Hohlkegel-Druckdüsen, Flachstrahldüsen und Kegeldüsen


Hohlkegel-Druckdüsen, kurz HKD, Flachstrahldüsen und Kegeldüsen können deutlich feinere Tropfendurchmesser liefern als einfache Turbulenzdüsen. Die genannten Düsen zählen alle zu den sogenannten Lamellen bildenden Einstoff-Druckdüsen.

Das bedeutet, dass kein kompakter Flüssigkeitsstrahl zu Tropfen zerfällt, sondern vielmehr eine Flüssigkeitslamelle. Hieraus resultiert eine Reihe von Vorteilen für die praktische Anwendung.

Hohlkegel-Druckdüsen werden häufig in Sprayflaschen eingesetzt.

Sehr häufig findet man Hohlkegel-Druckdüsen zum Beispiel an handelsüblichen Sprayflaschen.

Je nach Konstruktion lässt sich durch das Verdrehen der Düse der Sprühwinkel, die Feinheit der Tropfen sowie der Volumenstrom in bestimmten Bereichen einstellen. Eine elegante Methode, um mit geringem Energieeinsatz dennoch fein zu zerstäuben. 

Hohlkegel-Druckdüsen sind für viele verschiedene Anwendungen verfügbar. Hierbei reicht der Volumenstrombereich von einigen wenigen ml je Minute bis hin zu mehreren m3 je Stunde. Zudem sind diese Düsen auch aus diversen Werkstoffen lieferbar.

Der zerstäubungstechnische Trick – das Erzeugen dünner Lamellen

Breitet sich eine Flüssigkeitslamelle als Hohlkegel oder kreisförmig mit nahezu konstanter Geschwindigkeit aus, muss die Lamellendicke mit zunehmender Entfernung von der Düse dünner werden. Aus dünnen Lamellen bilden sich dann erheblich feinere Tropfen als aus einem kompakten Flüssigkeitsstrahl. 

Erzeugen einer Flüssigkeitslamelle durch Umlenkung.

Die einfachste Art eine Flüssigkeitslamelle zu erzeugen besteht darin, einen Flüssigkeitsstrahl mit moderater Geschwindigkeit auf eine Platte strömen zu lassen. Selbstverständlich darf die Strömungsgeschwindigkeit nicht so hoch sein, dass es zu Splash-Effekten kommt. Also der Bildung von Tropfen bereits beim Auftreffen auf die Platte.

Der Flüssigkeitsstrahl wird umgelenkt und bildet die gewünschte Lamelle aus.

Ein ganz einfaches Beispiel: Ein Löffel, der unter einen Wasserhahn gehalten wird.

Die auf diese Weise erzeugte Lamelle wird mit zunehmendem Abstand r kontinuierlich dünner. In einer gewissen Entfernung von der speisenden Düse zerfällt diese dann zu Tropfen.

Ein zusätzlicher großer Vorteil wird bereits deutlich!

Der Durchmesser der speisenden Düse kann relativ groß gewählt werden. Denn es sind keine hohen Strömungsgeschwindigkeiten erforderlich; im Gegenteil! Das minimiert natürlich ganz erheblich die Verstopfungsgefahr.

Die Kegel-Düse als Vorstufe zur Hohlkegel-Druckdüse

Als gewisse Vorstufe zu den Tangential- oder Axial-Hohlkegel-Druckdüsen kann die Kegel-Düse betrachtet werden. Für bestimmte Anwendungen in der Zerstäubungstechnik stellt diese Düsenbauform eine interessante Lösung dar.

Lamellenzerfall an einer einfachen Kegel-Düse.

Das Bild zeigt den Zerfall einer Flüssigkeitslamelle an einer konstruktiv einfachen Kegel-Düse.

Diese Düse wurde von der IBR Zerstäubungstechnik GmbH für die Stahl verarbeitende Industrie entwickelt. Eine Zielsetzung hierbei war, die Verstopfungsfreiheit zu gewährleisten. Gleichzeitig mussten grobe Stahlkugeln in einem bestimmten und definierten Durchmesserbereich erzeugt werden.

Bei der Entwicklung und Optimierung dieser Kegel-Düse kamen dimensions- und ähnlichkeitstheoretische Methoden zum Einsatz.

Eine alternative technische Version einer Kegel-Düse zeigt das nachfolgende Bild.

Die einstellbare Kegel-Düse.

Mit dieser Düse kann der Sprühwinkel durch den einfachen Austausch des Kegels rasch den jeweiligen Erfordernissen angepasst werden. In realen Düsen dieser Bauart wird der Kegel im Inneren der Düse befestigt. Durch ein Gewinde kann dann die Spaltbreite zwischen der Düsenmündung und dem Kegel verändert werden.

Wird die Spaltbreite verkleinert, so nimmt der Volumenstrom bei gleichbleibendem Druck ab. Gleichzeitig wird die Lamellendicke dünner, was üblicherweise zu feineren Tropfen führt.

Trotz dieser Vorteile muss Folgendes beachtet werden!

Eine enge Spaltbreite zwischen dem Kegel und der Düsenbohrung erhöht natürlich die Verstopfungsgefahr! Besonders wenn verunreinigte Flüssigkeiten oder Suspensionen zum Einsatz kommen, ist dieses unbedingt zu berücksichtigen.

Zum anderen verursachen enge Spaltbreiten hohe Druckverluste. Auch dieses ist möglicherweise nicht akzeptabel. Hier muss also im Einzelfall entschieden werden, ob eine derartige Kegel-Düse zur Lösung einer bestimmten Aufgabenstellung in Betracht kommt.

Die Hohlkegel-Druckdüse (HKD) vermeidet diese Nachteile.

Diese Düsen werden als tangential- sowie auch als axial durchströmte HKD angeboten und sind in der industriellen Anwendung sehr häufig anzutreffen. Bei der Tangential-HKD sind keine zusätzlichen Einbauten erforderlich. Sie gilt daher als besonders verstopfungsunempfindlich und effizient.

Die Tangential-Hohlkgele-Druckdüse. Sie liefert feine Tropfen und ist unempfindlich gegenüber Verstopfungen.

Die zu zerstäubende Flüssigkeit strömt durch einen oder mehrere tangentiale Bohrungen in den oberen Bereich der Drallkammer ein. Bei einer hinreichenden Druckdifferenz bildet sich ein Drallfeld aus.

Dieses ist dafür verantwortlich, dass sich am Düsenaustritt eine Flüssigkeitslamelle bildet. Bei üblichen Betriebsbedingungen ist also nicht der gesamte Düsenaustritt mit Flüssigkeit gefüllt. Vielmehr bildet sich im Inneren der HKD ein sogenannter Luftkern. Dieser reicht von der Düsenmündung bis zum oberen Teil der Drallkammer.

Für die praktische  Anwendung bedeutet dieses, dass bei Bedarf auch kleine Volumenströme zerstäubt und dennoch relativ große Bohrungsdurchmesser verwendet werden können.

In Hinblick auf eine mögliche Verstopfung ist dieses natürlich ein großer Vorteil!

Hierauf muss beim Einsatz von Hohlkegel-Druckdüsen unbedingt geachtet werden!

Leider weist dieser Düsentyp auch einige Besonderheiten auf. Das muss im Vorfeld unbedingt berücksichtigt werden!

  • HKD reagieren besonders empfindlich auf den Anstieg der Viskosität von Flüssigkeiten. Besonders kleine Hohlkegel-Druckdüsen sind hier gefährdert! Übersteigt bei einer bestimmten Druck die Viskosität ein zulässiges Maß, bricht das Drallfeld zusammen. Die Folge davon ist, dass die HKD vollständig versagt.

  • Das HKD-Paradoxon! Im Gegensatz zu anderen Druckdüsen nimmt bei gleich bleibendem Druck der Volumenstrom zu, wenn die Viskosität der Flüssigkeit ansteigt! Umgekehrt sinkt der Volumenstrom, wenn die Viskosität niedriger wird. Beispielsweise durch Vorwärmung bei der Öl-Zerstäubung. Dieses ist unbedingt zu berücksichtigen.

  • Eine besondere Vorsicht ist beim Zerstäuben von Suspensionen erforderlich. Durch das Drallfeld innerhalb der HKD kann es zu einer Phasentrennung kommen. Das bedeutet, dass sich Feststoffe und Flüssigkeiten innerhalb der Hohlkegel-Druckdüse trennen können, wenn eine Dichtedifferenz vorliegt. Die Düse zeigt dann die Eigenschaften eines Zyklons.

  • Das Auslegen und Berechnen von Hohlkegel-Druckdüsen ist sehr komplex; siehe auch unser Literaturverzeichnis. Hier verfügen wir jedoch über ein umfassendes und weitreichendes Know-how. Zur überschlägigen Berechnung von HKD steht auch unser Online-Rechner zur Verfügung.

Unser Tipp: Eventuell kommen Rotationszerstäuber in Betracht!

Ist der Einsatz von Hohlkegel-Druckdüsen problematisch, kommen möglicherweise Rotationszerstäuber als Alternative zur Lösung der Aufgabenstellung in die engere Wahl.

Nehmen Sie hier unbedingt im Vorfeld Kontakt zu uns auf! Gerne prüfen wir Ihre individuelle Anwendung und beraten Sie umfassend.

Flachstrahl-Düsen, auch FSD genannt.

Diese Düsenbauart zählt ebenso zu den Lamellen bildenden Düsen.

Flachstrahldüsen kommen häufig in Waschstraßen zum Einsatz.

FSD bilden eine quasi zweidimensionale Flüssigkeitslamelle aus. Vorzugsweise werden diese eingesetzt, um beispielsweise laufende Bahnen zu beschichten. Auch in Waschstraßen findet man häufiger diese Düsenbauart.

Problematisch bei den FSD ist es, dass sie üblicherweise über die Breite der Lamelle gesehen keine gleichförmige Beschichtung liefern können. Daher ist es in der Praxis üblich, die Spraykonturen mehrerer Flachstrahl-Düsen zu überlappen. Dieses gleicht den unerwünschten Effekt der ungleichmäßigen Flüssigkeitsverteilung etwas aus.

 

Wir beschaffen Ihnen die Hohlkegel-Druckdüse oder alternative Zerstäuber, die Ihre Aufgabe löst!

Das ist ganz wichtig! Besonders wenn andere Flüssigkeiten als Wasser zu zerstäuben sind oder besondere Anforderungen an Volumenstrombereiche gestellt werden. Besprechen Sie bitte die konkrete Aufgabenstellung dann im Vorfeld mit unseren Ingenieuren. Nur so ist gewährleistet, dass Sie die Lösung erhalten, welche auch tatsächlich Ihre Aufgabe löst.   

Ebenso, wenn spezielle Werkstoffe erforderlich sind. Auch hier helfen wir Ihnen natürlich weiter.

Besprechen Sie Ihre Aufgabe mit unseren Ingenieuren! Diese beraten Sie zu Hohlkgele-Druckdüsen.

Nehmen Sie jetzt Kontakt zu uns auf oder lassen Sie sich direkt mit unseren Ingenieuren unter der Hotline-Rufnummer

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