Flexible Kapton Heizelemente erfüllen strenge Anforderungen für Thermovakuumkammer

Die Herausforderung

Raumfahrtsysteme (d. h. Raumfahrzeuge, Satelliten etc.) und die dazugehörigen Teile durchlaufen im Rahmen ihrer Planung, Entwicklung und Prüfung strenge Tests. Da Tests im Weltraum in der Regel nicht praktisch durchführbar sind, besteht eine Alternative aus einer simulierten Umgebung unter Verwendung einer Thermovakuumkammer (TVC). Extreme Weltraumvakuumbedingungen erfordern hohe Temperaturen und eine genaue Steuerung. Der Kunde, ein Raumfahrtprüfunternehmen, war auf der Suche nach einer verbesserten Heizmethode, um im Vakuum des Weltraums mögliche, umweltbedingte Ausfälle durch Tests in der TVC besser erkennen zu können. Er bietet Prüfdienstleistungen für einige der weltweit größten Erstausstatter der Branche. Von besonderer Bedeutung war sowohl für den Kunden als auch dessen Endkunden die Beseitigung von Problemen mit der Temperaturregelung und der Ausgasung. Das verbesserte Wärmeverwaltungssystem musste sich nahtlos in seine aktuelle Hardware sowie in TVC-Anlagen verschiedener Hersteller für die Wärmeleitfähigkeit integrieren lassen.

Die Lösung

Der erste Schritt für das Chromalox-Team bestand darin, mit dem Kunden zusammenzuarbeiten, um ein Verständnis für die betroffenen Geräte, Verfahren und Endverwendungen zu entwickeln. Zunächst wurde ein Entwurf mit einem flexiblen Kapton® Heizelement ausgewählt, da die Polyimide eine hohe Resistenz gegen Ausgasung aufweisen. Als Nächstes wurden mithilfe von thermischer Modellbildung eingelassene Sensoren (die zum Teil eigens mit einem seltenen Metall für verbesserten Widerstand geätzt wurden) für die erforderliche lineare Wärmeerfassung und Steuerung entwickelt. Für den Kunden war dies insbesondere deshalb wichtig, weil sich die Wärmeübertragung zwischen dem Heizelement und dem Kühlkörper im Vakuum anders verhält (im Vakuum kommt es nicht zur Wärmeübertragung durch Konvektion, da keine Luft vorhanden ist). Um es einfacher auszudrücken: Im Weltraum tendieren heiße Teile dazu, heiß zu bleiben und kalte Teile dazu, kalt zu bleiben. So kommt es leicht zu Störungen aufgrund von Spannungen. Das Bindungsverfahren umfasste einen quervernetzten Spezialklebstoff, um die Ausgasung weiter einzudämmen. Durch dieses Bindungsverfahren wurde eine bessere und effizientere Wärmeleitung über die vorhandenen Austauschplatten erreicht. Darüber hinaus arbeiteten wir mit dem Steuerungsteam des Kunden an der Sensorschnittstelle mit den vorhandenen Wärmesteuergeräten (TCU) für die Stromversorgung und die Stickstoffzufuhr.

Die Vorteile

Chromalox hat sämtliche Erwartungen des Kunden erfüllt. Unsere Kapton® Heizelemente und die damit verbundenen Entwicklungen werden derzeit in großen und kleinen TVC-Anlagen für bessere Tests unter simulierten Weltraumbedingungen eingesetzt. Der Kunde kann nun die Steigung (Temperaturänderung) steuern, verfügt über eine gleichmäßigere gasförmige und flüssige Stickstoffzufuhr sowie über eine Software-Schnittstelle für die Datenerfassung und hat keine Ausgasungs-bedingten Probleme. Mögliche Probleme können so schneller und mit erhöhter Präzision in den Planungs-, Test- und Prüfphasen erkannt werden. Darüber hinaus konnte der Kunde einige unserer synergetischen Wärmeübertragungslösungen auf eine andere Produktlinie (Thermoschock-Kammern) übertragen. Die Vorteile dieser Wärmeübertragungslösung haben auf viele andere Branchen und Anwendungen neben der Luft- und Raumfahrt Einfluss (Luftfahrt, Satellitentechnik, Verteidigungstechnik, Rüstungsindustrie, Astronomie etc.). Ein weiteres Beispiel dafür, wie Chromalox mit innovativen kostensparenden Lösungen in enger Zusammenarbeit mit seinen Kunden gezielt Probleme beseitigt.