Wartungsarm und hygienisch unbedenklich Forscher können erstmalig Flüssigkeitsströme berührungslos vermessen

Ilmenau – Noch ist es harmloses Salzwasser in einem transparenten Rohr, das Diplom-Ingenieur André Wegfraß vom Forscher-Team des Institut für Thermo- und Fluiddynamik der Technischen Universität Ilmenau ganz genau vermisst. Und noch nimmt der Versuchsaufbau ein halbes Labor in Beschlag. Später aber sollen kleinste bis größte Mengen hoch ätzender oder heißer Flüssigkeiten, die mit unterschiedlicher Geschwindigkeit durch undurchsichtige Rohre transportiert werden, mit einem kleinen und kompakten Gerät berechnet werden.Dem Forscherteam vom Institut für Thermo- und Fluiddynamik der Technischen Universität Ilmenau ist gelungen, was weltweit noch niemand geschafft hat: strömende Flüssigkeiten in geschlossenen und undurchsichtigen Rohren berührungslos zu vermessen.

Die Messung der Fließgeschwindigkeit ist wichtig, um ganz unterschiedliche Flüssigkeiten exakt dosieren zu können. Dazu gehören Lebensmittel wie Cola, Joghurt und Tomatenketchup, Wirkstoffe für die Pharmaindustrie, aber auch Chemikalien und Abwässer. Herkömmliche Durchflussmesser bestehen aus einem Rohr, einem Magneten und zwei Elektroden. Diese Elektroden müssen zum Messen in die Flüssigkeit getaucht werden. Sie können korrodieren oder verschmutzen und so die empfindliche Lauge verunreinigen. Mit der Ilmenauer Erfindung werden Flüssigkeiten magnetisch vermessen, ohne dass ihr Messgerät das Fluid berührt. "Selbst die Rohrwand bleibt unangetastet" sagt Forschungsleiter Professor André Thess. "Unser Gerät ist wartungsarm und hygienisch unbedenklich".

Technologie mit fünf Patenten geschützt

Begonnen haben die Forschungen vor zehn Jahren mit der Vermessung von elektrisch leitfähigen Flüssigkeiten wie flüssigem Stahl und Aluminium. Die Ilmenauer lassen wie beim herkömmlichen Durchflussmesser ein Magnetfeld auf die Strömung einwirken, so dass die strömende Flüssigkeit die Magnetfeldlinien durchquert und sanft verbiegt. Diese winzige Kraft – die sogenannte Lorentzkraft – wird gemessen und daraus die Strömungsgeschwindigkeit berechnet.

"Prototypen wurden in der Industrie mehrfach erfolgreich getestet", sagt Professor Thess. Mit fünf Patenten ist die Technologie mittlerweile geschützt. Vier Wissenschaftler der Universität Ilmenau haben sich in diesem Monat mit einem eigenen Unternehmen ausgegliedert, um das Verfahren marktfähig zu machen.

Wesentlich schwieriger ist die Messung der Lorentzkraft dagegen bei schwach leitfähigen Fluiden wie Lebensmitteln oder Chemikalien. "Die wirkenden Kräfte sind wesentlich kleiner als bei Flüssigmetallen", sagt Doktorand Wegfraß. Mit empfindlichen Gravitationspendeln lösten die Wissenschaftler das Problem. Sie ließen zwei Magnete, die an vier Wolframfäden hingen und so ein Pendel bildeten, auf schwach leitfähiges Salzwasser einwirken. Die winzige Verschiebung des Pendels wurde dann per Laser vermessen. "Ich war selbst erstaunt, wie hervorragend genau die vorherige Computersimulation bestätigt wurde", sagte Wegfraß.

Ziel sind Messungen bei 1.200 Grad heißem flüssigen Glas

Mit dem Prototyp können Flüssigkeiten mit einer Fließgeschwindigkeit von bis zu fünf Meter in der Sekunde vermessen werden. "Unser Ziel ist es, auch langsamere Flüssigkeiten wie eine Glasschmelze mit 13 Zentimetern pro Sekunde zu vermessen", sagt Wegfraß. Die Leitfähigkeit und die damit zu messenden Kräfte sind bei langsamerer Strömung entsprechend geringer. In der nächsten Testphase wird die Temperatur erhöht. Während jetzt Salzwasser mit Raumtemperatur durch die Röhre strömt, könnte später flüssiges Glas mit bis zu 1.200 Grad Celsius an den Magneten vorbei geführt werden.

Rund 500 Liter Salzwasser werden im Ilmenauer Labor durch das Rohr mit einer Querschnittsfläche von 15 Quadratzentimetern gepumpt. Fünf Liter können pro Sekunde vermessen werden. Das neue Messprinzip, das frühestens in einigen Jahren tauglich für die Industrie sein wird, soll für die verschiedensten Anwendungen nutzbar sein. "Künftig können Flüssigkeiten in Rohren von einem Meter Durchmesser bis hin zur Größe eines Strohhalms vermessen werden", sagt Forschungsleiter Professor André Thess vom Forscher-Team des Institut für Thermo- und Fluiddynamik der Technischen Universität Ilmenau

(dapd)

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