Die größte Mikrowelle

Da hätte selbst die böse Hexe aus Hänsel und Gretel hineingepasst: Rund 7.000 Liter fasst die Mikrowelle am Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Zudem ist die Garzeit um ein Vielfaches kürzer als bei handelsüblichen Geräten, die in privaten Haushalten genutzt werden. „Mikrowellen heizen Gegenstände nicht wie Backöfen von außen, sondern direkt im Inneren auf“, erklärt Guido Link, der die Mikrowellenprozessanlage am KIT betreut. Die Ofenkammer selbst bleibt dabei kalt.

Die Karlsruher Forscher verwenden dieses Verfahren vorwiegend, um besonders stabile und leichte Kunststoffe herzustellen – Faserverbundwerkstoffe, die aus einer Matrix aus Kunstharz bestehen, in die verstärkende Kohlenstofffasern eingebettet sind. Die eingelagerten Fasern machen die Bauteile extrem stabil und belastbar – bei geringem Gewicht. Zum Einsatz kommen sie in der Automobilindustrie oder in der Luft- und Raumfahrt. Die neuartige Mikrowelle härtet diese Strukturen aus.

Im Prinzip ist für die Aushärtung keine Mikrowellenstrahlung erforderlich. Doch die Materialien in Wärmeöfen oder Hochdruckbehältern herzustellen sei derzeit noch zeitaufwendig, energieintensiv und damit teuer, so Guido Link. Doch das Verfahren hat auch seine Tücken: Ein bisher in Mikrowellenanlagen weitgehend ungelöstes Problem ist die ungleichmäßige Verteilung der Mikrowellenstrahlung und damit einhergehend ein ungleichmäßiges Erwärmen. Die Karlsruher Anlage minimiert durch ihren besonderen Aufbau diese Effekte. „In der sechseckigen Wabenstruktur unserer Mikrowellen bilden sich einheitliche elektromagnetische Felder aus“, berichtet der KIT-Forscher. „Darin können wir selbst dickwandige Bauteile gleichmäßig aufheizen und dadurch bis zu fünfzig Prozent an Zeit und Energie gegenüber thermischen Öfen einsparen.“ Zudem ließen sich die Anlagen dank des modularen Konzeptes beliebig in der Größe anpassen.

Eine noch größere Herausforderung des Verfahrens ist das unterschiedliche Verhalten der Materialien, obwohl sie den gleichen Mikrowellen ausgesetzt sind. Vergleichbar mit schwarzen Autos, die sich in der Sonne stärker erwärmen als weiße, nehmen einige Stoffe mehr elektromagnetische Energie auf und wandeln sie in Hitze um als andere. Link und seine Kollegen arbeiten an Lösungen: „Wir entwickeln geeignete Werkzeugkonzepte und selbstlernende Steueralgorithmen, um dadurch entstehenden Temperaturunterschieden entgegenzuwirken“, sagt Link. Außerdem arbeiten die Forscher daran, die Anlagentechnik zu erweitern, um sie künftig stärker in die industrielle Anwendung zu bringen.

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