Im Rah­men der indus­tri­el­len Fer­ti­gung von hoch­fes­ten metal­li­schen Werk­stof­fen durch­lau­fen die­se zwangs­wei­se eine Wär­me­be­hand­lung zur Ein­stel­lung der gewünsch­ten mecha­ni­schen Eigen­schaf­ten. Die­se Wär­me­be­hand­lung erfolgt bei Flach­pro­duk­ten in der Regel in kon­ti­nu­ier­li­chen Anla­gen und umfasst immer eine Abküh­lung. Die Höhe der Abkühl­ge­schwin­dig­keit bestimmt dabei maß­geb­lich das resul­tie­ren­de Gefü­ge und damit die mecha­ni­schen Eigen­schaf­ten. Vor allem im Bereich hoch­fes­ter Werk­stof­fe (z.B. aus­härt­ba­re 7XXX-Alu­mi­ni­um­le­gie­run­gen) wer­den beson­ders hohe Abkühl­ra­ten benö­tigt, die nur mit einer Was­ser­küh­lung rea­li­siert wer­den kön­nen. Dazu wird das Was­ser über Sprüh­dü­sen zu Trop­fen zer­stäubt und auf die Werk­stück­ober­flä­che auf­ge­bracht. In kon­ti­nu­ier­li­chen Anla­gen wer­den dazu Arrays aus Sprüh­dü­sen ver­wen­det, wobei sich die Düsen­fel­der der ein­zel­nen Düsen über­lap­pen. In der Fol­ge ent­ste­hen auf der Ober­flä­che kom­ple­xe Strö­mungs­phä­no­me­ne (Was­ser­ber­ge etc.), die den Wär­me­über­gang und die Abkühl­ge­schwin­dig­keit beein­flus­sen. Im Pro­jekt „Sprüh­dü­sen­fel­der in Kühl­stre­cken“ wer­den daher die Strö­mungs­phä­no­me­ne und deren Ein­fluss auf den Wär­me­über­gang unter­sucht, um anschlie­ßend die Wär­me­über­gän­ge auf der Ober­flä­che defi­niert ein­zu­stel­len. Die Bestim­mung der Strö­mungs­phä­no­me­ne erfolgt am Insti­tut für Indus­trie­ofen­bau und Wär­me­tech­nik. Die Wär­me­über­gän­ge wer­den am Lehr­stuhl für Ther­mo­dy­na­mik und Ver­bren­nung an der Otto-von-Gue­ri­cke-Uni­ver­si­tät Mag­de­burg ermit­telt. Anschlie­ßend wer­den die Ergeb­nis­se der bei­den For­schungs­stel­len kor­re­liert, um den Ein­fluss der rele­van­ten Para­me­ter zu bestimmen.

Zur Umset­zung die­ser Ziel­set­zung sind im Rah­men des Pro­jekts am Insti­tut für Indus­trie­ofen­bau und Wär­me­tech­nik meh­re­re Ver­suchs­stän­de auf­ge­baut wor­den. Mit dem ers­ten Ver­suchs­stand kann die Strö­mung auf einer unbe­weg­ten hori­zon­ta­len Ober­flä­che unter­halb eines belie­bi­gen Düsen­felds unter­sucht werden.

Ver­suchs­stand zur Bestim­mung der Strö­mung im Düsen­feld auf einer unbe­weg­ten hori­zon­ta­len Oberfläche

Dazu kom­men unter­schied­li­che Mess­me­tho­den zum Ein­satz, die teil­wei­se im Rah­men des Pro­jekts ent­wi­ckelt wur­den. Auf die­se Wei­se kann die Strö­mungs­aus­bil­dung bei­spiels­wei­se mit Kame­ra­auf­nah­men opti­sche quan­ti­fi­ziert wer­den. Zusätz­lich ist eine Unter­su­chung mit Ultra­schall- bzw. Kraft­sen­so­ren mög­lich. Über die­se Sen­so­ren kann sowohl die Aus­prä­gung der Strö­mung, als auch der resul­tie­ren­de Auf­tr­eff­im­puls der Trop­fen bestimmt wer­den. Der Ver­suchs­stand ist zudem um die Mög­lich­keit erwei­tert wor­den, die Beauf­schla­gungs­dich­te einer Düse bzw. eines Düsen­felds über einen Pat­ter­na­tor auf­zu­neh­men. Der selbst-kon­stru­ier­te Pat­ter­na­tor setzt sich dabei aus über 1000 ein­zel­nen Mess­punk­ten zusam­men, die mit Hil­fe eines ent­spre­chen­den Auf­baus auto­ma­tisch aus­ge­wer­tet werden.

Damit eine Über­trag­bar­keit der ermit­tel­ten Ergeb­nis­se in die indus­tri­el­le Pra­xis gewähr­leis­tet ist, kann an einem wei­te­ren Ver­suchs­stand auch der Ein­fluss der Band­ge­schwin­dig­keit auf die Strö­mungs­aus­bil­dung unter­sucht wer­den. Dazu wird ein metal­li­sches Band mit indus­trie­na­hen Band­ge­schwin­dig­kei­ten end­los über zwei Rol­len geführt. Die Band­brei­te beträgt dabei bis zu einem Meter. An die­sem Ver­suchs­stand kom­men die glei­che Mess­me­tho­den zur Bestim­mung der Strömung

Par­al­lel wur­de am Lehr­stuhl für Ther­mo­dy­na­mik und Ver­bren­nung der OvGU Mag­de­burg ein Ver­suchs­stand umge­baut, um die Bestim­mung des Wär­me­über­gangs­ko­ef­fi­zi­en­ten bei der Abküh­lung von hori­zon­tal geführ­ten Pro­ben zu ermög­li­chen. Sowohl in Aachen als auch in Mag­de­burg wer­den in allen Unter­su­chun­gen bau­glei­che Düsen und iden­ti­sche Rand­be­din­gun­gen ver­wen­det. Auf die­se Wei­se ist eine Kor­re­la­ti­on der Ergeb­nis­se möglich.