WO2019129363A1 - Heizeinrichtung, rotorblatt mit solch einer heizeinrichtung und windenergieanlage mit solch einem rotorblatt sowie verfahren zur herstellung solch einer heizeinrichtung - Google Patents

Heizeinrichtung, rotorblatt mit solch einer heizeinrichtung und windenergieanlage mit solch einem rotorblatt sowie verfahren zur herstellung solch einer heizeinrichtung Download PDF

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WO2019129363A1
WO2019129363A1 PCT/EP2017/084832 EP2017084832W WO2019129363A1 WO 2019129363 A1 WO2019129363 A1 WO 2019129363A1 EP 2017084832 W EP2017084832 W EP 2017084832W WO 2019129363 A1 WO2019129363 A1 WO 2019129363A1
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layer
recess
heating device
plastic matrix
particulate material
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PCT/EP2017/084832
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Peter Fuchs
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I-OHM Entwicklungsgesellschaft für angewandte Widerstandssysteme e.U.
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    • F03D80/00—Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
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    • H05B3/267—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible heating conductor mounted on insulating base the insulating base being an organic material, e.g. plastic
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the invention relates to a heating device according to
  • Claim 1 a rotor blade according to claim 14, a wind turbine according to claim 16 and a
  • a heating device which has a printed circuit board and electrical printed conductors on the printed circuit board, wherein the heating device heats a rotor blade structure.
  • Heating device an improved rotor blade, a
  • an improved heater may be provided by the heater having a layer assembly and a conductor pattern, wherein the layer assembly comprises a first layer and at least a second layer, the first layer at least a first particulate material and a first plastic matrix, wherein the first particulate material in the first
  • Layer is disposed an opening, wherein in the first layer, a recess is arranged, wherein the aperture and the recess are interconnected, wherein a recess base of the recess spaced from the second layer is arranged, wherein in the recess and the
  • Breakthrough the conductor structure is arranged, with the
  • Conductor structure is at least partially electrically connected to the second layer.
  • the heating device has a further conductor structure.
  • the first layer are another breakthrough and another recess
  • a further recess base of the further recess is arranged at a distance from the second layer, wherein the further opening and the further recess are connected, whereby in the further opening and in the further recess the further conductor structure
  • the further conductor structure is at least partially electrically connected to the second layer.
  • the heating device has a further conductor structure.
  • the layer arrangement comprises a third layer.
  • the second layer is disposed between the first layer and the third layer, wherein the third layer comprises a third plastic matrix and the first particulate material, wherein in the third layer, a further opening and a further recess are arranged, wherein a further recess bottom of the other
  • Recess spaced from the second layer is arranged, wherein the further opening and the further recess are connected in sections, wherein in the further breakthrough and in the further recess further
  • Ladder structure is arranged, with the other
  • Conductor structure is at least partially electrically connected to the second layer.
  • the recess is arranged inclined to the opening.
  • the heating device has a sensor layer, a connection structure and at least one sensor.
  • the sensor layer has a first one
  • connection structure is electrically connected to the sensor.
  • the sensor is in the second recess and the
  • Connection structure arranged in the first recess.
  • Heater are detected and locally in the area where the sensor detects ice formation, are activated to melt the ice on the top of the heater with the heat provided by the heater.
  • the heating device has a thermal insulation layer.
  • Insulation layer is formed to thermally isolate the layer assembly on at least one side.
  • the thermal insulation layer has a thermal conductivity of one value. The value is in a range of 0.004 W / (mK) and 0.1 W / (mK). This avoids that heat is exchanged between the layer arrangement and the rotor blade structure. As a result, very little electrical energy is needed to melt ice at the top of the heater.
  • the sensor layer is between the thermal insulation layer and the
  • the heating device has a heat-conducting layer.
  • the heat conducting layer has
  • thermoplastic thermoset
  • elastomer thermally conductive ceramic
  • the heat conduction layer has a thermal conductivity of a value, the value being in a range of 0.3 W / (mK) and
  • the heat conducting layer electrically insulates the conductor structure on a side facing away from the second layer.
  • the heat conducting layer is formed, heat from the layer arrangement and / or the conductor structure
  • the heating device has a lightning protection layer.
  • the lightning protection layer preferably comprises a fabric of one of the following materials: metal, copper, steel, aluminum, electrically conductive polymer.
  • the lightning protection layer is arranged on a side facing away from the layer arrangement of the heat conducting layer and connected to the heat conducting layer.
  • the heating device has a protective layer.
  • the protective layer is arranged on the upper side of the layer arrangement and coupled to the layer arrangement.
  • the protective layer has at least one
  • the further plastic matrix preferably has at least one of the following materials: thermoplastic, thermoset, elastomer. It is particularly advantageous if an adhesion-promoting layer is arranged between the protective layer and the lightning-protection layer, the adhesion-promoting layer being the
  • Protective layer connects with the lightning protection layer.
  • the adhesion-promoting layer ensures reliable coverage of the protective layer.
  • the second layer has a second plastic matrix and one in the second
  • Plastic matrix embedded second particulate material wherein the second particulate material at least one of the following materials: graphene, carbon black, graphene-like nanoparticles, inorganic semiconductor material, organic semiconductor material. Additionally or alternatively, the first plastic matrix and / or the second plastic matrix comprises at least one of the following materials: thermoplastic, thermoset, elastomer, polyethylene.
  • the first layer has a first thickness and / or has a value which lies in a range of 0.005 mm to 0.1 mm, in particular in a range of 0.02 mm to 0.04 mm
  • second layer has a second thickness of a value ranging from 0.01 mm to 0.2 mm, more preferably ranging from 0.07 to 0.11 mm.
  • the heating device can be produced in a particularly simple and cost-effective manner. Furthermore, the
  • the rotor blade has a rotor blade structure and a heating device, wherein the heating device is designed as described above.
  • the Rotor blade structure has an outer peripheral surface. On the outer peripheral surface of the heater is arranged. Thereby, a particularly rapid melting of ice at the top of the heater can be ensured and further, the heater requires very little energy to melt the ice.
  • the heating device has an adhesive layer on the outer circumferential surface.
  • Adhesive layer cohesively connects the heating device with the rotor blade structure.
  • the adhesive layer is disposed between the thermal insulation layer and the outer peripheral surface.
  • the wind turbine has at least one rotor blade.
  • the rotor blade is formed as described above.
  • Wind turbine a control unit.
  • the control unit is electrically connected to an output with the conductor structure.
  • the sensor is designed, a
  • Ice formation on the rotor blade to capture and provide the control unit a corresponding correlating to ice formation signal.
  • the control unit is designed to detect the signal.
  • the control unit is further configured to generate an electrical energy at the output for activating the
  • first layer at least a first particulate material embedded in a first
  • Plastic matrix includes.
  • the second layer is electrical conductive trained.
  • the first plastic matrix of the first layer is vaporized such that at least one
  • Breakthrough through the first layer to the second layer is formed and the first particulate material forms at least a portion of a first primer layer on the opening, wherein an electrically conductive material is deposited on the first primer layer to form a conductor structure, wherein the electrically conductive material is an electrical connection to the second layer forms.
  • the heating device can be made particularly compact and film-like. Furthermore, the
  • Plastic matrix of the first layer partially evaporated in such a way that at least one recess in the first layer is formed and the first particulate material forms a further portion of the first primer layer in the recess.
  • a recess base of the recess is
  • the electrically conductive material is deposited.
  • the second layer is provided with a second plastic matrix, the first particulate material and a second particulate material. Below the breakthrough is the second plastic matrix
  • Part of the first primer layer forms at the groove.
  • the first is formed in sections to form a further conductor structure
  • Plastic matrix of the first layer evaporated so that at least another breakthrough through the first
  • Layer forms the second layer and the first
  • Plastic matrix of the first layer evaporated such that at least one further recess in the first layer is formed and the first particulate material another
  • Section of the wide primer layer in the further recess forms, wherein a further recess bottom of the further recess spaced from the second layer and arranged offset to the recess, wherein on the further portion of the second primer layer, the further electrically conductive material is deposited.
  • the second plastic matrix is partially evaporated in such a way that a further groove forms in the second layer, the first particle material of the second layer forming a further subregion of the second
  • Primer layer forms on the further groove, wherein on the second primer layer of the further electrically conductive
  • the layer arrangement is provided with a third layer, wherein the third layer is arranged on a side of the second layer opposite the first layer, wherein in the third layer at least the first particle material is embedded in a third plastic matrix
  • the third plastic matrix of the third layer is vaporized such that forms a further breakthrough through the third layer to the second layer and the first particulate material, a portion of a second
  • Primer layer forms at the further breakthrough, wherein on the portion of the second primer layer, a further electrically conductive material is deposited to form a further conductor structure.
  • a further electrically conductive material is deposited to form a further conductor structure.
  • Width of the heater can be ensured.
  • Plastic matrix of the third layer evaporated so that at least one further recess in the third
  • Layer forms and the first particulate material forms a further portion of the further primer layer in the further recess, wherein a further recess bottom of the further recess is arranged spaced from the second layer, wherein on the further portion of the second primer layer, the further electrically conductive material is deposited.
  • the second plastic matrix partially evaporated in such a way that forms a groove in the second layer, wherein the first particulate material of the second
  • the plastic matrix is evaporated by means of a laser.
  • Figure 1 is a perspective view of a
  • Figure 2 is a perspective view of a
  • FIG. 3 shows a detail of a sectional view through the in.
  • FIG. 2 shows a heating device along a first sectional plane A-A shown in FIG. 2;
  • FIG. 2 shows a heating device along a second sectional plane B-B shown in FIG. 2;
  • FIG. 5 shows a sectional view along a third sectional plane C-C shown in FIG. 2 through the heating device shown in FIG. 2;
  • FIG. 6 is a flowchart of a method for manufacturing the ones shown in FIGS.
  • FIG. 7 shows a schematic representation of the heating device shown in FIGS. 1 to 5 after a first method step
  • FIG. 8 shows a schematic representation of the heating device shown in FIGS. 1 to 5 during a second method step
  • FIG. 9 a schematic representation of the heating device shown in FIGS. 1 to 5 after a third method step
  • FIG. 10 a schematic representation of the heating device shown in FIGS. 1 to 5 after a fourth method step
  • Fig. 12 is a flow chart of a method of manufacturing the heater shown in Fig. 11;
  • FIG. 13 shows a perspective view of that in FIG. 1
  • FIG. 14 shows a perspective view of that shown in FIG. 13
  • FIG. 15 shows a flow chart of a method for producing the rotor blade shown in FIGS. 13 and 14.
  • the coordinate system 5 is exemplified as a legal system and includes an x-axis
  • FIG. 1 shows a perspective view of a
  • the wind energy plant 10 has a tower 15 and a nacelle 20.
  • a rotor 25 with, for example, three rotor blades 30 and, for example, a spinner 35 is provided on the nacelle 20.
  • the rotor 25 is set in operation by a wind 41 in a rotary motion and thereby causes a
  • the wind energy plant 10 also has a control unit 45.
  • the control unit 45 has, for example, a first input 50, a second input 51, a first output 55 and a second output 60.
  • the first input 50 is connected to a first electrical connection 65 and the second
  • Input 51 is connected to a second electrical connection 66.
  • the first output 55 is a third
  • electrical connection 70 and the second output 60 is connected to a fourth electrical connection 75.
  • the rotor blade 30 has a rotor blade structure 80 and a heater 100.
  • the heater 100 may according to one of the described in the following figures
  • the heating device 100 may, for example, also be arranged on the spinner 35.
  • the heater 100 has a first terminal 85 and a second terminal 90.
  • the first terminal 85 is connected to the third electrical connection 70 and the second terminal 90 is connected to the fourth electrical connection 75.
  • FIG. 2 shows a top view of the heating device 100 according to a first embodiment.
  • the heating device 100 has a layer arrangement 105, a first conductor structure 110 and, by way of example, at least one second conductor structure 115.
  • Conductor structures 110, 115 is not limited.
  • the layer arrangement 105 has a first example
  • the layer arrangement 105 is designed as an example, for example, with the first conductor structure 110 and the second conductor structure 115 as well as the first layer 120 substantially in one
  • first terminal 85 is connected to the first one
  • Conductor 110 and the second terminal 90 electrically connected to the second conductor structure. It is particularly advantageous if the first connection 85 is formed by the first conductor structure 110 and the second connection 90 is formed by the second conductor structure 115.
  • the layer arrangement 105 has at least one second layer 125.
  • the second layer 125 is arranged, for example, below (in the z-direction) of the first layer 120.
  • the layer arrangement 105 may comprise a third layer 130, wherein the third layer 130 is arranged below the second layer 125, such that the second layer 125 is arranged between the first layer 120 and the third layer 130.
  • the first layer 120, the second layer 125 and the third layer 130 are formed in a composite.
  • the layer arrangement 105 is produced in a multi-layer extrusion process, in which the three layers 120, 125, 130 are produced substantially simultaneously in a single method step.
  • the individual layers 120, 125, 130 may be laminated together. It is essential that between the layers 120, 125, 130 no further
  • Adhesive layer is provided.
  • the first layer 120 has a first plastic matrix 121 and at least one first particulate material 122.
  • the first particulate material 122 is embedded in the first plastic matrix 121.
  • Plastic matrix 121 at least one of the following
  • thermoplastic thermoset
  • elastomer polyethylene
  • at least one additive may be provided in the first plastic matrix 121 in order to influence at least one physical property of the first plastic matrix 121.
  • the additive may be a plasticizer.
  • the first particulate material 122 has at least metal oxide as the material.
  • Particulate material 122 is preferably for a
  • the first particulate material 122 is embedded in the first plastic matrix 121 of the first layer 120 such that the individual particles of the first particulate material 122 are each completely surrounded by the first plastic matrix 121 and an electric current transfer between the individual particles of the first particulate material 122 through the dielectric Property of the first
  • Conductor structures 100, 105 acts.
  • the first particulate material 122 at least 15 to 35 percent by mass of the first layer 120 in Dependence of the selected material of the first plastic matrix 121 has.
  • the second layer 125 comprises a second plastic matrix 126, the first particulate material 122 and a second one
  • the second layer 125 is
  • the second electrical layer 125 has a predefined electrical resistivity.
  • the second particulate material 127 comprises at least one of the following materials: carbon black, graphene,
  • Plastic matrix 126 at least one of the following
  • thermoplastic duroplastic, elastomer
  • Particle material 127 30 to 50 mass percent of the second layer 125 has.
  • the first particulate material 122 has at least 15 to 30 mass percent of the second layer 125 in the second layer 125.
  • the remaining portions comprise the second plastic matrix 126 and optionally possible further constituents of the second layer 125.
  • the third layer 130 is in the embodiment
  • the third plastic matrix 131 comprises at least one of the following materials:
  • Thermoplastic, duroplastic, elastomer, polyethylene, plastic with dielectric properties are used.
  • the third layer 130 may also be formed as an adhesive layer to a cohesive connection to a provide further component for fixing the layer assembly 105 to the further component.
  • the first layer 120 has a first thickness d 1 with a value, the value being in a range of at least 0.005 mm to 0.1 mm,
  • the second layer 125 has a second thickness d2 having a value, wherein the value is in a range of at least 0.01 mm to 0.2 mm, in particular from 0.07 mm to 0.11 mm and / or in particular 0.09 mm.
  • the third layer 130 has a third thickness d3 with a value, the value being in a range of at least 0.005 mm to 0.1 mm,
  • the first thickness dl is identical to the third thickness d3.
  • the second layer 125 is three times as thick as the first layer 120.
  • the first conductor structure 110 has a first electrically conductive material 315 and the second conductor structure 115 has a second electrically conductive material 316.
  • the first electrically conductive material 315 and the second electrically conductive material 316 may be identical or different.
  • the first and / or second electrically conductive material 315, 316 preferably has copper, in particular a copper alloy, for the construction of the
  • the first conductor pattern 110 has a first one
  • Conductor portion 140 a third conductor portion 145 and a fourth conductor portion 146 on.
  • the first conductor section 135 is exemplary in this case
  • Layer arrangement 105 is arranged. Of course, the first conductor portion 135 also spaced from the first
  • Side surface 150 may be arranged.
  • the first conductor section 135 extends, for example, parallel to the first side surface 150;
  • Side surface 150 and the first conductor portion 135 may be arranged inclined to each other. Exemplary is the first
  • fourth conductor section 146 are arranged as an example inclined, preferably perpendicular, to the first conductor section 135.
  • the second to fourth conductor sections 140, 145, 146 are arranged by way of example on a common side of the first conductor section 135. Furthermore, by way of example, the second to fourth conductor sections 140, 145, 146 are arranged parallel to one another. The second to fourth conductor sections 140, 145, 146 extend in one to the second
  • Conductor section 140, 145, 146 offset from one another.
  • the second and fourth conductor sections 140, 145, 146 are arranged at the same height in the y-direction.
  • the second conductor pattern 115 has, for example, a fifth conductor section 155, a sixth conductor section 160 and a seventh conductor section 165.
  • the number of conductor sections 135, 140, 145, 146, 155, 160, 165 is exemplary.
  • the fifth conductor section 155 is exemplary in this case
  • Layer arrangement 105 is arranged on a side of the layer arrangement 105 opposite to the first side surface 150.
  • the fifth conductor section 155 is, for example, parallel to the first conductor section 135 and to the second
  • the second to fourth conductor section 140, 145, 146 ends at a distance in front of the fifth conductor section 155, for example in the y-direction at the same height.
  • Conductor portion 155 may be arranged inclined to each other.
  • the second side surface 170 is disposed opposite to the first side surface 150 and is planed by way of example. Also, the two side surfaces 150, 170 may be inclined and / or independently formed and / or aligned.
  • Conductor portion 165 are arranged by way of example inclined, preferably perpendicular, to the fifth conductor portion 155.
  • the sixth conductor portion 160 and the seventh conductor portion 165 are exemplified on a common one to the first
  • the sixth conductor section 160 and the seventh conductor section 165 are arranged, for example, parallel to one another.
  • Conductor portion 165 extends from the fifth
  • Conductor portion 140 and the third conductor portion 145 is spaced from the sixth conductor portion 160 arranged.
  • the sixth conductor portion 165 is arranged in the longitudinal direction (x-direction) between the third Conductor portion 145 and the fourth conductor portion 146.
  • the layer arrangement 105 has at least one first to seventh recess 175, 180, 195, 200, 205, 210, 211.
  • the second to fourth recesses 180, 195, 200 and the sixth and seventh recesses 210, 211 are arranged inclined to the first recess 175 and / or the fifth recess 205.
  • Recess 205 are arranged exclusively in the first layer 120.
  • the first recess 175 is arranged spaced next to the first side surface 150.
  • the fifth recess 205 is arranged spaced next to the second side surface 170.
  • the first recess 175 and the fifth recess 205 extend in the longitudinal direction.
  • the first and fifth recesses 175, 205 are groove-shaped, wherein the first and fifth recesses 175, 205 each have a
  • Recess base 185, 190 have.
  • the recess base 185, 190 is designed as an example planar and offset from the second layer 125, so that between the
  • Material of the first layer 120 is arranged. As a result, the first recess 175 and the fifth recess 205 are closed at the bottom.
  • the second to fourth Recesses 180, 195, 200 are each a second to fourth section 295, 300, 301 of the first primer layer 275 between the first and second layers 120, 125 and the second to fourth conductor section 140, 145, 146 arranged.
  • FIG. 3 shows a detail of a sectional view through the heating device 100 shown in FIGS. 1 and 2 along a first sectional plane A-A shown in FIG.
  • the second to fourth recesses 180, 195, 200 and the sixth and seventh recesses 210, 211 are laterally delimited in the first layer 120 by an opening 215, 220, 225, 230, 231 and in the first layer 120
  • the breakthrough 215, 220, 225, 230, 231 is slit-like example in the first layer 120th
  • the aperture 215, 220, 225, 230, 231 extends completely from a top side 252 of the first layer 120 up to the second layer 125.
  • the second to fourth recess 180, 195, 200 and the sixth and seventh recess 210th , 211 are further limited in the second layer 125 further by a groove 235, 240, 245, 250, 251 at the bottom.
  • Conductor portion 140, 145, 146 and the sixth and seventh conductor portion 160, 165 can be provided in the transverse direction, a wide connection to the second layer 125.
  • the second layer 125 forms between the second to fourth conductor sections 140, 145,
  • a resistance element 273 heats up when the first voltage is applied
  • Conductor structure 110 and the second conductor structure 115 and emits two-dimensional heat.
  • Conductor portion 140, 145, 146 of the first conductor structure 110 and the sixth and seventh conductor portion 160, 165 of the second conductor portion 140, an electrical resistance of the resistive element 273 are each defined constructively predefined.
  • the second layer 125 is selected in its second thickness d2 such that the electrical Resistance of the resistive element 273 over a predefined distance, preferably between the second conductor section 140 and the sixth conductor section 160 and / or the third conductor section 145 and the
  • Heating device 100 in a simple manner by a
  • an insulating layer 274 can be arranged on the upper side 252 of the first layer 120, which is designed to be electrically insulating and electrically isolates the conductor structure 110, 115 from an environment.
  • FIG. 4 shows a section of a sectional view along a second sectional plane B-B shown in FIG.
  • the second recess 180 and the first recess 175 are connected together.
  • the second recess base 260 of the second recess 180 is arranged offset downwards relative to the first recess base 185.
  • the first conductor structure 110 and the second conductor structure 115 are each in one piece and of the same material
  • Conductor section 135 and the second conductor section 140 directly into each other.
  • the second conductor section 140 is electrically connected to the second layer 125.
  • the first conductor portion 135 is electrically isolated from the second layer 125 by the first layer 120. Analogous to the embodiment shown in FIG. 4, likewise the third and fourth conductor sections 145, 146 and the first conductor section 135 are formed.
  • FIG. 5 shows a sectional view along a third sectional plane C-C shown in FIG. 2 through the heating device 100 shown in FIG.
  • the second conductor pattern 115 is similar to the first one
  • Conductor portion 155 in the first layer 120 in the fifth recess 205 arranged.
  • the fifth recess base 190 is arranged above the sixth recess base 271.
  • the sixth conductor portion 160 is electrically connected to the second layer 125.
  • the heater 100 is particularly suitable for heating large areas, such as aerodynamic
  • Elements such as wings, rotor blades of wind turbines, control surfaces on aircraft or
  • Engine inlets, there to create an application of ice and / or a melting of ice by the provision of heat by the heater 100.
  • FIG. 6 shows a flow diagram of a method for
  • Heating device 100
  • Figure 7 shows a schematic representation of the in the
  • FIGS. 1 to 5 after a first method step 400.
  • FIG. 8 shows a schematic representation of that shown in FIGS. 1 to 5
  • Figure 9 shows a schematic representation of the heater 100 shown in Figures 1 to 5 after a third method step 410.
  • Figure 10 shows a schematic representation of the heater 100 shown in Figures 1 to 5 after a fourth process step 415th
  • the layer arrangement 105 is provided.
  • the layer arrangement 105 can be wound on a roll, for example.
  • Layer assembly 105 is used, for example, in a multi-layer extrusion process in one before the first
  • Step 400 further lying
  • Kunststoffma-t-ri-zes 121, 126, 131 each one
  • the layers 120, 125, 130 may each be made separately.
  • the separately produced layers 120, 125, 130 are then arranged on one another and pressed together under the effect of heat.
  • the layers 120, 125, 130 are then arranged on one another and pressed together under the effect of heat. In this case, the layers 120, 125, 130
  • first plastic matrix 121 the second plastic matrix 126 and the third
  • Plastic matrix 131 is substantially identical
  • Adhesive layer is necessary in the further process in order to be able to carry out the process described in the following process steps.
  • Plastic matrix 121 evaporates and the first particulate material 122 activated by the fact that the first particulate material 122 dissolves from the first plastic matrix 121 and in the first recess 175 forms the first portion 280 of the first primer layer 275.
  • the residence time of the focus 277 of the heat source 276 on the first layer 120 is chosen so short that the first plastic matrix 121 of the first layer 120 is not completely evaporated and the first recess base 185 is arranged at a distance from the second layer 125.
  • the fifth recess 205 can likewise be introduced into the first layer 120 analogously to the formation of the first recess 175.
  • the first section 290 of the second primer layer 285 also forms in the fifth recess 205.
  • the first primer layer 275 is formed by the individual particles of the first particulate material 122 being evaporated by the evaporation of the first plastic matrix 121
  • the primer layer 275, 285 is so thin that it is unable to transfer a significant current for heating the second layer 125.
  • the primer layer 275, 285 is also materially bonded to the first plastic matrix 121.
  • the residence time of the focus 277 at a point or an area of the first layer 120 for forming the opening 215, 220, 225, 230 is longer than for forming the first and / or the fifth recess 175, 205.
  • the breakthrough 215, 220, 225, 230, 231, the first layer 120 is completely broken through and, after breaking through the first layer 120, the groove 235, 240, 245, 250, 251 is introduced into the second layer 125.
  • the aperture 215, 220, 225, 230, 231 and the groove 235, 240, 245, 250, 251 is the second to fourth
  • a first subregion 302 forms on both walls of the first through third openings 215, 220, 225 Also in the first to third groove 235, 240, 245, a second portion 303 of the second to fourth sections 295, 300, 301 of the first
  • Primer layer 275 off.
  • a third subregion 311 forms both on a wall of the first and third openings 215, 220, 225 and in FIG fourth and fifth groove 250, 251 from a fourth portion 312 of the second and third sections 305, 310 of the second primer layer 285 from
  • a fourth method step 415 a first electrically conductive material 315 is applied to the first primer layer 275 and a second to the second primer layer 285
  • electrically conductive material 316 galvanized The
  • Galvanization for example, by means of a plasma 320 comprising the electrically conductive material 315, 316 are applied to the primer layer 275, 285 to the
  • the insulating layer 274 can be applied on the top side to the first conductor structure 110 and the top side 252 of the first layer 120.
  • the heater 100 may be any suitable manufacturing method for producing the heater 100.
  • the heating device 100 is particularly flexible and bendable, so that the heating device 100 is arranged, for example, with a lower side of the third layer 130
  • Adhesive layer can be applied to a component, such as a rotor of a wind turbine or a structure of an aircraft. Furthermore, it is ensured that the heating device 100 is particularly thin-walled and thus a particularly shallow transition between areas with the
  • Heating device 100 and areas without heater 100 can be ensured on the component.
  • Configuration allows the heater 100 flexible to the geometry of the component, for example without parallel side surfaces 150, 170 or
  • Contour edges is formed. Furthermore, the conductor structure 110, 115 can also be adapted to radii of the component.
  • radii of the component can be heated over the entire surface.
  • the heating device 100 has the advantage that, by varying the voltage, the heating device 100 can be operated in a temperature range from -30 ° C. to 95 ° C. without damaging the plastic matrix 121, 126, 131. Further, the heater 100 is
  • an applied voltage between the first conductor pattern 110 and the second conductor pattern 115 is, for example, 12 V or 24 V or 48 V. Also, other electrical voltages are between the first conductor pattern 110 and the second one
  • Heating device 100 and thus a given by the heater 100 heat can be flexibly adapted to an ambient temperature.
  • FIG. 11 shows a sectional view along a sectional plane A-A shown in FIG. 2 by a heating device 100 according to a second embodiment.
  • the heater 100 is substantially identical to the heater 100 shown in FIGS. 1 to 10
  • the fifth to seventh recess 205, 210, 211 in which the respectively assigned fifth to seventh conductor section 155, 160, 165 of the second conductor structure 115 is arranged, are arranged differently from the preceding figures in the third layer 130.
  • the sixth and seventh recesses 210, 211 extend completely through the third layer 130 while, on the other hand, the fifth recess 205 groove-like and downwardly open only in the third layer 120 is arranged.
  • the second conductor structure 115 is arranged adjacent to an underside 330 of the layer arrangement 105.
  • This embodiment has the advantage that the conductor structure 110, 115 is wider in the y-direction than in FIG.
  • the heating device 100 can be trained. As a result, the heating device 100 can essentially be heated over the entire width of the heating device 100 by virtue of the first conductor structure 110, and in particular the second to fourth conductor section 140, 145, 146 extending in the y direction, extending as far as the essentially the second
  • Ladder section 155 extend to the first side surface 150.
  • the fifth recess 205 in the z direction is directly below the first recess 175
  • the other recesses 180, 195, 200, 210, 211 are arranged offset in the x-direction as in the above-described figures.
  • the third layer 130 is embodied differently in that the third layer 130 has the first particle material 122 in addition to the third plastic matrix 131.
  • FIG. 12 shows a flowchart of a
  • a second method step 505 is similar to the second method step 405 described in FIG. Identical to the second method step 405 of the method described in FIG. 5 is that by means of the directed heat source 276, preferably by means of the laser, in the first layer 120 by the evaporation of the first
  • Plastic matrix 121, the first recess 175 is introduced.
  • the fifth recess 205 is further introduced into the third layer 130 by means of the heat source 276 in the third layer 130.
  • the fifth recess 205 may be directly below adjacent to the first
  • Side surface 150 may be disposed below the first recess 175.
  • first recess 175 may be adjacent to the first side surface 150 and the fifth recess 205 adjacent to the second side surface 170 and thus in FIG. 10
  • Transverse direction opposite to the first recess 175 is arranged.
  • a third method step 510 is essentially
  • Method step 410 By contrast, the sixth and seventh recess 210, 211, preferably the fourth and fifth openings 230, 231, are introduced into the third layer 130 by means of the heat source 276.
  • the fourth groove 250 and the fifth groove 251 of the sixth and seventh recesses 210, 211 are formed by evaporation of the second plastic matrix 126 ,
  • a fourth method step 515 essentially corresponds to the fourth method step 415 described in FIG. 5, wherein the lower side of the second electrical material 316 is plated on the second primer layer 285.
  • the insulating layer 274 can be provided on the upper side on the first conductor structure 110 and the upper side 252 of the first layer 120, and a further insulating layer 335 on a lower side 330
  • the further insulating layer 355 is designed to be electrically insulating and electrically isolates the second conductor structure 115 from the environment.
  • each conductor structure 110, 115 additionally have a contact region for electrical contacting.
  • the number of conductor sections 135, 140, 145, 146, 155, 160, 165 and the recesses 175, 180, 195, 200, 205, 210, 211 can be chosen differently.
  • a different number of layers 120, 125, 130 may be provided.
  • FIG. 13 shows a perspective view of the rotor blade 30 with a heating device 100 according to a third
  • the heater 100 is arranged on an outer peripheral surface 600 of the rotor blade structure 80.
  • the heater 100 preferably covers the entire surface over the outer
  • Peripheral surface 600 of the rotor blade structure 80 along a profile of the rotor blade structure 80. It is also conceivable that the rotor blade structure 80 only in a partial region, for example, from a front edge 605 of the rotor blade structure 85 to a stagnation dot line 606 covered by the heater 100 is. It is also conceivable for a plurality of heating devices 100 to be provided on the outer circumferential surface 600, the heating devices 100 preferably being adapted in terms of their heating power corresponding to their arrangement position on the outer circumferential surface 600.
  • the heating device 100 has a higher heating power than, for example, a further heating device 100 on a suction side 607 or pressure side 608 between the stagnation point line 606 and a trailing edge 609 of the rotor blade 30.
  • the heater 100 is formed similarly to the heater 100 described in FIGS. 1 to 12.
  • the heating device 100 additionally has, for example, an adhesive layer 610 and / or at least one further layer 615, 620, 625, 630, 640 arranged above the adhesive layer 610. On the adhesive layer 610 but can also be dispensed with.
  • thermal insulation layer 615 may be arranged.
  • the thermal insulation layer 615 is adhesively bonded to the outer peripheral surface 600 of the rotor blade structure 80 by means of the adhesive layer 610.
  • Insulation layer 615 preferably has a first one
  • the first value is in a range of 0.004 W / (mK) and 0.1 W / (mK).
  • the thermal insulation layer 615 prevents a
  • Insulation layer 615 arranged layer assembly 105 and the rotor blade structure 80.
  • the thermal insulation layer 615 causes a particularly high efficiency of
  • Heater 100 for dissolving ice on the rotor blade 30 Further, the thermal insulation layer 615 prevents unnecessary heating of the rotor blade structure 80. Further, overheating of the rotor blade structure 80 and a
  • Insulation layer 615 can also be dispensed with.
  • a sensor layer 620 is arranged on the upper side. On the sensor layer 620 can also be dispensed with.
  • the layer arrangement 105 is arranged on the upper side of the sensor layer 620.
  • the sensor layer 620 is arranged between the third layer 130 and the thermal insulation layer 615.
  • a heat-conducting layer 625 is arranged on the first layer 120 of the layer arrangement 105.
  • the thermal conduction layer 625 has a second thermal conductivity of a second value, the second value being in a range of 0.3 W / (mK) to 400 W / (mK).
  • the lightning protection layer 630 has a fabric 635.
  • the fabric 635 comprises at least one of the following materials: metal, copper, steel, aluminum, electrically conductive polymer, bronze.
  • the heating device 100 optionally has an adhesion-promoting layer 640.
  • the adhesion-promoting layer 640 may alternatively be dispensed with.
  • the protective layer 645 arranged.
  • the protective layer 645 has an upper side 650 facing the surroundings 655.
  • the Protective layer 645 serves to protect the layers 610, 620, 120, 125, 130, 625, 630, 640 arranged below the protective layer 645 from environmental influences.
  • FIG. 14 shows a perspective view of the heating device 100 shown in FIG.
  • the sensor layer 620 has a first recess 660, at least one second recess 665 and by way of example a third recess 670.
  • the recess 660, 665, 670 can be formed groove-like.
  • the recess 660, 665, 670 is open on a side facing the layer arrangement 105 side of the sensor layer 620.
  • the recess 660, 665, 670 is closed towards the bottom in the direction of the thermal insulation layer 615.
  • the recess 660, 665, 670 can be opened down to the thermal insulation layer 615.
  • the recess 660, 665, 670 may be formed as a breakthrough in the sensor layer 620.
  • the first recess 660 and the third recess 670 are arranged, for example, offset from one another parallel to one another in the y-direction.
  • the first recess 660 and the third recess 670 extend, for example, in the x direction.
  • the second recess 665 connects the first
  • the heater 100 further includes a first one
  • the connection structure 675, 680 is electrically conductive and has a third electrically conductive material 681.
  • the first connection structure 675 is connected to the first input 50 via the first connection 65 and the second connection structure 680 is connected to the second input 66 of the controller 45 via the second connection 65.
  • the first connection structure 675 is arranged in the first recess 660. In the third recess 670, the second connection structure 680 is arranged.
  • the heater 100 further includes a sensor 685.
  • the sensor 685 is for detecting ice on the top 650 of the heater 100.
  • the sensor 685 is on a first side with the first one
  • Terminal structure 675 and a second side to the second connection structure 680 electrically connected can be designed such that the
  • Connection structure 675, 680 each have a contact surface 690
  • the sensor layer 620 By connecting the first recess 660 with the second recess 665 and the second recess 665 with the third recess 670, the sensor layer 620
  • Detection of ice by the sensor 685 on the rotor blade 30 can be determined.
  • connection structures and further sensors can be provided in order to detect ice at the rotor blade 30 at different positions of the rotor blade 30.
  • Particulate material 122 has.
  • Conductor structure 110, 115 may be formed and manufactured as shown in FIGS. 2 to 6.
  • the layer assembly 105 may be formed and fabricated as described in FIGS. 7 through 12.
  • the heat conducting layer 625 has a fifth plastic matrix 715.
  • the fifth plastic matrix 715 has
  • thermoplastic and / or thermoset and / or elastomer and / or thermally conductive polymer as a material.
  • a third particulate material 720 may be embedded in the fifth plastic matrix 715.
  • the third particulate material 720 may comprise a thermally conductive ceramic.
  • the high second thermal conductivity ensures that the heat generated in the layer arrangement 105 can be dissipated particularly reliably from the layer arrangement 105 and the conductor structure 110, 115 arranged below the heat-conducting layer 625 upwards in the direction of the upper side 650 of the heating device 100.
  • the heater 100 is particularly effective for melting ice on the ice
  • the lightning protection layer 630 serves to form a
  • Lightning protection layer 630 advantageously has, as described above, the tissue 635, which reliably dissipates an electrical energy of the lightning during a lightning strike and thus reliably prevents destruction of the rotor blade 30 and the heating device 100.
  • the lightning protection layer 630 may additionally have a sixth plastic matrix 725 in which the fabric 635
  • tissue 635 is embedded.
  • tissue 635 is embedded.
  • the seventh plastic matrix 730 has at least one of the following materials: thermoplastic, thermoset, elastomer.
  • the adhesion-promoting layer 640 is on the top side of FIG.
  • Lightning protection layer 630 arranged. The
  • Adhesive bonding layer 640 serves to reliably connect the protective layer 645 to the lightning protection layer 630 in a materially bonded manner. Also, the protective layer 645 may be directly connected to the lightning protection layer 630 and applied to the
  • Adhesive layer 640 between the protective layer 645 and the lightning protection layer 630 are omitted.
  • the protective layer 645 may be film-like, for example
  • the protective layer 645 may be formed as a paint.
  • the protective layer 645 comprises an eighth plastic matrix 735, and preferably a filler 740.
  • the eighth plastic matrix 735 comprises at least one of the following materials: thermoset, thermoplastic,
  • the filler 740 is in the eighth
  • the filler 740 serves to provide a particularly abrasion-resistant protective layer 645
  • the filler 740 may be formed, for example, as a fifth particulate material.
  • the filler 740 preferably has an abrasion-resistant ceramic.
  • Rotor blade 30 monitored.
  • the sensor 685 measures an electrical resistance of the sensor 685 above
  • Control unit 45 transferred.
  • the controller 45 detects the signal.
  • the controller 45 the signal with a predefined, stored in the control unit 45 threshold.
  • the control unit 45 controls one at the output 55, 60 depending on the result of the comparison
  • Heating device 100
  • controller 45 may be configured as a control device, wherein the signal of the sensor 685 is used as actual size.
  • a predefined setpoint can be stored in the control unit 45, which correlates with an ice-free upper side 650 of the rotor blade 30.
  • the control unit 45 controls the electrical energy provided at the output 55, 60 as a function of the actual and the desired value.
  • the second layer 125 Upon activation of the heater 100, the second layer 125 is heated.
  • the thermal insulation layer 615 ensures that the rotor blade structure 80 is not heated substantially by the second layer 125 of the heater 100. Furthermore, by the
  • Heat conducting layer 625 ensures that the heat generated in the second layer 125 from the layer arrangement 105 and the conductor structure 110, 115 reliable to the outside
  • Top 650 is removed, so that overheating of the layer assembly 105 is avoided. Furthermore, will be described below.
  • Layer 125 generated heat is substantially completely used to melt ice on the top 650 of the rotor blade 30 and / or freezing of liquid, especially water, for example, at the suction or
  • the metallic fabric 635 of the lightning protection layer 630 serves as a heat conductor to further dissipate the heat from the heat conduction layer 625 to the top 650.
  • the embodiment of the heating device 100 shown in FIGS. 1 to 13 achieves a heating of the rotor blade 30 which is very close to the surface. Furthermore, the heat is generated flat, so that the second layer 125 is lower overall than, for example, one with copper coils
  • the heater 100 can be easily adapted to a geometric configuration of the rotor blade structure 80. Furthermore, the heating device 100 has a low total thickness, so that a profile change by the heating device 100 can be easily taken into account in the design of the rotor blade 30. Likewise, completely the entire outer circumferential surface 600 of the rotor blade structure 80 can be heated in a cost-effective manner.
  • the heating device 100 can also be adapted to be particularly simple in that a plurality of heating devices 100 are provided on the rotor blade 30 in order to locally heat the rotor blade 30 differently.
  • FIG. 15 shows a flow diagram of a method for
  • Heating device 100
  • First to fifth process steps 800 to 820 of the method for producing the heating device 100 are identical to the first to fifth method steps 400 to 420 and 500 to 520 described in FIG. 6 and in FIG. 12.
  • the fourth plastic matrix 710 can be identical to the first
  • Plastic matrix 710 generated. This is the fourth
  • Plastic matrix 710 such that evaporated in the
  • Recess 660, 665, 670 forms a third primer layer 745 of the first particulate material 745.
  • Terminal structure 675, 680 repeated, wherein on the third primer layer 745 of the third electrically conductive material 681 for forming the connection structure 675, 680th
  • the plasma 320 is deposited.
  • a ninth method step 840 the sensor 685 is inserted into the second recess 665 and the sensor electrode 700, 705 is positioned such that the sensor electrode 700, 705 respectively on the contact surface 690, 695 of
  • Connection structure 675, 680 rests.
  • the sensor layer 620 is provided with the thermal insulation layer 615 on the underside.
  • the thermal insulation layer 615 may be thermally laminated with the sensor layer 620.
  • the thermal insulation layer 615 may also be provided, for example, by means of an additional one
  • Bonding layer (not shown) are connected to the sensor layer 620.
  • the adhesive layer 610 is applied to the underside of the thermal insulation layer 615.
  • the adhesive layer may be on the underside 610, a film liner 755 may be applied to the adhesive layer 610 to prevent adhesion of the adhesive layer 610 to components of a manufacturing facility. Also, the film liner 755 reliably prevents contamination of the adhesive layer 610.
  • the adhesive layer 610, the thermal insulation layer 615 and the sensor layer 620 form another layer arrangement 759 in this state.
  • the lightning protection layer 630 laminated the fabric 635 in the sixth plastic matrix 730.
  • the fabric 630 is provided.
  • Adhesive layer 640 produced in an extrusion process or a spray process.
  • the sixth plastic matrix 725 - prior to curing of the sixth plastic matrix 725 - may comprise the tie layer 640 on one side of the metallic fabric 635 and
  • Layer arrangement 105 is arranged between the heat-conducting layer 625 and the sensor layer 620 and materially bonded to the heat-conducting layer 625 and the sensor layer 620 in further thermal lamination processes or a lamination process with additional introduction of adhesive between the first layer 120 and the heat-conducting layer 625 and the third layer 130 and the sensor layer 620 laminated.
  • the protective layer 645 in addition to the adhesion-promoting layer 640, can be coated or protective layer 645 applied in the form of a film.
  • Layers can be dispensed with or additional layers can be provided.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Heizeinrichtung, ein Rotorblatt, eine Windenergieanlage und ein Verfahren zur Herstellung solch einer Heizeinrichtung, wobei die Heizeinrichtung eine Schichtanordnung und eine Leiterstrukturumfasst, wobei die Schichtanordnung eine erste Schicht und wenigstens eine zweite Schicht umfasst, wobei die erste Schicht wenigstens ein erstes Partikelmaterial und eine erste Kunststoffmatrix umfasst, wobei das erste Partikelmaterial in der ersten Kunststoffmatrix eingebettet ist, wobei die zweite Schicht elektrisch leitend ausgebildet ist, wobei in der ersten Schicht ein Durchbruch angeordnet ist, wobei in der ersten Schicht eine Ausnehmung angeordnet ist, wobei der Durchbruch und die Ausnehmung miteinander verbunden sind, wobei ein Ausnehmungsgrund der Ausnehmung beabstandet zu der zweiten Schicht angeordnet ist, wobei in der Ausnehmung und dem Durchbruch die Leiterstruktur angeordnet ist, wobei die Leiterstruktur zumindest abschnittsweise elektrisch mit der zweiten Schicht verbunden ist.

Description

Heizeinrichtung, Rotorblatt mit solch einer Heizeinrichtung und Windenergieanlage mit solch einem Rotorblatt sowie
Verfahren zur Herstellung solch einer Heizeinrichtung
Die Erfindung betrifft eine Heizeinrichtung gemäß
Patentanspruch 1, ein Rotorblatt gemäß Patentanspruch 14, eine Windenergieanlage gemäß Patentanspruch 16 und ein
Verfahren zur Herstellung solch einer Heizeinrichtung gemäß Patentanspruch 18.
Es ist eine Heizeinrichtung bekannt, die eine Leiterplatte und auf der Leiterplatte elektrische Leiterbahnen aufweist, wobei die Heizeinrichtung eine Rotorblattstruktur erwärmt.
So sind beispielsweise aus der EP 2 754 891 Al und US
2013/0164133 Al beheizte Rotorblätter von Windenergieanlagen bekannt. Aus der EP 2 200 396 Al ist eine elektrische
Flächenheizung zur Erwärmung von Flächen und Räumen sowie vereisungsgefährdeten Objekten bekannt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte
Heizeinrichtung, ein verbessertes Rotorblatt, eine
verbesserte Windenergieanlage und ein verbessertes Verfahren zur Herstellung solch einer Heizeinrichtung bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird mittels einer Heizeinrichtung gemäß
Patentanspruch 1, einem Rotorblatt gemäß Patentanspruch 14, einer Windenergieanlage gemäß Patentanspruch 16 und einem Verfahren zur Herstellung solch einer Heizeinrichtung gemäß Patentanspruch 18 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Es wurde erkannt, dass eine verbesserte Heizeinrichtung dadurch bereitgestellt werden kann, dass die Heizeinrichtung eine Schichtanordnung und eine Leiterstruktur aufweist, wobei die Schichtanordnung eine erste Schicht und wenigstens eine zweite Schicht umfasst, wobei die erste Schicht wenigstens ein erstes Partikelmaterial und eine erste Kunststoffmatrix umfasst, wobei das erste Partikelmaterial in der ersten
Kunststoffmatrix eingebettet ist, wobei die zweite Schicht elektrisch leitend ausgebildet ist, wobei in der ersten
Schicht ein Durchbruch angeordnet ist, wobei in der ersten Schicht eine Ausnehmung angeordnet ist, wobei der Durchbruch und die Ausnehmung miteinander verbunden sind, wobei ein Ausnehmungsgrund der Ausnehmung beabstandet zu der zweiten Schicht angeordnet ist, wobei in der Ausnehmung und dem
Durchbruch die Leiterstruktur angeordnet ist, wobei die
Leiterstruktur zumindest abschnittsweise elektrisch mit der zweiten Schicht verbunden ist.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Heizeinrichtung eine weitere Leiterstruktur auf. In der ersten Schicht sind ein weiterer Durchbruch und eine weitere Ausnehmung
angeordnet. Der weitere Durchbruch ist versetzt zu dem
Durchbruch und die weitere Ausnehmung versetzt zu der
Ausnehmung angeordnet. Ein weiterer Ausnehmungsgrund der weiteren Ausnehmung ist beabstandet zu der zweiten Schicht angeordnet, wobei der weitere Durchbruch und die weitere Ausnehmung verbunden sind, wobei im weiteren Durchbruch und in der weiteren Ausnehmung die weitere Leiterstruktur
angeordnet ist, wobei die weitere Leiterstruktur zumindest abschnittsweise mit der zweiten Schicht elektrisch verbunden ist .
In einer weiteren Ausführungsform weist die Heizeinrichtung eine weitere Leiterstruktur auf. Die Schichtanordnung umfasst eine dritte Schicht. Die zweite Schicht ist zwischen der ersten Schicht und der dritten Schicht angeordnet, wobei die dritte Schicht eine dritte Kunststoffmatrix und das erste Partikelmaterial aufweist, wobei in der dritten Schicht ein weiterer Durchbruch und eine weitere Ausnehmung angeordnet sind, wobei ein weiterer Ausnehmungsgrund der weiteren
Ausnehmung beabstandet zu der zweiten Schicht angeordnet ist, wobei der weitere Durchbruch und die weitere Ausnehmung miteinander abschnittsweise verbunden sind, wobei im weiteren Durchbruch und in der weiteren Ausnehmung die weitere
Leiterstruktur angeordnet ist, wobei die weitere
Leiterstruktur zumindest abschnittsweise elektrisch mit der zweiten Schicht verbunden ist.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Ausnehmung geneigt zu dem Durchbruch angeordnet.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Heizeinrichtung eine Sensorschicht, eine Anschlussstruktur und wenigstens einen Sensor auf. Die Sensorschicht weist eine erste
Aussparung und eine zweite Aussparung auf, wobei die erste Aussparung mit der zweiten Aussparung verbunden ist. Die Anschlussstruktur ist mit dem Sensor elektrisch verbunden.
Der Sensor ist in der zweiten Aussparung und die
Anschlussstruktur in der ersten Aussparung angeordnet.
Dadurch kann besonders kompakt innerhalb der Heizeinrichtung mit dem Sensor eine Eisbildung auf einer Oberseite der
Heizeinrichtung erfasst werden und lokal in dem Bereich, an dem der Sensor eine Eisbildung erfasst, aktiviert werden, um das Eis an der Oberseite der Heizeinrichtung mit der durch die Heizeinrichtung bereitgestellten Wärme abzuschmelzen.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Heizeinrichtung eine thermische Isolationsschicht auf. Die thermische
Isolationsschicht ist ausgebildet, die Schichtanordnung an zumindest einer Seite thermisch zu isolieren. Die thermische Isolationsschicht weist eine Wärmeleitfähigkeit mit einem Wert auf. Der Wert liegt in einem Bereich von 0,004 W/ (mK) und 0,1 W/ (mK) . Dadurch wird vermieden, dass Wärme zwischen der Schichtanordnung und der Rotorblattstruktur ausgetauscht wird. Dadurch wird zum Abschmelzen von Eis an der Oberseite der Heizeinrichtung besonders wenig elektrische Energie benötigt . In einer weiteren Ausführungsform ist die Sensorschicht zwischen der thermischen Isolationsschicht und der
Schichtanordnung angeordnet.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Heizeinrichtung eine Wärmeleitschicht auf. Die Wärmeleitschicht weist
vorzugsweise wenigstens einen der folgenden Werkstoffe auf: Thermoplast, Duroplast, Elastomer, wärmeleitende Keramik. Die Wärmeleitschicht weist eine Wärmeleitfähigkeit mit einem Wert auf, wobei der Wert in einem Bereich von 0,3 W/ (mK) und
400 W/ (mK) liegt. Ferner isoliert die Wärmeleitschicht die Leiterstruktur auf einer zur zweiten Schicht abgewandten Seite elektrisch. Die Wärmeleitschicht ist ausgebildet, Wärme aus der Schichtanordnung und/oder der Leiterstruktur
abzuführen. Dadurch wird ein Überhitzen der Schichtanordnung und/oder der Leiterstruktur vermieden. Ferner wird die
Wärmeübertragung von der Schichtanordnung hin zur Oberseite der Heizeinrichtung durch die Wärmeleitschicht begünstigt und eine einseitige Erwärmung der Heizeinrichtung sichergestellt.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Heizeinrichtung eine Blitzschutzschicht auf. Die Blitzschutzschicht weist vorzugsweise ein Gewebe aus einem der folgenden Werkstoffe auf: Metall, Kupfer, Stahl, Aluminium, elektrisch leitendes Polymer. Vorzugsweise ist die Blitzschutzschicht auf einer zur Schichtanordnung abgewandten Seite der Wärmeleitschicht angeordnet und mit der Wärmeleitschicht verbunden.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Heizeinrichtung eine Schutzschicht auf. Die Schutzschicht ist oberseitig der Schichtanordnung angeordnet und mit der Schichtanordnung gekoppelt. Die Schutzschicht weist wenigstens eine
Kunststoffmatrix und einen Füllstoff auf, wobei der Füllstoff in der weiteren Kunststoffmatrix eingebettet ist. Die weitere Kunststoffmatrix weist vorzugsweise wenigstens einen der folgenden Werkstoffe auf: Thermoplast, Duroplast, Elastomer. Von besonderem Vorteil ist, wenn zwischen der Schutzschicht und der Blitzschutzschicht eine Haftvermittlungsschicht angeordnet ist, wobei die Haftvermittlungsschicht die
Schutzschicht mit der Blitzschutzschicht verbindet. Durch die Haftvermittlungsschicht wird ein zuverlässiges Anliegen der Schutzschicht gewährleistet. Insbesondere wird ein
ungewolltes Ablösen der als Topcoat ausgebildeten
Schutzschicht zuverlässig vermieden.
In einer weiteren Ausführungsform weist das erste
Partikelmaterial wenigstens Metalloxid als Werkstoff auf. Zusätzlich oder alternativ weist die zweite Schicht eine zweite Kunststoffmatrix und ein in der zweiten
Kunststoffmatrix eingebettetes zweites Partikelmaterial auf, wobei das zweite Partikelmaterial wenigstens einen der folgenden Werkstoffe auf: Graphen, Ruß, Graphen ähnliche Nanopartikel , anorganisches Halbleitermaterial, organisches Halbleitermaterial. Zusätzlich oder alternativ weist die erste Kunststoffmatrix und/oder die zweite Kunststoffmatrix wenigstens einen der folgenden Werkstoffe auf: Thermoplast, Duroplast, Elastomer, Polyethylen.
In einer weiteren Ausführungsform weist die erste Schicht eine erste Dicke mit einem Wert auf, der in einem Bereich von 0,005 mm bis 0,1 mm, insbesondere in einem Bereich von 0,02mm bis 0,04 mm, liegt, und/oder weist die zweite Schicht eine zweite Dicke mit einem Wert auf, der in einem Bereich von 0,01 mm bis 0,2 mm, insbesondere in einem Bereich von 0,07 bis 0,11 mm, liegt.
Dadurch kann die Heizeinrichtung besonders einfach und kostengünstig hergestellt werden. Ferner kann die
Leiterstruktur geometrisch frei ausgestaltet werden.
In einer weiteren Ausführungsform weist das Rotorblatt eine Rotorblattstruktur und eine Heizeinrichtung auf, wobei die Heizeinrichtung wie oben beschrieben ausgebildet ist. Die Rotorblattstruktur weist eine äußere Umfangsfläche auf. An der äußeren Umfangsfläche ist die Heizeinrichtung angeordnet. Dadurch kann ein besonders schnelles Abschmelzen von Eis an der Oberseite der Heizeinrichtung sichergestellt werden und ferner benötigt die Heizeinrichtung besonders wenig Energie zum Abschmelzen des Eises.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Heizeinrichtung an der äußeren Umfangsfläche eine Klebschicht auf. Die
Klebschicht verbindet Stoffschlüssig die Heizeinrichtung mit der Rotorblattstruktur . Vorzugsweise ist die Klebschicht zwischen der thermischen Isolationsschicht und der äußeren Umfangsfläche angeordnet.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Windenergieanlage wenigstens ein Rotorblatt auf. Das Rotorblatt ist wie oben beschrieben ausgebildet.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die
Windenergieanlage ein Steuergerät. Das Steuergerät ist mit einem Ausgang mit der Leiterstruktur elektrisch verbunden.
Ein Eingang des Steuergeräts ist mit der Anschlussstruktur elektrisch verbunden. Der Sensor ist ausgebildet, eine
Eisbildung auf dem Rotorblatt zu erfassen und dem Steuergerät ein korrespondierend zur Eisbildung korrelierendes Signal bereitzustellen. Das Steuergerät ist ausgebildet, das Signal zu erfassen. Das Steuergerät ist weiter ausgebildet, eine elektrische Energie am Ausgang zur Aktivierung der
Heizeinrichtung und Abschmelzen von Eis an dem Rotorblatt in Abhängigkeit des erfassten Signals bereitzustellen.
In einer weiteren Ausführungsform wird zur Herstellung der Heizeinrichtung eine Schichtanordnung aus einer ersten
Schicht und einer auf der ersten Schicht angeordneten zweiten Schicht bereitgestellt, wobei die erste Schicht wenigstens ein erstes Partikelmaterial eingebettet in einer ersten
Kunststoffmatrix umfasst. Die zweite Schicht ist elektrisch leitend ausgebildet. Die erste Kunststoffmatrix der ersten Schicht wird derart verdampft, dass sich wenigstens ein
Durchbruch durch die erste Schicht zur zweiten Schicht ausbildet und das erste Partikelmaterial zumindest einen Teilbereich einer ersten Primerschicht an dem Durchbruch ausbildet, wobei zur Ausbildung einer Leiterstruktur auf der ersten Primerschicht ein elektrisch leitender Werkstoff abgeschieden wird, wobei der elektrisch leitende Werkstoff eine elektrische Verbindung zu der zweiten Schicht ausbildet.
Dadurch kann die Heizeinrichtung besonders kompakt und folienartig ausgebildet werden. Ferner weist die
Heizeinrichtung eine besonders gleichmäßige Flächenerwärmung auf .
In einer weiteren Ausführungsform wird die erste
Kunststoffmatrix der ersten Schicht abschnittsweise derart verdampft, dass sich wenigstens eine Ausnehmung in der ersten Schicht ausbildet und das erste Partikelmaterial einen weiteren Abschnitt der ersten Primerschicht in der Ausnehmung ausbildet. Ein Ausnehmungsgrund der Ausnehmung ist
beabstandet zu der zweiten Schicht angeordnet, wobei auf dem weiteren Abschnitt der ersten Primerschicht der elektrisch leitende Werkstoff abgeschieden wird.
In einer weiteren Ausführungsform wird die zweite Schicht mit einer zweiten Kunststoffmatrix, dem ersten Partikelmaterial und einem zweiten Partikelmaterial bereitgestellt. Unterhalb des Durchbruchs wird die zweite Kunststoffmatrix
abschnittsweise derart verdampft, dass sich eine Nut in der zweiten Schicht ausbildet, wobei das erste Partikelmaterial der zweiten Schicht abschnittsweise einen weiteren
Teilbereich der ersten Primerschicht an der Nut ausbildet.
In einer weiteren Ausführungsform wird zur Ausbildung einer weiteren Leiterstruktur abschnittsweise die erste
Kunststoffmatrix der ersten Schicht derart verdampft, dass sich wenigstens ein weiterer Durchbruch durch die erste
Schicht zur zweiten Schicht ausbildet und das erste
Partikelmaterial einen Teilbereich einer zweiten
Primerschicht an dem weiteren Durchbruch ausbildet, wobei auf dem Teilbereich der zweiten Primerschicht ein weiterer elektrisch leitender Werkstoff abgeschieden wird.
In einer weiteren Ausführungsform wird die erste
Kunststoffmatrix der ersten Schicht derart verdampft, dass sich wenigstens eine weitere Ausnehmung in der ersten Schicht ausbildet und das erste Partikelmaterial einen weiteren
Abschnitt der weiten Primerschicht in der weiteren Ausnehmung ausbildet, wobei ein weiterer Ausnehmungsgrund der weiteren Ausnehmung beabstandet zu der zweiten Schicht angeordnet und versetzt zu der Ausnehmung angeordnet ist, wobei auf den weiteren Abschnitt der zweiten Primerschicht der weitere elektrisch leitende Werkstoff abgeschieden wird.
In einer weiteren Ausführungsform wird unterhalb des weiteren Durchbruchs die zweite Kunststoffmatrix abschnittsweise derart verdampft, dass sich eine weitere Nut in der zweiten Schicht ausbildet, wobei das erste Partikelmaterial der zweiten Schicht einen weiteren Teilbereich der zweiten
Primerschicht an der weiteren Nut ausbildet, wobei auf der zweiten Primerschicht der weitere elektrisch leitende
Werkstoff zur Ausbildung der weiteren Leiterstruktur
abgeschieden wird, wobei der weitere elektrisch leitende Werkstoff die elektrische Verbindung zu der zweiten Schicht an der weiteren Nut ausbildet.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Schichtanordnung mit einer dritten Schicht bereitgestellt, wobei die dritte Schicht auf einer zur ersten Schicht gegenüberliegenden Seite der zweiten Schicht angeordnet ist, wobei in der dritten Schicht wenigstens das erste Partikelmaterial in einer dritten Kunststoffmatrix eingebettet ist, wobei
abschnittsweise auf einer zur ersten Schicht abgewandten Seite die dritte Kunststoffmatrix der dritten Schicht derart verdampft wird, dass sich ein weiterer Durchbruch durch die dritte Schicht zur zweiten Schicht ausbildet und das erste Partikelmaterial einen Teilbereich einer zweiten
Primerschicht an dem weiteren Durchbruch ausbildet, wobei auf den Teilbereich der zweiten Primerschicht ein weiterer elektrisch leitender Werkstoff zur Ausbildung einer weiteren Leiterstruktur abgeschieden wird. Dadurch kann eine
zuverlässige Erwärmung im Wesentlichen über die gesamte
Breite der Heizeinrichtung sichergestellt werden.
In einer weiteren Ausführungsform wird die dritte
Kunststoffmatrix der dritten Schicht derart verdampft, dass sich wenigstens eine weitere Ausnehmung in der dritten
Schicht ausbildet und das erste Partikelmaterial einen weiteren Abschnitt der weiteren Primerschicht in der weiteren Ausnehmung ausbildet, wobei ein weiterer Ausnehmungsgrund der weiteren Ausnehmung beabstandet zu der zweiten Schicht angeordnet ist, wobei auf den weiteren Abschnitt der zweiten Primerschicht der weitere elektrisch leitende Werkstoff abgeschieden wird.
In einer weiteren Ausführungsform wird oberhalb des
Durchbruchs die zweite Kunststoffmatrix abschnittsweise derart verdampft, dass sich eine Nut in der zweiten Schicht ausbildet, wobei das erste Partikelmaterial der zweiten
Schicht abschnittsweise die zweite Primerschicht an der Nut ausbildet .
In einer weiteren Ausführungsform wird mittels eines Lasers die Kunststoffmatrix verdampft.
In einer weiteren Ausführungsform wird mittels eines
metallischen Plasmas und/oder mittels einer Galvanisierung der elektrisch leitende Werkstoff und/oder der weitere elektrisch leitende Werkstoffabgeschieden . Die Anmeldung basiert auf der deutschen Patentanmeldung DE 10 2016 117 916.7 und DE 10 2016 117 917.5 und schließt den Inhalt der DE 10 2016 117 916.7 sowie DE 10 2016 117 917.5 vollumfänglich durch Bezugnahme mit ein.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 eine perspektivische Darstellung einer
Windenergieanlage mit einem Rotorblatt und einer Heizeinrichtung;
Figur 2 eine perspektivische Ansicht auf eine
Heizeinrichtung des in Figur 1 gezeigten Rotorblatts gemäß einer ersten Ausführungsform;
Figur 3 einen Ausschnitt einer Schnittansicht durch die in
Figur 2 gezeigte Heizeinrichtung entlang einer in Figur 2 gezeigten ersten Schnittebene A-A;
Figur 4 einen Ausschnitt einer Schnittansicht durch die in
Figur 2 gezeigte Heizeinrichtung entlang einer in Figur 2 gezeigten zweiten Schnittebene B-B;
Figur 5 zeigt eine Schnittansicht entlang einer in Figur 2 gezeigten dritten Schnittebene C-C durch die in Figur 2 gezeigte Heizeinrichtung;
Figur 6 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung der in den Figuren 1 bis 5 gezeigten
Heizeinrichtung;
Figur 7 eine schematische Darstellung der in den Figuren 1 bis 5 gezeigten Heizeinrichtung nach einem ersten Verfahrensschritt ; Figur 8 eine schematische Darstellung der in den Figuren 1 bis 5 gezeigten Heizeinrichtung während eines zweiten Verfahrensschritts;
Figur 9 eine schematische Darstellung der in den Figuren 1 bis 5 gezeigten Heizeinrichtung nach einem dritten Verfahrensschritt ;
Figur 10 eine schematische Darstellung der in den Figuren 1 bis 5 gezeigten Heizeinrichtung nach einem vierten Verfahrensschritt ;
Figur 11 eine Schnittansicht entlang einer in Figur 3
gezeigten vierten Schnittebene D-D durch eine
Heizeinrichtung gemäß einer zweiten
Ausführungsform;
Figur 12 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung der in Figur 11 gezeigten Heizeinrichtung;
Figur 13 eine perspektivische Darstellung des in Figur 1
gezeigten Rotorblatts mit einer Heizeinrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform;
Figur 14 eine perspektivische Ansicht der in Figur 13
gezeigten Heizeinrichtung; und
Figur 15 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung des in den Figuren 13 und 14 gezeigten Rotorblatts.
In den folgenden Figuren wird auf ein Koordinatensystem 5 Bezug genommen. Das Koordinatensystem 5 ist beispielhaft als Rechtssystem ausgebildet und umfasst eine x-Achse
(Längsrichtung) , eine y-Achse (Querrichtung) und eine z-Achse (Höhenrichtung) . Auch sind andere Ausgestaltungen des
Koordinatensystems 5 denkbar. Figur 1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer
Windenergieanlage 10.
Die Windenergieanlage 10 weist einen Turm 15 und eine Gondel 20 auf. An der Gondel 20 ist ein Rotor 25 mit beispielhaft drei Rotorblättern 30 und beispielhaft einem Spinner 35 vorgesehen. Der Rotor 25 wird im Betrieb durch einen Wind 41 in eine Drehbewegung versetzt und bewirkt dadurch eine
Rotation eines elektrischen Generators 40 in der Gondel 20, der drehmomentschlüssig mit dem Rotor 25 verbunden ist. Der Generator 40 erzeugt aus der Rotation eine elektrische
Leistung .
Die Windenergieanlage 10 weist ferner ein Steuergerät 45 auf. Das Steuergerät 45 weist beispielhaft einen ersten Eingang 50, einen zweiten Eingang 51, einen ersten Ausgang 55 und einen zweiten Ausgang 60 auf. Der erste Eingang 50 ist mit einer ersten elektrischen Verbindung 65 und der zweite
Eingang 51 mit einer zweiten elektrischen Verbindung 66 verbunden. Der erste Ausgang 55 ist mit einer dritten
elektrischen Verbindung 70 und der zweite Ausgang 60 ist mit einer vierten elektrischen Verbindung 75 verbunden.
Das Rotorblatt 30 weist eine Rotorblattstruktur 80 und eine Heizeinrichtung 100 auf. Die Heizeinrichtung 100 kann gemäß einer der in den folgenden Figuren beschriebenen
Ausgestaltungen ausgebildet sein. Die Heizeinrichtung 100 kann beispielsweise auch am Spinner 35 angeordnet sein.
Die Heizeinrichtung 100 weist einen ersten Anschluss 85 und einen zweiten Anschluss 90 auf. Der erste Anschluss 85 ist mit der dritten elektrischen Verbindung 70 und der zweite Anschluss 90 ist mit der vierten elektrischen Verbindung 75 verbunden .
Figur 2 zeigt eine Draufsicht auf die Heizeinrichtung 100 gemäß einer ersten Ausführungsform. Die Heizeinrichtung 100 weist eine Schichtanordnung 105, eine erste Leiterstruktur 110 und beispielhaft wenigstens eine zweite Leiterstruktur 115 auf. Die Anzahl der
Leiterstrukturen 110, 115 ist nicht beschränkt.
Die Schichtanordnung 105 weist beispielhaft eine erste
Schicht 120 auf. In der Ausführungsform ist beispielhaft die Schichtanordnung 105 plan ausgebildet, wobei beispielhaft die erste Leiterstruktur 110 und die zweite Leiterstruktur 115 sowie die erste Schicht 120 im Wesentlichen in einer
gemeinsamen Ebene angeordnet sind.
Ferner ist der erste Anschluss 85 mit der ersten
Leiterstruktur 110 und der zweite Anschluss 90 mit der zweiten Leiterstruktur elektrisch verbunden. Besonders von Vorteil ist, wenn der erste Anschluss 85 durch die erste Leiterstruktur 110 und der zweite Anschluss 90 von der zweiten Leiterstruktur 115 ausgebildet wird.
Ferner weist die Schichtanordnung 105 wenigstens eine zweite Schicht 125 auf. Die zweite Schicht 125 ist beispielhaft unterhalb (in z-Richtung) der ersten Schicht 120 angeordnet. Ferner kann die Schichtanordnung 105 eine dritte Schicht 130 aufweisen, wobei die dritte Schicht 130 unterhalb der zweiten Schicht 125 angeordnet ist, sodass die zweite Schicht 125 zwischen der ersten Schicht 120 und der dritten Schicht 130 angeordnet ist.
Die erste Schicht 120, die zweite Schicht 125 und die dritte Schicht 130 sind in einem Verbund ausgebildet. Von besonderem Vorteil ist hierbei, wenn die Schichtanordnung 105 in einem Multi-Layer-Extrusionsverfahren hergestellt wird, bei dem in einem einzigen Verfahrensschritt die drei Schichten 120, 125, 130 im Wesentlichen zeitgleich hergestellt werden. Alternativ können die einzelnen Schichten 120, 125, 130 aufeinander laminiert werden. Wesentlich dabei ist, dass zwischen den Schichten 120, 125, 130 keine weitere
KlebstoffSchicht vorgesehen ist.
Die erste Schicht 120 weist eine erste Kunststoffmatrix 121 und wenigstens ein erstes Partikelmaterial 122 auf. Das erste Partikelmaterial 122 ist in der ersten Kunststoffmatrix 121 eingebettet. Von besonderem Vorteil ist, wenn die erste
Kunststoffmatrix 121 wenigstens einen der folgenden
Werkstoffe aufweist: Thermoplast, Duroplast, Elastomer, Polyethylen. Ferner kann in der ersten Kunststoffmatrix 121 wenigstens ein Additiv vorgesehen sein, um wenigstens eine physikalische Eigenschaft der ersten Kunststoffmatrix 121 zu beeinflussen. Beispielsweise kann das Additiv ein Weichmacher sein .
Weiter ist von Vorteil, wenn das erste Partikelmaterial 122 wenigstens Metalloxid als Werkstoff aufweist. Das erste
Partikelmaterial 122 ist vorzugsweise für eine
Laserdirektstrukturierung geeignet .
Das erste Partikelmaterial 122 ist dabei derart in der ersten Kunststoffmatrix 121 der ersten Schicht 120 eingebettet, dass die einzelnen Partikel des ersten Partikelmaterials 122 jeweils vollständig von der ersten Kunststoffmatrix 121 umgeben sind und eine elektrische Stromübertragung zwischen den einzelnen Partikeln des ersten Partikelmaterials 122 durch die dielektrische Eigenschaft der ersten
Kunststoffmatrix 121 verhindert wird. Dadurch wird
sichergestellt, dass die erste Schicht 120 elektrisch
isolierend gegenüber der zweiten Schicht 125 und den
Leiterstrukturen 100, 105 wirkt.
Ferner ist von Vorteil, wenn das erste Partikelmaterial 122 wenigstens 15 bis 35 Massenprozent der ersten Schicht 120 in Abhängigkeit des gewählten Werkstoffs der ersten Kunststoffmatrix 121 aufweist.
Die zweite Schicht 125 weist eine zweite Kunststoffmatrix 126, das erste Partikelmaterial 122 und ein zweites
Partikelmaterial 127 auf. Die zweite Schicht 125 ist
elektrisch leitend ausgebildet. Dabei ist von besonderem Vorteil, wenn die zweite elektrische Schicht 125 einen vordefinierten elektrischen spezifischen Widerstand aufweist.
Das zweite Partikelmaterial 127 sowie das erste
Partikelmaterial 122 sind in der zweiten Kunststoffmatrix 126 eingebettet. Das zweite Partikelmaterial 127 weist wenigstens einen der folgenden Werkstoffe auf: Ruß, Graphen,
Nanopartikel , anorganisches Halbleitermaterial, organisches Halbleitermaterial, 2 bis 15 Atomschichten Graphen
eingebettet zwischen Graphit. Ferner weist die zweite
Kunststoffmatrix 126 wenigstens einen der folgenden
Werkstoffe auf: Thermoplast, Duroplast, Elastomer,
Polyethylen. Ferner ist von Vorteil, wenn das zweite
Partikelmaterial 127 30 bis 50 Massenprozent der zweiten Schicht 125 aufweist. Das erste Partikelmaterial 122 weist in der zweiten Schicht 125 wenigstens 15 bis 30 Massenprozent der zweiten Schicht 125 auf. Die restlichen Anteile weist die zweite Kunststoffmatrix 126 und gegebenenfalls mögliche weitere Bestandteile der zweiten Schicht 125 auf.
Die dritte Schicht 130 ist in der Ausführungsform
beispielhaft als Isolierschicht ausgebildet und weist eine dritte Kunststoffmatrix 131 auf. Die dritte Kunststoffmatrix 131 weist wenigstens einen der folgenden Werkstoffe auf:
Thermoplast, Duroplast, Elastomer, Polyethylen, Kunststoff mit dielektrischen Eigenschaften.
Ferner kann die dritte Schicht 130 auch als Klebschicht ausgebildet sein, um eine Stoffschlüssige Verbindung zu einer weiteren Komponente zur Fixierung der Schichtanordnung 105 an der weiteren Komponente bereitzustellen.
Von besonderem Vorteil ist, wenn die erste Schicht 120 eine erste Dicke dl mit einem Wert aufweist, wobei der Wert in einem Bereich von wenigstens 0,005 mm bis 0,1 mm,
insbesondere von 0,02 mm bis 0,04 mm, liegt und/oder
insbesondere 0,03 mm beträgt.
Von besonderem Vorteil ist, wenn die zweite Schicht 125 eine zweite Dicke d2 mit einem Wert aufweist, wobei der Wert in einem Bereich von wenigstens 0,01 mm bis 0,2 mm, insbesondere von 0,07 mm bis 0,11 mm, liegt und/oder insbesondere 0,09 mm beträgt .
Von besonderem Vorteil ist, wenn die dritte Schicht 130 eine dritte Dicke d3 mit einem Wert aufweist, wobei der Wert in einem Bereich von wenigstens 0,005 mm bis 0,1 mm,
insbesondere von 0,02 mm bis 0,04 mm, liegt und/oder
insbesondere 0,03 mm beträgt.
Ferner ist von Vorteil, wenn die erste Dicke dl identisch zur dritten Dicke d3 ist. Zusätzlich ist von Vorteil, wenn die die zweite Schicht 125 dreimal so dick wie die erste Schicht 120 ist.
Die erste Leiterstruktur 110 weist einen ersten elektrisch leitenden Werkstoff 315 und die zweite Leiterstruktur 115 einen zweiten elektrisch leitenden Werkstoff 316 auf. Der erste elektrisch leitende Werkstoff 315 und der zweite elektrisch leitende Werkstoff 316 können identisch oder unterschiedlich sein. Der erste und/oder zweite elektrisch leitende Werkstoff 315, 316 weist vorzugsweise Kupfer, insbesondere eine Kupferlegierung, zum Aufbau der
Leiterstruktur 110, 115 auf. Die erste Leiterstruktur 110 weist einen ersten
Leiterabschnitt 135, beispielhaft einen zweiten
Leiterabschnitt 140, einen dritten Leiterabschnitt 145 und einen vierten Leiterabschnitt 146 auf.
Der erste Leiterabschnitt 135 ist dabei beispielhaft
benachbart zu einer ersten Seitenfläche 150 der
Schichtanordnung 105 angeordnet. Selbstverständlich kann der erste Leiterabschnitt 135 auch beabstandet zur ersten
Seitenfläche 150 angeordnet sein. In der Ausführungsform verläuft der erste Leiterabschnitt 135 beispielhaft parallel zur ersten Seitenfläche 150, auch können die erste
Seitenfläche 150 und der erste Leiterabschnitt 135 geneigt zueinander angeordnet sein. Beispielhaft ist die erste
Seitenfläche 150 plan ausgebildet.
Der zweite Leiterabschnitt 140, der dritte Leiterabschnitt
145 und vierte Leiterabschnitt 146 sind beispielhaft geneigt, vorzugsweise senkrecht, zu dem ersten Leiterabschnitt 135 angeordnet. Der zweite bis vierte Leiterabschnitt 140, 145,
146 sind beispielhaft auf einer gemeinsamen Seite des ersten Leiterabschnitts 135 angeordnet. Ferner sind beispielhaft der zweite bis vierte Leiterabschnitt 140, 145, 146 parallel zueinander angeordnet. Die zweite bis vierte Leiterabschnitt 140, 145, 146 erstrecken sich in eine zur zweiten
Seitenfläche 170 zugewandte Richtung. Ferner sind in
Längsrichtung (x-Richtung) der zweite bis vierte
Leiterabschnitt 140, 145, 146 versetzt zueinander angeordnet. Beispielhaft sind der zweite und vierte Leiterabschnitt 140, 145, 146 in y-Richtung auf gleicher Höhe angeordnet.
Die zweite Leiterstruktur 115 weist beispielsweise einen fünften Leiterabschnitt 155, einen sechsten Leiterabschnitt 160 und einen siebten Leiterabschnitt 165 auf. Die Anzahl der Leiterabschnitte 135, 140, 145, 146, 155, 160, 165 ist beispielhaft . Der fünfte Leiterabschnitt 155 ist dabei beispielhaft
angrenzend an eine zweite Seitenfläche 170 der
Schichtanordnung 105 auf einer zur ersten Seitenfläche 150 gegenüberliegenden Seite der Schichtanordnung 105 angeordnet. Der fünfte Leiterabschnitt 155 ist beispielhaft parallel zu dem ersten Leiterabschnitt 135 und zu der zweiten
Seitenfläche 170 angeordnet. Dabei enden der zweite bis vierte Leiterabschnitt 140, 145, 146 beabstandet vor dem fünften Leiterabschnitt 155 beispielhaft in y-Richtung auf gleicher Höhe.
Auch können die zweite Seitenfläche 170 und der fünfte
Leiterabschnitt 155 geneigt zueinander angeordnet sein. In der Ausführungsform ist die zweite Seitenfläche 170 parallel zu der ersten Seitenfläche 150 gegenüberliegend angeordnet und beispielhaft plan ausgebildet. Auch können die beiden Seitenflächen 150, 170 geneigt und/oder unabhängig zueinander ausgebildet und/oder ausgerichtet sein.
Der sechste Leiterabschnitt 160 und der siebte
Leiterabschnitt 165 sind beispielhaft geneigt, vorzugsweise senkrecht, zu dem fünften Leiterabschnitt 155 angeordnet. Der sechste Leiterabschnitt 160 und der siebte Leiterabschnitt 165 sind beispielhaft auf einer gemeinsamen dem ersten
Leiterabschnitt 135 zugewandten Seite des fünften
Leiterabschnitts 155 angeordnet. Der sechste Leiterabschnitt 160 und der siebte Leiterabschnitt 165 sind beispielsweise parallel zueinander angeordnet.
Der sechste Leiterabschnitt 160 und der siebte
Leiterabschnitt 165 erstrecken sich vom fünften
Leiterabschnitt 155 in Richtung der ersten Seitenfläche 150 und enden beabstandet zu dem ersten Leiterabschnitt 135. In Längsrichtung (x-Richtung) zwischen dem zweiten
Leiterabschnitt 140 und dem dritten Leiterabschnitt 145 ist beabstandet der sechste Leiterabschnitt 160 angeordnet. In Längsrichtung (x-Richtung) zwischen dem dritten Leiterabschnitt 145 und dem vierten Leiterabschnitt 146 ist der sechste Leiterabschnitt 165 angeordnet.
Des Weiteren weist die Schichtanordnung 105 wenigstens eine erste bis siebte Ausnehmung 175, 180, 195, 200, 205, 210, 211 auf. Die zweite bis vierte Ausnehmung 180, 195, 200 sowie die sechste und siebte Ausnehmung 210, 211 sind geneigt zu der ersten Ausnehmung 175 und/oder der fünften Ausnehmung 205 angeordnet. Die erste Ausnehmung 175 und die fünfte
Ausnehmung 205 sind ausschließlich in der ersten Schicht 120 angeordnet .
Die erste Ausnehmung 175 ist beabstandet nächstliegend an die erste Seitenfläche 150 angeordnet. Die fünfte Ausnehmung 205 ist beabstandet nächstliegend an die zweite Seitenfläche 170 angeordnet. Beispielhaft verlaufen die erste Ausnehmung 175 und die fünfte Ausnehmung 205 in Längsrichtung. Die erste und fünfte Ausnehmung 175, 205 sind nutförmig ausgebildet, wobei die erste und fünfte Ausnehmung 175, 205 jeweils einen
Ausnehmungsgrund 185, 190 aufweisen. Der Ausnehmungsgrund 185, 190 ist beispielhaft plan ausgebildet und versetzt zu der zweiten Schicht 125 angeordnet, sodass zwischen dem
Ausnehmungsgrund 185, 190 und der zweiten Schicht 125
Material der ersten Schicht 120 angeordnet ist. Dadurch ist die erste Ausnehmung 175 und die fünfte Ausnehmung 205 nach unten hin geschlossen.
In der ersten bis vierten Ausnehmung 175, 180, 195, 200 ist der jeweils zugeordnete erste bis vierte Leiterabschnitt,
135, 140, 145, 146 der ersten Leiterstruktur 110 angeordnet. In der fünften bis siebten Ausnehmung 205, 210, 211 ist der jeweils zugeordnete fünfte bis siebte Leiterabschnitt 155,
160, 165 der zweiten Leiterstruktur 115 angeordnet.
In der ersten Ausnehmung 175 ist zwischen dem ersten
Leiterabschnitt 135 ein erster Abschnitt 280 einer ersten Primerschicht 275 angeordnet. In der zweiten bis vierten Ausnehmung 180, 195, 200 ist jeweils ein zweiter bis vierter Abschnitt 295, 300, 301 der ersten Primerschicht 275 zwischen der ersten und zweiten Schicht 120, 125 und dem zweiten bis vierten Leiterabschnitt 140, 145, 146 angeordnet.
In der fünften Ausnehmung 205 ist zwischen dem fünften
Leiterabschnitt 155 ein erster Abschnitt 290 einer zweiten Primerschicht 285 angeordnet. In der sechsten und siebten Ausnehmung 210, 211 ist jeweils ein zweiter und dritter
Abschnitt 305, 310 der zweiten Primerschicht 285 zwischen dem sechsten und siebten Leiterabschnitt 160, 165 und der ersten und zweiten Schicht 120, 125 angeordnet.
Figur 3 zeigt einen Ausschnitt einer Schnittansicht durch die in den Figuren 1 und 2 gezeigte Heizeinrichtung 100 entlang einer in Figur 2 gezeigten ersten Schnittebene A-A.
Die zweite bis vierte Ausnehmung 180, 195, 200 sowie die sechste und siebte Ausnehmung 210, 211 werden jeweils in der ersten Schicht 120 durch einen Durchbruch 215, 220, 225, 230, 231 seitlich begrenzt und in der ersten Schicht 120
ausgebildet. Der Durchbruch 215, 220, 225, 230, 231 ist dabei schlitzartig beispielhaft in der ersten Schicht 120
angeordnet. Der Durchbruch 215, 220, 225, 230, 231 erstreckt sich dabei vollständig von einer Oberseite 252 der ersten Schicht 120 bis hin zu der zweiten Schicht 125. Dabei kann die zweite bis vierte Ausnehmung 180, 195, 200 sowie die sechste und siebte Ausnehmung 210, 211 zusätzlich in der zweiten Schicht 125 ferner durch eine Nut 235, 240, 245, 250, 251 unterseitig begrenzt werden. Alternativ kann auch die zweite und/oder bis vierte Ausnehmung 180, 195, 200 und/oder die sechste und/oder die siebte Ausnehmung 210, 211 durch eine Oberseite 255 der zweiten Schicht 125, an der im übrigen Bereich die erste Schicht 120 an der zweiten Schicht 125 anliegt, unterseitig begrenzt werden. Beispielhaft ist ein zweiter bis vierter Ausnehmungsgrund 260, 265, 270 sowie ein sechster und siebter Ausnehmungsgrund 271, 272 der jeweils zugeordneten zweiten bis vierten
Ausnehmung 180, 195, 200 sowie die sechste und siebte
Ausnehmung 210, 211 in der zweiten Schicht 125 angeordnet.
Durch die breite Ausgestaltung des zweiten bis vierten
Leiterabschnitts 140, 145, 146 sowie des sechsten und siebten Leiterabschnitts 160, 165 kann in Querrichtung eine breite Anbindung an die zweite Schicht 125 bereitgestellt werden.
Durch die in Längsrichtung abwechselnd versetzte Anordnung des zweiten bis vierten Leiterabschnitts 140, 145, 146 der ersten Leiterstruktur 110 sowie des sechsten und siebten Leiterabschnitts 160, 165 bildet die zweite Schicht 125 zwischen dem zweiten bis vierten Leiterabschnitt 140, 145,
146 der ersten Leiterstruktur 110 sowie dem sechsten und siebten Leiterabschnitt 160, 165 des zweiten Leiterabschnitts 140, beispielsweise zwischen dem zweiten Leiterabschnitt 140 und dem sechsten Leiterabschnitt 160, ein Widerstandselement 273 aus. Das Widerstandselement 273 erwärmt sich bei einem Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen der ersten
Leiterstruktur 110 und der zweiten Leiterstruktur 115 und gibt flächig Wärme ab.
Dabei kann durch die entsprechende Ausgestaltung einer
WerkstoffZusammensetzung und/oder einer geometrischen
Ausgestaltung der zweiten Schicht 125 sowie einer räumlichen Beabstandung in Längsrichtung des zweiten bis vierten
Leiterabschnitts 140, 145, 146 der ersten Leiterstruktur 110 sowie des sechsten und siebten Leiterabschnitts 160, 165 des zweiten Leiterabschnitts 140 ein elektrischer Widerstand des Widerstandselements 273 jeweils konstruktiv vordefiniert festgelegt werden.
Vorteilhafterweise wird die zweite Schicht 125 in ihrer zweiten Dicke d2 derart gewählt, dass der elektrische Widerstand des Widerstandselements 273 über eine vordefinierte Strecke, vorzugsweise zwischen dem zweiten Leiterabschnitt 140 und dem sechsten Leiterabschnitt 160 und/oder oder dem dritten Leiterabschnitt 145 und dem
sechsten Leiterabschnitt 165 und/oder zwischen dem dritten Leiterabschnitt 146 und dem siebten Leiterabschnitt 165 und/oder zwischen siebten Leiterabschnitt 165 und dem vierten Leiterabschnitt 145, einen (identischen ) Wert des
elektrischen Widerstands aufweist. In Abhängigkeit des elektrischen Widerstands kann eine Heizleistung der
Heizeinrichtung 100 auf einfache Weise durch eine
entsprechende geometrische Anpassung beispielsweise eine Änderung des Abstands zwischen den Leiterabschnitten 140,
145, 146, 155, 160, 165 angepasst werden.
Fakultativ kann auf der Oberseite 252 der ersten Schicht 120 eine Isolierschicht 274 angeordnet sein, die elektrisch isolierend ausgebildet ist und die Leiterstruktur 110, 115 gegenüber einer Umgebung elektrisch isoliert.
Figur 4 zeigt einen Ausschnitt einer Schnittansicht entlang einer in Figur 2 gezeigten zweiten Schnittebene B-B.
Die zweite Ausnehmung 180 und die erste Ausnehmung 175 sind miteinander verbunden. Dabei ist beispielhaft der zweite Ausnehmungsgrund 260 der zweiten Ausnehmung 180 nach unten hin versetzt zu dem ersten Ausnehmungsgrund 185 angeordnet.
Die erste Leiterstruktur 110 und die zweite Leiterstruktur 115 sind jeweils einstückig und materialeinheitlich
ausgebildet, sodass beispielhaft in Figur 3 der erste
Leiterabschnitt 135 und der zweite Leiterabschnitt 140 direkt ineinander übergehen. Der zweite Leiterabschnitt 140 ist dabei elektrisch mit der zweiten Schicht 125 verbunden. Der erste Leiterabschnitt 135 ist durch die erste Schicht 120 elektrisch von der zweiten Schicht 125 isoliert. Analog zu der in Figur 4 gezeigten Ausgestaltung ist ebenso der dritte und vierte Leiterabschnitt 145, 146 und der erste Leiterabschnitt 135 ausgebildet.
Figur 5 zeigt eine Schnittansicht entlang einer in Figur 2 gezeigten dritten Schnittebene C-C durch die in Figur 2 gezeigte Heizeinrichtung 100.
Die zweite Leiterstruktur 115 ist ähnlich wie die erste
Leiterstruktur 110 ausgebildet. Dabei ist der fünfte
Leiterabschnitt 155 in der ersten Schicht 120 in der fünften Ausnehmung 205 angeordnet. Der fünfte Ausnehmungsgrund 190 ist dabei oberhalb des sechsten Ausnehmungsgrunds 271 angeordnet. Der sechste Leiterabschnitt 160 ist elektrisch mit der zweiten Schicht 125 verbunden.
Durch die folienartige Ausgestaltung der Heizeinrichtung 100 eignet sich die Heizeinrichtung 100 besonders zum Erwärmen von großen Flächen, beispielsweise von aerodynamischen
Elementen, beispielsweise Tragflächen, Rotorblättern von Windenergieanlagen, Steuerflächen an Flugzeugen oder
Triebwerkseinläufen, um dort ein Anlegen von Eis und/oder ein Abschmelzen von Eis durch die Bereitstellung von Wärme durch die Heizeinrichtung 100 zu erzielen.
Figur 6 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur
Herstellung der in den Figuren 1 bis 5 beschriebenen
Heizeinrichtung 100.
Figur 7 zeigt eine schematische Darstellung der in den
Figuren 1 bis 5 gezeigten Heizeinrichtung 100 nach einem ersten Verfahrensschritt 400. Figur 8 zeigt eine schematische Darstellung der in den Figuren 1 bis 5 gezeigten
Heizeinrichtung 100 während eines zweiten Verfahrensschritts 405. Figur 9 zeigt eine schematische Darstellung der in den Figuren 1 bis 5 gezeigten Heizeinrichtung 100 nach einem dritten Verfahrensschritt 410. Figur 10 zeigt eine schematische Darstellung der in den Figuren 1 bis 5 gezeigten Heizeinrichtung 100 nach einem vierten Verfahrensschritt 415.
In dem ersten Verfahrensschritt 400 wird die Schichtanordnung 105 bereitgestellt. Die Schichtanordnung 105 kann dabei beispielsweise auf einer Rolle aufgewickelt sein. Die
Schichtanordnung 105 wird beispielsweise in einem Multi- Layer-Extrusionsverfahren in einem vor dem ersten
Verfahrensschritt 400 liegenden weiteren
Herstellungsverfahren hergestellt .
In dem Multi-Layer-Extrusionsverfahren werden die erste
Kunststoffmatrix 121, die zweite Kunststoffmatrix 126 und die dritte Kunststoffmatrix 131 zur selben Zeit in einen
plastisch-fließenden Zustand versetzt und in einem einzigen Prozess zu der mehrlagigen Schichtanordnung 105 ausgehärtet. Dabei bildet sich zwischen den einzelnen
Kunststoffma-t-ri-zes 121, 126, 131 jeweils eine
stoffschlüssige Verbindung aus, sodass die Schichtanordnung 105 besonders stabil ausgebildet ist.
Alternativ können die Schichten 120, 125, 130 jeweils auch separat hergestellt werden. In einem weiteren Teilschritt werden dann die separat hergestellten Schichten 120, 125, 130 aufeinander angeordnet und unter Hitzeeinwirkung miteinander verpresst. Dabei werden die Schichten 120, 125, 130
miteinander verschweißt, sodass die Schichten 120, 125, 130 stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Dieser Vorgang wird auch als thermische Laminierung bezeichnet. Hierbei ist von besonderem Vorteil, wenn die erste Kunststoffmatrix 121, die zweite Kunststoffmatrix 126 und die dritte
Kunststoffmatrix 131 im Wesentlichen einen identischen
Werkstoff aufweisen und/oder der jeweilige Werkstoff der jeweils aneinander angrenzenden Kunststoffmatrizes 121, 126, 131 mit der jeweils anderen Kunststoffmatrix 121, 126, 131 eine stoffschlüssige Verbindung ausbilden kann. Auch in diesem Verfahren wird eine Klebschicht zwischen den einzelnen Schichten 120, 125, 130 vermieden. Der Verzicht auf die
Klebschicht ist im weiteren Verfahren notwendig, um das in den folgenden Verfahrensschritten beschriebene Verfahren durchführen zu können.
In einem zweiten Verfahrensschritt 405 wird mittels einer gerichteten Hitzequelle 276, vorzugsweise mittels eines
Lasers, in die erste Schicht 120 die erste Ausnehmung 175 eingebracht. Durch die Hitzequelle 276 wird die erste
Kunststoffmatrix 121 verdampft und das erste Partikelmaterial 122 dadurch aktiviert, dass das erste Partikelmaterial 122 sich aus der ersten Kunststoffmatrix 121 löst und in der ersten Ausnehmung 175 den ersten Abschnitt 280 der ersten Primerschicht 275 ausbildet.
Dabei wird die Verweildauer des Fokus 277 der Hitzequelle 276 auf der ersten Schicht 120 so kurz gewählt, dass die erste Kunststoffmatrix 121 der ersten Schicht 120 nicht vollständig verdampft wird und der erste Ausnehmungsgrund 185 beabstandet zu der zweiten Schicht 125 angeordnet ist.
Ferner kann im zweiten Verfahrensschritt 405 ebenso die fünfte Ausnehmung 205 in die erste Schicht 120 analog zur Ausbildung der ersten Ausnehmung 175 eingebracht werden.
Dabei bildet sich ebenso in der fünften Ausnehmung 205 der erste Abschnitt 290 der zweiten Primerschicht 285 aus.
Die erste Primerschicht 275 bildet sich dadurch aus, dass durch das Abdampfen der ersten Kunststoffmatrix 121 die einzelnen Partikel des ersten Partikelmaterials 122
freigelegt werden und diese zumindest teilweise miteinander zu einer dünnwandigen Primerschicht 275, 285 verschmelzen.
Die Primerschicht 275, 285 ist dabei so dünn, dass sie ungeeignet ist, einen nennenswerten Strom zum Erwärmen der zweiten Schicht 125 zu übertragen. Die Primerschicht 275, 285 ist ferner Stoffschlüssig mit der ersten Kunststoffmatrix 121 verbunden .
In einem dritten Verfahrensschritt 410 wird mittels der
Hitzequelle 276 der Durchbruch 215, 220, 225, 230, 231 in die erste Schicht 120 eingebracht. Dabei ist die Verweildauer des Fokus 277 an einem Punkt oder einer Fläche der ersten Schicht 120 zur Ausbildung des Durchbruchs 215, 220, 225, 230 länger als zur Ausbildung der ersten und/oder der fünften Ausnehmung 175, 205. Dabei wird am Durchbruch 215, 220, 225, 230, 231 die erste Schicht 120 vollständig durchbrochen und nach dem Durchbruch durch die erste Schicht 120 die Nut 235, 240, 245, 250, 251 in die zweite Schicht 125 eingebracht. Durch die Ausbildung des Durchbruchs 215, 220, 225, 230, 231 und der Nut 235, 240, 245, 250, 251 wird die zweite bis vierte
Ausnehmung 180, 195, 200, sowie die sechste und die siebte Ausnehmung 210, 211 in der Schichtanordnung 105 erzeugt.
Dabei bildet sich durch das Abdampfen der ersten und zweiten Kunststoffmatrix 121, 126 aus dem ersten Partikelmaterial 122 in der zweiten bis vierten Ausnehmung 180, 195, 200, sowohl an einer Wandung des ersten bis dritten Durchbruchs 215, 220, 225 ein erster Teilbereich 302 als auch in der ersten bis dritten Nut 235, 240, 245 ein zweiter Teilbereich 303 des zweiten bis vierten Abschnitts 295, 300, 301 der ersten
Primerschicht 275 aus.
Ferner bildet sich durch das Abdampfen der ersten und zweiten Kunststoffmatrix 121, 126 aus dem ersten Partikelmaterial 122 in der sechsten und siebten Ausnehmung 210, 211 sowohl an einer Wandung des ersten bis dritten Durchbruch 215, 220, 225 ein dritter Teilbereich 311 als auch in der vierten und fünften Nut 250, 251 ein vierter Teilbereich 312 des zweiten und dritten Abschnitts 305, 310 der zweiten Primerschicht 285 aus In einem vierten Verfahrensschritt 415 wird auf die erste Primerschicht 275 ein erster elektrisch leitender Werkstoff 315 und auf die zweite Primerschicht 285 ein zweiter
elektrisch leitender Werkstoff 316 aufgalvanisiert . Die
Galvanisierung kann beispielsweise mittels eines Plasmas 320 aufweisend den elektrisch leitenden Werkstoff 315, 316 auf die Primerschicht 275, 285 aufgetragen werden, um die
Leiterstruktur 110, 115 auf der jeweils zugeordneten
Primerschicht 275, 285 abzuscheiden. Von besonderem Vorteil ist dabei, wenn eine Oberfläche 325 der Leiterstruktur 110, 115 in einer Ebene mit der Oberseite 252 der ersten Schicht 120 angeordnet ist.
In einem zusätzlichen fünften Verfahrensschritt 420 kann oberseitig auf die erste Leiterstruktur 110 und die Oberseite 252 der ersten Schicht 120 die Isolierschicht 274 aufgebracht werden .
Durch das beschriebene Herstellungsverfahren zur Herstellung der Heizeinrichtung 100 kann die Heizeinrichtung 100
besonders einfach und kostengünstig hergestellt werden.
Ferner ist die Heizeinrichtung 100 besonders flexibel und biegbar, sodass die Heizeinrichtung 100 beispielsweise mit einer unterseitig der dritten Schicht 130 angeordneten
Klebschicht auf eine Komponente, beispielsweise einen Rotor einer Windenergieanlage oder einer Struktur eines Flugzeugs aufgebracht werden kann. Ferner wird sichergestellt, dass die Heizeinrichtung 100 besonders dünnwandig ist und somit ein besonders flacher Übergang zwischen Bereichen mit der
Heizeinrichtung 100 und Bereichen ohne Heizeinrichtung 100 auf der Komponente sichergestellt werden kann.
Des Weiteren stellt das oben beschriebene
Herstellungsverfahren die Möglichkeit bereit, die Geometrie der Leiterstruktur 110, 115 frei zu definieren. Diese
Ausgestaltung ermöglicht, dass die Heizeinrichtung 100 flexibel an die Geometrie der Komponente, beispielsweise auch ohne parallel verlaufende Seitenflächen 150, 170 oder
Konturkanten, ausgebildet ist. Ferner kann die Leiterstruktur 110, 115 auch an Radien der Komponente angepasst werden.
Insbesondere können hierbei auch Radien der Komponente vollflächig beheizt werden.
Ferner hat die Heizeinrichtung 100 den Vorteil, dass durch eine Variation der Spannung die Heizeinrichtung 100 in einem Temperaturbereich von -30 °C bis 95 °C betrieben werden kann, ohne dass dadurch eine Beschädigung der Kunststoffmatrix 121, 126, 131 erfolgt. Ferner ist die Heizeinrichtung 100
geeignet, sowohl mit Gleichspannung als auch mit
Wechselspannung betrieben zu werden. Vorzugsweise beträgt eine angelegte Spannung zwischen der ersten Leiterstruktur 110 und der zweiten Leiterstruktur 115 beispielsweise 12 V oder 24 V oder 48 V. Auch sind andere elektrische Spannungen zwischen der ersten Leiterstruktur 110 und der zweiten
Leiterstruktur 115 denkbar. Ferner ist die elektrische
Spannung variierbar, sodass eine Heizleistung der
Heizeinrichtung 100 und somit eine durch die Heizeinrichtung 100 abgegebene Wärme flexibel an eine Umgebungstemperatur angepasst werden kann.
Figur 11 zeigt eine Schnittansicht entlang einer in Figur 2 gezeigten Schnittebene A-A durch eine Heizeinrichtung 100 gemäß einer zweiten Ausführungsform.
Die Heizeinrichtung 100 ist im Wesentlichen identisch zu der in den Figuren 1 bis 10 gezeigten Heizeinrichtung 100
ausgebildet. Ferner ist die fünfte bis siebte Ausnehmung 205, 210, 211 in der der jeweils zugeordnete fünfte bis siebte Leiterabschnitt 155, 160, 165 der zweiten Leiterstruktur 115 angeordnet ist, abweichend zu den vorhergehenden Figuren in der dritten Schicht 130 angeordnet. Dabei erstreckt sich die sechste und siebte Ausnehmung 210, 211 vollständig durch die dritte Schicht 130 während hingegen die fünfte Ausnehmung 205 nutartig und nach unten offen nur in der dritten Schicht 120 angeordnet ist.
Abweichend dazu ist die zweite Leiterstruktur 115 angrenzend an eine Unterseite 330 der Schichtanordnung 105 angeordnet. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Leiterstruktur 110, 115 in y-Richtung breiter als in Figur 2 gezeigt
ausgebildet werden kann. Dadurch kann die Heizeinrichtung 100 im Wesentlichen über die gesamte Breite der Heizeinrichtung 100 im Wesentlichen dadurch beheizt werden, dass sich die erste Leiterstruktur 110, und hierbei insbesondere der in y- Richtung sich erstreckende zweite bis vierte Leiterabschnitt 140, 145, 146, bis hin zur im Wesentlichen zur zweiten
Seitenfläche 170 erstrecken kann. Ebenso kann sich der sechste und siebte Leiterabschnitt 160, 165 vom fünften
Leiterabschnitt 155 bis hin zur ersten Seitenfläche 150 erstrecken .
In einer Weiterbildung ist die fünfte Ausnehmung 205 in z- Richtung direkt unterhalb der ersten Ausnehmung 175
angeordnet. Die anderen Ausnehmungen 180, 195, 200, 210, 211 sind wie in den oben beschriebenen Figuren in x-Richtung versetzt zueinander angeordnet.
Ferner ist die dritte Schicht 130 abweichend zu der in den Figuren 1 bis 10 beschriebenen Ausgestaltung der dritten Schicht 130 dahingehend andersartig ausgebildet, dass die dritte Schicht 130 zusätzlich zu der dritten Kunststoffmatrix 131 das erste Partikelmaterial 122 aufweist.
Figur 12 zeigt ein Ablaufdiagramm eines
Herstellungsverfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform zur Herstellung der in Figur 11 gezeigten Heizeinrichtung 100.
In einem ersten Verfahrensschritt 500 wird die
Schichtanordnung 105 bereitgestellt. Ein zweiter Verfahrensschritt 505 ist ähnlich zu dem in Figur 5 beschriebenen zweiten Verfahrensschritt 405 ausgebildet. Identisch zum zweiten Verfahrensschritt 405 des in Figur 5 beschriebenen Verfahrens ist, dass mittels der gerichteten Hitzequelle 276, vorzugsweise mittels des Lasers, in der ersten Schicht 120 durch das Verdampfen der ersten
Kunststoffmatrix 121 die erste Ausnehmung 175 eingebracht wird .
Abweichend zum zweiten Verfahrensschritt 405 des in Figur 5 beschriebenen Verfahrens wird ferner mittels der Hitzequelle 276 in der dritten Schicht 130 die fünfte Ausnehmung 205 in die dritte Schicht 130 eingebracht. Die fünfte Ausnehmung 205 kann dabei direkt unterhalb angrenzend an die erste
Seitenfläche 150 unter der ersten Ausnehmung 175 angeordnet sein. Alternativ ist selbstverständlich auch denkbar, so wie in Figur 10 gezeigt, dass die erste Ausnehmung 175 angrenzend an die erste Seitenfläche 150 und die fünfte Ausnehmung 205 angrenzend an die zweite Seitenfläche 170 und somit in
Querrichtung gegenüberliegend zur ersten Ausnehmung 175 angeordnet ist.
Ein dritter Verfahrensschritt 510 ist im Wesentlichen
identisch zu dem in Figur 5 beschriebenen dritten
Verfahrensschritt 410. Abweichend dazu werden die sechste und siebte Ausnehmung 210, 211, vorzugsweise der vierte und fünfte Durchbruch 230, 231mittels der Hitzequelle 276 in die dritte Schicht 130 eingebracht.
Ferner wird unterseitig in die zweite Schicht 125 oberhalb des vierten und fünften Durchbruchs 230, 231 der sechsten und siebten Ausnehmung 210, 211 die vierte Nut 250 und die fünfte Nut 251 der sechsten und siebten Ausnehmung 210, 211 durch das Abdampfen der zweiten Kunststoffmatrix 126 erzeugt.
Ein vierter Verfahrensschritt 515 entspricht im Wesentlichen dem in Figur 5 beschriebenen vierten Verfahrensschritt 415, wobei unterseitig der zweite elektrische Werkstoff 316 auf die zweite Primerschicht 285 aufgalvanisiert wird.
In einem zusätzlichen fünften Verfahrensschritt 520 kann oberseitig auf die erste Leiterstruktur 110 und die Oberseite 252 der ersten Schicht 120 die Isolierschicht 274 und auf eine Unterseite 330 eine weitere Isolierschicht 335
aufgebracht werden. Die weitere Isolierschicht 355 ist elektrisch isolierend ausgebildet und isoliert die zweite Leiterstruktur 115 elektrisch gegenüber der Umgebung.
Es wird darauf hingewiesen, dass die in Figuren 1 bis 11 beschriebene Heizeinrichtung 100 selbstverständlich auch andersartig ausgebildet sein kann. Beispielsweise kann jede Leiterstruktur 110, 115 zusätzlich einen Kontaktbereich zur elektrischen Kontaktierung aufweisen.
Auch wird darauf hingewiesen, dass einzelne Merkmale
weggelassen oder zusätzlich hinzugefügt werden können. Ferner wird auch darauf hingewiesen, dass selbstverständlich die Anzahl der Leiterabschnitte 135, 140, 145, 146, 155, 160, 165 sowie der Ausnehmungen 175, 180, 195, 200, 205, 210, 211 andersartig gewählt werden kann. Ferner kann auch eine andere Anzahl von Schichten 120, 125, 130 vorgesehen sein.
Figur 13 zeigt eine perspektivische Ansicht des Rotorblatts 30 mit einer Heizeinrichtung 100 gemäß einer dritten
Ausführungsform.
An einer äußeren Umfangsfläche 600 der Rotorblattstruktur 80 ist die Heizeinrichtung 100 angeordnet. Die Heizeinrichtung 100 bedeckt dabei vorzugsweise vollflächig die äußere
Umfangsfläche 600 der Rotorblattstruktur 80 entlang eines Profils der Rotorblattstruktur 80. Auch ist denkbar, dass die Rotorblattstruktur 80 nur in einem Teilbereich beispielsweise von einer Vorderkante 605 der Rotorblattstruktur 85 bis zu einer Staupunktlinie 606 von der Heizeinrichtung 100 bedeckt ist. Auch ist denkbar, dass an der äußeren Umfangsfläche 600 mehrere Heizeinrichtungen 100 vorgesehen sind, wobei die Heizeinrichtungen 100 vorzugsweise entsprechend zu ihrer Anordnungsposition an der äußeren Umfangsfläche 600 in ihrer Heizleistung angepasst sind . So ist beispielsweise denkbar, dass im Bereich der Vorderkante 605 bis zur Staupunktlinie 606 die Heizeinrichtung 100 eine höhere Heizleistung aufweist als beispielsweise eine weitere Heizeinrichtung 100 an einer Saugseite 607 oder Druckseite 608 zwischen der Staupunktlinie 606 und einer Hinterkante 609 des Rotorblatts 30.
Die Heizeinrichtung 100 ist ähnlich zu der in den Figuren 1 bis 12 beschriebenen Heizeinrichtung 100 ausgebildet.
Abweichend dazu weist die Heizeinrichtung 100 zusätzlich beispielhaft eine Klebschicht 610 und/oder wenigstens eine oberhalb der Klebschicht 610 angeordneten weitere Schicht 615, 620, 625, 630, 640 auf. Auf die Klebschicht 610 kann aber auch verzichtet werden.
Oberhalb der Klebschicht 610 kann beispielhaft eine
thermische Isolationsschicht 615 angeordnet sein. Die
thermische Isolationsschicht 615 ist mittels der Klebschicht 610 stoffschlüssig mit der äußeren Umfangsfläche 600 der Rotorblattstruktur 80 verbunden. Die thermische
Isolationsschicht 615 weist vorzugsweise eine erste
Wärmeleitfähigkeit mit einem ersten Wert auf, wobei
vorzugsweise der erste Wert in einem Bereich von 0,004 W/ (mK) und 0,1 W/ (mK) liegt.
Die thermische Isolationsschicht 615 verhindert eine
Wärmeübertragung zwischen der oberhalb auf einer der äußeren Umfangsfläche 600 abgewandten Seite der thermischen
Isolationsschicht 615 angeordneten Schichtanordnung 105 und der Rotorblattstruktur 80. Die thermische Isolationsschicht 615 bewirkt einen besonders hohen Wirkungsgrad der
Heizeinrichtung 100 zum Lösen von Eis auf dem Rotorblatt 30. Ferner verhindert die thermische Isolationsschicht 615 ein unnötiges Beheizen der Rotorblattstruktur 80. Ferner wird eine Überhitzung der Rotorblattstruktur 80 und eine
thermische Beschädigung der Rotorblattstruktur 80 durch die Heizeinrichtung 100 vermieden. Auf die thermische
Isolationsschicht 615 kann aber auch verzichtet werden.
Auf der thermischen Isolationsschicht 615 ist oberseitig eine Sensorschicht 620 angeordnet. Auf die Sensorschicht 620 kann aber auch verzichtet werden.
Oberseitig der Sensorschicht 620 ist die Schichtanordnung 105 angeordnet. Dabei ist die Sensorschicht 620 zwischen der dritten Schicht 130 und der thermischen Isolationsschicht 615 angeordnet .
Oberhalb der Schichtanordnung 105 ist auf der ersten Schicht 120 der Schichtanordnung 105 eine Wärmeleitschicht 625 angeordnet. Auf die Wärmeleitschicht 625 kann alternativ auch verzichtet werden. Die Wärmeleitschicht 625 weist eine zweite Wärmeleitfähigkeit mit einem zweiten Wert auf, wobei der zweite Wert in einem Bereich von 0,3 W/ (mK) bis 400 W/ (mK) liegt .
Oberhalb der Wärmeleitschicht 625 ist eine Blitzschutzschicht 630 angeordnet. Die Blitzschutzschicht 630 weist ein Gewebe 635 auf. Das Gewebe 635 weist wenigstens einen der folgenden Werkstoffe auf: Metall, Kupfer, Stahl, Aluminium, elektrisch leitendes Polymer, Bronze.
Oberhalb der Blitzschutzschicht 630 weist die Heizeinrichtung 100 fakultativ eine Haftvermittlungsschicht 640 auf. Auf die Haftvermittlungsschicht 640 kann alternativ auch verzichtet werden .
Auf der Haftvermittlungsschicht 640 ist oberseitig eine
Schutzschicht 645 angeordnet. Die Schutzschicht 645 weist eine zur Umgebung 655 zugewandte Oberseite 650 auf. Die Schutzschicht 645 dient dazu, die unterhalb der Schutzschicht 645 angeordneten Schichten 610, 620, 120, 125, 130, 625, 630, 640 vor Umwelteinflüssen zu schützen.
Figur 14 zeigt eine perspektivische Ansicht der in Figur 13 gezeigten Heizeinrichtung 100.
Die Sensorschicht 620 weist eine erste Aussparung 660, wenigstens eine zweite Aussparung 665 und beispielhaft eine dritte Aussparung 670 auf. Die Aussparung 660, 665, 670 kann dabei nutartig ausgebildet sein. Dabei ist die Aussparung 660, 665, 670 auf einer zur Schichtanordnung 105 zugewandten Seite der Sensorschicht 620 hin offen. Von Vorteil ist, wenn die Schichtanordnung 105 und die Leiterstruktur 110, 115 wie in den Figuren 6 bis 11 beschrieben ist, die Aussparung 660, 665, 670 versetzt zu der (zweiten) Leiterstruktur 115
angeordnet ist.
Von besonderem Vorteil ist, wenn die Aussparung 660, 665, 670 nach unten hin in Richtung der thermischen Isolationsschicht 615 geschlossen ist. Alternativ kann auch die Aussparung 660, 665, 670 nach unten hin zur thermischen Isolierschicht 615 geöffnet sein. Auch kann die Aussparung 660, 665, 670 als Durchbruch in der Sensorschicht 620 ausgebildet sein. Die erste Aussparung 660 und die dritte Aussparung 670 sind beispielsweise parallel zueinander in y-Richtung versetzt zueinander angeordnet. Die erste Aussparung 660 und die dritte Aussparung 670 erstrecken sich beispielsweise in x- Richtung. Die zweite Aussparung 665 verbindet die erste
Aussparung 660 mit der dritten Aussparung 670.
Die Heizeinrichtung 100 weist ferner eine erste
Anschlussstruktur 675 und eine zweite Anschlussstruktur 680 auf. Die Anschlussstruktur 675, 680 ist elektrisch leitend ausgebildet und weist einen dritten elektrisch leitenden Werkstoff 681 auf. Die erste Anschlussstruktur 675 ist mit dem ersten Eingang 50 über die erste Verbindung 65 und die zweite Anschlussstruktur 680 ist mit dem zweiten Eingang 66 des Steuergeräts 45 über die zweite Verbindung 65 verbunden. Die erste Anschlussstruktur 675 ist in der ersten Aussparung 660 angeordnet. In der dritten Aussparung 670 ist die zweite Anschlussstruktur 680 angeordnet.
Die Heizeinrichtung 100 umfasst ferner einen Sensor 685. Der Sensor 685 dient zu Detektion von Eis auf der Oberseite 650 der Heizeinrichtung 100.
Der Sensor 685 ist an einer ersten Seite mit der ersten
Anschlussstruktur 675 und einer zweiten Seite mit der zweiten Anschlussstruktur 680 elektrisch verbunden. Die elektrische Verbindung kann dabei derart ausgebildet sein, dass die
Anschlussstruktur 675, 680 jeweils eine Kontaktflache 690,
695 aufweist, wobei eine Sensorelektrode 700, 705 des Sensors 685 auf der jeweils zugeordneten Kontaktflache 690, 695 aufliegt und eine elektrische Verbindung der jeweiligen
Sensorelektrode 700, 705 mit der Kontaktflache 690, 695 ausbildet .
Durch die Verbindung der ersten Aussparung 660 mit der zweiten Aussparung 665 sowie der zweiten Aussparung 665 mit der dritten Aussparung 670 kann die Sensorschicht 620
besonders dünn ausgebildet werden und eine zuverlässige
Detektion von Eis durch den Sensor 685 auf dem Rotorblatt 30 ermittelt werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass selbstverständlich weitere Anschlussstrukturen und weitere Sensoren vorgesehen sein können, um an unterschiedlichen Positionen des Rotorblatts 30 Eis am Rotorblatt 30 zu erfassen.
Von besonderem Vorteil ist hierbei, wenn die Sensorschicht 620 eine vierte Kunststoffmatrix 710 und das erste
Partikelmaterial 122 aufweist. Die Schichtanordnung 105 sowie die erste und zweite
Leiterstruktur 110, 115 können wie in den Figuren 2 bis 6 gezeigt ausgebildet sein und hergestellt werden. Alternativ kann die Schichtanordnung 105 ebenso wie in den Figuren 7 bis 12 beschrieben ausgebildet sein und hergestellt werden.
Die Wärmeleitschicht 625 weist eine fünfte Kunststoffmatrix 715 auf. Die fünfte Kunststoffmatrix 715 weist
vorteilhafterweise Thermoplast und/oder Duroplast und/oder Elastomer und/oder wärmeleitfähiges Polymer als Werkstoff auf. Zusätzlich kann in der fünften Kunststoffmatrix 715 ein drittes Partikelmaterial 720 eingebettet sein. Das dritte Partikelmaterial 720 kann eine wärmeleitfähige Keramik aufweisen .
Durch die hohe zweite Wärmeleitfähigkeit wird sichergestellt, dass die in der Schichtanordnung 105 erzeugte Wärme besonders zuverlässig aus der Schichtanordnung 105 und der unter der Wärmeleitschicht 625 angeordneten Leiterstruktur 110, 115 nach oben in Richtung der Oberseite 650 der Heizeinrichtung 100 abgeführt werden kann. Dadurch wirkt die Heizeinrichtung 100 besonders effizient zum Schmelzen von Eis auf der
Oberseite 650.
Die Blitzschutzschicht 630 dient zur Ausbildung eines
faradayschen Käfigs um das Rotorblatt 30. Die
Blitzschutzschicht 630 weist vorteilhafterweise, wie oben beschrieben, das Gewebe 635 auf, das bei einem Blitzeinschlag zuverlässig eine elektrische Energie des Blitzes ableitet und so eine Zerstörung des Rotorblatts 30 und der Heizeinrichtung 100 zuverlässig verhindert.
Dabei kann zusätzlich die Blitzschutzschicht 630 eine sechste Kunststoffmatrix 725 aufweisen, in der das Gewebe 635
eingebettet ist. Alternativ kann auch das Gewebe 635
zumindest abschnittsweise in der fünften Kunststoffmatrix 715 der Wärmeleitschicht 625 und/oder in einer siebten Kunststoffmatrix 730 der Haftvermittlungsschicht 640
eingebettet sein. Die siebte Kunststoffmatrix 730 weist wenigstens einen der folgenden Werkstoffe auf: Thermoplast, Duroplast, Elastomer.
Die Haftvermittlungsschicht 640 ist oberseitig auf der
Blitzschutzschicht 630 angeordnet. Die
Haftvermittlungsschicht 640 dient dazu, die Schutzschicht 645 zuverlässig Stoffschlüssig mit der Blitzschutzschicht 630 zu verbinden. Auch kann die Schutzschicht 645 direkt mit der Blitzschutzschicht 630 verbunden sein und auf die
Haftvermittlungsschicht 640 zwischen der Schutzschicht 645 und der Blitzschutzschicht 630 verzichtet werden.
Die Schutzschicht 645 kann beispielsweise folienartig
ausgebildet sein. Auch kann die Schutzschicht 645 als Lack ausgebildet sein. Die Schutzschicht 645 weist eine achte Kunststoffmatrix 735 und vorzugsweise einen Füllstoff 740 auf. Die achte Kunststoffmatrix 735 weist wenigstens einen der folgenden Werkstoffe auf: Duroplast, Thermoplast,
Elastomer. Der Füllstoff 740 ist in der achten
Kunststoffmatrix 735 eingebettet. Der Füllstoff 740 dient dazu, eine besonders abriebfeste Schutzschicht 645
bereitzustellen. Der Füllstoff 740 kann beispielsweise als fünftes Partikelmaterial ausgebildet sein. Der Füllstoff 740 weist vorzugsweise eine abriebfeste Keramik auf.
Im Betrieb der Windenergieanlage 10 wird mittels des Sensor 685 das Vorhandensein von Eis auf der Oberseite 650 des
Rotorblatts 30 überwacht. Dazu misst der Sensor 685 einen elektrischen Widerstand der oberhalb des Sensors 685
angeordneten Schichten 645, 640, 630, 625, 120, 125, 130 und stellt ein korrespondierend zum elektrischen Widerstand gemessenes Signal bereit. Das Signal wird über die
Anschlussstruktur 675, 680 an den Eingang 50, 51 des
Steuergeräts 45 übertragen. Das Steuergerät 45 erfasst das Signal. Das Steuergerät 45 kann das Signal mit einem vordefinierten, im Steuergerät 45 abgelegten Schwellenwert vergleichen. Das Steuergerät 45 steuert in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleichs eine am Ausgang 55, 60
bereitgestellte elektrische Energie zur Aktivierung der
Heizeinrichtung 100.
Auch kann das Steuergerät 45 als Regeleinrichtung ausgebildet sein, wobei als Istgröße das Signal des Sensors 685 dient.
Als Sollgröße kann in dem Steuergerät 45 ein vordefinierte Sollwert abgelegt sein, der mit einer eisfreien Oberseite 650 des Rotorblatts 30 korreliert. Dabei regelt das Steuergerät 45 die am Ausgang 55, 60 bereitgestellte elektrische Energie in Abhängigkeit der Ist- und der Sollgröße.
Bei Aktivierung der Heizeinrichtung 100 erwärmt sich die zweiten Schicht 125. Durch die thermische Isolationsschicht 615 wird sichergestellt, dass die Rotorblattstruktur 80 im Wesentlichen durch die zweite Schicht 125 der Heizeinrichtung 100 nicht erwärmt wird. Ferner wird durch die
Wärmeleitschicht 625 sichergestellt, dass die in der zweiten Schicht 125 erzeugte Wärme aus der Schichtanordnung 105 und der Leiterstruktur 110, 115 zuverlässig nach außen zur
Oberseite 650 abtransportiert wird, sodass eine Überhitzung der Schichtanordnung 105 vermieden wird. Ferner wird
sichergestellt, dass im Wesentlichen die in der zweiten
Schicht 125 erzeugte Wärme im Wesentlichen vollständig dazu genutzt wird, Eis an der Oberseite 650 des Rotorblatts 30 abzuschmelzen und/oder ein Anfrieren von Flüssigkeit, insbesondere Wasser, beispielsweise an der Saug- oder
Druckseite 607, 608 nach Abschmelzen von Eis beispielsweise an der Vorderkante 605 zu verhindern.
Auch dient das metallische Gewebe 635 der Blitzschutzschicht 630 als Wärmeleiter, um die Wärme aus der Wärmeleitschicht 625 zur Oberseite 650 weiter abzuführen. Durch die in den Figuren 1 bis 13 gezeigte Ausgestaltung der Heizeinrichtung 100 wird eine sehr oberflächennahe Erwärmung des Rotorblatt 30 erzielt. Ferner wird die Wärme flächig erzeugt, sodass die zweite Schicht 125 sich insgesamt geringer als, beispielsweise eine mit Kupferwendeln
ausgebildete Heizeinrichtung, erwärmt. Dadurch wird eine Beschädigung der Rotorblattstruktur 80, insbesondere einer Trägermatrix der Rotorblattstruktur 80 vermieden.
Ferner kann die Heizeinrichtung 100 auf einfache Weise an eine geometrische Ausgestaltung der Rotorblattstruktur 80 angepasst werden. Des Weiteren weist die Heizeinrichtung 100 eine geringe Gesamtdicke auf, sodass eine Profilveränderung durch die Heizeinrichtung 100 einfach in der Auslegung des Rotorblatts 30 berücksichtigt werden kann. Ebenfalls kann kostengünstig vollständig die gesamte äußere Umfangsfläche 600 der Rotorblattstruktur 80 beheizt werden. Auch kann die Heizeinrichtung 100 besonders einfach dahingehend angepasst werden, dass mehrere Heizeinrichtungen 100 an dem Rotorblatt 30 vorgesehen sind, um lokal unterschiedlich das Rotorblatt 30 zu beheizen.
Figur 15 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur
Herstellung der in den Figuren 13 und 14 gezeigten
Heizeinrichtung 100.
Ein erster bis fünfter Verfahrensschritt 800 bis 820 des Verfahrens zur Herstellung der Heizeinrichtung 100 sind identisch zu den in Figur 6 und in Figur 12 beschriebenen ersten bis fünften Verfahrensschritt 400 bis 420 und 500 bis 520.
In einem sechsten Verfahrensschritt 825 wird die
Sensorschicht 620 mit der vierten Kunststoffmatrix 710 und dem ersten Partikelmaterial 122 bereitgestellt. Die vierte Kunststoffmatrix 710 kann dabei identisch zur ersten
Kunststoffmatrix 121 sein. In einem siebten Verfahrensschritt 830 wird der zweite
Verfahrensschritt 405, 505 analog zur Ausbildung der
Aussparung 660, 665, 670 wiederholt und die Aussparung 660, 665, 670 mittels der Hitzequelle 276 in der vierten
Kunststoffmatrix 710 erzeugt. Dabei wird die vierte
Kunststoffmatrix 710 derart verdampft, dass sich in der
Aussparung 660, 665, 670 eine dritte Primerschicht 745 aus dem ersten Partikelmaterial 745 ausbildet.
In einem achten Verfahrensschritt 835 wird der dritte
Verfahrensschritt 410, 510 analog zur Ausbildung der
Anschlussstruktur 675, 680 wiederholt, wobei auf der dritten Primerschicht 745 der dritter elektrisch leitender Werkstoff 681 zur Ausbildung des Anschlussstruktur 675, 680
beispielsweise mittels Galvanisierung oder des Plasmas 320 abgeschieden wird.
In einem neunten Verfahrensschritt 840 wird der Sensor 685 in die zweite Aussparung 665 eingelegt und die Sensorelektrode 700, 705 derart positioniert, dass die Sensorelektrode 700, 705 jeweils auf der Kontaktflache 690, 695 der
Anschlussstruktur 675, 680 aufliegt.
In einem zehnten Verfahrensschritt 845 wird unterseitig der Sensorschicht 620 die thermische Isolationsschicht 615 aufgebracht. Dabei kann die thermische Isolationsschicht 615 beispielsweise thermisch mit der Sensorschicht 620 laminiert werden. Auch kann die thermische Isolationsschicht 615 beispielsweise mittels einer zusätzlichen weiteren
Klebschicht (nicht dargestellt) mit der Sensorschicht 620 verbunden werden.
In einem elften Verfahrensschritt 850 wird die Klebschicht 610 unterseitig auf die thermische Isolationsschicht 615 aufgebracht. Zusätzlich kann zum weiteren Transport in der Fertigung der Heizeinrichtung 100 unterseitig der Klebschicht 610 ein Folienliner 755 auf die Klebschicht 610 aufgebracht werden, um ein Verkleben der Klebschicht 610 an Komponenten einer Fertigungsanlage zu verhindern. Auch wird durch den Folienliner 755 eine Verschmutzung der Klebschicht 610 zuverlässig vermieden. Die Klebschicht 610, die thermische Isolationsschicht 615 und die Sensorschicht 620 bilden in diesem Zustand eine weitere Schichtanordnung 759 aus.
In einem zwölften Verfahrensschritt 855 wird die
Wärmeleitschicht 625 beispielsweise mittels eines
Extrusionsverfahren oder einem Spritzverfahren hergestellt.
In einem dreizehnten Verfahrensschritt 860 wird zur
Herstellung der Blitzschutzschicht 630 das Gewebe 635 in die sechste Kunststoffmatrix 730 einlaminiert. Alternativ wird das Gewebe 630 bereitgestellt.
In einem dreizehnten Verfahrensschritt 860 wird die
Haftvermittlungsschicht 640 in einem Extrusionsverfahren oder einem Spritzverfahren hergestellt.
In einem vierzehnten Verfahrensschritt 865 wird die
Wärmeleitschicht 625, die Blitzschutzschicht 630 und die Haftvermittlungsschicht 640 beispielsweise in weiteren thermischem Laminierverfahren miteinander zu einem weiteren zusätzlichen Schichtanordnung 760 verbunden. Auch kann alternativ bei der Laminierung des metallischen Gewebes 635 die sechste Kunststoffmatrix 725 - vor Aushärten der sechsten Kunststoffmatrix 725 - die Haftvermittlungsschicht 640 auf der einen Seite des metallischen Gewebes 635 und die
Wärmeleitschicht 625 auf der anderen Seite des metallischen Gewebes 635 an die sechste Kunststoffmatrix 725 angepresst werden, sodass die sechste Kunststoffmatrix 725 beim
Aushärten die Haftvermittlungsschicht 640 mit der
Wärmeleitschicht 625 Stoffschlüssig verbindet. In einem fünfzehnten Verfahrensschritt 870 wird die
Schichtanordnung 105 zwischen der Wärmeleitschicht 625 und der Sensorschicht 620 angeordnet und Stoffschlüssig mit der Wärmeleitschicht 625 und der Sensorschicht 620 in weiteren thermischen Laminierverfahren oder einem Laminierverfahren mit zusätzlicher Einbringung von Klebstoff zwischen der ersten Schicht 120 und der Wärmeleitschicht 625 und der dritten Schicht 130 und der Sensorschicht 620 laminiert.
In einem sechzehnten Verfahrensschritt 875 wird der
Folienliner 755 abgezogen und die Heizeinrichtung 100 die äußere Umfangsfläche 600 der Rotorblattstruktur 80
aufgebracht und verpresst.
In einem siebzehnten Verfahrensschritt 880 kann zusätzlich auf die Haftvermittlungsschicht 640 die Schutzschicht 645 auflackiert werden oder Schutzschicht 645 in Form einer Folie aufgebracht werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass die in Figur 15
beschriebenen Verfahrensschritte beispielhaft sind und selbstverständlich eine andere Reihenfolge gewählt werden kann. Auch wird darauf hingewiesen, dass auf einzelne
Schichten verzichtet werden kann oder zusätzliche Schichten vorgesehen sein können.
Ferner wird darauf hingewiesen, dass die in den Figuren 1 bis 15 beschrieben Merkmale beispielhaft sind und auch
andersartig ausgebildet sein können. Insbesondere können zusätzliche nicht gezeigte Merkmale vorgesehen sein und/oder auf einzelne oben beschriebene Merkmale verzichtet werden. Bezugszeichenliste
5 Koordinatensystem
10 Windenergieanlage
15 Turm
20 Gondel
25 Rotor
30 Rotorblatt
35 Spinner
40 Generator
41 Wind
45 Steuergerät
50 erster Eingang
51 zweiter Eingang
55 erster Ausgang
60 zweiter Ausgang
65 erste Verbindung
66 zweite Verbindung
70 dritte Verbindung
75 vierte Verbindung
80 Rotorblattstruktur
85 erster Anschluss
90 zweiter Anschluss
100 Heizeinrichtung
105 Schichtanordnung
110 erste Leiterstruktur 115 zweite Leiterstruktur
120 erste Schicht
121 erste Kunststoffmatrix
122 erstes Partikelmaterial
125 zweite Schicht
126 zweite Kunststoffmatrix
127 zweites Partikelmaterial
130 dritte Schicht
131 dritte Kunststoffmatrix 135 erster Leiterabschnitt 140 zweiter Leiterabschnitt 145 dritter Leiterabschnitt
146 vierter Leiterabschnitt
150 erste Seitenfläche
155 fünfter Leiterabschnitt
160 sechster Leiterabschnitt
165 siebter Leiterabschnitt
170 zweite Seitenfläche
175 erste Ausnehmung
180 zweite Ausnehmung
185 erster Ausnehmungsgrund
190 fünfter Ausnehmungsgrund
195 dritte Ausnehmung
200 vierte Ausnehmung
205 fünfte Ausnehmung
210 sechste Ausnehmung
211 siebte Ausnehmung
215 erster Durchbruch der zweiten Ausnehmung 220 zweiter Durchbruch der dritten Ausnehmung 225 dritter Durchbruch der vierten Ausnehmung
230 vierter Durchbruch der sechsten Ausnehmung
231 fünfter Durchbruch der siebten Ausnehmung 235 erste Nut der zweiten Ausnehmung
240 zweite Nut der dritten Ausnehmung
245 dritte Nut der vierten Ausnehmung
250 vierte Nut der sechsten Ausnehmung
251 fünfte Nut der siebten Ausnehmung
252 Oberseite der ersten Schicht
255 Oberseite der zweiten Schicht
260 zweiter Ausnehmungsgrund
265 dritter Ausnehmungsgrund
270 vierter Ausnehmungsgrund
271 sechster Ausnehmungsgrund
272 siebter Ausnehmungsgrund
273 Widerstandselement
274 Isolierschicht
275 erste Primerschicht
276 Hitzequelle 277 Fokus
280 erster Abschnitt der ersten Anlageschicht 285 zweite Primerschicht
290 erster Abschnitt der zweiten Anlageschicht 295 zweiter Abschnitt der ersten Anlageschicht
300 dritter Abschnitt der ersten Anlageschicht
301 vierter Abschnitt der ersten Anlageschicht
302 erster Teilbereich
303 zweiter Teilbereich
305 zweiter Abschnitt der zweiten Anlageschicht
310 dritter Abschnitt der zweiten Anlageschicht
311 dritter Teilbereich
312 vierter Teilbereich
315 erster elektrisch leitender Werkstoff
316 zweiter elektrisch leitender Werkstoff 320 Plasma
325 Oberfläche
330 Unterseite
335 weitere Isolierschicht
400 erster Verfahrensschritt
405 zweiter Verfahrensschritt
410 dritter Verfahrensschritt
415 vierter Verfahrensschritt
500 erster Verfahrensschritt
505 zweiter Verfahrensschritt
510 dritter Verfahrensschritt
515 vierter Verfahrensschritt
520 fünfter Verfahrensschritt
600 äußere Umfangsfläche
605 Vorderkante
606 Staupunktlinie
607 Saugseite
608 Druckseite
609 Hinterkante 610 Klebschicht
615 thermische Isolationsschicht
620 Sensorschicht
625 Wärmeleitschicht
630 Blitzschutzschicht
635 Gewebe
640 Haftvermittlungsschicht
645 Schutzschicht
650 Oberseite
655 Umgebung
660 erste Aussparung
665 zweite Aussparung
670 dritte Aussparung
675 erste Anschlussstruktur
680 zweite Anschlussstruktur
681 dritter elektrisch leitender Werkstoff 685 Sensor
690 Kontaktflache
695 Kontaktflache
700 Sensorelektrode
705 Sensorelektrode
710 vierte Kunststoffmatrix
715 fünfte Kunststoffmatrix
720 vierte Partikelmaterial
725 sechste Kunststoffmatrix
730 siebte Kunststoffmatrix
735 achte Kunststoffmatrix
740 Füllstoff
745 dritte Primerschicht
755 Folienliner
759 weitere Schichtanordnung
760 zusätzliche weitere Schichtanordnung
800 erster Verfahrensschritt
805 zweiter Verfahrensschritt
810 dritter Verfahrensschritt
815 vierter Verfahrensschritt 820 fünfter Verfahrensschritt 825 sechster Verfahrensschritt 830 siebter Verfahrensschritt 835 achter Verfahrensschritt 840 neunter Verfahrensschritt 845 zehnter Verfahrensschritt 850 elfter Verfahrensschritt 855 zwölfter Verfahrensschritt 860 dreizehnter Verfahrensschritt 865 vierzehnter Verfahrensschritt 870 fünfzehnter Verfahrensschritt 875 sechzehnter Verfahrensschritt 880 siebzehnter Verfahrensschritt

Claims

Patentansprüche
1. Heizeinrichtung (100) für ein Rotorblatt (30) einer
Windenergieanlage (10),
- wobei die Heizeinrichtung eine Schichtanordnung (105) und eine Leiterstruktur (110) umfasst,
- wobei die Schichtanordnung (105) eine erste Schicht (120) und wenigstens eine zweite Schicht (125) umfasst,
- wobei die erste Schicht (120) wenigstens ein erstes Partikelmaterial (122) und eine erste
Kunststoffmatrix (121) umfasst,
- wobei das erste Partikelmaterial (122) in der ersten Kunststoffmatrix (121) eingebettet ist,
- wobei die zweite Schicht (125) elektrisch leitend
ausgebildet ist,
- wobei in der ersten Schicht (120) ein Durchbruch
(215, 225) angeordnet ist,
- wobei in der ersten Schicht (120) eine Ausnehmung
(175) angeordnet ist,
- wobei der Durchbruch (215, 225) und die Ausnehmung (175) miteinander verbunden sind,
- wobei ein Ausnehmungsgrund (185) der Ausnehmung (175) beabstandet zu der zweiten Schicht (125) angeordnet ist,
- wobei in der Ausnehmung (175) und dem Durchbruch
(215, 225) die Leiterstruktur (110, 115) angeordnet ist,
- wobei die Leiterstruktur (110, 115) zumindest
abschnittsweise elektrisch mit der zweiten Schicht (125) verbunden ist.
2. Heizeinrichtung (100) nach Anspruch 1,
- aufweisend eine weitere Leiterstruktur (115),
- wobei in der ersten Schicht (120) ein weiterer
Durchbruch (220, 230) und eine weitere Ausnehmung (205) angeordnet sind, - wobei der weitere Durchbruch (220, 230) versetzt zu dem Durchbruch (215, 225) und die weitere Ausnehmung (205) versetzt zu der Ausnehmung (175) angeordnet sind,
- wobei ein weiterer Ausnehmungsgrund (190) der
weiteren Ausnehmung (205) beabstandet zu der zweiten Schicht (125) angeordnet ist,
- wobei der weitere Durchbruch (220, 230) und die
weitere Ausnehmung (205) verbunden sind,
- wobei im weiteren Durchbruch (220, 230) und in der weiteren Ausnehmung (205) die weitere Leiterstruktur (115) angeordnet ist,
- wobei die weitere Leiterstruktur (115) zumindest
abschnittsweise elektrisch mit der zweiten Schicht (125) verbunden ist.
3. Heizeinrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2,
- aufweisend eine weitere Leiterstruktur (115),
- wobei die Schichtanordnung (105) eine dritte Schicht (130) aufweist,
- wobei die zweite Schicht (125) zwischen der ersten Schicht (120) und der dritten Schicht (130)
angeordnet ist,
- wobei die dritte Schicht (130) eine dritte
Kunststoffmatrix (131) und das erste Partikelmaterial (122) aufweist,
- wobei in der dritten Schicht (130) ein weiterer
Durchbruch (220, 230) und eine weitere Ausnehmung (205) angeordnet sind,
- wobei ein weiterer Ausnehmungsgrund (190) der
weiteren Ausnehmung (205) beabstandet zu der zweiten Schicht (125) angeordnet ist,
- wobei der weitere Durchbruch (220, 230) und die
weitere Ausnehmung (205) miteinander abschnittsweise verbunden sind, - wobei im weiteren Durchbruch (220, 230) und in der weiteren Ausnehmung (205) die weitere Leiterstruktur (115) angeordnet ist,
- wobei die weitere Leiterstruktur (115) zumindest
abschnittsweise elektrisch mit der zweiten Schicht (125) verbunden ist.
4. Heizeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
- wobei die Ausnehmung (175) geneigt zu dem Durchbruch (215, 225) angeordnet ist.
5. Heizeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
- aufweisend eine Sensorschicht (620), eine
Anschlussstruktur (675, 680) und wenigstens einen Sensor (685) ,
- wobei die Sensorschicht (620) eine erste Aussparung (660) und eine zweite Aussparung (665) umfasst,
- wobei die erste Aussparung (660) mit der zweiten
Aussparung (665) verbunden ist,
- wobei die Anschlussstruktur (675, 680) mit dem Sensor (685) elektrisch verbunden ist,
- wobei der Sensor (685) in der zweiten Aussparung
(665) und die Anschlussstruktur (675, 680) in der ersten Aussparung (660) angeordnet ist.
6. Heizeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
- aufweisend wenigstens eine thermische
Isolationsschicht (615),
- wobei die thermische Isolationsschicht (615)
ausgebildet ist, die Schichtanordnung (105) an zumindest einer Seite thermisch zu isolieren,
- wobei die thermische Isolationsschicht (615) eine
Wärmeleitfähigkeit mit einem Wert aufweist, wobei der Wert in einem Bereich von 0,004 W/ (mK) und 0,1 W/ (mK) ist .
7. Heizeinrichtung (100) nach Anspruch 6,
- wobei die Sensorschicht (620) zwischen der
thermischen Isolationsschicht (615) und der
Schichtanordnung (105) angeordnet ist.
8. Heizeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
- aufweisend eine Wärmeleitschicht (625),
- wobei die Wärmeleitschicht (625) vorzugsweise
wenigstens einen der folgenden Werkstoffe aufweist:
- Thermoplast,
- Duroplast,
- Elastomer
- wärmeleitende Keramik,
- wobei die Wärmeleitschicht (625) eine
Wärmeleitfähigkeit mit einem Wert aufweist, wobei der Wert in einem Bereich von 0,3 W/ (mK) und 400 W/ (mK) liegt,
- wobei die Wärmeleitschicht (625) die Leiterstruktur (110, 115) auf einer zur zweiten Schicht (125) abgewandten Seite elektrisch isoliert,
- wobei die Wärmeleitschicht (625) ausgebildet ist, Wärme aus Schichtanordnung (105) und/oder der
Leiterstruktur (110, 115) abzuführen.
9. Heizeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
- aufweisend eine Blitzschutzschicht (630),
- wobei die Blitzschutzschicht (630) vorzugsweise
wenigstens ein Gewebe (635) aus einem der folgenden Werkstoffe aufweist:
- Metall, Kupfer, Stahl, Aluminium, elektrisch
leitendes Polymer, - wobei die Blitzschutzschicht (630) auf einer zur
Schichtanordnung (105) abgewandten Seite der
Wärmeleitschicht (625) angeordnet ist und mit der
Wärmeleitschicht (625) verbunden ist.
10. Heizeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
- aufweisend eine Schutzschicht (645),
- wobei die Schutzschicht (645) oberseitig der
Schichtanordnung (105) angeordnet ist und mit der
Schichtanordnung (105) gekoppelt ist,
- wobei die Schutzschicht (645) wenigstens eine weitere Kunststoffmatrix (735) und einen Füllstoff (740) aufweist,
- wobei der Füllstoff (740) in der weiteren
Kunststoffmatrix (735) eingebettet ist,
- wobei die weitere Kunststoffmatrix (735) vorzugsweise wenigstens einen der folgenden Werkstoffe aufweist:
- Thermoplast,
- Duroplast,
- Elastomer.
11. Heizeinrichtung (100) nach Anspruch 10,
- wobei zwischen der Schutzschicht (645) und der
Blitzschutzschicht (630) eine Haftvermittlungsschicht (640) angeordnet ist,
- wobei die Haftvermittlungsschicht (640) die
Schutzschicht (645) mit der Blitzschutzschicht (630) verbindet .
12. Heizeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
- wobei das erste Partikelmaterial (122) wenigstens einen Halbleiter, insbesondere Kupferoxid, und/oder ein Metalloxid als Werkstoff aufweist,
- und/oder wobei die zweite Schicht (125) eine zweite
Kunststoffmatrix (126), und ein in der zweiten
Kunststoffmatrix (126) eingebettetes zweites
Partikelmaterial (127) aufweist,
wobei das zweite Partikelmaterial (127) wenigstens einen der folgenden Werkstoffe aufweist:
Graphen,
Ruß
Nanopartikel,
anorganisches Halbleitermaterial ,
organisches Halbleitermaterial,
Graphit,
2 bis 15 Atomschichten Graphen eingebettet zwischen
Graphit,
und/oder
wobei die erste Kunststoffmatrix (121) und/oder die zweite Kunststoffmatrix (126) wenigstens einen der folgenden Werkstoffe aufweist:
Thermoplast,
Duroplast,
Elastomer,
Polyethylen .
13. Heizeinrichtung (100) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
- wobei die erste Schicht (120) eine erste Dicke (dl) mit einem Wert aufweist, der in einem Bereich von 0,005 mm bis 0,1 mm, insbesondere in einem Bereich von 0,02 mm bis 0,04 mm, liegt,
- und/oder
- wobei die zweite Schicht (125) eine zweite Dicke (d2) mit einem Wert aufweist, der in einem Bereich von 0,01 mm bis 0,2 mm, insbesondere in einem Bereich von 0,07 bis 0,11 mm, liegt.
14. Rotorblatt (30) für eine Windenergieanlage (10) - aufweisend eine Rotorblattstruktur (80) und eine Heizeinrichtung (100),
- wobei die Heizeinrichtung (100) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist,
- wobei die Rotorblattstruktur (80) eine äußere
Umfangsfläche (600) aufweist,
- wobei an der äußeren Umfangsfläche (600) die
Heizeinrichtung (100) angeordnet ist.
15. Rotorblatt (30) nach Anspruch 14,
- wobei die Heizeinrichtung (100) an der äußeren
Umfangsfläche (600) eine Klebschicht (610) aufweist,
- wobei die Klebschicht (610) die Heizeinrichtung (100) stoffschlüssig mit der Rotorblattstruktur (80) verbindet,
- wobei vorzugsweise die Klebschicht (610) zwischen der thermischen Isolationsschicht (615) und der äußeren Umfangsfläche (600) angeordnet ist.
16. Windenergieanlage (10),
- aufweisend wenigstens ein Rotorblatt (30),
- wobei das Rotorblatt (30) nach einem der Ansprüche 14 bis 15 ausgebildet ist.
17. Windenergieanlage (10) nach Anspruch 16,
- aufweisend ein Steuergerät (45)
- wobei das Steuergerät (45) mit einem Ausgang (55, 60) mit der Leiterstruktur (110, 115) elektrisch
verbunden ist,
- wobei ein Eingang (50) des Steuergeräts (45) mit der
Anschlussstruktur (675, 680) elektrisch verbunden ist,
- wobei der Sensor (685) ausgebildet ist, eine
Eisbildung auf dem Rotorblatt (30) zu erfassen und dem Steuergerät (45) ein korrespondierend zur
Eisbildung korrelierendes Signal bereitzustellen, - wobei das Steuergerät (45) ausgebildet ist, das Signal zu erfassen,
- wobei das Steuergerät (45) ausgebildet ist, eine
elektrische Energie am Ausgang (55, 60) zur
Aktivierung der Heizeinrichtung (100) und zum
Abschmelzen von Eis am Rotorblatt (30) in
Abhängigkeit des Signals bereitzustellen.
18. Verfahren zur Herstellung einer Heizeinrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
- wobei eine Schichtanordnung (105) aus einer ersten Schicht (120) und einer auf der ersten Schicht (120) angeordneten zweiten Schicht (125) bereitgestellt wird,
- wobei die erste Schicht (120) wenigstens ein erstes Partikelmaterial (122) eingebettet in einer ersten Kunststoffmatrix (121) umfasst,
- wobei die zweite Schicht (125) elektrisch leitend ausgebildet ist,
- dadurch gekennzeichnet, dass
- die erste Kunststoffmatrix (121) der ersten Schicht (120) derart verdampft wird, dass sich wenigstens ein Durchbruch (215, 225) durch die erste Schicht (120) zur zweiten Schicht (125) ausbildet und das erste Partikelmaterial (122) zumindest einen Teilbereich (302) einer ersten Primerschicht (275) an dem
Durchbruch (215, 225) ausbildet,
- wobei zur Ausbildung einer Leiterstruktur (110) auf der ersten Primerschicht (275) ein elektrisch
leitender Werkstoff (315) abgeschieden wird,
- wobei der elektrisch leitende Werkstoff (315) eine elektrische Verbindung zu der zweiten Schicht (125) ausbildet .
19. Verfahren nach Anspruch 18,
- wobei die erste Kunststoffmatrix (121) der ersten Schicht (120) abschnittsweise derart verdampft wird, dass sich wenigstens eine Ausnehmung (175) in der ersten Schicht (120) ausbildet und das erste
Partikelmaterial (122) einen Abschnitt (280) der ersten Primerschicht (275) in der Ausnehmung (175) ausbildet,
- wobei ein Ausnehmungsgrund (185) der Ausnehmung (175) beabstandet zu der zweiten Schicht (125) angeordnet ist,
- wobei auf dem Abschnitt (280) der ersten
Primerschicht (275) der elektrisch leitende Werkstoff (315) abgeschieden wird.
20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19,
- wobei die zweite Schicht (125) mit einer zweiten
Kunststoffmatrix (126), dem ersten Partikelmaterial (122) und einem zweiten Partikelmaterial (127) bereitgestellt wird,
- wobei unterhalb des Durchbruchs (215, 225) die
zweite Kunststoffmatrix (126) abschnittsweise derart verdampft wird, dass sich eine Nut (235, 240, 245) in der zweiten Schicht (125) ausbildet,
- wobei das erste Partikelmaterial (122) der zweiten Schicht (125) abschnittsweise einen weiteren
Teilbereich (303) der ersten Primerschicht (275) an der Nut (235, 240, 245) ausbildet.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20,
- wobei abschnittsweise die erste Kunststoffmatrix
(121) der ersten Schicht (120) derart verdampft wird, dass sich wenigstens ein weiterer Durchbruch (230, 231) durch die erste Schicht (120) zur zweiten
Schicht (125) ausbildet und das erste
Partikelmaterial (122) einen Teilbereich (311) einer zweiten Primerschicht (285) an dem weiteren
Durchbruch (220, 230) ausbildet,
- wobei auf der zweiten Primerschicht (285) ein
weiterer elektrisch leitender Werkstoff (316) zur Ausbildung einer weiteren Leiterstruktur (115) abgeschieden wird.
22. Verfahren nach Anspruch 21,
- wobei die erste Kunststoffmatrix (121) der ersten
Schicht (120) derart verdampft wird, dass sich wenigstens eine weitere Ausnehmung (205) in der ersten Schicht (120) ausbildet und das erste
Partikelmaterial (122) einen Abschnitt (290) der weiten Primerschicht (285) in der weiteren Ausnehmung (205) ausbildet,
- wobei ein weiterer Ausnehmungsgrund (190) der
weiteren Ausnehmung (205) beabstandet zu der zweiten Schicht (125) angeordnet und versetzt zu der
Ausnehmung (175) ist,
- wobei auf den Abschnitt (290) der zweiten
Primerschicht (285) der weitere elektrisch leitende Werkstoff (316) abgeschieden wird.
23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22,
- wobei unterhalb des weiteren Durchbruchs (230, 231) die zweite Kunststoffmatrix (126) abschnittsweise derart verdampft wird, dass sich eine weitere Nut (250, 251) in der zweiten Schicht (125) ausbildet,
- wobei das erste Partikelmaterial (122) der zweiten Schicht (125) einen weiteren Teilbereich (312) der zweiten Primerschicht (285) an der weiteren Nut (250, 251) ausbildet,
- wobei auf der zweiten Primerschicht (285) der weitere elektrisch leitende Werkstoff (316) zur Ausbildung der weiteren Leiterstruktur (115) abgeschieden wird,
- wobei der weitere elektrisch leitende Werkstoff (316) die elektrische Verbindung zu der zweiten Schicht (125) an der weiteren Nut (250, 251) ausbildet.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 23 - wobei die Schichtanordnung (105) mit einer dritten Schicht (130) bereitgestellt wird,
- wobei die dritte Schicht (130) auf einer zur ersten Schicht (120) gegenüberliegenden Seite der zweiten Schicht (125) angeordnet ist,
- wobei in der dritten Schicht (130) wenigstens das
erste Partikelmaterial (122) in einer dritten
Kunststoffmatrix (131) eingebettet ist,
- wobei abschnittsweise auf einer zur ersten Schicht (120) abgewandten Seite die dritte Kunststoffmatrix (131) der dritten Schicht (130) derart verdampft wird, dass sich wenigstens ein weiterer Durchbruch (220, 230) durch die dritte Schicht (130) zur zweiten Schicht (125) ausbildet und das erste
Partikelmaterial (122) einen weiteren Teilbereich (311) einer zweiten Primerschicht (285) an dem weiteren Durchbruch (220, 230) ausbildet,
- wobei auf den Abschnitt (305, 310) der zweiten
Primerschicht (285) der weitere elektrisch leitende Werkstoff (316) zur Ausbildung einer weiteren
Leiterstruktur (115) abgeschieden wird.
25. Verfahren nach Anspruch 24,
- wobei die dritte Kunststoffmatrix (131) der dritten Schicht (130) derart abgedampft wird, dass sich wenigstens eine weitere Ausnehmung (205) in der dritten Schicht (130) ausbildet und das erste
Partikelmaterial (122) einen weiteren Abschnitt (290) der weiteren Primerschicht (285) in der weiteren Ausnehmung (205) ausbildet,
- wobei ein weiterer Ausnehmungsgrund (190) der
weiteren Ausnehmung (205) beabstandet zu der zweiten Schicht (125) angeordnet ist,
- wobei auf den weiteren Abschnitt (290) der zweiten Primerschicht (285) der weitere elektrisch leitende Werkstoff (316) abgeschieden wird.
26. Verfahren nach Anspruch 24 oder 25,
- wobei oberhalb des Durchbruchs (215, 225) die zweite Kunststoffmatrix (126) abschnittsweise derart verdampft wird, dass sich eine Nut (235, 240, 245) in der zweiten Schicht (125) ausbildet,
- wobei das erste Partikelmaterial (122) der zweiten Schicht (125) abschnittsweise die zweite
Primerschicht (285) an der Nut (235, 240, 245) ausbildet .
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 26,
- wobei mittels eines Lasers (276) die Kunststoffmatrix (121, 126, 131) verdampft wird. 28. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 27,
- wobei mittels eines Plasmas (320) und/oder mittels einer Galvanisierung der elektrisch leitende
Werkstoff (315) und/oder der weitere elektrisch leitende Werkstoff (316) abgeschieden wird.
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