Keramikheizer für höchste Temperaturen

Autor : Prof. Dr. Hannes Kühl, Fakultät Werkstofftechnik der Technischen Hochschule Nürnberg;
Stand: Juni 2019

In wenigen Sekunden eine Temperatur von über 1.000 °C zu erreichen und entweder dauerhaft zu halten oder ständige Heiß-Kalt-Zyklen zu überstehen – das ist eine Herausforderung, der sich Prof. Dr. Hannes Kühl gemeinsam mit der Firma Rauschert gestellt hat. In enger Zusammenarbeit entwickeln sie Hochtemperaturheizelemente für die unterschiedlichsten technischen Problemstellungen.

Keramik: Perfektes Material für Einsatz in Glühzündern

Bereits seit mehreren Jahren fertigt Rauschert Glühzünder zum Zünden von Holzpellets in Pelletheizungen an. Dabei können die keramischen Heizelemente ihre Stärken voll ausspielen: Kurz nach Anlegen der Versorgungsspannung glühen die Heizer und zünden so die Holzpellets äußerst emissionsarm. Denn gerade in den ersten Sekunden des Zündvorgangs, wenn das Feuer noch nicht richtig brennt, sondern die Holzpellets nur schwelen, entsteht viel Ruß und Feinstaub. Diese Schwelphase wird mit den Glühzündern auf ein Minimum reduziert. Gleichzeitig herrscht in einem Pelletofen eine korrosive Umgebung. Aus dem Holz treten aggressive Stoffe aus, denen die Glühzünder dauerhaft widerstehen müssen. All diese Herausforderungen werden mit den keramischen Glühzündern gemeistert.

Weitere Anwendungsfelder keramischer Heizelemente

Weitere Anwendungsfelder sind vor allem die chemische Analytik. Wenn es um die Erhitzung oder Verdampfung von Stoffproben geht, muss das verwendete Heizelement auch hier chemisch widerstandsfähig gegen die oft aggressiven Materialproben sein. Gleichzeitig werden immer häufiger sehr schnelle Aufheizraten gewünscht. Durch die Verwendung des chemisch inerten Materials Aluminiumoxid als Heizermaterial können hier selbst Chlordämpfe erzeugende Stoffe untersucht werden.

Einsatz der Keramik-Heizelemente auf dem Mars

2020 wird der nächste Roboter auf den Mars geschickt. Mit an Bord des sog. ExoMars Rover sind ca. 30 derartige Heizelemente. Auf der Suche nach Leben auf dem roten Planeten werden Bodenproben aus einer Tiefe von ein bis zwei Metern genommen. Diese Proben werden in die Heizelemente gegeben und auf über 1000°C erhitzt. Dabei entweichen eventuell organische Stoffe, die in einem nachfolgenden Massenspektrometer detektiert werden können. Derartige Stoffe wären ein Nachweis für ehemaliges Leben auf dem Mars. Auf der Suche nach Heizelementen, die diese extreme Herausforderung meistern können, wandte sich das Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung an Prof. Dr. Kühl, damals noch Entwicklungsleiter bei Rauschert in Steinbach am Wald. Die Anforderungen waren vor allem geringes Gewicht, extreme Widerstandsfähigkeit gegen aggressive Medien, gegen Unterdruck und gegen Erschütterungen (beim Start und der Landung) und eben die sehr hohe Temperatur, die in kürzester Zeit erreicht werden muss. Die entwickelten Heizelemente erwiesen sich als sehr gut geeignet und warten nun auf die 2020 stattfindende lange Reise.