DE1254263B - Electrically heated device to prevent ice formation and the like on surfaces - Google Patents
Electrically heated device to prevent ice formation and the like on surfacesInfo
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Description
Elektrisch beheizbare Einrichtung zur Verhütung der Eisbildung und ähnlichen auf Flächen Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrisch beheizbare Einrichtung, z. B. für Stromabnehmer von Elektrolokomotiven und zum Schutz von bestimmten Stellen an Bahngleisen, insbesondere für Flug-7eugteile, um die Vereisung und ein Einfrieren in der Atmosphäre auszuschalten.Electrically heatable device to prevent ice formation and similar on surfaces The invention relates to an electrically heatable Facility, e.g. B. for pantographs of electric locomotives and for the protection of certain Place on railroad tracks, especially for flight parts, around the icing and a Turn off freezing in the atmosphere.
Diese Einrichtung nach der Erfindung besitzt eine gegenüber Erosion und die zerstörende Wirkung von Regentropfen, Eisteilchen und anderen kleinen Teilchen, wie Steine oder Sand, höhere Widerstandsfähigkeit und verbesserte Oberfläche, und zwar auf Heizelementen aus einer Metall-Leitschicht, eingebettet in mindestens einer inneren und mindestens einer äußeren Kunstharzschicht als Isoliermaterial.This device according to the invention is resistant to erosion and the destructive effects of raindrops, ice particles and other small particles, like stones or sand, higher resistance and improved surface, and on heating elements made of a metal conductive layer, embedded in at least one inner and at least one outer synthetic resin layer as insulating material.
Es ist bereits ein Verfahren bekannt, um insbesondere Flugzeugteile mit einer elektrisch beheizbaren Einrichtung zur Verhütung der Eisbildung bzw. des Einfrierens zu behandeln, wonach auf den zu schützenden Gegenstand eine Schicht aus elektrisch isolierendem Material mit eingebetteter Metallschicht als Widerstands-Heizelemente aufgebracht wird. Es erwies sich jedoch, daß bei besonders harten Betriebsbedingungen, wie hoher Temperaturwechsel, Erosion durch Luft, Wasser oder feste Körper, sowie mechanische Beanspruchungen, diese Isoliermaterialien nicht entsprachen. Die erfindungsgemäße beheizbare Einrichtung weist diese Nachteile nicht auf und besitzt eine gegenüber hoher mechanischer Beanspruchung und höchsten Temperaturbeanspruchungen widerstandsfähige Oberfläche.A method is already known for producing aircraft parts in particular with an electrically heatable device to prevent ice formation or the Freeze treatment, after which a layer is applied to the object to be protected Made of electrically insulating material with an embedded metal layer as resistance heating elements is applied. However, it turned out that under particularly harsh operating conditions, such as high temperature changes, erosion by air, water or solids, as well mechanical stresses, these insulation materials did not correspond. The inventive heatable device does not have these disadvantages and has an opposite high mechanical stress and the highest temperature stresses Surface.
Die erfindungsgemäße elektrisch beheizbare Einrichtung zur Verhütung von Eisbildung oder des Einfrierens kann auf den zu schützenden Gegenstand an Ort und Stelle aufgebracht werden oder aber auch in den geeigneten Dimensionen an getrenntem Ort vorgefertigt und bei Bedarf auf die zu schützende Fläche aufgebracht werden.The electrically heatable device according to the invention for prevention ice formation or freezing can affect the object to be protected in place and place or in the appropriate dimensions on separate Prefabricated on site and, if necessary, applied to the area to be protected.
Die Erfindung betrifft eine elektrisch beheizbare Einrichtung zur Verhütung der Eisbildung bzw. des Einfrierens und ein Verfahren zu deren Herstellung, wobei auf den zu schützenden Gegenstand eine zwischen mindestens einer inneren, dem Gegenstand aufliegenden und mindestens einer äußeren Isolierschicht aus Kunstharz eingebettete- Metallschicht als elektrisches Widerstandsheizelement aufgebracht ist, und ist dadurch gekennzeichnet, daß auf der äußeren Isolierschicht ein Metallpulver einer Teilchengröße bis 76 g, vorzugsweise zwischen 10 und 70 Eu und einer Härte von mindestens 150, vorzugsweise mehr als 300 Brinell enthaltende Kunstharzschicht angeordnet ist.The invention relates to an electrically heatable device for Prevention of ice formation or freezing and a process for their production, whereby on the object to be protected one between at least one inner, overlying the object and at least one outer insulating layer made of synthetic resin embedded metal layer applied as an electrical resistance heating element is, and is characterized in that a metal powder on the outer insulating layer a particle size of up to 76 g, preferably between 10 and 70 Eu and a hardness of at least 150, preferably more than 300 Brinell-containing synthetic resin layer is arranged.
Das Metallpulver enthält vorzugsweise Teilchen aus nichtrostendem Stahl, doch können auch andere Metallteilchen vergleichbarer Härte verwendet werden, und zwar solche, deren Härte mindestens 150 Brinell, aber auch 300 bis 350 Brinell oder sogar bis zu 840 Brinell beträgt. Für verschiedene Anwendungsgebiete ohne hohe mechanische Beanspruchung und Temperaturwechselbelastung wurden bereits verschiedenste Anstriche mit Metallpulver und -bronzen vorgeschlagen, jedoch besitzen diese für den erfindungsgemäßen Zweck weder die erforderliche mechanische und Temperaturfestigkeit noch die unbedingt nötige Haftung.The metal powder preferably contains particles of stainless Steel, but other metal particles of comparable hardness can also be used, namely those whose hardness is at least 150 Brinell, but also 300 to 350 Brinell or even up to 840 Brinell. For various areas of application without high mechanical stress and thermal cycling have already been widely varied Paints with metal powder and bronze have been proposed, but own these for the purpose according to the invention neither the required mechanical and temperature resistance nor the absolutely necessary liability.
Das Kunstharz ist vorzugsweise ein wärmehärtbares oder kalthärtbares, wie ein Epoxyharz.The synthetic resin is preferably a thermosetting or cold-setting, like an epoxy resin.
Der hesondere Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung liegt in ihrer Anwendbarkeit auf doppelt gekrümmten Flächen, wobei sie ebenso leicht auf große wie auf kleine Gegenstände aufgebracht werden kann.The particular advantage of the device according to the invention lies in its Applicable to double curved surfaces, being just as easy on large ones how can be applied to small objects.
Die erfindungsgemäße Einrichtung wird vorzugsweise in flüssiger Form aufgebracht, wobei das Harr. anfänglich flüssig ist. Ist der Anteil an Metallpulver im Harz etwa 80 Gewichtsprozent oder höher, so besitzt die Mischung eine sehr hohe Viskosität, die zu Schwierigkeiten bei der Anwendung und dem Versprühen der flüssigen Masse auf die Oberfläche führt. Gemäß einer besonderen Durchführung des Verfahrens wird eine viskos fließende Mischung aus Harz und Metallpulver auf einen oberen Teil der Fläche aufgetragen und diese in Vibration versetzt.The device according to the invention is preferably in liquid form applied, the Harr. is initially liquid. Is the proportion of metal powder in the resin about 80 percent by weight or higher, the mixture has a very high one Viscosity, which leads to difficulties in the application and spraying of the liquid Mass leads to the surface. According to a special implementation The process creates a viscous mixture of resin and metal powder applied to an upper part of the surface and set it in vibration.
Die Oberfläche wird vorzugsweise in horizontaler Richtung in Vibration versetzt, während die fließfähige Masse langsam unter dem Einfluß der Schwerkraft herabfließt. In manchen Fällen kann es jedoch praktischer sein, die Fläche in senkrechte Schwingungen zu versetzen oder um eine Achse schwingen zu lassen, wobei die Schwingungen vorzugsweise in Richtung parallel zur Ebene der Fläche liegen.The surface is preferably vibrated in the horizontal direction offset, while the flowable mass slowly under the influence of gravity flows down. In some cases, however, it may be more practical to make the surface perpendicular To displace vibrations or to cause them to vibrate around an axis, whereby the vibrations preferably lie in the direction parallel to the plane of the surface.
Gemäß einer anderen bevorzugten Durchführungsform der Erfindung wird Wärme auf die fließfähige Masse und/oder die Fläche während des Vibrierens angewendet. Die Schwingungen werden im allgemeinen mit einer Frequenz von mindestens 20 Hz, besser bei mindestens 50 Hz, ausgeführt. Das Abfließen der Masse entlang der Oberfläche kann durch einen Gasstrom unterstützt oder geregelt werden, der gecren den fließenden Strom gerichtet ist, wobei der Gasstrom zur Erleichterung des Fließens erwärmt sein kann.According to another preferred embodiment of the invention Heat is applied to the flowable mass and / or surface while vibrating. The vibrations are generally generated at a frequency of at least 20 Hz, better done at at least 50 Hz. The flow of the mass along the surface can be supported or regulated by a gas flow, which gecren the flowing Stream is directed, the gas stream being heated to facilitate flow can.
Die Erfindung läßt sich auf verschiedene Weise durchführen, jedoch soll eine besondere Durchführungsform an Hand eines Beispiels und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben werden.The invention can be carried out in various ways, however is intended to be a special form of implementation using an example and reference to be described in more detail on the drawings.
F i g. 1. zeigt eine perspektivische Zeichnung einer Vorrichtung zum Aufbringen einer Einrichtung, und F i g. 2 zeigt, graphisch dargestellt, die Korngrößenverteilung des verwendeten Metallpulvers.F i g. 1. shows a perspective drawing of a device for Applying a facility, and F i g. 2 shows, graphically represented, the grain size distribution of the metal powder used.
Es wird eine elektrisch beheizbare Einrichtung zur Beheizung der Leitkante eines Flugzeugflügels 10 aufgebracht. Das Oberflächenheizelement weist eine zickzackförmige dünne Schicht einer Aluminiumlegierung auf, die zwischen inneren und äußeren Isolierungsschichten liegt, die aus einem Epoxyharzklebemittel gebildet sind. Besondere Ausführungsformen derartiger Heizelemente sind in den deutschen Patentschriften 906 661 und 936 314 beschrieben.An electrically heatable device for heating the leading edge of an aircraft wing 10 is applied. The surface heating element has a zigzag thin layer of aluminum alloy sandwiched between inner and outer insulating layers made of an epoxy resin adhesive. Special embodiments of such heating elements are described in German patents 906 661 and 936 314.
Bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung wird die äußere Isolierungsschicht des Heizelements mit einem Schleifmittel oder durch Sandstrahlen aufaufgerauht und der gesamte Flügel auf Spanndrähte 11 und 1.2 aufgehängt oder auf biegsamen Trägern, z. B. Gummikissen, befestigt, wobei die Leitkante 13 des Flügels zuoberst und annähernd waagerecht liegt.In carrying out the present invention, the outer insulation layer of the heating element is roughened with an abrasive or by sandblasting and the entire wing is suspended on tension wires 11 and 1.2 or on flexible supports, e.g. B. rubber cushion, with the leading edge 13 of the wing at the top and is approximately horizontal.
Eine elektrische Vorrichtung 14 zur Erzeugung von Schwingungen wird an den Flügel 15 angeschlossen, wobei der Boden der Vorrichtung mit einer stationären Verankerung 16 oder mit einer schweren trägen Masse verbunden ist. Die Vibriervorrichtung selbst besteht vorzugsweise aus einem Solenoid, das beim Anschluß an eine Stromquelle Schwingungen auf dem ganzen Flügel mit einer gewählten Frequenz und Amplitude erzeugt. Die Vibriervorrichtung 14 ist mit einem Frequenzregler 17 und einem Amplitudenregler 18 verbunden, die eine Veränderung der Frequenz und der Amplitude ermöglichen. In der Praxis ist eine Frequenz zwischen 40 und 60 Hz wirkungsvoll, jedoch kann die Frequenz in manchen Fällen bis zu 400 Hz gesteigert werden. Die jeweils verwendete Frequenz hängt von dem zu behandelnden Gegenstand ab und muß so eingestellt werden, daß unerwünschte natürliche Schwingungen ausgeschaltet sind. Die Amplitude kann zwischen 0,051 und 0,254 mm liegen. Die Stellung des Vibrators 14 ist derartig, daß die auf den Flügel übertragenen Schwingungen in horizontaler Richtung parallel zur Leitkante liegen und im allgemeinen parallel zu den Teilen der Flügeloberfläche an beiden Seiten verlaufen.An electrical device 14 for generating vibrations is connected to the wing 15, the bottom of the device being connected to a stationary anchorage 16 or to a heavy inertial mass. The vibrating device itself preferably consists of a solenoid which, when connected to a power source, generates vibrations over the entire wing with a selected frequency and amplitude. The vibrating device 14 is connected to a frequency regulator 17 and an amplitude regulator 18, which enable the frequency and the amplitude to be changed. In practice, a frequency between 40 and 60 Hz is effective, but in some cases the frequency can be increased up to 400 Hz. The frequency used in each case depends on the object to be treated and must be set in such a way that undesired natural vibrations are eliminated. The amplitude can be between 0.051 and 0.254 mm. The position of the vibrator 14 is such that the vibrations transmitted to the wing are parallel to the leading edge in the horizontal direction and are generally parallel to the parts of the wing surface on either side.
Die zur Herstellung der erfindungsgemäßen Einrichtung verwendete Mischung wird wie folgt hergestellt: In einem Beispiel enthält diese Mischung 80 Gewichtsprozent Pulver eines Siliciumstahls mit einer Korngröße um 53 u, wobei die Teilchen im allgemeinen rund sind, und 20 Gewichtsprozent des flüssigen Epoxyharzes. Der Anteil an Metallpulver kann vorteilhafterweise auf 90% oder gar 93 Gewichtsprozent erhöht werden. Der Stahl bestand aus 181/o Chrom, 8% Nickel, 2% Silicium und Rest Eisen. Seite Härte betrug etwa 250 Brinell (entspricht 100 Rockwell »B«). In einem anderen Beispiel bestand das Metallpulver aus einer Legierung aus 10 bis 20% Chrom, 2 bis 3,5% Bor, 2 bis 3,5% Silicium, bis zu 5 % andere Legierungselemente, z. B. Eisen, und Rest Nickel. Diese Legierung wies eine Härte von etwa 350 bis 840 Brinell auf. Die Korngrößenverteilung des Pulvers entspricht vorzugsweise der der graphischen Darstellung in F i g. 2, aus der man ersieht, daß annähernd das ganze Pulver eine Teilchengröße zwischen 10 und 70 Et aufweist, wobei die Größenverteilung praktisch gleichmäßig über diesen Bereich ist.The mixture used to manufacture the device according to the invention is made as follows: In one example, this mixture contains 80 percent by weight Powder of a silicon steel with a grain size of around 53 u, the particles generally are round, and 20 percent by weight of the liquid epoxy resin. The proportion of metal powder can advantageously be increased to 90% or even 93% by weight. The Steel consisted of 181 / o chromium, 8% nickel, 2% silicon and the remainder iron. Side hardship scam about 250 Brinell (corresponds to 100 Rockwell "B"). In another example there was the metal powder from an alloy of 10 to 20% chromium, 2 to 3.5% boron, 2 to 3.5% silicon, up to 5% other alloying elements, e.g. B. iron, and the remainder nickel. This alloy had a hardness of about 350 to 840 Brinell. The grain size distribution of the powder preferably corresponds to that of the graphic representation in FIG. 2, from which it can be seen that almost all of the powder has a particle size between 10 and 70 Et, the size distribution practically evenly over these Area is.
Bei der Herstellung der Mischung wird das flüssige Harz auf 100° C erhitzt und in einem Behälter mit einem eintauchenden, durchbrochenen Flügel gerührt, der an einem elektrischen Vibrator angeschlossen ist, der Schwingungen von 0,635 bis 1,26 mm (0,025 bis 0,05 inch) bei 50 Hz erzeugt. Das Metallpulver wird auf 100 bis 120° C vorgewärmt und dann dem Harz zugesetzt, das dauernd, auch während der nachfolgenden Abkühlung auf unter 30° C, gerührt wird. Hierauf gibt man ein flüssiges Härtemittel für das Kunstharz zu und mischt von Hand. Die Mischung wird hierauf weitere 10 Minuten gerührt, um etwa eingeschlossene Luft zu zerteilen.During the preparation of the mixture, the liquid resin is heated to 100 ° C heated and stirred in a container with a dipping openwork wing, which is connected to an electric vibrator, the oscillations of 0.635 up to 1.26 mm (0.025 to 0.05 inch) at 50 Hz. The metal powder is increased to 100 preheated to 120 ° C and then added to the resin, continuously, even during the subsequent cooling to below 30 ° C, is stirred. Then you give a liquid Hardener for the synthetic resin and mixes by hand. The mix is based on this Stirred for another 10 minutes to break up any trapped air.
Die entstehende Mischung ist eine sehr viskose Flüssigkeit, die sich normalerweise schwierig in einer bestimmten Dicke auf eine Oberfläche aufbringen und verteilen läßt. Nach der Erfindung wird die Mischung durch ein Strangpreßmundstück auf den oberen Teil der Leitkante 13 des Flügels gepreßt und der Vibrator 14 eingeschaltet, um den Flügel horizontal und in der Hauptebene der Flügeloberfläche in Schwingung zu versetzen. Der Flügel selbst wird durch Heizung des elektrischen Elements zur Oberflächenheizung erwärmt. Die Stromzufuhr erfolgt durch biegsame Anschlüsse 19. Auch durch Heizstrahler u. ä. kann die äußere Fläche des Flügels erhitzt werden. Darüber hinaus kann man einen heißen Luftstrom auf die viskose Masse blasen. Unter dem Einfluß der Schwingungen und der Wärme verteilt sich die viskose Mischung und fließt an beiden Seiten der Leitkante herab. Eine bevorzugte Stärke der Schicht ist etwa 0,37 mm.The resulting mixture is a very viscous liquid that is usually difficult to apply to a surface in a certain thickness and can be distributed. According to the invention, the mixture is passed through an extrusion die pressed onto the upper part of the leading edge 13 of the wing and the vibrator 14 switched on, around the wing horizontally and in oscillation in the main plane of the wing surface to move. The wing itself is heated by the electrical element Surface heating warmed. The power is supplied through flexible connections 19. The outer surface of the wing can also be heated by radiant heaters and the like. In addition, a stream of hot air can be blown onto the viscous mass. Under the influence of the vibrations and the heat spreads the viscous mixture and flows down both sides of the leading edge. A preferred thickness of the layer is about 0.37mm.
Die mit der viskosen Mischung zu überziehende Fläche wurde vorher mit Klebestreifen teilweise abgedeckt, und sobald die untere Kante der Mischung den Abdeckstreifen erreichte, wird der Vibrator und auch die Wärmezufuhr abgeschaltet. Innerhalb kurzer Zeit haben sich die Harzbestandteile der Mischung verfestigt und befinden sich in einem Zustand, der als »B«-Zustand bekannt ist, wobei das Harz fest, aber noch nicht vollständig gehärtet ist. Hierauf wird der Abdeckstreifen entfernt und die Kanten der aufgetragenen Schicht gerade geschnitten und in schrägem Winkel durch Aufbringung einer Hohlkehle aus der Mischung abgedeckt.The area to be coated with the viscous mixture was previously partially covered with tape, and once the lower edge of the mixture reached the cover strip, the vibrator and also the heat supply switched off. Within a short time, the resin components of the mixture have become solidified and in a state known as the "B" state the resin being solid but not yet fully cured. Then the Removed cover strip and cut the edges of the applied layer straight and covered at an oblique angle by applying a fillet from the mixture.
In manchen Fällen ist es praktisch, die Mischung auf eine Reihe von in kleinem Abstand voneinander getrennten Flächen aufzutragen und danach die Spalten zwischen den Flächen mit der gleichen viskosen Metall-Harz-Mischung unter Anwendung von Vibration und Erhitzen zu überdecken.In some cases it is convenient to mix on a number of to apply areas separated from each other at a small distance and then the gaps between the surfaces using the same viscous metal-resin mixture covered by vibration and heating.
Die gesamte Oberflächenschicht wird dann durch Anwendung von Wärme für die benötigte Zeit, im allgemeinen mit Hilfe von Heizstrahlern, vollständig gehärtet.The entire surface layer is then covered by the application of heat for the required time, generally with the help of radiant heaters, completely hardened.
Hierauf wird die Oberfläche der gekrümmten Schicht, z. B. mit einem Sandstrahlgebläse, behandelt, um irgendwelche kleine hervorragende Unebenheiten des Harzes zu entfernen. Gegebenenfalls kann darauf die Oberfläche angestrichen werden.Then the surface of the curved layer, e.g. B. with a Sandblasting, treated to any small outstanding bumps to remove the resin. If necessary, the surface can be painted on top will.
Die erfindungsgemäße Einrichtung kann also leicht auf Flächen mit doppelter Krümmung aufgebracht werden, und sie besitzt eine erstaunliche Widerstandsfähigkeit gegenüber der zerstörenden Wirkung kleiner Steinchen oder ähnlicher Teilchen. Die zur Verteilung der viskosen Mischung auf dem Flügel angewendete Schwingung befreit kleine Lufteinschlüsse, die sich bilden können und die Festigkeit der Schicht herabsetzen würden.The device according to the invention can therefore easily be used on surfaces double curvature, and it has an amazing resistance against the destructive effect of small stones or similar particles. the vibration applied to distribute the viscous mixture on the wing is released small air pockets that can form and reduce the strength of the layer would.
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| DE906661C (en) * | 1951-08-21 | 1954-03-15 | Napier & Son Ltd | Method for producing an electrically heatable device for preventing ice formation or freezing, in which a layer of electrical insulating material with an embedded metal layer is applied as a heating element to the object to be protected |
| DE936314C (en) * | 1952-11-17 | 1955-12-07 | Napier & Son Ltd | Process for the production of an electrically heatable device for preventing ice formation or freezing |
-
1958
- 1958-10-11 DE DEN15699A patent/DE1254263B/en active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN111590927A (en) * | 2020-05-22 | 2020-08-28 | 西安飞机工业（集团）有限责任公司 | Process method for improving conductivity of heating element |
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