Dipl.-Ing. Klaus-Peter Schade, Dipl.-Ing. Heinz Kecke und Dr. Dieter Petrak (v.l.n.r.) vor Deutschlands größter Pilotanlage, mit der die Geschwindigkeit kleiner Tropfen bestimmt werden kann
(HJG) Wissenschaftler der TU Chemnitz-Zwickau haben ein neues Verfahren zur Messung der Geschwindigkeit von Gasen und Flüssigkeiten sowie der Größe von kleinen Festteilchen, wie etwa Staub, entwickelt. Diese spielen in Kraftwerkskühltürmen, bei Gaswäschern, in Abwässern und bei chemischen Prozessen eine große Rolle. Aus ihnen läßt sich ermitteln, ob die Grenzwerte des Umweltschutzes eingehalten werden. Darüber hinaus lassen sich mit der Methode aber auch Förderbänder oder Kunststoff- und Textilbahnen überwachen, und sogar die Geschwindigkeit solch großer "Teilchen" wie Autos läßt sich messen. Selbst eine medizinische Anwendung, etwa bei der Untersuchung von Blutkreisläufen, ist keine Zukunftsmusik.
Bisherige Verfahren maßen die Geschwindigkeit von Gasen zumeist mit einem Laser. Bei Flüssigkeiten war es üblich, sie durch die Umdrehungszahl eines eingetauchten Propellers zu bestimmen. Doch der Laser ist nur für verdünnte Lösungen geeignet, und der Propeller muß exakt ausgewuchtet sein und ständig neu kalibriert werden. Das neue Verfahren dagegen ist weniger kompliziert, und deshalb preiswerter, aber ebenso genau wie die bisherigen Methoden. Gleichzeitig ist die Meßapparatur kompakter und robuster und ermöglicht deshalb Messungen unabhängig von Druck, Temperatur und Verschmutzungen.
Geboren wurde das von Dr.-Ing. Dieter Petrak und seiner Arbeitsgruppe an der Fakultät für Maschinenbau und Verfahrenstechnik entwickelte Verfahren eigentlich aus der Not, und die macht bekanntlich erfinderisch. Die Anfänge der PVD-Methode (Particle Velocimeter Device, etwa: Gerät zur Bestimmung der Geschwindigkeit kleiner Teilchen) reichen nämlich bis in DDR-Zeiten zurück. Der devisenknappe Staat konnte sich die Einfuhr teurer westlicher Meßtechnik nicht leisten; viele Wissenschaftler waren gezwungen, zu improvisieren und sich ihre Geräte selbst zu bauen. Eine harte Schule, die sich jetzt auszahlt. Das Meßgerät der Chemnitzer Forscher besteht aus einer Meßsonde und der Auswerteelektronik. Ein Lichtstrahl aus einer kleinen Leuchtdiode trifft auf fünf bis acht nebeneinander liegenden Glasfasern. Fallen oder fließen durch diesen Lichtstrahl nun gelöste Teilchen, so schatten sie die Glasfasern je nach ihrer Geschwindigkeit und Größe kurzzeitig ab. Aus der Reihenfolge und Intensität der Abschattung berechnet die angeschlossene Elektronik dann Größe und Geschwindigkeit der Teilchen.
Die Sonde gibt es in zwei Variationen: für Gase und für Flüssigkeiten. Bei Vergleichsmessungen mit Laser-Sonden zeigte sich, daß die PVD-Sonden ebenso gute Meßwerte liefern. Der Meßbereich liegt dabei zwischen einem Zentimeter und etwa 30 Metern pro Sekunde. Wegen ihrer geringen Dimension - eine weitere Verkleinerung ist geplant - können die Sonden auch in kleinen und schwer zugänglichen Räumen eingesetzt werden. Die Gassonde wird bereits erfolgreich zur Optimierung von Düsen eingesetzt, wie sie in Gaswäschern und Sprühtrocknern vorkommen. Diese Untersuchungen finden in einer Pilotanlage auf dem Gelände der Chemnitzer Uni statt, die in ihrer Art einmalig in Deutschland ist. Die Anlage ist zehn Meter hoch und mißt drei Meter im Durchmesser. Sie stellt einen Ausschnitt aus einer prozeßtechnischen Anlage im Originalmaßstab dar. Pro Stunde können dort 100.000 Kubikmeter Luft mit einer Geschwindigkeit von fast vier Metern in der Sekunde hindurchgeführt werden. Durch bis zu sieben Düsen wird diese Luft mit Wasser besprüht. Größe und Geschwindigkei der Tropfen werden per PVD bestimmt.
Hierdurch wird es den Düsenherstellern - meist mittelständische Firmen, die sich keine eigenen Prüfstände leisten können - ermöglicht, ihre Fabrikate zu testen.
Die Meßsonden stießen auch auf der Hannover Messe auf großes Interesse. So möchte eine Firma, die am Bau des Magnetzuges Transrapid beteiligt ist, mit ihnen die Luftverwirbelungen neben der Strecke ermitteln. Gleich mehrere Unternehmen erkundigten sich nach den Möglichkeiten bei der Abwassermessung. Und sogar ein Biologe meldete sich am Stand: Er möchte mit den Sonden erforschen, ob und wie sich Frösche unter Wasser verständigen.