CoTexx® Heizgestrick
Werkzeugbeheizung und Enteisung für Faserverbundbauteile

Heizgestrick

CoTexx Heizgestrick erzeugt:

Wärme für Composites

Ob Handlaminat, Prepreg, RTM oder Infusion – alle Fertigungsverfahren für Bauteile aus Faserverbundwerkstoffen benötigen Wärme. Denn nur wenige Harzsysteme härten bei Raumtemperatur aus. Und Wärmeformbeständigkeit sowie Festigkeit werden durch eine nachträgliche Temperung im Ofen erhöht. 

Mehr als heiße Luft

Wir bringen Wärme in Form

Die Idee von CoTexx Heizgestrick: Wärme dort erzeugen, wo sie gebraucht wird. Das „flexible Heizelement von der Rolle“ wird oberflächennah in die GFK- bzw. CFK-Form integriert. Fliest Strom durch das Heizelement wird Wärme flächig erzeugt. Sie beheizt das auszuhärtende Faserverbundbauteil oder aktiviert den Binder der Preform. Das Resultat ist eine direkte Werkzeugbeheizung, die ohne den Umweg von Wasser, Öl oder Luft als Wärmeträger auskommt.

CoTexx Heizgestrick. Unsere Antwort auf Zykluszeitminimierung und Energieeffizienz. Seit 2010.

Beheizte Bereiche im Bauteil

Enteisung

Wärme unterstützt nicht nur den Fertigungsprozess, sondern in manchen Anwendungen verfügen die produzierten Faserverbundstrukturen über beheizte Bereiche. Durch CoTexx Heizgestrick werden GFK- und CFK-Komponenten von Schnee und Eis befreit oder eisfrei gehalten, die bei jedem Wetter ihre Funktion zu 100 % erfüllen müssen. Dazu gehören Großbauteile für Satelliten-Kommunikationsanlagen und Komponenten in der Luft- und Raumfahrt. Ebenso werden Teile für Windkraftanlagen mit Anti-Icing oder De-Icing-Systemen ausgerüstet.

 

In Kürze

Für CoTexx Heizgestrick werden „Hochfrequenzlitzen“, also einzeln isolierte Drähte (Lackdraht), zu einem Textil verarbeitet. Solche Hochfrequenzlitzen sind aus Sicherheitsgründen der Standard bei Fahrzeug-Sitzheizungen. Eine lokale Überhitzung (hot spot) nach dem Bruch einzelner Adern ist ausgeschlossen. Das Material der Heizleiter ist entweder 99,9 % Kupfer oder eine Widerstandslegierung, je nach Anwendung.

Von der Sitzheizung zum Heizgestrick

Bewährte Technologie adaptiert auf die Faserverbundindustrie

Bei Kupferdraht, der mit einer temperaturbeständigen Lackschicht überzogen ist um ihn elektrisch zu isolieren, wird von Lackdraht gesprochen. Bei einem Bündel solcher Lackdrähte handelt es sich um eine sogenannten Hochfrequenzlitze.

Die Automobilindustrie setzt Hochfrequenzlitzen seit Jahren als Heizleiter in Sitzheizungen ein. Für CoTexx Heizgestrick wird das gleiche Ausgangsmaterial in einem Strickprozess zu einem Textil verarbeitet. Dieses Gestrick wird in den Faserverbundwerkstoff integriert, um ihn zu beheizen.

Die Vorteile gegenüber einer Heizung aus Carbonfasern liegen auf der Hand:

✔ eine lokale Überhitzung ist nach dem Bruch einzelner Adern ausgeschlossen

✔ zuverlässige Kontaktierung der Drähte durch Löten

✔ Kupfer und Kupferlegierungen verfügen über eine hohe Duktilität und brechen nicht bei der Verarbeitung

✔ Hohe Verform- und Drapierbarkeit aufgrund der Gestrickmaschen

✔ Durch Variationsmöglichkeiten von Legierung, Drahtdurchmesser und Anzahl kann der Widerstand auf die Spannungsquelle (üblicherweise 12-230 V Gleich- oder Wechselspannung) abgestimmt werden

In einem Wort: Flexibilität

Formenheizung, Werkzeug-temperierung, Anti-Icing

Unser Anspruch besteht darin, eine „elektrische Flächenheizung von der Rolle“ anzubieten. Flexibel und für die verschiedensten Anwendungen einsetzbar. Denn wir sind uns bewusst: es gibt viele Verfahren, um ein Bauteil aus Faserverbundwerkstoffen herzustellen. Und Stückzahl, Bauteilgeometrie bzw. -komplexität haben direkten Einfluss auf das Tooling-Konzept.

Entwickelt wurde CoTexx Heizgestrick insbesondere für die Beheizung von Werkzeugen und Formen aus CFK/GFK. Diese finden z.B. in Vakuum-Infusionsverfahren und Handlaminiertechniken Anwendung. Sie kommen ebenso für das Preformen von technischen Textilien zum Einsatz.

So vielfältig wie die Fertigungsmittel sind auch die Anforderungen an die Prozesstemperatur. CoTexx Heizgestrick eignet sich z.B.

  • zur beschleunigten Aushärtung einer Gelcoat-Schicht bei 50 °C
  • für die Aktivierung eines Binders während der Preform-Herstellung bei 120 °C
  • zur Aushärtung eines 180 °C-Matrixsystems

Textile Heizstrukturen für jede  Anwendung

Heizgestrick Varianten

Wir fertigen CoTexx Heizgestrick sowohl für den individuellen Werkzeugbau als auch für Serienanwendungen. Dabei ist es uns möglich, Ihnen durch die Variation der folgenden Eigenschaften das optimale Heizelement für Ihre Anwendung zu liefern: 

  • Gestrickbreite (25 – 120 mm)
  • Legierung (üblicherweise Cu 99,9 % oder CuNi bzw. CuNiMn-Legierungen)
  • Anzahl der Einzeladern der Hochfrequenzlitze (üblicherweise 10 – 48)
  • Einzeldrahtdurchmesser (üblicherwise 0,05 – 0,2 mm)
  • Dicke der Lackschicht (Grad 1 – 3; Durchschlagsspannung nach IEC je nach Einzeldrahtdurchmesser 150 – 1000 V) 

Heizsysteme für Faserverbund

Lieferform

Standardmäßig wird CoTexx Heizgestrick auf Spulen geliefert. Die Längen betragen bis zu 35 m. Das Heizgestrick lässt sich individuell direkt am Bauteil ablängen und passgenau verarbeiten.

Alternativ können wir mehrere Bahnen Heizgestrick nach Ihren Vorgaben zu einem Heizelement verlöten. Dabei fixieren wir das Gestrick beispielsweise auf einem Glasfasergewebe, um die Position der Bahnen auch beim Versand beizubehalten. Das vorgefertigte Heizelement kann dann beim Verarbeiter in den Faseraufbau integriert werden und im Infusions- oder Handlaminierverfahren weiterverarbeitet werden.

180 °C bei 5000 W/m²?

Temperaturfestigkeit

Die maximal mögliche Einsatztemperatur einer mit Heizgestrick beheizten Werkzeugform hängt von vielen Faktoren ab. Die Temperaturfestigkeit des Isolationslacks der Drähte beträgt für Standardanwendungen 190°C. Diese Temperatur darf nur kurzzeitig geringfügig überschritten werden.

Meist liegt allerdings die Temperaturfestigkeit des verwendeten Harzsystems niedriger und stellt somit das Betriebsmaximum dar.

Zu beachten ist zudem, dass die Temperatur an der Werkzeugoberfläche immer unter der Heizdraht-Temperatur  liegt. Denn hier wird die Wärme erzeugt. Daher sollte ein ausreichender Abstand zwischen Auslegungstemperatur und Temperaturfestigkeit der Matrix eingehalten werden. Beträgt z.B. die Temperaturfestigkeit des Harzsystems 180 °C, so kann die Werkzeugoberfläche eventuell nur auf 160 °C aufgeheizt werden. Bereits bei dieser Temperatur ist nicht auszuschließen, dass die Temperatur in der unmittelbaren Umgebung der Heizdrähte 180 °C erreicht.

Ebenso lassen sich Aussagen zu Flächenheizleistungen nicht pauschalisieren. Je größer der Abstand von Heiztemperatur und Temperaturfestigkeit der Komponenten, desto mehr Wärme kann ohne Überhitzung freigesetzt werden. Einzubeziehende Komponenten sind z.B. die Matrix (Epoxidharz, Silikon, …), der Gel-Coat und der Isolierlack der Heizdrähte.

So wurden mit CoTexx Heizgestrick schon Enteisungsanwendungen mit 5000 W/m² realisiert. Auch beheizte Werkzeuge lassen sich mit einer hohen Heizleistung auf moderate Temperaturen von ca. 100 °C aufheizen. Stehen allerdings nicht minimale Aufheizzeiten im Vordergrund, dann ist schon eine Flächenleistung von 500 W/m² für 50 °C Oberflächentemperatur als Richtwert anzusehen.

Das PTC-Verhalten von Kupfer

Bei Kupfer steigt der elektrische Widerstand linear mit zunehmender Temperatur. Dies sollte bei der Auslegung der Heizfläche für höhere Heiztemperaturen berücksichtigt werden. Beträgt der Widerstand R eines Heizfeldes z.B. 1,0 Ω bei einer Temperatur T von 20 °C, so erhöht er sich aufgrund des positiven Temperaturkoeffizienten Cu=0,0039 [1/°C]) bei 150 °C auf 1,5 Ω. Allgemein gilt:

R(T) = R(20°C) * [1 + α * (T – 20°C)]

Dagegen kann eine temperaturabhängige Widerstandsänderung bei der Heizgestrickvariante „Widerstandslegierung“ vernachlässigt werden, weil der Temperaturkoeffizient näherungsweise 0 ist.

Wir empfehlen daher CoTexx Heizgestrick „Widerstandslegierung“ für folgende Anwendungen:

  • Wärmeabfuhr ist nicht gleichmäßig über die Heizfläche verteilt (z.B. schwankende Dicken der Wärmedämmung)
  • nicht konstante Laminatdicken bzw. Wärmesenken wie Verstärkungsrippen in der Form, die wie Kühlrippen wirken
  • hohe Heiztemperaturen über ca. 120 °C

Das Ideal: Wärme dort erzeugen, wo sie gebraucht wird

Die Vorteile einer Flächenheizung

Bei direkt beheizten Formwerkzeugen war es bisher üblich, Wärme in Heizpatronen punktuell erzeugen. Um eine gleichmäßige Temperaturverteilung an der Formoberfläche zu erreichen, befindet sich zwischen Heizpatrone und Oberfläche eine dicke Schicht wärmeleitfähiges Metall. Bei jedem Aufheizvorgang muss die gesamte Masse des Werkzeugs erwärmt werden. Dies macht die Regelung träge und bedeutet zudem einen großen Energieeinsatz.

Demgegenüber steht die elektrische Flächenheizung. Wärme wird im CoTexx Heizgestrick flächig erzeugt, weshalb die Heizung oberflächennah in das Werkzeug integriert werden kann. Die Formendicke kann aus thermischer Sicht deutlich reduziert werden, was gegenüber dicken Metallformen Masse einspart – und die Aufheizrate deutlich erhöht. Daher findet sich CoTexx Heizgestrick in elektrisch beheizten GFK-Formwerkzeugen zur Herstellung von Großbauteilen wie Rotorblättern.

Beheizte Fertigungsmittel mit CoTexx Heizgestrick – Wärme am richtigen Ort zur richtigen Zeit. Dank konturnaher Temperierung hohe Energieeffizienz und kurze Aufheizzeiten.

Produktinformation
Eine kompakte Übersicht über die elektrische Flächenheizung CoTexx Heizgestrick für die Faserverbundtechnik finden Sie in diesem PDF.

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