2. Struktur und Profillinien - ifw Jena

7. Ausgewählte Forschungs- und
Entwicklungsergebnisse
7.5
Keramisch beschichtete
Elektroden zur Verbesserung
der Energiebilanz bei
der Ozonerzeugung
Bild 1: Prinzipskizze
Bild 2:
Querschliffschicht zu Metallträger
Ansprechpartner:
Dr. rer. nat. U. Basler
E-Mail: ubasler@ifw-jena.de
Projektträger:
BMWi - FhS Fraunhofer Services GmbH
Förder-Nr.: 1087/00
Aufgabe
Forschungsinhalt des 2001 abgeschlossenen
Projektes war die Entwicklung
eines Prototypes einer energiesparenden
Ozonelektrode mit
einem neuartigen Dielektrikum. Ozon
ist ein starkes Oxydationsmittel, das
bei der Anwendung keine schädlichen
Abfallprodukte erzeugt und somit bei
der Anwendung einen Beitrag zur
Umweltentlastung leistet. Ozon kann
in zahlreichen Prozessen zur Reinhaltung
von Wasser und Abwasser
genutzt werden. Es soll eine Ozonelektrode
mit keramischem Dielektrika
entwickelt werden. Als Bauart wird
die Röhrenform vorgegeben. Die
keramische Schicht ist auf Stahlröhren
mittels atmosphärischer Plasmaspritztechnik
zu erzeugen. Die zu
entwickelnde Elektrode soll mit einer
Wechselspannung von 10 kV betrieben
werden. Durch Anwendung von
elektrisch isolierenden Stoffen als
Auftragsmedium auf der thermisch
gespritzten Oberflächenschicht soll
untersucht werden, ob und in welchem
Maße die elektrische Durchschlagfestigkeit
erhöht werden kann.
Bild 3:
Querschliffschicht zu keramischer Schicht
Ergebnisse
Die Anordnung der Elektroden in
Ozonisatoren ist je nach Verfahren
unterschiedlich. Im Bild 1 ist der prinzipielle
der im Projekt zu betrachtenden
Ozonelektrode dargestellt.
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Das Dielektrikum wurde auf den Umfang
der inneren Elektrode aufgebracht
und besteht aus einer thermisch
gespritzten keramischen
Schicht aus Aluminiumoxid. Keramische
Schichten weisen hervorragende
Oberflächeneigenschaften auf,
wirken elektrisch und thermisch isolierend,
sind unempfindlich gegen Hitze,
Schlagbeanspruchung, verschleißfest
und beständig gegen aggressive
Medien. Die im APS-Verfahren hergestellten
keramischen Schichten
sind leicht porös und weisen einen
lamenaren Verbund auf. Die Poren
besitzen eine Größe von 3 bis 10 µm.
Einzelne Granulatkörner werden nicht
im Spritzgießverfahren aufgeschmolzen
und liegen ungebunden im Gefüge.
Querschliffbilder der keramischen
Al 2O 3-Schicht zeigen Bild 2 und 3.
Wegen der zu niedrigen Durchschlagsspannung
der gespritzten
Al 2O 3-Schichten, die zwischen 5,1
und 7,1 kV liegen, wurde die Steigerung
der Durchschlagsspannung
durch Vergütung erreicht. Als Vergütungsmittel
wurde nach umfangreichen
Tests modifiziertes Silikonöl
ausgewählt, da die Muster ähnliche
Oberflächenstrukturen aufweisen wie
die keramisch unvergüteten. An den
hergestellten Musterelektroden wurden
Durchschlagfestigkeiten von 15,2
+- 3 kV gemessen.
Anwendung
Durch die Neuentwicklung von Ozonelektroden
mit höheren Ozonausbeuten
wird gesichert, dass die Ozontechnik
auch in Marktsegmente Einzug
hält, in denen vor allem auf
Grund zu hoher Investitionskosten
eine Anwendung bisher nicht möglich
war. Einsatz finden diese Elektroden
in kompletten Anlagen im Bereich
Abwasser und Deponiewasser und in
den Bereichen Prozeß-, Kühl- und
Badewasser sowie im Bereich der
Luftreinigung (Filter). Durch den Einsatz
neuer Werkstoffe wird ein innovatives
Produkt geschaffen. Wissenschaftliche
Erkenntnisse aus der
Ozongrundlagenforschung zum Einsatz
von Keramik und neuste Erfahrungen
auf dem Gebiet der Beschichtungstechnologien
werden in die
praktische Anwendung übertragen.