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Zerstäuben

Wissen von A-Z

Mit dem Begriff des Zerstäubens bzw. der Zerstäubung wird im Wesentlichen das Zerteilen einer Flüssigkeit in feinste Tröpfchen beschrieben, die dann als Nebel bzw. Aerosol in einem Gas (Luft) verteilt sind. Die Technik, die sich mit dem Prinzip der Zerstäubung von Flüssigkeiten beschäftigt, ist die Zerstäubungstechnik. Ziel ist dabei, eine möglichst große reaktive Oberfläche zu erzeugen. Beispiele hierfür sind Vergaser oder Luftbefeuchter. Die große reaktive Oberfläche begünstigt die Prozesse des Stoff- und Wärmeaustausches, beispielsweise bei Verdunstungsprozessen (z.B. Trocknungstechnik, Sprühtrocknung) und Verbrennungsprozessen. Bei letzteren sind beispielsweise Diesel- und Benzininjektoren bei Verbrennungsmotoren als Zerstäubungsbauteile zu nennen.

Flüssigkeiten werden auch zerstäubt, um bei der Lackiertechnik eine gleichmäßige Beschichtung auf Oberflächen zu gewährleisten oder bei Reinigungsaufgaben einen ausreichenden Impulsübertrag zu erzeugen (Hochdruckreiniger). In der chemischen Analytik finden Zerstäuber Einsatz in der Spektroskopie. Bei Tintenstrahldruckern, beim Einsatz als Löschwasser aber auch beim Einsatz von Pflanzenschutzmitteln zur sparsamen und gleichmäßigen Anwendung am Boden bedient man sich der Zerstäubungstechnik. Weitere Anwendungsgebiete sind das Zerstäuben bei der Rauchgasbehandlung und bei der Kühlung von Gasen oder Oberflächen.

Im medizinischen oder kosmetischen Bereich werden Zerstäuber häufig eingesetzt, wenn es um die unmittelbaren Benetzung der Haut mit einem Wirkstoff geht oder ein Aerosol inhaliert werden soll. Dafür gibt es viele verschiedene Zerstäuber (Inhalatoren) in unterschiedlicher Bauform sowie Sprühdosen mit konstruktiv festgelegter Menge des pro Stoß abzugebenden Aerosols (Dosierspray).

Während bei einigen Anwendungen sehr feine Aerosole vorliegen, wird bei anderen ein Sprühstrahl mit hohem Flüssigkeitsanteil erzeugt. Dieser Umstand kann nicht mehr unter dem Begriff der Zerstäubung oder des Zerstäubens gefasst werden.

Zum Ausbilden neuer freier Oberfläche, also beim Zerstäuben, muss der Flüssigkeit Energie bzw. Arbeit zugeführt werden, um die wirksame Oberflächenspannung σ zu überwinden. Hierzu gilt in erster Näherung die folgende Gleichung:

Wσ = σ • As
Wσ = Arbeit; σ = Oberflächenspannung; As = Sprayoberfläche

Verschiedene Arten von Zerstäubungsdüsen

Zerstäubungsdüsen werden unterschieden nach der Art der Energiezufuhr:

Einstoff-Druckdüsen
Bei diesen Düsen ist das zu zerstäubende Medium, d.h. die Flüssigkeit, selbst der Energielieferant. Die Zufuhr in die Einstoffdüse erfolgt unter Druck. An der Düsenaustrittsöffnung wird so je nach Bauart der Düse ein Flüssigkeitsstrahl oder eine Flüssigkeitslamelle erzeugt. Die eigentliche Tropfenbildung setzt in einer gewissen Entfernung von der Düsenaustrittsöffnung ein. Turbulenz-, Flachstrahl-, Prall- und Hohlkegeldüsen sind typische Vertreter der Einstoff-Druckdüsen.

Zweistoff- oder pneumatische Düsen
Der Energielieferant für die Zweistoffdüse ist ein mit hoher Geschwindigkeit strömendes Gas oder Dampf. Die Düse arbeitet somit nach dem Prinzip einer Strahlpumpe, sodass die zu zerstäubende Flüssigkeit der Düse nahezu drucklos zugeführt werden kann. Es gibt auch selbstansaugende Düsen sowie gravimetrische Düsen, die die Schwerkraft für die Zufuhr der Flüssigkeit zur Düse nutzen. Zu unterscheiden sind Düsen innerer und äußerer Mischung (z.B. Airbrush).

Mechanische Zerstäuber
Die Energiezufuhr erfolgt bei mechanischen Zerstäubern oftmals über eine rotierende Scheibe. Auch die Vernebelung mittels Ultraschall ist gängige Praxis.

Spezialzerstäuber
Weiterhin gibt es auch die Möglichkeit, Flüssigkeiten mittels elektrostatischer Zerstäubung als feine Tröpfchen fein zu verteilen. Diese Möglichkeit wird jedoch in der Praxis eher selten genutzt. 

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


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