Rotationszerstäuber: Eine mögliche Alternative zu Düsen

Rotationszerstäuber können durchaus eine mögliche Alternative zu Einstoff-Druckdüsen oder Zweistoff-Düsen sein. Insbesondere dann, wenn das Zerstäuben mit herkömmlichen Düsen Probleme bereitet.

Sind beispielsweise Suspensionen mit Einstoff-Druckdüsen zu zerstäuben, kommt es rasch zu Verstopfungen. Besonders dann, wenn geringe Volumenströme zerstäubt werden und die Düsenbohrungen entsprechend klein sind. Bei einer hohen Viskosität der Flüssigkeit kann es darüber hinaus rasch zum Versagen der Düse kommen.

Zweistoff-Düsen können auch nicht für jede Anwendung genutzt werden. Dürfen in einen Prozess keine zusätzlichen Gase (Druckluft) eingetragen werden, scheidet ihr Einsatz aus. Zu berücksichtigen ist auch, dass der Sprayimpuls bei diesen Düsen hoch ist. In Verbindung mit feinen Tropfen im Sprüh kommt es dann schnell zu Overspray-Problemen.

In diesen Fällen, und natürlich auch für andere Anwendungen, kann der Rotationszerstäuber eine interessante Alternative sein. Denn er bietet einige Vorteile, mit welchen sich auch schwierige Aufgaben in der Zerstäubungstechnik lösen lassen.

Wie funktionieren Rotationszerstäuber? 

Rotationszerstäuber zählen zu den sogenannten mechanischen Zerstäubern. Das bedeutet, dass weder eine unter hohem Druck stehenden Flüssigkeit noch ein Druckgas zum Vernebeln erforderlich ist. Vielmehr wird die für den Zerstäubungsprozess erforderliche Energie von einem rotierenden Zerstäubungskörper direkt auf die Flüssigkeit übertragen.

Der Vorteil hierbei liegt auf der Hand! Die zum Zerstäuben erforderliche Energie der Flüssigkeit wird unmittelbar mechanisch und energetisch besonders günstig zugeführt. Das aufwendige und kostspielige Erzeugen von Druckgas, also beispielsweise Druckluft, entfällt. Es reicht aus, die zu zerstäubende Flüssigkeit oder Suspension unter geringem Druck dem Rotationszerstäuber zuzuführen. Selbst ein geringer hydrostatischer Druck reicht häufig aus.

Der Rotationszerstäuber als Alternative zu herkömmlichen Druck- und Zweistoff-Düsen.

Rotationszerstäuber als ebene rotierende Scheibe.

  1. Aus der speisenden Düse tritt mit geringer Geschwindigkeit und minimalem Differenzdruck die zu zerstäubende Flüssigkeit aus.
  2. Die ebene Scheibe rotiert mit der Winkelgeschwindigkeit ω.
  3. Aufgrund der Zentrifugalbeschleunigung bildet sich ein Flüssigkeitsfilm aus. Dieser wird mit zunehmender Entfernung z vom Zentrum dünner.
  4. Es entstehen Tropfen, wobei die Tropfengröße selbst als auch die Tropfengrößenverteilung in gewissen Bereichen gesteuert werden kann.

Die ebene und rotierende Scheibe stellt somit die konstruktiv einfachste Ausfertigung eines Rotationszerstäubers dar. Vorteilhaft ist, dass die zu zerstäubende Flüssigkeit oder Suspension mit geringer Geschwindigkeit zugeführt wird. Es können also große freie Querschnitte für die speisende Zuströmung verwendet werden. Da auch sonst keine weiteren Einbauten vorhanden sind, gelten derartige Rotationszerstäuber als verstopfungsfrei. Ein weiterer wichtiger Vorteil ist, dass er beim Betrieb mit den meisten Flüssigkeiten selbst reinigend arbeitet!

Was ist beim Betrieb des Rotationszerstäubers zu berücksichtigen?

Diese Zerstäuber sind im Betrieb sehr flexibel. Das bedeutet, dass sie hinsichtlich der zu zerstäubenden Volumenströme als auch bei sich ändernden rheologischen Eigenschaften den Anforderungen angepasst werden können. Es müssen dennoch einige Aspekte berücksichtigt werden.

  • Zur Auslegung eines Rotationszerstäubers müssen die Bereiche für die Rheologie und die gewünschten Volumenstrombereiche bekannt sein!

  • Diese Zerstäuber liefern rundum naturgemäß ein linienförmiges Sprühbild. Natürlich folgen die Tropfen der Erdbeschleunigung oder überlagerten Gasströmungen. Es ist im Vorfeld zu prüfen, ob dieses Sprühbild aus verfahrens- oder produktionstechnischer Sicht akzeptabel ist.  

  • Sind hohe Volumenströme zu feinen Tropfen zu zerstäuben, kann der erforderliche Durchmesser eines Rotationszerstäubers groß werden. Es ist zu beachten, dass je nach Drehzahl die mechanische Belastung dann ebenfalls groß wird. Eventuell kommt der Einsatz mehrerer Zerstäuber in Betracht.

  • Es treten abhängig von den Betriebsbedingungen verschiedene Tropfenbildungsmechanismen auf. Unerwünscht ist hierbei meistens das sogenannte Abtropfen. Die Fadenbildung und gelegentlich der Lamellenzerfall stellen hingegen gewünschte Tropfenbildungen dar. Dieses ist bei der Auslegung zu berücksichtigen.

Es versteht sich von selbst, dass wir diese wichtigen Aspekte bereits bei der ersten Beratung eingehend berücksichtigen. Sollten zum Beispiel die wichtigen rheologischen Eigenschaften nicht bekannt sein, ermitteln wir diese gerne für Sie als Dienstleistung!

Rotationszerstäuber bieten eine Reihe von Vorteilen!

Zu den größten Vorteilen dieses Zerstäubers zählt, dass fast alle konstruktiven Formen als nahezu verstopfungsfrei gelten. Hinzu kommt, dass sie in der Regel in jeder beliebigen Position zu betreiben sind. Ursache hierfür ist, dass die Zentrifugalbeschleunigung üblicherweise deutlich größer ist als die Erdbeschleunigung.   

Der Becherzerstäuber ist eine spezielle Ausführung des Rotationszerstäubers.

Sollen kleine Volumenströme an Flüssigkeiten zu feinen Tropfen zerstäubt werden, bietet sich besonders der Becherzerstäuber an. Dieser ist eine spezielle Bauform des Rotationszerstäubers. Die Speisung kann entweder von oben durch eine Zuleitung oder alternativ durch eine Hohlwelle im Antrieb erfolgen.

Wie bei allen Rotationszerstäubern können auch mit einem Becherzerstäuber in einem weiten Betriebsbereich nahezu monodisperse Tropfen erzeugt werden. Also Tropfen, die alle einen nahezu identischen Tropfendurchmesser aufweisen. Die monodisperse Tropfengröße kann in dem Bereich des sogenannten Fadenzerfalls hierbei sogar in gewissen Bereichen angepasst werden.

Sehr interessant ist zudem, dass diese Zerstäuber im Bereich des Fadenzerfalls bei höher viskosen Flüssigkeiten besonders feine und nahezu gleich große Tropfen liefern können! Dieses gelingt auch bei kleinen Volumenströmen an zu zerstäubender Flüssigkeit. Klassische Düsen wie Einstoff-Druckdüsen und Zweistoff-Düsen liefern hingegen immer eine Tropfengrößenverteilung.

Für bestimmte Anwendungen kommen neben dem Becherzerstäuber auch Kegelzerstäuber zum Einsatz. Mit dieser Bauart können meistens auch Suspensionen problemlos zerstäubt werden.

Selbstverständlich ist auch hier ein Antrieb sowie eine Speisung von der Unterseite her möglich. Die konstruktive Ausgestaltung richtet sich nach den jeweiligen Anforderungen.

Rotationszerstäuber in Form eines Kegel-Zerstäubers.

Der Rotationszerstäuber ist besonders gut für Innenbeschichtungen geeignet!

Wenn Rohre beziehungsweise Röhrchen oder andere hohle Bauteile von innen zu beschichten sind, ist der Einsatz von Rotationszerstäubern natürlich besonders vorteilhaft! Dieses aus folgendem Grund.

Wie bereits erwähnt, liefern diese Zerstäuber einen linienförmigen Spray mit einem Winkel von 360o. Diese Eigenschaft kann genutzt werden, um eine gleichförmige Innenbeschichtung zu realisieren. Hierzu wird wahlweise das zu beschichtende Bauteil oder der Zerstäuber in Längsrichtung verfahren.   

Rotationszerstäuber eignen sich besonders gut zur Innenbeschichtung von Röhrchen.

In der Medizintechnik sind beispielsweise oftmals dünne Röhrchen von innen zu beschichten. Herkömmliche Zerstäuber bereiten hier oftmals Probleme. Zum einen lassen sich die zu beschichtenden Bereiche mit diesen nicht exakt abgrenzen. Zum anderen spielt die Overspray-Problematik eine große Rolle.

Da üblicherweise je Takt nur ein geringer Volumenstrom zu zerstäuben ist, bauen die Rotationszerstäuber entsprechend klein. Sie lassen sich somit also auch in sehr dünne Röhrchen einführen!

Selbstverständlich lässt sich dieses Prinzip auch bei Rohren mit größeren Durchmessern und Längen realisieren!

Die IBR Zerstäubungstechnik GmbH hat hierzu bereits erfolgreich Rotationszerstäuber konzipiert, mit welchen sich selbst konturierte Rohre nennenswerter Länge gleichmäßig von innen beschichten lassen. Durch den regelbar zugeführten Volumenstrom in Verbindung mit der vorgegebenen Verfahrgeschwindigkeit kann die Schichtdicke exakt eingestellt werden.

Umfassende Beratung und Auslegungen zu Rotationszerstäubern.

Sie erhalten von uns nicht nur eine umfassende Beratung zur Anwendung von Rotationszerstäubern.

Vielmehr verfügen wir über eine eigene Software, um die zulässigen Betriebsbereiche zu berechnen. Sind also nahezu monodisperse Tropfen mit einem vorgegebenen Tropfendurchmesser gefordert, können wir den erforderlichen Durchmesser und die Drehzahl des Zerstäubers ermitteln. Sofern die rheologischen Daten der zu zerstäubenden Flüssigkeit bekannt sind.

Selbstverständlich ermitteln wir auf Wunsch für Sie auch Flugbahnen von Tropfen. Selbst bei überlagerten Gasströmungen. Hierzu nutzen wir im Rahmen von Projekten unsere Düsenversuchsstände oder alternativ die numerische Strömungsmechanik; CFD.

Darüber hinaus sind wir Ihnen selbstverständlich gerne bei Berechnungen von Stoff- und Wärmeübergängen behilflich!

Wir beraten Sie umfassend zu möglichen Anwendungen von Rotationszerstäubern!

Lassen Sie sich jetzt umfassend und unverbindlich zu den Möglichkeiten beraten, Ihre Aufgabenstellung mit Rotationszerstäubern zu lösen! Unsere Experten stehen Ihnen während unserer Bürozeiten persönlich unter der Hotline

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