Im seitens der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) geförderten Forschungsprojekt hat der Lehrstuhl für Leichtbau im Automobil (LiA) in Kooperation mit den Projektpartnern der Hotset GmbH die Entwicklung einer beheizbaren, hybriden Leichtbaustruktur in den vergangenen 18 Monaten erfolgreich umgesetzt. In Zukunft lassen sich beheizbare Hybridstrukturen auf Basis von recycelten Kohlenstofffaservliesen (rCF) neben dem im Projekt fokussierten Einsatz als beheizte Bodenplatte in Campingfahrzeugen auch für vielfältige, weiterführende Anwendungen herstellen. Als Anwendungen sind u.a. das De-Icing von Rotorblättern von Windkraftanlagen oder der Beheizung von Batterien in Elektrofahrzeugen denkbar, wodurch die Erschließung eines neuen Marktsegments für Sekundärrohstoffe erzielt werden kann.
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.
Anschließend erfolgte die Auslegung der Heizelemente durch Modifikation diverser Parameter. Dabei wurde 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 variiert und deren Einfluss auf die erzielbare Heizleistung untersucht. Zudem stand die homogene Temperaturverteilung der Heizelemente im Fokus der Untersuchungen. 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.
Im Sinne einer Funktionsintegration wird das Heizelement mit den präferierten Werkstoffen kombiniert, so dass ein funktionsfähiger Prototyp der Fußbodenheizung entsteht, dessen Eigenschaftsprofil in weiteren Untersuchungen validiert werden konnte. Sowohl 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. Zudem konnte demonstriert werden, dass der Einsatz von rCF-Vliesen aufgrund der guten Drapierbarkeit auch für den Einsatz in komplexere Geometrien mit Sicken und Radien geeignet ist. Auch in diesen Fällen resultiert die Bestromung in einer homogenen Wärmeverteilung.
Der Abschlussbericht dieses Projekts wird bei der DBU erhältlich sein.
