DE2133835A1

DE2133835A1 - Verfahren zum chemischen aufzeichnen von grenzflaechenstroemungen

Info

Publication number: DE2133835A1
Application number: DE2133835A
Authority: DE
Inventors: Richard Dr Doetzer; Winfried Plundrich
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-07-07
Filing date: 1971-07-07
Publication date: 1973-01-18
Also published as: GB1382298A; US3890835A; NL7207876A; SE377843B; FR2145311A5; JPS5517329B1; DE2133835B2; CH576636A5; AT318943B; DE2133835C3

Description

SISMSJTS AKTIENGESELLSCHAFT Erlangen, 6. Juli 197 ^ Berlin und München ^: .Werner-von-Siemens-Str.

VPA. 71/7533 Td/Dm

Verfahren zum chemischen Aufzeichnen von Grenzflächenströmungen - . - -

Bei Gehläsen werden in erster Linie Modelle angestreht, die hei einem Minimum aar Energieverbrauch ein Maximum an.Saugleistung "bzw. !Fördermenge "bringen. Der Geräuschpegel soll minimal sein.

Energieverbrauch, Saugleistung und Geräuschpegel eines Gebläses stehen zueinander in sehr engem Zusammenhang hzw. hängen unmittelbar voneinander ah; mehr Snergie liefert mehr Saugleistung, höhere Saugleistung führt allermeist sum Ansteigen des Geräuschpegels, d.h. letzten Endes kann das Ziel aller Bemühungen nur eine Optimierung des· Gebläses durch .konstruktive Maßnahmen sein.

Das Optimieren der Gebläsekonstruktion setzt jedoch genaue Kenntnisse von den Strömungsverhältnissen im Gebläse und in den Quellpunkten der Geräuscherzeugung voraus. Rechnerische Lösungen.sind zu schwierig und zu aufwendig, rein physikalische Bemühungen mit stroboskopisch-photographischer Erfassung der Bewegungsbahnen in den Luftstrom gestreuter leichter Kunststoffpartikel führten nicht zum Ziel.

Eine Analyse der Strömungsverhältnisse, insbesondere des Strömungsverlaufes, in Lauf- und Leitschaufelräder.n ist besonders für Staubsaugergebläse vichtig. Nach Möglichkeit soll eine solche Verfahrensweise hei den Originalgebläsen anwendbar sein und die gegebenen Strömungsverhältnisse unbeeinflußt und' reproduzierbar aufzeichnen lassen.

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BAD ORfQfNAt

" Es wurde nun gefunden, daß auf chemischem Wege eine Aufzeichnung der Grenzflächenströmungen möglich ist, wenn eine anodisch oxidierte Oberfläche, eine Eloxalschient, unverdichtet von einem mit reaktiven sauren oder basischen chemischen Agenzien vermischten Luftstrom angeströmt und die durch den Gasstrom unterschiedlich veränderte Eloxalschicht eingefärbt wird.

Die Eloxalschicht kann aus einer anodisch oxidierten Oberfläche eines Aluminiumteiles bestehen. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beruht fc auf der Verwendung einer selbstklebenden Eloxalaluminiumfolie. In vielen Fällen kann es sich als besonders günstig erweisen, die Eloxalschicht einzufärben.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere geeignet zur Aufzeichnung von stationären Strömungsverhältnissen in Gebläsen. Es gestattet die gegebenen Strömungsverhältnisse (Strömungsprofile), auf den von der Luftströmung berührten Flächenteilen des Lauf- und Leitschaufelradesunmittelbar und unverändert und reproduzierbar aufzuzeichnen. Die Luftströmung schreibt sich gewissermaßen selbst in die angrenzenden Oberflächenbereiche der Gebläseteile ein.

^ Durch Verwendung einer Eloxalaluminiumfolie wird das erfindungs gemäße Verfahren praktisch von der Art des Werkstoffes des Bauteiles unabhängig. Prinzipiell ist jede Aluminiumfolie geeignet sowohl ein- oder beidseitig eloxierte, ungefärbte oder mit einem geeigneten Aluminiumfarbstoff eingefärbte. Sie werden auf die strömungstechnisch interessierenden Oberflächenteile des Bauteiles oder Gerätes aufgeklebt und die Grenzflächenströmungsprofile nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgezeichnet. Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders vorteilhaft sind im Handel erhältliche Imprägnierpapier-kaschierte, selbstklebende Aluminiumfolien in Bogen- oder Meterware. Sie werden entsprechend'der zu Chemigraphierenden Oborflächenteile des Prüfobjektes zugeschnitten und mit der Klebeseite auf der Objektoberfläche

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fixiert. Haeh dem erfindungsgemäßen Chemigraphieren kann die Selbstklebefolie, in deren 31cxalfarbschicht die Strömungsprofile eingeschrieben sind, wieder von der Qbjektoberflache abgezogen werden und z.B. auf Karton aufgeklebt, für Vergleichszwecke und sur Dokumentation"aufbewahrt werden.

Besondere Vorteile dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform liegen z.B. darin, daß die Selbstklebe-Eloxalfarbsehicht-Aluminiumfolie unabhängig vom Grundmaterial des zu chemi- ; graphierenden Bauteiles oder Gerätes anwendbar ist. ferner macht die- Selbstklebeeloxalfarbschicht-Aluminiumfolie unabhängig von Eloxier- und Einfärbeeinrichtungen und sie kann an jedem beliebigen Ort angewandt werden. Die Grenzflächenströmungen an bestimmten Häciienteilen von Bauteilen oder Geräten können mit Selbstklebe-Sloxalfarbschicht-Aluminiumfolie beliebig oft unter verschiedenen Ströxaungsbedingungen chemi- ~ ■. graphiert und durch Eebeneinanderse-tzen der Chemigraphien auf den Selbstklebe-Eloxalfarbsckicht-Alusiniumfolien-Teilen visuell sehr gut verglicher, und hinsichtlich aufgetretener Veränderungen ausgewertet werden. "

Es können insbesondere richtebene, konvex- oder konkavsylindrische oder noch ariders geformte Plächenteile mit der Selbst- ' ~i klebe-Eloxalfarbschiclit-Aluniir-itimfolie beklebt und die Chemigraphie rten Polierteile zu TergLeicI-.ss^-ecken auf ebenen Xartons nebeneinander aufgeklebt werden. Auch bietet die Selbst-

klebe-Sioxalfarbschiclat-Aluniniumfolie die Möglichkeit aufgrund verschiedener -Aluminiu".färbstoffe und Chemigraphieagenzien interessierende Oberf^-S-crierLcereiche unter -nä:nlichen Strömungsbedingungen z^iy unterschiedlich ?:asch oder scharf aufzeichnenden Chemigraphiemethoden zu untersuchen und so

' Si

mehr Information über das Strömungsgeschehen au gewinnen.

TJm die unverdienteren und somit echnutzeapfindlichen Eloxalfarbschichten vor Verunreinigungen unc. störenden Einflüssen zu

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BAD GBJGB4M.

schützen, kann es zwe ckriäSig seir., sie durch, eine leichtent-' fernbare Schutzfolie abzudecken. Dies ist "besonders dann zu empfehlen, Wenn die selbstklebende Sioxalfarbschichtfolle" längere Eei't lagerfähig gehalten werden soll. Bei Bogen und Meterware genügt dazu auch schon das Zwischenlegen einer inerten folie, etwa einer dünnen Polyäthylenfolie.

Als chemisches Agenz können Salpetersäuredämpfe dem Luftstrom zugesetzt werden und es kann S Minuten (erforderlichenfalls auch langer) Chemigraphie rt- werden. Das Chemigraphiebild zeigt dann sofort die in der Abbildung wiedergegebene Kontrastierung und ist sehr haltbar.

Mit Vorteil kann auch Ozon als chemisches Agenz dem luftstrom zugesetzt werden. Da fast alle Aluminiumfarbstoffe durch .Ozon • oxidativ abgebaut» d.h. zerstört und damit entfärbt werden, lassen sich mit einen ozonhaltigen Luftstrom in wenigen Minuten vollwertige. Chemigraphien erhalten, Sei etwas höheren 0,»-Konzentrationen reichen Bruchteile von Minuten au§. Während bei der Sloxalrotschieht-Chemigraphie die γόη der Strömung erfaßten Oberflächenbereiche in einem kräftigeren.Farbton erscheinen, zeichnet der .ozonhaltige Luftstrom den Strömungsverlauf aufgehellt.bis farblos in den eingefärbten Eloxalschichtfc untergrund. Die Seproduzierbarkeit dieser Chemigraphien ist sehr gut, weil die Ozonmenge über die exakt einzustellenden Regelgrößen der Ozon-G-eneratoren genau festgelegt und dosiert werden kann. . . . .

Wahrend sich in -manchen Pällen eine eloxierte, unverdichtete und nicht eingefärbte Oberfläche eines G-ebläsebauteiles als günstig erwiesen hat, war es in anderen Pällen von besonderem Vorteil, die ¹Elopalschicht einzufärben und gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren von einem mit reaktiven sauren oder . basischen chemischen Agenzien vermischten Luftstrom anzuströmen.

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Durch das chemische Agenz wird nicht nur der Aluminium!" arbstoff verändert, sondern auch die'Eloxalschicht spezifisch beeinflußt. ' "

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann einige Minuten mit Salpotersäuredäwpfen (oder mit HCl-ITe"bein) chenigraphiert werden. Dann können die Teile zu einer Art Reifung der chemigraphierten Schicht etwa 8 Stunden "bei Raumtemperatur belassen.und anschließend für 10 Hin. in das Färbebad gebracht werden. ITach dem Waschen mit Wasser sind die Chemigraohien fertig. Die von der Luftströmung nicht erfaßten, also auch nicht cheiii graphiert en Oberflächeiibereiche haben, Farbstoff aufgenommen uni^iunterseheiden sich dadurch deutlich von den farblosen Chemigraphierten G-renzflächenströmurigsbereicheii.

Bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verändern sich Eloxalschicht und der gegebenenfalls vorhandene farbstoff charakteristisch und umso stärker, je höher die örtliche Konzentration des Agenz ist. Da die örtliche Konzentration des Agenz mit der Luftverdichtung im Strömungsprofil konform geht, zeichnet das chemische Agenz den Strömimgaverlauf der Grenzflächenströmung sehr genau gleichsam in "molekularer" Schärfe in "die,Eloxalschicht ein. Ein solcher Vorgang kann als -"Verfahren zur Chemigraphie von Strömungsprofilen bzw. Grenzflächenströmungen" bezeichnet werden. Ss wird hier von "Chemigraphieren" gesprochen und die erzielten Aufzeichnungen werden als "Chemigraphien" bezeichnet.

Veil die sehr kontrastreichen Chemigraphien farbig, ja sogar mehrfarbig erhalten werden können, bezeichnet man sie exakt als "Eloxalfarbschicht-Chemigraphien".

Die nach dom erfindungsgeinäßen Verfahren erhaltenen Original-Chemigraphien der Strömmigcpro-file können auch auf farbphoto» graphischer, "./oge in Farbe oder schwarz-weiß festgehalten werden. Für Vergleichsζwecke können die Photographien durch Photometric? ren quantitativ ausgewertet werden.

l/kl·

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Die Einfärbung der Aluminiums chicht kann vorzugsweise mit -" " zwei oder mehreren Aluniriiumfarbstoff en durcmeführt werden. Hierdurch, wird die Kontrastwirkung . bei-Chemigraphieren erhöht.

Nahezu die ganze Palette der industriell für das Einfärben von Eloxalschienten angebotenen sogenannten Aluminiumfarben kann für die chemigraphische Aufzeichnung von G-renzflächenströmungen eingesetzt werden.

Die in der Eloxalschicht vorhandenen Mikronäpf chen werden zunächst teilweise mit dem einen, dann teilweise mit den anderen Farbstoffen angefüllt. Sie können zuerst beispielsweise mit blauem Farbstoff und dann darüber mit gelbem Farbstoff gefüllt werden. Als Jarbwirkung resultiert grün. Beim Chemigra-' phieren wird je nach strömungsbedingter Konzentration des chemischen Agenz partiell der gelbe und an anderen Stellen werden alle Farbstoffe verändert bzw. abgebaut, d.h. ein grün-blau-farbloses differenziertes Strömungsbild erhalten.

Die Ohe mi graphi er-Empfindlichkeit der El oxalfarb schicht kann durch teilweises Verdichten der Ivlikronäpf chen herabgesetzt werden. Zum kochfesten Einschließen des Farbstoffes in die Eloxalschicht kann 30 Min. bis 1 Stunde in siedendem Wasser verdichtet (gesealt) werden. . ■ _

Auch Eloxalrotschicht-Chemigraphien erwiesen sich aufgrund ihrer Farbkontrastierungen, die durch Einfärben der Eloxalschicht mit einem roten Farbstoff, Verdichten und Anströmen mit salpetersäurehaltigen Dämpfen erhalten werden können, als hervorragend.

■Geeignete rate Farbstoffe sind z.3. folgende: Aluminium - Echt Hot B 3 LW,

» - Tiefrot L^, ■" - ' ' -

" -Rubin 3 LLW,
" ■ - Sot HLW, " ■■■■-..-■.

" - ■ - Hot Gl/.t,

83703551

- 7 - 7?A 71/75?:: '

Aluminium - Echt Gold,

tf	- Blau LiW,
H	- Grün GLW,
H	- Bch-t Bronze L,
M	- Kupfer 2 ISiW₁
It	- Orange-GL,
if	- Goldgelb GLW,
tf	- Echt Blau G,
If	- Violett BLLW
it	.- Türkis PLVf,
it	- Rotbraun 3LL7/

Beim Chemigraphie-Agens Ozon sind besonders geeignet Indigo und !Derivate und auch Hedox-Indlkatorfarbstoffe wie z.B. Methylenblau, Kongorot, Soluylenblau, Shianin, Safranin T, Eeutralrot. Schließlich haben sich auch farbstoffe, die sich an Luft oxidativ verändern, gut bewährt.

Liegen keine Aluminiumteile vor, se können, wie bereits oben angeführt, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf die Oberfläche des betreffenden Gerätes oder Pormstückes mit Sloxalfarbsehlcht überzogene Alumniumfolien oder -bleche geklebt werden. In manchen fällen kann auch galvanisch aluminiert oder veralumint und anschlieSend eloxiert "werden. So können z.B. Läufer oder Gebläse aus Messing bzw. Stahlblech galvanisch aluminiert, eloxiert und dann nach dem erfindungsgemaBen Verfahren eingefärbt und chenigraphiert werden.

Eine weitere besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, d",ß die nach den erfindungsgemäSen Verfahren unterschiedlich veränderte Eloxalschient chemisch nachbehandelt wird. !Dieser Torgar.g wird ir?. ?alle der Eloxalfarbschicvt-Chemigraphie als "Ätrkontrastierung" bezeichnet. Es wird hierdurch eine Heäuzierung der Expcsitlonszeit erreicht (auf 3 bis 5 jEir-uten) und ein noch kontrastreicheres Chemigraphiebild erhalten, v^rle ί.αε c,ie Tiguren 3 bis 5 zeigen.

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Sowohl die Strömungsprofile auf der G-rundplatte (-3¹Ig. 3) als- ■ auch, jene auf der Innenseite der Deckplatte" (Fig¹. £) sind ausgezeichnet zu" seiieii. Joch ehe die Chemigraphiereaktion zwischen chemischem Agenz und Eloxalfarbschicht optisch in einer Farbdifferensierung sichtbar wird, hat das chemische Agens die .-Eloxalschicht- und Farbstoff struktur so verändert, c.s.3· sich die chemigraphierten Oberflächenbereiche erheblich resistenter verhalten als die nicht oder schwächer chemigraphierten Bereiche.

Die chemische Nachbehandlung kann eine kurzzeitige A'tzung" sein, ■ die sowohl 'mit Säuren als auch mit Laugen vorgenommen- werden kann. Sie wirkt sich dahingehend aus ,- daß der Farbstoff 'örtlich umso leichter und rascher herausgelöst werden· kannV"''ie', wehiger die Eloxalfarb s chi cht chemigraphiert-, d.h. in'iiffer?. Zustand verändert worden ist.-Für den Ätz vor gang genügen -5? a.uchze it en zwischen 5 und 30; see, wobei erst bei Sauchzeiten von über 5 Minuten ein weitergehender Abbau des Chemigraphiebildes einsetzt. Bei Verwendung von Natronlauge genügen T.auchzeiten von unter 5 see. Beispielsweise hat sich bei 20^-i.ger natronlauge eine Tauchzeit von 3 see als geeignet erwiesen. "Jnmittelbar an den Ätz Vorgang anschließend, wird-reichlich mit Wasser gespült und schließlich zwischen Filtierpapier getrocknet.

Für die Ätzkontrastierüng können praktisch alle Aluminiumfarbstoffe verwendet werden,- wenngleich sich die kräftig eingefärbten,Grundfarben Rot, Gelb und Elau (und als Mischfarbe das Grün) am besten eignen, weil sie scharfe Konturen, und klare Kontraste geben« . ■

Als Ätzmedien haben sich außer den rasch wirkenden Alkalilaugen besonders gut kons. Ammoniakwasser und vor allem Salpetersäure und Schwefelsäure mit den obengenannten. !Tauch-, zeiten bewährt. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, mit der gleichen Säure zu chemigraphieren und zu ätskontrastieren. Vorzugsweise -wird mit Salpetersäuredämpfen chemigraphiert und dann diese Saure auch für die Ätzkontrastierüng eingesetzt. Sie eignet sich als 63/i-ige Säure besonders gut und liefert

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zwischen den eiiemigrapMerten §3,Q3?a,Ifarb= und den farblesen. nicht Qhemigraphierten Oberfläche, nt es ilen, - -

-die Alfeslilaugeft· a^s cheiBi schell ©runden die §ehiehts,trujr|ur angreifen, ist das "bei den s.auren Ä

ttelfear dei? fa,lX* |ie. löseq. jedoeli deii Aluminium-^ off sekr' ra.peli aus den e&emigraphierten §Ghieht"bereieke2i" iyid verändeEii die
©ffensiGirblieli ^icii-fe. Ss koiiiien so die "bei der riing vom, ParbatQff lagfreites. SlGxalsehiGh.ii'bereiolie nooli mal eingefärbt werden.. ZwöeliEiäßigerweise wird ein zum zuerst ajagewaüdten. Parbstoff ■ lcQntrastieren.der Aluiaiiiiuiaiarbstaff verwendetj se ζ.3.

1. Sinfär"bu2Xg 2, Si^ifärTguag

Rot Blau -

Gelb ■ Slau

Rot ■ - Sokwarz

Gelb - Soiawarz

Blau . Gelb,

Die eh.emigrapMerteil imoxalfarbschieMbereiohe der ersten Sinfärbung 7/erien bei der zweiten Sinfärbung niont verändert, Ijediglioii in den partiell chemigrapiiierten Randisonen der Strömung werden, sie anteili'g ein.sefi.rbt. Diese Farb^Gn rung der Giiesiigrapni© stellt eine weitere Terfeinerung Slie kann zusq,tzlione Infarmationen über den StrcJpiungsverlauf in den Randzonen liefern.

Zur Durohführung d,es erfiR-dungsgemälBen Verfalirens 3.i,p.ut_ dit nach üblichen Verfahren durch anodische Oxidation der Ober« fläche hergestellten Eloxalschichten geeignet, Das bekannte Gleichstrom-Sehwefelsäure^-Terfahren (GS^Terfahren)- ist das

an weitesten verbreitete technisch.allgemein genützte und preiswerteste Verfahren zur anodischen Oxidation von Aluminium und AluminiuHlegierungen, Die damit erzeugten Sloxalschichten

ciie: Pe.instruktur« Bie niQhtleitfä.h±ge;n sehr festen und: gegen, die Atmosphärilien besondere OberfläobMii- können gut eingefarbt werden.. Beim mit handeisgängigen Alurainiunifarbstoffea,. Beispiels.-"-, weise den von der Firma: Sandos Basel in den Handel gebrächten, gelangen die. Farbstoffmolekuie (meist organische Azofarbstoffe) in di© hie.nenwabenähnliefceri. Mikronäpfchen von einigön 100 £ Buronmegser πζιιϊ etwa 10 ixu Höhe=.'" Der Parbstcff befindet sieh also nieiit; a,uf der Oberfläche_f sondern in der EloxaXaahicht ytnd ka,?m deshalb auch bei noqh so hohen Strömungsgeschwijadig-Iteiten night weggetragen werden, Gleichzeitig bietet dia ElQxalQberfläehe eine sehr homogene, wenn ©rforderliGli, sogar polierfähige Qberflache,. die die strömenden Medien nicht behindert» Sie ist auch thermisch stabil,..

Bis Chemigraphie kann praktisch unbegrenzt haltbar geinacht we/rden durch Terdichten nach dem Chemigraphieren. Dies kamt beispielsweise durch 30 liin. langes Yerdichten'in siedendem Wasser oder in einem handelsüblichen Sealsalsbad erfolgen.

Beispiele der Erfindung zeigen die Figuren.

Fig. 1- zeigt die Chemigraphie der Grenzflächenströmungett: eines Hadial'-Iiaufrades mit geraden, zentrisch bzw. radial angeordneten Schaufeln.

Fig, 2 zeigt die Chemigraphien ein-33 sogen, !tauf ra,des mit giehelfQr™ig gekriurjnten". Schaufeln..

Figuren aeigen jeweils die Innenfläche der uiitereri Kreia scheibe (= ^!"undplatte) des !.Laufrades des; zweistufigen und lassen die Auf lagekanten der abgeriosimei2.en

gut erkennen. .Beide Laufräder drehten aieii vä"avevA des Chemigraphierens i:a Uhr seiger sinn bei einei Laufge digkett des Gebläses von 12000 U/'ruiix. Sie sind hierbei strömungsoharakteristiscii verfärbt worden, '

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Die in der Kopie dunkel erscheinenden Plächenteile geben den Verlauf der Luftströmung deutlich wieder, die hellen Flächenteile sind TJnterdruckgebiete, die von der Luftströmung kaum berührt werden. Aus den St röniungs-⁵'schatten" der drei mittleren Befestigungsstege (im Experiment werden die "beiden Kreisscheiben des Laufrades durch sechs Schraubstege zusammengehalten, um ein Zerschneiden der' Schaufeln - die auch Chemigraphiert werden - ersparen zu können) lä.3t. sich in Pig. 1 die Hauptströmungsrichtung besonders gut ersehen. Ein Vergleich der beiden Chemigraphien offenbart klare prinzipielle Unterschiede im Verlauf der Grenzflächenströmungen.

Die Piguren 3., 4 und 5 seigen mittels Natronlauge ätzkontrastier- \ te Sloxalrotschicht-Chemigraphien des ersten.Laufrades des Gebläses, aufgenommen bei 30$-iger Leistung des Gebläsemotors. Pig. 3 zeigt die Grundplatte und Pig. 4 die Deckplatte. In Pig. 5 ist die Konkavseite der sichelförmig gekrümmten Schaufel dargestellt. Da3 Chemigraphieren der Schaufelradflächen gelang nach dem erfindungsgenäSen Verfahren einwandfrei und stellt einen besonderen Portschritt des erfindungsgemäSen Verfahrens dar.

Me Pig. 6 bis 11 zeigen Chemigraphien der Grensflächenströaiungen von verschiedenen Strcmungskö'rpern auf den Sloxalfarbschicht-G rund plät t chen.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zum \ Sichtbarmachen von Grensxlächonströmungen bewegter Siedien, insbesondere von Luft, Gasen und Dämpfen hoher Strömungsgeschwindigkeiten, wie sie "beispielsweise in Gebläseteilen auftreten. Ss wird mit Vorteil 'zum Aufzeichnen vor. 3trömungsprofilen in Staubsaugergebläseläufem,- --Statoren und -gehäiisen bei DrehströEungsentstaubex-n, Gegenstrahlmühlen - und 2rennzyklonen verwendet. Das als "Chemigraphieren von Grenzflachenströmungen" benannte Verfahren liefert sehr dauerhafte kontr&st-r reiche Strömungsbilder (.Chemigraphien). Ss kann bei entsprechender Vorbehandluüj¹; der Oberflächen auch be". n^.cht^: aus Aluminiumwerkstoffen bestehenden Bauteilen a.n^8wendet werden. ■

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Durch Auswertung der Chemigraphien der angrenzenden Oberflächenteile des Strömungsräumes lassen sich aufschlußreiche Einblicke -in das räumliche S tr ömungs geschehe η gev/innen.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher.erläutert.

Beispiel 1" ' -

Ein T mm dickes Raffinalblech, das nach dem G-S-Verfahr en ca. 10 μΐη stark eloxiert war, wurde 10 Min. bei Raumtemperatur im Färbebad "mit Al-Echt-Rot B 3 LW von der Firma Sandoz AG-/Basel-5 g/l- eingefärbt. Aus einer re'chts angesetzten Düse von 2 mm Durchmesser wurde die Eloxalfarbschicht von einem Luftstrom von 500 l/h bei einem Neigungswinkel von 5 angeströmt. Der Luftstrom "enthielt als chemisches -Agenz die"von ihm aus dem Grasraum über 65$-iger Salpetersäure bei Raumtemperatur mitge-, führten Dämpfe. Die Chemigraphierzeit betrug 75 see (= ca. 50 mg MO₇). Man erhielt das in -Fig. 12 gezeigte G-renzflächenströmungsbild_f das den kräftig Chemigraphierten Innenkegel und ä.en farblich differenzierten breiten Außenkegel zeigt. Obwohl die Chemigraphie nicht verdichtet wurde, ist sie sehr haltbar. ' ·

Beispiel 2 . ■

Gemäß den Ausführungen in Beispiel 1 wurde eine Eloxal-Rotschicht-Chemigraphie hergestellt unter Verwendung und Einsatz von -

Objekt P-Rad des VS2.6-Staubsaugergebläses

Material: Aluminiumblech aus Al-Legierung

Vorbehandlung:- Entfettet in 2RIIiORAi"Al" , 30 min GS-Eloxierung;

Einfärbung: ." 5 g/l'Al-Eent-Rot B3LW; 10 min bei RT;

Chem. Agenz: 65 feige ESQ ,-Dämpfe bei RT (ca. 20 mg HKO-,/min)

Sxpositionszeit; S min bei Saugleistung von 32 l/s.Luft' ^J

Die erhaltene Eloxal-Rotschicht-Chemigraphie entspricht der der Figuren 1 und 2.-

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Wenn nmr 3-5 min Chemigraphiert wird, kann durch 3 min Wärmebehandlung bei 10O⁰C im Trockenschrank ebenfalls eine kontrast reiche-Chemigraphie erzeugt werden, ebenso durch die bereits ■vorne beschriebene Ä'tzkontrastierung.

den Ausführungen in Beispiel 1 ur,d unter Verwendung von Objekt, Material und Vorbehandlung von Beispiel 1 wurde eine Sloxal-Blauschicht-Gheinigraphie hergestellt mit;

Sisfärbungi 3,5 g/l Al~31au~LLW; 10 min bei RT;

Chem.Agenzj Oaon, ca. 30 ml O^-Gas auf 1920 1 Luft/min;

ExpoaitionBzeit; 1 min bei Saugleistung von' 32 i/o luft;

Ergetmis; sofort Chemigraphie blau-farblos kontrastiert.

Beispiel 4

Gemäß den Ausführungen in Beispiel 1 und unter Verwendung von Objekt, Material und gemäS der Vorbehandlung von Beispiel 1 wurde eine Sloxal-Gelbschicht-Chemigraphie hergestellt und ätskontrastiertί

5infärbur.g: 10 g/l Al-G-elb; 5 min bei Ri; CkeR-Agenzi Salpetersäuredämpfe von 65 foigev HIiO-, bei R2,

ca. 20 mg HXO.,/min]

Expositionszeitj 5 min bei Saugleistung von 18,5 l/s Luft; Ätzraediuras 65 $ige HHO,
Ätz2eiti 5 s, dann reichlich Spülen, rait Wasser; s: . sofort Chemigraphie gelb-farblos kontrastiert.

ο*; zu J3-3ispiel 4- vrarde eine Slcxal-'i-rünschioht-Chemigraphie FarbKontraatierune hergestellt unter Verwendung und Bin-ν0:1:

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^ßAD omm' M

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* 3j5 g/l Al—31 au—XrLΎ, —*? min bei 3.1Ii - ' 10 g/l Al-Gold , 2,5 min bei ES; Chem.Agens: Salpetersäuredämpfe von 65 $iger ΕΙ3Ό, bei SS,

ca. 20 mg ΞΪΟ,/minj

Expositionszeit}5 min bei Saugleistung-von 18,5 "l/s Luft; Ätzmediuin: 65 $ige HlTO₇

■Ätzzeit: IQ s, dann reichlich Spülen mit Wasser; Einfärbung: 10 g/l Al-Schwarz-MLW; 5 min bei RX; Ergebnis: Chemigraphie mit kräftigem Grün-Schwarz-Kontrast.

Beispiel 6 . " " . -

Eine Eloxal-Sotschicht-Chemigraphie gemäß den ?ig. 6-3 wurde erhalten unter Verwendung von

Objekt: ModellrStrömungskörper (Sropfen, Zylinder, ■ Schale) zwischen Blechflächen im-Strömungskanal. Bei gleichem Querschnitt (10 χ 10 mm) zeigen die Strömungskörper infolge unterschiedlicher Formgebung verschieden große Strömungswiderstände, die cheinigraphisch über die Breite der .Staudruckzone sichtbar gemacht werden können, -

Material: Al-Werkstoff bei den Strömungskörpern,. Haifinal bei den Blechstücken;

Vorbehandlung: SRIJSOEM "Al"-Entfettung; chemisch geglänzt;

30 min GS-Eloxierung; ■ Einfärbung: 5 g/l Al-Echt-Sot 33LTf; 7 min bei ES;

Chem.Agens: Salpetersäuredämpfe aus 65 ^iger HITO,, ca. 50 mg/min;

Expositions zeit: 2 min bei Saugleistung von 7 l/s Luft;

Ivlan erhielt eine- Chemigraphie der Grenzflächenströmungen Ergebnis: Chemigraphie der'Grenzflächenströmungen auf den StrömuT-gskcrperobe rf lachen und auf den angrenzenden Oberflächen der.31echflachen.

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Beispiel 7

Sine Eloxal -Rot s chi cht-Chemigraphie ent sprechend der. ?ig. 9-1T wurde erhalten mit· Material, Vorbehandlung, Sirfärbung, chemischem Agens lind Expositionszeit gemäS Beispiel 6. Als Objekte dienten Tragflächenprofil, Dreieckskeil und asymmetrisches Winkelstück als Modell-Formstücke zwischen BIechflachen im Strömungskanal,

Man erhielt Dunkelrot-kontrastierte G-renzfläehenströmungs-Chemigraphien auf Formstück- und Blechoberflächen, die den asrodynamischen Erwartungen entsprechen.

Beispiel 8

Sine Eloxalrotschicht-Chemigraphie mit Ätzkontrastierung wurde hergestellt unter Verwendung und Sinsatz von:

Objekt: ?-Räder des VS 26-G-ebläses; Material; Stahlblech bzw. Messing

Vorbehandlung; galvanisch aluminiert (ca. 25 μκ Al) und eloxiert (ca. 8 μΐη Eloxalschicht)

Einfärbung; 5 g/l Al-Echt-Rot S31W; 8 min bei RS; Chem.Agens: Salpetersäuredämpfe aus 65 $iger KITO,;

ca. 20 mg H^O^/min;

Expositions zeit; 3 min bei Saugleistung von 32 l/s Luft; Ätzmedium: 65 $ige Η3!Ό,

Ätzzeitί 10 s, dann reichlich Spülen mit Y/asser.

Man erhielt eine Chemigraphie im Hot-?arblos-Kontrast wie beiden ganz aus Aluminiumblech gefertigten ?-Hädern, d.h. das eloxierte und eingefärbte 3-al vane -Aluminium entspricht einer vollwertigen Sioxalfarbschicht und liefert dementsprechend auch vollwertige Chemigraphien.

Beispiel 9 .

Sine farblos-blau kontrastierte Chemigraphie wurde hergestellt unter Verwendung und 3insats von

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Objekt: P-Had des ?S-26 Staubsaugergebläses

Material: ■ Aluminiumblech, aus Aluminiumlegierung

- Vorbehandlung: . Entfettung in !THIITORM "Al" j ■ -

^: JO min G-S-Eloxierung

Chem.Agenz: Salpetersäuredämpfe aus 65 folgen HUO_x

bei Raumtemperatur. ca. 20 mg ΗΗΌ,/min

Expositionszeit:■_ 5 min bei einer Säugleistung von

- 32 l/s luft ' · ■'.■■.

Reifungszeit: etwa 8 Stunden bei Raumtemperatur

Einfärbungi . 8 g/l Blau LLW; 10 min bei Raumtemperatur

Ergebnis:. · farblos-blau Chemigraphie; konturenscharf

Beispiel 10 ' ' ,

Analog zu den Ausführungen in den Torangegangenen Beispielen wurde ein Staubsaugergebläse eloxiert und'Chemigraphiert. Bei dem Staubsäugergebläse handelt es sich um ein sogenanntes zweistufiges G-ebläse. Zwei auf einer Achse hintereinander sitzende, von einem feststehenden Iieitschaufelrad getrennte Laufräder werden von einem Elektromotor angetrieben. Die im 1.Laufrad zentral einfallende Luft wird radial nach außen ■ beschleunigt, am Gehäuse umgelenkt und durch das Leitschaufelrad nach innenj dem 2,Laufrad zugeleitet, das die Luft erneut radial nach außen beschleunigt. Die beiden Laufräder sind formgleieh und bestehen aus jeweils zwei Kreisscheiben, die durch sechs sichelförmig gekrümmte, radial und symmetrisch angeordnete' Stege, die sogen.Laufradschaufeln, fest verbunden sind* Bei einem Kreisscheibendurchmesser von 130 mm sind die.' Laufradeschaufein 8 mm hoch und mit entsprechenden-Ansätzen, förmstabil mit den Kreisscheiben vernietet. Das mit 1.50 mm Durchmesser etwas größere Leitschaufelrad sieht ähnlich aus, .besteht ebenfalls aus zwei in der Mitte durchlochten Kreis-

Scheiben, die durch acht 8 mm hohe Leitschaufeln in gleicher Weise miteinander fest verbunden sind. Die Leitschaufel·^ sind gerade Stege-, symmetrisch, jedoch nicht zentrisch um

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die Öffnungen in der Mitte angeordnet. Die Laufräder werden mittels einer Sariermutter auf der Achse des Elektromotors fixiert und können "bis 20,000 ^Tj/:ain erreichen. Gebläseteile

und Elektromotor werden von einem Gebläse samt Gehäusekappe umschlossen und stellen dann das Staubsaugergebläse dar.

Laufräder und Leitschaufelrad sind aus Aluminiumblech gefertigt. Die erhaltenen Chemigraphien'geben Aufschluß über das Gebläseteilen, über den Einfluß von Schaufelform, innerem und äußerem Anstellwinkel der Schaufeln» Form der Einströmöffnung und letzten "Endes über die Strömungsverteilung und Geräuscherzeugung in den Strömungsräumen zwischen den Schaufel- und Scheibenfläohen. Sie ermöglichen dadurch eine Optimierung der Gebläseparameter und eine Verbesserung des Gebläsewirkungsgrades ohne Erhöhung des Lärmpegels.

Beispiel 11

Ein 500x700 mm großer Bogen Aluminiumfolie der Ja. JAOKSOJÄDT u. Co/Wuppertal-E, ca. 50 μι»-Aluminium einseitig mit Kleber und abziehbarem Imprägnierpapier kaschiert, Aluminiumoberfläche glänzend (WI-GAl 52125) oder matt (WI-52124) wird mittels Di'chiοrmethan von dem fertigungstechnisch aufgebrachten dünnen Schutzlaokfilm befreit. Zur Entfernung letzter Lackreste wird die kaschierte Aluminiumfolie kurzzeitig in

verdünnte Natronlauge (10-20 jS-ig) getaucht und anschließend in Wasser kräftig gespült. Eventuell erforderliches Entfetten wird durch 10-20 see langes Tauchen in IHINORM"Al" (Pa.Schering) vorgenommen. ·

Sodann w±d die einseitig kaschierte Aluminiumfolie im bekannten Gleichstrom-Schwefelsäure-GS-Eloxierbad bei 18⁰O mit 1,5 A/dm² Stromdichte-unter 16 T Spannung 30 min lang anodiaoh oxidiert und eine Eloxalschicht von 10*12 μη Dicke erzeugt. Anschließend wird die. nunmehr, eloxalschichtbedeqkte Aluminiumfolie 5-10 min mit !fasser gut gewaschen unß bei■Raumtemperatur

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im Farbbad Aluminium-Echt-Rot -B3EW (Pa. SAEDOZ AG/Basel) bei 5 g/l-Farbstoffkonzentration TO min lang rot eingefärbt. Uach kurzem Spülen in de_stilliertem Wasser preßt man die Eloxalrotschient-Aluminiumfolie zwischen Filtrierpapier ab und läßt sie bei Raumtemperatur an reiner Luft trocknen. Die unverdichtete selbstklebende Eloxalrotschicht-Aluminiumfolie ist nunmehr für das Chemigraphieren von Grenzflächenströmungen einsetzbar.

Die Innenwandung eines 30 cm langen, 10 cm in der lichten Weite messenden Glasrohres wird mit der selbstklebenden Eloxalrotschicht-Aluminiumfolie überzogen, nachdem vorher die berechnete Rechteckfläche aus dem 500x700 mm großen Bogen ausgeschnitten und die Imprägnierpapierfolie abgezogen worden war. ITm die Eloxalrotschicht beim Handhaben nicht zu verunreinigen, empfiehlt es sich, mit sauberen Schutzhandschuhen zu arbeiten. Um das Strömungsgeschehen im zylindrischen Rohr durch Chemigraphieren der Grenzflächenströmung sichtbar zu machen, das sich beim wandparallelen Eintreten eines Euftstrahles aus einer Ausströmöffnung von 2 mm Durchmesser, die gegen die Rohrachse 45° geneigt ist, einstellt, werden dem Luftstrom von 500 i/h Uennvolumen Salpetersäuredämpfe beigemischt, die beim Überleiten eines üeilluftstromes aus dem Gas raum über 65$iger HNO^ mitgenommen werden (ca. 50 mg HüFO, werden pro Minute dem Luftstrahl zugeführt). Bereits nach einer Expo sit ions zeit von 75 see (Strahlzeit des ΗΕΌ-,-Dämpfe .enthaltenden Luftstromes) hat sich das entsprechende Grenzflächenströmungsprofil in die aufgeklebte Eloxalrotschicht-Aluminiumfolie eingezeichnet. Es kann nach dem erfindungsge- Toäßen Verfahren deutlich und dauerhaft sichtbar gemacht werden. Hierzu kann die selbstklebende chemigraphierte Aluminiumfolie, von der Wandung des Glasrohres abgezogen weräenl· die Klebeschicht erneut mit der Irmprägnierpäpierfolie. abgedeckt werden und z.. B» die" Itzkohtrastierung des: Chemigraphie bildes folgen. Das .schließlich verdiehte/te Chemigräphiebild wird nun auf einen Karton aufgeklebt und -steht i3ur. Auswertung und zum

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Vergleich dauerhaft zur Verfügung.

Die Glas r ohr innenwandung wird erneut¹ ait einer SeIt)Stklefeendeu Eloxalrotschicht-Aluminiumfolie gleicher HerstelluiigsTsedingungen bedeclct.. Es können weitere OheaigrapiLien unter veränderten Strömungsbedingungen aufgenommen werden.

13 Patentansprüche

12 figuren '-

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Claims

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Patentansprüche

Verfahren- zum chemischen Aufzeichnen von Grenzflächenströmungen, dadurch gekennzeichnet, daß eine anodisch oxidierte Oberfläche, eine Eloxalschicht, unverdichtet von einem .mit reaktiven sauren oder basischen chemischen Agenzien vermischten Luftstrom angeströmt und die durch, den G-asstrom unterschiedlich veränderte. Eloxalschicht eingefärbt wird.

2. Verfahren zum chemischen Aufzeichnen von G-renzflächen-Strömungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eloxalschicht aus einer anodisch oxidierten Oberfläche eines. Alumini unit eil es besteht.

3. Verfahren zum chemischen Aufzeichnen von G-renzflächenströmungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die.Eloxalschicht aus einer selbstklebenden Eloxalaluminiumfolie besteht, die.auf einem beliebigen Werkstoff aufge—

- bracht ist.. .

4· Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eloxalschicht eingefärbt wird.

.5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Eloxalschicht mit.zwei oder mehreren Aluminium- . ' färben eingefärbt wird. " .

6. Verfahren- nach Anspruch. 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Eloxalschicht mit Aluminium-Echt Hot eingefärbt und unverdichtet .von einem salpetersäurehaltigen Luftstrom angeströmt wird,

-7,. Verfahren nach Anspruch 1 bis _{6f äa}._auToh gekennzeichnet,

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daß die eingefärbte, unverdientete Eloxalschicht ait ozonhaltigem Luftstrom angeströmt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die eingefärbte, unverdiohtete Eloxalschicht nach dem Chemigraphieren durch Ätzung nachbehandelt wird.

9. Verfahren nach Anspruch S, dadurch gekennzeichnet, daß mit Lauge geätzt wird..

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mit Säure geätzt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Chemigraphierte und chemisch nachbehandelte Eloxalschicht mit eines Farbstoff behandelt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der !Farbstoff mit dem für die erste Einfärbung der Eloxalschicht verwendeten Farbstoff kontrastiert.

13· Verwendung des Verfahrens nach den vorangegangenen Ansprüchen zum Aufzeichnen von Strömungsprofilen in Staubsaugergebläseläufern, -Statoren und -gehäusen, Drehströmungsentstaubern, Segenstrahlmühlen, Trennzyklonen.

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