Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Ultraschallvernebler


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von Halef S. (halef_s)


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Hallo zusammen,

im Rahmen eines Projektes an meiner Uni bin ich momentan auf der Suche, 
nach einem Ultraschallverneblungssystem, welches in Lage ist, Wasser in 
verschieden große Tröpfchen zu zerstäuben (vernebeln).

Leider habe ich nun nach einiger Zeit der Recherchearbeit, kein 
entsprechendes fertiges System finden können.

Auch bei der Suche nach Bauteilen um ein solches System zu entwerfen, 
war ich leider weitestgehend erfolglos.

Nun hoffe ich, dass diese Community hier mir eventuell bei meiner Suche 
weiterhelfen kann.

Zu den spezifischen Anforderungen des Systems:

Wie bereits gesagt, sollte man die Tröpfchengröße regulieren können und 
spezifisch zwischen 2µm und 30µm variierbar sein.

Mein bisheriger Ansatz war es, Mittels Steigerung bzw. Senkung der 
Frequenz des Schwingers, die Tröpfchengröße regulieren zu können.

Wie ebenfalls schon erwähnt, finde ich weder ein System welches auf 
diese Art arbeitet, noch finde ich entsprechende Bauteile also z.B. 
einen ansteuerbaren Piezo-Vernebler der zum einen auf die Frequenz 
ansteuerbar ist und zum anderen eine Beschreibung beiliegen hat, bei 
welcher Frequenz welche Tröpfchengröße zu erwarten ist.

Außerdem nehme ich an, dass bei verschieden Frequenzen verschieden hohe 
Wassersäulen benötigt werden.

Nun meinen Fragen an euch:

Weiß hier Jemand ob solche Systeme bereits existieren und kann mir 
Informationen zu Herstellern, Verkäufern und/oder Nutzern dieser Systeme 
geben?

Oder hat einer eventuell Ideen, Vorschläge, Anregungen und/oder 
Hilfestellungen zum kostengünstigen Entwurf („Bau“) eines solchen 
Systems sowie zur Bauteilbeschaffung?

Also Ihr seht schon, ich wäre über jede Hilfe dankbar und hoffe, das war 
alles soweit Verständlich.

Falls was unklar ist werde ich natürlich jede Frage so gut es geht 
beantworten.

LG

Halef

von nachtmix (Gast)


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Halef S. schrieb:
> Mein bisheriger Ansatz war es, Mittels Steigerung bzw. Senkung der
> Frequenz des Schwingers, die Tröpfchengröße regulieren zu können.

Das wird schwierig, weil alle mir bekannten US-Schwinger in Resonanz 
betrieben werden.
Ein Zusammenhang zwischen Tröpfengrösse und Frequenz ist mir auch nicht 
bekannt.
Ich hatte allerdings mal einen US-Vernebler, der auf 4,xx MHz, also 
deutlich höher als die Ultraschallreiniger, arbeitete.

Für kleinste Mengen würde ich auch mal an die Piezodruckköpfe der Epson 
Tintenstrahldrucker denken.
Für größere Mengen kämen evtl. die Injektoren von direkteinspritzenden 
KFZ-Motoren (Diesel oder Benzin) in Frage. Dort wird die Zerstäubung 
allerdings durch den Drall und die Form der Düse bewirkt, während der 
Aktuator nur das Ventil bedient. Ausserdem muss das Medium mit hohem 
Druck angeliefert werden, damit solch ein Zerstäuber funktioniert.

Ander Prinzipien sind auch bekannt: 
https://de.wikipedia.org/wiki/Luftbefeuchter


Wegen der vielen Verwendungsmöglichkeiten dürfte das Thema Zerstäuber 
theoretisch recht gut untersucht sein, so dass sich ein Literaturstudium 
bestimmt lohnt: https://de.wikipedia.org/wiki/Zerst%C3%A4ubungstechnik

von nachtmix (Gast)


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P.S.:
Du könntest auch mal bei den Meteorologen fragen, was die über Bildung, 
Wachstum und Größenverteilung von Nebeltröpfchen in feuchter Luft 
wissen.

von Werner H. (werner45)


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Ganz früher, so in den 70ern, gab es mal einen Piezoschwinger von Valvo 
samt Einzelteilen für die Ansteuerelektronik. Den habe ich aufgebaut und 
war enttäuscht ob der mickrigen Wirkung, ich hatte mehr Nebel erwartet. 
Die Schwingfrequenz (Ultraschall) war nicht variabel, das wäre wegen der 
unveränderlichen mechanischen Eigenresonanz des Schwingtellers auch 
sinnlos gewesen. Der damals von Valvo propagierte Einsatz in Ölbrennern 
kam auch nie von der Papierphase weg...

Ultraschallverneblung wird in der Medizin im Inhalator angewendet. 
Vielleicht ist darüber etwas zu finden.

In der chemischen Analytik hat die US-Firma Cetac einen 
Ultraschallvernebler entwickelt, der um 2000 auf den Markt kam, aber 
wenig verbreitet war. Dort wurde ein feiner Flüssigeitsstrahl der 
Untersuchungslösung auf einen Piezoschwinger gespritzt und der Nebel 
danach in einem beheizten Rohr getrocknet, um schwebefähigen Staub zu 
erhalten. Dieser wurde in ein Plasma geblasen und spektrosopisch 
untersucht. Von dem Vernebler habe ich auch keine Unterlagen, die 
Ausbildung hatte ein Kollege verpaßt bekommen.

Vielleicht wirst Du in der Medizintechnik oder Instrumentellen 
Chemischen Analytik (ICP-Zubehör) fündig.

Gruß   -   Werner

von c.m. (Gast)


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selbst wenn man die tröpfchengrösse per frequenz "einstellen" könnte 
(weis ich nicht), vermute ich stark das man immer nur eine 
glockenverteilung von tröpfchengrössen hätte.

von Halef S. (halef_s)


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Zunächst einmal vielen dank für die Antworten.

Die Abhängigkeit zwischen Tröpfchengröße und Frequenz habe ich neben dem 
was einige Professoren dazu sagen, auch in einigen Quellen finden können 
z.B. Wikipedia (https://de.wikipedia.org/wiki/Ultraschallvernebler)

Grundsätzlich habe ich mir schon über die meisten der hier 
vorgeschlagenen alternativen Techniken Gedanken gemacht. Aber ein Paar 
der Vorschläge und Hinweise, sind absolut neu und zudem super Einfälle, 
über die ich mich gleich informieren werde.

Wie Ihr ganz richtig angemerkt habt ist die nutzbare Frequenz des 
Schwingers stark abhängig von der Beschaffenheit des Piezoelementes.

Also werde ich wohl von dem Gedanken weg müssen, dass über einen 
einzelnen Ultraschall-Vernebler bzw. ein einzelnes Verneblungselement 
lösen zu wollen.

Mein nächster Gedanke dazu währe, dass ich mehrere 
Piezozerstäuber-Elemente nutze. Sprich: Jedes Element hat einen 
spezifischen anderen Piezokristall und Schwinger, die dementsprechend 
auf unterschiedlichen Frequenzen arbeiten können.

Nun müsste doch das Ultraschall-Element welches auf einer sehr hohen 
Frequenz arbeitet vergleichsweise größere Mengen an kleineren Tröpfchen 
ausbilden als ein Element welches auf einer viel niedrigeren Frequenz 
arbeitet.

Also in so fern ich weiterhin davon ausgehen darf, dass die 
Tröpfchengröße tatsächlich Frequenzabhängig ist.

Was denkt Ihr dazu?

LG

Halef.S

von Purzel H. (hacky)


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Es wuerde einen Sinn machen, dass die Troepfchengroesse von der Frequenz 
abhaengig ist. Normale Vernebler arbeiten auf Resonanz des 
Piezoelementes, ueblicherweise in der einstelligen MHz Region. Fuer 
durchstimmbares Schwingen muesste man bei den AOM schauen, das sind 
Akusto-Optische-Modulatoren. Die brauchen allerdings viel mehr Dampf, da 
nicht-resonant, und gehen je nachdem bis in die hunderten von MHz. Sie 
erzeugen Dichtewellen in einem optischen Material.

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