DE2203642A1

DE2203642A1 - Elektrische Heizeinrichtung und Verfahren für deren Herstellung

Info

Publication number: DE2203642A1
Application number: DE19722203642
Authority: DE
Inventors: Alan Peter Cheltenham Gloucestershire Wilson (Großbritannien)
Original assignee: Smiths Group PLC
Current assignee: Smiths Group PLC
Priority date: 1971-01-29
Filing date: 1972-01-26
Publication date: 1972-08-17
Also published as: FR2123536B1; FR2123536A1; GB1384235A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Heizeinrichtungen und -vorrichtungen von der Art, bei welcher ein elektrisches Heizelement in einer Nut angeordnet ist, die in einem wärmeleitenden Bauteil oder Glied gebildet (eingearbeitet, eingesetzt) ist.

Eine elektrische Heizeinrichtung der oben angeführten Art ist für die Anwendung beim Enteisen der Tragflächen und anderer Teile von Flugzeugen schon vorgeschlagen worden. Der Vorschlag sieht das Einfügen oder Einlegen eines elektrisch isolierten Heiz-

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elements in eine Nut vor, die in einem Metallblock vorgesehen oder eingeformt ist, der in die Struktur des betreffenden und wichtigen Flugzeugteils eingearbeitet oder eingesetzt ist. Das Heizelement wird am Grund der Nut festgehalten, nämlich mit Hilfe von Stiften oder anderen Pflöcken, Stäben oder dergleichen, und dann wird auf dem Block längs der Länge der Nut Aluminium niedergeschlagen, damit die Nut über dem Heizelement gefüllt (geschlossen) wird.

Das Niederschlagen des Aluminiums wird mit Hilfe von

„. _JT- T-O.1- -χ. (Metall-Spritzen) . Flammen- oder Lichtbogenspruhen'vollzogen, und es xst notwendig, nach dem Vollenden des Sprühens die Teile des Niederschlags, welche (und wo) sich diese über die und außerhalb der Nut erstrecken (überstehen),zu entfernen (Grat-Entfernen, Bündig-Machen), so daß das ursprüngliche Blockprofil wieder hergestellt wird,

Die schon vorgeschlagene elektrische Heizeinrichtung ist dem Nachteil unterworfen, daß jede Fehlstelle (z.B. Lunker, Loch oder dergl. ) des Metallniederschlags in der Nut -- solche Fehlstellen können beispielsweise infolge Anwesenheit von Fett oder anderem Fremdstoff auf dem Heizelement während dessen Installation leicht entstehen — zu einer Überhitzung des Elements bei diesem (Fehlstellen-) Punkte führt. Solches Überhitzen kann leicht dazu führen, daß das ganze Heizelement ausfällt, also komplett versagt. Darüberhinaus besteht der Nachteil, daß man genötigt ist, Flammensprühen von Metall anzuwenden, und man muß auch das folgende Abschleifen oder Grat-Entfernen oder dergl. eines erheblichen Teiles des gebildeten Niederschlages in Kauf nehmen bzw. Vorsehen.

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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Form und Art einer elektrischen Heizeinrichtung der genannten Art zusammen mit einem Verfahren für deren Herstellung zu schaffen, welche im wesentlichen Umfange die Nachteile der bisher bekannten Ausführung vermeidet.

Entsprechend einem Merkmal der vorliegenden Erfindung ist eine elektrische Heizeinrichtung der genannten Art dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement in der Nut in Wärmeberührung oder Wärmekontakt mit gutem Wärmeübergang mit dem genannten Glied oder Block steht, nämlich durch Zusammenziehen (Verengen oder Zusammenschnüren, Kontraktion) des Nutmauls (Nutöffnung).

Gemäß einem anderen Merkmale der Erfindung besteht ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Heizeinrichtung der genannten Art darin, daß längs der Nut eine Kraft oder Kräfte angelegt oder angesetzt werden, welche das genannte Glied (Block) und/ oder das Heizelement verformen, so daß als Resultat eines solchen Verformens das Heizelement in thermischem Kontakt (wärmeübergangsbegünstigender Berührung) mit dem genannten Glied oder Block durch Zusammenschnüren oder Kontraktion des Nutmauls gehalten wird.

Das Kontrahieren (Zusammendrücken, Verengen, Einschnüren) des Nutmauls kann ,bei dem neuen Verfah ren durch Deformieren des genannten Glieds oder Blocks

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nach innen quer über das Nutmaul längs einer, aber bevorzugt längs beider Flanken oder Seiten der Nut erreicht oder vorgesehen werden, nachdem das Heizelement darin (in die Nut) eingesetzt worden war. Alternativ kann die Nut (von Anfang an) mit einem (bereits) eingeschnürten Maul geformt sein, so daß von Anfang an damit gearbeitet wird, und in diesem Falle kann das Heizelement in die Nut gequetscht werden, um diese Nut unter dem Maul auszufüllen.

Eine elektrische Heizeinrichtung, hergestellt gemäß der vorliegenden Erfindung und für Enteisungszwecke eingebaut in eine Tragfläche eines Flugzeugs, wird nun als Beispiel einer möglichen Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung .beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Figur 1 einen Querschnitt der Flügelnase

des Flugzeugs mit eingebauter elektrischer Heizeinrichtung_/

Figur 2 einen Teilschnitt der Flügelvorderkante (Nase) des Flugzeugflügels, gemäß Pfeil II der Figur 1, wobei der Schnitt der Figur 1 der Linie I I der Figur 2 entspricht,

Figur 3 einen Teilschnitt eines elektrischen Verbindungsstücks j das einen Teil der elektrischen Heizeinheit der Figur 1 und 2 darstellt,

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Figur 4a, 4b und 4c aufeinanderfolgende

Phasen der Herstellung der elektrischen Heizeinrichtung gemäß den Figuren 1 und 2, und

Figur 5a, 5b und 5c in aufeinanderfolgenden

verschiedenen Phasen eine alterna- . tive Herstellungsmethode der elektrischen Heizeinrichtung der Figuren 1 und 2.

Gemäß den Figuren 1 und 2 besitzt die Einrichtung oder die Einheit einen länglichen Block (Glied) 10 aus Aluminium, aus korrosionsfestem (rostfreiem) Stahl oder aus Titan, und dieser Block erstreckt sich längs der Flügelvorderkante (Anströmkante) des Tragflügels des Flugzeugs. Der Block 10 ist innerhalb der Metallhaut 11 des Tragflügels eingebaut oder montiert} und, da er eine der Innenfläche der Haut 11 längs der Flügelnase oder Führungskante konforme oder genau entsprechende Kontur besitzt, wird er genau passend in der Flügelnase gehalten, und hat dort gute, innige Berührung, und deshalb besteht thermischer Kontakt (also gute thermische Leitfähigkeit, also sehr guter Wärmeübergang) mit bzw. zu und von der Haut 11 über deren volle Länge.

Ein mineralisch (z.B. keramisch oder durch ähnliche Werkstoffe) isoliertes elektrisches Kabel 12 ist vorhanden und bildet ein Heizelement für das Enteisen der Flügelnase des Flugzeugs, und es ist in die Oberfläche oder Fläche des Blocks 10 unmittelbar unter der Haut 11 eingebettet. Das Kabel 12 hat einen inne-

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_τ .. /en Widerstands-Heizdraht) . τβη Lexter (Seele, T_$i welcher in exnem Mantel Ik (aus Kupfer, aus rostfreiem Stahl, aus Titan, oder Nickel oder dergl.) enthalten und diesem gegenüber elektrisch isoliert ist, z.B. durch gepulvertes Material 15 (aus Magnesiumoxyd, aus Zirkon- oder Aluminiumoxyd, Tonerde, Zirkonerde oder dergl.),das in den Mantel 14 kompakt und dicht eingefüllt ist. Die Zufuhr von elektrischem Strom zum Kabel 12 wird mit Hilfe von Speisekabeln l6 bewirkt, welche mit den Enden des Kabels 12 mit Hilfe von voneinander entfernten Verbindungsstücken 17 angeschlossen sind, welch letztere 17 im Block 10 in der Nähe (unter) der Haut 11 eingebettet sind.

Das Kabel 12 wird unter der Haut 11 in einer Nut 18 festgehalten, welche in die konturierte (im Querschnitt gekrümmte) Oberfläche des Blocks 10 eingeschnitten, gefräst oder sonst eingeformt ist. Die Nut 19 enthält das Kabel 12, und sie erstreckt sich zwischen den eingebetteten Anschluß- bzw. Verbindungsstücken 17 längs einer Serpentine von "gequetschter" S-Form, welche drei voneinander in Abstand befindliche und zueinander parallele Abschnitte besitzt, von denen ein jeder sich über fast die Länge des Blocks erstreckt. Das Kabel 12^uxs£ so geformt, daß es in seinen gekrümmten (umgebogenen) Bereichen eine größere Querschisittsflache hat, als in seinem geraden und parallelen Abschnitte in der Nut l8 (es ist an die Anschlüsse 17 angeschlossen oder angekuppelt); auf diese Weise igt es möglich, die WärmeVerluste pro Längeneinheit in diesen Abschnitten einzuschränken.

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Alle Verbindungsstücke 17 sind, so wie in Figur 3 gezeigt, in einer induviduellen Aushöhlung 19 im Block 10 eingesetzt. Der mittlere Leiter 13 (Seele) des Kabels 12 ist in der Aushöhlung abisoliert (blank) und ist in ein Ende einer Blankmetallhülse 20 eingesteckt· Der abisolierte (blanke) innere Leiter 21 des Speise-Kabels 16 ist in die Hülse 20 vom anderen Ende her eingesteckt, und gute elektrische Zwischenverbindung mit dem Leiter 13 wird durch wellenförmiges Verformen (Zick-Zack-Pressen, Mehrfach-Sicken) oder auch Verlöten der beiden Enden im oder mit der Hülse 20 besorgt. Elektrisches Isolieren dieser Zwischenverbindung, zusammen mit Dichten (Versiegeln) der Enden der Kabel 12 und 16, wird durch eine Füllung 22 aus Glas oder aus Epoxydharz (Äthoxylinharz oder dergl.) innerhalb des Einsprungs oder des Hohlraums 19 bewirkt.

Das Kabel 12 erstreckt sich längs seines Serpentinenweges zwischen den beiden Anschlüssen 17» und es wird in der Nut l8 mit Hilfe einer Verengung oder Schließung des Nutenmauls festgehalten. Dies wird während des Hersteilens der Einheit in der in Figur 4 gezeigten Weise bewerkstelligt.

Gemäß der Figur 4 (Fig. 4a, b und c) sind die Nut l8 und das Kabel 12 am Anfang, so wie bei (a) gezeigt, von rechteckigem (oder in diesem Falle genauer: ■ quadratischem) Querschnitt. Das Kabel 12 paßt recht genau in die Nut l8. Nachdem es eingeführt worden ist, wird ein Druck auf die Oberfläche des Blocks (Glieds) 10 beidseits der Nut 18 durch zwei Press-Rollwalzen 23 aus-

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geübt und angelegt, so wie bei (b) gezeigt. Die Rollwalzen werden kräftig auf die Oberfläche des Blocks 10 (Fig. 4b von links nach rechte) gepreßt, und dann werden sie entlang der Nut 18 gerollt (ggfs. hin- und hergerollt) und zwar zum Erzeugen von Eindrückungen in 24, wie dies bei (c) gezeigt ist, so daß also diese verformenden Eindrückungen 24 seitliche Materialausweichungen erzeugen bzw. haben, die dann entsprechend durch Deformierung der Blockoberfläche nach innen über der Nut (im Nutmaul) von beiden Seiten her entstehen und die Nut im Maulbereich mehr oder weniger schließen. Diese Deformierung, ebenso wie das Verengen des Nutmauls, dient zum Erfassen oder Einfassen und Pesthalten des Kabels 12, es quetscht den z.B. dauernd verformbaren Mantel 14 des Kabels 12 so, daß ein sehr enges, gut berührendes Einpassen und Sitzen gesichert ist, und deshalb ergibt sich ein guter thermischer Kontakt, d.h. ein guter Wärmeübergang zwischen dem Kabel 12 und dem Block 10 innerhalb der gesamten Einrichtung*

Alternativ zu der in Figur 4 gezeigten Herstellungsweise kann die Herstellungsmethode nach Figur 5 angewandt werden. Bei diesem alternativen Verfahren ist eine Nut l8* mit Schwalbenschwanzquerschnitt (also schon von Anbeginn an mit einem engeren Maul versehen) im Block 10 vorgesehen, wie bei (a) der Figur 5 gezeigt. Das Kabel 12', das bei diesem Verfahren verwendet wird, hat eine länglich rechteckige Querschnittsfläche, und wenn es 12* in die Nut l8· eingesetzt ist, dann ragt es so wie bei (b) der Figur 5 gezeigt, etwas oder auch wesentlich über

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die Blockoberfläche hinaus (Fig. 5 überstehend über die Fläche nach links). Der bei (b) angegebene Druck wird nun auf das überstehende Kabel 12* mit Hilfe einer Walze 25 angelegt. Die Walze 25 wird"längs der Länge der Nut l8' verfahren (hin- und herverfahren), und mittels des Drucks (siehe Pfeil in Fig. 5b) preßt dann die Walze 25 das Kabel 12* in die Nut ein, so daß die Nut ausfüllt, und hierdurch erzielt man einen guten thermischen Kontakt (gute Wärmeübergänge) mit dem oder in den Block 10, so wie bei (c) der Figur 5 gezeigt.

Die als Beispiel beschriebene Heizeinrichtung umfaßt ein einzelnes Heizelement; Jedoch besagt dieses Beispiel nicht, daß nicht auch mehrere Heizelemente verwendbar seien. Beispielsweise können parallele Abschnitte oder die parallelen Abschnitte des einzigen Kabels alternativ benutzt werden oder angewandt werden, beispielsweise durch separate Kabellängen; diese..= Heizkabel können gegenseitig verbunden sein mit entsprechenden Versorgungskabeln, die, ebenfalls separat sein können. Mehrfachanordnung in verschiedener Anordnung ist also möglich.

- 10 Ansprüche

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Claims

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ANSPRÜCHE

Elektrische Heizeinrichtung, bei welcher ein elektrisches Heizelement in einer Nut angeordnet ist, die in einem wärmeleitenden Glied (Block) vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (12) in der Nut (l8) in thermischem Kontakt (wärmeleitender Berührung) mit dem Block (1O) durch Verengung oder Zusammendrückung des Nutmauls gehalten ist.

2. Elektrische Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement ein durch mineralische Stoffe oder einen mineralischen Stoff isoliertes Kabel ist, welches einen äußeren (deformierbaren) Metallmantel (lk) besitzt.

Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Heizeinrichtung, bei der ein elektrisches Heizelement in eine Nut eingesetzt wird, die in einem wärmeleitenden Glied· (Block) eingeformt oder vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß läng· der Nut (18) eine oder »ehrer· Kraft· so angelegt werden, daß die«· XrIfti oder di·»· Kraft d«« Glied 'Block) 10 (partiell) verformt und/oder daß da* Hei*- •l«n«nt (12) hierdurch verformt wird, *o daß

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als Ergebnis dieser Verformung das Heizelement in thermischem Kontakt, d_fh. in guter inniger Berührung mit dem Glied (Block) gehalten und eingebettet ist, nämlich durch Kontraktion oder sonstige Verengung oder Schließung des Nutmauls,

4. Verfahren nach Anspruch 3i dadurch g e k e η η · zeichnet, daß das Glied (10) nach innen über das Nutmaul verformt wird, quer zum Nutmaul also, und zwar längs einer oder beider Planken der Nut (l8), nachdem das Heizelement (12) in die Nut eingebracht worden war·

5· Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (l8) (von vornherein) mit einem verengten Maul versehen wird oder ist, und daß alsdann das Heizelement (12) in diese Nut so eingequetscht wird, daß es diese Nut hinter bzw. unter dem Nutmaul ausfüllt.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Heizelement ein mineralisch isoliertes Kabel (12) benutzt wird, welches einen Metallmantel (Ik) von rechteckigem Querschnitt hat.

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