Sprühen

Unter dem Zerstäuben, auch Sprühen genannt, versteht man üblicherweise das Zerteilen einer Flüssigkeit in feinste Tröpfchen als Aerosol (Nebel) in einem Gas (üblicherweise Luft). Das entstehende Aerosol wird auch Spray oder Sprüh genannt. Dieser kann entweder aus Tropfen bestehen, welche alle denselben Durchmesser aufweisen – monodisperses Spray – oder verschieden große Tropfen beinhalten. In diesem Fall spricht man von einem polydispersen Spray.

Der Begriff Zerstäuben ist insofern irreführend, als unter Staub üblicherweise feinste Feststoff-Partikel verstanden werden, während Zerstäuben zumeist auf Flüssigkeiten, seltener auf Feststoffe, angewandt wird.

Anwendung

Das Zerstäuben von Flüssigkeiten erfolgt in der Regel mit der Zielsetzung, eine große reaktive Flüssigkeitsoberfläche zu erzeugen, beispielsweise beim Vergaser. Dieses begünstigt Prozesse des Stoff- und Wärmeaustausches, wie sie beispielsweise bei Verdunstungs- und Verbrennungsprozessen stattfinden. Zudem werden Flüssigkeiten zerstäubt, um beispielsweise bei der Lackiertechnik gleichmäßige Oberflächenbeschichtungen zu gewährleisten oder bei Reinigungsaufgaben einen hinreichend hohen Impulsübertrag zu realisieren. Ein Zerstäuber in der Spektroskopie dient der chemischen Analyse von Stoffen. Auch in Tintenstrahldruckern und beim Einsatz von Löschwasser findet ein Zerstäuben statt.

Voraussetzungen

Zum Zerstäuben und somit zum Ausbilden neuer freier Oberflächen muss der Flüssigkeit Energie bzw. Arbeit zugeführt werden. Diese dient dazu, die wirksame Oberflächenspannung σ zu überwinden. Für die aufzubringende Arbeit gilt in erster Näherung

$W_\sigma \approx \sigma \cdot A_S$

W_σ = Arbeit ; σ = Oberflächenspannung ; A_S = Sprayoberfläche

Erzeugung monodisperser Sprays

Eine einfache Möglichkeit monodisperse Tropfen zu erzeugen besteht darin, Flüssigkeit im Erdschwerefeld mit der Beschleunigung g und sehr geringer Fließgeschwindigkeit aus einer Kapillaren mit dem Innendurchmesser D abtropfen zu lassen. Im Fall der Nichtbenetzung zwischen Flüssigkeit und dem Kapillarwerkstoff resultiert hieraus ein theoretischer Tropfendurchmesser x von

$x = \sqrt [3] {\frac {6 \cdot D \cdot \sigma} {\rho \cdot g}}$

In der Praxis sind die Tropfen etwas kleiner als die berechneten; dieses liegt daran, dass das Ablösen des Tropfens von der Kapillaren nicht bei der idealen Kugelform stattfindet, sondern der Tropfen etwas einschnürt. Ein gewisser Teil der Flüssigkeit strömt in die Kapillare zurück. Dieses Abtropfen von Flüssigkeiten aus Kapillaren nutzt man beispielsweise bei der Dosierung von flüssigen Medikamenten aus Tropfflaschen. Mit dieser Methode können praktikabel keine kleinen Tropfen bei hohem Volumenstrom erzeugt werden.

Zerstäubertypen

Je nach Art der Energiezufuhr kann man Zerstäuberdüsen in die folgenden Klassen einteilen:

Einstoff-Druckdüsen

Energielieferant ist die zu zerstäubende Flüssigkeit selbst. Diese wird unter Druck der Einstoff-Druckdüse zugeführt. An der Düsenmündung wird je nach Düsenbauart ein Flüssigkeitsstrahl oder eine Flüssigkeitslamelle erzeugt. Die Tropfenbildung setzt in einer gewissen Entfernung von der Düsenmündung ein. Typische Vertreter dieser Düsenbauart sind Turbulenz-, Flachstrahl-, Prall- und Hohlkegeldruckdüsen.

Zweistoff- oder pneumatische Düsen

Diese Düsen arbeiten nach dem Prinzip einer Strahlpumpe. Energielieferant ist ein mit hoher Geschwindigkeit strömendes Gas oder Dampf. Die zu zerstäubende Flüssigkeit kann nahezu drucklos zugeführt werden. Teilweise arbeiten diese Düsen selbstansaugend. Zweistoff-Düsen unterscheidet man in Düsen innerer- und äußerer Mischung. Ein typischer Vertreter dieser Bauart ist die Airbrush.

Mechanische Zerstäuber

Hier dienen oftmals rotierende Scheiben dazu, der Flüssigkeit die benötigte Energie aufzuprägen. Ebenso zählen Ultraschallvernebler zu dieser Gruppe.

Sonderzerstäuber

Zerstäuber nach dem Prinzip der elektrostatischen Zerstäubung; in der Praxis selten anzutreffen.

Literatur

• Thomas Richter: Zerstäuben von Flüssigkeiten. expert-Verlag, Renningen, 2004, ISBN 3-8169-2309-7