Integriertes Heizelement aus rCF

Schwerpunkte des Projekts
Schwerpunkte des Projekts „carboHEAT“ (Quelle: LiA, Universität Paderborn)

An der Fakultät für Maschinenbau der Universität Paderborn wurde 2023 im Projekt Carboheat eine beheizbare, hybride Leichtbaustruktur entwickelt. Fokussiert hatte sich das Forschungsteam auf den Einsatz als beheizbare Bodenplatte für Campingfahrzeuge. In Zukunft lassen sich aufbauend auf diesen Ergebnissen verschiedene beheizbare Hybridstrukturen auf Basis recycelter Kohlenstofffaservliesen (rCF) für vielfältige Anwendungen herstellen. Vorstellbar sind zum Beispiel das De-Icing von Rotorblättern von Windkraftanlagen oder das Beheizen der Batterien in Elektrofahrzeugen. Damit tut sich ein weiteres Marktsegment für Sekundärrohstoffe auf.

„Das Heizelement nutzt den Mechanismus der jouleschen Wärme durch den Einsatz der hervorragend elektrisch leitfähigen Kohlenstofffasern. Beim Anlegen einer elektrischen Spannung fungiert das rCF-Vlies als flächiger Widerstand, was zu einer effizienten Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme führt. Für die Auslegung der hybriden Leichtbaustruktur wurden Werkstoffe entsprechend den gewünschten mechanischen, elektrischen und thermischen Anforderungen an die Fußbodenheizung im Campingfahrzeug mit Hilfe der methodischen Materialauswahl nach Ashby abgeleitet.“
Caterina Linnig, Team FKV-Hybrid, Leichtbau im Automobil (LiA)

Zum Auslegen der Heizelemente wurden verschiedene Parameter variiert: unter anderem das Flächengewicht des rCF-Vlies, die Kontaktierung mittels Kupferklebeband und Kupferdraht, die Ausrichtung der Vlieslagen zwischen den Kontaktstellen sowie die Größe der Heizelemente. Dabei untersuchten die Forschenden den Einfluss dieser Parameter auf die erzielbare Heizleistung. Im Projekt konnte anhand von Thermographieaufnahmen gezeigt werden, dass die Nutzung von rCF-Vlies mit einem Flächengewicht von 30 g/m² gegenüber rCF-Vliesen mit niedriger Grammatur eine deutlich homogenere Wärmeentwicklung hervorruft.

Das Heizelement wurde mit den jeweils präferierten Werkstoffen zu einem funktionsfähigen Prototypen kombiniert. Sowoh in statischen Tests als auch bei der Untersuchung der erreichbaren Temperaturentwicklung konnte gezeigt werden, dass die gewünschten mechanischen, elektrischen und thermischen Anforderungen für den Einsatz als Fußbodenheizung erreicht werden.

Partner war das Unternehmen Hotset, die Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) förderte das Forschungsprojekt und stellt auf Anfrage einen Abschlussbericht bereit.


Quelle und weitere Infos: Blogbeitrag

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