Die richtige Strahldüse wählen

Bei der Entscheidung für eine Düse muss ein Mittelweg gefunden werden und dieser beginnt mit Ihrem Luftkompressor. Nachdem Sie sich darüber im Klaren geworden sind, auf welche Weise Ihr Kompressor die Produktionsmöglichkeiten beeinflusst, können Sie sich mit dem Thema der Düsengröße befassen. Die Wahl einer Düse mit einem zu kleinen Bohrungsdurchmesser kann dazu führen, dass Sie bei der Strahlleistung Abstriche machen müssen. Bei einem zu großen Bohrungsdurchmesser haben Sie nicht genügend Druck, um produktiv zu Strahlen. 

Die nächste Überlegung ist die Form der Düse. Die zwei Grundformen von Düsen sind die Düse mit gerader Bohrung und die Venturi-Düse. Dazu gibt mehrere Größen und Spritzbildvariationen. Als Letztes sollten Sie das Material in Betracht ziehen, aus dem die Düse besteht. Hier ist insbesondere das Material zu berücksichtigen, aus dem die Beschichtung in der Bohrung besteht. Die drei Hauptfaktoren bei der Auswahl des idealen Materials der Düsenbohrung sind die Haltbarkeit, Schlagbeständigkeit und der Preis.

Die richtige Wahl der Düse kann eine beträchtliche Auswirkung auf die Rentabilität sowohl bei kleinen als auch großen Strahlaufträgen haben und das Treffen dieser Entscheidung beginnt mit Ihrem Luftkompressor.

1. Einlass nimmt mehr als 5,2 Kubikmeter Luft pro Minute bei Atmosphärendruck auf
2. Komprimiert Luft bei Hochdruck auf ein kleineres Volumen
3. Düse komprimiert die Luft bei extrem hohem Druck in ein sogar noch kleineres Volumen (3/8" bis 3/4" ID)

Je mehr Luftvolumen Sie pro Minute verdichten können, desto höher ist der an der Düse erzeugte Druck. Auf diese Weise wird Ihre Produktionsrate auf zwei Arten verbessert:

• Hochdruck erhöht die Geschwindigkeit der Strahlpartikel und dadurch steht beim Aufprall eine höhere kinetische Energie zur Verfügung. Auf diese Weise wird ein tieferes Verankerungsbild erzeugt. Dies ermöglicht Ihnen, eine feinere Güteklasse des Strahlmittels zu verwenden, mit der mehr Aufschläge pro Volumen erzeugt werden.
• Eine höhere Luftkapazität ermöglicht Ihnen den Einsatz einer Düse mit größerem Bohrungsdurchmesser. Damit wiederum können Sie mehr Strahlmittel auf die Zielfläche aufbringen.

Unter der Annahme, dass die Ihnen zur Verfügung stehende Kapazität des Luftkompressors nicht unbegrenzt ist, müssen Sie eine Düse mit einer Öffnung wählen, die klein genug ist, um bei einem von Ihrem Kompressor bereitgestellten Volumen einen produktiven Luftdruck aufrechtzuerhalten.

Bei Feuchtstrahlverfahren liegen die am häufigsten verwendeten Größen der Düsenöffnung bei 3/8" bis 3/4" Innendurchmesser mit einer schrittweisen Erhöhung von 1/16". Eine Düse mit einem Innendurchmesser von 3/8" ist eng genug, um mit einem 5,24 m³/min-Kompressor einen effektiven Strahldruck zu erzeugen. Eine Düse mit einem Innendurchmesser von 1/2" ist ausreichend, um mit einem 10,62 m³/min-Kompressor einen effektiven Strahldruck zu erzielen.

Es ist wichtig, Folgendes zu berücksichtigen:  Wenn Sie den Durchmesser der Öffnung verdoppeln ,  vervierfachen Sie die Größe der Öffnung sowie des Luftvolumens und Strahlmittels, welches die Düse durchlaufen kann.

Um Ihre Düse mit optimaler Produktivität zu finden, müssen Sie ermitteln, welcher Düsendruck (PSI) erforderlich ist, um eine produktive Strahlleistung beizubehalten, und welches Luftvolumen pro Minute (m³/min) Ihr verfügbarer Kompressor bereitstellen kann. Danach können Sie im folgenden Diagramm die Öffnungsgröße der Düse finden, die diesen Parametern entspricht.

Berücksichtigen Sie bitte, dass je nach Zustand und Konfiguration Ihres Geräts Ihr Kompressor an der Düse weniger Druck erzeugt, als im Diagramm angegeben ist.

Düsen verschleißen. Das die Düse durchlaufende Strahlmittel trägt zur Abnutzung der Beschichtung bei und dadurch vergrößert sich die Öffnung. Bei einer abgenutzten Düse ist ein höheres Volumen pro Minute erforderlich, um Ihren Solldruck aufrechtzuerhalten.

Wenn Sie beispielsweise die Düse Nr. 8 (1/2") kaufen, um mit Ihrem 10,62 m³/min-Kompressor 100 PSI zu erzielen, und sich bei dieser Düse der Durchmesser um 1/8" auf die nächst höhere Düsengröße (Nr. 9 – 5/8") abgenutzt hat, haben Sie Glück, einen Druck von 65 PSI unter Verwendung des gleichen Kompressors (bei der Reihe Nr. 9 fällt der Kompressor in einen Bereich von 10,62 m³/min und 11.33 m³/min und daher können Sie nur einen Wert von 65 PSI beibehalten) aufrechtzuerhalten, da das durch die vergrößerte Öffnung verlaufende Luftvolumen zum Beibehalten des Drucks nicht geeignet wäre.

Wenn Sie jedoch die Düse Nr. 7 (7/16") kaufen und damit nach wie vor einen 10.619 LPM-Kompressor mit einem Sollwert von 100 PSI verwenden und nachdem sich der Durchmesser der Düse auf die nächst höhere Größe (Nr. 8 – 1/2") abgenutzt hat, wären Sie nach wie vor in der Lage, 100 PSI zu erzielen. Dabei würden Sie jedoch gewisse Produktivitätseinbußen zu einem früheren Zeitpunkt in der Lebensdauer der Düse in Kauf nehmen müssen (verglichen mit einer Düse Nr. 8 (1/2")), da die Luft- und Strahlmittelmenge, die bei 100 PSI durch die Öffnung verlaufen könnte, geringer wäre, als der von Ihrem Kompressor bereitgestellte Wert.

Der Druck zwischen dem Kompressor und der Düse kann beträchtlich auf bis einen PSI pro 50' Schlauch (1” Innendurchmesser) sinken. Darüber hinaus sinkt der Druck mit jedem Knick im Schlauch oder jeder Richtungsänderung: die kürzeste, geradeste Schlauchanordnung ist die beste Option. Außerdem könnte ein vollständiger Druckabfall auftreten, falls nicht ordnungsgemäß montierte Verbindungsstücke oder Lecks im Schlauch vorhanden sind.

Die Größe der Düsenbohrung beeinflusst nicht nur das Volumen und den Druck, sondern auch die Größe des Strahlspritzbildes. Für jede Erhöhung der Düsengröße müssen Sie mit einer Erhöhung der Größe Ihres Strahlspritzbild bis zu 10 % rechnen. Jedoch hat die Form der Düse (und nicht die Öffnungsgröße) den meisten Einfluss auf die Größe Ihres Strahlspritzbild.

Düsen sind in zwei Grundformen erhältlich: Düse mit gerader Bohrung und Venturi-Düse mit mehreren Variationen.

Wenn die Druckluft in das konvergent verlaufende Ende (links) einer Düse mit gerader Bohrung eintritt, wird sie beschleunigt und dies wiederum führt zur Beschleunigung der im Strom schwebenden Strahlpartikel. Die Partikel treten aus der Düse in einem dichten Strom aus und erzeugen beim Aufprall ein enges, konzentriertes Strahlspritzbild.

Strahlspritzbild: 3" bei einem Abstand von 18"
Produktionsrate: 4,5/5

Venturi-Düsen verfügen über einen konvergent verlaufenden Einlass und einen divergent verlaufenden Auslass. Diese Form wurde konzipiert, um eine Wirkung zu erzeugen, die den Luftstrom und die Partikel stark beschleunigt. Hierbei handelt es sich jedoch nicht um das Venturi-Wirkprinzip.

Das Venturi-Wirkprinzip besagt, dass bei Beschleunigung eines Luftstroms, während dieser eine verengte Stelle durchläuft, ein entsprechender Druckabfall auftritt.

Dies ist jedoch nicht das Leitprinzip, das bei einer „Venturi“-Düse Anwendung findet. Aus technischer Sicht handelt es sich bei diesen Düsen um de Laval-Düsen mit dem gleichen Design, wie es bei Luftstrahlaustritten vorliegt. Die rasche Beschleunigung des Luftstroms und der Partikel in einer de Laval-Düse tritt aufgrund einer Wirkung auf, bei welcher der Strom die Schallgeschwindigkeit durchbricht.

Neben dem Erzeugen der enormen Beschleunigung wird durch die gewinkelte Form des divergenten Endes der Strom ausgebreitet und erzeugt so ein riesiges Strahlspritzbild und eine einheitlichere Partikelverteilung als bei einer Düse mit Standardbohrung.

Lange Venturi-Düsen bieten bessere Produktionsraten von bis zu 40 % und verbrauchen im Vergleich zu Düsen mit gerader Bohrung weniger Strahlmittel.

Strahlspritzbild: 3" bei einem Abstand von 18"
Produktionsrate: 4/5

Bei einer Venturi-Doppeldüse handelt es sich um eine de Laval-Düse mit einer extra weiten Austrittsöffnung und Öffnungen am divergenten Ende.

Gemäß dem Venturi-Wirkprinzip sinkt der Druck bei steigender Geschwindigkeit des Durchflusses und erzeugt so ein Vakuum zwischen der Schockwelle und dem Hals, wodurch sich die Strahlgeschwindigkeit verringert. Mit einer Venturi-Doppeldüse wird atmosphärische Luft durch die Öffnungen in den Niederdruckbereich gesaugt, wodurch sich der Luftstrom ausweitet und so ein breiteres Strahlspritzbild erzeugt.

Strahlspritzbild: 3" bei einem Abstand von 18"
Produktionsrate: 5/5

Bei Düsen mit weitem Hals handelt es sich um de Laval-Düsen mit einem weiten Hals und einem extra weiten Konvergenzabschnitt von 1/4". Wenn Sie diese Düse mit weitem Hals in Kombination mit einem Schlauch mit passendem Innendurchmesser verwenden (und einer entsprechenden Erhöhung des Luftvolumens), kann sie die Produktivität bis zu 15 % gegenüber der langen Venturi-Düse steigern.

Strahlspritzbild: 5" bei einem Abstand von 48"
Produktionsrate: 3/5

Diese extra langen Düsen beschleunigen Partikel über eine längere Strecke hinweg und erzielen so höhere Austrittsgeschwindigkeiten. Auf diese Weise ist es dem Bediener des Strahlgeräts möglich, in einem weiteren Abstand von der zu strahlenden Oberfläche zu stehen und ein größeres Strahlspritzbild und höhere Produktionsraten zu erzielen.

Der dritte Aspekt beim Wählen einer Düse ist die Zusammensetzung der Beschichtung in der Bohrung. Härteres Material ist verschleißfester, jedoch teurer, wenn es ausgetauscht werden muss, und neigt bei rauer Handhabung zu Rissbildung. Es gibt drei Grundtypen von Karbid (Hartmetall)-Düsen

Haltbarkeit: 1/5
Schlagbeständigkeit: 5/5
Preis: niedrig

Dies ist die Karbiddüse mit der kürzesten Lebensdauer. Sie ist jedoch preiswert und schlagbeständig. Geeignet für Strahlmittel wie Schlacke, Glas und Mineralien.

Haltbarkeit: 1/5
Schlagbeständigkeit: 5/5
Preis: niedrig

Schlagbeständig und haltbar wie Wolframkarbid, jedoch leichter. Verursacht weniger Belastung für den Bediener.

Haltbarkeit: 3/5
Schlagbeständigkeit: 1/5
Preis: Hoch

Extrem hart und haltbar, jedoch brüchig. Bis zu zehn Mal längere Lebensdauer als Wolframkarbid

Haltbarkeit: 5/5
Schlagbeständigkeit: 3/5 
Preis: Hoch

Einige Hersteller fertigen ihre eigenen Mischkarbiddüsen, die sogar noch härter sind als Borkarbid.

Der Austausch von Düsen ist kostspielig. Ein Vorteil der Feuchtstrahlverfahren ist, dass Ihre Düsen bis zu dreimal länger halten als eine Trockenstrahldüse, da die Partikel in einem eingefetteten Wassermantel eingeschlossen sind, der die Reibung zwischen dem Strahlmittel und der Düsenbeschichtung verringert.

Ein weiterer wichtiger Vorteil ist, dass der Betreiber von Feuchtstrahlgeräten eine gute Kontrolle über die Strahlmittel-Zufuhrgeschwindigkeit hat. Beim Sandstrahlen ist diese schwieriger einzustellen und weist einen geringeren Einstellbereich auf. Wenn anstatt der Düse Nr. 6 die Größe Nr. 8 mit einer Sandstrahlvorrichtung verwendet wird, erhöht sich der Strahlmittelverbrauch um beinahe das Doppelte.

Untersuchungen haben gezeigt, dass sich die Strahlproduktivität schrittweise mit der Strahlmittel-Zufuhrgeschwindigkeit erhöht, bis ein kritischer Wert erreicht wird, ab dem die Produktivität konstant bleibt. Wenn also dieser Wert überschritten wird, führt der Verbrauch von mehr Strahlmittel sogar zu einer Verringerung der Partikelgeschwindigkeit, zur Verschwendung von Strahlmitteln und einer geringeren Effizienz.

Da bei Feuchtstrahlgeräten die Strahlmittel-Durchflussrate mühelos eingestellt werden kann, um diesen kritischen Wert zu erreichen, kann somit eine optimale Produktivität bei einem niedrigeren Druck als beim Trockenstrahlen erzielt werden.

Große Düsen und Luftdüsen führen zu hohen Produktionsraten. Jedoch hängt die Beschleunigung der Partikel und die Größe des Strahlspritzbildes von der Form der Düsenbohrung ab.

Wählen Sie zur Maximierung Ihrer Produktivität je nach Oberflächeneigenschaften und Spezifikationen die größte Düsenbohrung, die mit Ihrem Kompressor kompatibel ist, und arbeiten Sie mit einem Druck, der zur Produktivität beiträgt und berücksichtigen Sie dabei, dass sich der Druck durch Abnutzung Ihrer Düse auf einen größeren Durchmesser beträchtlich verringert. Es ist wichtig, den optimalen Punkt zu finden, bei dem Ihre Düse über ihre Nutzungsdauer hinweg produktiv arbeiten kann, damit Sie den größtmöglichen Nutzen aus Ihrer Investition ziehen.