1 Brandenburgische Technische Universität Cottbus Fakultät ...

Brandenburgische Technische Universität Cottbus
Fakultät Maschinenbau, Elektrotechnik und Wirtschaftsingenieurwesen
Lehrstuhl Verbrennungskraftmaschinen und Flugantriebe des Instituts Verkehrstechnik
Konstruktion, Aufbau und Inbetriebnahme eines Feststoffpartikelgenerators
Studienarbeit von
cand.- ing. Kay Baacke
Cottbus, im August 2007
Vorgelegt am: Lehrstuhl Verbrennungskraftmaschinen und Flugantriebe
der BTU Cottbus
Univ.-Prof. Dr.-Ing. H.P.Berg
Betreuer: Dipl.-Ing. Michael Prinzler
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Eidesstattliche Erklärung
Ich versichere, die vorliegende Studienarbeit allein angefertigt und keine anderen
außer den angegebenen Hilfsmitteln verwendet zu haben.
Cottbus, den 30.08.2007
Kay Baacke
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Inhaltsverzeichnis
Motivation....................................................................................................................5
0. Formelzeichen und Konstanten............................................................................6
1. Bedarf für Strömungsmessverfahren...................................................................8
2. Strömungsvisualisierung mittels Particle Image Velocemetry........................10
2.1 Prinzip der PIV und Aufbau.....................................................................10
2.2 Seeding.....................................................................................................11
2.3 Illumination...............................................................................................12
2.4 Recording.................................................................................................15
2.5 Evaluation.................................................................................................16
2.5.1 Eigenschaften der diskreten Kreuzkorrelationsfunktion...............16
2.5.2 Erklärung der Kreuzkorrelationsfunktion an einem Bildbeispiel...17
2.5.3 Einflüsse auf das Messergebnis..................................................19
2.6 Postprocessing........................................................................................20
3.Partikel....................................................................................................................21
3.1 Begriff des Partikels................................................................................21
3.2 Partikelgröße............................................................................................21
3.2.1 Verteilung von Partikelgrößen......................................................21
3.2.2 Abmessungen von Einzelpartikeln...............................................22
3.2.3 Durchmesser aus geometrischen Messungen.............................22
3.2.4 Durchmesser aus Mobilitätsmessungen......................................23
3.2.5 Durchmesser aus Extinktions- und Streulichtmessungen............23
3.3 Eigenschaften von Partikelkollektiven..................................................24
4. Herstellungsverfahren.........................................................................................25
4.1 Dispergieren von Feststoffen.................................................................25
4.1.1 Spiralstrahlmühle..........................................................................25
4.1.2 Banddosierer................................................................................26
4.1.3 Bürstendosierer............................................................................26
4.1.4 Kondensationsprinzip nach Sinclair und La Mer..........................27
4.2 Dispergieren von Flüssigkeiten.............................................................27
4.3 Kondensation nach Verdampfen............................................................28
5. Notwendigkeit der Strömungsvermessung im Triebwerk................................29
5.1 Besondere Anforderungen an die Partikel bei der TVM.......................30
3

5.2 Spezielle Anforderungen an den zu entwickelnden Aerosolgenerator
.........................................................................................................................31
6. Technische Lösungen am entwickelten Aerosolgenerator..............................34
6.1 Anforderungen.........................................................................................34
6.2 Realisierung.............................................................................................34
6.2.1 Kolbenzuführung..........................................................................35
6.2.1.1 Funktionsweise der Kolbenzuführung............................36
6.2.1.2 Bestimmung der Bürstendrehzahl in Abhängigkeit der
Kolbenvorschubgeschwindigkeit und des Kolbendurchmessers
....................................................................................................37
6.2.1.3 Berechnung der Kräfte und Lebensdauer des
Schneckengetriebes...................................................................40
6.2.1.4 Bestimmung des erforderlichen Drehmomentes............42
6.2.2 Düsenauslegung..........................................................................44
6.2.2.1 Funktionsweise der Düse...............................................44
6.2.3 Zuführung der Druckluft in das Gerät...........................................45
6.2.4 Dichtungssystem..........................................................................46
6.2.4.1 Lösungen zur Dichtigkeit................................................47
7. Elektrische Einrichtungen...................................................................................51
7.1 Arbeitsweise der elektrischen Einrichtung...........................................51
7.2 Stromlaufplan...........................................................................................52
8. Bedienungsanleitung...........................................................................................53
8.1 Befüllen des Gerätes...............................................................................53
8.1.1 Checkliste vor dem Befüllen........................................................54
8.1.2 Befüllvorgang...............................................................................54
8.2 Inbetriebnahme........................................................................................58
8.3 Fehlerbehebung.......................................................................................59
9. Anhang..................................................................................................................60
9.1 Berechnung der notwendigen Bürstengeschwindigkeit.....................60
9.2 Getriebeberechnung des Kolbenantriebes...........................................61
9.3 Berechnung des erforderlichen Drehmomentes des
Kolbenantriebes.......................................................................................62
9.4 Quellenangaben.......................................................................................63
9.5 Stückliste, Konstruktionszeichnungen..................................................64
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Motivation
Diese Studienarbeit beschäftigt sich mit der Konstruktion, dem Bau und der Inbe-
triebnahme eines Feststoffpartikel Aerosolgenerators.
Aerosolgeneratoren werden verwendet, um Partikel aus einem festen Stoff zu
dispergieren, also in strömende Medien wie Gase oder Flüssigkeiten abzugeben.
Aerosolpartikel werden in Strömungsmessverfahren benötigt. Sie dienen dort als Re-
flexionsmedium für beispielsweise Laserlicht, mit dessen Hilfe die Strömung beleuch-
tet wird, um deren Verlauf zu visualisieren. Je nach Messverfahren werden unter-
schiedliche Anforderungen an die Partikel gestellt. Abhängig von diesen Anforderun-
gen ist damit auch das Herstellungsverfahren für Partikel. Nach dem Herstellungsver-
fahren richtet sich auch die Bauweise eines Aerosolgenerators. So hat ein Gerät zur
Zerstäubung von Flüssigkeiten einen anderen mechanischen Aufbau als ein Gerät,
das sein Aerosol aus einem festen Stoff dispergiert. Im Rahmen dieser Studienarbeit
wird ein Feststoff Aerosolgenerator konstruiert, da Flüssignebelfluide aufgrund der
Verwendung in heißen Medien wie Triebwerksströmungen verdampfen würden.
Im Folgenden wird auf die Kennzeichen und Arten der Partikel, die verschiedenen
Aerosolgeneratoren und deren Wirkprinzipien, sowie verschiedene Strömungsmess-
verfahren eingegangen. Ein Strömungsmessverfahren, die Particle Image Veloci-
metry (PIV) wird voran gestellt genauer erläutert.
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0.Formelzeichen und Konstanten
AK Kolbenfläche [m 2 ]
DB Bürstendurchmesser [m]
DK Kolbendurchmesser [m]
E E-Modul [Nmm -2 ]
Fa2 Axialkraft [N]
FK Kolbenkraft [N]
Fr2 Radialkraft [N]
Ft2 Tangentialkraft [N]
IR Interrogation Spot [pixel]
Ks Schmierkennwert [Pa s]
Lh erwartete Lebensdauer [h]
NB Bürstengeschwindigkeit [s -1 ]
NG Drehzahl des Getriebemotors [s -1 ]
NK Motordrehzahl [s -1 ]
M Reibmoment [Nm]
M2 Abtriebsmoment [Nm]
MK Motordrehmoment [Nm]
P Gewindesteigung [1]
P1 Motorleistung [W]
P2 Abtriebsleistung [W]
RL mittlerer Lagerstützflächenradius [m]
SH Sicherheit gegen Grübchen [1]
UG Partikelfolgevermögen [1]
Us Sinkgeschwindigkeit [ms -1 ]
V Kolbenvorschubgeschwindigkeit [ms -1 ]
V0 Abtragsgeschwindigkeit [m 2 s -1 ]
VIR Interrogative Spot Volumen [pixel 3 ]
Vm Messebenenvolumen [m 3 ]
Z1 Zähnezahl Schnecke [1]
Z2 Zähnezahl Schneckenrad [1]
a Achsabstand [m]
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k Kamerabreite [pixel]
bm Messebenenbreite [m]
d2 Teilkreisdurchmesser des Schneckenrades [m]
d2G Flankendurchmesser des Gewindes [m]
dm1 Mittenkreisdurchmesser der Schnecke [m]
dp Partikeldurchmesser [m]
fG Geometriefaktor [1]
i Getriebeübersetzung [1]
lm Messebenenlänge [m]
m Modul [m]
mL Triebwerksluftmassenstrom [kgs -1 ]
nmG Partikelanzahl im Luftmassenstrom [kg -1 ]
nmL Partikelanzahl in der Luft [kg -1 ]
np Partikelanzahl im Messvolumen [1]
nV,IR Partikelanzahl im IR Volumen [1]
p Axialteilung [m]
pf flächige Partikelpackungsdichte [m -2 ]
pr räumliche Partikelpackungsdichte [m -3 ]
pü Arbeitsüberdruck [Nmm -2 ]
r Partikel im Volumenstrom [1]
tm Messebenentiefe [m]
vp Partikelvolumenstrom [m 3 s -1 ]
α Steigungswinkel [°]
α0 Erzeugungswinkel [°]
β Teilflankenwinkel [°]
βN Flankenwinkel im Normalschnitt [°]
γ Mittensteigungswinkel [°]
ηG Getriebewirkungsgrad [1]
µG Reibzahl im Gewinde [1]
ρ Reibwinkel [°]
ρL Dichte der Luft [kgm -3 ]
σH Mittelwert der Hertzschen Pressung [Nmm -2 ]
σH,lim Wälzfestigkeit [Nmm -2 ]
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1. Bedarf für Strömungsmessverfahren
Als Pionier der Strömungsvisualisierung gilt Leonardo da Vinci (1452-1519). Er schuf
mit Hilfe wissenschaftlicher Visualisierung die vermutlich weltweit erste Darstellung
von Turbulenzen in Flüssen (s. Abb. 1.1).
Abb. 1.1: Strömungsdarstellung durch da Vinci [1]
Strömungsvisualisierungen begegnen uns täglich im Alltag ohne dass wir diese be-
wusst wahrnehmen. Strömungsdarstellungen können Blätter sein, die vom Wind auf-
gewirbelt werden oder Wolken, die sich mit Luftströmungen mitbewegen. Moderne
Visualisierungsverfahren wie PIV oder LDA sind der Natur entlehnte Verfahren. Die-
se beiden Verfahren haben unter anderem die Gemeinsamkeit, dass ihnen zur
Sichtbarmachung des Strömungsfeldes Tracer- Partikel zugesetzt werden müssen.
Große Fortschritte auf dem Gebiet der Strömungsvisualisierung erreichte Anfang des
20. Jahrhunderts Ludwig Prandtl. Er führte Experimente im Strömungskanal durch (s.
Abb 1.2). Er setzte der Strömung kleine Partikel zu und beobachtete deren Verhal-
ten. Dadurch war es ihm möglich stationäre, aber auch instationäre Strömungen
sichtbar zu machen.
Nachteil seines Messverfahrens war, dass nur qualitative Aussagen über das Strö-
mungsverhalten gemacht werden konnten.
Abb. 1.2: Ludwig Prandtl vor seinem Messkanal [2]
8

Die Lösung für diese Problematik waren Langzeitaufnahmen beleuchteter Partikel
oder fast ein Jahrhundert später der Einsatz moderner Visualisierungsverfahren wie
PIV, LDA oder LDV. Diese Verfahren wurden erst durch große Fortschritte im Be-
reich der Lasertechnologie, Optik, Aufnahmetechnik und vor allem der Auswerttech-
nik (Computer) möglich.
Anwendungsfelder für diese Verfahren ergeben sich in vielen Bereichen. So ist die
Strömungsoptimierung mit Hilfe der Windkanaltechnik im Bereich des Automobilbaus
ein wesentliches Element zur Verbrauchsreduzierung. Der Einsatz von Windkanälen
dient auch zur Optimierung der Form von Luftfahrzeugen oder der Sichtbarmachung
ihrer Auswirkungen auf das Strömungsfluid. So ist es vor allem in den letzten Jahren
wichtig geworden, die Bildung von Wirbelschleppen und deren Einfluss auf nachfol-
gende Flugzeuge zu untersuchen. Grund
dafür sind die steigenden Flugzeugmaße sowie die hohen Taktraten bei Start und
Landung auf Großflughäfen. Weiterhin ergeben sich Anwendungen bei der Untersu-
chung von Strömungen in verfahrenstechnischen Apparaten, der chemischen Indust-
rie, im Bauwesen oder der Medizintechnik wo Blutströmungen an Gefäßverengungen
(Drossel) sichtbar gemacht werden können.
Abb. 1.3: Audi A4 im Windkanal [3]
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2. Strömungsvisualisierung mittels Particle Image Velocemetry (PIV)
Zielstellung dieser Studienarbeit ist ein Gerät zu entwickeln, welches Tracer Partikel,
insbesondere für das Messverfahren PIV bereitstellt. Um dieses Verfahren zu verste-
hen, soll es nachfolgend überblickweise vorgestellt werden.
2.1 Prinzip der PIV und Aufbau
Ein PIV- System beruht auf der Zugabe kleiner Partikel in ein Fluid und Beobachtung
dieser.
Diese Partikel werden durch einen von einem Laser und einem Linsensystem er-
zeugten Lichtschnitt beleuchtet. Anschließend wird das reflektierte Licht zu zwei kurz
aufeinander folgenden Zeitpunkten von einer Kamera aufgenommen. Die dabei ent-
stehenden Teilbilder werden anschließend mit Hilfe mathematischer Algorithmen
ausgewertet. Ziel dessen ist die Bestimmung der Partikelverschiebung zwischen den
Belichtungen. Daraus erhält man viele verschiedene Verschiebungsvektoren. Aus
diesen berechnet man die Partikelgeschwindigkeit und stellt die Ergebnisse in einer
vector map dar. Diese vector map ist das Ergebnis mehrerer Schritte die nachfolgend
nochmals dargestellt werden:
• Seeding ( Hinzufügen geeigneter Partikel)
• Illumination (Beleuchtung der Partikel)
• Recording (Aufnahme des reflektierten Lichtes)
• Evaluation ( Bestimmung der Partikelverschiebung)
• Postprocessing (Verarbeitung der Messdaten)
Abb.2.1: Schematischer Aufbau eines PIV- Systems [5]
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2.2 Seeding
Das Hinzufügen geeigneter Partikel ist von entscheidender Bedeutung für die Güte
der PIV- Messung. An die Partikel werden verschiedene Anforderungen gestellt. Die
Menge des reflektierten Lichtes ist maßgeblich für den Kontrast der PIV- Aufnahmen.
Je mehr Licht reflektiert wird, desto kontrastreicher sind diese. Ein hoher Kontrast ist
für die spätere Auswertung bedeutungsreich. Desweiteren erfahren die Partikel auf-
grund der Gravitationskraft eine Beschleunigung in Richtung des Erdmittelpunktes.
Dies würde die Geschwindigkeitsmessung verfälschen.
Eine weitere Problematik ist die Trägheit der Partikel in einer beschleunigten Strö-
mung. Bei falscher Auswahl können die Partikel der Strömung nur unzureichend fol-
gen. Dadurch würde ein Zerrbild der tatsächlichen Strömungsverhältnisse entstehen.
Zur Abschätzung des Partikelfolgevermögens können folgende Formeln verwendet
werden:
2 ρp
− ρf
Ug
= dp
g
18η
Gl. 2-1
Diese Formel dient der Abschätzung der Sinkgeschwindigkeit als Folge der Gravitati-
onskraft.
2 ρp
− ρf
Us
= Uf
−Up
= dp
a
18η
Der Einfluss der Beschleunigung des Fluides ist in dieser Formel dargestellt.
Aus diesen beiden Formeln können zwei Dinge abgeleitet werden:
Gl. 2-2
- Der Durchmesser der Partikel geht quadratisch in die Formeln ein. Das heißt,
wenn der Durchmesser verdoppelt würde, vervierfacht sich der Geschwindig-
keitsunterschied.
- Der Dichteunterschied zwischen Fluid und Partikel macht sich umso geringer
negativ bemerkbar, je viskoser die Flüssigkeit ist.
Erkenntnisse daraus sind, dass die Dichte der Partikel an die Dichte des Fluids an-
gepasst werden muss. Weiterhin sollte der Partikeldurchmesser möglichst gering
gewählt werden. Dies divergiert aber zur Forderung nach hoher Lichtreflektion. Gro-
ße Partikeloberflächen reflektieren naturgemäß größere Lichtmengen als Kleine.
Diese Formeln sind nur für Partikel mit geometrisch einfacher Form, wie Kugeln oder
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Würfeln geeignet. Für komplexere Formen, wie kristalline Zustände, ist ein zusätzlich
vordefinierter Formfaktor notwendig.
Typische Partikel für PIV- Messungen sind Metall- oder Kunststoffpulver, silberbe-
schichtete
hohle Glaskugeln, Pflanzenpollen oder Aerosole. Aerosole sind stabile und quasista-
bile Zweiphasen- Systeme, bei denen flüssige oder feste Partikel im Durchmesserbe-
reich von 1nm bis 100µm in einer Gasphase dispergiert sind. Für Anwendungen in
Gasen kommen auch Pflanzenöle in Betracht. Diese werden fein zerstäubt und ha-
ben den Vorteil der gesundheitlichen Unbedenklichkeit bei geringen Kosten.
Allgemein gilt, dass die Partikelabstimmung auf das Fluid oft ein empirischer Vorgang
sein kann, da bestimmte Forderungen an die Partikel sich behindern. So ist bei-
spielsweise ein kleiner Partikeldurchmesser anzustreben, was jedoch der Forderung
nach hoher Lichtreflektion widerspricht. Bestimmte Mindestdurchmesser müssen ein-
gehalten werden, um nach Reflektion genügend verwertbares Licht zu erhalten.
Zusammenfassend ist festzustellen, dass die Intensität des reflektierten Lichtes vom
Verhältnis der Brechzahlen von Partikeln und Fluid, Größe, Form, Lage, sowie dem
Beobachtungswinkel der Partikel abhängt.
2.3 Illumination
Um kontrastreiche und damit verwertbare Aufnahmen zu erhalten, werden an die
verwendete Lichtquelle bestimmte Anforderungen gestellt. Die Lichtquelle muss in
der Lage sein, die Partikel auch bei kurzen Belichtungszeiten ausreichend zu belich-
ten. Da beim PIV in einer Ebene beleuchtet wird, muss der Lichtstrahl durch geeigne-
te Linsensysteme zu einem Lichtschnitt formbar sein. Dieser Lichtschnitt soll in seiner
gesamten Fläche die gleiche Lichtintensität haben und senkrecht zu seiner Ebene
eine geringe Dicke aufweisen.
Heutige PIV- Anwendungen benutzen als Lichtquelle ausschließlich Laser. Laserlicht
ist ein monochromatisches (Licht einer bestimmten Wellenlänge), sehr energierei-
ches Licht. Laserlicht ist frei von Abbildungsfehlern. Für PIV- Systeme kommen meist
Nd:YAG- Laser zum Einsatz. Hierbei handelt es sich um einen Festkörperlaser, des-
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sen laseraktives Medium Neodym Ionen sind, welche in einem Yttrium- Aluminium-
Granat- Kristall eingebettet sind.
Solche Festkörperlaser können Lichtpulse mit einer Energie von mehreren hundert
Millijoule erzeugen. Das klingt wenig, bedenkt man jedoch, dass die Pulsdauer sol-
cher Laser nur wenige Nanosekunden beträgt, dann erhält man Leistungen im mehr-
fachen Megawattbereich. Genau hierin liegt auch ein großer Nachteil begründet.
Es wäre günstig, wenn das Laserlicht über Glasfaserleitungen direkt zur zu beleuch-
tenden Fluidebene geleitet werden könnte. Dies würde den Systemaufbau und die
Systemkalibrierung erheblich vereinfachen. Dieses ist aber leider nicht möglich, da
die Glasfaserleitung aufgrund der hohen Laserleistung zerstört würde.
Aus diesem Grund ist man daher auf Spiegel und Linsensysteme angewiesen, die
den Lichtschnitt an den gewünschten Ort projizieren. Spiegel und Linsensystem, so-
wie der Laserkopf werden auf einer optischen Bank montiert und zueinander justiert.
Dieser Aufbau ist wenig flexibel. Für Messungen an einem anderen Ort müssen die
Komponenten wieder neu angeordnet und ausgerichtet werden.
Abb. 2.2: Festkörperlaser, Größenvergleich [6]
Ergänzend wird anhand der Abb. 2.3 der Strahlengang eines Nd:YAG- Lasers dar-
gestellt.
Die beiden Laserstrahlen mit der fundamentalen Wellenlänge von 1064 nm werden
zunächst überlagert, so dass sie eine gemeinsame optische Achse aufweisen. Beim
Passieren des Verdopplungskristalls halbiert sich die Wellenlänge auf 532 nm. Dich-
roitische Spiegel trennen dann die beiden grünen Laserstrahlen vom restlichen infra-
roten Licht. Der Strahl des Lasers A definiert die gemeinsame optische Achse. Da er
horizontal polarisiert ist, passiert er die Strahlzusammenführung, einen dielektrischen
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Polarisator (4), auf direktem Weg, wobei Strahl A mit dem des zweiten Lasers kom-
biniert wird.
Durch die Halbwellenplatte (1) erhält der Laserstrahl B mit der fundamentalen Wel-
lenlänge von 1064 nm eine vertikale Polarisation, so dass der dielektrische Polarisa-
tor (4) den Strahl B dem horizontal polarisierten Strahl A überlagert. Die Spiegel (2)
und (3) optimieren hierbei
die Strahllage. Die Viertelwellenplatte (5) polarisiert beide Strahlen zirkular; da sie
nun die gleiche Polarisation aufweisen, werden sie gleichartig durch den Verdopp-
lungskristall (6) in die zweite Harmonische konvergiert. Ein Paar dichroitischer Spie-
gel (7) und (8) entfernt nun unkonvergierte Strahlung und steuert den vertikal polari-
sierten Ausgangsstrahl.
Abb. 2.3 Darstellung des Strahlenganges in einem Festkörperlaser [7]
14

2.4 Recording
An die Illumination anschließend erfolgt die Aufnahme des reflektierten Lichtes. Die
Aufnahmen der kurz hintereinander belichteten Bilder stellt die Grundlage für die spä-
tere Auswertung dar. Im Anfangsstadium von PIV stellten Schwarz/Weiß Negativfilm
Aufnahmen im Mittel- oder Kleinbildformat die gängige Methode der Partikelaufnah-
me dar. Als nächste Aufnahmemethode verwendete man Videokamera und Videore-
corder. Dieses setzte sich jedoch nicht durch.
Heutiger Stand der Technik sind Kameras mit CCD- Chip (Charge Coupled Device)
als lichtempfindlichem Element.
Diese CCD- Kameras geben ihre Daten an eine Framegrabber- Karte im Computer
weiter. Die Daten liegen bereits in digitaler Form vor und können direkt weiter verar-
beitet werden. Ein CCD- Chip enthält im Normalfall 1000x1000 Bildpunkte. Höhere
Auflösungen sind möglich. Der CCD- Chip wandelt unter Ausnutzung des photoelekt-
rischen Effekts Photonen in elektrische Ladung um. Eine kleine positive elektrische
Spannung wird an ein Metallelektrodengitter angelegt. Dadurch wird in dem darunter
befindlichen Halbleitermaterial ein elektrisches Feld erzeugt. Es entsteht ein lokales
Minimum der elektrischen Feldstärke im Zentrum des Pixels. Wenn ein Photon in die
Trennzone zwischen p- und n-Lage eintritt, erzeugt es durch den photoelektrischen
Effekt ein Elektron- Loch- Paar. Während der Belichtungsdauer sammelt sich im Pi-
xel Ladung an, die am Ende des Belichtungsvorgangs ausgelesen wird.
Es sei angemerkt, dass auch heute noch für Spezialanwendungen Schwarz/ Weiß-
Filme zur Anwendung kommen. Nämlich dann, wenn eine hohe räumliche Auflösung
oder hohe Lichtempfindlichkeit gefordert wird. Nachteile dieser Methoden sind jedoch
die langen Entwicklungszeiten und die aufwändige Digitalisierung der Daten. Weiter-
hin ist es nicht möglich eine Strömungsrichtung festzustellen, da beide Aufnahmen
auf einem Bild vorliegen.
Abb. 2.4: CCD- Kamera mit Framegrabber- Karte [6]
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2.5 Evaluation
Nach der Belichtung liegen zwei Bilder der Strömung vor. Bild 1 zum Zeitpunkt t0 und
Bild zwei zum Zeitpunkt t0 + ∆t. Aufgabe ist es jetzt, Bild 1 in Bild 2 zu überführen,
um die Teilchenbahn zu ermitteln. Übliche Vorgehensweisen dafür wären die Auto-
korrelation (beide Belichtungen liegen auf einem Bild vor) oder die Kreuzkorrelation.
Im Folgenden wird speziell nur auf das Verfahren der Kreuzkorrelation eingegangen.
Vorraussetzung für die Anwendbarkeit der Kreuzkorrelation ist, dass die Belichtun-
gen auf zwei verschiedenen Teilbildern vorliegen. Die Richtung und der Betrag der
Partikel in der Strömung sind eindeutig bestimmbar, da jeweils kleine Bildabschnitte
von den aufeinander folgenden Bildern miteinander kreuzkorreliert werden. Die
Kreuzkorrelation bietet außerdem ein gutes Signal- Rausch- Verhältnis. Dieses ist
von Wichtigkeit, um Signale von den Partikeln eindeutig vom Rauschen zu unter-
scheiden.
Die kontinuierliche Kreuzkorrelationsfunktion ist definiert als:
∞ ∞
∫∫
φfg ( x,
y)
= f ( ξ,
ζ ) g(
ξ + x,
ζ + y)
dξdζ
−∞−∞
Gl. 2-3
Die digital aufgenommen Bilder liegen nicht kontinuierlich, sondern als diskretes Sig-
nal vor.
Deshalb schreibt man für die diskrete Kreuzkorrelationsfunktion:
φ
∞ ∞
fg( , n)
= ∑∑f
( i,
j)
g(
i + m,
j + n
i= −∞ j=
−∞
m )
Da die Bilder außerdem von endlicher Größe sind, werden die Summen endlich:
∑∑
φfg(
m , n)
f ( i,
j)
g(
i + m,
j + n)
= i j
2.4.1 Eigenschaften der diskreten Kreuzkorrelationsfunktion (KKF)
Gl. 2-4
Gl. 2-5
Die diskrete Kreuzkorrelationsfunktion stellt nur eine Näherung der wahren Korrelati-
onsfunk-
tion dar. Positive und negative Verschiebungen in Bezug auf den Ort des betrachte-
ten Teilbildes werden durch m und n angezeigt, die positiv, als auch negativ orientiert
sein können. Als Ergebnis liefert die Kreuzkorrelationsfunktion nur lineare Verschie-
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ungen. Rotationen, Verzerrungen oder Dehnungen können nicht angezeigt werden,
weil hierfür mehr als zwei Belichtungen und somit Teilbilder notwendig wären.
Die Kreuzkorrelationsfunktion beruht auf der Identifizierung ähnlicher Partikelmuster.
Das heißt, es besteht keine Notwendigkeit der Verfolgung einzelner Partikel. Dies ist
auch nicht möglich, wie sich später noch zeigen wird. Das Geschwindigkeitsvektor-
feld ergibt sich als lokal gemittelte Schätzung über die Größe des Teilbildes. Aus die-
sem Grunde ist dafür Sorge zu tragen, dass die Teilbildgrößen so gewählt werden,
dass Geschwindigkeitsdifferenzen in ihnen klein bleiben. Dies ist meist ein empiri-
scher Prozess, der langwierig sein kann.
2.4.2 Erklärung der KKF an einem Bildbeispiel
Anhand der Abbildung 2.5 soll die Kreuzkorrelation etwas anschaulicher erklärt wer-
den.
Man erkennt im linken Bild 14 Partikel. Die Partikel sind als peaks dargestellt. In die-
ser synthetischen Abbildung wurde auf die Rauschdarstellung aufgrund der besseren
Anschaulichkeit verzichtet. Wenn man das rechte Bild betrachtet, fällt auf, dass nur
noch 12 Partikel vorhanden sind. Man erkennt, dass zwei Partikel aus dem Bild ge-
wandert sind.
Das erklärt die Aussage im oberen Abschnitt, dass keine Möglichkeit der Verfolgung
einzelner Partikel besteht, weil einzelne Partikel aus dem Bildbereich auswandern,
oder in den Bildbereich einwandern können. Man sieht, dass eine Verschiebung der
Partikelmuster stattgefunden hat, nämlich um -2 in der x- Richtung und um +7 in der
y- Richtung. Das alles unter der Vorraussetzung, dass die Partikel ihre Lage zuein-
ander nicht verändert haben.
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Abb. 2.5: Aus synthetischen Teilbildern berechnete Kreuzkorrelation [7]
Die Abbildung 2.6 zeigt die Kreuzkorrelation, die aus realen Teilbildern berechnet
wurde. Man sieht hier sehr schön die Signalabschwächung durch Rauschen.
Abb. 2.6: Aus realen Teilbildern berechnete Kreuzkorrelation [7]
18

2.4.3 Einflüsse auf das Messergebnis
Es gibt mehrere Einflüsse auf das Messergebnis. Drei wichtige seien nachfolgend
erklärt.
In- plane-loss- of- pairs: Wenn einzelne Partikel zwischen den Belichtungen das
Teilbild verlassen oder andere in den Bildbereich eintreten, werden Partikel korreliert,
die nicht in beiden Teilbildern vorkommen. Die Folge davon ist, dass das Korrelati-
onsmaximum verkleinert wird, das Hintergrundrauschen jedoch erhöht wird. Daraus
wird gefolgert, dass die Teilbildergrößen an die Strömungsgeschwindigkeit ange-
passt werden müssen. Überschlägig gilt, dass die maximale Verschiebung innerhalb
eines Teilbildes ein Viertel der Teilbildgröße nicht überschreiten soll.
Out- of- plain- loss- of- pairs wird erzeugt durch eine Geschwindigkeitskomponente
senkrecht zur Ebene des Lichtschnitts. Einzelne Partikel wandern in den Lichtschnitt
hinein, andere heraus. Auch hier ist die Folge eine Verringerung des Korrelationsma-
ximums. Begegnen kann man diesem Effekt, indem man die Lichtschnittdicke und
die Belichtungsdauer an das Verhältnis zwischen den Geschwindigkeitskomponen-
ten innerhalb und senkrecht zum Lichtschnitt anpasst. Auch hier gilt wieder als Faust-
regel, die Verschiebung senkrecht zum Lichtschnitt sollte maximal ein Viertel der
Lichtschnittdicke betragen.
Velocity bias tritt auf wenn in der Strömung große Geschwindigkeitsgradienten vor-
liegen. Es kann passieren, dass langsame Partikel auf beiden Bilder vorliegen, wäh-
rend schnelle Partikel auf dem ersten Bild noch nicht und auf dem zweiten Bild nicht
mehr zu sehen sind. Folglich wird der lokale Mittelwert der Geschwindigkeit insge-
samt zu kleineren Werten verschoben. Deshalb gilt auch hier, dass die Teilbildgröße
so zu wählen ist, dass die Partikelgeschwin- digkeiten annähernd gleich sind (maxi-
mal 3-5% Unterschied).
Für alle drei Einflüsse gilt: Die Teilbildgrößenabstimmung ist ein empirischer Prozess,
der eigentlichen PIV- Messung können langwierige Einstellversuche voraus gehen.
19

2.6 Postprocessing
Nach Durchführung des Auswertungsprozesses erhält man eine vector map aus Ge-
schwindigkeitsvektoren. Diese Vektoren sind an vielen Stellen schadhaft oder fehlen
ganz. Ursache dafür können zu niedrige Partikelkonzentrationen oder das Auswan-
dern von Partikeln aus dem Lichtschnitt und/oder Teilbildern sein. Als Folge davon
nimmt das Rauschen zu und das Korrelationsmaximum kann nicht mehr richtig er-
kannt werden. Man beseitigt dieses Problem, indem man Algorithmen verwendet, die
nach festgelegten Kriterien fehlerhafte Vektoren auffinden, markieren oder eliminie-
ren. Sollten Vektoren fehlen, erfolgt die Lückenschließungdurch lokale lineare oder
quadratische Interpolation. Anschließend erfolgt die grafische Darstellung.
Abb. 2.7: Darstellung einer vector map [6]
20

3.Partikel
Das vorstehend beschriebene Messverfahren steht beispielhaft für weitere Verfah-
ren, bei denen Tracer Partikel eingesetzt werden. Wie grundlegend diese Partikel für
solche Messverfahren sind, ist hinreichend deutlich geworden. Aus diesem Grund
wird in diesem Kapitel speziell auf die Partikel eingegangen werden.
3.1 Begriff des Partikels
Ein Partikel einer Dispersion ist jede nichtgasförmige zusammenhängende Massen-
anhäufung, der ein definiertes Volumen und eine Grenzfläche zugeordnet werden
kann.
Die Partikel können wie folgt unterschieden werden:
- homogene Partikel bestehen aus einem einheitlichen Stoff konstanter Dichte
- Primärpartikel sind erkennbar von einer einzigen Phasengrenzfläche ein-
gehüllt
- Aggregatpartikel bestehen aus aneinanderhaftenden Primärpartikeln
3.2 Partikelgröße
Die Partikelgröße ist eine numerisch gekennzeichnete Eigenschaft, die aus den Par-
tikeldimensionen und der Partikelgestalt gewonnen wird. Diese lässt sich nur in ein-
fachen Fällen durch eine einzige Maßzahl wiedergeben. Überlicherweise werden de-
finierte lineare Dimensionen, wie der Durchmesser, und zusätzlich Kennwerte für die
Partikelgestalt benötigt.
3.2.1 Verteilung von Partikelgrößen
In Partikelkollektiven treten die Partikelgrößen allgemein in verschiedenen Mengen
auf. Wichtige Begriffe zur Beschreibung der Partikelgrößenverteilung sind nachfol-
gende kurz erläutert.
Die Verteilungssumme eines Partikelkollektivs gibt den normierten Mengenanteil von
Partikeln an, die kleiner als die betrachtete Partikelgröße sind.
21

Liegt die Verteilungssumme als differenzierbare Funktion der Partikelgröße vor, so
nennt man ihre erste Ableitung Verteilungsdichte.
Die Verteilungsdichte eines Partikelkollektivs gibt das Verhältnis der relativen Menge
von Partikeln, deren Größe in einem angegebenen Intervall liegt, zur Breite dieses
Intervalls an. Sie wird als Funktion der Intervallmitte angegeben.
3.2.2 Abmessungen von Einzelpartikeln
Zur Bestimmung des Durchmessers eines einzelnen Partikels sind mehrere Verfah-
ren bekannt. Der Durchmesser kann aus geometrischen Messungen, Mobilitätsmes-
sungen oder Extinktions- und Streulichtmessungen bestimmt werden. Bei Angabe
von Partikeldurchmessern ist anzugeben, mit welcher Methode diese bestimmt wor-
den sind.
3.2.3 Durchmesser aus geometrischen Messungen
Durchmesser aus geometrischen Messungen haben immer eine geometrische Ent-
sprechung und sind direkt auf Formen des Partikels bezogen. Es werden folgende
wichtige Bestimmungsparameter unterschieden.
Der Volumendurchmesser dv entspricht dem Durchmesser einer Kugel, die das glei-
che Volumen wie die untersuchten Partikel hat.
Der Oberflächendurchmesser dA eines Partikels entspricht dem Durchmesser einer
Kugel, deren Oberfläche der des Partikels entspricht.
Der projizierte Durchmesser dpr eines Partikels entspricht dem Durchmesser eines
Kreises, dessen Fläche gleich der auf eine Abbildungsebene projizierten Fläche des
Partikels ist. Es ist darauf zu achten, dass die Projektionsrichtung senkrecht zur Ab-
bildungsebene liegt.
22

3.2.4 Durchmesser aus Mobilitätsmessungen
Wenn sich ein Partikel in einem strömenden Medium bewegt, so erfolgt dies in der
Regel nicht schlupffrei. Einerseits besitzt das Partikel Schlupf in der Achse des Strö-
mungsrichtung und andererseits erfolgt Schlupf auf der Achse Partikel- Erdmittel-
punkt. Die Mobilität eines Partikels ist nun als das Verhältnis der stationären Wande-
rungsgeschwindigkeit eines im Strömungsmedium bewegten Partikels, zur Kraft, die
diese Translationsbewegung verursacht definiert.
Als besonders aussagefähig erweisen sich hierbei der StokescheDurchmesser dst
und der kinetische Durchmesser dk.
Beim Stokeschen Durchmesser wird ein Kugeldurchmesser definiert, bei dem die
Dichte der Kugel der Dichte des Partikels entspricht. Diese Kugel besitzt auch die-
selben Wanderungseigenschaften des Partikels, auf den diese bezogen ist.
Um den kinetischen Durchmesser eines Partikels anzugeben, definiert man den
Durchmesser einer Kugel der Dichte 1gcm -3 , welche im Strömungsmedium die glei-
chen Wanderungseigenschaften aufweist, wie der Partikel. Vom aerodynamischen
Durchmesser dae wird gesprochen, wenn das Strömungsmedium ein Gas ist.
3.2.5 Durchmesser aus Extinktions- und Streulichtmessungen
Bei dieser Durchmesserbestimmung werden die Partikel einer elektromagnetischen
Strahlung ausgesetzt. Dabei ist der ermittelte Durchmesser eine Funktion der Be-
leuchtungsart, das heißt, abhängig von der spektralen Verteilungsdichte, Polarisati-
onszustand und der Strahlengeometrie des Lichtes.
Wenn ein Partikel beleuchtet wird, dann absorbiert er dem Beleuchtungsstrahl einen
Lichtstrom. Dieser Lichtstrom, bezogen auf die Beleuchtungsstärke, wird Extinktions-
querschnitt Cext genannt.
Der Extinktionsdurchmesser dext eines Partikels entspricht dem Durchmesser einer
Kugel, deren Material die gleichen optischen Eigenschaften und die bei gleicher Be-
leuchtungsart den gleichen Extinktionsquerschnitt hat, wie das untersuchte Partikel.
23

3.3 Eigenschaften von Partikelkollektiven
Während der Messung mit Strömungsmessverfahren werden nicht einzelne Partikel
betrachtet, sondern eine Vielzahl derer. Es ist daher sinnvoll, die Eigenschaften der
in Partikelkollektiven zusammengefassten Partikel zu betrachten.
24

4. Herstellungsverfahren
Um Aerosole herzustellen, sind mehrere Verfahren bekannt. Die Auswahl des Ver-
fahrens richtet sich nach den Anforderungen an die Partikel und deren Einsatzzweck.
Herstellungsverfahren für Aerosole können wie folgt unterschieden werden:
- Dispergieren von Feststoffen
- Dispergieren von Flüssigkeiten
- Dispergieren von Suspensionen
- Kondensation nach Verdampfen
- Kondensation nach chemischer Reaktion
4.1 Dispergieren von Feststoffen
Das Dispergieren von Feststoffen erfolgt mit Geräten, die in der Lage sind, den Fest-
stoff derart zu zerkleinern, dass die gewünschte Partikelgröße erreicht wird. Die ent-
standenen Partikel müssen in ein gasförmiges Medium dispergiert werden. Anstatt
feste Stoffe im Dispergiergerät zu zerkleinern, besteht auch die Möglichkeit, Material
in Form von Stäuben zuzuführen. Dieses Prinzip wird in dem von mir zu entwerfen-
den Aerosolgenerator zur Wirkung kommen.
Geeignete Generatoren für Feststoffaerosole sind Spiralstrahlmühlen und Haufwer-
ke.
4.1.1 Spiralstrahlmühle
Eine Spiralstrahlmühle besteht aus einer flachen, runden Kammer. An deren Umfang
sind mehrere Düsen angebracht, durch welche Hochgeschwindigkeitsgasstrahlen
(>Ma) tangential in die Kammer eingeblasen werden. Dadurch entsteht in der Kam-
mer eine Rotationsströmung. In dieser rotiert das, durch eine andere Öffnung einge-
gebene Mahlgut mit. Eine Zerkleinerung des Mahlgutes findet statt, wenn sich Rota-
tionsströmung und Mahlstrahlen treffen. Es kommt zu Partikelzusammenstößen und
Zerkleinerung. Wenn die Partikel ihre gewünschte Größe erreicht haben, verlassen
sie durch ein Austragrohr die Kammer.
25

4.1.2 Banddosierer
Hauptbestandteile eines Banddosierers sind ein zylindrischer Vorratsbehälter, Do-
sierförderband und eine Ejektordüse. In dem Vorratsbehälter ist das Haufwerk einge-
füllt. Dieses Haufwerk besteht im Allgemeinen aus Quarzmehl, Kohle-, Sandstein-
oder Schieferstäuben. In dem Zylinder befindet sich weiterhin ein Rührwerk, welche
dafür sorgt, dass das Haufwerk nach unten abgeleitet wird. Unter dem Haufwerk be-
wegt sich ein, mit konstanter Geschwindigkeit laufendes Förderband. Dieses hat eine
raue Oberfläche, ähnlich Schleifpapier, und trägt den Partikelmassenstrom, der durch
die Zylinderunterseite auf das Band fällt mit sich. Durch ein Ansaugteil des Ejektors
werden Partikel, die sich auf dem Band befinden abgesaugt und dem Zerstäuberteil
des Ejektors zugeführt. Dieser dispergiert die Partikel in einen divergierenden Gas-
strom, welcher eine hohe Geschwindigkeit besitzt. Diese Geschwindigkeit kann bis
etwa Schallgeschwindigkeit betragen. Der Luftstrom erzeugt Scherkräfte, die dafür
sorgen, dass die Partikel ihrem Verband auseinander gerissen werden. Dabei ent-
steht ein Aerosol hoher Konzentration. Dieses wird zur weiteren Verwendung in ei-
nen geführten Gasstrom eingebracht und in diesem weiter verdünnt.
4.1.3 Bürstendosierer
Bürstendosierer sind besonders zur Herstellung von polydispersen Feststoffaeroso-
len aus Haufwerken geeignet. Verschiedene Bürstendosierer sind auf dem kommer-
ziellen Markt erhältlich. Sie arbeiten alle nach demselben Prinzip. Ein Staub, etwa
Titandioxid oder Kohlestaub, wird in einen zylindrischen Behälter eingefüllt und ver-
dichtet. Durch einen Mechanismus, beispielsweise einem geregelten Linearantrieb,
wird dieser Zylinder einer, in einem Luftstrom rotierenden Bürste zugeführt. Die Bürs-
te reißt dabei eine definierte Anzahl von Partikeln aus dem Haufwerk. Durch einen
tangential wirkenden Luftstrom hoher Geschwindigkeit, werden diese Partikel aus der
Bürste ausgewaschen und durch einen Strömungskanal aus dem Bürstendosierer
geführt. Mit diesem Verfahren können Partikel im Durchmesserbereich von 1 bis 100
µm dispergiert werden. Abhängig von der Gasgeschwindigkeit und der Zuführge-
schwindigkeit des Kolbens sind der Massenstrom, sowie die Partikelgröße. Prüfaero-
sole können durch mechanischen Abrieb, Ultraschallzerstäubung oder durch Kon-
densation hergestellt werden.
26

4.1.4 Kondensationsprinzip nach Sinclair und La Mer
Das Prinzip der Generatoren von Sinclair und La Mer besteht darin, dass an zuge-
führten Kondensationskernen ein Dampf kondensiert und dadurch die Aerosolbildung
erfolgt. Kernquelle, Verdampfer, Wiedererhitzer und Kondensationsrohr bilden die
wichtigsten Bestandteile eines solchen Generators. Kondensationskerne werden von
einer Kernquelle in ein Trägergas gegeben. Dieses leitet die Kondensationskerne in
den Verdampfer. Im Verdampfer befindet sich eine Substanz, die auf einer konstan-
ten Temperatur gehalten wird. Dadurch ist der Gleichgewichtsdampfdruck über ihrer
Oberfläche ebenfalls konstant.
4.2 Dispergieren von Flüssigkeiten
Mittels Ultraschallzerstäubung können polydisperse Feststoffaerosole aus wässrigen
Lösungen hergestellt werden. Dabei entstehen, je nach Frequenz, Tröpfchen, deren
Durchmesser zwischen 2 und 40 µm liegt. Diese Tröpfchen werden versprüht und
anschließend eingetrocknet. Dadurch entstehen Feststoffpartikel mit wesentlich klei-
nerem Durchmesser.
Grundlage dieses Verfahrens ist ein piezoelektrischer Schwinger, der in einer Flüs-
sigkeit zu Schwingungen angeregt wird. Dabei liegt die Frequenz im kHz- oder MHz-
Bereich. Bei ausreichender Schallintensität werden an der Oberfläche Tröpfchen ge-
bildet. Diese werden durch einen Luftstrom abgeführt. Über den Luftstrom wird die
Partikelkonzentration geregelt. Es besteht jetzt die Möglichkeit, diese Luft- Tröpf-
chen- Gemisch als Aerosol zu verwenden. Dann ist die Tröpfchengröße gleichzeitig
die Partikelgröße. Wird dieses Gemisch jedoch weiter getrocknet, verdampft die
Flüssigkeit und die Partikelgröße wird wesentlich kleiner.
27

4.3 Kondensation nach Verdampfen
Bei diesem Verfahren werden Metalle oder Metalloxide durch direktes elektrisches
Heizen verdampft. Die entstehenden Dämpfe kondensieren zu Aerosolpartikeln. Be-
sonders geeignet für dieses Verfahren ist Platin. An seinem Beispiel soll dieses Ver-
fahren allgemein beschrieben werden.
Wenn Platin in einem sauerstoffhaltigen Gasstrom auf Temperaturen oberhalb 1000
°C erhitzt wird, dann bildet sich Platinoxid. Platinoxid besitzt einen höheren Dampf-
druck, als das Metall selbst. Deshalb dampft es schneller ab und bildet keine Kruste
auf der Metalloberfläche. Das unterscheidet Platinoxid von anderen Metalloxiden.
Das abgedampfte Platinoxid kondensiert sofort zu Aerosolpartikeln, deren Kollektiv-
eigenschaften bekannt sind.
Als Generator dient ein Platinoxid – Aerosolgenerator. Dieser ist nach Bild XXX fol-
gendermaßen aufgebaut:
Ein Platindraht 1 mit einem Durchmesser von 0,3 mm ist mit drei Windungen über
keramische Haltestäbe 2 gewickelt, deren Abstand 65 mm beträgt. Das Gehäuse 3
hat eine Länge von 200 mm und einen rechteckigen Querschnitt von 40 mm x 80 mm
und ist an der Aerosolaustrittsseite offen. Der Deckel 4 des Gehäuses ist abnehmbar,
um den Draht leicht wechseln zu können. Der Draht wird mit keramischen
Rohrdurchführungen 5 durch die Seitenwand 6 des Gehäuses geführt und außen
verlötet. Das Dispersionsmittel wird über ein Druckminderventil und einen Filter dem
Einlass 7 des Generators zugeführt. Zwischen Einlaß und Platindraht befindet sich
eine Glaskugelschüttung 8 in einem Einsatz 9, die das Gas über den ganzen
Querschnitt gleichmäßig verteilt.
28

5. Notwendigkeit der Strömungsvermessung im Triebwerk
Ein hoher Wirkungsgrad eines Luftstrahltriebwerkes ist von hoher Wichtigkeit. Dieser
beeinflusst den spezifischen Kraftstoffverbrauch (SFC- Specific Fuel Consumption)
eines Triebwerkes und damit die Verbraucheigenschaften des Fluggerätes. Dabei ist
ein niedriger SFC anzustreben, welcher nur durch einen hohen Wirkungsgrad er-
reicht wird. Nur dank eines niedrigen SFC kann ein Fluggerät wirtschaftlich betrieben
werden, Fracht- und Passagierbeförderungspreise preiswert gestaltet werden. Nicht
zuletzt hängt davon auch der wirtschaftliche Erfolg des Triebwerksherstellers ab,
dessen Ziel es ist, wirtschaftliche Triebwerke dem Markt anzubieten.
Wirkungsgrade in Triebwerken sind von vielerlei Faktoren abhängig. Wichtige Fakto-
ren sind die Turbineneintrittstemperatur, das Verdichtungsverhältnis, Spitzenspalte
(zwischen Schaufeln und der Ringraumbegrenzung) und Strömungsverluste im Inne-
ren des Triebwerks.
Strömungsverluste entstehen bei der Strömungsumlenkung in Statoren und Rotoren,
sowie in den Strömungskanälen zwischen den einzelnen Triebwerkskomponenten.
Weitere Verluste treten durch Zapfluft- und Kühlluftentnahmen und in der Brenn-
kammer auf.
Bei den Vermessungen am Lazarc- Triebwerk interessieren vor allem die Interaktio-
nen von Stator- und Rotorblätter. Bei der Entwicklung von Triebwerken werden diese
Komponenten hinsichtlich ihrer Strömungseigenschaften mittels aufwendiger Compu-
tersimulation getestet und optimiert. Trotzdem bleiben Unsicherheitsfaktoren, die nur
mit Hilfe von Experimenten ermittelt werden können. Dabei bietet sich die Particle
Image Velocimetry an. Nur durch die genaue Kenntnis des Strömungsverlaufes kön-
nen Schwachstellen der Schaufelgeometrie und des Strömungskanals erkannt und
beseitigt werden. Die in der Vergangenheit angewendeten Totaldruckmessungen
sind für weitere Optimierungen nicht ausreichend, dass sie lokale Eigenschaften der
Strömung nicht hinreichend erfassen können. Totaldruckmessungen werden über
eine Flächenmittelung
n
1
p t = ∑
A k=
1
p ( r ) A
Gl. 5-1
t
k
k
bestimmt. Dabei ist Vorraussetzung, dass eine Strömung mit radial konstantem To-
taldruckprofil vorliegt. Aussagen über das Strömungsverhalten an lokalen Punkten
sind nicht möglich.
29

Kann der Wirkungsgrad durch solche Maßnahmen auch nur um 0,5 Prozent verbes-
sert werden, würde dies eine Verbesserung des SFC zur Folge haben. Dies er-
scheint nicht viel, würde aber bei einem jährlichen Kerosinverbrauch von 250 Millio-
nen Tonnen eine Einsparung von 12,5 Millionen Tonnen bringen. Dies entspricht ei-
ner Menge von 39 Millionen Tonnen Kohlendioxid und 250000 Tonnen Stickstoff. Es
ist erkennbar, dass Verbrauchsverbesserungen, auch um kleine Beträge enorme
Entlastungen in umweltpolitischer und kommerzieller Hinsicht haben. Gerade vor
dem aktuellen Hintergrund der Klimadiskussion ist es von größter Wichtigkeit,
Kraftstoffverbräuche und damit verbundene Schadstoffemission zu verringern, um
die Akzeptanz des Luftverkehrs nicht negativ zu beeinflussen.
5.1 Besondere Anforderungen an die Partikel bei der Triebwerksvermessung
Die Hauptanforderungen an alle Partikel, die mit Hilfe eines Aerosolgenerators er-
zeugt werden sind unabhängig von der Erzeugungsart dieser Partikel und dem phy-
sikalischen Wirkprinzip dieser Erzeugung. Diese sind die zeitliche Konstanz der Par-
tikelgrößenverteilung, der Partikelform, des elektrischen Ladungszustands und der
Konzentration. Weiterhin muss die Reproduzierbarkeit gewährleistet sein. Besondere
Anforderungen an Partikel, die als Tracer- Partikel in einem PIV- System verwendet
werden sollen werden dahingehend gestellt, dass diese ein hohes Lichtreflektions-
vermögen besitzen. Im genannten Einsatzfall des Aerosolgenerators kommt er-
schwerend hinzu, dass die Partikel in den Heißgasstrahl eines Luftstrahltriebwerkes
geblasen werden. Daraus folgt die Notwendigkeit der Temperaturbeständigkeit der
Aerosolpartikel. Die Temperatur im Testtriebwerk Lazarc 04-C6 beträgt nach dem
Brennkammeraustritt 1130 °C. Aerosole, die durch das Dispergieren von Flüssigkei-
ten oder das Vernebeln mittels Ultraschall gewonnen werden, scheiden damit aus, da
diese in diesem Temperaturbereich sofort verdampfen würden. Die resultierende
Temperaturbeständigkeit der Partikel muss höher als die Turbineneintrittstemperatur
sein. Es wird ein Ausgangspulver gewählt, dessen Schmelztemperatur oberhalb von
1200 °C liegt. In nachstehender Tabelle sind verschiedene Pulversorten dargestellt,
aus denen eine Auswahl für diesen Anwendungsfall erfolgen kann.
30

Pulvername Formelzeichen Gruppe Schmelztemperatur Dichte in g
Tab.5.1: Pulverdaten
cm -3
Zirkonoxid ZrO2 Oxidkeramik 2700 °C 5,60- 6,27
Aluminiumoxid Al2O3 Oxidkeramik 2053 °C 3,97
Titandioxid TiO2 Oxid des Ti-
tans
1855 °C 4,0
5.2 Spezielle Anforderungen an den zu entwickelnden Aerosolgenerator
Der im Rahmen dieser Studienarbeit zu entwickelnde Aerosolgenerator soll für PIV-
Vermessungen an einem Strahltriebwerk eingesetzt werden. Aus diesem Verwen-
dungszweck ergeben sich eine Anzahl von besonderen Forderungen an das Gerät,
welche mit kommerziell erhältlichen Aerosolgeneratoren in der Regel nicht erfüllt
sind.
Um diese Anforderungen zu verstehen, ist es notwendig, den Aufbau und die Wir-
kungsweise eines Strahltriebwerkes zu verstehen.
Strahltriebwerke bestehen aus den wesentlichen Elementen Einlauf, Verdichter,
Brennkammer, Turbine und Schubdüse. Heutige moderne Triebwerke werden als
Zwei- oder Dreiwellentriebwerke ausgeführt. Dies bedeutet, dass das in das Trieb-
werk einströmende Fluid, die Luft, in zwei, beziehungsweise drei Stufen verdichtet
wird und auch in zwei, beziehungsweise drei Stufen wieder entspannt. Die Rotor-
drehzahlen der einzelnen Stufen unterscheiden sich. Nachfolgend sei die Trieb-
werkswirkungsweise an einem Zweiwellentriebwerk erklärt.
Durch Zuströmung im Flugbetrieb oder durch Einsaugung im Stand, gelangt Luft in
den Einlauf des Triebwerks. Durch diesen Einlauf wird die Luft zum Niederdruckver-
dichter geführt. Durch diesen „Fan“ wird Luft um einen Faktor bis 1,6 verdichtet. Die
vorverdichtete Luft wird durch einen Strömungskanal, den Ringraum zum Hoch-
druckverdichter geführt. Im Hochdruckverdichter wird die Luft weiter verdichtet. Das
Verdichtungsverhältnis kann hier einen Wert von 16 annehmen. Es liegt also nach
dem Hochdruckverdichter ein Gesamtdruckverhältnis von ungefähr 26 vor. Die jetzt
hochverdichtete Luft mit einer hohen Energie, besitzt eine Temperatur von ungefähr
900 Kelvin. Nach der Verdichtung wird dem komprimierten Gas in der nachfolgenden
Brennkammer Brennstoff zugeführt, was zu einer weiteren Energiezunahme und ei-
31

nem Temperaturanstieg bis etwa 1700 K führt. Das hochenergetische Gasgemisch
tritt nun über ein Leitgitter in die Hochdruckturbine ein und versetzt diese in eine Ro-
tationsbewegung. Die Turbine gibt infolge dessen Arbeit an die Hochdruckwelle ab
und treibt den Hochdruckverdichter an. Dabei erfolgt ein Druckabfall auf ca. 7 bar
und eine Temperaturabnahme auf ca. 1100 K. Nach der Hochdruckturbine durch-
strömt das Gasgemisch die Niederdruckturbine. Auch diese wird unter Abgabe von
Arbeit in eine Rotationsbewegung versetzt und treibt den Niederdruckverdichter an.
Dabei wird das Fluid weiter entspannt und abgekühlt. Richtwerte sind 2 bar bei 800
K. Der nach dem Niederdruckverdichter noch vorhandene Überdruck strömt mit ho-
her Geschwindigkeit aus der Abgasdüse aus und erzeugt so den eigentlichen Schub
des Triebwerkes. Dabei gilt, je größer der Massenstrom und je höher die Austrittsge-
schwindigkeit, desto größer ist der Schub. Bei Triebwerken mit hohem Bypassver-
hältnis wird ein großer Anteil Schubkraft dadurch erzeugt, dass große Luftmassen-
ströme am Kerntriebwerk vorbeigeleitet werden und sich mit niedriger Geschwindig-
keit in einer Mischdüse entspannen.
Im speziellen Anwendungsfall soll der Aerosolgenerator an einem militärischen
Triebwerk Snecma Lǎzarc 04-C6 verwendet werden. Dessen Daten sind in nachfol-
gender Tabelle dargestellt.
Triebwerk Snecma Lǎzarc 04-C6
Bauart
Abmaße
Zweikreistriebwerk, 2-stufiger Nieder-
druckverdichter, 4-stufiger Hochdruckver-
dichter, Ringbrennkammer, einstufige
Hochdruckturbine, einstufige Nieder-
druckturbine
Länge 1187 mm, Fan Durchmesser 452
mm,
Masse 295 kg
Leistung 2,970 lb (13.2 kN)
Luftdurchsatz 28,1 kg/s
Verdichtungsrate 10,5
Bypass Rate 1,13
32

Turbineninnentemperatur 2066 °F (1130 °C)
Kraftstoffverbrauch 0,73 kg/daN.h
Tab. 5.2: Technische Daten des Triebwerks
An diesem Triebwerk sollen Strömungsmessungen im Bereich der Brennkammer und
der Turbinen durchgeführt werden. Das Triebwerk hat eine Verdichtungsrate von
10,5. Beim Bodentest liegt ein Umgebungsluftdruck von 1,013 bar vor. Das bedeutet
für den Aerosolgenerator, dass dieser mit einem Druck, größer als 10,6 bar betrieben
werden muss, um Aerosolpartikel in die Strömung hinter dem Hochdruckverdichter
eintreten zu lassen. Der hohe Generatorinnendruck stellt besondere Anforderungen
an die Konstruktion des Gehäuses und die Abdichtung der Druckkammer gegenüber
Innenkomponenten des Generators. Die hohe Turbineneintrittstemperatur von 1403
K stellt überdies an die Partikel den Anspruch sehr hoher Temperaturbeständigkeit.
33

6. Technische Lösungen am entwickelten Aerosolgenerator
6.1 Anforderungen
Bei der Definition der Anforderungen an den Aerosolgenerator kristallisierten sich
folgende wichtige Eckpunkte heraus.
- Druckdichtigkeit bis Betriebsüberdruck von 3 bar
- Gewährleistung der Druckfestigkeit bis Betriebsüberdruck von 3 bar
- Möglichkeit des Einstellens verschiedener Betriebsüberdrücke
- Möglichkeit der Regelung der Partikelausblasrate
- Einsatz möglichst vieler Normbauteilkomponenten
- Entwicklung einfach herstellbarer Bauteilgeometrien
- Verwendung üblicher Materialien und Verzicht auf Spezialwerkstoffe
- Möglichkeit des Betriebes durch eine Person
- Möglichkeit der Information über die verbleibende Betriebszeit ohne Öffnen des Ge-
rätes
- Prozesssicherheit des Verfahrens
- Kostengünstige Realisierung des Aerosolgenerators
6.2 Realisierung
Bevor mit der Konstruktion des Aerosolgenerators begonnen werden konnte, war es
notwendig, sich für eines der vorab beschriebenen Dispersionsverfahren zu ent-
scheiden. Außer Frage stand, dass ein fester Stoff, also keine Flüssigkeit dispergiert
werden sollte. Es wurde als vorteilhaft angesehen, den zu dispergierenden Stoff in
Form eines Staubes vorliegen zu haben. Aufgrund der besonderen Temperaturan-
forderungen an die Partikel, war dazu auch keine Alternativmöglichkeit gegeben.
Aus Kostengründen und Gründen der Prozesssicherheit und Realisierbarkeit fiel die
Entscheidung der Realisierbarkeit des Gerätes auf Basis des Wirkprinzips des
Bürstendosierers. Leider war sowohl in der Fachliteratur, als auch bei Recherchen
im Internet nicht mehr als die prinzipielle Wirkungsweise solcher Apparate zu finden.
Dies gestaltete die Realisierung der gestellten Aufgabe als schwierig. Im Gegensatz
zu industriell gefertigten Maschinen dieser Art, bestand bei dieser Studienarbeit nicht
die Möglichkeit, das Endprodukt durch Versuch und Irrtum zu optimieren. Die Kon-
34

struktion musste also in der Form durchdacht sein, dass die technische Umsetzung
allen oben genannten Anforderungen beim Erstversuch entsprach.
Es bestanden zwei Hauptschwerpunkte bei der Konzeptentwicklung der Konstrukti-
on. Der erste befasste sich mit der Zustellung des Kolbens, der das Material der
Bürste zustellen sollte. Der zweite, weitaus schwierigere Punkt behandelte die Prob-
lematik der Düsenauslegung.
Im Folgenden wird beschrieben, wie die Schwerpunktprobleme gelöst wurden und
welche Überlegungen zur Lösung führten.
6.2.1 Kolbenzuführung
In Prinzipdarstellungen der Bürstendosierer war grundsätzlich nicht zu erkennen, wie
der Kolben das Dispersionsgut der rotierenden Bürste zuführte. Den kurzen Erklä-
rungen war zu entnehmen, dass der Kolben mittels Linearmotoren zugestellt wurde.
Bei Recherchen nach einem geeigneten Motor für diese Aufgabe war festzustellen,
dass die aus Berechnungen geforderten Zustellgeschwindigkeiten von unter einem
Millimeter pro Sekunde, nicht mit handelsüblichen Linearmotoren realisiert werden
konnten. Die langsamsten Zustellgeschwindigkeiten lagen im Bereich mehrerer Zen-
timeter pro Sekunde. Weiterhin hätten die Motoren Kosten im vierstelligen Eurobe-
reich verursacht, was mit dem Kriterium der Kostengünstigkeit nicht in Einklang zu
bringen war. Auch war es oftmals nicht möglich, die nötigen Kräfte aufzubringen, die
notwendig waren, um den Kolben unter Gegendruck gleichmäßig zu bewegen.
Es galt daher ein eigenes Wirkprinzip zur Reife zu bringen. Die Entscheidung fiel auf
ein Schneckengetriebe, welches eine Gewindestande bewegt und über diese den
Kolben hebt oder senkt.
35

6.2.1.1 Funktionsweise der Kolbenzuführung
Durch einen Getriebemotor, der eine geringe Drehzahl an der Abtriebsseite pro Minu-
te aufweist, wird eine Schneckenwelle angetrieben. Diese ist in zwei Lagern gelagert
und über eine selbst konstruierte Kupplung mit der Abtriebswelle des Getriebemotors
verbunden. Die Schnecke greift in ein passendes Zahnrad ein und leitet die Drehbe-
wegung des Getriebemotors in dieses ein. Dabei ändert sich der Drehsinn von einer
horizontalen Drehachse des Schneckenrades, in eine Drehbewegung des Zahnrades
um eine vertikale Achse. Das Zahnrad ist fest mit einer Buchse verbunden, welche
wiederum fest mit einem Axialrillenkugellager verbunden ist. Über dieses Kugellager,
welches in einer speziellen Lagerung fixiert ist, erfolgt die Realisierung der Drehbe-
wegung. Die das Zahnrad tragende Buchse ist mit einem Innengewinde ausgestattet,
welches auf eine dazu gehörende Gewindestange abgestimmt ist. Diese Gewinde-
stange wird durch die Drehbewegung der Buchse, je nach Drehrichtung des Motors,
auf- oder abbewegt. Am oberen Ende der Gewindestange ist eine Kupplung befes-
tigt, die eine plane Auflagefläche für den Vorschubkolben bietet. Dieser wird bei Auf-
wärtsbewegung der Gewindestange mit nach oben bewegt und führt damit das
Dispergiergut der darüber rotierenden Bürste zu. Um eine Trennung des Kolbens von
der Gewindestange bei der Abwärtsbewegung durch Klemmkräfte im Zylinder zu
verhindern, sind beide Teile über die Kupplung kraftschlüssig durch Schauben ver-
bunden. Eine Dichtung auf der Oberseite des Kolbens verhindert das Eindringen von
Dispersionsgut in den unteren Geräteraum.
Die Vorschubgeschwindigkeit des Kolbens wird über einen stufenlos einstellbaren
Motorregler angepasst. Um ein Anstoßen des Kolbens und damit die Beschädigung
von Bauteilen an Bürste oder Geräteboden zu verhindern, sind elektromechanische
Abschaltelemente in Form von Anfahrrelais vorgesehen worden. Diese verhindern
außerdem das richtungsunrichtige Inbetrieb setzen an den jeweiligen Betriebsmaxi-
mas oberer Totpunkt und unterer Totpunkt des Kolbens.
36

Abb.6.1: Funktionsweise des Kolbenantriebs
6.2.1.2 Bestimmung der Bürstendrehzahl in Abhängigkeit der Kolbenvorschubge-
schwindigkeit und des Kolbendurchmessers
Dem vorherigen Abschnitt waren umfangreiche Berechnungen voraus gegangen.
Diese werden in diesem Kapitel zum Zweck der Information nachvollziehbar darge-
stellt.
Die Ermittlung des Volumens der Messebene ist notwendig, um die Anzahl der
durchgehenden Partikel pro Zeiteinheit zu bestimmen:
Vm = bm . lm . tm Gl. 6-1
Ziel der PIV Vermessung der Bahn der Tracer Partikel ist die visuelle Darstellung.
Dazu wird das maximal sichtbare Kamerabild von deren Software in einzelne Ab-
schnitte unterteilt. Deren Pixelfläche, der sogenannte Interrrogation Spot IR beträgt
32 x 32 Pixel. Die Software verfolgt dabei die Bewegung einzelner Partikel oder Par-
37

tikelkollektive durch Vergleich, nacheinander aufgenommener Volumen im IR. Des-
halb ist die Kenntnis des IR Volumens VIR von Bedeutung:
VIR = Vm . IR 2
bK Gl. 6-2
Die Partikelanzahl im IR Volumen folgt aus:
nVRI =
n p
Gl. 6-3
V
IR
Rückschluss über die Partikelanzahl pro Kilogramm Luft erhält man über folgende
Beziehung:
nmL =
n
ρ
VIR
L
Die Partikelanzahl bei gegebenen Luftmassenstrom ergibt sich zu:
Gl. 6-4
nmG = nmL . m Gl. 6-5
Dieser Wert entspricht gleichzeitig der geforderten Partikelrate, die der Aerosolgene-
rator bei gegebenen Eingangsbedingungen zu Erzeugen hat. Die erzeugte Partikel-
anzahl ist abhängig von der Kolbengeschwindigkeit sowie vom Kolbendurchmesser.
Bei gegebenen Kolbendurchmesser ergibt sich eine Kolbenfläche von
π .
AK = dK
4
2 Gl. 6-6
Die Kolbenfläche hat einen direkt proportionalen Einfluss auf die Anzahl der disper-
gierten Partikel. Die flächige Packungsdichte der Partikel bestimmt sich aus:
pf =
1
Gl. 6-7
d²
p
38

Durch die Kugelform der Partikel bedingt sich ein engerer Zusammenhalt der Parti-
kel. Aus diesem Grund wird der Geometriefaktor fG eingeführt. Die räumliche Pa-
ckungsdichte der Partikel folgt der Formel:
pr = pf . fG . 10 6 Gl. 6-8
fG = 1,2
Die Kolbenvorschubgeschwindigkeit ergibt sich zu:
N .
V = P Gl. 6-9
i
Der Partikelvolumenstrom folgt aus:
vp = AK . V Gl. 6-10
Die Anzahl der in diesem Volumenstrom enthaltenen Partikel errechnet sich aus:
r = vp . pr Gl. 6-11
Um die nötige Abtragsgeschwindigkeit zur Bereitstellung der geforderten Partikelrate
zu bestimmen, ist folgende Beziehung notwendig:
V0 =
V .
fG
dp
. AK . 10 -3 Gl. 6-12
Folglich ergibt sich die notwendige Bürstengeschwindigkeit zu:
NB =
V
D
0 •
B
60
• π
Gl. 6-13
39

6.2.1.3 Berechnung der Kräfte und Lebensdauer des Schneckengetriebes
Um die Lebensdauer des eingesetzten Getriebes des Kolbenantriebes zu berechnen,
ist es notwendig, die wirkenden Kräfte zu bestimmen. Folgender Berechnungsweg
weist eine Möglichkeit dafür auf.
Die Übersetzung des Getriebes errechnet sich aus:
i =
Z 2
Gl. 6-14
Z
1
Die Axialteilung p folgt dem Zusammenhang:
p = m . π Gl. 6-15
Der Teilkreisdurchmesser d2 des Zahnrades ergibt sich aus:
d2 = m . Z2 Gl. 6-16
und daraus der Achsabstand a:
a =
d m1
+ d 2
2
+ x . m Gl. 6-17
wobei die Profilverschiebung x . m am Schneckenrad den radialen Abstand zwischen
dem Mantel des Mittenzylinders der Schnecke und dem Teilkreis des Schneckenra-
des bezeichnet. Sie ergibt sich aus dem nach konstruktiven Gesichtspunkten festge-
legten Achsabstand.
Um den Wirkungsgrad des Getriebes und damit die wirksame Antriebsleitung auf die
Gewindestange zu erhalten, ist der Mittensteigungswinkel
γ = tan -1
m • Z
dm1
1
Gl. 6-18
40

zu ermitteln.
Mit ihm ergibt sich der Getriebewirkungsgrad zu:
ηG =
tan γ
tan( γ + ρ)
und die Abtriebsleistung zu:
Gl. 6-19
P2 = P1 . η Gl. 6-20
Die Kräfte am Schneckenrad wirken in die tangentiale, axiale und radiale Richtung.
Deren Beträge sind für die Lebensdauerberechnung zu ermitteln:
Tangentialkraft:
Ft2 =
d
2
Axialkraft:
i • P2
• π • N
K
Gl. 6-21
Fa2 = Ft2 . tan(γ + ρ) Gl. 6-22
Radialkraft:
FR2 = Ft2 .
cosρ • tan α 0
cos( γ + ρ)
Gl. 6-23
Das daraus erzeugte Abtriebsmoment beträgt:
t2
• d
M2 =
2000
F 2
Gl. 6-24
Aufgrund dieser gewonnenen Daten ist es möglich einen geeigneten Schmierstoff
auszuwählen und die Lebensdauer des Getriebes zu bestimmen. Das Schnecke und
das Schneckenrad werden aus unterschiedlichen Werkstoffen gefertigt. Während die
Schnecke aus GZ-CuSn12-C gefertigt wurde, besteht das Schneckenrad aus Stahl
C45. Diese Werkstoffpaarung. Um ein geeignetes Schmiermittel auszuwählen muss
der Schmierkennwert Ks ermittelt werden:
41

Ks =
a
M K
3
Gl. 6-25
• N K
Die erforderliche Schmiermittelviskosität ergibt sich nach DIN 51509.
Bei Beachtung der Schmiermittelqualität ergibt sich aus DIN EN 1982 die Wälzfestig-
keit des Schneckenrad Werkstoffes σH lim [N/mm 2 ].
Die Berechnung der Grübchentragfähigkeit von metallischen Schneckenradsätzen
basiert auf dem Mittelwert der Hertzschen Pressung:
σH =
F
t2
• d
2
/ 2 / a
3
. ZE . Zρ Gl. 6-26
Daraus folgt die Sicherheit gegen Grübchen:
SH =
σ
σ
H lim
H
Die zu erwartende Lebensdauer kann mit der Beziehung:
LH
6
H
Gl. 6-27
≈ S
. 25000 h abgeschätzt werden. Gl. 6-28
6.2.1.4 Bestimmung des erforderlichen Drehmomentes
Bevor mit der Konstruktion des Generators begonnen wird, müssen die auftretenden
Kräfte abgeschätzt werden. Durch diese Vorgehensweise wird sichergestellt, dass
die mechanischen Komponenten den Belastungen standhalten werden. Um die be-
nötigte Leistung des Antriebsmotors für den Kolbenantrieb zu erhalten, muss eine
Auslegungsrechnung erfolgen. Als Grundlage dient dabei die Auslegung von Spin-
deln. In erster Linie ist das erforderliche Drehmoment eine Funktion des Kolbendru-
ckes auf die Spindel. Je höher dieser ist, desto größer wird das benötigte Drehmo-
ment sein. Die Aufwärtsbewegung wird dabei als Arbeitshub bezeichnet, die Ab-
wärtsbewegung als Rückhub. Für die Auslegung entscheidend ist der Arbeitshub, da
bei ihm die größten Reaktionskräfte wirken. Die Kraft, die der Kolben auf die Gewin-
destange und damit auf das Gewinde ausübt, setzt sich aus der Gewichtskraft des
Kolbens und der des Dispersionsgutes sowie dem Druck, der an den Generator an-
42

gelegt wird zusammen. Die entscheidende Einflussgröße ist dabei der Druck und die
daraus folgenden Kraft auf den Kolben.
Folgender Berechnungsweg ist bei der Auslegung zu befolgen:
Die Kolbenfläche errechnet sich aus:
AK =
π • D
4
2
K
Die bei gegebenem Druck auf die Kolbenfläche wirkende Kraft:
Gl. 6-29
FK = AK . pü Gl. 6-30
bestimmt das erforderliche Drehmoment zur Überwindung der Reibung im Gewinde:
1 . .
M = F tan(α + ρ G )
2
. .
d 2G + F µL . R L
Gl. 6-31
Dabei folgen der Steigungswinkel α und der Reibwinkel des Gewindes ρG den Be-
ziehungen:
tan α =
tan ρG =
d
P
• π
2
µ G
cosβ
N
und Gl. 6-32
mit Gl. 6-33
tan βN = tan β . cos α Gl. 6-34
Für die Reibzahl µG werden Werte aus Tabellenwerken entnommen. Im Falle der Be-
rechnung des Aerosolgenerators wurde ein Wert für fast trockene Flanken gewählt,
um den ungünstigsten Fall abzudecken.
Mit Hilfe des gewonnenen Drehmomentes ist es nun möglich, einen geeigneten Mo-
tor für den Antrieb des Kolbens auszuwählen.
43

6.2.2 Düsenauslegung
Eines der wichtigsten Konstruktionsmerkmale zur sicheren Funktion des Aerosolge-
nerators war die Auslegung des Dispergierkopfes und der integrierten Düse. Aufgabe
des Dispergierkopfes ist es, die durch die rotierende Bürste abgetragenen Partikel
mit Luft zu vermischen und unter Druck auszublasen. Ursprünglich war geplant ge-
wesen, ein großes Spektrum an Massenströmen mit einer umbaubaren Düse zu rea-
lisieren. Dieses Vorhaben wurde auf Grund der schlechten Umsetzbarkeit aufgege-
ben. Vielmehr konzentrierte ich mich auf die Entwicklung einer Düse, die durch
Regelung der Zuführgeschwindigkeit des Kolbens und der Rotationsgeschwindigkeit
der Bürste in der Lage war, die geforderten veränderliche Massenströme bereit zu
stellen.
Verschiedene Konzepte wurden erstellt und auf technische Machbarkeit überprüft.
Nach Abschätzung der jeweiligen Vor- und Nachteile der einzelnen Konzepte fiel die
Entscheidung zu Gunsten der realisierten Düse.
6.2.2.1 Funktionsweise der Düse
Eine Bürste mit Borsten aus Edelstahl rotiert, durch zwei Lager gestützt, in einem
kreisrundem Hohlraum, der dem Bürstendurchmesser entspricht. Auf der Unterseite
der Bürste wird ihr das Dispersionsgut durch den Kolben zugeführt. Wenn die Bürste
über das Material streift, entreißt sie diesem Partikel. Diese werden in den Borsten-
zwischenräumen entlang der Hohlrauminnenwand an den oberen Rand der Bürste
gefördert. Dort ragt die Bürste wenige Millimeter in einen Raum, der von einströmen-
der Druckluft durchsetzt ist. Durch die kinetische Energie des Luftstroms werden die
Partikel der Bürste entrissen, mit Luft vermischt und über eine geführte Düse aus
dem Generator geblasen. Die Durchsetzung der ausgeblasenen Luft mit Partikeln
wird dabei maßgeblich von der Menge der einströmenden Luft und damit vom Be-
triebsüberdruck bestimmt.
Da die Luft über einen normalen kreisförmigen Anschluss in den Dispergierkopf ge-
langt, die Bürste jedoch eine Breite von 100 Millimetern besitzt, ist es nötig, die Luft,
auf der gesamten Breite gleichmäßig zu verteilen. Andernfalls würden die Partikel an
den Randbereichen nicht ausgeblasen werden. Dieses Problem wurde dadurch ge-
löst, dass die einströmende Luft symmetrisch an eine Prallwand strömt. Von dieser
44

abgelenkt, verteilt sie sich in einem großen Vorraum. Um in den Hauptdüsenbereich
zu gelangen, wird die verteilte Luft nun durch eine Flachdüse geleitet, die die kom-
plette Bürstenbreite überdeckt. Durch diese Maßnahme wird gleichzeitig der Luft-
strom beschleunigt und seine kinetische Energie erhöht.
Eine Besonderheit des Dispergierdeckels besteht darin, dass dieser zur Befüllung
des Gerätes mit Dispergiergut demontierbar sein muss. Der Konstruktionsaufbau
ermöglicht die Entfernung des Dispergierdeckels innerhalb von drei Minuten.
6.2.3 Zuführung der Druckluft in das Gerät
Abb. 6.1: Prinzip der Partikeldispersion
Verschiedene Messaufgaben erfordern veränderte Luftmassenströme und Gegen-
drücke. Zur Erfüllung seiner Hauptaufgabe, dem Dispergieren von Feststoffpartikeln,
ist es notwendig, Druckluft in ausreichender Menge bereit zu stellen. Dieses ge-
schieht extern durch Luftspeicher, die mittels Kompressor befüllt werden. Zur kontrol-
lierten Bereitstellung der exakten Luftmenge und deren Druck ist es notwendig, die-
ses über einen Druckminderer zu regulieren. Um Kompatibilität mit verschiedenen
Systemen zu gewährleisten, wurde der Aerosolgenerator mit einem, außen am Ge-
häuse befindlichen, Druckminderer ausgestattet. Dieser erlaubt das Einstellen der
geforderten Luftparameter, kontrollierbar direkt am Gerät und unabhängig der Tatsa-
che, ob die Druckluft bereit stellende Installation mit einem Druckminderer ausgestat-
tet ist. Um die Partikel nicht zu beschweren oder zu verkleben, muss die Luftlieferein-
richtung mit einem Lufttrockner ausgerüstet sein.
45

Die getrocknete und ölfreie Druckluft wird über einen Druckluftschlauch dem ge-
schlossenen Druckminderer zugeführt. Nach Einstellung des Vordrucks wird dieser
geöffnet. Das Gas wird innerhalb eines Schlauches dem Düsenkopf zugeführt und
strömt in diesen auf der Eintrittsseite ein. In einer Prallkammer verteilt sich das Medi-
um gleichmäßig, bevor es über eine Spaltdüse über die rotierende Bürste geleitet
wird. Nach der Mitnahme der durch die Bürste beförderten Partikel, tritt das Luft- Par-
tikelgemisch auf der Düsenaustrittsseite in einen Schlauch ein, der dieses an die Au-
ßenseite des Generators führt, wo es dann an gewünschter Position austritt.
6.2.4 Dichtungssystem
Abb.6.2: Druckminderer
Bei der Arbeit mit Flüssigkeiten oder unter Druck stehenden Gasen führen nachlässig
abgedichtete Spalte zu Leckagen. Diese Leckagen führen zu einem Druckverlust im
System und bilden die Gefahr des Eintritts von Partikeln in den Generatorinnenraum.
Dort würden sie Schäden an mechanischen und elektrischen Bauelementen verursa-
46

chen. Da der Aerosolgenerator mit Drücken von mehreren bar betrieben werden soll,
war auf die Dichtigkeitsproblematik besonderes Augenmerk zu richten.
Kritische Punkte waren dabei
- die Zylinderabdichtung bei Übergang Kolben/Zylinder
- der Trennspalt zwischen Zylinder und Dispergierkopfunterseite
- der Trennspalt zwischen Dispergierkopfoberseite und Dispergierdeckel
- die Wellendurchführungen im Dispergierkopf
- die Fittings der Druckluftzufuhr und Druckluftabfuhr.
6.2.4.1 Lösungen zur Dichtigkeit
Zylinderabdichtung beim Übergang Kolben /Zylinder:
Bedingt durch den großen Zylinderdurchmesser von 100 mm und dem auf 95 mm
ausgelegten Kolben, ergab sich ein Primärspalt von rundum 2,5 mm. Dies entspricht
einer Primärleckagefläche von ca. 765 mm 2 . Eine gute Dichtheit wurde durch den
Einsatz eines dichtenden kreisförmigen Gummistückes erreicht, welches auf den o-
beren Kolbenabschluss montiert wurde. Durch seine Übermaßpassung liegt es
zuverlässig an der Zylinderinnenwand an und stabilisiert gleichzeitig das Gesamtsys-
tem Kolben, Vorschubeinheit gegen Kippbewegungen und daraus resultierende Ver-
spannungen.
Abb.6.3: Kolbendichtung
Trennspalt zwischen Zylinder und Dispergierkopfunterseite:
Da an dieser Stelle großflächige Metall/Metall Paarungen vorliegen, musste eine
Dichtung aus einem für solche Dichtzwecke geeigneten Material gewählt werden. Es
wurde eine Flächendichtung gewählt. Die Dichtung wird dabei aus einem Rohmateri-
albogen ausgeschnitten. Speziell für diese Trennstellen Dichtungen wurde eine
47

Schablone konstruiert und gefertigt, die die Reproduzierbarkeit der Dichtungen ge-
währleistet.
Eine Besonderheit dieser Dichtung ist, dass diese zweigeteilt ist. Dies ist notwendig,
da die Welle der Dispergierbürste den Dichtungsquerschnitt kreuzt. Beim Erarbeiten
der Dichtung wurde darauf geachtet, die Dichtungsschenkel anliegend an die durch-
geführte Welle zu verlegen, um Spaltströmungen zu minimieren.
Abb. 6.4: Dichtung in Lagerebene
48

Trennspalt zwischen Dispergierkopfoberseite und Dispergierdeckel:
Auch an dieser Stelle liegt eine großflächige Metall/Metall Paarung vor. Ich habe
wieder ein Dichtungsmaterial gewählt, was mit Hilfe einer Schablone aus einem
Rohmaterialbogen geschnitten wurde. Zu beachten war dabei die besonders dünne
Auslegung dieser, da sich an dieser Trennstelle ein Trennschnitt des Gewindes des
Luftentnahmeanschlusses befindet. Bei zu großer Dichtungsstärke wäre durch die
entstandene Ovalität des Gewindes ein Einschrauben des Fittings nicht mehr mög-
lich gewesen.
Wellendurchführung im Dispergierkopf:
Abb. 6.5: Dichtung in Düsenebene
Besonderes Augenmerk erforderte die Abdichtung an den Öffnungen des Dispergier-
kopfes für die Welle. Eine Dichtwirkung wird erzielt durch das Heranführen der Dich-
tung direkt an die Welle. Zum anderen erfolgt eine weitere Abdichtung durch das ge-
kapselte Wellenlager.
Fittings der Druckluftzufuhr und Druckluftabfuhr:
Die Abdichtung der Gewinde erfolgt mit dem Einarbeiten von Dichthanf in die Gewin-
de.
49

Trotz der ergriffenen Abdichtmaßnahmen besteht die Möglichkeit, dass Luftströme
und die darin enthaltenen Dispersionsartikel austreten. Um Schäden an der Mecha-
nik und den elektrischen Teilen des Generators zu vermeiden, werden alle Teile, die
unter der obersten Zwischenplatte befinden, durch eine Silikonabdichtung des Spal-
tes zwischen Zylinderkopf und der Durchführung des Zylinderkopfes geschützt.
Um den Bürstenmotor und den Bürstenantrieb zu schützen, wurde in den obersten
Teil des Generators eine trennbare Zwischenwand zwischen Dispergierkopf und An-
triebseinheit eingezogen. Zur Kontrolle des Verschmutzungsgrades wurde der Ober-
deckel aus Plexiglas gefertigt. Bei abnormaler Verschmutzung kann so durch schnel-
les Abschalten eingegriffen werden.
50

7. Elektrische Einrichtungen
7.1 Arbeitsweise der elektrischen Einrichtungen
Als Antrieb der Bürste und des Kolbenbewegungsmechanismus werden 24V Gleich-
strommotoren verwendet. Die Stromversorgung der Motoren erfolgt über ein Netzteil,
welches die Netzspannung von 220V auf 24 V Gleichstrom transformiert. Zwischen
die Motoren ist jeweils ein Steuergerät pro Motor geschaltet. Dieses ermöglicht die
Netztrennung der Motoren sowie die Geschwindigkeitsregelung der Motoren.
Der Bürstenantriebsmotor ist direkt mit dem Steuergerät verbunden.
Der Motor des Kolbenantriebs wird zusätzlich über einen Richtungsschalter geschal-
ten. Dieser ermöglicht das Verfahren des Kolbens in zwei Richtungen. Zusätzlich ist
in diesem Stromkreis eine elektromechanische Sicherung in Form von zwei
Austastern verbaut. Sie verhindert die Zerstörung des Generators durch Verhinde-
rung des Ingangsetzens der Bewegung, wenn der Totpunkt in der jeweiligen Bewe-
gungsrichtung erreicht wurde.
51

7.1.1 Stromlaufplan
Spannungswandler/
Netzteil
+
-
-
Steuerteil
Kolben
Richtungsschalter
+
Austaster
unten
Austaster
oben
Steuerteil
Bürste
- + - +
1
1
+
Motor
- weiß
-
Motor
+
Kolben
Bürste
Abb.7.1:Stromlaufplan
2
2
52

8. Bedienungsanleitung
Um das einwandfreie Funktionieren des Aerosolgenerators zu gewährleisten, sind
nachfolgende Bedienungshinweise unbedingt zu befolgen.
Diese Anleitung ist in drei Abschnitte geteilt:
• Befüllen des Gerätes
• Inbetriebnahme des Gerätes
• Fehlerbehebung
8.1 Befüllen des Gerätes
Bevor der Aerosolgenerator betrieben werden kann, muss der Zuführzylinder mit ge-
eignetem Dispergiermaterial befüllt werden.
geeignete Füllmaterialien:
Pulver wie
- Titandioxid
- Aluminiumoxid
- Zirkonoxid
nicht geeignete Füllmaterialien:
- mineralische Stäube
- Glasstäube
- Sande
- Plastegranulate
- Pulver, deren Partikelgröße > 0,3 mm beträgt
Bei der Befüllung des Generators mit diesen Materialien besteht die Gefahr der Be-
schädigung durch stark abrasives Verhalten oder des Verklemmens beweglicher Tei-
le durch zu große Partikel.
53

8.1.1 Checkliste vor dem Befüllen
Bevor mit dem Befüllen begonnen werden kann, ist grundsätzlich nachfolgende
Checkliste abzuarbeiten.
1. Überprüfen der elektrischen Zuleitung auf sichtbare Beschädigungen. Sollte
eine Beschädigung vorliegen, darf keine Inbetriebnahme erfolgen bevor der
Fehler behoben wurde.
2. Überprüfen sämtlicher außen sichtbaren luftführenden Schläuche auf Beschä-
digungen. Auswechslung dieser im Falle von Beschädigungen.
3. Überprüfen des festen Sitzes aller Schlauchklemmen. Sich unter Druck lösen-
de Schlauchverbindungen stellen eine erheblich Verletzungsgefahr dar.
4. Sicherstellen, dass der Netzstecker vom Stromnetz getrennt ist.
5. Sicherstellen, dass sich das Gerät im drucklosen Zustand befindet, die Druck-
luftzufuhr vom Druckspeicher getrennt ist und keine Geräte an der Ausblase-
seite angeschlossen sind.
6. Schalten des Powerschalter der Motorsteuergeräte auf AUS. Dies ist gesche-
hen, wenn die rote Färbung des Schalters nicht sichtbar ist.
7. Stellen des Richtungsschalters der Kolbensteuerung auf die mittlere Neutral-
stellung.
8. Überprüfen des Druckminderer an der Rückseite des Gerätes auf Beschädi-
gungen.
8.1.2 Befüllvorgang
1. Anschluss des Gerätes unter Beachtung der Hinweise der Checkliste an die
Netzversorgung.
2. Schalten der Motorsteuerung für den Kolben auf EIN. Die rote Färbung kommt
zum Vorschein.
3. Stellen des Richtungsschalters der Kolbensteuerung auf Runter. Die Abwärts-
bewegung stoppt bei Erreichen der Endstellung automatisch. Wenn geringe
Füllmengen benötigt werden, kann der Kolben an jeder beliebigen Position
gestoppt werden.
54

4. Ausschalten des Steuergerätes, Schalten des Richtungsschalters in Mittelstel-
lung und Trennung des Gerätes vom Netz.
5. Lösen der beiden Sechskantschrauben an der Gerätevorderseite, die den De-
ckelsicherungswinkel fixieren.
6. Lösen der beiden Torxschrauben auf der Geräteoberseite, die den Plexiglas-
deckel fixieren. Vorsichtige Abnahme des Deckels. Darauf achten, dass dieser
auf eine nicht kratzende Unterlage abgelegt wird.
7. Vorsichtiges Ausziehen des oberen Teils der Staubschutzwand aus Plexiglas
nach oben aus der Schiene heraus und Ablage dieses außerhalb des Gerätes
auf eine nicht kratzende Unterlage.
8. Trennen der Luftschlauchkupplungen im Inneren des Gerätes.
9. Vorsichtiges Herausdrehen der Schlauchkupplung der Ausblaseseite aus dem
Dispergierkopf. Vermeiden von Verkanten, um das Innengewinde nicht zu be-
schädigen.
10. Lösen der drei Schrauben der Motorfixierung und zurückschieben des Motors
soweit, dass sich Stirn- und Kegelrad des Bürstenantriebs getrennt haben.
11. Lösen und entfernen der vier Schrauben der Dispergierdeckelverschraubung.
12. Abnahme des Dispergierdeckels und danach des oberen Teils des Dispergier-
kopfes. Darauf achten, dass die Dichtungen nicht beschädigt werden. Für den
Fall einer Beschädigung siehe Abschnitt Fehlerbehebung.
Abb. 8.1: Entnehmen der Dispergierdeckeldichtung
55

13. Vorsichtiges Herausheben der Bürste aus ihrer Lagerung. Die Lager werden
hierbei nicht entfernt, sondern verbleiben an der Welle. Bei der Ablage der
Bürste Stöße vermeiden. Diese können das Drahtgeflecht beschädigen.
Abb.8.2: Ansicht der Bürste
14. Einfüllen des Feststoffpulvers unter regelmäßigen Feststampfen des Pulvers.
Befüllung bis maximal 5mm unter der oberen Kolbenöffnung.
Abb.8.3: Ansicht des Pulvers im Kolben
56

15. Einsetzen der Bürste.
16. Einlegen der Dichtung.
17. Aufsetzen des Dispergierkopfes.
18. Einlegen der Dichtung.
19. Aufsetzen des Dispergierdeckels.
Abb.8.4: Aufsetzen des Dispergierkopfes
20. Vorsichtiges Einschrauben der Schlauchkupplung der Ausblaseseite in den
Dispergierkopf. Verkanten vermeiden um das Gewinde nicht zu beschädigen.
21. Anziehen der vier Schrauben des Dispergierdeckels.
22. Heranschieben des Motors an das Kegelrad und fixieren dieses durch Fest-
ziehen der drei Schrauben.
23. Verbinden der Druckluftkupplungen im Inneren des Gerätes.
24. Einschieben des oberen Teiles der Staubschutzwand.
25. Aufsetzen des Plexiglasdeckels und fixieren dessen durch Anziehen der zwei
Torxschrauben.
57

8.2 Inbetriebnahme
Unter Beachtung der Checkliste und der Befüllhinweise kann der Aerosolgenerator in
Betrieb genommen werden.
1. Anschluss des Gerätes an die Druckluftversorgung. Alle Druckluftleitungen
sind dabei druckfrei zu stellen.
2. Anschluss des Generators an die Stromversorgung.
3. Einstellen des Arbeitsvordruckes am Druckminderer.
4. Einstellen der Drehschalter der Motorsteuerungsgeräte in die rechte
Anschlagsposition.
5. Einschalten der Bürstenmotorsteuerung.
6. Einschalten der Kolbenmotorsteuerung und Stellen des Richtungsschalters in
die Hoch Position.
Durch Regulierung der Bürsten- und Kolbenmotorgeschwindigkeit sowie des Be-
triebsvordruckes können Massenströme und Partikelkonzentrationen den Erforder-
nissen angepasst werden. Dazu werden die Drehschalter der Steuergeräte verstellt.
Einen Überblick gibt nachstehende Tabelle:
Bürstengesschwindigkeit Kolbengeschwindigkeit Druckluftgeschwindigkeit Partikelkonzentration Betriebszeit
o o o o o
+ o o - o
+ + o + -
+ + + o -
o + o + -
o o + - o
o o - + o
Tab.: 7.1 Möglichkeiten der Dispersionsanpassung
58

8.3 Fehlerbehebung
Fehler mögliche Abhilfe
keine Funktion der elektrischen
Einrichtungen
Anschluss an das Stromnetz
Einschalten des Hauptschalters am
Netzgerät (Öffnung an der Geräterück-
wand)
Einschalten der Motorsteuerteile
Drehen der Drehschalter der Motorsteue-
rungen nach rechts
langsames Drehen der Bürste Drehen des Drehschalters der
Bürstenmotorsteuerung nach rechts
leichtes Lösen der Dispergierdeckel-
verschraubung
Klemmen der Bürste Aus- und Einbau der Bürste. Darauf ach-
unnormaler Austritt von Dispergiergut
aus dem Dispergierkopf in den Genera-
torraum
Schlaggeräusche am Bürstenantriebsge-
triebe
Fehlfunktion des automatischen Abschal-
tung
ten, dass die Distanzringe auf der Seite
des Kegelrades verbaut sind
Festziehen des Dispergierdeckelschrau-
ben
Überprüfen der Dichtungen auf Beschä-
digungen und planes Anliegen
Überprüfung der geometrischen Ausrich-
tung von Stirn- und Kegelrad
Überprüfung der Stellung des An-
schlagszapfens der Endabschaltung
fehlender Luftdurchsatz Überprüfen der Einstellung des
Druckreglers
kein Austritt von Dispergiergut Überprüfen der Einstellung der Kolben-
motorsteuerung
Nachfüllen von Dispergiergut
Dichtung beschädigt Nachschneiden einer Dichtung mit Hilfe
der Schablone
Tab.7.2: Fehlerbehebung
59

9. Anhang
9.1 Berechnung der notwendigen Bürstengeschwindigkeit
Nachfolgend kurz angeführte Berechnungen kommunizieren mit den Gleichungen
6-1 bis 6-13 des Kapitels 6.
gegebene Werte
Partikeldurchmesser 4 µm 4,00E-06 m
Messebene l 70 mm 7,00E-02 m
Messebene b 70 mm 7,00E-02 m
Messebene t 0,5 mm 5,00E-04 m
Kamerabreite 1000 pixel
IR 32 pixel
Anzahl Partikel 10 Stück
Dichte 1,17 kg/m^3
geforderter massenstrom 10 kg/s Luft
Kolbendurchmesser 100 mm 1,00E-01 m
Geometriefaktor 1,2
Drehzahl getriebemotor max 40 min-1 6,67E-01 s-1
übersetzung Schneckengetriebe 15
Steigung Trapezgewinde 1,5 mm/Umdrehung
Bürstendurchmesser 120 mm 1,20E-01 m
errechnete Werte
Größe Wert Einheit Formel
Vm 2,45E-06 m^3 6-1
VIR 2,51E-06 m^3 6-2
nvri 3,99E+06 1/m^3 6-3
nml 3,41E+06 1/m^3 6-4
nmg 3,41E+07 1/m^3s 6-5
Ak 7,85E-03 m^3 6-6
pf 6,25E+10 1/m^2 6-7
pr 7,50E+16 1/m^3 6-8
V 6,67E-05 m/s 6-9
vp 5,24E-07 m^3/s 6-10
r 3,93E+10 1/s 6-11
V0 1,57E-04 m/s 6-12
NB 250 1/min 6-13
Tab.9.1: Berechnung der Bürstengeschwindigkeit
Laut des angeführten Rechenweges wurde eine Bürstengeschwindigkeit von
250 ms -1 gefordert. Diese wurde realisiert.
60

9.2 Getriebeberechnung des Kolbenantriebes
Nachfolgend kurz angeführte Berechnungen kommunizieren mit den Gleichungen
6-14 bis 6-28 des Kapitels 6.
gegebene Werte
Zähnezahl 1 3
Zähnezahl 2 45
Übersetzung i 15
Modul m 1,5 mm 1,50E-03 m
dm1 20 mm 2,00E-02 m
d2 67,5 mm 6,70E-02 m
Erzeugungswinkel α0 20 ° 3,49E-01
wirksamer Reibwinkel ρ 3 ° 5,24E-02
Motorleistung 108 W
Motordrehzahl 40 min^-1 6,67E-01
Drehmoment 9 Nm
errechnete Werte
Größe Wert Einheit Formel
i 1,50E+01 6-14
p 4,71E-03 m 6-15
d2 6,75E-02 m 6-16
a 4,53E-02 m 6-17 45,25
γ 1,27E+01 ° 6-18 0,22131444
ηG 8,02E-01 6-19
P2 8,66E+01 W 6-20
Ft 9,25E+03 N 6-21
Fa2 2,60E+03 N 6-22
Fr2 3,49E+03 N 6-23
M2 3,10E+02 Nm 6-24
Ks 1,46E+05 Pa 6-25
σh 3,26E+02 N/mm^2 6-26
Sh 1,30E+00 N/mm^2 6-27
Lh 1,23E+05 h 6-28
erforderliche Viskosität:560
mm^2/s
Ze 147,5 (N/mm^2)^(1/2) DIN EN1705
Kontaktfaktor Zρ 2,69
σhlim 425 N/mm^2 DIN EN 1982
Tab.9.2: Berechnung des Getriebes zum Kolbenantrieb
61

9.3 Berechnung des erforderlichen Drehmomentes des Kolbenantriebes
Nachfolgend kurz angeführte Berechnungen kommunizieren mit den Gleichungen
6-29 bis 6-34 des Kapitels 6.
gegebene Werte
Kolbendurchmesser Dk 100 mm 0,1 m
Steigung P 1,5 mm 0,0015 m
Flankenradius r2 14,513 mm
Flankendurchmesser d2 29,026 mm 0,029 m
Flankenwinkel β 30 ° 0,523
Reibzahl im Lager µl 0,135
Reibzahl im Gewinde µg 0,135
Betriebsüberdruck pü 10 bar 1,00E+06 N/m^2
Radius Lagerstützfläche Rl 25 mm 0,025 m
errechnete Werte
Größe Wert Einheit Gleichung Grad Bogenmaß
Ak 0,00785398 m^2 6-29
Fk 7,85E+03 N 6-30
tan α 0,0164643 6-32 α 0,943 0,01645845
tan βn 0,57647409 6-34 βn 30 0,523
tan ρG 0,15583073 6-33 ρ 8,85 0,154
M 46,11 Nm 6-31
Tab.9.3: Berechnung des erforderlichen Drehmoments
Mit der gewählten Getriebeübersetzung und dem Motor wird ein Drehmoment von
310 Nm erzeugt. Dieses genügt um den Kolben anzutreiben.
62

9.4 Quellenangaben
[1] www.eas.calzech.edu/engenius/spr02/phillips02.html
[2] www2.dlr.de/archiv/wasserkanal.htm;internal&action=_framecontent.action&
Target=_sel
[3] www.spiegel.de
[4] www.sciner.com/Solarls/index.htm
[5] Prinzler, M.: Inbetriebnahme und Bewertung des Laser- PIV- Systems am Lehrstuhl
Verbrennungskraftmaschinen und Flugantriebe unter besonderer Betrachtung der Tra-
cing- Partikel, Studienarbeit, Cottbus im März 1999
[6] www.uslasercorp.com
[7] Pust, O.: Quantitative Visualisierung komplexer verfahrenstechnischer Strömungsvor-
gänge mit der digitalen Particle Image Velocimetry, Dissertation, Hamburg im April
2001
Kapitel 2,3,4 nach
Prinzler, M.: Inbetriebnahme und Bewertung des Laser- PIV- Systems am Lehrstuhl
Verbrennungskraftmaschinen und Flugantriebe unter besonderer Betrachtung der Tra-
cing- Partikel, Studienarbeit, Cottbus im März 1999
Berechnungen Kapitel 6 nach
Decker
Maschinenelemente
Hanser 2002
63

9.5 Stückliste, Konstruktionszeichnungen
Pos. Menge Benennung Sachnummer/Norm-Kurzbezeichnung Bemerkung
1 1 Platte_0_Grundplatte Al-Legierung
2 1 Platte_1_Lagerebene Al-Legierung
3 1 Platte_2_Kolbenebene Al-Legierung
4 1 Platte_3_Bürstenebene Al-Legierung
5 1 Platte_4_Deckplatte Plexiglas
6 1 Frontwand Al-Legierung
7 1 Rückwand Al-Legierung
8 1 Seitenplatte_Links Al-Legierung
9 1 Seitenplatte_Rechts Al-Legierung
10 1 Dispergierbehälter St-37
11 1 Düse_Unterteil St-37
12 1 Düses_Oberteil St-37
13 2 Dispergierkopf_Unten_Seite St-37
14 2 Dispergierkopf_Unten_Lager St-37
15 2 Dispergierkopf_Unten_Blech St-37
16 2 Dispergierkopf_Oben_Seite St-37
17 2 Dispergierkopf_Oben_Lager St-37
18 2 Dispergierkopf_Oben_Blech St-37
19 1 Kolben St-37
20 1 Kolbendichtung Gummi
21 1 Kolbendichtung_Scheibe St-37
22 1 Auflageplatte St-37
23 1 Lagerbock_Axialkugellager St-37
24 1 Hülse_Zahnrad St-37
25 1 Lagerbock_Schnecke St-37
26 1 Lagerbock_Schnecke_Blech St-37
27 1 Motorwinkel St-37
28 1 Motorwinkel_Schnecke St-37
29 1 Schaltzapfen Al-Legierung
30 1 Schaltzapfen_Halter Gewindestange M10-1.5 St-37
31 1 Staubschutzwand_Unten Plexiglas
32 1 Staubschutzwand_Oben Plexiglas
33 1 Winkel_SSW Winkelstahl L30x2 St-37
34 1 Verbindungshülse_Schnecke_Motor St-37
35 2 Bürstenlager_Abstandshalter 1mm St-37
36 1 Bürstenlager_Abstandshalter 2 mm St-37
37 2 Führungsschiene Al-Legierung
38 1 Füllstandsanzeiger St-37
39 4 Gewindestab_Dispergierkopf Gewindestange M5 - 1,5 St-37
40 1 Gewindestange_Kolbenantrieb Gewindestange M30 - 1,5- 8.8 St-37
41 1 Flächendichtung_Bürste Flächendichtung
42 1 Flächendichtung_Düse Flächendichtung
43 1 Schablone_Dichtungen St-37
44 1 Getriebemotor Doga 119 24V- 40 1/min 108W
45 1 Gleichstrommotor Doga 115 24V- 2000 1/min 96 W
46 1 Kegelrad TB 1.5-15
47 1 Kegelrad TB 1.5-45
48 1 Schneckenrad SW1.5-3
49 1 Zahnrad M1.5-45
50 1 Axial-Rillenkugellager DIN 711- 511-10
51 3 Rillenkugellager DIN 625- 160-02
52 1 Netzgerät 220V/24 V
53 2 Drehzahlregler für Motoren CJ Controls C726 Panel
Tab.9.4: Stückliste
64

20
180
Alle Sacklöcher:
Innengewinde M5
Tiefe des Gewindes 10mm
M5
340
360
15
20
170
320
340
Zust. Änderung Datum Name
10
Allgemein-
Toleranzen
DIN ISO
2768-m
BTU Cottbus
Lehrstuhl VFA
Oberflächen
DIN ISO
1302
Maßstab 1:5
Aluminiumlegierung
Datum Name Aerosolgenerator
Bearb. 01.03.2007 K.Baacke
Gepr.
Norm.
M.Prinzler
Platte_0_Grundplatte
Masse
Ers.für: Ers.durch:
1
3,3 kg
Blatt
1
42 Bl.

5
15
Alle Sacklöcher:
Innengewinde M5
Tiefe des Gewindes 10 mm
340
32
90
360
3xR4,5
3x120
180
20
85
235
255
5
10
Zust. Änderung Datum Name
Allgemein-
Toleranzen
DIN ISO
2768-m
BTU Cottbus
Lehrstuhl VFA
Oberflächen
DIN ISO
1302
Maßstab
Masse
Datum Name Aerosolgenerator
Bearb. 01.03.2007 K.Baacke
Gepr.
Norm.
M.Prinzler
PLATTE_1_LAGERPLATTE
1:5
Ers.für: Ers.durch:
2
2,45 kg
Blatt
1
42 Bl.

255
5
95
112,5
180
R5,5
247,5
Alle Sacklöcher:
Innengewinde M5
Tiefe des Gewindes 10 mm
340
100
360
180
50
R2
150
20
85
235
15 10
Zust. Änderung Datum Name
5
Allgemein-
Toleranzen
DIN ISO
2768-m
BTU Cottbus
Lehrstuhl VFA
Oberflächen
DIN ISO
1302
Maßstab
Datum Name Aerosolgenerator
Bearb. 01.03.2007 K.Baacke
Gepr.
Norm.
M.Prinzler
Platte_2_Kolbenebene
1:5
Aluminiumlegierung
Ers.für: Ers.durch:
3
Masse 2,26 kg
Blatt
1
42 Bl.

340
320
170
20
20
15
104
180
Alle Sacklöcher:
Innengewinde M5
Tiefe des Gewindes 10 mm
256
340
360
M5
148,5
321,5
Zust. Änderung Datum Name
5
10
Allgemein-
Toleranzen
DIN ISO
2768-m
BTU Cottbus
Lehrstuhl VFA
Oberflächen
DIN ISO
1302
Maßstab 1:5
Aluminiumlegierung
Datum Name Aerosolgenerator
Bearb. 01.03.2007 K.Baacke
Gepr.
Norm.
M.Prinzler
Platte_3_Buerstenebene
Ers.für: Ers.durch:
4
Masse 2,6 kg
Blatt
1
42 Bl.

360
40
340
380
R2,75
5
Zust. Änderung Datum Name
10
Allgemein-
Toleranzen
DIN ISO
2768-m
BTU Cottbus
Lehrstuhl VFA
Oberflächen
DIN ISO
1302
Maßstab
1:5
Plexiglas
Datum Name Aerosolgenerator
Bearb. 01.03.2007 K.Baacke
Gepr.
Norm.
M.Prinzler
Platte_4_Deckplatte
Masse
Ers.für: Ers.durch:
5
1,64 kg
Blatt
1
42 Bl.

795
585
5
30
40
30
100
80
185
190
120
350
70
50
380
Zust. Änderung Datum Name
8xR2,75
155
165
Allgemein-
Toleranzen
DIN ISO
2768-m
190
Oberflächen
DIN ISO
1302
Datum Name
Bearb. 01.03.2007 K.Baacke
Gepr.
Norm.
M.Prinzler
BTU Cottbus
Lehrstuhl VFA
210
300
320
Maßstab 1:5
Aerosolgenerator
10
800
Ers. für: Ers. durch:
7
Aluminiumlegierung
Frontplatte
6
Masse 7 kg
Blatt
1
42 Bl.

206
96
Zust. Änderung Datum Name
Allgemein-
Toleranzen
DIN ISO
2768-m
Oberflächen
DIN ISO
1302
Datum Name
Bearb. 01.03.2007 K.Baacke
Gepr.
Norm.
M.Prinzler
BTU Cottbus
Lehrstuhl VFA
5
Maßstab
1:2
Aerosolgenerator
Plexiglas
Ers. für: Ers. durch:
Masse 0,12 kg
Scheibe_Frontwand_Aussen
6a
Blatt
1
42 Bl.

316
66
Zust. Änderung Datum Name
Allgemein-
Toleranzen
DIN ISO
2768-m
Oberflächen
DIN ISO
1302
Datum Name
Bearb. 01.03.2007 K.Baacke
Gepr.
Norm.
M.Prinzler
BTU Cottbus
Lehrstuhl VFA
5
Maßstab 1:2
Aerosolgenerator
Plexiglas
Scheibe_Frontwand_Mitte
6b
Ers. für: Ers. durch:
Masse 0,12 kg
Blatt
1
42 Bl.

585
395
170
5
5
30
30
190
350
350
380
12xR2,75
R3
Zust. Änderung Datum Name
45
15
Allgemein-
Toleranzen
DIN ISO
2768-m
15
105
Alle Sacklöcher:
Innengewinde M5
Tiefe des Gewindes 10 mm
130
Oberflächen
DIN ISO
1302
Datum Name
Bearb. 01.03.2007 K.Baacke
Gepr.
Norm.
M.Prinzler
BTU Cottbus
Lehrstuhl VFA
Maßstab 1:5
Aerosolgenerator
5
10
800
Aluminiumlegierung
Rueckwand
Ers. für: Ers. durch:
7
Masse 8,17 kg
Blatt
42
Bl.

105
R17,5
107,5
100
5
240
20
170
140
115
340
125
75
320
10xR2,75
420
Zust. Änderung Datum Name
800
Allgemein-
Toleranzen
DIN ISO
2768-m
Oberflächen
DIN ISO
1302
Datum Name
Bearb. 01.03.2007 K.Baacke
Gepr.
Norm.
M.Prinzler
BTU Cottbus
Lehrstuhl VFA
10
5
Maßstab 1:5
170
Aerosolgenerator
395
585
685
Aluminiumlegierung
Seitenplatte_links
Masse
Ers. für: Ers. durch:
8
7,32 kg
Blatt
1
42
Bl.

107,5
20
170
340
125
75
320
10xR2,75
420
R17,5
105
Zust. Änderung Datum Name
800
Allgemein-
Toleranzen
DIN ISO
2768-m
Oberflächen
DIN ISO
1302
Datum Name
Bearb. 01.03.2007 K.Baacke
Gepr.
Norm.
M.Prinzler
BTU Cottbus
Lehrstuhl VFA
10
5
Maßstab
170
1:5
395
Aerosolgenerator
585
700
Aluminiumlegierung
Seitenplatte_rechts
Masse 7,32 kg
Blatt
9 1
42 Bl.
Ers. für: Ers. durch:

225
60
6,25
100
125
Alle Sacklöcher 4:
Tiefe 6 mm
Alle Sacklöcher 5:
Innengewinde M5
Tiefe des Gewindes 10 mm
A
A
7,5
112,5
160
200
A - A
6
120
Zust. Änderung Datum Name
Allgemein-
Toleranzen
DIN ISO
2768-m
BTU Cottbus
Lehrstuhl VFA
4xR2,5
125
15
Oberflächen
DIN ISO
1302
4x 4
7,5
Maßstab
1:2
142,5
150
St 37
Datum Name Aerosolgenerator
Bearb. 01.03.2007 K.Baacke
Gepr.
Norm.
M.Prinzler
Dispergierbehaelter
10
Masse
Ers.für: Ers.durch:
17 kg
25
100
Blatt
1
42 Bl.

20
15
5,35
R6
58
A-A
R60
150
R9
A
3,65
30,85
25
100
125
A
A
Zust. Änderung Datum Name
A
R2
15
6
15
20
30
Allgemein-
Toleranzen
DIN ISO
2768-m
BTU Cottbus
Lehrstuhl VFA
Oberflächen
DIN ISO
1302
Maßstab
1:2
Datum Name Aerosolgenerator
Bearb. 01.03.2007 K.Baacke
Gepr.
Norm.
M.Prinzler
28
13
Masse
Ers.für: Ers.durch:
8
15
St 37
20
Duese_Unterteil
11
32
2,96 kg
Blatt
1
42 Bl.

A-A
2
37,15
30
R6
20
150
R9
A
2,85
40
4xR2,75
7,5
75
120
150
15
A
A
Zust. Änderung Datum Name
20
15
10
Allgemein-
Toleranzen
DIN ISO
2768-m
A
BTU Cottbus
Lehrstuhl VFA
7,5
7,5
91
Oberflächen
DIN ISO
1302
Maßstab
1:2
Datum Name Aerosolgenerator
Bearb. 01.03.2007 K.Baacke
Gepr.
Norm.
M.Prinzler
St 37
Duese_Oberteil
12
Ers.für: Ers.durch:
1:2 Masse 6,47 kg
Blatt
1
42 Bl.

120
Alle Sacklöcher:
Innengewinde M5
Tiefe des Gewindes 10 mm
M5
7,5
150
R8,5
7,5
15
2xR2
4xR2,75
Zust. Änderung Datum Name
5
10
Allgemein-
Toleranzen
DIN ISO
2768-m
7,5
55
BTU Cottbus
Lehrstuhl VFA
95
Oberflächen
DIN ISO
1302
Maßstab 1:2
St 37
Datum Name Aerosolgenerator
Bearb. 01.03.2007 K.Baacke
Gepr.
Norm.
M.Prinzler
Dispergierkopf_Unten_Seite
13
Ers.für: Ers.durch:
Masse 1,39 kg
Blatt
1
42 Bl.

120
7,5
150
R16
4xR2,75
2xR2
Zust. Änderung Datum Name
10
Allgemein-
Toleranzen
DIN ISO
2768-m
BTU Cottbus
Lehrstuhl VFA
7,5
55
Oberflächen
DIN ISO
1302
95
Maßstab
Masse 1,37 kg
Datum Name Aerosolgenerator
Bearb. 01.03.2007 K.Baacke
Gepr.
Norm.
M.Prinzler
Dispergierkopf_Unten_Lager
1:2
14
St 37
Ers.für: Ers.durch:
Blatt
1
42 Bl.

120
7,5
150
R16
4xR2,75
2xR2
Zust. Änderung Datum Name
Allgemein-
Toleranzen
DIN ISO
2768-m
3
BTU Cottbus
Lehrstuhl VFA
7,5
55
Oberflächen
DIN ISO
1302
95
Maßstab
Masse
Datum Name Aerosolgenerator
Bearb. 01.03.2007 K.Baacke
Gepr.
Norm.
M.Prinzler
Dispergierkopf_Unten_Blech
1:2
15
St 37
Ers.für: Ers.durch:
0,41 kg
Blatt
1
42 Bl.

58
5,5
7,5
150
R8,5
2xR5,5
4xR2
30
20
15
Zust. Änderung Datum Name
Allgemein-
Toleranzen
DIN ISO
2768-m
10
BTU Cottbus
Lehrstuhl VFA
30
Oberflächen
DIN ISO
1302
45
50
Maßstab
Datum Name Aerosolgenerator
Bearb. 01.03.2007 K.Baacke
Gepr.
Norm.
M.Prinzler
Dispergierkopf_Oben_Seite
1:2
St 37
16
Ers.für: Ers.durch:
Masse 0,63 kg
Blatt
1
42 Bl.

58
150
R16
4xR2
2xR5,5
30
20
15
Zust. Änderung Datum Name
10
Allgemein-
Toleranzen
DIN ISO
2768-m
30
BTU Cottbus
Lehrstuhl VFA
45
Oberflächen
DIN ISO
1302
50
Maßstab
Masse 0,63 kg
Datum Name Aerosolgenerator
Bearb. 01.03.2007 K.Baacke
Gepr.
Norm.
M.Prinzler
Dispergierkopf_Oben_Lagerschale
1:2
St 37
17
Ers.für: Ers.durch:
Blatt
1
42 Bl.

58
150
4xR2
2xR5,5
R16
30
20
15
Zust. Änderung Datum Name
3
Allgemein-
Toleranzen
DIN ISO
2768-m
30
45
BTU Cottbus
Lehrstuhl VFA
50
Oberflächen
DIN ISO
1302
Maßstab
Datum Name Aerosolgenerator
Bearb. 01.03.2007 K.Baacke
Gepr.
Norm.
M.Prinzler
Dispergierkopf_Oben_Blech
1:2
St 37
18
Ers.für: Ers.durch:
Masse 0,19 kg
Blatt
1
42 Bl.

A
A-A
1:2
Zust. Änderung Datum Name
Allgemein-
Toleranzen
DIN ISO
2768-m
96
Oberflächen
DIN ISO
1302
Datum Name
Bearb. 01.03.2007 K.Baacke
Gepr.
Norm.
M.Prinzler
BTU Cottbus
Lehrstuhl VFA
M10
R4
3x120
15
Maßstab
180
1:2
Aerosolgenerator
A
Bohrungen R4:
Innengewinde M8
Tiefe des Gewindes 10 mm
St 37
Kolben
19
Masse
Ers. für: Ers. durch:
10,2 kg
Blatt
1
42 Bl.

98
100
Zust. Änderung Datum Name
10
Allgemein-
Toleranzen
DIN ISO
2768-m
11
BTU Cottbus
Lehrstuhl VFA
Oberflächen
DIN ISO
1302
Maßstab
1:2
Datum Name Aerosolgenerator
Bearb. 01.03.2007 K.Baacke
Gepr.
Norm.
M.Prinzler
Gummi
Kolbendichtung
20
Ers.für: Ers.durch:
Masse 0,1 kg
Blatt
1
42 Bl.

80
80
R6
135
Zust. Änderung Datum Name
Allgemein-
Toleranzen
DIN ISO
2768-m
2
BTU Cottbus
Lehrstuhl VFA
Oberflächen
DIN ISO
1302
50
Maßstab
1:1
St 37
Datum Name Aerosolgenerator
Bearb. 01.03.2007 K.Baacke
Gepr.
Norm.
M.Prinzler
Kolbendichtung_Scheibe
21
Ers.für: Ers.durch:
Masse 0,1 kg
Blatt
1
42 Bl.

3x120
11
M10
30
80
3xR4,5
M10
R30
Zust. Änderung Datum Name
20
Allgemein-
Toleranzen
DIN ISO
2768-m
BTU Cottbus
Lehrstuhl VFA
Oberflächen
DIN ISO
1302
Maßstab
1:1
Datum Name Aerosolgenerator
Bearb. 01.03.2007 K.Baacke
Gepr.
Norm.
M.Prinzler
St 37
Auflageplatte
22
Ers.für: Ers.durch:
Masse 0,61 kg
Blatt
1
42 Bl.

3xR4,25
R45
3x120
35
70
110
17
Zust. Änderung Datum Name
7
Allgemein-
Toleranzen
DIN ISO
2768-m
BTU Cottbus
Lehrstuhl VFA
Oberflächen
DIN ISO
1302
Maßstab
1:2 Masse 0,96 kg
St 37
Datum Name Aerosolgenerator
Bearb. 01.03.2007 K.Baacke
Gepr.
Norm.
M.Prinzler
Lagerbock_Axialkugellager
23
Ers.für: Ers.durch:
Blatt
1
42 Bl.

R21
3xR2,5
30
50
75
3x120
Zust. Änderung Datum Name
8
15
Allgemein-
Toleranzen
DIN ISO
2768-m
BTU Cottbus
Lehrstuhl VFA
Oberflächen
DIN ISO
1302
Maßstab
1:1
Datum Name Aerosolgenerator
Bearb. 01.03.2007 K.Baacke
Gepr.
Norm.
M.Prinzler
St 37
Huelse_Zahnrad
24
Masse
Ers.für: Ers.durch:
0,3 kg
Blatt
1
42 Bl.

70
5
15
Alle Sacklöcher:
Innengewinde M5
Tiefe des Gewindes 10 mm
42
70
25
M5
R2,75
15
Zust. Änderung Datum Name
8
10
Allgemein-
Toleranzen
DIN ISO
2768-m
5
45
BTU Cottbus
Lehrstuhl VFA
65
Oberflächen
DIN ISO
1302
Maßstab
1:1
Datum Name Aerosolgenerator
Bearb. 01.03.2007 K.Baacke
Gepr.
Norm.
M.Prinzler
St 37
Lagerbock_Schnecke
25
Ers.für: Ers.durch:
Masse 0,28 kg
Blatt
1
42 Bl.

70
5
25
70
4xR 2,75
Zust. Änderung Datum Name
3
Allgemein-
Toleranzen
DIN ISO
2768-m
BTU Cottbus
Lehrstuhl VFA
5
Oberflächen
DIN ISO
1302
45
65
Maßstab
Masse 0,1 kg
Datum Name Aerosolgenerator
Bearb. 01.03.2007 K.Baacke
Gepr.
Norm.
M.Prinzler
Lagerbock_Schnecke_Blech
1:1
St 37
26
Ers.für: Ers.durch:
Blatt
1
42 Bl.

65
7,5
30
52,5
34
80
10
R2,75
4xR2,75
7,5
5
10
5
5
125
Zust. Änderung Datum Name
45
12,5
Allgemein-
Toleranzen
DIN ISO
2768-m
35
57,5
BTU Cottbus
Lehrstuhl VFA
65
Oberflächen
DIN ISO
1302
Maßstab
1:2
Datum Name Aerosolgenerator
Bearb. 01.03.2007 K.Baacke
Gepr.
Norm.
M.Prinzler
St 37
Motorwinkel_Buerste
27
Ers.für: Ers.durch:
Masse 0,53 kg
Blatt
1
42 Bl.

80
7,5
7,5
50
3x120
R3,25
25
100
4xR 2,75
R17
5
7,5
67,5
80
Zust. Änderung Datum Name
5
Allgemein-
Toleranzen
DIN ISO
2768-m
45
BTU Cottbus
Lehrstuhl VFA
Oberflächen
DIN ISO
1302
Maßstab 1:2
Datum Name Aerosolgenerator
Bearb. 01.03.2007 K.Baacke
Gepr.
Norm.
M.Prinzler
St 37
Motorwinkel_Schnecke
28
Ers.für: Ers.durch:
Masse 0,2 kg
Blatt
1
42 Bl.

105
10
20 10
80
Zust. Änderung Datum Name
Allgemein-
Toleranzen
DIN ISO
2768-m
BTU Cottbus
Lehrstuhl VFA
Oberflächen
DIN ISO
1302
Maßstab 1:1
Datum Name Aerosolgenerator
Bearb. 01.03.2007 K.Baacke
Gepr.
Norm.
M.Prinzler
Aluminiumlegierung
Schaltzapfen
29
Ers.für: Ers.durch:
Masse 0,06 kg
Blatt
1
42 Bl.

160
M10
Zust. Änderung Datum Name
Allgemein-
Toleranzen
DIN ISO
2768-m
BTU Cottbus
Lehrstuhl VFA
Oberflächen
DIN ISO
1302
Maßstab 1:2
Datum Name Aerosolgenerator
Bearb. 01.03.2007 K.Baacke
Gepr.
Norm.
M.Prinzler
Gewindestange M10 - St 37
Schaltzapfen_Halter
30
Ers.für: Ers.durch:
Masse 0,1 kg
Blatt
1
42 Bl.

R8
355 10
Zust. Änderung Datum Name
Allgemein-
Toleranzen
DIN ISO
2768-m
35
BTU Cottbus
Lehrstuhl VFA
Oberflächen
DIN ISO
1302
Maßstab
1:2
Plexiglas
Masse
Datum Name Aerosolgenerator
Bearb. 01.03.2007 K.Baacke
Gepr.
Norm.
M.Prinzler
Staubschutzwand_Unten
31
Ers.für: Ers.durch:
0,15 kg
Blatt
1
42 Bl.

355
R8
Zust. Änderung Datum Name
Allgemein-
Toleranzen
DIN ISO
2768-m
175
BTU Cottbus
Lehrstuhl VFA
Oberflächen
DIN ISO
1302
Maßstab 1:2
Datum Name Aerosolgenerator
Bearb. 01.03.2007 K.Baacke
Gepr.
Norm.
M.Prinzler
10
Plexiglas
Masse
Staubschutzwand_Oben
32
Ers.für: Ers.durch:
0,75 kg
Blatt
1
42 Bl.

30
30
30
15
2
102,5
205
Zust. Änderung Datum Name
Allgemein-
Toleranzen
DIN ISO
2768-m
BTU Cottbus
Lehrstuhl VFA
Oberflächen
DIN ISO
1302
Maßstab
1:2
Datum Name Aerosolgenerator
Bearb. 01.03.2007 K.Baacke
Gepr.
Norm.
M.Prinzler
33
St 37
Winkel_SSW
Masse
Ers.für: Ers.durch:
0,19 kg
Blatt
1
42 Bl.

A
A
22
32
12
7,5
15
5,5
Zust. Änderung Datum Name
30
Allgemein-
Toleranzen
DIN ISO
2768-m
5,5
BTU Cottbus
Lehrstuhl VFA
7,5
Oberflächen
DIN ISO
1302
Maßstab
A-A
St 37
Masse 0,13 kg
Datum Name Aerosolgenerator
Bearb. 01.03.2007 K.Baacke
Gepr.
Norm.
M.Prinzler
Verbindungshuelse_Schnecke_Motor
2:1
34
Ers.für: Ers.durch:
Blatt
1
42 Bl.

25
32
Zust. Änderung Datum Name
1 (2 mm auf kurzem Wellenabschnitt)
Allgemein-
Toleranzen
DIN ISO
2768-m
BTU Cottbus
Lehrstuhl VFA
Oberflächen
DIN ISO
1302
Maßstab
Masse
Datum Name Aerosolgenerator
Bearb. 01.03.2007 K.Baacke
Gepr.
Norm.
M.Prinzler
Buerstenlager_Abstandshalter
1:1
St 37
35
Ers.für: Ers.durch:
Blatt
1
42 Bl.

200
10
5,5
10
7,5
7,5
Zust. Änderung Datum Name
Allgemein-
Toleranzen
DIN ISO
2768-m
BTU Cottbus
Lehrstuhl VFA
Oberflächen
DIN ISO
1302
Maßstab
1:2
Datum Name Aerosolgenerator
Bearb. 01.03.2007 K.Baacke
Gepr.
Norm.
M.Prinzler
Aluminiumlegierung
Fuehrungsschiene
36
Ers.für: Ers.durch:
Masse 0,06 kg
Blatt
1
42 Bl.

2
R0,1
15
220
Zust. Änderung Datum Name
Allgemein-
Toleranzen
DIN ISO
2768-m
BTU Cottbus
Lehrstuhl VFA
Oberflächen
DIN ISO
1302
M10
Maßstab 1:2
Datum Name Aerosolgenerator
Bearb. 01.03.2007 K.Baacke
Gepr.
Norm.
M.Prinzler
Gewindestab M10 - St 37
Fuellstandsanzeiger
37
Ers.für: Ers.durch:
Masse 0,14 kg
Blatt
1
42 Bl.

150
M5
Zust. Änderung Datum Name
Allgemein-
Toleranzen
DIN ISO
2768-m
BTU Cottbus
Lehrstuhl VFA
Oberflächen
DIN ISO
1302
Maßstab 1:2
Gewindestab M5 - St 37
Datum Name Aerosolgenerator
Bearb. 01.03.2007 K.Baacke
Gepr.
Norm.
M.Prinzler
Gewindestab_Dispergierkopf
38
Ers.für: Ers.durch:
Masse0,02
kg
Blatt
1
42 Bl.

10
300
Zust. Änderung Datum Name
M30
Allgemein-
Toleranzen
DIN ISO
2768-m
BTU Cottbus
Lehrstuhl VFA
Oberflächen
DIN ISO
1302
Maßstab
1:2
Masse 1,67 kg
Datum Name Aerosolgenerator
Bearb. 01.03.2007 K.Baacke
Gepr.
Norm.
M.Prinzler
Gewindestange_Kolbenantrieb
11
Gewindestange M30 - 1,5 - St 37
39
Ers.für: Ers.durch:
Blatt
1
42 Bl.

150
5
15
62,5
20
145
4xR 2,5
10
Zust. Änderung Datum Name
7,5
Allgemein-
Toleranzen
DIN ISO
2768-m
1
142,5
BTU Cottbus
Lehrstuhl VFA
Oberflächen
DIN ISO
1302
Maßstab 1:2
Flaechendichtung
Masse
Datum Name Aerosolgenerator
Bearb. 01.03.2007 K.Baacke
Gepr.
Norm.
M.Prinzler
Flaechendichtung_Buerste
40
Ers.für: Ers.durch:
Blatt
1
42 Bl.

14
68
5
15
145
4xR 2,5
10
150
Zust. Änderung Datum Name
7,5
1
142,5
Allgemein-
Toleranzen
DIN ISO
2768-m
BTU Cottbus
Lehrstuhl VFA
Oberflächen
DIN ISO
1302
Maßstab
1:2
Flaechendichtung
Masse
Datum Name Aerosolgenerator
Bearb. 01.03.2007 K.Baacke
Gepr.
Norm.
M.Prinzler
Flaechendichtung_Duese
41
Ers.für: Ers.durch:
Blatt
1
42 Bl.

150
10
5
15
63,5
65,5
14
145
4xR 2,75
63
65
Zust. Änderung Datum Name
Allgemein-
Toleranzen
DIN ISO
2768-m
10
5
BTU Cottbus
Lehrstuhl VFA
20
7,5
Oberflächen
DIN ISO
1302
142,5
Maßstab 1:2
Datum Name Aerosolgenerator
Bearb. 01.03.2007 K.Baacke
Gepr.
Norm.
M.Prinzler
St 37
Schablone
42
Ers.für: Ers.durch:
Masse 0,53 kg
Blatt
1
42 Bl.