Verarbeitung
zu beheizten Faserverbundflächen

Verarbeitung

Beheizte Formen und Leichtbauteile aus GFK  und CFK

CoTexx®  Heizgestrick wird bevorzugt mithilfe von Infusionsverfahren in Glasfaser- oder Carbonlaminate integriert. Dies bietet die folgenden Vorteile:

  • Platzieren von Verstärkungsfasern und Heizgestrick ohne Zeitdruck, da die Topfzeit des Harzes keine Rolle spielt.
  • Die Gefahr, Drähte zu beschädigen, ist reduziert.
  • Die Laminatqualität steigt aufgrund des geringen Anteils an Lufteinschlüssen. Im Betriebszustand bis 180 °C kann die Wärme von der Heizschicht hin zur Oberfläche optimal fließen.

Trotzdem hat sich die Verarbeitung im Handlaminierverfahren ebenso bewährt. Zuerst wird hierfür das Heizgestrick durch Lötverbindungen elektrisch kontaktiert. Das Heizelement wird dann mit Glasfasergewebe oder Vlies bedeckt, mit Harz getränkt und mittels Vakuumabsaugung kompaktiert. Anwendungsfälle für dieses Verfahren sind temperierte Formwerkzeuge und Vorrichtungen mit Heiztemperaturen bis ca. 100 °C und Matrices aus Epoxid- oder Polyesterharz.  

Erfolgreich erprobt wurde zudem die Herstellung von beheizten Werkzeugformen aus Tooling-Prepreg. Die elektrische Heizschicht wird hierfür durch Glasfaser-Prepreg von den Carbonfaser-Prepreg-Lagen getrennt. Im Autoklav bei z.B. 120°C oder 160 °C härten die Schichten unter Druck zu einer hochsteifen und gleichzeitig leichten Verbundform. Die Verarbeitung von Tooling-Prepreg im Autoklaven verspricht gegenüber einer reinen Vakuum-Konsolidierung eine geringere Porosität des Laminats (siehe z.B. „Tooling Prepregs von Toray“).

Flexible Heizmatten aus Silikon

Ein weiteres Verfahren ist die Verarbeitung im Gießverfahren. Anwendungen sind  flexible Heizmatten aus Silicon bzw. beheizte Silikonhauben für die Prepregverarbeitung und Reparatur von Faserverbund-Strukturen. Auch für die Herstellung von Preforms und Vorformlingen werden beheizte Membrane eingesetzt. Die Silikonmembrane weisen je nach verwendetem Material eine Temperaturbeständigkeit von etwa 180 °C auf.

Flächenheizung im Formwerkzeug:

Der grundsätzliche Aufbau

Die folgenden Abschnitte konzentrieren sich auf den Bau von be­heiz­ten For­men­werk­zeu­gen zur Her­stellung von Fa­ser­ver­bund-Bau­tei­len und Pre­form­tei­len.

Auf einem Urmodell mit vorbereiteter Formendeckschicht werden die einzelnen Bahnen Heizgestrick entsprechend der Auslegung abgelegt. Die Bahnen werden miteinander verlötet und einem Funktionstest unterzogen.

Anschließend können weitere Lagen Glasgewebe abgelegt werden. Danach wird die Va­ku­um­in­fu­sion durchgeführt.

Arbeitsschritte im Überblick:

  • Untergrund (Koppelschicht) für eine spätere Verbindung mit der Matrix vorbereiten (z.B. anschleifen, entfetten)
  • Heizgestrickbahnen mit einer Schere ablängen und positionieren
  • Gestrickbahnen mittels Heißklebevlies oder Sprühkleber anheften
  • Lötpunkte setzen
  • Bahnwiderstände messen und protokollieren
  • Bahnen zu Heizkreisen verschalten
  • Netzanschluss vorbereiten
  • Prüfen des Gesamtwiderstands
  • Einbau der Sensoren
  • Restlicher Aufbau der Gewebelagen
  • Infiltration wie üblich

Nach der Aushärtung des Harzes lässt sich die Steifikgeit der Form bei Bedarf erhöhen. Für einen Sandwichaufbau werden Kern und Deckschicht aufgeklebt.

Vorteil Kupfer:

Verlässliche Kontaktierung durch Löten

Damit Strom durch das Heizgestrick fließen kann, muss es über Kabel mit der Spannungsquelle elektrisch verbunden werden. Ein großer Vorteil der  Flächenheizung von CoTexx ist, dass sich durch Löten einfach und zuverlässig Verbindungen herstellen lassen.

Die Löttemperatur muss mind. 350 °C betragen, um den Isolierlack an den Kontaktstellen zu entfernen. Ob der Lack restlos entfernt wurde, lässt sich durch eine Widerstandsmessung der einzelnen Bahnen feststellen.

Zubehör

Ebenfalls bei uns erhältlich ist optionales Zubehör zur Verarbeitung von CoTexx®  Heizgestrick. Dieses ist speziell auf den Einsatz von Heizelementen in Faserverbund-Systemen abgestimmt.

PT-100 Temperatursensoren

Unsere Temperatursensoren zeichnen sich durch eine geringe Abmessung und thermische Masse aus, was für ein schnelles Ansprechverhalten sorgt. Sie lassen sich nahe an den Heizdrähten einbetten, was wichtig für eine Messung der Temperatur direkt an der Wärmequelle ist. Die PT-100-Sensoren sind je nach vorhandener Messeinrichtung mit zwei oder drei Messleitungen aus Hochfrequenzlitze ausgestattet.

  • PT-100 Sensor mit 1,0 m Messleitungen, 2-Leiterausführung
  • PT-100 Sensor mit 1,0 m Messleitungen, 3-Leiterausführung

Kontaktierungshülsen

Kontaktierungselemente wie die Kontaktierungshülsen sind insbesondere für die Verarbeitung von CoTexx®  Heizgestrick mit Infusionsverfahren geeignet. Die Sammelleiter, die zu den Heizgestrickbahnen führen, werden an die Kupferfolie angelötet. Die Hülsen verbleiben während der Infusion innerhalb des Vakuumsacks. Somit kann weder Luft eindringen, noch Matrix in die Anschlusskabel fließen. Die Anschlusskabel werden nach dem Entformen einfach an die Hülsen angeschraubt.

  • M4-Hülse, 15 mm, auf Kupferfolie geschweißt
  • M5-Hülse, 15 mm, auf Kupferfolie geschweißt
  • M6-Hülse, 15 mm, auf Kupferfolie geschweißt

Kontaktierungs-Gewindebolzen

Nach dem gleichen Prinzip funktionieren die Gewindebolzen. Sie sind auf ein 0,3 mm starkes Kupferblech aufgeschweißt, an das das Heizelement gelötet wird. Ein Schrumpfschlauch schützt während der Infusion das Gewinde vor Harz. Alle über der Heizschicht abgelegten Verstärkungslagen werden so eingeschnitten, dass die Gewindebolzen die Oberfläche durchstoßen.

  • M4-Gewindebolzen mit 10 mm oder 15 mm Länge, auf Kupferfolie geschweißt
  • M5-Gewindebolzen mit 10 mm oder 15 mm Länge, auf Kupferfolie geschweißt
  • M6-Gewindebolzen mit 10 mm oder 15 mm Länge, auf Kupferfolie geschweißt

Kontaktabdeckung

Wird das Heizelement mit Spannungen betrieben, die oberhalb einer berührungssicheren Kleinstspannung wie z.B. 60 VDC liegen, müssen die Kontakte vor der Inbetriebnahme berührungssicher umschlossen werden. In die speziellen Rahmen aus GFK werden nach Bedarf Kabeldurchführungen eingesetzt. Anschließend werden die Rahmen auf das Laminat geklebt und der Deckel angeschraubt.

  • GFK-Rahmen mit 60 mm Kantenlänge und 30 mm Höhe, mit Deckel
  • GFK-Rahmen mit 75 mm Kantenlänge und 40 mm Höhe, mit Deckel

Flachlitze

Mit der Flachlitze aus blanken Kupfer-Feindrähten können die einzelnen Bahnen von CoTexx®  Heizgestrick untereinander elektrisch verbunden werden. Die Flachlitze verfügt über keine Isolation, darf also nur dort verlegt werden, wo sie später einlaminiert wird. 

  • Flachlitze mit 1,5 mm² Leiterquerschnitt als Meterware

Verarbeitungsempfehlungen
Um Ihnen einen detaillierten Einblick in die Verarbeitung von CoTexx Heizgestrick zu geben, haben wir Wissenswertes in einem PDF zusammengefasst.

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Tipps und Tricks bei der Verarbeitung von CoTexx Heizgestrick

Welches Lötzinn ist geeignet?

Als Lötzinn eignet sich Standard-Elektronik-Lötzinn mit einem gewissen Anteil Kupfer. Wir können z.B. SN99Cu1 mit 3,5 % Flussmittel empfehlen. In Kombination mit einem Lötkolben mit einer ca. 3 mm breiten Meißelspitze (etwas abgeflacht für einen flächigeren Wärmeübergang) und einer eingestellten Temperatur von 400 °C lassen sich die Hochfrequenzlitzen zuverlässig kontaktieren.

Wie lassen sich die Heizgestrickbahnen auf der Deckschicht bzw. den Glasgewebelagen fixieren?

Verbreitet sind drei Methoden:

  1. Das Heizgestrick und bei Bedarf auch der Untergrund werden mit Sprühkleber benetzt. Nach kurzer Ablüftzeit wird die Heizgestrickbahn auf die unteren Lagen abgelegt und von Hand angedrückt.
  2. Sekundenkleber und gegebenenfalls ein Aktivator zur beschleunigten Aushärtung bieten sich ebenfalls an. 
  3. Alternativ kann der Untergrund mit einem thermoplastischem Bindervlies bedeckt werden. Anschließend wird eine Heizgestrickbahn abgelegt. Mithilfe eines Heißluftföns wird das zwischengelegte Bindervlies lokal aufgeschmolzen und das Heizgestrick wird durch einen leichten Anpressdruck von Hand fixiert. Nachträgliche Korrekturen der Heizgestrickposition sind möglich, indem die betreffenden Bereiche nochmals erhitzt werden.

Allgemein sollten Bereiche, in denen noch gelötet werden muss (z.B. die Bahnenden), vorerst nicht mit dem Untergrund verklebt werden. So lässt sich für den Lötvorgang eine thermische Isolierung zwischen Gestrick und Untergrund zwischenlegen, um die bereits auf das Urmodell abgelegten Schichten vor Hitzeeinfluss zu schützen. Nachdem die Kontaktierung abgeschlossen ist, werden auch die verbleibenden Bereiche einer Heizgestrickbahn wie oben beschrieben auf dem Untergrund fixiert. 

Was ist bei der Verarbeitung von Heizgestrick in Verbindung mit Carbongewebe oder Kohlefasergelege zu beachten?

Carbonfasern sind elektrisch leitfähig. Die Heizleiter des Heizgestricks sind zwar mit einer dünnen Isolationsschicht versehen, allerdings müssen insbesondere alle Lötstellen nachträglich isoliert werden um auszuschließen, dass Strom über angrenzende Verstärkungstextilien aus Kohlenstofffasern fließt.

In der Praxis werden daher zwischen Lagen aus Kohlefasern und Heizgestrick idealerweise drei Lagen Glasfasergewebe zwischengelgt. In besonders kurzschlussgefährteten Bereichen (Kontaktierungsbolzen oder -Buchsen, blanke Kupferlitzen zur Verbindung mehrerer Heizgestrickbahnen,…) sollte die Isolierung besonders sorgfältig erfolgen. Dies gilt auch für Spannungen, die die Grenzen von Berührungssicherer Kleispannung von 60 VDC übersteigen.

Welchen Kabelquerschnitt benötigen die Zuleitungen?

Der Kabelquerschnitt der Zuleitungen richtet sich nach dem Strom im Betriebszustand der Heizung. So empfehlen Strombelastbarkeitstabellen bei einem Strom von 30 A einen Kabelquerschnitt von mind. 2,5 mm².

Errechneter Widerstand einer Bahn stimmt nicht mit dem gemessenen Widerstand überein

Elektrische Kontaktierungs- oder Verdrahtungsfehler lassen  sich meist gut beheben, solange die elektrische Flächenheizung noch nicht in eine Matrix eingebettet ist. Stellen Sie bei den Messungen mit dem Ohmmeter bei der Verarbeitung des Heizgestricks einen erhöhten Widerstand einer Bahn oder eines Heizfeldes fest, dann ist meist eine der folgenden Ursachen schuld:

  • Eigenwiderstand des Ohmmeters bzw. der Messleitungen wurde nicht berücksichtigt.
  • Die Lötstelle kontaktiert nicht alle Einzeldrähte der Litze, weil z.B. die Löttemperatur zu gering war und der Isolationslack dadurch nicht an allen Drähten entfernt wurde. Abhilfe: Lötstellen nachlöten und erneut messen.
  • Mehrfacher Drahtbruch. Abhilfe: Austausch der Heizgestrickbahn.
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