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Verfahren zur Herstellung einer elektrisch beheizbaren Einrichtung
zur Verhütung der Eisbildung bzw. des Einfrierens Die Erfindung betrifft eine elektrisch
beheizbare Einrichtung zur Verhütung der Eisbildung bzw. des Einfrierens, die insbesondere,
jedoch nicht ausschließlich, mit Vorteil bei Flugzeugteilen anwendbar ist. Bei einer
solchen Einrichtung weist die Oberfläche des Gegenstandes, die vor einem Einfrieren
bewahrt oder bei der die Bildung von Eis verhindert oder verringert werden soll,
eine Schicht aus elektrischem Isoliermaterial (nachstehend als innere Isolierschicht
bezeichnet) auf, die ihrerseits ein elektrisches Widerstandselement in Gestalt einer
Schicht aus elektrisch leitendem Werkstoff, für gewöhnlich Metall, trägt. Diese
Metallschicht kann in bekannter Weise wie eine Metallfolie od. dgl. aufgesprüht
sein; die Metallschicht ist von einer äußeren Schutzschicht (nachstehend äußere
Isolierschicht genannt) aus elektrischem Isoliermaterial bedeckt: Ein Verfahren
zur Herstellung einer solchen elektrisch beheizbaren Einrichtung zur Verhütung der
Eisbildung bzw. des Einfrierens ist Gegenstand des Patents 9o6 661. Bei diesem älteren
Verfahren
werden die innere Isolierschicht und die äußere Isolierschicht
aus durch Wärme härtbarem Kunstharz oder einem ähnlichen durch Wärme härtbaren Kunststoff
gebildet, die nach ihrem Aufbringen gehärtet werden; nach einer Alternative des
patentierten Verfahrens wird die Metallschicht auf die innere Isolierschicht nach
deren Härten, jedoch vor dem Aufbringen der äußeren Isolierschicht, aufgesprüht.
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Eine Schwierigkeit bei der Durchführung dieses Verfahrens und beim
Aufbringen der elektrisch beheizbaren Einrichtung zur Verhütung der Eisbildung bzw.
des Einfrierens besteht in der genauen Regelung der Dicke der inneren und der äußeren
Isolierschicht. Dieser Punkt ist wichtig, weil jedes Überschreiten der Dicke über
das für eine ausreichende Isolierwirkung und aus mechanischen Gründen notwendige
Maß hinaus eine Gewichtserhöhung bedeutet, und zwar gleichgültig, ob dieses Mindestmaß
an notwendiger Schichtdicke nur in örtlich begrenzten Bereichen oder allgemein überschritten
wird, und weil die Ungleichmäßigkeit der Schichtstärke eine unebene, äußere Oberfläche
verursacht, was nicht nur hinsichtlich des guten Aussehens unerwünscht ist, sondern
bei Flugzeugteilen auch aus aerodynamischen Gründen nicht zugelassen werden kann.
Bei Flugzeugteilen ist die Aufrechterhaltung der äußeren Umfangsform, über die der
Luftstrom hinwegstreicht, von größter Wichtigkeit; daher ist anzustreben, die Schichten
unter Aufrechterhaltung der notwendigen elektrischen und mechanischen Eigenschaften
so dünn wie nur irgend möglich zu halten.
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Der Zweck der Erfindung ist der, ein Verfahren zur Herstellung einer
elektrisch beheizbaren Einrichtung zur Verhütung der Eisbildung bzw. des Einfrierens
zu schaffen, bei welcher diese Schutzeinrichtung leicht auf Teile der allerverschiedensten
Formen und in den verschiedensten Stellungen aufgebracht werden kann und bei der
die Kontrolle der Dicke der Isolierschichten leicht durchzuführen ist.
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Gemäß der Erfindung wird jede der Isolierschichten aus einem elektrisch
isolierenden, durch Wärme härtbaren Harz bzw. Kunststoff gebildet, der in flüssiger
Form aufgebracht und innig mit wenigstens einer Schicht eines Textilgewebes vereinigt
wird, das dazu dient, die Dicke der Schicht zu bestimmen und ihre Neigung, vor dem
Hartwerden zu verfließen, begrenzt.
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In gewissen Fällen kann der flüssige, durch Wärme härtbare Kunststoff
in einer Mischung mit einem feinkörnigen, festen Füllstoff aufgebracht werden, der
in der Lage ist, in die Maschen des Gewebes einzudringen, und gleichfalls dazu dient,
das Verfließen des Kunststoffes vor dem Hartwerden zu begrenzen; der Füllstoff dient
also gleichfalls dazu, die Dicke der Isolierschichten als Ganzes zu regeln.
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Vorzugsweise weist jede der Isolierschichten erfindungsgemäß zwei
übereinanderliegende Gewebeschichten auf, die nacheinander aufgebracht werden. Gemäß
einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens nach der Erfindung werden die Schichten
aus durch Wärme härtbarem, flüssigem Kunststoff und die Gewebeschichten getrennt
voneinander und nacheinander aufgebracht; das Gewebe wird hierbei in trockenem Zustand
aufgebracht, wobei seine Imprägnierung durch die auf seine beiden Seiten aufgebrachten
Schichten aus härtbarem Kunststoff bewirkt wird. In manchen Fällen kann es erwünscht
und zweckmäßig sein, die Gewebeschichten mit flüssigem, durch Wärme härtbarem Kunststoff
zu imprägnieren, bevor sie auf die in Betracht kommende Oberfläche aufgebracht werden;
in diesem Fall kann der gesamte, durch Wärme härtbare und die Isolierschicht bildende
Kunststoff als Imprägnierung der Gewebeschichten aufgebracht werden. Es können auch
die Kunststoffschichten und die mit Kunststoff imprägnierten Gewebeschichten nacheinander
aufgebracht werden.
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Wird die Erfindung zur Anwendung gebracht, wenn zwei oder mehr Gewebeschichten,
die innig mit Schichten aus durch Wärme härtbarem Kunststoff vereinigt sind, aufeinanderfolgend
aufgebracht werden, so kann jede Gewebeschicht mit der ihr zugeordneten Schicht
aus Kunststoff ganz oder teilweise durch Wärme gehärtet werden, bevor die nächste
Kunststoff- und Gewebeschicht aufgebracht wird. Andererseits können die einzelnen
Gewebe-und Kunststoffschichten, die eine einheitliche Isolierschicht bilden, vor
dem Härten übereinanderliegend aufgebracht werden. Die Isolierschicht kann als Ggnzes
gehärtet werden.
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Es können die verschiedensten Gewebe zur Verarbeitung gelangen; als
besonders geeignet hat sich ein Gewebe aus Glasfäden erwiesen, das üblicherweise
als Glastuch bezeichnet wird. Auf jeden Fall muß das Gewebe derart beschaffen sein,
daß es frei ist von Stoffen, die bei den Härtetemperaturen des Kunststoffes Gas
bilden oder Flüssigkeiten ausscheiden. Aus diesem Grund wird zweckmäßig in der Regel
ein Tuch angewendet, das aus Kunstfäden, z. B. Glasfäden, Nylon oder Polythenfasern,
besteht.
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Ist das Gewebe bei seiner Herstellung mit einem Stoff behandelt, der
als Füllstoff dient oder den Webvorgang unterstützt oder sonstigen Zwecken dient,
kann es vorteilhaft sein, das Gewebe vor der Verwendung für die Zwecke der Erfindung
zu reinigen bzw. einer Wärmebehandlung zu unterziehen, damit sich bei dem Härten
des Kunststoffes auf dem Tuch keine Gasblasen bilden.
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Das Aufbringen der einzelnen Schichten aus durch Wärme härtbarem Kunststoff
und das Aufbringen und Erzeugen der Metallschicht kann in der verschiedensten Weise
vor sich gehen. Zweckmäßig ist es jedoch, die aus dem wärmehärtbaren Kunststoff
bestehenden Schichten und auch die Metallschichten mit Hilfe von Spritzpistolen
aufzutragen. Eine Methode zur Ausübung der Erfindung in dieser Weise ist schematisch
und als Ausführungsbeispiel auf den Zeichnungen veranschaulicht, und zwar in Anwendung
auf die vordere Führungskante eines Flugzeugflügels.
Die Fig. z
bis 6 zeigen einen Abschnitt des Tragflügels in verschiedenen Verfahrensabschnitten
während der Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung.
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Fig. 7 zeigt in größerem Maßstab einen Querschnitt durch einen Teil
des Flugzeugflügels, auf den eine elektrisch beheizbare Einrichtung zur Verhütung
der Eisbildung in der erfindungsgemäß in Vorschlag gebrachten Weise aufgebracht
worden ist.
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Der in der Zeichnung teilweise veranschaulichte Flugzeugflügel besteht
aus der üblichen Metallhaut A, die von inneren Trag- und Versteifungsteilen gehalten
wird, von denen einer bei A1 veranschaulicht ist. Bei der Ausübung der anschließend
näher zu erläuternden Erfindung besteht die erste Maßnahme darin, die übliche Oberfläche
der Metallhaut A, auf welche die Einrichtung aufzubringen ist, abzuschleifen; anschließend
wird auf den in Betracht kommenden Teil der Oberfläche der Metallhaut A eine Schicht
aus durch Wärme härtbarem Kunststoff aufgetragen. Das Aufbringen erfolgt mittels
einer heißen Spritzpistole. In Fig. I ist die so aufgebrachte Schicht mit B bezeichnet.
Vor dem Härten hat diese Schicht die Eigenschaft etwa einer klebrigen Flüssigkeit.
Über die so aufgebrachte Schicht wird ein geeignetes Stück Glastuch C gerollt und
aufgepreßt. Das Glastuch absorbiert die Schicht B und wird wenigstens teilweise
von ihr imprägniert und haftend mit der Haut A verbunden. In Fig. I ist dargestellt,
wie das Glastuch C über die Schicht B in seine endgültige Lage gerollt wird. Die
Schicht B mit dem darüberliegenden Glastuch wird dann gehärtet; dies kann entweder
dadurch erfolgen, daß man sie bei normaler Temperatur hinreichend lange sich selbst
überläßt oder daß Strahlungswärme zur Anwendung gebracht wird. Nach dem Härten wird
eine zweite Schicht aus durch Wärme härtbarem Kunststoff auf die Außenseite des
Glastuches C aufgebracht, und zwar mittels einer Spritzpistole B, wie in Fig. 2
veranschaulicht ist. Das Tuch ist also mit diesem Kunststoff voll imprägniert; während
diese Schicht sich noch in flüssigem Zustand befindet, wird eine zweite Lage aus
Glastuch auf sie aufgebracht; dies geschieht in ähnlicher Weise, wie mit Bezug auf
Fig. I beschrieben, durch Aufrollen und Anpressen. Die zweite Kunststoffschicht
mit dem fest an ihr haftenden Glastuch wird dann entweder bei normaler Temperatur
oder durch Anwendung von Wärme gehärtet. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel
werden dann abwechselnd weitere Schichten aus Kunststoff und aus Glastuch in ähnlicher
Weise aufgebracht, so daß insgesamt vier Lagen aus Glastuch C vorhanden sind, wobei
auf beiden Seiten einer jeden Tuchlage sich Schichten B aus wärmehärtbarem Kunststoff
befinden. Die letzte Schicht aus Kunststoff wird auf die letzte Lage Glastuch aufgebracht
und gehärtet, so daß sie eine ähnliche Schicht aus gehärtetem Kunststoff bildet.
Fig. 2 zeigt den Tragflügelabschnitt in dem Zustand, bei welchem die letzte Kunststoffschicht
aufgebracht worden ist. Nach dem Härten dieser letzten Schicht B werden an geeigneten
Stellen dieser Schicht elektrische Anschlußstücke od. dgl. in Form von Kopfzapfen
oder Bolzen angebracht, und zwar derart, daß die oberen Flächen dieser Anschlußköpfe
mit der Oberfläche der äußeren Schicht des gehärteten Kunststoffes in gleicher Flucht
liegen; die Enden dieser Anschlußbolzen ragen isoliert durch die Haut A hindurch.
Ein solcher Anschlußbolzen ist bei D in den Fig. 2 bis 7 veranschaulicht.
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Die nächste Verfahrensmaßnahme besteht darin, an geeigneter Stelle
auf die Oberfläche eine Schablone E (Fig. 3) aufzubringen, die bestimmte Teile der
Oberfläche des gehärteten Kunststoffes überdeckt. Auf die frei liegenden Teile dieser
Oberfläche wird dann Metall, z. B. Aluminium, aufgebracht, und zwar mittels einer
Spritzpistole F (Fig. 3). Die frei liegenden Teile werden also in an sich bekannter
Weise mit einer Metallschicht versehen, die eine elektrische Widerstandsheizung
bildet. Während dieses Vorgangs wird die Metallschicht, wie ohne weiteres einleuchtet,
selbsttätig elektrisch mit den Anschlußstücken D verbunden, da sie deren Oberflächen
überdeckt. Die Schablone E wird dann entfernt, und auf die Metalloberfläche wird
anschließend eine Kunststoffschicht aufgebracht. Diese bedeckt auch die frei liegenden
Teile der zuvor aufgebrachten Kunststoffschicht G (Fig. 4). Während die zuletzt
aufgebrachte Kunststoffschicht sich noch in flüssigem Zustand befindet, wird nunmehr
eine Lage aus Glastuch über diese Schicht gebracht, wie dies bei H in Fig. q. veranschaulicht
ist. Die Schicht G aus durch Wärme härtbarem Kunststoff mit der daran haftenden
Lage aus Glastuch wird nun gehärtet. Anschließend wird eine weitere Schicht aus
Kunststoff G auf die Außenseite des Glastuches aufgebracht und eine weitere Lage
GlastuchH darübergerollt. Auch diese Kunststoffschicht wird gehärtet. Nunmehr hat
die Einrichtung die in Fig. 5 veranschaulichte Form angenommen. Anschließend wird
eine letzte Schicht Kunststoff über das Glastuch aufgebracht und dann gehärtet.
Diese äußere Kunststoffschicht J (Fig. 6) kann dann gegebenenfalls noch in an sich
bekannter Weise, z. B. auf mechanischem Wege, geglättet bzw. poliert werden.
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Aus vorstehendem ergibt sich, daß die Anordnung nach Fertigstellung
aus einer Metallhaut A sowie einer inneren Isolierschicht besteht, die aus fünf
Lagen gehärteten Kunststoffes B mit vier dazwischenliegenden Lagen aus Glastuch
C besteht, die mit den Kunststofflagen eine Einheit bildet. Außerdem enthält die
Anordnung eine Metallschicht F, die ein elektrisch leitendes Widerstandsheizelement
bildet, das an geeigneten Stellen mit den Anschlußstücken D in elektrisch leitender
Verbindung steht; schließlich weist die Anordnung eine äußere Isolier- und Schutzschicht
auf, die aus drei Lagen gehärteten Kunststoffes G, I besteht, zwischen denen
sich zwei Lagen Glastuch H befinden.
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Der Einfachheit halber ist vorstehend davon ausgegangen worden, daß
die einzelnen Schichten des
durch Wärme härtenden Kunststoffes sowie
die einzelnen Lagen aus Gastuch sich genau decken. Es leuchtet aber ein, daß die
Ränder der einzelnen Schichten aus Kunststoff und aus Glastuch, die alle über den
von der Metallschicht F bedeckten Bereich hinausragen, einander überlappen können;
auf diese Weise wird jede Unregelmäßigkeit in dem glatten Verlauf der Außenfläche
des Flügels an den Kanten der Einrichtungen zur Verhütung der Eisbildung bzw. des
Einfrierens auf ein Mindestmaß herabgesetzt.
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In der obigen Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung ist
davon ausgegangen, daß jede Schicht des in der Wärme härtenden Kunststoffes für
sich nach dem Aufbringen gehärtet wird; es ist aber auch möglich, zwei oder mehrere
Schichten eines derartigen Kunststoffes nacheinander ohne Härtung aufzubringen,
und zwar unter Einfügen der Glastuchlagen zwischen diesen Schichten, und die Härtung
dann vorzunehmen.
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An Stelle des Aufbringens der elektrisch leitenden Schicht im Sprühverfahren
kann diese Schicht auch in Form einer Metallfolie aufgebracht werden, ohne daß dabei
von der Erfindung abgewichen wird.
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In jedem Fall muß natürlich der durch Wärme härtende Kunststoff von
einer solchen Beschaffenheit sein, daß er bei einer .Temperatur erhärtet, bei welcher
das Material nicht beschädigt wird, aus dem jener Teil besteht, auf welchen die
Erfindung zur Anwendung kommt; auch darf bei der Härtetemperatur das aus Glas oder
einem anderen Textilrohstoff bestehende; in die Einrichtung eingefügte Gewebe nicht
beschädigt werden.
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Es ist festgestellt worden, daß es bei Anwendung der Tuchlagen möglich
ist, die Dicke der Isolierschichten in besonderer Weise zu beherrschen; dies ist
nicht nur wichtig mit Rücksicht darauf, daß Isolierschichten erzeugt werden sollen,
die ganz bestimmte elektrische Widerstandseigenschaften aufweisen, sondern auch
so dünn wie möglich sind, ohne daß die Zuverlässigkeit ihrer Wirkung darunter leidet;
vielmehr ist dies auch deswegen von Bedeutung, weil durch Anbringung der elektrischen
Enteisungsvorrichtung der Verlauf der Oberfläche des Flugzeugteiles nur so wenig
wie möglich geändert werden soll. Nur auf diese Weise entspricht die Umfangsform
der elektrischen Enteisungsvorrichtung den aerodynamischen Anforderungen.
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Bei der Beschreibung des obigen Ausführungsbeispiels ist von der Verwendung
von Glastuch die Rede, da dieses hinsichtlich seiner Dauerbeständigkeit und auch
deswegen besonders geeignet ist, weiles bei der Erwärmung auf die Härtetemperatur
der üblichen Kunststoffe weder Flüssigkeit noch Gas ausscheidet; es können aber
auch andere Gewebearten zur Anwendung kommen, wie beispielsweise aus Nylon oder
Polythenfasern hergestellte Gewebe, sofern die zur Anwendung kommenden Härtetemperaturen
diese Materialien nicht nennenswert beeinflussen.
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Der flüssige, durch Wärme härtbare Kunststoff kann gegebenenfalls
auch zusammen mit einem Material in feinster Verteilung aufgebracht werden, das
durch die Härtetemperaturen unbeeinflußt bleibt, aber als Füllmaterial wirkt.
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Wenn im vorstehenden von dem »Härten« einer Kunststoffschicht vor
dem Aufbringen einer weiteren, ähnlichen Schicht die Rede ist, so soll hiermit auch
der Fall erfaßt werden, daß nur ein teilweises Härten erfolgt. In diesem Falle kann
die Härtung entweder dadurch beendet werden, daß Wärme zur Härtung einer anschließend
aufgebrachten Schicht zur Anwendung kommt oder daß der Härtevorgang sich bei normaler
Temperatur abspielt, sofern der härtbare Kunststoff bei einer solchen Temperatur
hart wird.