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Multilayer Insulation MLI auch Superisolation genannt ist ein Wärmedämmmaterial engl insulation das ursprünglich für die

Multilayer Insulation

Multilayer Insulation (MLI), auch Superisolation genannt, ist ein Wärmedämmmaterial (engl. insulation), das ursprünglich für die Raumfahrt entwickelt wurde, heute jedoch auch für die Isolation von Kryostaten, supraleitenden Magneten und Leitungen für kryogene Flüssigkeiten oder Gase verwendet wird. Es besteht aus wenigen bis mehreren Dutzend Lagen (engl. multilayer) metallbedampfter Kunststofffolien, die durch eine geeignete Perforation oder Gaze (Spacer) auf Abstand gehalten werden. MLI-Folien behindern den Wärmetransport durch Wärmestrahlung. Während im Weltraum aufgrund des Vakuums kein Wärmetransport durch Konvektion und Gaswärmeleitung stattfinden kann, wird bei der irdischen Anwendung die MLI nur in Verbindung mit Vakuumwärmedämmung angewendet.

Ein MLI-Abschnitt mit 2 Schichten von Strahlungsabschirmungen und Zwischenlagen.
MLI-Folie mit Spacern
MLI-Decke auf einem supraleitenden Kurzschluss-Strombegrenzer

Prinzip Bearbeiten

Ein warmer Körper gibt Wärme in Form von Wärmestrahlung an eine kältere Umgebung ab. Eine zusätzliche undurchlässige Schicht als Hindernis verringert den Wärmetransport durch Strahlung nach dem Stefan-Boltzmann-Gesetz. Dabei wärmt sie sich auf, bis im thermischen Gleichgewicht die Hälfte der Strahlung zum Körper zurückgestrahlt wird. Die andere Hälfte gibt er an die Umgebung ab. Bei n Schichten reduziert sich der Strahlungsverlust im Idealfall (ebene Geometrie und gleicher Emissionsgrad) um den Faktor 1⁄(n+1).

Bei spiegelnden Schichten bekommt man zusätzlich eine Reduktion durch den geringen Emissionsgrad. Der Faktor kommt nur einmal dazu, nicht etwa potenziert mit der Zahl der Schichten.

Ausführung Bearbeiten

Die MLI besteht aus mehreren Dutzend abwechselnd gefalteten Lagen von Strahlungsschirmen und Zwischenlagen. Der Strahlungsschirm besteht aus 0,006–0,012 mm dickem synthetischen Material (zum Beispiel Kapton), das mit einer Schicht aus emissionsarmem Metall überzogen ist. Das am häufigsten verwendete Metall ist Aluminium, seltener Kupfer, Gold oder Silber. Die Dicke der Metallbeschichtung beträgt <100 nm. Die Zwischenlagen der Reflexionsfolien werden aus faserigen Materialien mit geringer Wärmeleitfähigkeit hergestellt, um Wärmeleitung zu minimieren. Auch Unebenheit kann helfen, möglichst wenig Kontaktfläche zu erreichen.

Einsatzgebiet Bearbeiten

Raumsonde MRO, eingewickelt in goldglänzender MLI-Folie.

Ohne besondere Maßnahmen sind Raumflugkörper großen Temperaturgefällen ausgesetzt. Es fehlt die Atmosphäre, die durch Konvektion einen Temperaturausgleich herbeiführen könnte. Die Wärmeleitung beschränkt sich auf Körper, die fest miteinander verbunden sind. Im Vakuum des Weltraums wird Wärme fast ausschließlich über Strahlung übertragen.

Da elektronische Geräte eine Einsatztemperatur um 20 °C benötigen, wickelt man Raumflugkörper häufig in MLI-Folie ein. Sie schützt den Raumflugkörper durch Rückstrahlung vor Auskühlung und unterstützt die gleichmäßige Wärmeverteilung. Im gleichen Maße schützt sie vor einem Aufheizen durch Strahlung von außen.

Ein weiteres Anwendungsgebiet ist die Kryotechnologie. Die Niedertemperatur-Kryo-Systeme sind aufgrund der sehr hohen Temperaturunterschiede zwischen dem System und der Umgebung und der hohen Kosten für die Erzeugung von Kühlleistung bei so niedrigen Temperaturen besonders empfindlich gegenüber Wärmeeintrag aus der Umgebung. Die Anwendung von MLI zusammen mit der Vakuumisolierung ist die effektivste Methode der kryogenischen Isolierung, auch Superisolierung genannt. MLI ist die effektivste Methode der Isolierung für:

Eigenschaften Bearbeiten

  • Die besten verfügbaren Isolierungseigenschaften. Wärmeleitfähigkeit unter Laborbedingungen bei 0,03 mW/(m·K). Zum Vergleich erreicht Mineralwolle üblicherweise Werte um 30–45 mW/(m·K) – also etwa drei Größenordnungen höher.
  • Geringes Dämmstoffgewicht – etwa 1,2 kg/m2,
  • Kompaktheit der Isolierung – die Dicke einer 40-lagigen Isolierdecke beträgt etwa 20 mm,
  • Niedriger Entgasungsfaktor im Vakuum.

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. https://frakoterm.com/en/commercial-offer/multi-layer-insulation-mli
  2. https://www.matec-conferences.org/articles/matecconf/pdf/2018/99/matecconf_icchmt2018_01019.pdf
  3. https://frakoterm.com/en/commercial-offer/multi-layer-insulation-mli
  4. http://cds.cern.ch/record/593269/files/lhc-2002-018.pdf
  5. https://www.agsrhichome.bnl.gov/RHIC/RAP/rhic_notes/AD-RHIC-RD-1-128/AD-RHIC-RD-44.pdf

Weblinks Bearbeiten

Eigenschaften und Arten der MLI-Isolierung
Thermal performance of multilayer insulation: A review
MLI für Raumfahrzeuganwendungen

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Veröffentlichungsdatum:
Multilayer Insulation MLI auch Superisolation genannt ist ein Warmedammmaterial engl insulation das ursprunglich fur die Raumfahrt entwickelt wurde heute jedoch auch fur die Isolation von Kryostaten supraleitenden Magneten und Leitungen fur kryogene Flussigkeiten oder Gase verwendet wird Es besteht aus wenigen bis mehreren Dutzend Lagen engl multilayer metallbedampfter Kunststofffolien die durch eine geeignete Perforation oder Gaze Spacer auf Abstand gehalten werden MLI Folien behindern den Warmetransport durch Warmestrahlung Wahrend im Weltraum aufgrund des Vakuums kein Warmetransport durch Konvektion und Gaswarmeleitung stattfinden kann wird bei der irdischen Anwendung die MLI nur in Verbindung mit Vakuumwarmedammung angewendet Ein MLI Abschnitt mit 2 Schichten von Strahlungsabschirmungen und Zwischenlagen MLI Folie mit SpacernMLI Decke auf einem supraleitenden Kurzschluss Strombegrenzer Inhaltsverzeichnis 1 Prinzip 2 Ausfuhrung 3 Einsatzgebiet 4 Eigenschaften 5 Einzelnachweise 6 WeblinksPrinzip BearbeitenEin warmer Korper gibt Warme in Form von Warmestrahlung an eine kaltere Umgebung ab Eine zusatzliche undurchlassige Schicht als Hindernis verringert den Warmetransport durch Strahlung nach dem Stefan Boltzmann Gesetz Dabei warmt sie sich auf bis im thermischen Gleichgewicht die Halfte der Strahlung zum Korper zuruckgestrahlt wird Die andere Halfte gibt er an die Umgebung ab Bei n Schichten reduziert sich der Strahlungsverlust im Idealfall ebene Geometrie und gleicher Emissionsgrad um den Faktor 1 n 1 Bei spiegelnden Schichten bekommt man zusatzlich eine Reduktion durch den geringen Emissionsgrad Der Faktor kommt nur einmal dazu nicht etwa potenziert mit der Zahl der Schichten Ausfuhrung BearbeitenDie MLI besteht aus mehreren Dutzend abwechselnd gefalteten Lagen von Strahlungsschirmen und Zwischenlagen Der Strahlungsschirm besteht aus 0 006 0 012 mm 1 dickem synthetischen Material zum Beispiel Kapton das mit einer Schicht aus emissionsarmem Metall uberzogen ist Das am haufigsten verwendete Metall ist Aluminium seltener Kupfer Gold oder Silber Die Dicke der Metallbeschichtung betragt lt 100 nm Die Zwischenlagen der Reflexionsfolien werden aus faserigen Materialien mit geringer Warmeleitfahigkeit hergestellt um Warmeleitung zu minimieren Auch Unebenheit kann helfen moglichst wenig Kontaktflache zu erreichen Einsatzgebiet Bearbeiten nbsp Raumsonde MRO eingewickelt in goldglanzender MLI Folie Ohne besondere Massnahmen sind Raumflugkorper grossen Temperaturgefallen ausgesetzt Es fehlt die Atmosphare die durch Konvektion einen Temperaturausgleich herbeifuhren konnte Die Warmeleitung beschrankt sich auf Korper die fest miteinander verbunden sind Im Vakuum des Weltraums wird Warme fast ausschliesslich uber Strahlung ubertragen Da elektronische Gerate eine Einsatztemperatur um 20 C benotigen wickelt man Raumflugkorper haufig in MLI Folie ein Sie schutzt den Raumflugkorper durch Ruckstrahlung vor Auskuhlung und unterstutzt die gleichmassige Warmeverteilung Im gleichen Masse schutzt sie vor einem Aufheizen durch Strahlung von aussen Ein weiteres Anwendungsgebiet ist die Kryotechnologie Die Niedertemperatur Kryo Systeme sind aufgrund der sehr hohen Temperaturunterschiede zwischen dem System und der Umgebung und der hohen Kosten fur die Erzeugung von Kuhlleistung bei so niedrigen Temperaturen besonders empfindlich gegenuber Warmeeintrag aus der Umgebung Die Anwendung von MLI zusammen mit der Vakuumisolierung ist die effektivste Methode der kryogenischen Isolierung auch Superisolierung genannt MLI ist die effektivste Methode der Isolierung fur Flussiggastanks z B fur Flussigerdgas Flussigstickstoff flussigen Wasserstoff flussigen Sauerstoff Kryostaten kryogene Rohrleitungen Kryokammern supraleitende GerateEigenschaften BearbeitenDie besten verfugbaren Isolierungseigenschaften Warmeleitfahigkeit unter Laborbedingungen bei 0 03 mW m K 2 Zum Vergleich erreicht Mineralwolle ublicherweise Werte um 30 45 mW m K also etwa drei Grossenordnungen hoher Geringes Dammstoffgewicht etwa 1 2 kg m2 3 Kompaktheit der Isolierung die Dicke einer 40 lagigen Isolierdecke betragt etwa 20 mm 4 Niedriger Entgasungsfaktor im Vakuum 5 Einzelnachweise Bearbeiten https frakoterm com en commercial offer multi layer insulation mli https www matec conferences org articles matecconf pdf 2018 99 matecconf icchmt2018 01019 pdf https frakoterm com en commercial offer multi layer insulation mli http cds cern ch record 593269 files lhc 2002 018 pdf https www agsrhichome bnl gov RHIC RAP rhic notes AD RHIC RD 1 128 AD RHIC RD 44 pdfWeblinks BearbeitenEigenschaften und Arten der MLI IsolierungThermal performance of multilayer insulation A reviewMLI fur Raumfahrzeuganwendungen Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Multilayer Insulation amp oldid 235012231