ersten Raumrichtung liegt hierbei erfindungsgemäß in einem Bereich zwischen 5 nm und 2 cm, bevorzugt in einem Bereich zwischen 10 nm und 5 mm.
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Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen in teilweise schematisierter Darstellung
- 1 eine schematische Darstellung eines Systems zum Erwärmen eines Bereichs eines Bauteils gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 2 eine schematische Darstellung eines Systems zum Erwärmen eines Bereichs eines Bauteils gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 3 eine schematische Darstellung eines Systems zum Erwärmen eines Bereichs eines Bauteils gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
- 4 ein schematisches Flussdiagramm zum Erläutern eines Verfahrens zum Erwärmen eines Bereichs eines Bauteils gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen - sofern nichts Anderes angegeben ist - mit denselben Bezugszeichen versehen worden.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems 10 zum Erwärmen eines Bereichs 14 eines Bauteils 12 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Bauteil 12 umfasst zumindest einen Bereich 14, welcher einen Faserverbundwerkstoff aufweist, das heißt einen Faserverbundwerkstoff enthält oder aus dem Faserverbundwerkstoff ausgebildet ist. In dem Faserverbundwerkstoff in dem Bereich 14 des Bauteils 12 ist eine Anzahl von ferromagnetischen Elementen 16 angeordnet. Der Übersicht halber ist eine Anzahl von sieben ferromagnetischen Elementen 16 dargestellt. Es soll aber verstanden werden, dass dies nur eine schematische Darstellung ist und dass insbesondere eine viel größere Anzahl von ferromagnetischen Elementen in dem zumindest einen Bereich 14 des Bauteils 12 angeordnet sein kann.
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Wie in 1 ebenfalls dargestellt, umfasst das System 10 außerdem eine Magnetfeldeinrichtung 18, mittels welcher ein Magnetfeld mit variablen, das heißt mit zeitlich und räumlich variierbaren Magnetfeldlinien 20 erzeugbar ist, welches zumindest in dem zumindest einen Bereich 14 des Bauteils 12 anliegt. Vorteilhaft ist, wenn das Magnetfeld derart erzeugt wird bzw. ist, dass ein durchschnittlicher Wert der magnetischen Flussdichte des Magnetfelds in dem zumindest einen Bereich 14 des Bauteils 12 einen vorbestimmten Wert nicht unterschreitet.
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Das Bauteil 12 kann außer dem zumindest einen Bereich 14 weitere solche Bereiche aufweisen, welche jeweils einen Faserverbundwerkstoff aufweisen, in welchem ferromagnetische Elemente 16 angeordnet sind. Es kann vorgesehen sein, dass für jeden dieser weiteren Bereiche 14 jeweils eine weitere Magnetfeldeinrichtung 18 bereitgestellt ist, um in jedem der weiteren Bereiche 14 ebenfalls ein Magnetfeld mit variablen Magnetfeldlinien zu erzeugen. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass ein- und dieselbe Magnetfeldeinrichtung 18 derart ausgelegt oder eingerichtet ist, dass das Magnetfeld mit den variablen Magnetfeldlinien 20 in all den Bereichen des Bauteils erzeugbar und variierbar ist, in welchen die ferromagnetischen Elemente 16 angeordnet sind.
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Als Material für die ferromagnetischen Elemente 16 kommen beispielsweise die Elemente Eisen, Nickel, Kobalt und/oder verschiedene Legierungen mit diesen Elementen oder ausschließlich aus diesen Elementen in Frage. Beispielsweise können Feilspäne aus Eisen, Nickel und/oder Kobalt und/oder aus Legierungen mit oder aus diesen Elementen als ferromagnetische Elemente 16 verwendet werden, beispielsweise Eisen-Feilspäne.
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Wie im Voranstehenden erläutert und in 1 schematisch dargestellt, können die ferromagnetischen Elemente 16 vorteilhaft ungeordnet in dem mindestens einen Bereich 14 des Bauteils 12 mit dem Faserverbundwerkstoff angeordnet sein.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems 110 zum Erwärmen eines Bereichs 14 eines Bauteils 12 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das System 110 ist eine Variante der Vorrichtung 10 gemäß 1 und ist gemäß allen in Bezug auf die Vorrichtung 10 beschriebenen Modifikationen und Weiterbildungen anpassbar und umgekehrt. Das System 110 unterscheidet sich insbesondere darin von dem System 10, dass das System 110 eine Magnetfeldeinrichtung 118 anstatt der Magnetfeldeinrichtung 18 des Systems 10 umfasst.
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Die Magnetfeldeinrichtung 118 weist mindestens eine elektrische Leitung 130 sowie eine Wechselstromquelle 132 auf. Die Wechselstromquelle 132 ist dazu ausgelegt oder eingerichtet, die elektrische Leitung 130 mit einem Wechselstromsignal 131 zu beaufschlagen. Auf diese Weise führt der sich periodisch verändernde elektrische Strom durch die elektrische Leitung 130 zu dem Ausbilden des Magnetfelds mit den variablen Magnetfeldlinien 20, welche sich in den zumindest einen Bereich 14 des Bauteils 12 des Systems 110 erstrecken.
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Auch bei dem System 110 kann die Magnetfeldeinrichtung 118 integriert in das Bauteil 12 oder, zusammen mit dem Bauteil 12, in einem umfassenden Element ausgebildet sein.
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Die elektrische Leitung 130 kann insbesondere in der Form einer Spule, das heißt eines Wickelguts, ausgebildet sein oder eine Spule oder ein Wickelgut aufweisen. Die Spule oder das Wickelgut können beispielsweise um einen ferromagnetischen Kern, zum Beispiel einen Eisenkern gewickelt sein.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems 210 zum Erwärmen eines Bereichs 14 eines Bauteils 12 gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das System 210 ist eine Variante des Systems 10 und/oder eine Variante des Systems 110 und ist gemäß allen in Bezug auf die Systeme 10 oder 110 beschriebenen Modifikationen und Weiterbildungen anpassbar und umgekehrt.
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Das System 210 unterscheidet sich von dem System 10 und dem System 110 darin, dass das System 210 eine Magnetfeldeinrichtung 218 anstelle der Magnetfeldeinrichtung 18 und der Magnetfeldeinrichtung 118 aufweist.
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Die Magnetfeldeinrichtung 218 weist eine Anzahl von unterschiedlich ausgerichteten elektrischen Leitungen 134-1, 134-2 sowie eine Stromquelle 136 auf, welche dazu ausgelegt oder eingerichtet ist, die Anzahl der unterschiedlich ausgerichteten elektrischen Leitungen 134-1, 134-2 zeitversetzt mit einem jeweiligen elektrischen Stromsignal 135-1, 135-2 zu beaufschlagen. Die Stromquelle 136 kann zusätzlich dazu ausgebildet sein, die unterschiedlich ausgerichteten elektrischen Leitungen 134-1, 134-2 auch gleichzeitig mit einem jeweiligen elektrischen Stromsignal 135-1, 135-2 zu beaufschlagen. Ein erstes elektrisches Stromsignal 135-1, mit welchem eine erste elektrische Leitung 134-1 beaufschlagt wird, kann mit gleicher Stromstärke, Amplitude, Frequenz und/oder Phase ausgebildet sein und ausgesendet werden wie ein zweites elektrisches Stromsignal 135-2, mit welchem eine zweite der unterschiedlich ausgerichteten elektrischen Leitungen 134-2 beaufschlagbar ist.
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Die Stromquelle 136 kann dazu ausgelegt sein, das erste und/oder das zweite elektrische Stromsignal 135-1, 135-2 jeweils als ein Gleichstromsignal, jeweils als ein Wechselstromsignal, oder eines der elektrischen Stromsignale 135-1, 135-2 als Gleichstromsignal und ein anderes der elektrischen Stromsignale 135-1, 135-2 als ein Wechselstromsignal auszubilden und/oder jedes der elektrischen Stromsignale 135-1, 135-2 zeitabhängig zeitweise als Gleichstromsignal und zeitweise als Wechselstromsignal auszubilden.
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Obgleich in 3 die Magnetfeldeinrichtung 218 mit zwei elektrischen Leitungen 134-1, 134-2 dargestellt ist, kann das System 210 auch mit einer größeren Anzahl von unterschiedlich ausgerichteten elektrischen Leitungen 134-1, 134-2 ausgebildet sein. Einige der elektrischen Leitungen 134-1, 134-2 können zu anderen der elektrischen Leitungen 134-1, 134-2 vorteilhaft nicht-parallel, bevorzugt senkrecht zueinander, angeordnet sein. Vorteilhaft sind solche elektrischen Leitungen 134-1, 134-2 der Magnetfeldeinrichtung 218, mittels welchen sich in dem mindestens einen Bereich 14 mit dem Faserverbundwerkstoff und den ferromagnetischen Elementen 16 besonders starke Veränderungen der Magnetfeldlinien 20 ergeben bzw. erzielt werden können.
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Auch bei dem System 210 kann vorgesehen sein, dass die Magnetfeldeinrichtung 218 in das Bauteil 12 integriert ist und/oder zusammen mit dem Bauteil 12 in einem umfassenderen Element des Systems 210 integriert ist. Beispielsweise kann es sich bei dem Bauteil 12 um eine Flügelvorderkante und bei dem umfassenden Element um einen Flugzeugflügel handeln, in welchem die Magnetfeldeinrichtung 218 angeordnet ist.
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Durch die Integration mehrerer Funktionen innerhalb einer Komponente kann erzielt werden, dass die Funktionen möglichst wartungsfrei und ausfallsicher realisiert werden können.
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4 zeigt ein schematisches Flussdiagramm zum Erläutern eines Verfahrens zum Erwärmen eines Bereichs 14 eines Bauteils 12 gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren gemäß 4 ist insbesondere mit dem erfindungsgemäßen System 10; 110; 210 durchführbar und ist gemäß allen in Bezug auf das erfindungsgemäße System 10; 110; 210 beschriebenen Modifikationen und Weiterbildungen anpassbar und umgekehrt.
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In einem Schritt S01 wird ein Bauteil 12 bereitgestellt, welches zumindest einen Bereich 14 mit einem Faserverbundwerkstoff aufweist, wobei in dem Faserverbundwerkstoff des zumindest einen Bereichs 14 des Bauteils 12 ferromagnetische Elemente 16 angeordnet sind.
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Die ferromagnetischen Elemente 16 können bereits vor dem Herstellungsprozess des Bauteils 12 in einem Fasermaterial in dem Bereich 14 vorgesehen und beispielsweise mit einem Binder fixiert werden. Alternativ oder zusätzlich können die ferromagnetischen Elemente 16 während des Preform-Prozesses und/oder während eines Infiltrationsprozesses und/oder bei der Herstellung von Prepreg-Material eingebracht werden.
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Bei sogenanntem Prepreg-Material handelt es sich um bereits mit Matrixwerkstoff vorimprägniertes (previously impregnated), also bereits getränktes, Fasermaterial. Das Harz, mit welchem das Fasermaterial getränkt ist, ist dabei bei Raumtemperatur meist nicht mehr flüssig, sondern kann eine leicht klebrige, hochviskose Konsistenz aufweisen. Das Bauteil 12 kann anschließend mittels eines Vakuumaufbaus entlüftet und danach, häufig in einem Autoklaven, unter Druck und Hitze ausgehärtet werden.
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Als Preform-Prozess wird ein Verfahren bezeichnet, bei dem Fasermaterial, welches in einem weiteren Verfahren mit Matrixmaterial infiltriert werden soll, bereits vor dem Infiltrationsprozess in die spätere Bauteilform gebracht und so fixiert wird. Dafür wird ein Bindermaterial benutzt, welches üblicherweise thermisch aktiviert wird und das Fasermaterial, z. B. einzelne Gewebe- und/oder Gelegelagen, eines Bauteils fixiert. Dieses in Bauteilgeometrie fixierte Fasermaterial wird als Preform bezeichnet. Das Bindermaterial verbleibt meist im späteren Bauteil 12, übernimmt jedoch üblicherweise keine nennenswerte Funktion mehr, nachdem das Fasermaterial von Matrixmaterial infiltriert wurde.
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Bei dem Infiltrations- oder Vakuum-Infusionsprozess wird trockenes Fasermaterial in eine mit einem Trennmittel beschichtete Form eingelegt. Darüber kann bei Bedarf ein Trenngewebe sowie ein Verteilermedium gelegt werden, welches das gleichmäßige Fließen des Harzes erleichtern soll. Mittels eines Vakuum-Abdichtbands kann eine Folie gegen die Form abgedichtet und das Bauteil anschließend mit Hilfe einer Vakuumpumpe evakuiert werden. Aufgrund des Luftdrucks werden die eingelegten Teile zusammengepresst und fixiert. Das temperierte flüssige Harz wird durch das angelegte Vakuum in das Fasermaterial gesaugt.
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Neben dem im Voranstehenden beschriebenen Infiltrationsprozess, bei dem das Fasermaterial innerhalb eines Vakuumaufbaus auf einem einseitig formgebendem Werkzeug infiltriert wird, gibt es weitere Infiltrationsprozesse, bei denen das Fasermaterial innerhalb einem beidseitig formgebendem, geschlossenen Werkzeug infiltriert wird. Dabei ist die Ober- und Unterseite des herzustellenden Bauteils 12 von formgebenden Werkzeugen umgeben.
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Bei der Verwendung eines Infiltrationsprozesses wird vorteilhaft zum Bereitstellen, das heißt zum Ausbilden des Bauteils 12, ein in das spätere Bauteil 12 einzubringende Matrixmaterial mit den ferromagnetischen Elementen 16 versetzt. Besonders bevorzugt werden dabei ferromagnetische Elemente 16 eingesetzt, welche einen maximalen Durchmesser von 1 µm oder weniger aufweisen, so dass das Fließverhalten des Matrixmaterials möglichst wenig beeinflusst wird.
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In einem zweiten Schritt S02 werden zeitlich variierende Magnetfeldlinien 20 zumindest in dem zumindest einen Bereich 14 des Bauteils 12 mit dem Faserverbundwerkstoff und den ferromagnetischen Elementen 16 erzeugt. Das Erzeugen S02 der zeitlich variierenden Magnetfeldlinien 20 kann beispielsweise mittels der im Voranstehenden beschriebenen Magnetfeldeinrichtungen 18; 118; 218 erfolgen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- System
- 12
- Bauteil
- 14
- Bereich
- 16
- Ferromagnetische Elemente
- 18
- Magnetfeldeinrichtung
- 20
- Magnetfeldlinien
- 110
- System
- 118
- Magnetfeldeinrichtung
- 130
- Elektrische Leitung
- 131
- Wechselstromsignal
- 132
- Wechselstromquelle
- 134-1
- Elektrische Leitung
- 134-2
- Elektrische Leitung
- 135-1
- Stromsignal
- 135-2
- Stromsignal
- 136
- Stromquelle
- 210
- System
- 218
- Magnetfeldeinrichtung
