Hohlkegel-Druckdüsen, Flachstrahldüsen und Kegeldüsen. Lamellen bildende Düsen im Überblick

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

Erzeugen einer Flüssigkeitslamelle durch Umlenken eines kompakten Flüssigkeitsstrahles. Bild: IBR Zerstäubungstechnik GmbHDie einfachste Art eine Lamelle zu erzeugen zeigt diese Abbildung. Hierbei nutzt man einen trivialen, jedoch effizienten Effekt aus. Aus einer verhältnismäßig großen Düsenbohrung strömt die Flüssigkeit mit moderater Geshwindigkeit auf eine feste Oberfläche. Jeder kennt den Effekt, wenn man einen Löffel unter den fließenden Wasserhahn hält.

Somit hat man eine einfache Möglichkeit gefunden, aus einem kompakten Strahl eine dünne Lamelle zu formen. Mit zunehmender Entfernung vom Zentrum der speisenden Düse wird aus Kontinuitätsgründen die Lamellendicke δ(r) dünner und liefert beim Zerfall feine Tropfen!

Aufgrund der Tatsache, dass die Geschwindigkeit des zuströmenden Fluides im Vergleich zur Turbulenzdüse gering ist, kann für einen vorgegebenen Volumenstrom ein großer Bohrungsdurchmesser verwendet werden. Das minimiert natürlich die Verstopfungsgefahr!

Die einfache Kegel-Düse als Vorstufe zu Hohlkegel-Druckdüsen (HKD).

Die Kegeldüse zählt ebenfalls zu Hohlkegel-Druckdüsen. Bild: IBR Zerstäubungstechnik GmbH

Als gewisse Vorstufe zu in der industriellen Anwendung häufig genutzten Hohlkegel-Druckdüsen kann die einfache Kegeldüse angesehen werden. Ein unter Umständen bis in die Düsenmündung hinein reichender Kegel bildet einen Ringkanal aus, durch den die Flüssigkeit zunächst als hohlkegelförmige Lamelle ausgebreitet wird. In realen Kegeldüsen wird der Kegel üblicherweise im Inneren der Düse gehalten. Die Flüssigkeitslamelle breitet sich aus und zerfällt ebenfalls zu feinen Tropfen.

Nachteilig bei dieser Bauart ist, dass gegebenenfalls enge Spaltbreiten zwischen der eigentlichen Düsenmündung und dem Kegel ausgebildet werden.

Dieses führt natürlich zu einer erhöhten Verstopfungsgefahr, insbesondere dann, wenn verunreinigte Fluide oder Suspensionen zerstäubt werden. Hinzu kommt, dass die Strömung durch den Spalt einen recht hohen Druckverlust erzeugen kann.

Die Hohlkegel-Druckdüsen (HKD)

Tangential gespeiste Hohlkegel-Druckdüsen, auch HKD genannt. Eine zu den Einstoff-Druckdüsen zählende Lamellen bildende Düse. Bild: IBR Zerstäubungstechnik GmbHDie Hohlkegel-Druckdüse, umgangssprachlich auch kurz HKD genannt, vermeidet diese Nachteile. Bei der sogenannten Tangential-Hohlkgel-Druckdüse sind zudem keinerlei Einbauten erforderlich. Große freie Strömungsquerschnitte minimieren somit deutlich die Verstopfungsgefahr.

Die zu zerstäubende Flüssigkeit strömt tangential in die Drallkammer ein. Dieses kann durch eine oder mehrere Zuströmkanäle erfolgen. Im Inneren der HKD bildet sich hierdurch eine Drallströmung aus.

Interessanterweise bildet sich im Inneren der Düse ein Luftkern aus, der vom Düsenaustritt bis an den Düsendeckel reicht. 

Die Düsenaustrittsmündung der HKD ist also unter üblichen Betriebsbedingungen nicht vollständig mit Flüssigkeit gefüllt. Somit lassen sich auch geringe Volumenströme zu feinen Tropfen zerstäuben. Gleichzeitg sind relativ große freie Querschnitte möglich!

Vorsicht! Das Volumenstrom-Paradoxon an Hohlkegel-Druckdüsen.

Die HKD zeigt eine Besonderheit!

Im Gegensatz zu allen anderen Einstoff-Druckdüsen nimmt der Volumenstrom an Flüssigkeit bei konstanter Druckdifferenz zunächst zu, wenn die Viskosität der Flüssigkeit ansteigt! Das hängt damit zusammen, dass der Luftkern immer kleiner wird. Die real zur Verfügung stehende Strömungsfläche im Austritt der Düse wird quasi größer. Sinkt die Viskosität, nimmt entsprechend der Volumenstrom ab.

Dieses ist zum Beispiel beim Vorwärmen von Öl (Senkung der Viskosität) unbedingt zu beachten! Übersteigt die Viskosität einen individuellen Grenzwert, kommt es rasch zum Versagen der Hohlkegel-Druckdüse.

Problematisch ist diese Düse grundsätzlich beim Betrieb mit Suspensionen. Also Flüssigkeiten, welche Feststoffe enthalten. Das Drallfeld innerhalb der Hohlkegel-Druckdüse wirkt hierbei wie ein Zyklon und führt bei einer vorhandenen Dichtedifferenz zwischen Flüssigkeit und Feststoff zu einer Abscheidung. 

Überschlägige Berechnungen zum Volumenstrom und zum Sauterdurchmesser können Sie bequem mit unserem Online-Rechner für Düsen und Zerstäuber durchführen!  

Unser Tipp: Rotationszerstäuber können Hohlkegel-Druckdüsen ersetzen. Bild: VRD - Fotolia

 

Kann eine bestimmte Aufgabenstellung nicht mit Hohlkgel-Druckdüsen gelöst werden, kommen eventuell Rotationszerstäuber als Alternative in Betracht.

 

Die Flachstrahldüsen werden kurz auch FSD genannt.

Diese Düsenbauart bildet eine quasi zweidimensionale Flüssigkeitslamelle aus. Vorzugsweise werden Flachstrahl-Düsen 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 beraten Sie selbstverständlich umfassend über die Anwendungsmöglichkeiten Lamellen bildender Düsen und Zerstäuber für Ihre spezielle Anwendung.

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