Düse oder Verschluss, z.B. für Brenner Die Erfindung bezieht sich auf eine Düse oder einen Verschluss, bei dem jeweils ein Öffnen oder Schliessen durch elastische Verformung eines Werk stoffes infolge des Druckes im durchzutreibenden Stoff erfolgt.
Elastische Düsen oder Verschlüsse sind bekannt, bei denen die Düse oder der. Verschluss selbst aus einem stark elastischen Stoff wie Gummi oder der gleichen gebildet wird. Die stark elastischen und nichtmetallischen Gebilde haben jedoch den Nach teil eines raschen Verschleisses, einer baldigen Er müdung und Alterung und eines geringen Wider standes gegenüber Temperatureinflüssen.
Die bekannten elastischen Düsen und Ver schlüsse verfolgen hierbei vor allem den Zweck, mit möglichst geringen Überdrücken einen verhältnis mässig grossen Querschnitt sich öffnen zu lassen, um Druckverluste zu vermeiden, was zum Beispiel bei den Ventilen von Pumpen und Kompressoren zweckmässig sein kann.
Auch sind schon elastische Verschlüsse vorge schlagen worden, bei denen über die ganze Länge des den elastischen Verschluss bildenden dehnungs fähigen Werkstoffes in einem gewissen Abstand hiervon eine unelastische Kappe gestülpt ist, um den elastischen Stoff vor Beschädigung zu schützen.
Die Erfindung bezweckt nun, Düsen oder Ver schlüsse zu erzielen, welche bei einfacher Bauart gleichzeitig eine hohe Betriebssicherheit, insbeson dere auch bei hohen Temperaturen aufweisen, und besteht darin, dass ein die Austrittsöffnung minde stens mitbildendes Kernstück von einer bei ge schlossener Austrittsöffnung dicht anliegenden Hülse umgeben ist, und mindestens der eine dieser beiden Hauptteile bei einem Überdruck im durchzutrei benden Stcff einen Spalt elastisch öffnet. Die An ordnung kann also derart getroffen sein, dass entweder nur die Hülse oder nur das Kernstück bei Öffnung des Spaltes elastisch deformiert wird. Gegebenen falls kann sowohl das Kernstück als auch die Hülse elastisch ausgebildet sein.
In einer andern bevorzugten Ausführungsform ist das Kernstück unelastisch und die Hülse elastisch ausgebildet, wobei das unelastische Kernstück zweck mässig derart mit mindestens einer äussern Rille versehen ist, dass auf die dasselbe umgebende Hülse bei innerem Überdruck allseitig ein gleichmässiger Druck ausgeübt und am freien Ende ein gleich mässiger Ringspalt gebildet wird.
Bei einem Beispiel der Erfindung wird der Vor teil erzielt, dass sich Kernstück und Hülse gegen einander abstützen, so dass beim Öffnen des Spaltes die den elastischen Teil verformenden Kräfte in günstiger Weise aufgenommen werden.
Der zum Öffnen des Spaltes nachgebende Teil kann auch aus einem Metall hergestellt sein, wel ches die erforderliche Elastizität aufweist. Derar tige Werkstoffe, in der Regel also Metalle verschie dener Zusammensetzungen, haben eine geringere Dehnungsfähigkeit als Gummi oder dergleichen. Dafür aber sind sie verschleissfest und innerhalb bestimmter Dehnungsbeanspruchungen ermüdungs frei, ohne nennenswerte Alterungserscheinungen und von einer grossen Temperaturunempfindlichkeit.
Auch liefert die Bauart mit metallischen Werk stoffen die Möglichkeit, je nach dem Zweck mit geringen oder grossen Überdrücken zu arbeiten und trotzdem den jeweils gewünschten Querschnitt zu erzielen. Im allgemeinen finden Beispiele für ge ringe Überdrücke bei Ventilen oder Verschlüssen in Maschinen oder Geräten Anwendung, bei denen ein Stoff mit möglichst geringen Verlusten geför dert werden oder durch die Düsen- bzw. Verschluss- öffnung hindurchtreten soll. Beispiele für grössere oder sehr grosse Überdrücke kommen dagegen bei spielsweise für Düsen in Betracht, mit deren Hilfe ein flüssiger Stoff auf eine bestimmte Art und Weise zerstäubt werden soll.
Doch können natürlich auch mit der Bauform für geringe LUberdrücke bei zweck entsprechender Ausbildung ebenfalls Zerstäuber effekte erzielt werden.
Ein Vorteil eines Beispiels in Form einer elasti schen Düse liegt darin, dass sich die Düse je nach dem Druck, mit dem der Stoff zum Austreten ge zwungen wird, sich mehr oder weniger weit öffnet. Man erreicht dadurch zweierlei. Erstens wird die Austrittsmenge nicht nur durch den Druck allein, sondern gleichzeitig durch den geänderten Quer schnitt geregelt, und zweitens sind durch die Wahl der Dehnungseigenschaften der Düse bestimmte Ab hängigkeiten der geometrischen Strahlform des austretenden Stoffes erzielbar.
Diese gewünschten Gesetzmässigkeiten können auch aufrechterhalten werden, wenn die Düse an einen ständig oder zeit weise von hohen Temperaturen erfüllten Raum an geschlossen wird (wie zum Beispiel bei Feuerungen, Brennkammern oder Verbrennungskraftmaschinen), indem die Düse, damit die Elastizitätseigenschaften des gewählten Düsenwerkstoffes nicht leiden, ge gebenenfalls entsprechend gekühlt wird, sofern die Kühlwirkung des durchfliessenden Stoffes nicht aus reicht. Immerhin kann zum Beispiel bei Verwen dung von bestimmten Stählen die Düsentemperatur mehrere hundert Grad Celsius betragen, ohne dass der Elastizitätsmodul wesentlich abfällt.
Die elastische Hülse kann zum Beispiel mit Vorspannung über das Kernstück gezogen werden. Auch kann die Vorspannung durch Verschieben auf dem entsprechend geformten Kernstück ver ändert werden.
Ausführungsbeispiele können für verschiedene Querschnitte, zum Beispiel für einen geraden oder für einen runden Querschnitt, der entstehenden Öffnung ausgebildet sein. In dem Augenblick, in dem die Wirkung des innern Überdruckes auf den austretenden Stoff aufhört, schliesst sich die Öffnung infolge der elastischen Kräfte der Düsenwandung von selbst. Auch kann durch besondere Ausbildung des Zuflusses und/oder Abflusses oder durch be sondere Einsatz- und/oder Vorsatzstücke die Form des austretenden Strahls so beeinflusst werden, dass er von der üblichen kegelförmigen Strahlform ab weicht und zum Beispiel breite geradlinige oder min destens teilweise ringförmige Strahlform erhält.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist über Kernstück und Hülse eine mit einem radial nach innen gerichteten Wulst oder Flansch versehene, praktisch unelastische Kappe ge zogen, wobei der innere Rand des Wulstes oder Flansches in einem bestimmten Abstand die ela stische Hülse oder Düse an dem Austrittsende um gibt, also die elastische Hülse nur an ihrem freien Ende abstützt, während der nur als Träger des Wulstes oder Flansches dienende in verhältnismässig grossem Abstand von der elastischen Hülse befind liche übrige Teil die Bewegung der elastischen Hülse nicht beeinflusst.
Er kann hierbei unter Umstän den, zum Beispiel bei Verwendung der Vorrichtung bei Feuerungen oder Brennkraftmaschinen, gleich zeitig eine zweite Funktion als Strahlungsschutz aus üben.
Solche Beispiele sind nicht nur bei technischen Apparaturen oder Maschinen von Nutzen, sondern auch bei Gegenständen des täglichen Bedarfs. So zum Beispiel bei Flaschen oder Tuben auf dem Gebiete der Nahrungsmittel, der Kosmetik oder des täglichen Gebrauchs. Leicht vergasbare Flüssig keiten werden in ihren Behältnissen durch eine ela stische Verschlussöffnung bildende Beispiele ohne weiteres gesichert.
Beispielsweise kann auch, etwa bei Verwendung eines besonders dehnungsfähigen Stoffes, wie Gummi, der elastische Verschluss durch den eigenen Flüssigkeitsdruck, zum Beispiel durch Umkippen des Behältnisses oder durch einen me chanisch oder thermisch leicht zu erzeugenden innern Überdruck, geöffnet werden, wobei die Verwendung eines Steigrohres zweckmässig ist. Bei Tuben oder Behältnissen, die vollständig oder teilweise aus einer nachgiebigen Wandung bestehen, wird in bekannter Weise durch Drücken auf die Wandung der not wendige Überdruck für das Öffnen der elastischen Austrittsöffnung erzielt. Sobald der Druck aufhört, schliesst sich das Behältnis selbsttätig.
Die Aus trittsöffnung kann wieder als Düse zu solch einem Querschnitt geformt sein, dass bestimmte Strahlen oder gewünschte zierartige Formen bei einer etwa austretenden Paste entstehen.
Die Herstellung derartiger Beispiele kann mit bekannten technischen Mitteln geschehen. So kann zum Beispiel das betreffende Werkstück durchbohrt und dann die Öffnung durch Verformung geschlos sen werden, ohne dass gegebenenfalls bei einer Wärmebehandlung die elastischen Eigenschaften ver lorengehen und ohne dass die Wandung der öff- nung sich verschweissen oder verkleben kann (unter Umständen durch vor der Verformung erfolgende Hinzugabe eines Schutzmittels in die gebohrte öff- nung. Es kann ferner zum Beispiel das Düsenstück geschlitzt werden und dann durch einen äussern elastischen Ring so zusammengehalten werden,
dass nicht nur die gewünschten elastischen Eigenschaf ten für die gewünschten Öffnungsdrücke und -quer- schnitte erzielt werden, sondern auch gleichzeitig der Schlitz seitlich abgedichtet wird und lediglich Ein- und Austritt in den gewünschten Richtungen bestehen bleiben. Auch kann, zum Beispiel bei gummiartigen Werkstoffen, die Öffnung in dem betreffenden Verschlussstück mittels Durchstechens, das heisst Bohrens ohne Werkstoffwegnahme, erzielt werden. Bei den beispielsweise geschilderten Her stellungsverfahren ist ganz davon abgesehen, dass bei allen Werkstoffen durch Schweissen und Kleben weitere bequeme Herstellungsmöglichkeiten gegeben sind.
In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungs formen der Erfindung dargestellt: Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der Düse oder des Verschlusses mit einem elastischen Stück und einer darüber gezogenen Hülse.
Fig.2a ist eine Ansicht der Düse nach Fig. 1 von unten, während Fig. <I>2b</I> bis<I>2d</I> Varianten der Düse mit verschie denen Austrittsöffnungen für entsprechend verschie dene Strahlformen zeigen.
Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel der Düse oder des Verschlusses mit einem unelastischen Kernstück und einer elastischen Hülse einschliesslich der Kappe mit dem einseitigen Begrenzungsflansch.
Fig. 4 ist die Darstellung eines Schnittes zu Fig. 3.
Fig. 5 ist eine Variante zu Fig. 3 für eine andere Strahlform.
Fig. 6 ist eine Variante zu Fig. 3 mit -einem Vorsatzstück.
Das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen selbsttätigen Düse oder Verschlusses nach Fig.l besitzt das elastische Kernstück 1 mit der Zu führungsbohrung 2 und der querliegenden Ver teilerbohrung 3; der Spalt 4 endet in der entweder völlig glatten Endebene 5 oder in einer mit Rück sicht auf die gewünschte Strahlform beliebig ge formten Aussparung 6.
Über das elastische Kern stück 1 ist die elastische Hülse 7 gezogen, wobei ihr Querschnitt so ausgebildet wird, dass durch die elastischen Verformungskräfte der Hülse und/oder durch eine entsprechende Ausbildung des elastischen Kernstückes 1 - zum Beispiel durch eine durch die Kontur 8 angedeuteten Formgebung - die je weils gewünschte Gesetzmässigkeit zwischen erfor derlichem Überdruck des durchzutreibenden Stoffes und Querschnitt des sich elastisch öffnenden Spaltes 4 erfüllt werden. Die elastische Hülse 7 deckt auch zugleich den Spalt 4 seitlich so ab, dass der durch zutreibende Stoff nur nach unten und nicht auch seitlich austritt.
Durch die Kanäle 9 und 10 (ohne Wiedergabe ihrer technischen Herstellung) soll die Kühlungs möglichkeit der Düse angedeutet werden. Wegen des Spaltes 4 sind beide Seiten 9 und 10 zum Bei spiel getrennt mit je einem Zu- und Abführungs- kanal auszuführen, oder es sind bei je einem ge meinsamen Zu- und Abführkanal die Querverbin dungen 11 und 12 herzustellen, die selbstverständ lich in verschiedenen Ebenen liegen müssen, um sich nicht zu durchdringen: Die elastischen Eigenschaften der Düse oder des Verschlusses brauchen nicht nur durch die bereits erläuterte Formgebung von Kernstück und Hülse beeinflusst zu werden.
In manchen Gebrauchsfällen wird es zweckmässig sein, die elastischen Eigen schaften, die durch die gewählte Formgebung be einflusst werden, nicht unveränderbar zu lassen. In diesem Falle, bei dem man sozusagen während des Betriebes die elastischen Eigenschaften und damit das Öffnungsgesetz ändern will, erhält das Kern stück 1 in seinem äussern Durchmesser unterhalb seines Gewindes 13 (anstelle des Gewindes 13 kann auch eine andere zweckentsprechende Befestigungs art gewählt werden) bzw.
unterhalb der Kontur 8 - also im allgemeinen auch im Bereich der Quer bohrung 3 und des Spaltes 4 - eine konische Form. Die Hülse 7 muss in diesem Bereich dieser Form gebung Rechnung tragen, indem sie dieser koni schen Form ganz oder nur teilweise folgt. Durch Verschieben der Hülse 7, beispielsweise mit Hilfe des Gewindes 13, kann dann die Spannung der Hülse 7 auf dem Kernstück 1 verändert werden (vgl. Fig.5, die eine entsprechende Ausbildung zu dem Ausführungsbeispiel Fig. 3 der selbsttätigen Düse oder des Verschlusses zeigt).
In den Fig. <I>2a</I> und<I>2d</I> sind beispielsweise ver schiedene Ausführungsformen für den Spalt 4 und damit für die Form des austretenden Stoffstrahls gegeben. Die bereits in Fig. 1 verwendeten Bezeich nungen sind beibehalten.
Fig. 2a ist eine Ansicht von unten des in Fig. 1 im Querschnitt gezeichneten Ausführungsbeispiels. Wegen der gleichartigen Bezeichnungen ist eine weitere Erläuterung nicht mehr erforderlich.
Fig. 2b ist ebenfalls eine Ansicht von unten, aber als Beispiel mit einem verkürzten Spalt 4, der nicht über den ganzen Durchmesser des elastischen Kern stückes 1 geht. Dementsprechend ist die Querboh rung 3 ebenfalls verkürzt (Einzelheiten der tech nischen Herstellung sind nicht wiedergegeben), damit diese der Verteilung des durchzutreibenden Stoffes dienende Bohrung nicht in jene Endteile 14 des Spaltes drückt, durch den kein Stoff mehr austre ten soll.
Um dieses Ziel zu erreichen, muss ausser dem zwischen dem verkürzten Spalt 4 und den Endspalten 14 je eine dichtschliessende Fuge 15 gebildet werden, die die Bewegung der elastischen Öffnung des Spaltes 4 nicht hindert, aber einen übertritt des durchzutreibenden Stoffes in die End- spalten 14 unterbindet.
Fig.2c ist ebenfalls eine Ansicht von unten und zeigt beispielsweise eine weitere Art der ver schiedenen möglichen geometrischen Formen des Austrittsendes des Spaltes 4 von Fig. 1 in Gestalt eines Spaltes, der die geraden Endteile 16a und ein gewölbtes Mittelteil 16b aufweist. Hierbei kann das Mittelteil 16b bei seinem Beginn an der Querboh rung 3 mit den Endteilen 16a eine gerade Linie bilden, um bis zum Austritt die gewölbte Form zu erreichen.
Dadurch bekommt der Spaltteil 16b in Richtung von der Querbohrung 3 nach der untern Endebene 5 eine Neigung gegenüber der Längsachse des Kernstückes 1 (vgl. Fig. 1 und 2d), was eine entsprechende Strahlform des austretenden Stoffes bewirkt. Es kann aber beispielsweise die Form des Spaltes 16alb in der Endebene 5 auch bereits voll ständig bei Beginn in der Querbohrung 3 ausge bildet sein, so dass der Strahl vollständig in Rich- tung der Längsachse des Kernstückes 1 austritt, obwohl er in sich teilweise gewölbt ist.
Fig.2d ist wieder ein Querschnitt durch den untern Teil der Düse und des Verschlusses ent sprechend Fig. 1, jedoch mit dem Unterschied, dass der Spalt 4 eine durchgehende gleichmässige Nei gung gegenüber der Längsachse des Kernstückes 1 besitzt, wie es bereits für den mittleren Teil des Spaltes in der Form der Fig. 2c (Spaltteil 16b) bei einer bestimmten Abart zutreffen kann. In diese Bauart ist die Möglichkeit eingeschlossen, zum Bei spiel einen zweiten Strahl im entgegengesetzten gleichgrossen oder andern Winkel auftreten zu lassen.
Dazu ist lediglich das Kernstück 1 entspre chend zu unterteilen und baulich zu vereinen.
Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel der Düse oder des Verschlusses mit einem unelastischen Kernstück 17 und einer elastischen Hülse 18. Von der zen tralen Zuführungsbohrung 2 des Kernes aus führen mehrere über den Umfang verteilte radiale Boh rungen 19 in die äussere Rille 20. Bei einem Über druck in der Bohrung 2 wird auf die Hülse 18 ein gleichmässiger Druck von dem durchzutreibenden Stoff ausgeübt, so dass sich ein gleichmässiger Ring spalt zwischen Kernstück 17 und Hülse 18 infolge gleichmässiger Dehnung der Hülse 18 bildet und der Stoff an der Stelle 21 in ringförmigem Strom austritt.
Dabei kann die elastische Hülse 18 das Kernstück 17 auf seiner axialen Länge ganz oder nur teilweise umschliessen. Die so ausgebildete Düse sichert einen gleichmässigen Austrittsspalt auch bei sehr plötzlichen Druckanstiegen im durchzutrei benden Stoff, wie er zum Beispiel bei Einspritz- vorgängen bei Brennkraftmaschinen auftritt.
Zur Begrenzung des sich bildenden Spaltes an der Stelle 21 ist eine Kappe 22 vorgesehen, die im Durchmesser so gehalten ist, dass sich ein ver hältnismässig grosser Abstand zur elastischen Hülse 18 ergibt. Die Begrenzung, die einen bestimmten Einfluss auf die Strahlform hat, wird durch den am freien Ende der Kappe nach innen gebogenen Wulst oder Flansch erzielt. Der innere Durchmesser dieses Wulstes oder Flansches ist uni das Mass der grössten vorgesehenen Spaltbreite grösser als der äussere Durchmesser des untern Endes der elasti schen Hülse 18. Die Kappe 22 kann beispielsweise in der überwurfmutter 23 befestigt sein, die die elastische Hülse 18 auf dem unelastischen Kern stück 17 festhält.
Durch Änderungen der Zwischen lage 24 kann das untere Ende der elastischen Hülse 18 genau mit der untern Stirnebene des unelasti schen Kernstückes 17 ausgefluchtet werden oder zurück- oder vorgestellt werden. Durch diese Ein stellungen können verschiedene geometrische Formen des austretenden Strahls erzielt werden. Eine innere Kühlung der Düse oder des Verschlusses kann durch Bohrungen 25 und eine Querbohrung oder einen Hohlraum 26 erreicht werden. Durch eine mehr teilige Ausführung des Kernstückes 17 kann ein solcher Hohlraum 26 gebildet werden. Fig. 4 ist eine Ansicht der Schnittebene<I>AA</I> von Fig.3 mit den gleichen Bezeichnungen der darge stellten Elemente.
Fig. 5 zeigt eine konische Ausführungsform der freien Enden des Kernstückes 17 und der Hülse 18. Infolge der Konizität wird dem austretenden Strahl eine entsprechende Form und Richtung verliehen; es kann aber auch eine konische Verengung ge wählt werden mit entsprechendem Einfluss auf die Strahlform. Wird eine konische Form gewählt, so ergibt sich die Möglichkeit, durch entsprechende Verschiebung der elastischen Hülse 18 die Spann kräfte und damit den für das elastische Öffnen des Spaltes erforderlichen Überdruck im durchzutreiben den Stoff zu ändern. Durch die Wahl der Form des Kernstückes (zylindrisch oder konisch) kann ein weitgehender Einfluss auf die geometrische Form des austretenden Strahls ausgeübt werden.
Der aus tretende Stoff kann je nach der Dauer der Öffnung Ringe in Form von Rauchringen bilden, und zwar mit einer Tendenz, den Durchmesser beizubehalten oder zu erweitern oder zu verengen; es kann auch ein mehr oder weniger langer Strahl in Form eines Hohlzylinders oder eines abgestumpften Kegels ent stehen, wobei der ringförmige Querschnitt entspre chend dem Widerstand des Mediums, in das der Strahl eintritt, die Neigung hat, sich zusammenzu ziehen bzw. zu erweitern. Die Mantelform eines abgestumpften Kegels für den austretenden Stoff kann auch durch ein Vorsatzstück 27 erzielt wer den, wie in Fig. 6 verdeutlicht ist.
Dabei wird durch den Aufprall des austretenden Stoffes auf diesen Kegel, der unmittelbar in oder unterhalb der Ebene der Austrittsöffnung des Spaltes beginnen kann, eine zusätzliche Wirkung auf die Strahlform ausgeübt, die in manchen Fällen entscheidend für die zweckmässige Anwendung der Düse oder des Verschlusses ist. Das Vorsatzstück 27 braucht jedoch nicht, wie dargestellt, eine reguläre Form zu besitzen, sondern kann sowohl radial als axial andere Umrisslinien erhalten, wodurch eine andere Form des austretenden Strahls erzeugt wird.