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Schutz- und Isolierrohre aus Aluminiumoxid

Technische Keramik für Thermoelemente
Schutz- und Isolierrohre aus Aluminiumoxid

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Von Elektro- über Umwelt- bis hin zu Medizintechnik – die Werkstoffe der technischen Keramik beeindrucken durch ihre Vielseitigkeit. Insbesondere im Bereich der Schutz- und Isolierrohre für den Einsatz bei Geräten zur Messung und Kontrolle von Temperaturen im Hochtemperaturbereich hat sich Hochleistungskeramik als unabdingbar erwiesen. So können Hersteller mit Aluminiumoxid für Thermoelemente Zeit und Geld sparen und gleichzeitig zu mehr Sicherheit und Stabilität beitragen.

Thermische Mess- und Sensorelemente sind häufig den hohen Temperaturen von gasförmigen oder flüssigen Umgebungsmedien, wie zum Beispiel Luft, Wasser, Gasen, oder Öl ausgesetzt. In vielen Industriebereichen, in denen thermische Prozesse stattfinden, können Betriebstemperaturen von weit über 1200 °C auftreten. Hierzu gehören unter anderem der Anlagen- und Maschinenbau sowie die Chemie- und Gasindustrie. Zum Schutz der empfindlichen Thermoelemente bei Messeinsätzen gegen Hitze sowie einer chemischen und mechanischen Beanspruchung setzt man in der Temperaturmess- und Regeltechnik Schutz- und Isolierrohre ein. Hiermit wird auch die Verlängerung der Produktlebensdauer von Thermoelementen bezweckt.

Thermostabiler Werkstoff

Für die Herstellung von Schutz- und Isolierrohren lassen sich verschiedene Werkstoffe einsetzen, diese müssen eine hohe Hitzebeständigkeit aufweisen sowie gegen Korrosion und Abrasion wirken. Zu den am häufigsten verwendeten Werkstoffen gehören Edel- und Übergangsmetalle wie zum Beispiel Kupfer, Nickel und Titan sowie auch Aluminiumoxid, ein beliebter keramischer Hochleistungswerkstoff.

Im Hochtemperaturbereich erfüllen jedoch nicht alle Werkstoffe die industriellen Anforderungen. Sehr hohe Betriebstemperaturen von 1400 bis 1700 °C verursachen Schutzrohren aus Edel- und Übergangsmetallen Schwierigkeiten. Hier müssen spezielle thermostabile Materialien, wie zum Beispiel Aluminiumoxid, eingesetzt werden, die Temperaturen von bis zu 1700 °C ohne
Weiteres standhalten können.

Des Weiteren hinterlassen die Umgebungsmedien immer Verschleiß- und Zersetzungsspuren, weshalb die Korrosions- und Abrasionsbeständigkeit des eingesetzten Werkstoffs eine wichtige Rolle einnimmt. Auch in dieser Hinsicht erweisen sich Keramikschutzrohre im Verhältnis zu Kupfer- und Nickelschutzrohren als haltbarer. Einer der Hauptnachteile von Schutzrohren aus Metall ist die elektrische Leitfähigkeit. Schutzrohre aus Keramik sind für eine elektrische Isolation besser geeignet.

Folglich sollten in Anwendungsumgebungen mit sehr hohen Temperaturen Schutzrohre aus Keramik eingesetzt werden, da diese eine höhere Hitzebeständigkeit aufweisen, die thermische Ausdehnung geringer ist und diese unter korrosiven und abrasiven Bedingungen eine höhere Beständigkeit ausweisen als Schutzrohre aus Metall.

Relevant ist auch der Erhalt und die Verlängerung der Produktlebensdauer der Thermoelemente. D. h. je besser das Material, aus dem das Schutzrohr hergestellt ist, gegen die Anwendungsumgebung wirkt, desto länger halten die thermische Mess- und Sensorelemente.

Flexibel einsetzbar

Innerhalb einer Werkstoffgruppe kann es auch zu unterschiedlichen Materialzusammensetzungen kommen, die sich auf die Bedürfnisse der Einsatzgebiete anpassen lassen und für den optimalen Schutz sorgen. Bei Ceramtec werden drei verschiedene Aluminiumoxid-Keramiken angewendet:

  • Rubalit C799, ein hochdichter technischer Oxidkeramikwerkstoff, dessen Oberflächenqualität für eine hohe Korrosions- und Verschleißbeständigkeit sorgt und für den Einsatz in verschiedenen chemischen Anwendungen bei Temperaturen bis zu 1700 °C befähigt
  • Dimulit C610, eine Zusammensetzung aus den Werkstoffen Aluminiumoxid und Siliziumoxid, das sich durch eine sehr gute elektrische Isolierfähigkeit und hohe mechanische Festigkeit auszeichnet
  • Pormulit C530, ein leicht poröses Material, das auch aus Aluminiumoxid und Siliziumoxid besteht und meist Anwendung beim Auftreten hoher Temperaturgradienten und Pyrometerschutzhülsen findet

Vorteilhaft ist das hohe Maß an Flexibilität, das mit den verschiedenen keramischen Materialvarianten einhergeht. Die keramischen Schutzrohre können für ein breites Spektrum an Anwendungen gefertigt werden, sodass individuell auf Kundenwünsche eingegangen werden kann.

Doch nicht nur die verschiedenen Aluminiumoxid-Keramiken und deren Eigenschaften bieten einen entscheidenden Vorteil, sondern auch der Fertigungsprozess, der bei Ceramtec zum Einsatz kommt.

Einstufiges Verfahren

Der entsprechende Rohrtyp, der an einem Ende geschlossen ist, wird im Extrusions-verfahren mit einer speziellen Technik gefertigt: anstatt die Kappe nach der Extrusion mit dem Rohr zu fügen, was generell die Gefahr von undichten Stellen mit sich bringt, wird das Rohr bereits bei der Extrusion verschlossen und somit einteilig hergestellt. Es sind dann nicht, wie bei anderen Produktionsverfahren üblich, zwei Teile nötig, die in einem separaten Arbeitsschritt verbunden werden müssen. Die potenzielle Schwachstelle der Fügenaht wird dadurch vermieden. Der einstufige Prozess garantiert einen besseren Schutz des Messelements, da Leckagen und das Eindringen der äußeren Atmosphäre in das System verhindert werden. Somit verbessert man die Produktlanglebigkeit, spart Kosten und steigert die Effizienz.

Mit modernen Fertigungsmethoden sowie kontinuierlicher Inprozesskontrolle konnte auch ein weiteres Problem gelöst werden, mit dem Industriekunden bei der Verwendung von Keramikschutz- und Isolierrohren konfrontiert werden: Bei Längen von 30 und bis zu mehr als 1500 mm sind nämlich die Rohre nicht mehr komplett gerade, sondern weisen eine natürliche Biegung (Krümmung) auf. Keramikrohre von Ceramtec liegen unter den Standardwerten dieser Krümmung, was die Montage deutlich einfacher macht.

Mit diesem Fertigungsprozess kann auf anwendungsspezifische Geometrien reagiert werden. Kürzere Lieferzeiten erhält man allerdings bei den vorgefertigten Produkten, die in verschiedenen Längen und Durchmesser erhältlich sind und die strengsten Spezifikationen und Genauigkeitsanforderungen erfüllen.

Hochleistungskeramik erweist sich also als ein flexibel einsetzbarer und thermostabiler Werkstoff zum Schutz von thermischen Mess- und Sensorelementen im Hochtemperaturbereich. Im Vergleich zu Schutzrohren aus Metall sind keramische Schutzrohre korrosions-, verschleiß- und hitzebeständiger und verfügen über einen höheren elektrischen Widerstand. Durch das einstufige Fertigungsverfahren, ohne Verklebung und mit einem geschlossenen Ende, kann Zeit und Geld gespart und mehr Sicherheit und Stabilität garantiert werden.

Ceramtec GmbH, Plochingen


Autorin: Minghui Huang

Business Development Manager,

Ceramtec

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