Das Erreichen einer Arbeitstemperatur von über 750° C gilt beim Einsatz stabförmiger Heizpatronen mit Gehäusedurchmessern von oft nur wenigen Millimetern als kritische Marke. Nur wenige Hersteller sind derzeit in der Lage, solche Heizpatronen zu fertigen, die aber in wachsendem Maße für Anwendungen im Brennstoffzellenbau, in der Batterietechnik, in der Luftfahrt oder auch in der Fabrikautomation und im Gießereiwesen benötigt werden. Die Entwicklungsingenieure des deutschen Thermodynamik-Spezialisten Hotset haben sich daher vor einigen Monaten dieser Herausforderung angenommen und präsentieren nun die neue Heizpatrone Hotrod HHP für Anwendungstemperaturen von bis zu 1.000° C. Produktentwickler und Konstrukteure in Forschung und Industrie erhalten damit ein neues innovatives Heizelement für Hochtemperatur-Anwendungen, bei denen konventionelle Heizpatronen an ihre Grenzen stoßen.
Erfolgsfaktor Mantel-Werkstoff
Bei der Realisierung von leistungsstarken Heizpatronen für moderne High-Temperature-Applikationen sind eine Reihe von Sonderfaktoren aus verschiedenen Technologiebereichen zu berücksichtigen. „Ein ganz entscheidender Qualitätsaspekt ist dabei die thermische Dauerbelastbarkeit des Mantel-Werkstoffs unserer neuen Hotrod HHP“, betont Hotset-Geschäftsführer Ralf Schwarzkopf. Dazu muss man wissen, dass die meisten Mantelrohre heutiger Standard-Heizpatronen, deren Arbeitstemperatur bis etwa 750° C reicht, aus Edelstahl der Güte 1.4541 (X6CrNiTi18-10) bestehen. Diese Legierung aber erweist sich für die Gehäuserohre von Hochtemperatur-Heizpatronen als nicht ausreichend korrosionsbeständig. Für die neue Hotrod HHP wählte das Entwicklungsteam von Hotset daher ein Hochleistungsmaterial aus der Schatzkiste der Edelstahl-Werkstoffe: „Wir entschieden uns für eine austenitische, hochwarmfeste Mischkristall-Legierung aus Incoloy, die auch in der Luft- und Raumfahrt zum Einsatz kommt. Deren kontrolliertes Gefüge aus Kohlenstoff, Aluminium, Titan, Silizium und Mangan gewährleistet erheblich bessere Standzeiten als alle anderen Stahlwerkstoffe. Zudem haben wir mit verschiedenen Incoloy-Legierungen gute Longlife-Erfahrungen gesammelt, da wir sie schon seit langem für unsere Schneidmesser-Heizpatronen vom Typ Hotrod LHT verwenden“, berichtet Firmenchef Ralf Schwarzkopf.
Thermoelement aus bewährtem Material
Je nach Einsatzfall kann die neue Hotrod HHP auch mit integriertem Thermoelement geliefert werden. Als Hochtemperatur geeigneter Werkstoff dafür hat sich das Material NiCr-Ni bewährt. Erhältlich ist die neue Hotrod HHP bislang in den drei Durchmessern 12,5 mm und 16 mm sowie 20 mm. Weitere Größen mit verschiedenen Manteldurchmessern sind bereits in Vorbereitung.
Mit seiner neuen High-Temperature-Lösung erweitert Hotset sein Heizelemente-Programm im oberen Leistungsbereich und bietet zugleich eine innovative Lösung für thermodynamische Extremanwendungen in vielen technologischen Schlüsselbereichen wie etwa der Brennstoffzellentechnik. Bei alledem betonen die Entwicklungsingenieure des Unternehmens jedoch stets den hohen Stellenwert des Systemansatzes gerade für die Realisierung zuverlässiger Hochtemperatur-Applikationen. Eine Hightech-Lösung wie die neue Hotrod HHP ist also immer als Komponente einer Gesamtlösung inklusive der Sensor-, Regel- und Steuerungstechnik zu betrachten. „Gerade Anwendungen in diesem Temperaturbereich sind Extremauslegungen und setzen eine spezifische und effiziente Regelstrecke voraus – unter anderem auch, um hohe Standzeiten zu erreichen. Selbst wenn eine Heizpatrone ihre Eignung für Maximaltemperaturen grundsätzlich bewiesen hat, ist es ratsam, deren Tauglichkeit immer am konkreten Anwendungsfall des Kunden zu validieren. Dies entspricht im Übrigen auch dem Systemansatz unserer Firmenphilosophie“, betont Firmenchef Ralf Schwarzkopf.
