Ein pneumatischer Zerstäuber erzeugt ein Spray, indem er eine Flüssigkeit mithilfe von Luft in feine Tropfen zerstäubt. Diese Art von Zerstäuber spielt eine wichtige Rolle beim Lackieren, Beschichten, Sprühtrocknen und in pharmazeutischen Anwendungen. Für diese Prozesse hilft ein zuverlässiger Spray-Scan, Tropfengröße, Tropfengeschwindigkeit, Sprayverteilung und Prozessstabilität zu verstehen.
In dieser Studie wurde das Spray eines pneumatischen Zerstäubers mit dem Time-Shift-Verfahren analysiert. Das Verfahren erfasste einzelne Tropfen an verschiedenen Positionen im Spray. Dadurch ließen sich räumliche Profile von Tropfengröße, Tropfengeschwindigkeit, relativer Tropfendichte und relativem Volumenstrom erstellen.
Schäfer, W., Rosenkranz, S., Brinckmann, F., & Tropea, C. (2016). Analysis of pneumatic atomizer spray profiles. Particuology, 29, 80–85. https://doi.org/10.1016/j.partic.2015.12.002
Spray-Scan eines pneumatischen Zerstäubers
Bei einem Spray-Scan wird die Messposition durch das Sprayfeld bewegt. So entsteht eine detaillierte Karte des Sprayprofils. In der Veröffentlichung wurde das Spray eines pneumatischen Zerstäubers an verschiedenen axialen und lateralen Positionen vermessen. Das System analysierte die breite Seite des Spraykegels in der xz-Ebene.
Die Messungen zeigten, wie sich Tropfengröße und -geschwindigkeit über das Spray hinweg veränderten. Die Ergebnisse zeigten außerdem, wie die Hornluft die Zerstäubung beeinflusste. Ein höherer Hornluftdruck erzeugte kleinere Tropfen, während die Tropfengeschwindigkeit ein anderes räumliches Verhalten aufwies.
Time-Shift-Verfahren für die Tropfenmessung
Das Time-Shift-Verfahren nutzt Lichtstreusignale einzelner Tropfen. Wenn ein Tropfen einen geformten Lichtstrahl durchquert, erfassen optische Detektoren zeitaufgelöste Signale. Aus diesen Signalen kann das System Tropfengröße und -geschwindigkeit berechnen.
Dieses Verfahren eignet sich für industrielle Sprays, da es transparente und nicht transparente Tropfen messen kann. Es funktioniert zudem in Rückstreugeometrie. Detektor und Lichtquelle können sich daher auf derselben Seite der Messposition befinden.
Tropfengröße, Geschwindigkeit und Sprayverteilung
Das Spray des pneumatischen Zerstäubers zeigte deutliche räumliche Muster. Der Median der Tropfengröße und der Median der Tropfengeschwindigkeit veränderten sich mit der Messposition. Darüber hinaus zeigten die relative Tropfendichte und der relative Volumenstrom charakteristische Profile über den Spraykegel.
Diese Ergebnisse sind für die Entwicklung von Sprayprozessen wichtig. Ein detaillierter Spray-Scan kann helfen, Düsen zu vergleichen, Lackierprozesse zu bewerten und Veränderungen im Verhalten von Zerstäubern zu erkennen.
SR-Matrix zur kompakten Beschreibung von Sprayprofilen
Die Veröffentlichung führt die SR-Matrix als kompakte mathematische Beschreibung des Sprayprozesses ein. Diese Matrix vereint Informationen über Tropfengröße, Geschwindigkeit, relative Dichte und relativen Volumenstrom.
Die SR-Matrix kann das Sprayprofil mit weniger Messpunkten beschreiben. Sie kann außerdem helfen, verschiedene Zerstäubungsprozesse, Düsen oder Lackmaterialien zu vergleichen. Zudem bietet sie eine mögliche Methode zur Prüfung von Fertigungstoleranzen bei pneumatischen Zerstäubern.
Anwendungspotenzial
Ein Spray-Scan eines pneumatischen Zerstäubers unterstützt Forschung, Entwicklung und Qualitätskontrolle in der Beschichtungstechnik. Er hilft zu verstehen, wie sich die Einstellungen des Zerstäubers auf das Spray auswirken. Wichtige Parameter sind Zerstäuberluft, Hornluft, Flüssigkeitsdurchfluss, Düsengeometrie und Materialeigenschaften.
Dieser Ansatz kann die Lackentwicklung, die Charakterisierung von Spritzpistolen, die Optimierung von Beschichtungsprozessen und das industrielle Spray-Monitoring unterstützen. Er bildet zudem eine technische Grundlage für moderne optische Spraydiagnostik und KI-gestützte Sprayanalyse.
Die Studie untersucht den Zerstäubungsprozess eines pneumatischen Lackzerstäubers durch die Messung von Tropfengrößen- und Geschwindigkeitsverteilungen in einem flüssigen Lackspray. Die Messungen erfolgten an verschiedenen axialen Positionen und ermöglichten eine detaillierte Analyse, wie Tropfengröße, Geschwindigkeit, Anzahldichte und lokaler Massenstrom im Spray variieren. Auf Grundlage dieser Messungen wird eine mathematische Beschreibung der Spraystruktur vorgeschlagen.
Die Spraycharakterisierung ist ein zentraler Schritt in vielen industriellen Anwendungen, darunter Automobillackierung, Sprühtrocknung und pharmazeutische Beschichtung. In diesem Experiment wurde das Spray mit einem GunPainter-System (LacTec GmbH, Deutschland) mit pneumatischem Zerstäuber erzeugt. Das System ermöglicht eine präzise Steuerung von Zerstäuberluft, Hornluft und Flüssigkeitsdurchfluss, während eine Verfahreinrichtung räumlich aufgelöste Messungen des Sprays erlaubt.
