Wie man verhindert, dass die Heizelemente durch schnelle Temperaturschwankungen beschädigt werden
Beim Reparieren von Geräten für das „Smart Home“ setzen wir auf Infrarotlampen, um eine schnelle Erwärmung zu erreichen. Doch das ist ein äußerst anspruchsvoller Prozess: Die Lampe muss innerhalb weniger Sekunden von Raumtemperatur auf extrem hohe Temperaturen gebracht werden – und das tausende Male.
Die meisten Menschen denken, dass der Quarztubus der Schwachpunkt sei. Das stimmt nicht. Der eigentliche Problempunkt ist der Halter des Glühfadens. Wenn dieser Halter auch nur minimal verdreht wird, sackt der Glühfaden herab. Dadurch kommt er mit der Wand der Lampe in Berührung oder es kommt zum Kurzschluss – die Lampe ist dann kaputt.
Der Kampf gegen thermische Schocks
Schnelle Temperaturschwankungen sind sehr belastend für die Glühfäden. Jedes Mal, wenn die Lampe eingeschaltet wird, dehnt und zieht sich der Glühfaden stark aus. Um zu verhindern, dass die Halter unter diesem Druck brechen, verwenden wir Legierungen mit hohem Nickelgehalt. Der Schlüssel liegt darin, dass die Halter genau mit dem Glühfaden mitwandern. Wenn sie nicht synchron sind, wird der Halter bei jedem Einschalten der Lampe beschädigt.
Wir testen diese Halter unter enormen Belastungen – zehntausende von Zyklen lang – um mikroskopische Risse oder Anzeichen von Verformungen zu erkennen. Eine Verschiebung von nur einem Bruchteil eines Millimeters mag nicht viel erscheinen, doch sie stört die gleichmäßige Wärmeverteilung auf der Oberfläche der Lampe.
Das Spannungsausgleichsproblem
Wir können zwar mehr Leistung in einen kürzeren Tubus packen, um die Aufwärmzeit zu verkürzen. Das ist verlockend. Doch dadurch entsteht viel mechanischer Stress. Hohe Leistungen bedeuten, dass der Glühfaden heißer wird – was letztendlich dazu führt, dass das Metall weicher wird.
Man erhält zwar größere Geschwindigkeiten, doch wenn die Halter nicht für solche extremen Temperaturen geeignet sind, wird die Lebensdauer der Lampe stark beeinträchtigt.
Wie findet man das richtige Gleichgewicht?
Es kommt dabei auf die Spannung während des Wickelvorgangs an. Es handelt sich dabei um ein Gleichgewichtsspiel: Wenn wir den Glühfaden zu stark spannen, reißt er zu früh. Wenn wir ihn hingegen zu locker lassen, sackt die Lampe nach einigen Hundert Zyklen unter ihrem eigenen Gewicht zusammen. Wir investieren viel Zeit in das Justieren dieser Spannung und die Auswahl des richtigen Materials, damit die Lampe während ihrer gesamten Lebensdauer perfekt gerade bleibt.