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Vorrichtung zum Enteisen bzw. zur Verhinderung des Eisansatzes Die
Erfindung bezieht sich auf elektrothermische Flächenbeheizungseinrichtungen, z.
B. auf Vorrichtungen zum Enteisen von Flugzeugteilen u. dgl. bzw. zur Verhinderung
des Eisansatzes an solchen Teilen, die der Gefahr einer Vereisung ausgesetzt sind,
und zwar auf Einrichtungen derjenigen Bauart, bei welcher eine dünne Schicht aus
einem leitenden Material, die ein Widerstandsheizelement bildet, verwendet wird,
wobei diese Schicht gewöhnlich zwischen zwei elektrisch isolierenden Schichten eingelagert
ist. Ausführungsbeispiele für derartige Einrichtungen sind in dem Patent 9o6 661
sowie in dem Patent 936 3I4 beschrieben; bei den dort beschriebenen Einrichtungen
ist das leitende Material in Form einer gespritzten Metallschicht vorgesehen, und
die Isolierschichten bestehen aus einem durch Wärmeeinwirkung härtbaren Kunststoff;
diese Schichten werden im ungehärteten Zustand aufgebracht und danach gehärtet.
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Bei den Einrichtungen der oben näher bezeichneten Art wird als leitendes
Material gewöhnlich gespritztes Aluminium oder eine Aluminiumlegierung verwendet,
da diese Materialien ohne Schwierigkeiten zu beschaffen sind, da sie sich leicht
durch Spritzen auftragen lassen und da sie sich für den gedachten Zweck allgemein
gut eignen.
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Um in jedem Falle auf bequeme Weise Stromleitwege von der erforderlichen
Länge schaffen und dabei die erforderliche Fläche bedecken zu können, führt man
die leitende Schicht vielfach in Form
eines Musters aus, das eine
Anzahl von verhältnismäßig breiten Heizstreifen umfaßt, die entweder gegeneinandergeneigt
oder parallel zueinander angeordnet und durch schmale Zwischenräume voneinander
getrennt sind; die Enden dieser Heizstreifen sind durch Querstreifen, deren Breite
annähernd derjenigen der Heizstreifen entspricht, derart miteinander verbunden,
daß ein zickzackförmiger oder anders ausgebildeter nichtlinearer Leitungsweg entsteht,
bei dem die Heizstreifen elektrisch hintereinandergeschaltet sind. Bei dieser Anordnung
zeigt es sich, daß sich an der »Innenseite« der Krümmungen, d. h. bei parallelen
Streifen in denjenigen Teilen sämtlicher Querstreifen, die den benachbarten Kanten
der eigentlichen Heizstreifen zunächst liegen, eine höhere Stromdichte und damit
auch eine stärkere Wärmeabgabe auftritt, während die außenliegenden Teile der Querstreifen
und/oder die benachbarten Außenkanten der Heizstreifen vergleichsweise weniger stark
erwärmt werden.
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Anordnung zu schaffen,
bei welcher derartige Wärmekonzentrationen und vergleichsweise kalte Flächenteile
vermieden werden und bei der sich somit eine gleichmäßigere Verteilung der Wärme
über die ganze gewünschte Fläche erzielen läßt.
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Gemäß der Erfindung ist das leitende Verbindungselement zwischen den
benachbarten Enden der Heizstreifen schmaler als die beiden Heizstreifen, die es
verbindet, und weist je Längeneinheit einen geringeren elektrischen Widerstand auf
als die Heizstreifen, wobei das Verbindungselement die Enden der Heizstreifen im
wesentlichen über ,deren ganze Breite berührt.
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Wie man sieht, bildet somit jedes Verbindungselement seiner Wirkung
nach eine Sammelschiene, die den elektrischen Strom im wesentlichen über die ganze
Breite der Enden der Heizstreifen verteilt, die durch das betreffende Element miteinander
verbunden sind.
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Vorzugsweise stellt man das Verbindungselement wenigstens zum Teil
aus einem Material her, das eine höhere effektive elektrische Leitfähigkeit besitzt
als die Heizstreifen. Ferner bildet man das Verbindungselement vorzugsweise so aus,
daß die Heizwirkung je Flächeneinheit des Verbindungselements im wesentlichen die
gleiche ist wie die Heizwirkung je Flächeneinheit jedes der Heizstreifen.
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Es ist zweckmäßig, dem Verbindungselement eine größere Dicke zu geben
als dem Heizstreifen. Die Breite des Verbindungselements kann variieren, vorzugsweise
beträgt sie jedoch weniger als ein Drittel der Breite des Heizstreifens, und sie
kann sogar weniger als ein Viertel dieser Breite betragen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform bestehen die Hauptheizstreifen
aus Aluminium, während das Verbindungselement wenigstens zum Teil aus Kupfer oder
Silber hergestellt ist, und das Metall kann durch Spritzen aufgetragen sein.
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Es ist jedoch zweckmäßig, wenn das Verbindungselement eine untere
Schicht besitzt, welche die gleiche Dicke aufweist und aus dem gleichen Material
besteht wie die Heizstreifen sowie eine ergänzende obere Schicht, die auf die untere
Schicht aufgebracht ist.
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Verlaufen die beiden Heizstreifen parallel zueinander, so erstreckt
sich nach einer Ausführungsform der Erfindung das Verbindungselement quer über die
beiden benachbarten Enden der Heizstreifen.
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Sind die beiden Heizstreifen unter einem Winkel zueinander angeordnet,
wobei das Ende eines Streifens eine stumpfe Stoßstelle mit einer Seitenkante des
anderen Streifens bildet, so ist nach einer anderen Ausführungsform das Verbindungselement
abgewinkelt und weist zwei Abschnitte auf, von denen je einer jeweils mit einem
Ende eines .der beiden Heizstreifen in Berührung steht.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen
an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Fig. I ist ein Stück der Draufsicht einer Biegung bzw. eines Umkehrbogens
eines elektrischen Heizelements bekannter Ausführung; Fig. 2 ist eine der Fig. I
entsprechende Darstellung eines Teils eines Heizelements nach der Erfindung; Fig.
3 ist eine schematisch gezeichnete perspektivische Darstellung des in Fig. 2 gezeigten
Heizelements; Fig. 4 ist ein in größerem Maßstab gezeichneter Schnitt längs der
Linie IV-IV in Fig. 2, wobei auf eine maßstäbliche Darstellung verzichtet wurde,
um den Aufbau deutlicher erkennbar zu machen; Fig. 5 und 6 zeigen abgeänderte Ausführungsbeispiele
der Erfindung. ' Bei der in Fig. z veranschaulichten bekannten Ausführung sind die
benachbarten Enden von zwei parallelen Heizstreifen i und 2 durch einen Querstreifen
3 miteinander verbunden, und dieser Querstreifen besitzt die gleiche Dicke und Breite
wie die Streifen i und 2 und ist auch aus dem gleichen Material hergestellt. Die
sich längs des Umkehrbogens ergebende Stromverteilung wurde durch Versuche ermittelt,
und gemäß Fig. i zeigt sich bei dieser Anordnung eine Neigung zum Überhitzen der
»Innenseite« q. des Umkehrbogens und zur Bildung »kalter Stellen« an den äußeren
Ecken 5 des Umkehrbogens. Dies erweist sich als besonders nachteilig bei Flächenbeheizungseinrichtungen,
die bei Flugzeugen zum Zwecke der Enteisung verwendet werden, denn die heißen Stellen
können eine Schädigung der Konstruktion herbeiführen, während sich an den kalten
Stellen Eis ansetzen kann.
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Bei dem in den Fig.2, 3 und q. dargestellten Ausführungsbeispiel der
Erfindung sind die beiden parallelen Streifen i und :2 durch ein quer liegendes
Element 6 bzw. 7 miteinander verbunden; dieses Verbindungselement besitzt in der
Richtung des Stromflusses einen niedrigeren effektiven Widerstand je Längeneinheit,
besitzt eine vergleichsweise geringere Breite w und erstreckt sich über die ganze
Breite w' der Enden der beiden Heizstreifen i und 2. Fig. 2 veranschaulicht die
sich hierbei ergebende Stromverteilung, und man erkennt, daß sich
bei
dieser Ausführungsform die Neigung zur Bildung »kalter Stellen« an den äußeren Ecken
des Umkehrbogens verringert.
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Der quer liegende Streifen 6 bzw. 7 ist vorzugsweise so ausgeführt,
daß seine Heizwirkung und damit auch seine Oberflächentemperatur annähernd gleich
der Heizwirkung bzw. der Oberflächentemperatur der Streifen I und 2 ist. Der Querstreifen
6 bzw. 7 wird von der gleichen Gesamtstrommenge durchflossen wie die Streifen I
und 2, und die Heizwirkung je Flächeneinheit des Querstreifens richtet sich daher
nach dem spezifischen Widerstand des Materials sowie nach der Breite und der Dicke
des Querstreifens. Durch geeignete Wahl jeder dieser Größen kann man erreichen,
daß die Heizwirkung des Verbindungsstreifens derjenigen der Hauptstreifen I und
2 entspricht.
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Bei einer Ausführungsform beträgt die Breite jedes der parallelen
Hauptheizstreifen I und 2 etwa 12,7 mm, während ihre Dicke in der Größenordnung
von einigen hundertstel Millimeter liegt, und die Streifen sind so ausgeführt, daß
ihre Wärmeabgabe etwa 1,55 Watt/cm2 ihrer Oberfläche entspricht, wenn die Streifen
von einem Strom von Io Ampere durchflossen werden. Der Widerstand dieser Hauptheizstreifen
beträgt somit etwa o,o2 Ohm je Zentimeter ihrer Länge. In diesem Falle beträgt die
Breite des Querstreifens 6 zweckmäßigerweise etwa 3,2 mm, und da die Wärmeabgabe
des Querstreifens ebenfalls etwa I,55 Watt/cm2 entsprechen soll, muß der Widerstand
des Querstreifens etwa o,oo5 Ohm je Zentimeter Länge betragen. Um die gewünschten
Ergebnisse zu erzielen, beträgt die Breite des Verbindungselements in jedem Falle
vorzugsweise weniger als ein Drittel oder ein Viertel der Breite der ihm zugeordneten
Heizstreifen.
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Der Querstreifen 6 kann als getrenntes Element derart auf die betreffende
Fläche aufgebracht sein, daß er die Enden der Streifen I und 2 berührt. Alternativ
kann das die parallelen Heizstreifen I und 2 umfassende Hauptheizelement mit einem
schmalen Querstreifen versehen sein, dessen Abmessungen im Grundriß denjenigen des
Querstreifens 6 entsprechen, und das Verbindungselement kann dann dadurch aufgebaut
werden, daß man eine oder mehrere weitere Schichten eines leitenden Materials 7
aufbringt, wie es in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist. Diese Ausführungsform erweist
sich als besonders zweckmäßig, wenn die Hauptheizstreifen I und 2 in Form von aufgespritztem
Metall, z. B. von aufgespritztem Aluminium, aufgebracht werden; in diesem Falle
kann die obere Schicht des Querstreifens 6 ebenfalls durch Spritzen erzeugt werden,
wobei diese obere Schicht aus Kupfer oder Silber oder einem anderen Metall hoher
Leitfähigkeit bestehen kann.
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Wie bereits erwähnt, läßt sich die Erfindung insbesondere bei elektrischen
Flächenbeheizungseinrichtungen verwenden, die bei den frei liegenden Flächen von
Flugzeugen und ähnlichen Körpern zum Enteisen oder zur Verhinderung des Eisansatzes
dienen. In solchen Fällen wird die Einrichtung vorzugsweise entsprechend Fig. 4
ausgeführt. Die metallische Flugzeughaut 8 wird zuerst mit einer Schicht 9 aus einem
synthetischen, durch Wärme härtbaren Kunstharzklebestoff, der gute elektrische Isolationseigenschaften
besitzt, überzogen. Dieser Kunststoff wird auf die Flugzeughaut vorzugsweise mit
Hilfe eines Spritzverfahrens aufgebracht. Dann bringt man die Hauptstreifen I und
2 der elektrischen Heizeinrichtung ebenfalls durch Aufspritzen des Materials im
heißen Zustand auf, wobei man eine Schablone benutzt, um das gewünschte Muster zu
erhalten, und schließlich bringt man das darüberliegende Querelement 7 auf, indem
man über den Endabschnitten der Streifen I und 2 Kupfer aufspritzt. Das Ganze wird
dann mit einer weiteren Schicht Io aus dem gleichen Kunstharz überzogen, woraufhin
die ganze Konstruktion auf eine Temperatur gebracht wird, bei welcher der Kunststoff
hart wird.
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Es liegt auf der Hand, daß sich die Erfindung nicht auf Verbindungen
zwischen parallelen Heizstreifen beschränkt, daß sie sich vielmehr in jedem Falle
anwenden läßt, wenn der Strom durch eine Biegung des Stromweges fließen muß. So
zeigt beispielsweise Fig. 5 einen rechtwinkligen Knick, bei dem das Verbindungselement
i2 zwischen zwei Heizstreifen 13 und 14 im Grundriß die Form eines L besitzt
und die Enden der beiden Streifen berührt, wobei zwischen dem Ende des einen Streifens
und der Seitenkante des anderen Streifens eine stumpfe Stoßstelle vorhanden ist.
Fig.6 zeigt einen entsprechend ausgeführten Knick mit einem Winkel von q.5°.
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Man erkennt, daß es die Erfindung ermöglicht, innerhalb enger Grenzen
eine gleichmäßige Temperaturverteilung im wesentlichen über die ganze zu beheizende
Fläche zu erzielen.
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Aus der Tatsache, daß sowohl die Heizstreifen als auch die Verbindungselemente
vorzugsweise durch Aufspritzen von Metall aufgebracht werden, geht ferner hervor,
daß sich die erfindungsgemäße Einrichtung auch annähernd ebenso leicht und im wesentlichen
unter Erzielung der gleichen Vorteile hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit unter Verwendung
leicht zu beschaffender Hilfsmittel an räumlich gekrümmten Flächen anbringen und
sich im Falle einer Beschädigung ebenso leicht instandsetzen läßt wie die Einrichtung,
die den Gegenstand des Patentes 9o6 66i und des Patentes 936 3i¢ bildet.