Für die Erwärmung dreidimensionaler Flächen sind die herkömmlichen Wärmeeintragssysteme aufgrund ihrer inhomogenen Temperaturverteilung kaum geeignet. Ein neuartiges Flächenheizsystem auf Basis eines elektrisch leitfähigen Lacks, das von der Neue Materialien Bayreuth GmbH mit Kooperationspartnern entwickelt wurde, eröffnet buchstäblich neue Dimensionen für die Erwärmung von 3D-Geometrien.
Herkömmliche Heizsysteme basieren üblicherweise auf dem Einsatz von Heizpatronen oder Heizdrähten. Dies stellt für die Erwärmung dreidimensionaler Flächen eine große Herausforderung dar, die mit zunehmender Fläche und Komplexität des Bauteils stark steigt.
Dabei besteht gerade für die maßgeschneiderte Erwärmung komplexer 3D-Bauteiloberflächen, wie beispielsweise zur Enteisung von Flugzeugtragflächen, ein großer Bedarf.
Um für solche neuartigen Anwendungen eine Lösung zu eröffnen, entwickelte die Projektgemeinschaft um die Neue Materialien Bayreuth GmbH eine innovative, energieeffiziente Heiztechnologie. Ergebnis ist Heizsystem zur homogenen Vollflächenerwärmung komplexer dreidimensionaler Bauteiloberflächen aus nahezu allen Materialien sowie ein wirtschaftliches Fertigungsverfahren.
Das Flächenheizsystem besteht zwei Komponenten: Zunächst wird eine metallische Kontaktierung mittels Thermischem Spritzen auf das Substrat aufgetragen. Dabei kann das Substrat aus Metall, Keramik, Glas, insbesondere aber auch aus GFK und CFK sowie Polymeren mit einer thermischen Stabilität von mindestens 60 oC bestehen. Die Form, Position und Schichtdicke der Kontaktierung bestimmt wesentlich die Temperaturverteilung auf dem Bauteil. Als zweite Komponente wird flächig ein innovativer, elektrisch leitfähiger Heizlack aufgetragen, der über einen hohen elektrischen Widerstand auf effiziente Weise Wärme erzeugt. Das Zweikomponenten-Heizlacksystem kann über die gezielte Variation des Widerstands auf einen Temperaturbereich zwischen Raumtemperatur und 120°C eingestellt werden.
Um eine hohe Energieeffizienz und Temperaturhomogenität des Heizvorgangs realisieren zu können, kamen bei der Auslegung des Heizsystems spezifische Algorithmen in Kombination mit einer Simulation der Temperaturverteilung zum Einsatz.
Ein weiterer innovativer Ansatz lag darin, den Fertigungsprozess für das Flächenheizsystem mittels robotergestütztem Lichtbogenspritzen bzw. Lackauftrag zu realisieren. Dies ermöglicht zum einen eine hohe Reproduzierbarkeit; weitere Vorteile sind eine hohe Schichthomogenität (< 10 %) sowie eine elektrische Leitfähigkeit der gespritzten Kontaktierung von 78 % der Ausgangswerkstoffe.
Die entwickelte Heiztechnologie schafft die Möglichkeit, Vollflächenheizsysteme für komplexe Bauteiloberflächen kundenspezifisch schnell und zuverlässig auszulegen und zu fertigen. Dies ermöglicht wirtschaftliche und effiziente Heizlösungen für verschiedenste Anwendungen.
Die Entwicklung der Flächenheiztechnologie wurde im Rahmen des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderten Projekts „3D-Therm – Individuelles Beheizen beliebiger dreidimensionaler Geometrien“ (Förderkennzeichen ZF4064611JA7) von den Kooperationspartnern Neue Materialien Bayreuth GmbH, SPITZNER ENGINEERS GmbH und Future Carbon GmbH realisiert.
Ansprechpartner
Neue Materialien Bayreuth GmbH
M. Sc. Dehua Chen | E-Mail dehua.chen@nmbgmbh.de
