Konzept

Ziel des Experimentes ist qualitative als auch quantitative Aussagen über die Isolierwirkung der cellulosen Aerogelfasern zu erhalten. Der Wärmedurchlasswiderstand ist eine Möglichkeit die Isolierwirkung von Stoffen zu charakterisieren. Er beschreibt den Widerstand, den ein Stoff einem durch eine Temperaturdifferenz an seinen Oberflächen erzeugten Wärmestrom entgegensetzt. In DIN EN 12664 bzw. DIN EN 12667 sind verschiedene Verfahren zur Bestimmung des Wärmedurchlasswiderstands beschrieben. Ein Verfahren ist die Bestimmung mit Hilfe eines Wärmestrommessplattengerätes. In der folgenden Abbildung sind verschiedene Ausführungen des Gerätes dargestellt.

Drei verschiedenen Anordnungen des Wärmemessplattengeräts

Es besteht aus einer Heizplatte U‘, einem oder zwei Temperaturmessfühlern H, einem oder zwei Prüfkörpern S und einer Kühlplatte U‘‘. Zur Bestimmung des Wärmedurchlasswiderstands wird die Heizplatte erwärmt und ein stationärer Zustand abgewartet. Aus der gemessenen Temperaturdifferenz ∆T, der Oberfläche A des Probekörpers und dem Wärmestrom Φ kann der Widerstand wie folgt berechnet werden:

Der Wärmestrom entspricht der elektrischen Leistungszufuhr der Heizplatte. Während des Fluges der Höhenforschungsrakete wird kein stationärer Temperaturzustand erreicht. Da außerdem der Wärmestrom nicht bestimmbar ist, kann das Verfahren nicht ohne weiteres auf das Experiment übertragen werden. Der Wärmestrom kann aber mithilfe einer Referenzmessung bestimmt werden. Dafür muss von einem anderen Material der Wärmewiderstand bekannt sein und es folgt:

Und somit kann der Wärmewiderstand von cellulosen Aerogelen bestimmt werden:

Diese Gleichung verdeutlicht, dass der Wärmewiderstand über die gemessene Temperaturdifferenz an den Messkörpen und dem bekannten Wärmewiderstand des Vergleichsmesskörpers bestimmt werden kann.

Darüber hinaus enthält die Norm jedoch Richtlinien für eine sinnvolle Anzahl von Temperaturmessfühlern und ihre richtige Anbringung am Prüfkörper. Die Mindestanzahl von Messfühlern soll auf jeder Seite des Prüfkörpers  nicht unterschreiten und in keinem Fall weniger als zwei sein. Dies ist auch aus Redundanzgründen sinnvoll, sollte ein Messfühler während des Fluges ausfallen.

Da der Wärmedurchlasswiderstand nicht während des Fluges bestimmt werden kann, muss die Isolierwirkung anders bewertet werden. Eine einfache Möglichkeit ist die Isolierwirkung des textilen Prüfkörpers mit anderen Isolationsmaterialen zu vergleichen. Für einen direkten Vergleich können mehrere Prüfkörper unterschiedlicher Materialenanalog zum Wärmestrommessplatten-Verfahren, nebeneinander montiert werden. Da auf alle Probekörper die gleichen Umgebungsbedingungen von Temperatur, Druck usw. wirken, können die Isolierwirkungen mithilfe der gemessenen Temperaturdifferenzen verglichen werden.

Zusätzlich wird eine Kamera unter das Hitzeschild montiert, welche die Lage der Rakete während des Wiedereintritts filmt. Dies kann Aufschluss darüber geben, wie stark die Wärme in die Prüfkörper eindringen konnte und interessante Daten in den Messergebnissen nicht zum Beispiel aus einer Abschirmung der Prüfköper  durch eine unvorteilhafte Lage der Rakete während des Wiedereintritts resultiert.

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