AT507662A4 - Sprühdüse - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Sprühdüse zur Zerstäubung von Fluiden, mit einem Düsenkörper, der eine stufenweise verjüngte Bohrung aufweist, die in eine Düsenöffnung mündet, und mit einem Drallkörper, der in der Bohrung aufgenommen ist und der Mittel zur Verwirbelung des Fluids aufweist. Düsen zur Zerstäubung von Fluiden werden beispielsweise im Luftbefeuchtern benötigt, bei denen Wasser möglichst fein zerstäubt werden muss. Sprühdüsen dieser Art sollen einen feinen Strahl zuverlässig erzeugen, gleichzeitig aber einen einfachen Aufbau aufweisen und leicht zu warten sein. Auch die Lebensdauer der Düse ist ein wesentliches Kriterium.

Aus der DE 270 664 A ist eine Sprühdüse bekannt, die einen Düsenkörper aufweist, der eine zentrale Bohrung besitzt, in der ein Drallkörper eingeschraubt ist. Am Umfang des Drallkörpers sind Spiralkanäle eingearbeitet, die im vorderen Bereich der Bohrung eine Drallströmung erzeugen, um das Fluid bestmöglich zu verwirbeln. Zusätzlich dazu wird Fluid aus einer Zentralbohrung des Drallkörpers direkt in eine Ausströmöffnung des Düsenkörpers ausgestoßen. Eine solche Düse ist darauf hin optimiert, unter stark schwankenden Druckverhältnissen einen möglichen gleichmäßigen Strahl zu erzeugen. Es ist jedoch nicht möglich, einen besonders feinen Strahl zu erzielen. Außerdem ist die bekannte Düse aufgrund Ihres Aufbaues relativ empfindlich auf Herstellungstolleranzen, da schon geringfügige Veränderungen des Spalts zwischen Düsenkörper und Drallkörper im Bereich der Ausströmöffnung relativ große Unterschiede im Sprühverhalten mit sich bringen.

Weiters ist in der DE 16 04 941 B eine Zerstäubungsdüse für einen Zerstäubungstrockner bekannt. Auch diese Düse besitzt einen Düsenkörper mit einem darin befindlichen Drallkörper. Eine solche Düse ist primär für hochviskose Medien geeignet, nicht jedoch für feinste Zerstäubung von niedrigviskosen Fluiden.

Weitere bekannte Düsen besitzen den Nachteil, dass durch die an der Düsenöffnung erzeugte Drallströmung, die zur feinen Zerstäubung benötigt wird, im Lauf der Zeit Material abträgt, was zu einer Beeinträchtigung der Funktion und zu Verstopfungen zufolge von Ansammlungen des abgetragenen Materials führen kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine Sprühdüse anzugeben, die einen einfachen Aufbau aufweist und die in der λ ······· · · · • ·· · · ···· ··· · · • t · ·· · · ·· ·· · • ·· ·· ·· ·· ·· · - 2 - ............

Lage ist, eine zuverlässige Zerstäubung des flüssigen Mediums zu gewährleisten und besonders feine Strahlen zu erzeugen.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Sprühdüse zu entwickeln, die auch unter rauen Arbeitsbedingungen zuverlässig arbeitet und leicht zu reinigen und zu warten ist.

Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben dadurch gelöst, dass die Bohrung einen im Wesentlichen zylindrischen Abschnitt aufweist, der den Drallkörper aufnimmt und der an seinem stromabwärtigen Ende durch eine ebene Auflagefläche abgeschlossen ist, in deren Zentrum die Düsenöffnung angeordnet ist, und dass die Düsenöffnung aus einem kegelförmigen Raum besteht, der an seinem stromabwärtigen Ende eine Ausströmöffnung aufweist.

Wesentlich an der Erfindung ist, dass durch die ebene Auflagefläche des Düsenkörpers eine geometrisch einfache Situation geschaffen wird, die unempfindlich gegenüber Produktionstoleranzen ist. Besonders wichtig ist dabei, dass das Fluid, also im Allgemeinen Wasser, senkrecht zur Achse des Düsenkörpers zur Düsenöffnung hin strömt, dort aufgrund der Drallbewegung verwirbelt wird und weiter zur Ausströmöffnung bewegt wird. Durch die kegelförmige Form der Düsenöffnung wird dabei eine Beschleunigung der Dralibewegung erzeugt, so dass an der Ausströmöffnung selbst eine größtmögliche Verwirbelung mit maximalen Winkelgeschwindigkeiten erzielt wird.

Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass durch die ebene Auflagefläche eine zunächst ebene Drallströmung erzeugt wird, wobei die primären Strahlen auf das obere Ende des kegelförmigen Raums gerichtet sind, wo dieser einen noch relativ großen Durchmesser aufweist. Dadurch findet eine relativ geringe Materialabtragung statt und diese liegt an einer relativ unkritischen Stelle. Durch die kegelförmige Ausbildung wird die Drailströmung beschleunigt und erreicht an der Ausströmöffnung besonders hohe Strömungsgeschwindigkeiten, was die Strahlbildung begünstigt.

Optimale strömungstechnische Verhältnisse können insbesondere dadurch gewährleistet werden, dass der kegelförmige Raum an seinem stromabwärtigen Ende sphärisch ausgebildet ist.

Produktionstechnisch besonders begünstigt ist eine Ausführungsvariante, bei der der Drallkörper eine ebene Sitzfläche aufweist, die sich im zusammengebauten Zustand an der Auflagefläche des Düsenkörpers abstützt. Besonders vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang, wenn die Sitzfläche mindestens eine Nut aufweist, die tangential zur Düsenöffnung hingerichtet ist. Diese Nut stellt somit das ······· · · · • ♦ · t · ···· ··· ·· • · · ·· ·· ·· ·· · • ·· · · ·· ·· · · · - 3 - ............

Mittel zur Verwirbelung des Fluids dar. In der Regel sind zwei oder mehr gleichmäßig um den Umfang verteilte Nuten vorgesehen, die an verschiedenen Stellen tangential in die Düsenöffnung münden. Dadurch kann die Verwirbelung optimiert werden.

Als besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, wenn in der Sitzfläche eine Wirbelkammer vorgesehen ist, die in zusammengebautem Zustand der Düsenöffnung gegenüberliegt. Gemeinsam mit dem kegelförmigen Raum der Düsenöffnung wird damit ein Raum gebildet, in dem eine intensive Verwirbelung stattfinden kann. Die tangentiale Einströmung des Mediums über die Nuten verursacht aufgrund der günstigen geometrischen Verhältnisse nur eine geringe Materialabtragung, so dass eine hohe Lebensdauer und eine geringe Verstopfungsgefahr erreicht werden. Diese Vorteile kommen in besonderer Weise zum Tragen, wenn die Wirbelkammer einen Außendurchmesser aufweist, der im Wesentlichen dem Durchmesser des kegelförmigen Raums der Düsenöffnung in der Ebene der Auflagefläche entspricht.

Konstruktiv besonders günstig ist es, wenn der Drallkörper durch einen Presssitz der Bohrung des Düsenkörpers gehalten ist. Dies ist wesentlich, da der Druck des Fluids an der Oberseite des Drallkörpers nur geringfügig dazu beiträgt, die Sitzfläche auf die Auflagefläche zu drücken.

Weiters ist es konstruktiv vom Vorteil, wenn der Drallkörper zylindrisch ausgebildet ist und an seinem Umfang mindestens einen Strömungskanal aufweist, der vorzugsweise als abgeflachter Bereich ausgebildet ist. Auf diese Weise kann die Herstellung besonders einfach gestaltet werden.

In der Folge wird die vorliegende Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsvariante der Erfindung im Längsschnitt;

Fig. 2 eine weitere Ausführungsvariante der Erfindung im Längsschnitt;

Fig. 3 einen Düsenkörper einer weiteren Ausführungsvariante in vergrößertem Maßstab;

Fig. 4 ein Detail von Fig. 3;

Fig. 5 eine Ansicht des Drallkörpers von unten; und Fig. 6 einen Schnitt nach Linie VI-VI in Fig. 3

In Fig. 1 ist eine Sprühdüse in einer Zusammenstellungszeichnung dargestellt. In einen Düsenkörper 1 ist ein Drallkörper 2 eingesetzt, was in der Folge detailliert ······· · ·· • · · · · · ··· ··· ·· • t · · · · · · · ·· · • ·· ·· · · ·· · · · - 4 - ............ beschrieben werden wird. Ein Gehäuse 11 trägt den Düsenkörper 1 über eine Verschraubung 12, wobei ein erster O-Ring 14 den Düsenkörper 1 und den Drallkörper 2 gegeneinander abdichtet. Im Gehäuse 11 ist ein Filterelement 13 eingesetzt, um Verstopfungen der Düse zu vermeiden. Ein Außengewinde 15 dient zur Befestigung und ein zweiter O-Ring 16 zur Abdichtung gegenüber einer nicht dargestellten Halterung.

In einer Bohrung 17 des Gehäuses 11 ist eine Dichtkugel 18 eingesetzt, die durch eine Feder 19 gegen eine Öffnung 20 vorgespannt ist. Die Dichtkugel 18 bewirkt, dass das Ventil erst ab einem bestimmten Mindestdruck des Fluids öffnet und sofort schließt, wenn der Druck unter diesen Mindestdruck abfällt. Dadurch kann ein Nachtropfen der Düse vermieden werden.

Fig. 2 zeigt eine alternative Ausführungsvariante, bei der das Gehäuse 11 eine Kugelfläche 21 aufweist, um so schwenkbar in einem Halteteil 22 gehalten zu werden. Eine Überwurfmutter 23 sichert die Verbindung. Der Halteteil 22 besitzt ein Befestigungsgewinde 24 und einen O-Ring 25 zur Abdichtung. Ein weiterer O-Ring 26 dichtet den Drallkörper 2 gegenüber dem Halteteil 22.

In Fig. 3 ist ein Düsenkörper 1 mit eingesetztem Drallkörper 2 im Längsschnitt dargestellt, der zu einer vereinfachten Düse ohne Nachtropfsicherung gehört. Der Düsenkörper 1 ist im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet und besitzt eine zentral angeordnete abgestufte Bohrung 3. An der stromabwärtigen Seite der Bohrung 3 ist ein zylindrischer Abschnitt 3a vorgesehen, der dazu ausgebildet ist, den Drallkörper 2 aufzunehmen, wobei die Abmessungen so gewählt sind, dass sich ein Presssitz einstellt. Stromabwärts des zylindrischen Abschnitts 3a ist, wie aus dem Detail aus Fig. 4 ersichtlich ist, eine Düsenöffnung 4 vorgesehen, die von einer ebenen Auflagefläche 5 umgeben ist. Die Düsenöffnung 4 ist besteht aus einem kegelförmigen Raum 6, der an seinem stromabwärtigen Ende eine Ausströmöffnung 7 aufweist.

Der Düsenkörper 1 besitzt in seinem oberen äußeren Ende weiters ein Gewinde 8, das zur Befestigung des Düsenkörpers 1 dient. Bei 9 besitzt der Düsenkörper 1 an seinem Umfang einen Sechskant, der zum Einschrauben dient. Im oberen Abschnitt der Bohrung 3 ist ein Innengewinde 10 vorgesehen, das einen nicht dargestellten Filtereinsatz aufnehmen kann.

In Fig. 5 ist der Drallkörper 2 von der stromabwärtigen Seite her gesehen, dargestellt. Die zylindrische Umfangsfläche 11 besitzt drei abgeflachte Bereiche 12, die zusammen mit der Wand der Bohrung 3 des Düsenkörpers 1 Strömungskanäle für das Fluid ausbilden. Mittig ist an der Unterseite des Drallkörpers 2 eine

Sitzfläche 13 ausgebildet, die im zusammengebauten Zustand an der Auflagefläche 5 des Düsenkörpers 1 aufliegt. Vom äußeren Rand der Sitzfläche 13 sind zwei Nuten 14 tangential zu einer Wirbelkammer 27 hin gerichtet, die der Düsenöffnung 4 gegenüberliegt und im Wesentlichen den gleichen Durchmesser aufweist. In Fig. 6 ist mit unterbrochenen Linien angedeutet, wie in zusammengebautem Zustand die wesentlichen Teile des Düsenkörpers 1 angeordnet sind.

Typische Abmessungen der wesentlichen Teile der Sprühdüse können folgendermaßen angegeben werden: Die Ausströmöffnung 7 besitzt einen Durchmesser d2 von etwa 0,2 mm, wobei Werte zwischen 0,1 mm und 0,3 mm häufig sind. Die Dicke h im Bereich der Auflagefläche 5 des Düsenkörpers 1 beträgt etwa 0,7 mm. Der Durchmesser di des kegelförmigen Raums 6 der Düsenöffnung 4 beträgt 1,0 mm und der Krümmungsradius des kegelförmigen Raums 6 der Düsenöffnung 4 im Bereich der Ausströmöffnung 7 beträgt 0,3 mm.

Wie oben ausgeführt entspricht der Außendurchmesser d3 der Wirbelkammer 27 dem Durchmesser di des kegelförmigen Raums 6 der Düsenöffnung 4. Besonders günstige Strömungsverhältnisse werden erreicht, wenn das Verhältnis zwischen di und d2 in einem Bereich zwischen 2,5 und 20, vorzugsweise zwischen 4 und 10 liegt, was zu einer entsprechenden Steigerung der Winkelgeschwindigkeit der Strömung führt. Ähnliche Werte gelten für das Verhältnis zwischen di und r.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht es Sprühdüsen herzustellen, die einen einfachen Aufbau besitzen und sicher und zuverlässig funktionieren.

Claims (10)

1. - 6 - - 6 - A PATENTANSPRÜCHE 1. Sprühdüse zur Zerstäubung von Fluiden, mit einem Düsenkörper (1), der eine stufenweise verjüngte Bohrung (3) aufweist, die in eine Düsenöffnung (4) mündet, und mit einem Drallkörper (2), der in der Bohrung (3) aufgenommen ist und der Mittel zur Verwirbelung des Fluids aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (3) einen im Wesentlichen zylindrischen Abschnitt (3a) aufweist, der den Drallkörper (2) aufnimmt und der an seinem stromabwärtigen Ende durch eine ebene Auflagefläche (5) abgeschlossen ist, in deren Zentrum die Düsenöffnung (4) angeordnet ist, und dass die Düsenöffnung (4) aus einem kegelförmigen Raum (6) besteht, der an seinem stromabwärtigen Ende eine Ausströmöffnung (7) aufweist.
2. 2. Sprühdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der kegelförmige Raum (6) der Düsenöffnung (4) an seinem stromabwärtigen Ende sphärisch ausgebildet ist.
3. 3. Sprühdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Drallkörper (2) eine ebene Sitzfläche (13) aufweist, die sich im zusammengebauten Zustand der Sprühdüse an der Auflagefläche (5) des Düsenkörpers (1) abstützt.
4. 4. Sprühdüse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sitzfläche (13) des Drallkörpers (2) mindestens eine Nut (14) aufweist, die tangential zur Düsenöffnung (4) hin gerichtet ist.
5. 5. Sprühdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Sitzfläche (13) eine Wirbelkammer (27) vorgesehen ist, die in zusammengebautem Zustand der Düsenöffnung (4) gegenüberliegt.
6. 6. Sprühdüse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirbelkammer (27) einen Außendurchmesser (d3) aufweist, der im Wesentlichen dem Durchmesser (di) des kegelförmigen Raums (6) der Düsenöffnung (4) in der Ebene der Auflagefläche (5) entspricht.
7. 7. Sprühdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Drallkörper (2) durch einen Presssitz in der Bohrung (3) des Düsenkörpers (1) gehalten ist.
8. 8. Sprühdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Drallkörper (2) zylindrisch ausgebildet ist und an seinem Umfang mindestens einen Strömungskanal aufweist, der vorzugsweise als abgeflachter Bereich (11) ausgebildet ist.
9. 9. Sprühdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausströmöffnung (7) der Düsenöffnung (4) einen Durchmesser (d2) aufweist, der zwischen 5% und 40%, vorzugsweise zwischen 10% und 25% des Durchmessers (di) des kegelförmigen Raums (6) der Düsenöffnung (4) in der Ebene der Auflagefläche (5) entspricht.
10. 10. Sprühdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der kegelförmige Raum (6) der Düsenöffnung (4) im Bereich der Ausströmöffnung (7) einen Krümmungsradius (r) aufweist, der zwischen 10% und 40%, vorzugsweise zwischen 20% und 35% des Durchmessers (di) des kegelförmigen Raums (6) der Düsenöffnung (4) in der Ebene der Auflagefläche (5) entspricht.

    Dipl.-lng, Mag. Michael Babeluk A-1150 Wien, Mariahilfer Gürtel 39/17 Tel.: (4411) 192 St »34 /·* (t*3 1) 193 39 333 «•mail! pafffwMftahwipfr-Mf 2009 01 22 Ba