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Zentralinstitut für Engineering, Elektronik und Analytik (ZEA)

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Glasapparatebau

für Lösungen mit Durchblick

Gläserne Laborgeräte sind in der chemischen, biologischen und medizinischen Forschung unentbehrlich.
Der größte Teil der komplexen, oftmals filigranen Glasapparaturen in den Laboren des Forschungszentrums stammt aus der Glastechnischen Abteilung des ZEA-1. Während der Konstruktion, Planung und Herstellung arbeiten unsere Techniker eng mit den Experimentatoren zusammen. Für die Experimente werden im Wesentlichen Glasapparaturen aus den technischen Gläsern, Borosilikatglas und Quarzglas benötigt. Glasapparate werden aus Halbzeugen oder Rohlingen hergestellt, die ihre endgültige Form sowohl durch die manuelle Verarbeitung in der Flamme als auch, bei größeren Glasgeräten, durch Verarbeitung mit einer Glasdrehmaschine erhalten. Die mechanische Glasbearbeitung ist mit besonderen Diamantwerkzeugen und Maschinen möglich und erfolgt überwiegend durch Schneiden, Schleifen, Bohren und Fräsen. Glas- Metallverbindungen dienen zur Kopplung von Glas- und Metallapparaturen in der Vakuumtechnik.

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Reparatur eines Schlangenkühlers                                           Reparatur eines Schlangenkühlers



GlasdrehmaschineGlasdrehmaschine



Manuelle Fertigung eines Glaskolbens                                 Manuelle Fertigung eines Glaskolbens



Glas- Metallverbindung                            Glas- Metallverbindung



He³ - Zellen als Neutronen- Spin- Filter He³ - Zellen als Neutronen- Spin- Filter


Die He3- Zellen werden im Rahmen der Untersuchungen von magnetischen Strukturen und der Polarisierung von Neutronenstrahlen in breiten Energiebereichen eingesetzt.

Zur Herstellung der Zellen wird ein spezielles Glas (GE-180) von General Electric Lighting, USA, verwendet. Dieses Glas ist für die Experimente besonders geeignet, weil es das störende Element Bor nicht enthält und in hohem Maße porenfrei ist.

Die Verarbeitung dieses Glases ist aufgrund seiner Werkstoffeigenschaften sehr schwierig und stellt für den Glasapparatebauer eine große Herausforderung dar. Die Zellen werden aus lieferbaren Glasröhren von 15 und 25 mm Durchmesser und 1500 mm Länge, wie sie normalerweise nur für die Lampenindustrie gefertigt werden, hergestellt. Dazu werden die Röhren auf einen Durchmesser von 150 mm und einer Breite von 90 mm „aufgestaucht und werkzeugfrei aufgeblasen“. Die erreichte Größe und Geometrie der Glas-Zelle aus GE-180 ist - lt. Experimentator - weltweit einzigartig und noch von keinem Glasapparatebauer erreicht worden.


Stripping- Coil            Stripping- Coil

Im Rahmen des HGF- Großprojektes “Transporte und chemische Umsetzungen in konvektiven Systemen (TRACKS)“ werden Experimente mit glastechnischen Komponenten eingesetzt, u. a. ein Stripping- Coil zur Aufbereitung von Spurengasen vor dem LOPAS Messgerät (Langpfad-Absorption) mit einer Genauigkeit von 1ppt.

Besonders anspruchsvoll war die Fertigung der komplexen Rohr-, Sammler- und Wendelstrukturen innerhalb des temperierbaren Glasbehälters; es waren auf engstem Raum vorgegebene Geometrien und definierte Behältervolumen einzuhalten. Großen Wert musste bei der Herstellung des Bauteils auf die Anschlussgeometrie der Glasrohre gelegt werden, hierzu wurde eigens eine Schablone aus Aluminium vorgegeben.

Glasreaktor Kerosin- Reformer ATR-10 bei der Fertigung auf der GlasdrehmaschineGlasreaktor Kerosin- Reformer ATR-10 bei der Fertigung auf der Glasdrehmaschine

Für experimentelle strömungstechnische Untersuchungen der Gemischbildung im Reaktor ATR-10 (Kerosinreformer) wurde in der Glastechnischen Abteilung der ZEA-1, aus Borosilikatglas ein Modell der Mischkammer und der Reaktionszone im Maßstab 1:1 mit der Bezeichnung ATR-10Bg hergestellt.

Dem vorausgegangen waren die Anfertigungen weiterer Glas-Reaktoren für die autothermen Diesel-Reformer (ATR 5-9). Die Glasreaktoren dienten der Optimierung der Gemischbildung in einem autothermen Reformer eines Diesel-basierten Brenngaserzeugungssystems für eine Polymer-Membran-Brennstoffzelle (PEFC) zur Anwendung als Bordstromaggregat (APU) eines Fahrzeugs.

Ein homogenes Gemisch der Edukte Luft, Wasserdampf und verdampfter Dieselkraftstoff im Eintritt in die Reaktionszone ermöglicht die maximale Nutzung der Reformerkapazität und einen idealen Ablauf der chemischen Reaktionen.

Als eines der größten Hindernisse bei der Dieselreformierung wird zurzeit weltweit die Kohlenstoffbildung in der Mischkammer und in der Reaktionszone des Reformers genannt.

Zwei neue Konzepte der Mischkammer, die den Betrieb mit einem herkömmlichen Dieselkraftstoff ermöglichen, wurden entworfen. Zahlreiche Strömungsdynamische Modelle (CFD) wurden berechnet und experimentell verifiziert. Die auf die neuen Konzepte basierenden Reaktoren wurden konstruiert und getestet. 1000 Betriebsstunden mit kommerziellem Diesel haben den Erfolg der neuen Konstruktion bewiesen.


Glasreaktor Kerosin- Reformer ATR-10 Glasreaktor Kerosin- Reformer ATR-10

 

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