IPP & Industrie

13 ▶ Besonders schwierig ist das Fügen des kohlenstofffaserverstärkten Kohlenstoffs auf die wassergekühlte Wärmesenke aus einer Metalllegierung. Der Kohlenstoff ist dem Plasma und sehr hohen Wärmeflüssen ausgesetzt. Die Wärmesenke wird bei hohem Druck von Wasser durchströmt. Um beide Elemente zu verbinden, versah man den Kohlenstoff zunächst mit einer strukturierten Kupferschicht, die erst danach auf die Metallsenke geschweißt werden konnte. Nur so war eine gute Wärmeleitung von der Oberfläche der Kohlenstoffschicht zur Wärmesenke sicherzustellen. Gleichzeitig galt es, die unterschiedliche Wärmeausdehnung der Materialien zu kompensieren. Dieses Verfahren wurde von Plansee patentiert. ▶ Die wassergekühlten Wärmesenken müssen im Dauerbetrieb große Wärmemengen abführen können. Das Kühlwasser wird unter hohem Druck durch das Innere des Metallkörpers geleitet. Dafür musste der Kühlkanal so gestaltet werden, dass die Wasserströmung turbulent wird und so mehr Wärme transportieren kann. ▶ Die Qualitätssicherung für dieses komplexe, aus mehreren Materialien zusammengesetzte Bauteil stellte vor allem bei der Serienfertigung (insgesamt 890 Stück, 18.000 Kacheln) eine Herausforderung dar. Das IPP als Auftraggeber hat mit der Firma Plansee einen Qualitätssicherungsplan entwickelt, der auf einer Mischung aus systematischen Prüfungen und stichprobenartigen Hochbelastungstests beruht. Bei der zerstörungsfreien Prüfung der Verbindungen konnte man nicht auf Standardverfahren zurückgreifen. Die Firma entwickelte spezielle Prüfverfahren auf der Basis von Ultraschall-, Röntgen- und Thermografieuntersuchungen. Zehn Millionen Watt pro Quadratmeter – damit ist die Wand des Wendelstein 7-X höher belastet als die Flügelkanten des Space Shuttle beim Eintritt in die Atmosphäre (6 Millionen Watt pro Quadratmeter, die dort allerdings „nur“ für einige 100 Sekunden auftreten). Auch dort werden kohlefaser- verstärkte Kohlenstoffkacheln verwendet. Hier treffen sich Raumfahrt- und Fusionstechnologien im Bereich der extrem wärmebelasteten Materialien. Unter der Leitung des IPP wurde zu diesem Thema ein großes EU-gefördertes europäisches Verbundprojekt durchgeführt: EXTREMAT. Plansee war unter den über 30 vornehmlich industriellen Partnern führend beteiligt. Basierend auf einer für das französische Fusionsexperiment Tore Supra entwickelten Technologie hat Plansee mit dem IPP diese Technologie für Wendelstein 7-X weiterentwickelt und dabei die Qualität und die Zuverlässigkeit verbessert. Die gut wärmeleitende Verbindung von kohlefaserverstärktem Kohlenstoff mit Metallen wird sicherlich auch in anderen Technologiefeldern zur Anwendung kommen. Targetelemente bei der Thermografieprüfung Foto: Plansee SE