Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrischen Kontaktierung elektrisch leitfähiger Laminate aus kohlefaserverstärkten Kunststoffen (CFK-Laminate) gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zur elektrischen Kontaktierung elektrisch leitfähiger Laminate gemäß Oberbegriff des Anspruches 21.

Kohlefaserverstärkte Kunststoffe (CFK) bestehen aus elektrisch leitfähigen Kohlenstofffasern und zumeist nicht leitfähigen Kunststoffen. Es ist allgemein bekannt, dass entsprechende schichtweise Aufbauten, die auch als CFK-Laminate bezeichnet werden, elektrisch leitfähig sind. Allerdings ist ihre Leitfähigkeit im Vergleich zu metallischen Werkstoffen relativ schlecht. Bezogen auf den Querschnitt hat ein CFK-Laminat einen um den Faktor 1.000 bis über 5.000 mal höheren Widerstand als beispielsweise Kupfer. Die relativ schlechte elektrische Leitfähigkeit wird gezielt genutzt, um CFK-Oberflächen nach dem Prinzip eines Ohmschen Widerstandselementes elektrisch zu beheizen.

Die Vorteile einer CFK-Oberflächenheizung wurden bereits in der DE 10 2006 058 198 A1 , der PCT/DE2007002219 und der DE 10 2005 003 371 A1 hinreichend beschrieben. Wie bereits in der DE 10 2005 003 371 A1 erkannt wurde, ist indes die Stromzuführung in entsprechende Laminate kritisch. Da entsprechende CFK-Heizungen zumeist bei geringen Kleinspannungen (Spannungen unter 42 Volt) und bei hohen Strömen bis zu mehreren 100 Ampere betrieben werden, führen Übergangswiderstände an den Kon- taktierungsstellen zu überhöhter Erwärmung, was im Extremfall zu Zerstörung der CFK- Laminate im Kontaktierungsbereich führen kann. Die DE 10 2005 003 371 A1 löste dieses Problem, indem ausgehärtete CFK-Laminate schräg angeschnitten werden, um bei entsprechend vergrößerter Oberfläche mit einem elektrisch leitfähigen Kleber den Kontakt zwischen metallischer Stromzuführung und den zu kontaktierenden Kohlenstofffasern herstellte. Die DE 10 2006 058 198 A1 löste dieses Problem, indem die längs durch ein Bauteil über die gesamte Länge hindurch laufenden Kohlenstofffasern einzeln oder bündelweise mit metallischen Hülsen verquetscht und anschließend die Hülsen mit einer oder mehreren quer verlöteten Metallkabeln oder -bändern verlötet wurden. Die DE 10 2006 058 198 A1 konnte so gegenüber der in der DE 10 2005 003 371 A1 genannten Methode den Übergangswiderstand deutlich verringern, allerdings sind beide Methoden sehr aufwändig. Insbesondere das Verquetschen von Kohlenstofffasern mit metallischen Hülsen ist sehr aufwändig, wenn es in Handarbeit erfolgt. Da im Hauptanwendungsgebiet beheizbarer CFK-Laminate, der beheizbaren Werkzeugformen, von Anwendungsfall zu Anwendungsfall die Geometrien der Heizfelder unterschiedlich sind, erscheint hier eine automatisierbare Kontaktierung insbesondere dadurch schwer durchführbar zu sein, weil stets unterschiedliche Geometrien, insbesondere unterschiedliche Feldlängen kontaktiert werden müssen. Außerdem unterliegt eine manuell hergestellte Kontaktierung Qualitätsschwankungen, die in der unterschiedlichen Sorgfalt der Verar- beiter begründet sind. So zeigte sich, dass eine unterschiedlich starke Quetschung der Metallhülsen zu den Kohlenstofffasern zu erheblichen Schwankungen im Übergangswiderstand führen kann.

In Versuchen hat sich gezeigt, dass das einfache Ablegen von geflochtenen, gelochten oder anderweitig strukturierten Metallbändern zwar prinzipiell auch einen geringen Übergangswiderstand ergeben kann, wenn eine hinreichende Kontaktfläche zwischen den Metallbändern und den zu kontaktierenden Kohlenstofffasern besteht. Allerdings zeigte sich in thermischen Dauertests, dass bei häufigem Aufheizen und Wiederabkühlen aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen von Metallen, Kohlenstofffasern und Kunstharzen Delaminationen zwischen Metallbändern und Kohlenstofffasern auftreten können, die den Übergangswiderstand zwischen Metallbändern und Kohlenstofffasern mit steigender Lastwechselzahl ansteigen lassen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Kontaktierung zu entwickeln, mit der eine Kontaktierung zumindest zum Teil automatisierbar und somit kostengünstig und in gleich bleibender Qualität hergestellt werden kann.

Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ergibt sich hinsichtlich der Vorrichtung aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 und hinsichtlich des Verfahrens aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 21 jeweils in Zusammenwirken mit den Merkmalen des zugehörigen Oberbegriffes. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur elektrischen Kontaktierung elektrisch leitfähiger Laminate aus kohlefaserverstärkten Kunststoffen (CFK-Laminate). Eine erfindungsgemäße Vorrichtung weist mindestens eine Lage einer Kohlenstofffasern aufweisenden Fadenanordnung, eines Gewebes oder eines Geleges auf, wobei diese mindestens eine Lage einen ersten Bereich zur Kontaktierung mit an die Vorrichtung extern heran geführten elektrisch leitfähigen Elementen sowie einen zweiten Bereich aufweist, in dem die Vorrichtung auf die Kohlenstofffasern mindestens einer angrenzenden, elektrisch zu kontaktierenden Kohlenstofffaserlaminat- schicht aufbringbar oder mit diesen Kohlenstofffasern verbindbar ist und der Oberflächenkontakt des zweiten Bereichs mit der mindestens einen zu kontaktierenden Kohlenstofffaserlaminatschicht in dem ersten Bereich der Vorrichtung eingeleitete elektrische Spannungen und Ströme mit geringem Kontaktwiderstand auf die Kohlenstofffasern der mindestens einen elektrisch zu kontaktierenden Kohlenstofffaserlaminatschicht überträgt.

Versuche mit elektrisch leitfähigen Kohlenstofffaserlaminatschichten haben gezeigt, dass die Kohlenstofffasern im Faser-Kunststoffverbund in Verbindung mit elektrisch nicht leitfähigen Kunstharzen fast ausschließlich in Faserrichtung leitfähig sind. Veranschaulicht wird das durch einen Versuch, bei dem ein biaxiales orthogonales Kohlenstofffasergewebe mit rechteckigem Zuschnitt in Längsrichtung an beiden schmalen Rechteckseiten nach der in der DE 10 2006 058 198 A1 beschriebenen Methode mit Quetschhülsen und quer verlöteter Kupferzuleitung kontaktiert wird. Als Gesamtwiderstand dieser Anordnung ergibt sich in etwa der Widerstand einer einzelnen Kohlenstofffaser entsprechender Länge geteilt durch die Anzahl der in Längsrichtung parallel geschalteten Kohlenstofffasern. Beim nachträglichen Entfernen der quer angeordneten Fasern ergibt sich eine nur geringfügige Widerstandserhöhung, was verdeutlicht, dass die Fasern hauptsächlich in Faserrichtung den Stromfluss leiten. Vor diesem Hintergrund erscheint es zunächst erstaunlich, dass ein weiteres, biaxiales Gewebestück mit gleicher Geometrie den Gesamtwiderstand im Vergleich zur ersten Lage halbiert, auch wenn es nicht unmittelbar kontaktiert, sondern nur mit leichtem Druck auf die erste Gewebelage aufgepresst wird. Dieses funktioniert, wie sich in Versuchen gezeigt hat sowohl mit trockenen Geweben, die mit geringem Druck aufeinander gepresst werden, wie auch mit Kohlenstofffaserlaminaten, die schichtweise aufgebaut und unter geringem Druck (z.B. im Vakuumsackverfahren) mit Kunstharz verpresst und ausgehärtet werden. Insbesondere funktioniert dieses auch bei einer nicht parallel zum Stromfluss verlaufenden Faserausrichtung. Erklärbar ist dieses durch den zwar quer zur Faserausrichtung relativ hohen Übergangswiderstand, der sich aber in flächigen Laminaten auf eine sehr große Oberfläche verteilt. Weitere Versuche haben gezeigt, dass bei Laminataufbauten mit leichten bis mittelschweren Geweben (Gewebeflächengewicht von 64 g/m ² bis 400 g/m ² ) nach bereits wenigen cm Lauflänge (2-5 cm) der Stromfluss mit kaum erfassbarem Übergangswiderstand von einer Gewebelage in die nächste Gewebelage übertragen werden kann. Dieses funktioniert besonders gut bei biaxialen orthogonalen Gewebeaufbauten, wobei es nur geringfügige Unterschiede gibt, ob die Fasern längs und quer (0 90°) zur Stromflussrichtung oder diagonal (±45°) zur Stromflussrichtung angeordnet sind.

Vorstehende Experimente und Überlegungen zeigen, dass es nicht zwingend erforderlich ist, bei einem elektrisch leitfähigen Kohlenstofffaserlaminat den Kontakt durch unmittelbare Kontaktierung der längs in Stromflussrichtung verlaufenden Kohlenstofffasern vorzunehmen.

Diese Effekte macht sich nunmehr die Erfindung in Form der erfindungsgemäßen Vorrichtung zunutze, indem die Kontaktierung durch einen relativ schmalen Kontaktstreifen (in bisherigen Untersuchungen hat sich eine Breite von ca. 5-19 cm bewährt) oder ein sogenanntes Kontaktband hergestellt wird, das in einer ersten Ausgestaltung mit elektrisch leitfähigen zusätzlichen Fasern z.B. aus Metall durchsetzt ist und von den Fasern etwa aus Metall im Oberflächenkontakt die elektrische Kontaktierung der zu bestromenden Kohlenstofffaserlaminate herstellt. In anderer Ausgestaltung ist es auch denkbar, zumindest einzelne der Kohlenstofffasern mit einer z.B. metallischen, elektrisch leitenden zusätzlichen Schicht zu überziehen und dadurch eine Anbindung an die extern heran geführten elektrisch leitenden Elemente herzustellen. Insbesondere muss dabei dafür Sorge getragen werden, dass ein dauerhafter Verbund zwischen den metallischen Elementen und den Kohlenstofffaserlaminatschichten erfolgt, die auch nach einer Vielzahl (tausende) von thermischen und/oder mechanischen Lastwechseln keine Tendenz zum Delaminieren zeigt. Hilfreich ist dabei evtl. auch ein zusätzliches Vernähen von metallischen Elementen und Kohlenstofffasern, ähnlich dem„Versteppen" das bei Gelegen üblich ist. Die Trennung der Vorrichtung in zwei miteinander über die Kohlenstofffasern elektrisch in leitender Verbindung stehende Bereiche, wobei einer der Bereiche zur Übertragung der von den extern heran geführten elektrisch leitenden Elementen übertragenen Ströme und Spannungen auf die Kohlenstofffasern der Vorrichtung und der zweite Bereich zur Kontaktierung über den Flächenkontakt mit den Kohlenstofffasern der Kohlenstofffaserlaminatschicht dient, schafft damit zwei klar getrennte und damit einzeln optimal auslegbare Flächenabschnitte innerhalb der Vorrichtung für die jeweiligen Teilaufgaben.

Die vorliegende Erfindung beschreibt damit eine erfindungsgemäße Vorrichtung z.B. in Form eines relativ schmalen Kontaktbandes, mit dem die Stromzuführung (Kontaktierung) entsprechender Kohlenstofffaserlaminate effizient, kostengünstig und mit einem geringen Übergangswiderstand von metallischen Zuführungsleitungen in entsprechende CFK- Kohlenstofffaserlaminate vollzogen werden kann.

In einer ersten denkbaren Ausgestaltung kann die Lage des aus Kohlenstofffasern gebildeten Gewebes oder Geleges eine zumindest biaxiale Anordnung der Kohlenstofffasern aufweisen. Wie vorstehend beschrieben weisen derartige biaxiale Anordnungen, insbesondere auch bei Anordnung unter zueinander verdrehten Richtungen der Fasererstreckung besonders günstige Eigenschaften auf.

In einer ersten Ausgestaltung kann die Fadenanordnung, das Gewebe oder Gelege in dem ersten Bereich aus Kohlenstofffasern und die Kohlenstofffasern zumindest abschnittsweise berührend kontaktierenden elektrisch leitfähigen Fäden, insbesondere metallischen Fäden gebildet werden. Derartige elektrisch leitfähige Fäden können ähnlich wie textile Fäden auf vielfältigste Weise in den Verbund mit den Kohlenstofffasern des ersten Bereichs gebracht werden, um den geforderten engen und elektrisch viele Kontaktstellen aufweisenden Verbund herzustellen. Hierbei können viele für normale textile Materialien bekannte Verfahren zum Einsatz kommen, die automatisiert und damit preisgünstig bei gleichwohl hoher Qualität den entsprechenden Verbund für den ersten Bereich erzeugen. Hierbei ist es denkbar, dass die Kohlenstofffasern und die elektrisch leitfähigen Fäden dauerhaft miteinander verbunden werden, vorzugsweise miteinander verwoben und/oder vernäht und/oder verwirkt und/oder versteppt und/oder textiltech- nisch miteinander verschlungen oder verbunden werden. So ist es in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung denkbar, dass die Kohlenstofffasern der Vorrichtung zumindest im ersten Bereich eine gewebte Anordnung von aus Kohlenstofffasern gebildeten Längsfäden in Kettrichtung und aus Kohlenstofffasern gebildeten Querfäden in Schussrichtung bilden, wobei die elektrisch leitfähigen Fäden den ersten Bereich in Längsrichtung parallel zur Kettrichtung der aus Kohlenstofffasern gebildeten Längsfäden durchziehen. Hierdurch bilden insbesondere die elektrisch leitfähigen Fäden eine besonders hohe Anzahl von Fadenkreuzungen mit den Kohlenstofffasern des ersten Bereichs, wodurch eine Vielzahl von Kontaktflächen zwischen den elektrisch leitfähigen Fäden und den Kohlenstofffasern entstehen und der Übergangswiderstand zwischen den elektrisch leitfähigen Fäden und den Kohlenstofffasern stark minimiert wird. Selbstverständlich sind eine Vielzahl andere als die vorstehend beschriebene Gestaltung von elektrisch leitfähigen Fäden und Kohlenstofffasern denkbar, wobei insbesondere die Herstellung auf textiltechnisch üblichen Maschinen und damit eine kostengünstige Herstellung im Vordergrund steht.

Weiterhin kann es von Vorteil sein, wenn die Kohlenstofffasern und/oder die elektrisch leitfähigen Fasern eine Faserweiligkeit aufweisen, die die Steifigkeit der Vorrichtung in dem ersten Bereich reduziert. Durch eine solche auch bei Geweben üblich Faserondulation (Faserweiligkeit) können die Steifigkeit des Laminatverbundes abgemindert und dadurch bei thermischen und mechanischen Dehnungen die interlaminaren Spannungen reduziert werden.

Eine andere Ausgestaltung ist ebenfalls denkbar, bei der die Fadenanordnung, das Gewebe oder Gelege in dem ersten Bereich aus Kohlenstofffasern mit elektrisch leitfähiger, insbesondere metallischer Beschichtung gebildet ist. Hierbei werden die Kohlenstofffasern Fasern in dem ersten Bereich zumindest teilweise mit einer elektrisch leitenden Schicht überzogen, z.B. vernickelt oder auf andere Weise metallisch beschichtet. Dadurch bilden sich zwischen den beschichteten Fasern und den unbeschichteten Fasern wiederum die schon vorstehend für die alternative Ausführungsform mit metallischen Fäden beschriebene, vielfach kontaktierende Verbindung, wobei die beschichteten und die unbeschichteten Kohlenstofffasern ebenfalls wieder wie schon beschrieben mit Hilfe textiler Herstellverfahren in eine zweckentsprechende Anordnung gebracht werden können. Zudem ist es möglich, eine formschlüssige metallische Verbindung zu metallischen Zuleitungen (z. B. durch Verlöten oder Schweißen) herzustellen. Hinsichtlich der für die Herstellung der elektrisch leitfähigen Fäden nutzbaren Materialien ist es denkbar, dass die elektrisch leitfähigen Fäden zumindest teilweise aus Kupfer und/oder einer Kupferlegierung und/oder aus Edelstahl und/oder aus Titan gebildet sind. Hierbei ist es generell von Vorteil, wenn die elektrisch leitfähigen Fäden oder die entsprechende Beschichtung der Kohlenstofffasern im ersten Bereich der Vorrichtung aus einem Metall oder einer Metalllegierung bestehen, die in der elektrischen Spannungsreihe den Eigenschaften der Kohlenstofffaser nahe stehen. Vorzugsweise werden Metalle verwendet, die in der Spannungsreihe nahe an den technischen Werten Kohlenstofffasern liegen, um elektrochemische Korrosion zu verhindern ( Edelstahl, Titan). Allerdings hat sich der Einsatz von Kupfer hier als besonders geeignet erwiesen.

Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die Kohlenstofffasern der Vorrichtung in dem zweiten Bereich mit den Kohlenstofffasern der elektrisch zu kontaktierenden Kohlenstofffaserlaminatschichten, einander elektrisch vielfach kontaktierend, aneinander laminiert sind. Hierdurch bildet sich ein fester und trotzdem elektrisch leitfähiger Verbund zwischen den Kohlenstofffasern der Vorrichtung in dem zweiten Bereich und den Kohlenstofffasern der elektrisch zu kontaktierenden Kohlenstofffaserlaminatschichten, der sich auch bei vielen thermischen Lastzyklen nicht verändert und eine dauerhafte Verankerung aller stromzuleitenden Elemente zueinander und zum Kohlenstofffaserlaminat ohne Delaminations- neigung sowie einen geringen Übergangswiderstand gewährleistet.

Weiterhin ist denkbar, dass die Abmessungen der Vorrichtung und/oder die Verteilung der elektrisch leitfähigen Fäden in dem ersten Bereich derart ausgelegt sind, dass die elektrisch leitfähigen Fäden im ersten Bereich der Vorrichtung nicht mehr als 4-5 Ampere pro Quadratmillimeter Leitungsquerschnitt führen müssen. Hierbei ist auch zu berücksichtigen, dass bei breiten Heizfeldern, bei denen die Stromzuführung nur von den Seiten aus erfolgen soll, die Vorrichtung über einen hinreichend geringen Querschnitt verfügen muss. Hier haben Experimente gezeigt, dass z.B. Kupferzuleitungen angemessen dimensioniert sind, wenn diese im Kontaktstreifen integriert nicht mehr als 4-5 Ampere pro Quadratmillimeter Kupferleitungsquerschnitt führen müssen.

In weiterer Ausgestaltung ist es denkbar, dass die Vorrichtung ein längserstrecktes Kontaktband aufweist, das am Rand oder auf Abschnitten der elektrisch zu kontaktierenden Kohlenstofffaserlaminatschichten angeordnet werden kann. Ein solches Kontaktband, das etwa als Endlosband, vorzugsweise oder auch abschnittsweise in vorkonfektionierten Längen herstellbar ist, dient quasi als Halbzeug zur genormten und einfach herzustellenden Verbindung von Kohlenstofffaserlaminatschichten mit extern heran geführten elektrischen Kontaktelementen. In weiterer Ausgestaltung kann ein solches Kontaktband mit den elektrisch leitfähigen Fäden oder den elektrisch leitfähig beschichteten Kohlenstofffasern verlötete und/oder verkrimpte und/oder verquetschte und/oder auf andere Weise form- und/oder stoffschlüssig mit dem Kontaktband verbundene elektrisch leitfähige Elemente aufweisen, über die die Zuführung des Stroms von außen in das Kontaktband erfolgt. Z.B. kann an diesen derart an dem Kontaktband angeordneten elektrisch leitfähigen Elemente über Schraub- oder Klemmverbindungen eine externe Drahtzuleitung angebracht werden. Dabei können die elektrisch leitfähigen Elemente in regelmäßigen Abständen oder anpassbar an ein gewünschtes Kontaktierungsverhalten an dem Kontaktband angeordnet sein, je nachdem, welche Kontaktierungsverhalten gewünscht wird. Die Besonderheit liegt darin, dass zur elektrischen Kontaktierung elektrisch leitfähiger Kohlenstofffaserlaminate die Verbindung von der metallischen Zuleitung zu den elektrisch leitfähigen Kohlenstofffasern über Kontaktbänder erfolgt, die als Halbzeug vorgefertigt und somit bei automatisierter oder teilautomatisierter Herstellung kostengünstig bereitgestellt werden können. Das Halbzeug könnte in vorkonfektionierten Längen oder auch als Endlosband geliefert und vom Hersteller von elektrisch leitfähigen Kohlenstofffaserlaminate nach individuellen Erfordernissen zugeschnitten und abgelegt werden.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein erfindungsgemäßes Verfahren zur elektrischen Kontaktierung elektrisch leitfähiger Laminate aus kohlefaserverstärkten Kunststoffen (CFK- Laminate), insbesondere ein Verfahren unter Nutzung der Vorrichtung gemäß Anspruch 1 , bei dem Ströme oder Spannungen über mindestens eine Lage einer Kohlenstofffasern aufweisenden Fadenanordnung, eines Gewebes oder eines Geleges in die mindestens eine zu kontaktierende Kohlenstofffaserlaminatschicht eingeleitet werden, wobei die Einleitung in die Kohlenstofffaserlaminatschicht in einem ersten Bereich mit zusätzlichen, die Kohlenstofffasern elektrisch kontaktierenden, elektrisch leitfähigen Fäden oder einer zusätzlich elektrisch leitfähigen Beschichtung der Kohlenstofffasern erfolgt, und sich diese Kohlenstofffasern bis in einen zweiten Bereich erstrecken, in dem die Kohlenstofffasern auf mindestens eine angrenzende, elektrisch zu kontaktierende Kohlenstofffaser- laminatschicht aufgebracht oder mit dieser Kohlenstofffaserlaminatschicht verbunden sind und der Oberflächenkontakt des zweiten Bereichs mit der mindestens einen zu kontaktierenden Kohlenstofffaserlaminatschicht die in dem ersten Bereich eingeleiteten e- lektrischen Spannungen und Ströme mit geringem Kontaktwiderstand auf die Kohlen- stofffasern der mindestens einen elektrisch zu kontaktierenden Kohlenstofffaserlaminatschicht überträgt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Ströme und Spannungen, die von extern an die Kohlenstofffaserlaminatschicht herangeführt werden, zuerst über einen zusätzliche elektrisch leitfähige Bestandteile aufweisenden ersten Bereich in dort vorhandene Kohlenstofffasern eingekoppelt und von diesen in einen zweiten Bereich weiter geleitet, in dem diese Fasern auf den Kohlenstofffasern der Kohlenstofffaserlaminatschicht aufliegen oder mit diesen verbunden werden. Damit kann eine gute Übertragung bei geringen Übergangswiderständen erzielt werden. Dabei erfolgt die Stromeinleitung vom Kontaktstreifen in die Kohlenstofffaserlaminatschichten über den Oberflächenkontakt der Kohlenstofffasern des Kontaktbandes zu einzelnen oder mehreren Laminatschichten des Kohlenstofffaserlaminates. Im Gegensatz zum Stand der Technik ist es somit nicht erforderlich, den elektrischen Kontakt von einer metallischen Zuleitung direkt in die einzelnen Kohlenstofffaserlaminatschichten vorzunehmen.

Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung lassen sich aus folgenden Beispielen und Erläuterungen entnehmen:

Insbesondere hat sich eine Anordnung der Fasern der Vorrichtung mit einem gewebten Aufbau mit Fäden in Längsrichtung (Kette) und Querrichtung (Schuss) bewährt. Dieses gewebte Kohlenstofffaserband ist in Längsrichtung mit vielen dünnen elektrisch leitenden bzw. metallischen Fäden, z.B. Kupferfäden durchzogen. Diese Kupferfäden sollten mit möglichst vielen Fadenkreuzungen versehen sein, damit sie eine möglichst große Kontaktfläche zu den Kohlenstofffasern aufweisen und durch die Verwebung zwischen den Kohlenstofffasern verankert sind. Denkbar ist statt einer Gewebeausführung auch eine Ausführung als Gelege, wobei die unterschiedlichen Fäden räumlich mit einander vernäht bzw. versteppt sind. Denkbar ist es auch, dass die Kupferfäden gewirkt und nicht gewebt werden. Durch das Wirken verbessert sich die Möglichkeit, ausreichend viele Kupferfäden auf eine geringe Breite im Kontaktband einzubringen. Beim Weben ist die Anzahl der Schussfäden hingegen technisch begrenzt. Man würde möglicherweise nicht genug Kupfer auf eine vertretbare Breite innerhalb des Kontaktbandes unterbekommen, um sinnvolle Leiterquerschnitte zu erzielen.

Je dünner die einzelnen Kupferfäden sind, desto größer ist bei gleich bleibendem Gesamtkupferquerschnitt die Kontaktfläche zu den Kohlenstofffasern der Vorrichtung, was insgesamt den Kontaktwiderstand zwischen Kupfer und Kohlenstofffasern reduziert. Die Verschlingung (das„eingewebt sein") der Kupferfäden in das Kohlenstofffasergewebeband gewährleistet eine mechanische Verankerung der Kupferfäden im Kohlenstofffasergewebeband. Dieses verringert die Delaminationsgefahr zwischen dem Kupfer und den Kohlenstofffasern.

Selbstverständlich können bei Verwendung mehrerer zu kontaktierenden Lagen aus Kohlenstofffasern in dem Kohlenstofffaserlaminat für die Beheizung auch mehr als ein Kontaktband abgelegt werden, um eine homogenere Einleitung des Stroms in alle an der Heizung beteiligten Lagen zu realisieren. Durch diese Maßnahme kann zusätzlich der Gesamtkupferquerschnitt der geplanten Heizleistung angepasst werden. Auch wäre ein Kontaktierungsband mit unterschiedlichen Kupfer-Querschnitten denkbar.

Es sei nur der Vollständigkeit halber darauf hingewiesen, dass die Bezeichnung Kupfer in vorstehenden Absätzen selbstverständlich auch durch andere, elektrisch leitfähige Materialien ersetzt werden kann.

In beispielhaft aufgeführten experimentellen Untersuchungen wurden elektrisch leitfähige Platten als CFK-Heizplatten mit folgenden Spezifikationen hergestellt:

Typische Plattenabmessungen (ohne Randzone) sind: Länge Lmeor- = 1 m, Breite B = 0,4 m. Mit Randzone betrug die Plattenlänge insgesamt 1 ,20 m.

Es wurden Kohlenstofffasergewebe mit einem Flächengewicht von 400 g/m ² verwendet. Das Gewebe hat sowohl in Kett- wie in Schussrichtung 2,5 Fäden pro cm. Somit liegen auf der Breite von 0,4 m 100 einzelne Fäden mit je 1 m Länge parallel.

Ein einzelner Faden des genannten Gewebes hat einen elektrischen Widerstand von 35 Ohm. Damit ergibt sich der Widerstand eines entsprechenden Rechteckstückes in Längsrichtung gemessen zu 0,350 Ohm. Ein weiteres Gewebestück mit diagonalem Faserverlauf unter Druck darauf gepresst reduziert den Gesamtwiderstand des zweilagigen Laminates auf 0,175 Ohm.

Um im Randbereich Platz für einen Kontaktstreifen hinzuzugewinnen wurde die Länge der Platten um 10 cm zu beiden Seiten und somit auf L _ges = 1 ,20 m verlängert.

Es wurden also zwei Gewebelagen mit 1 ,20 m Länge und 0,40 m Breite zugeschnitten und aufeinander gelegt. Die Faserorientierung einer Lage betrug 0 90°, die der zweiten Lage ±45°. An beiden Enden wurde ein 10 cm breiter Kontaktstreifen wie folgt ausgebildet:

Zusätzlich zu den beiden erstgenannten durchgehenden Lagen wurden zwei weitere Gewebelagen mit 10 cm Länge und 40 cm Breite abgelegt. Darauf folgte ein Kontaktband, das eine Breite von insgesamt 10 cm hat, wovon ein 4 cm breiter Streifen mit feinen Kupferfäden längs durchzogen sind. Insgesamt weisen diese Kupferfäden einen Gesamtquerschnitt von 20 mm ² auf.

Die Randzone wurde anschließend noch mit zwei weiteren Gewebelagen des 400 g/m ² schweren Kohlenstofffasergewebes abgedeckt. Alles wurde in einem Arbeitsgang im Infusionsverfahren mit Epoxidharz getränkt.

Die Stromzuführung erfolgte bei der genannten Versuchsplatte jeweils an zwei Außenseiten jedes Kontaktbandes. Dazu wurden am äußeren Rand Kupferklötze an die Kupferfäden gelötet. Die Kupferklötze wurden nach dem Beschnitt mit Gewindebohrungen versehen, um Zuleitungskabel anzuschrauben.

In einer anderen Versuchsausführung wurden die Kupferkabel am Ende mit großen Kabelschuhen verquetscht. Die Kabelschuhe wurden mit einlaminiert und nach dem Aushärten des Laminates zum Anschluss weiterer Anschlusskabel freigelegt.

Es zeigte sich in ersten Versuchen, dass der Anschlusswiderstand bei obiger Ausführung so gering ist, dass die ca. 10 cm breite Kontaktzone bei einem Stromfluss von insgesamt 60 Ampere kaum erwärmt, wohingegen die Heizzone (Plattenlänge Uheor. = 1 m) sich wie gewünscht stark erwärmt. Durch die zusätzlichen Gewebelagen in der Kontaktzone wird der Gesamtquerschnitt dort deutlich aufgedickt und somit der lokale Wider- stand in diesem Bereich reduziert. Insgesamt hatte die Platte einen elektrischen Widerstand inklusive Zuleitungskabel und Kabelanschlüsse von ca. 0,198 Ohm.

Im Dauerversuchen zeigte sich, dass nach 1.000 Lastzyklen mit einer Aufheizung der Platten von Raumtemperatur auf 120°C innerhalb von 5 Minuten, einer Haltezeit bei 120°C von 10 Minuten und anschließender Abkühlung keine messbare Änderung des Plattenwiderstandes feststellbar war. Delaminationen waren ebenfalls nicht erkennbar. Bei der Aufheizung der Platte auf 120°C blieben die Randzonen mit Temperaturen von ca. 50°C über den gesamten Versuchszeitraum relativ kühl.

Diese Dauerversuche zeigen, dass eine Kontaktierung entsprechender CFK-Elemente insbesondere als Kontaktelemente für CFK-Heizfelder mit einem entsprechenden Kontaktband möglich ist.

Ganz allgemein ist mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eine zuverlässige elektrische Kontaktierung von CFK-Laminaten mit entsprechenden Kontaktbändern und einem darauf abgestimmten Laminataufbau möglich. Neben den bereits erwähnten CFK-Heizungen können auch Kontaktierungen für elektrotechnische Anwendungen (Antennen, abschirmende CFK-Hüllen, Blitzableiter, Erdungen, etc) auf diese Weise vorgenommen werden.

Konkrete Anwendungen werden zunächst bei den elektrisch beheizbaren CFK- Heizformen angestrebt. Dort können die bisherigen Kontaktierungen durch ein entsprechendes Kontaktierungsband, welches als Halbzeug automatisiert hergestellt und als Rollenware geliefert werden kann, wesentlich vereinfacht und insbesondere hinsichtlich der Zuverlässigkeit verbessert werden.

Insbesondere ist es auch möglich, mit einem entsprechenden Kontaktband längere Heizfelder in Längsrichtung zu unterteilen und Mittenkontakte anzuordnen und so einzelne Heizfelder hintereinander zu schalten, ggf. auch einzeln anzusteuern und zu regeln. Durch„Überkreuz-Verschaltungen" und angepassten Kupferquerschnitten in den Kon- taktierungsbändern ist es möglich, den Effekt der kühleren Kontaktierungsstellen dahin gehend zu beeinflussen, dass eine homogene Temperatur über die gesamte Formenoberfläche erzielt wird.