7. Anhang
7.1 GDVN
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Tabelle 14: Messdaten von GDVN mit 20 m Innendurchmesser des Quarzschlauchs.
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Abbildung 71: Düse T20. Abbildung 72: Düse T25.
Abbildung 73: Düse T26. Abbildung 74: Düse I4.
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Tabelle 15: Messdaten von GDVN mit 25 m Innendurchmesser des Quarzschlauchs.
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Tabelle 16: Messdaten von GDVN mit 30 m Innendurchmesser des Quarzschlauchs.
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Abbildung 76: Düse U8. Abbildung 77: Düse U11.
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Tabelle 17: Messdaten von GDVN mit 50 m Innendurchmesser des Quarzschlauchs.
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Abbildung 78: Düse S1. Abbildung 79: Düse S3.
Abbildung 80: Düse S4. Abbildung 81: Düse S6.
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Tabelle 18: Messdaten von GDVN mit 100 m Innendurchmesser des Quarzschlauchs.
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7.2 Piezogesteuerte Düse
7.2.1 Testaufnahmen (Vertikal)
Abbildung 83: piezogesteuerte Düse mit den Einstellungen rechts. Fehler ist abgeschätzt mitേͲǡͶ.
Abbildung 84: piezogesteuerte Düse mit den Einstellungen rechts. Fehler ist abgeschätzt mitേͲǡͶ.
Tabelle 19: Einstellungen Jet Signal.
ܴ݅ݏ݁ܶ݅݉݁ͳሾɊݏሿ ͳͲ ܦ௪ܶ݅݉݁ሾɊݏሿ ͵ͳ ܨ݈݈ܽܶ݅݉݁ሾɊݏሿ ͳʹ ܧ݄ܿܶ݅݉݁ሾɊݏሿ ͵ͺ
ܴ݅ݏ݁ܶ݅݉݁ʹሾɊݏሿ ͵ ܫ݈ܸ݈݀݁ݐܽ݃݁ሾܸሿ Ͳ ܦ̴ݓ݈݈ܸ݈݁ݐܽ݃݁ሾܸሿ ͳͶ
ܧ݄ܸ݈ܿݐܽ݃݁ሾܸሿ െͳͶ
Abbildung 85: piezogesteuerte Düse mit den Einstellungen rechts. Fehler ist abgeschätzt mitേͲǡͶ.
Abbildung 86: piezogesteuerte Düse, Einstellungen wurden nicht notiert. Fehler ist abgeschätzt mitേͲǡͶ.
Tabelle 20: Einstellungen Jet Signal.
ܸሾܸሿ ͲǡͲ
ܸሾܸሿ ʹͲ
ܲ݁ݎ݅݀݁ሾɊݏሿ ͳͲͲǡͲ
7.2.2 Testaufnahmen (Horizontal)
Abbildung 87: Geschwindigkeitsmessung mit der Einstellung Standard Wave. Fehler ist abgeschätzt mitേͲǡͶ m.
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7.3 Anbieter
Die während der Bachelorarbeit verwendeten Geräte und Materialien kamen von den verschiedensten Herstellern. Im Folgenden sind wichtigsten Geräte und Materialien mit dem Anbieter vermerkt.
Glaskapillare: Sutter Instrument Company Quarzschlauch: Polymicro Technologies Syringe Pumpe: CETONI GmbH
Piezo Düse: MicroFab Technologies inc.
Tacktgeber: MicroFab Technologies inc.
Verbindungsstück2: The Lee Company
2 Das Verbindungsstück verbindet die Piezogesteuerte Düse mit dem Probenschlauch vom Reservoir, siehe
8. Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1: Skizze von Liquid Jets von Leonardo Da Vinci [6]. 1
Abbildung 2: Oben: Jet Zerfall. Aufnahme von Savart [10]. 2
Abbildung 3: Links: Jet Zerfall. Aufnahme von Lord Rayleigh [11]. 2 Abbildung 4: Links: Schematische Darstellung einer Rayleigh Düse [21].
Rechts: Schematische Darstellung einer GDVN [21]. 3
Abbildung 5: Versuchsaufbau liquid film tunnel [21]. 4
Abbildung 6: Supersonic Jet [26]. 5
Abbildung 7: Spitze einer GDVN. 5
Abbildung 8: GDVN mit quadratischem innerem Profil [29]. 5
Abbildung 9: GDVN mit Abstandshalter aus Kapton [30]. 6
Abbildung 10: Abstandshalter aus Kapton [31]. 6
Abbildung 11: Oben: Produktion von Lithographischen Düsen[32].
Rechts: Foto Maske, überbleibende Strukturen, Abbildungen von oberer und
unterer Hälfte der Düsen[32]. 6
Abbildung 12: Lithographische Düse. Blau Gas Kanal, Gelb Proben Kanal. 6 Abbildung 13: Links: Düsenkopf im Verhältnis zu einer Dime Münzeܦൌ ͳǡͻͳ݉݉ [30].
Rechtsoben: CAD Modell des Düsenkopfes [30].
Rechtsunten: Schematische Darstellung der Düse [30]. 7 Abbildung 14: Darstellung einer double flow focusing nozzle [34].
a Glaskapillare, b äußerer Quarzschlauch, c innerer Quarzschlauch,
d Meniskus des äußeren Jets, e Meniskus des inneren Jets, f Jet. 8
Abbildung 15: Schematische Darstellung einer double flow focusing nozzle [31]. 8 Abbildung 16: Oben: Auslösen eines Tropfens aus einer Piezogesteuerten Düse[37]
Links: Piezogesteuerte Düse [38]. 9
ܮ ൌ ͳ͵ͺǡͺͻɊ݉
Abbildung 23: Links: Glaskapillare unbearbeitet.
Rechts: Glaskapillare nach flame polishing. 14
Abbildung 24: Zusammengebaute GDVN. 15
Abbildung 25: Versuchsaufbau Liquid Jet Testkammer. 16
Abbildung 26: Versuchsaufbau mit Druckreglern. 17
Abbildung 27: Mikroskop Aufnahme einer Düse mit Innendurchmesser von ʹͲɊ݉ (T19). 18 Abbildung 28: Mikroskop Aufnahme einer Düse mit Innendurchmesser von ͵ͲɊ݉ (U3). 18 Abbildung 29: Mikroskop Aufnahme einer Düse mit Innendurchmesser von ͷͲɊ݉ (S4). 19 Abbildung 30: A: Mikroskop Aufnahme mit Dauerlichtquelle.
B: Mikroskop Aufnahme mit getriggerter LED.
C: Hochgeschwindigkeitskamera Aufnahme mit Dauerlichtquelle.
D: Hochgeschwindigkeitskamera Aufnahme mit getriggerter LED. 20 Abbildung 31: Einspritzpumpe. Die angeschlossene Spritze hat eine Füllmenge vonͳͲ݈݉. 20 Abbildung 32: Rayleigh Regime einer Düse mit einem Innendurchmesser des
Quarzschlauchs vonʹͲɊ݉ (T20). 22
Abbildung 33: Rayleigh Regime einer Düse mit einem Innendurchmesser des Quarzschlauchs
von͵ͲɊ݉ (U3). 23
Abbildung 34: Rayleigh Regime einer Düse mit einem Innendurchmesser des Quarzschlauchs
vonͷͲɊ݉ (S4). 24
Abbildung 35: Jetdurchmesser aufgetragen gegen die Jetlänge. 25
Abbildung 36: Jetlänge aufgetragen gegen den Düsendurchmesser. 25 Abbildung 37: Tropfendurchmesser aufgetragen gegen den Jetdurchmesser. 26 Abbildung 38: Schematische Darstellung der piezogesteuerten Düse [38]. 27
Abbildung 39: Spitze der piezogesteuerten Düse. 27
Abbildung 40: Links: Schematischer Aufbau der piezogesteuerten Düse [38].
Rechts: Vergrößerte Ansicht der Düse [38]. 28
Abbildung 41: Bsp. Signal für die Generierung von Tropfen [38]. 28
Abbildung 42: Generierung eines Tropfens [38]. 29
Abbildung 43: Entstehen eines Tropfens im Laborversuch. 29
Abbildung 44: Einstellmöglichkeiten der wählbaren Signalformen in der Software für die piezogesteuerten Düse. Links: Standard Wave Mitte: Sinewave.
Rechts: Multiwave. 30
Abbildung 45: Einstellung des Delays für die LED und auslöse Frequenz. 30 Abbildung 46: Versuchsaufbau piezogesteuerte Düse, vertikal aufgehängt. 31
Abbildung 47: Links: Druckregler und Jet Driver.
Rechts: Vakuumpumpe für Reservoir Druck. 31
Abbildung 48: Tropfendurchmesser Messung. (Multiwave: Anstiegszeit͵Ɋݏ,
Plateauspannungͳͺܸ, Abfallzeit͵Ɋݏ). 32
Abbildung 49: Tropfendurchmesser Messung. (Sinewave:ܸൌ ͵Ɋݏ,ܸൌ ͳͺܸ,ܶ ൌ ͳͲͲɊݏ). 32 Abbildung 50: Piezoparameter. Links: Verwendete Einstellungen in Abbildung 50.
Rechts: Verwendete Einstellungen in Abbildung 51. 33
Abbildung 51: Geschwindigkeitsmessung. 34
Abbildung 52: Geschwindigkeitsmessung. 34
Abbildung 53: Versuchsaufbau piezogesteuerte Düse, horizontal angebracht. 35 Abbildung 54: Links: Tropfendurchmesser und Geschwindigkeitsmessung.
Rechts: Signaleinstellungen. 36
Abbildung 55: Links: Tropfendurchmesser und Geschwindigkeitsmessung.
Rechts: Signaleinstellungen. 37
Abbildung 56: Signalform Standard Wave. 38
Abbildung 57: Tropfen mit Satellitentropfen. 41
Abbildung 58: Entstehen von Satellitentropfen. 41
Abbildung 59: Der Energiebetrag des Piezorings reicht nicht aus um einen Tropfen auszustoßen. 41 Abbildung 60: Befestigung, der piezogesteuerten Düse, für die Testkammer. 42 Abbildung 61: Versuchsaufbau für die piezogesteuerte Düse. Links: Druckregler, Jet Driver und
Funktionsgenerator. Rechts: Testkammer mit Hochgeschwindigkeitskamera. 43
Abbildung 62: Tropfenstrom piezogesteuerter Düse. 43
Abbildung 63: Liquid Jet beeinflusst durch das Piezoelement. 44
Abbildung 64: Aufnahme des Jets in der Testkammer. 44
Abbildung 65: Links: zweigleisiger Jet [36]. Rechts: dreigleisiger Jet [36]. 45 Abbildung 66: Links: Aufgespalteter Tropfenstrom in Testkammer der piezogesteuerten Düse.
Abbildung 73: Düse T26. 55
Abbildung 74: Düse I4. 55
Abbildung 75: Düse R4. 55
Abbildung 76: Düse U8. 56
Abbildung 77: Düse U11. 56
Abbildung 78: Düse S1. 57
Abbildung 79: Düse S3. 57
Abbildung 80: Düse S4. 57
Abbildung 81: Düse S6. 57
Abbildung 82: Düse W9. 57
Abbildung 83: piezogesteuerte Düse mit den Einstellungen rechts. Fehler ist
abgeschätzt mitേͲǡͶ. 58
Abbildung 84: piezogesteuerte Düse mit den Einstellungen rechts. Fehler ist
abgeschätzt mitേͲǡͶ. 58
Abbildung 85: piezogesteuerte Düse mit den Einstellungen rechts. Fehler ist
abgeschätzt mitേͲǡͶ. 59
Abbildung 86: piezogesteuerte Düse, Einstellungen wurden nicht notiert.
Fehler ist abgeschätzt mitേͲǡͶ. 59
Abbildung 87: Geschwindigkeitsmessung. Fehler ist abgeschätzt mitേͲǡͶ. 60 Abbildung 88: Geschwindigkeitsmessung. Fehler ist abgeschätzt mitേͲǡͶ. 61
9. Tabellenverzeichnis
Tabelle 1: Messergebnisse von Düse T20. 22
Tabelle 2: Messergebnisse von Düse U3. 23
Tabelle 3: Messergebnisse von Düse S4. 24
Tabelle 4: Ausgangswerte. 36
Tabelle 5: Änderung derܴ݅ݏ݁ܶ݅݉݁ͳ. 36
Tabelle 6: Änderung derܦ௪ܶ݅݉݁. 37
Tabelle 7: Änderung derܨ݈݈ܽܶ݅݉݁. 37
Tabelle 8: Änderung derܧ݄ܿܶ݅݉݁. 37
Tabelle 9: Änderung derܴ݅ݏ݁ܶ݅݉݁ʹ. 37
Tabelle 10: Änderung derܫ݈ܸ݈݀݁ݐܽ݃݁. 38
Tabelle 11: Änderung derܦ௪ܸ݈ݐܽ݃݁. 38
Tabelle 12: Änderung derܧ݄ܸ݈ܿݐܽ݃݁. 38
Tabelle 13: Jetdaten piezogesteuerte Düse. 42
Tabelle 14: Messdaten von GDVN mit 20 m Innendurchmesser des Quarzschlauchs. 53 Tabelle 15: Messdaten von GDVN mit 25 m Innendurchmesser des Quarzschlauchs. 54 Tabelle 16: Messdaten von GDVN mit 30 m Innendurchmesser des Quarzschlauchs. 55 Tabelle 17: Messdaten von GDVN mit 50 m Innendurchmesser des Quarzschlauchs. 55 Tabelle 18: Messdaten von GDVN mit 100 m Innendurchmesser des Quarzschlauchs. 56
Tabelle 19: Einstellungen Jet Signal 57
Tabelle 20: Einstellungen Jet Signal 58
10. Acknowledgments
I am grateful for the experiences and impressions that I could obtain during the time in the research group FS CXS. In particular, I am thankful for the unique experiences that I could collect during the experiment at P10. At the end of my thesis I would like to thank all people, who advised and supported me during my work at DESY.
First of all I would like to thank Prof. Dr. Gerhard Grübel and Prof. Dr. Manfred Rößle for offering me the opportunity to write the bachelor thesis on this project. Especially I want to thank Joana Valerio who taught me the manufacturing process of the GDVN and the use of the test setup. I also want to acknowledge every further support I got from her. I want to Thank Michael Walther for his advices, explanations and support. Furthermore I would like to thank Dr. Felix Lehmkühler for his support.
Finally, I would like to thank the whole FS CXS group who has accepted me with open arms.
Erklärung zur Bachelor Abschlussarbeit
Ich versichere, dass ich die Arbeit selbständig, ohne fremde Hilfe verfasst habe.
Bei der Abfassung der Arbeit sind nur die angegebenen Quellen benutzt worden.
Wörtlich oder dem Sinn nach entnommene Stellen sind als solche gekennzeichnet.
Hamburg, den
(Torben Kalff)
Ich bin einverstanden, dass meine Arbeit veröffentlich wird, insbesondere dass die Arbeit Dritten zur Einsichtnahme vorgelegt wird oder Kopien der Arbeit zur Weitergabe an Dritte angefertigt werden.
Hamburg, den