Wie man IR-Heizgeräte in instabilen Umgebungen sicher nutzt
Wenn man mit der Herstellung von Kohlenstoffnanoröhren arbeitet, kennt man das Problem: Man benötigt eine präzise Hitzeabgabe – doch das geschieht mitten in einer Wolke aus brennbaren Reinigungsmitteln. In einer solchen Situation ist eine herkömmliche Infrarotlampe im Grunde genommen eine tickende Zeitbombe. Ein kleiner Riss im Quarzrohr oder ein einziger Funke können dazu führen, dass es zu großen Problemen kommt.
Um dieses Problem zu lösen, umhüllen wir den Heizelemente mit einem Schutzschirm. Dadurch bleibt die Wärme drinnen, während die gefährlichen Dämpfe draußen bleiben.
Wie der Schutzschirm funktioniert
Wir benutzen keine einfache Abdeckung, sondern umhüllen die IR-Emitter mit hochwertigem Quarz oder Saphir. Die Enden werden außerdem mit explosionsgeschützten Dichtungen verschlossen. Man kann sich das wie eine physische Wand vorstellen: Das Heizelement befindet sich in seiner eigenen „Welt“ aus kontrolliertem Luftstrom – somit können die flüchtigen Dämpfe aus den Reinigungstanks nicht an die elektrischen Komponenten herankommen.
Etwas, worauf man achten muss, ist das sogenannte „Kriechen“ von Chemikaldämpfen durch die Abdeckung. Wenn man aggressive Lösungsmittel verwendet, sollte man die Dichtungen alle sechs Monate überprüfen. Das ist eine fünfminütige Aufgabe, die jedoch einen totalen Zusammenbruch verhindert.
Umgang mit Hitze und Belastungen
Beim Arbeiten mit Kohlenstoffnanoröhren ist es wichtig, dass die Hitze konstant bleibt. Dazu verwenden wir dicke Schichten aus speziellen Materialien. Dadurch wird die Wärme gleichmäßig auf das Zielobjekt abgegeben – so entstehen keine lokalisierten Hotspots, die dazu führen könnten, dass Chemikalien sofort kochen oder entflammen.
Wir sind außerdem wählerisch bei der Verkabelung. Gewöhnliches Kunststoffmaterial eignet sich hier nicht – es schmilzt oder verrottet, wenn es mit den Dämpfen in Berührung kommt. Wir verwenden stattdessen PTFE oder Edelstahlverbindungen. Diese sind widerstandsfähiger und halten länger.
Die Kompromisse (Denn nichts ist perfekt)
Der Nachteil ist, dass durch die zusätzliche Schutzschicht eine gewisse thermische Verzögerung entsteht. Man bekommt also nicht sofort die gewünschte Hitzeabgabe wie bei einer normalen Lampe. Man muss therefore die Einstellungen des PID-Reglers anpassen, um diese Verzögerung auszugleichen.
Falls der Prozess Temperaturen erfordert, die in Bruchteilen von Sekunden erreicht werden müssen, könnte man eine höhere Leistung wählen. Dadurch hat man mehr Leistung zur Verfügung, um die Isolierung zu überwinden und schneller die gewünschte Temperatur zu erreichen.