Ein Ultraschallzerstäuber ist ein Gerät, das einen normalen Flüssigkeitsstrom in einen sehr feinen Nebel umwandelt. Es besteht aus einem Generator und einer Sonde. Der Generator erzeugt Schwingungen und fokussiert sie an der Spitze der Sonde. Beim Durchströmen der Sonde wird die Flüssigkeit in feine Partikel umgewandelt. Der Ultraschallzerstäuber wird häufig in Fertigungsanwendungen verwendet, wie zum Beispiel beim Beschichten von Stoffen, beim Hinzufügen von Feuchtigkeit zu einem Gasstrom und beim Einspritzen kleiner Mengen einer Flüssigkeit in einen Reaktor.
Der Ultraschallzerstäuber verfügt über eine Stromversorgung, die niederfrequente elektrische Energie in hochfrequente elektrische Energie umwandelt. Diese elektrische Energie wird dann von einem piezoelektrischen Wandler, der typischerweise aus Keramik besteht, in mechanische Schwingungen umgewandelt. Die Schwingung wird an den piezoelektrischen Wandler zurückgesendet, nachdem sie von der Spitze der Sonde abgeprallt ist. Dies erhöht die Stärke der Vibration und erzeugt eine Pumpwirkung, die Flüssigkeit zur Mitte der Sonde zieht.
Die Flüssigkeit wird der Sonde durch einen seitlichen Einlass zugeführt, normalerweise durch Schwerkraft oder eine Niederdruckpumpe. Für unterschiedliche Anwendungen gibt es unterschiedliche Sonden. Eine Sonde mit flacher Spitze kann beispielsweise Partikel an einer bestimmten Stelle fokussieren. Eine breite Dispersionssonde hat einen erweiterten Sprühbereich, was sie ideal für Beschichtungsanwendungen macht, und eine radiale Sonde wird normalerweise verwendet, um die Innenwände von Bohrungen zu besprühen.
Wenn Flüssigkeit durch die Sonde strömt, breitet sie sich aus und wird flach. Die Schwingungen teilen die Flüssigkeit in einzelne Tröpfchen. Die Tröpfchengröße ist abhängig von der Frequenz der elektrischen Energie. Je höher die Frequenz der elektrischen Energie ist, desto stärker sind die von dem piezoelektrischen Wandler erzeugten Schwingungen. Stärkere Vibrationen erzeugen kleinere Tröpfchen.
Wenn die Tröpfchen die Spitze der Sonde erreichen, werden sie ausgesprüht. Die Durchflussmenge des Sprays ist abhängig von der Viskosität der Flüssigkeit und der Frequenz der elektrischen Energie. Je höher die Frequenz und die Viskosität, desto geringer die Durchflussrate.
Der Ultraschallzerstäuber hat mehrere Vorteile gegenüber herkömmlichen Methoden zum Auflösen von Flüssigkeiten. Da der Ultraschallzerstäuber präzise ein gleichmäßiges Spray abgeben kann, können Hersteller Rohstoffe effizient nutzen und die Umweltverschmutzung reduzieren. Die Sonde verstopft normalerweise nicht und ist leicht zu reinigen. Dies ermöglicht das Zerstäuben verschiedener Arten von Flüssigkeiten, ohne die Gefahr einer Kontamination oder Erosion der Sonde. Flüssigkeiten, die langkettige Polymere enthalten, sind jedoch wegen ihrer starken kohäsiven Eigenschaften schwer zu zerstäuben.