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Micron Document

<!DOCTYPE html>

<title>Multilayer Insulation</title>

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<h1 id="firstHeading" class="firstHeading mw-first-heading"><span class="mw-page-title-main">Multilayer Insulation</span></h1>

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<p><b>Multilayer Insulation</b> (<b>MLI</b>), auch <b>Superisolation</b> genannt, ist ein <a href="W%C3%A4rmed%C3%A4mmung" title="Wärmedämmung">Wärmedämmmaterial</a> (engl. <i>insulation</i>), das ursprünglich für die <a href="Raumfahrt" title="Raumfahrt">Raumfahrt</a> entwickelt wurde, heute jedoch auch für die Isolation von <a href="Kryostat" title="Kryostat">Kryostaten</a>, <a href="Supraleiter" title="Supraleiter">supraleitenden</a> <a href="Magnet" title="Magnet">Magneten</a> und Leitungen für kryogene Flüssigkeiten oder Gase verwendet wird. Es besteht aus wenigen bis mehreren Dutzend Lagen (engl. <i>multilayer</i>) metallbedampfter Kunststofffolien zumeist aus <a href="Kapton" class="mw-redirect" title="Kapton">Kapton</a> oder <a href="Mylar" class="mw-redirect" title="Mylar">Mylar</a>, die durch eine geeignete <a href="Perforation" title="Perforation">Perforation</a> oder <a href="Gaze" title="Gaze">Gaze</a> (Spacer) auf Abstand gehalten werden.

MLI-Folien behindern den <a href="W%C3%A4rme%C3%BCbertragung" title="Wärmeübertragung">Wärmetransport</a> durch <a href="W%C3%A4rmestrahlung" title="Wärmestrahlung">Wärmestrahlung</a>. Während im <a href="Weltraum" title="Weltraum">Weltraum</a> aufgrund des <a href="Vakuum" title="Vakuum">Vakuums</a> kein Wärmetransport durch <a href="Konvektion" title="Konvektion">Konvektion</a> und <a href="W%C3%A4rmeleitung" title="Wärmeleitung">Gaswärmeleitung</a> stattfinden kann, wird bei der <a href="Irdisch" class="mw-redirect" title="Irdisch">irdischen</a> Anwendung die MLI nur in Verbindung mit <a href="Vakuumw%C3%A4rmed%C3%A4mmung" title="Vakuumwärmedämmung">Vakuumwärmedämmung</a> angewendet.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Prinzip">Prinzip</h2></div>

<p>Ein warmer Körper gibt <a href="W%C3%A4rme" title="Wärme">Wärme</a> in Form von Wärmestrahlung an eine kältere Umgebung ab. Eine zusätzliche undurchlässige Schicht als Hindernis verringert den Wärmetransport durch Strahlung nach dem <a href="Stefan-Boltzmann-Gesetz" title="Stefan-Boltzmann-Gesetz">Stefan-Boltzmann-Gesetz</a>. Dabei wärmt sie sich auf, bis im <a href="Thermodynamisches_Gleichgewicht" title="Thermodynamisches Gleichgewicht">thermischen Gleichgewicht</a> die Hälfte der Strahlung zum Körper zurückgestrahlt wird. Die andere Hälfte gibt er an die Umgebung ab. Bei <i>n</i> Schichten reduziert sich der Strahlungsverlust im Idealfall (ebene Geometrie und gleicher <a href="Emissionsgrad" title="Emissionsgrad">Emissionsgrad</a>) um den Faktor <span class="bruch template-frac" style="line-height:0"><sup style="font-size: 70%; vertical-align: 0.4em;">1</sup>⁄<sub style="font-size: 70%; vertical-align: 0em;">(n+1)</sub></span>.

</p><p>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.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Ausführung"><span id="Ausf.C3.BChrung"></span>Ausführung</h2></div>

<p>Die MLI besteht aus mehreren Dutzend abwechselnd gefalteten Lagen von Strahlungsschirmen und Zwischenlagen. Der Strahlungsschirm besteht aus 0,006–0,012 mm<sup id="cite_ref-1" class="reference"><a href="#cite_note-1"><span class="cite-bracket">[</span>1<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> dickem synthetischen Material (zum Beispiel <a href="Kapton" class="mw-redirect" title="Kapton">Kapton</a>), das mit einer Schicht aus emissionsarmem <a href="Metalle" title="Metalle">Metall</a> überzogen ist. Das am häufigsten verwendete Metall ist <a href="Aluminium" title="Aluminium">Aluminium</a>, seltener <a href="Kupfer" title="Kupfer">Kupfer</a>, <a href="Gold" title="Gold">Gold</a> oder <a href="Silber" title="Silber">Silber</a>. Die Dicke der Metallbeschichtung beträgt <100 nm. Die Zwischenlagen der Reflexionsfolien werden aus faserigen Materialien mit geringer <a href="W%C3%A4rmeleitf%C3%A4higkeit" title="Wärmeleitfähigkeit">Wärmeleitfähigkeit</a> hergestellt, um Wärmeleitung zu minimieren. Auch Unebenheit kann helfen, möglichst wenig Kontaktfläche zu erreichen. Die Weltraumsonde <a href="BepiColombo" title="BepiColombo">BepiColombo</a> erforderte die Neuentwicklung einer Isolation, die 360 °C und der hohen Strahlungsbelastung an Merkur standhalten kann. Die üblicherweise sonst bei Weltraummissionen verwendeten Kunststoffe konnten nicht verwendet werden, so entwickelte man ein neues Material aus einer <a href="Keramikfaser" title="Keramikfaser">keramischen Faser</a> mit Titanschichten.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Einsatzgebiet">Einsatzgebiet</h2></div>

<p>Ohne besondere Maßnahmen sind <a href="Raumflugk%C3%B6rper" title="Raumflugkörper">Raumflugkörper</a> großen Temperaturgefällen ausgesetzt. Es fehlt die <a href="Atmosph%C3%A4re_(Astronomie)" title="Atmosphäre (Astronomie)">Atmosphäre</a>, 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.

</p><p>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.

</p><p>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 <a href="K%C3%BChlung#Kühlleistung" title="Kühlung">Kühlleistung</a> 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:

</p>

<ul><li>Flüssiggastanks, z. B. für <a href="Fl%C3%BCssigerdgas" title="Flüssigerdgas">Flüssigerdgas</a>, <a href="Fl%C3%BCssigstickstoff" title="Flüssigstickstoff">Flüssigstickstoff</a>, flüssigen <a href="Wasserstoff" title="Wasserstoff">Wasserstoff</a>, <a href="Fl%C3%BCssigsauerstoff" title="Flüssigsauerstoff">flüssigen Sauerstoff</a></li>

<li><a href="Kryostat" title="Kryostat">Kryostaten</a></li>

<li>kryogene Rohrleitungen</li>

<li><a href="Kryotherapie" title="Kryotherapie">Kryokammern</a></li>

<li><a href="Supraleitung" class="mw-redirect" title="Supraleitung">supraleitende Geräte</a></li></ul>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Eigenschaften">Eigenschaften</h2></div>

<ul><li>Die besten verfügbaren Isolierungseigenschaften. Wärmeleitfähigkeit unter Laborbedingungen bei 0,03 mW/(m·K).<sup id="cite_ref-2" class="reference"><a href="#cite_note-2"><span class="cite-bracket">[</span>2<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Zum Vergleich erreicht <a href="Mineralwolle" title="Mineralwolle">Mineralwolle</a> üblicherweise Werte um 30–45 mW/(m·K) – also etwa drei <a href="Gr%C3%B6%C3%9Fenordnung" title="Größenordnung">Größenordnungen</a> höher.</li>

<li>Geringes Dämmstoffgewicht – etwa 1,2 kg/m<sup>2</sup><sup id="cite_ref-3" class="reference"><a href="#cite_note-3"><span class="cite-bracket">[</span>3<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>,</li>

<li>Kompaktheit der Isolierung – die Dicke einer 40-lagigen Isolierdecke beträgt etwa 20 mm<sup id="cite_ref-4" class="reference"><a href="#cite_note-4"><span class="cite-bracket">[</span>4<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>,</li>

<li>Niedriger <a href="Ausgasen" title="Ausgasen">Entgasungsfaktor</a> im Vakuum<sup id="cite_ref-5" class="reference"><a href="#cite_note-5"><span class="cite-bracket">[</span>5<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>.</li></ul>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Einzelnachweise">Einzelnachweise</h2></div>

<li id="cite_note-1"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-1">↑</a></span> <span class="reference-text"> <a rel="nofollow" class="external free" href="https://frakoterm.com/en/commercial-offer/multi-layer-insulation-mli">https://frakoterm.com/en/commercial-offer/multi-layer-insulation-mli</a></span>

</li>

<li id="cite_note-2"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-2">↑</a></span> <span class="reference-text"><a rel="nofollow" class="external free" href="https://www.matec-conferences.org/articles/matecconf/pdf/2018/99/matecconf_icchmt2018_01019.pdf">https://www.matec-conferences.org/articles/matecconf/pdf/2018/99/matecconf_icchmt2018_01019.pdf</a></span>

</li>

<li id="cite_note-3"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-3">↑</a></span> <span class="reference-text"> <a rel="nofollow" class="external free" href="https://frakoterm.com/en/commercial-offer/multi-layer-insulation-mli">https://frakoterm.com/en/commercial-offer/multi-layer-insulation-mli</a></span>

</li>

<li id="cite_note-4"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-4">↑</a></span> <span class="reference-text"><a rel="nofollow" class="external free" href="http://cds.cern.ch/record/593269/files/lhc-2002-018.pdf">http://cds.cern.ch/record/593269/files/lhc-2002-018.pdf</a></span>

</li>

<li id="cite_note-5"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-5">↑</a></span> <span class="reference-text"><a rel="nofollow" class="external free" href="https://www.agsrhichome.bnl.gov/RHIC/RAP/rhic_notes/AD-RHIC-RD-1-128/AD-RHIC-RD-44.pdf">https://www.agsrhichome.bnl.gov/RHIC/RAP/rhic_notes/AD-RHIC-RD-1-128/AD-RHIC-RD-44.pdf</a></span>

</li>

</ol>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Weblinks">Weblinks</h2></div>

<ul><li><a rel="nofollow" class="external text" href="https://frakoterm.com/en/commercial-offer/multi-layer-insulation-mli/">Eigenschaften und Arten der MLI-Isolierung</a></li>

<li><a rel="nofollow" class="external text" href="https://www.researchgate.net/publication/327289988_Thermal_performance_of_multilayer_insulation_A_review/">Thermal performance of multilayer insulation: A review</a></li>

<li><a rel="nofollow" class="external text" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0964274999800237">MLI für Raumfahrzeuganwendungen</a></li></ul></div><div><div class="zim-footer">

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