Aparato eléctrico para un sistema electrotérmico de protección contra hielo.

Un aparato eléctrico (2) que comprende un estratificado (3) y un conector (41-49),

en el que:

el estratificado (3) comprende capas dieléctricas (50-58) y un elemento eléctrico (501, 507, 71-74); el conector (41-49) comprende una cinta (411, 421, 491) que tiene extremos primero y segundo (415, 425, 435, 445, 455, 465, 475, 485) y un conductor de metal (413, 423, 433);

el conductor de metal (413, 423, 433) del conector (41-49) está conectado eléctricamente al elemento eléctrico (501, 507, 71-74) del estratificado (3); y

el segundo extremo de la cinta (411, 421, 491) se extiende alejándose del estratificado (3) para la conexión a una unidad eléctrica (6);

caracterizado porque:

cada capa dieléctrica (50-58) del estratificado comprende material termoplástico;

el primer extremo (415, 425, 435, 445, 455, 465, 475, 485) de la cinta (411, 421, 491) comprende material termoplástico, está incrustado en el estratificado (3) y está estratificado a unas adyacentes primera y segunda de las capas dieléctricas (50-58) del estratificado:

el material termoplástico del primer extremo (415, 425, 435, 445, 455, 465, 475, 485) de la cinta (411, 421, 491) es (i) el mismo que el material termoplástico de la primera capa dieléctrica del estratificado (3) de forma que el material termoplástico del primer extremo de la cinta está dispersado o fundido en el material termoplástico de la primer capa dieléctrica del estratificado o (ii) compatible con el material termoplástico de la primera capa dieléctrica del estratificado (3) de forma que el material termoplástico del primer extremo de la cinta se fusiona al material termoplástico de la primera capa dieléctrica del estratificado; y

el material termoplástico del primer extremo (415, 425, 435, 445, 455, 465, 475, 485) de la cinta (411, 421, 491) es (i) el mismo que el material termoplástico de la segunda capa dieléctrica del estratificado (3) de forma que el material termoplástico del primer extremo de la cinta se dispersa o funde en el material termoplástico de la segunda capa dieléctrica del estratificado o (ii) compatible con el material termoplástico de la segunda capa dieléctrica del estratificado (3) de forma que el material termoplástico del primer extremo de la cinta se fusiona al material termoplástico de la segunda capa dieléctrica del estratificado.

Aparato eléctrico para un sistema electrotérmico de protección contra hielo Campo de la invención

La presente invención se refiere a un aparato eléctrico como un calentador electrotérmico para un sistema electrotérmico de protección contra hielo apropiado para usarlo en un avión u otra estructura aerodinámica como una pala de una turbina eólica para evitar que se forme hielo y/o eliminar hielo que ya se ha formado. Estas dos funciones se pueden denominar antihielo y deshielo, respectivamente.

Antecedentes de la invención

Para un avión, no es deseable la formación en vuelo de hielo en la superficie externa del avión. El hielo destruye el flujo suave del aire sobre la superficie del avión, aumenta la resistencia y disminuye la capacidad de un perfil alar para realizar su función prevista.

También, el hielo formado puede impedir el movimiento de una superficie de control movible como una aleta de aumento de sustentación de borde de fuga (o flap) o una aleta de aumento de sustentación de borde de ataque (o slat) de ala. El hielo que se ha formado en una entrada de aire del motor se puede derramar de repente en trozos grandes que son ingeridos por el motor y causar daños.

Por lo tanto es común para un avión, y especialmente para un avión comercial, incorporar un sistema de protección contra hielo. Un avión comercial puede usar un sistema que implique escupir aire caliente desde los motores, y entonces el aire caliente es conducido a los componentes del fuselaje como los bordes de ataque del ala y la cola que son propensos a la formación de hielo. Más recientemente, se han propuestos sistemas accionados eléctricamente, como en el documento EP-A-1757519 (GKN Aerospace) que describe un slat de ala con una cáscara de morro que incorpora un manta o estera calentadora electrotérmica. La estera calentadora está unida a la superficie trasera de un escudo de erosión metálico que comprende la superficie externa que mira hacia delante de la cáscara de morro.

La estera calentadora es del tipo "Spraymat" (marca comercial) y es un producto estratificado que comprende capas dieléctricas hechas de tejido de fibra de vidrio preimpregnado y un elemento calentador formado por rociado por llama a una capa de metal en una de las capas dieléctricas. La "Spraymat" tiene una larga historia desde su desarrollo original en los años 5 por D. Napier & Sons Limited (véase su documento GB-833675 referente a un aparato eléctrico de deshielo o antihielo para un avión) hasta su uso posterior por GKN Aerospace.

Una "Spraymat" reciente fabricada por GKN Aerospace para usarla en un slat de ala se forma en una herramienta macho e implica acumular una pila de capas que comprenden (i) unas 1 capas de tela de fibra de vidrio preimpregnadas con epoxy curado en un autoclave, (ii) una capa conductora de metal (el elemento calentador) que ha sido rociada por llama en el estratificado usando una máscara para formar el patrón de elemento calentador y (iii) unas últimas 3 capas o así de la tela de fibra de vidrio. Se suelda cableado al elemento calentador para permitir la conexión al sistema de alimentación del avión. La estera calentadora se cura entonces en un autoclave.

El cableado que conecta el elemento calentador a una unidad de control y fuente de alimentación es típicamente una lámina, una malla o un alambre que es encapsulado dentro de una película de poliamida y es incrustado dentro del estratificado durante el curado en el autoclave. La película de poliamida es termoplástica y está elegida deliberadamente para no fundirse con el estratificado circundante. De hecho, la poliamida se usa más frecuentemente como una película de liberación o ruptura dentro de un estratificado con el fin de introducir una discontinuidad en el estratificado. Así, cuando la película de poliamida está incrustada en el estratificado de la estera calentadora, proporciona una discontinuidad en la estera calentadora en la que se pueden iniciar las grietas.

Un aparato eléctrico según el preámbulo de la reivindicación 1 se describe en el documento US 5314145.

Sería deseable proporcionar una técnica mejorada para incrustar un conector en un producto estratificado.

Sumario de la invención

Según un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un aparato eléctrico que comprende un estratificado y un conector, donde:

el estratificado comprende capas dieléctricas y un elemento eléctrico; cada capa dieléctrica del estratificado comprende material termoplástico;

el conector comprende una cinta que tienen extremos primero y segundo y un conductor de metal;

el primer extremo de la cinta comprende material termoplástico, está incrustado en el estratificado y está estratificado a unas primera y segunda adyacentes de las capas dieléctricas del estratificado:

el conductor de metal del conectorestá eléctricamente conectado al elemento eléctrico del estratificado;

el segundo extremo de la cinta se extiende alejándose del estratificado para la conexión a una unidad eléctrica;

el material termoplástico del primer extremo de la cinta es (i) el mismo que el material termoplástico de la primera capa dieléctrica del estratificado de forma que el material termoplástico del primer extremo de la cinta se dispersa o funde en el material termoplástico de la primera capa dieléctrica del estratificado o (ii) compatible con el material termoplástico de la primera capa dieléctrica del estratificado de forma que el material termoplástico del primer extremo de la cinta se fusiona al material termoplástico de la primera capa dieléctrica del estratificado; y

el material termoplástico del primer extremo de la cinta es (i) el mismo que el material termoplástico de la segunda capa dieléctrica del estratificado de forma que el material termoplástico del primer extremo de la cinta se dispersa o funde en el material termoplástico de la segunda capa dieléctrica del estratificado o (ii) compatible con el material termoplástico de la segunda capa dieléctrica del estratificado de forma que el material termoplástico del primer extremo de la cinta se fusiona al material termoplástico de la segunda capa dieléctrica del estratificado.

En realizaciones actuales, el estratificado es una estera calentadora y el elemento eléctrico es un elemento calentador, un sensor de temperatura o un plano de tierra conductor. Sin embargo, la presente invención tiene una aplicación más amplia que sólo calentar esteras y estos tipos de elementos eléctricos.

Por ejemplo, el estratificado podría ser parte de un sistema de protección contra rayos para un avión, y el elemento eléctrico podría ser un plano de tierra conductor rociado, conectable a una tierra de avión por el conector de cinta. También está previsto que la presente invención pueda encontrar aplicaciones en la industria del automóvil. Por ejemplo, un producto termoplástico estratificado para incorporar en un vehículo como un vehículo eléctrico podría usar el conector de cinta para simplificar y mejorar la seguridad de la conexión eléctrica al resto del sistema eléctrico del vehículo.

La formación de una discontinuidad no deseada en las interfaces entre el primer extremo de la cinta y las capas dieléctricas primera y segunda se previene o minimiza sustancialmente porque el material termoplástico del primer extremo de la cinta es el mismo o compatible con el material termoplástico de la primera capa dieléctrica y es el mismo o compatible con el material termoplástico de la segunda capa dieléctrica Así, es menos probable que se inicien grietas en las interfaces durante el uso del aparato eléctrico, y es menos probable que suceda la desestratificación. En otras palabras, se mejora la resistencia a la fatiga o estructural.

Si el mismo material termoplástico se usa para el primer extremo de la cinta y todas las capas dieléctricas, la estratificación se puede realizar de forma que no haya sustancialmente discontinuidades entre cualquier componente termoplástico del estratificado. Esto da al termoplástico del estratificado una estructura monolítica que resistirá la desestratificación durante el uso

Si el material termoplástico del primer extremo de la cinta no es el mismo que el de la primera o segunda capa dieléctrica y es simplemente compatible con el material de la primera o segunda capa dieléctrica, entonces se puede lograr la compatibilidad seleccionando el termoplástico del primer extremo de la cinta de forma que no sea necesario usar adhesivo para unirlo al termoplástico de la primera o segunda capa dieléctrica durante la estratificación. Los materiales distintos pero compatibles se unirán unos a otros en la interfaz por un material termoplástico... [Seguir leyendo]

1. Un aparato eléctrico (2) que comprende un estratificado (3) y un conector (41 -49), en el que:

el estratificado (3) comprende capas dieléctricas (5-58) y un elemento eléctrico (51,57, 71-74);

el conector (41 -49) comprende una cinta (411,421,491) que tiene extremos primero y segundo (415, 425, 435, 445, 455, 465, 475, 485) y un conductor de metal (413, 423, 433);

el conductor de metal (413, 423, 433) del conector (41 -49) está conectado eléctricamente al elemento eléctrico (51, 57, 71-74) del estratificado (3); y

el segundo extremo de la cinta (411, 421, 491) se extiende alejándose del estratificado (3) para la conexión a una unidad eléctrica (6);

caracterizado porque:

cada capa dieléctrica (5-58) del estratificado comprende material termoplástico;

el primer extremo (415, 425, 435, 445, 455, 465, 475, 485) de la cinta (411, 421, 491) comprende material termoplástico, está incrustado en el estratificado (3) y está estratificado a unas adyacentes primera y segunda de las capas dieléctricas (5-58) del estratificado:

el material termoplástico del primer extremo (415, 425, 435, 445, 455, 465, 475, 485) de la cinta (411,421, 491) es (i) el mismo que el material termoplástico de la primera capa dieléctrica del estratificado (3) de forma que el material termoplástico del primer extremo de la cinta está dispersado o fundido en el material termoplástico de la primer capa dieléctrica del estratificado o (ii) compatible con el material termoplástico de la primera capa dieléctrica del estratificado (3) de forma que el material termoplástico del primer extremo de la cinta se fusiona al material termoplástico de la primera capa dieléctrica del estratificado; y

el material termoplástico del primer extremo (415, 425, 435, 445, 455, 465, 475, 485) de la cinta (411, 421, 491) es (i) el mismo que el material termoplástico de la segunda capa dieléctrica del estratificado (3) de forma que el material termoplástico del primer extremo de la cinta se dispersa o funde en el material termoplástico de la segunda capa dieléctrica del estratificado o (ii) compatible con el material termoplástico de la segunda capa dieléctrica del estratificado (3) de forma que el material termoplástico del primer extremo de la cinta se fusiona al material termoplástico de la segunda capa dieléctrica del estratificado.

2. Un aparato eléctrico (2) según la reivindicación 1, en el que la cinta (411, 421, 491) comprende una capa de sustrato (411,421), el primer extremo (415, 425, 435, 445, 455, 465, 475, 485) de la cinta está provisto de un primer extremo de la capa de sustrato y la capa de sustrato se extiende desde el primer extremo al segundo extremo de la cinta.

3. Un aparato eléctrico (2) según cualquier reivindicación anterior, en el que el primer extremo incrustado (415, 425, 435, 445, 455, 465, 475, 485) de la cinta (411,421,491) cubre el 1% o menos de una superficie principal (56, 511, 531,552) de la primera o segunda capa dieléctrica en la cual está estratificado el primer extremo de la cinta.

4. Un aparato eléctrico (2) según cualquier reivindicación anterior, en el que el conductor de metal (413, 423, 433) del conector (41-49) es una pista de metal rociado.

5. Un aparato eléctrico (2) según la reivindicación 4, en el que la pista de metal rociado (413, 423, 433) es porosa.

6. Un aparato eléctrico (2) según la reivindicación 4 ó 5, en el que la pista de metal rociado (413, 423, 433) incluye un terminal (414, 424) en el primer extremo (415, 425, 435, 445, 455, 465, 475, 485) de la cinta (411,421,491) y el elemento eléctrico (51, 57) del estratificado (3) incluye un terminal (513) que está en contacto eléctrico con el terminal (414, 424) en el primer extremo de la cinta.

7. Un aparato eléctrico (2) según cualquier reivindicación anterior, en el que el conector (42, 47) comprende una pluralidad de dichos conductores de metal (423).

8. Un aparato eléctrico (2) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el o cada material termoplástico comprende PEEK, PEKK o una mezcla de los mismos.

9. Un aparato eléctrico (2) según cualquier reivindicación anterior, en el que el material termoplástico del primer extremo (415, 425, 435, 445, 455, 465, 475, 485) de la cinta (411, 421, 491) es la misma que el material termoplástico de las capas dieléctricas (5-58).

1. Un aparato eléctrico (2) según cualquier reivindicación anterior, en el que el estratificado (3) es una estera calentadora para un sistema de protección contra el hielo y el elemento eléctrico (51) o al menos uno de los elementos eléctricos es un elemento calentador (51).

11. Una cáscara de morro (13) para un slat de ala (12), comprendiendo la cáscara de morro (13) un escudo de erosión (14) y un aparato eléctrico (2) según la reivindicación 1, en la que la estera calentadora (3) está unida a una superficie trasera (142) del escudo de erosión (14).

12. Un método de fabricación de un aparato eléctrico (2), que comprende los pasos de:

proporcionar un elemento eléctrico (51, 57, 71-74) y una pluralidad de capas dieléctricas (5-58) que comprenden cada una material termoplástico;

rociar por llama una pista de metal (413, 423, 433) en el material termoplástico de una capa de sustrato (411, 421) de un conector (41-49);

formar una pila que comprende las capas dieléctricas (5-58), el elemento eléctrico (51, 57, 71-74) y un primer extremo (415, 425, 435, 445, 455, 465, 475, 485) de la capa de sustrato (411. 421) del conector (41-49), con el primer extremo de la capa de sustrato situado entre los unas primera y segunda de las capas de sustrato (5-58), un segundo extremo de la capa de sustrato (411, 421) situado fuera de la pila y la pista de metal (413, 423, 433) del conector (41-49) eléctricamente conectado al elemento eléctrico (51,57, 71-74); y

estratificar las capas dieléctricas (5-58) y el primer extremo (415, 425, 435, 445, 455, 465, 475, 485) de la capa de sustrato (411, 421) de forma que el material termoplástico del primer extremo de la capa de sustrato se dispersa o funde o fusiona al material termoplástico de la primera capa dieléctrica y de forma que el material termoplástico del primer extremo de la capa de sustrato se dispersa o funde o fusiona en el material termoplástico de la segunda capa dieléctrica.

13. Un método según la reivindicación 12, en el que el elemento eléctrico (51) es un elemento calentador y el método comprende además el paso de rociar por llama el elemento calentador (51) en el material termoplástico de una de las capas dieléctricas (5-58).

14. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 12 ó 13, en el que el o cada material termoplástico comprende PEEK, PEKK o mezcla de los mismos.

15. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, en el que el material termoplástico de la capa de sustrato (411,421) es el mismo que el material termoplástico de las capas dieléctricas (5-58).