CH717510B1 - Rotorkörper einer Kreuzstrahlreinigungsdüse, hergestellt durch additive Fertigung. - Google Patents

Abstract

Bei einem erfindungsgemässen Rotorkörper (10) einer Kreuzstrahlreinigungsdüse, verbindbar mit einem Stator samt Hochdruckleitungsanschluss, bei welchem Rotorkörper (10) ein Zuführkanal (101) den Rotorkörper (10) teilweise quert und von welchem mindestens ein Kreuzstrahldüsenkanal (103) abgezweigt verlaufend ausgespart ist, weist der Kreuzstrahldüsenkanal (103) einen Einlassabschnitt (1030), einen Führungsabschnitt (1031) und einen Kreuzstrahldüsenauslass (1032), innerhalb des Rotorkörpers (10) mit verschiedenen Ausrichtungen relativ zu einer Längsachse (L) ausgespart, aufweist, sodass ein Reinigungsfluid vom Zuführkanal (101) bis zu einer Düsenspitze (D) transportierbar und dort aus dem Kreuzstrahldüsenauslass (1032) ausgebbar ist. Damit sollen höherenergetische Reinigungsfluidstrahlen erzeugbar sein bzw. ein Energieverlust des austretenden Reinigungsfluids verringert werden. Dies wird dadurch erreicht, dass der Rotorkörper (10) vollständig mittels additivem Fertigungsverfahren bzw. 3D-Druck aus Metall hergestellt ist, wobei der Kreuzstrahldüsenkanal (103) bei der additiven Fertigung schichtweise als durchgehende kantenfreie gekurvte Aussparung in Form eines zur Längsachse (L) gekrümmten Bogens ausgespart ist.

Description

Technisches Gebiet

[0001] Die vorliegende Erfindung beschreibt einen Rotorkörper einer Kreuzstrahlreinigungsdüse, verbindbar mit einem Stator samt Hochdruckleitungsanschluss, wobei ein Zuführkanal den Rotorkörper teilweise quert und von welchem mindestens ein Kreuzstrahldüsenkanal abgezweigt verlaufend ausgespart ist, wobei der Kreuzstrahldüsenkanal einen Einlassabschnitt, einen Führungsabschnitt und einen Kreuzstrahldüsenauslass, innerhalb des Rotorkörpers mit verschiedenen Ausrichtungen relativ zu einer Längsachse ausgespart, aufweist, sodass ein Reinigungsfluid vom Zuführkanal bis zu einer Düsenspitze transportierbar und dort aus dem Kreuzstrahldüsenauslass ausgebbar ist, ein Herstellungsverfahren zur Fertigung eines Rotorkörpers einer Kreuzstrahlreinigungsdüse und eine Lanze eines Lanzengeräts zur Reinigung von Rohrbündeln mit mindestens einer Kreuzstrahlreinigungsdüse.

Stand der Technik

[0002] Es sind sogenannte Kreuzstrahlreinigungsdüsen zur Reinigung von Rohren und Schächten, als Unterart von Hochdruckrohrreinigungsdüsen bekannt. Derartige Kreuzstrahlreinigungsdüsen weisen einen Rotorkörper mit einer Mehrzahl von Kanälen und Düsen auf, welcher im montierten Zustand rotierbar auf einem Statorkörper gelagert ist. In Figur 1 ist ein Rotorkörper 10, gemäss Stand der Technik in einem schematischen Längsschnitt gezeigt. Zwei Kreuzstrahlreinigungsdüsenkanäle 103 sind derart im Rotorkörper ausgespart, dass sich austretende Reinigungsfluidstrahlen, gestrichelt angedeutet, im Betrieb überkreuzen.

[0003] Bevorzugt wird in der Praxis der Rotorkörper bzw. die Kreuzstrahlreinigungsdüse auf einer Lanze eines gesteuert bedienbaren Lanzengerätes zur automatischen Reinigung von Rohrbündeln platziert. Der Fachmann kennt Lanzen und Lanzengeräte, die darum hier der Einfachheit halber nicht weiter erläutert oder gezeigt sind. Der Rotorkörper ist um eine Längsachse L rotierbar gelagert, wobei die Düsen unterschiedliche Funktionen aufweisen.

[0004] Von einem, in Figur 1 mit gestrichelten Linien angedeuteten zentrischen Zuführkanal 101, der den Statorkörper und den Rotorkörper in Richtung Längsachse L quert, geht ein Abzweigkanal 102 und weitere ab, welche zu verschiedenen Auslässen führen. Die zwei im Rotorkörper 10 angeordnete Kreuzstrahlkanäle 103, welche zueinander gewinkelt verlaufen, sind die Namensgeber der Kreuzstrahlreinigungsdüse 1. Das Reinigungsfluid oder Druckmedium strömt vom Zuführkanal 101 über die Düsen gezielt in unterschiedliche Richtungen und je nach Geometrie der Kanäle und beaufschlagtem Druck mit definierten Geschwindigkeiten aus dem Rotorkörper 10 aus. Die Düsengeometrie der Kreuzstrahlreinigungsdüsenkanäle 103 wurde bislang technisch bedingt nicht variiert und wird in der Regel durch platzierbare Düseneinsätze auf gewünschte Strahlformen angepasst, auf welche hier aber nicht näher eingegangen wird.

[0005] Die mindestens zwei Kreuzstrahldüsenkanäle 103 sind im Bereich einer Düsenspitze D derart angeordnet, dass Kreuzstrahlen des Druckmediums resultieren, welche sich ausserhalb des Rotorkörpers 10 überschneiden bzw. kreuzen, wodurch ein Kreuzstrahl aus mindestens Fluidstrahlen gebildet wird.

[0006] Die bekannten Kreuzstrahlreinigungsdüsen werden, wie andere Rohrreinigungsdüsen auch, aus Metall hergestellt, sind aus dem Vollen gefräst und weisen gebohrte gewünschte Düsenkanäle, in unterschiedliche Richtungen gebohrt, auf. Die Düsenkanäle werden in den Rotorkörper, wie in Figur 1 erkennbar, geradlinig von mehreren Seiten bzw. in verschiedene Richtungen in den Rotorkörper eingebracht. Diese Herstellungsart hat sich bewährt und zu preiswerten geeigneten Kreuzstrahlreinigungsdüsen mit guten Reinigungsergebnissen geführt.

[0007] Beim Betrieb hat sich aber immer wieder gezeigt, dass selbst bei sehr hohen Reinigungsfluiddrücken, Energie der Reinigungsfluidstrahlen aus den Kreuzstrahlreinigungsdüsen verloren geht. Dies hat man versucht durch weitere Erhöhung des Reinigungsfluiddruckes anzupassen. Dies konnte aber mit erhöhten Zuführdrücken für bekannte Rotorkörper bzw. Kreuzstrahlreinigungsdüsen nicht ausreichend verbessert werden.

Darstellung der Erfindung

[0008] Die oben beschriebenen aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile, sollen durch die vorliegende Vorrichtung beseitigt werden.

[0009] Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt einen Rotorkörper einer Kreuzstrahlreinigungsdüse zu schaffen, welcher im Vergleich zum Stand der Technik höherenergetische Reinigungsfluidstrahlen zulässt.

[0010] Diese Aufgabe löst ein Rotorkörper einer Kreuzstrahlreinigungsdüse mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.

[0011] Variationen von Merkmalskombinationen bzw. geringfügige Anpassungen der Erfindung sind in der Detailbeschreibung zu finden, in den Figuren abgebildet und in die abhängigen Patentansprüche aufgenommen worden.

[0012] Die gestellte Aufgabe wird durch die Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst, wobei auch das Herstellungsverfahren des Rotorkörpers beansprucht ist.

[0013] Da der erfindungsgemässe Rotorkörper von Kreuzstrahlreinigungsdüsen in geeigneten Lanzen von Lanzengeräten verwendbar ist und in der Praxis vorteilhafterweise verwendet wird, ist eine entsprechend bestückte Lanze des Lanzengeräts mit mindestens einer Kreuzstrahlreinigungsdüse ebenfalls beansprucht.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0014] Der Erfindungsgegenstand wird nachstehend detailliert im Zusammenhang mit den anliegenden Zeichnungen beschrieben. Notwendige Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus dieser nachfolgenden Beschreibung, wobei eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung und einige Zusatzmerkmale oder optionale Merkmale im Detail aufgeführt sind.

[0015] Es sind dargestellt in Figur 1 zeigt eine schematische Schnittzeichnung eines Rotorkörpers, bekannt aus dem Stand der Technik. Figur 2 zeigt eine schematische Teilschnittansicht entlang der Längsachse einer Kreuzstrahlreinigungsdüse mit erfindungsgemässem Rotorkörper, während Figur 3a eine Frontansicht der Kreuzstrahlreinigungsdüse bzw. des Rotorkörpers und Figur 3b einen Längsschnitt durch den Rotorkörper allein zeigt.

Beschreibung

[0016] Es wird eine Kreuzstrahlreinigungsdüse 1 beschrieben, welche einen Rotorkörper 10 mit einer Mehrzahl von Kanälen bzw. Düsen umfasst. Hier ist die Kreuzstrahlreinigungsdüse 1 zweiteilig ausgebildet, wobei der Rotorkörper 10 rotierbar auf einem Statorkörper 20 gelagert ist. Der Einfachheit halber ist hier keine Lanze und kein Lanzengerät gezeigt, sondern die Kreuzstrahlreinigungsdüse 1 allein. Der Rotorkörper 10 ist um eine Längsachse L rotierbar gelagert, mit dem Statorkörper 20 lösbar verbunden und die Rotationsmöglichkeit ist mit einem Doppelpfeil in Figur 2 gekennzeichnet, wobei die Düsen unterschiedliche Funktionen aufweisen.

[0017] Im Rotorkörper 10 ist ein Zuführkanal 101, ein Abzweigkanal 102 und zwei Kreuzstrahldüsenkanäle 103 ausgespart.

[0018] In die Auslässe der Kanäle werden in der Regel nach der Herstellung des Rotorkörpers 10 bzw. des Statorkörpers 20 Düseneinsätze eingebracht und die Kreuzstrahlreinigungsdüse 1 mittels Hochdruckanschluss mit Druckmedium, in der Regel Wasser, mit Drücken von bis zu 3000bar beaufschlagt. Selbst bei Rotation des Rotorkörpers 10 von mehreren hundert Umdrehungen pro Minute, kann die Kreuzstrahlreinigungsdüse 1 einfach und sicher durch Rohre in Vorschubrichtung V geführt werden.

[0019] Am drehfesten Statorkörper 20 ist ein Zuführabschnitt 200 angeordnet, an welchem ein Schlauch mit Reinigungsfluid unter Hochdruck ankoppelbar ist. Der Zuführabschnitt 200 mündet in einen Statorzuführkanal 201, welcher bevorzugt konzentrisch zur Längsachse L des Statorkörpers 20 verlaufend, ausgespart ist. Statorkörperseitig mündet der Statorzuführkanal 201 in mindestens einen Rückstossdüsenkanal 202. Hier sind drei Rückstossdüsenkanäle 202 vorgesehen, deren Auslässe mit nicht dargestellten Düseneinsätzen versehen werden. Diese Rückstossdüsenkanäle 202 liefern einen Rückstoss zur Bewegung in Vorschubrichtung V. Der Statorzuführkanal 201 verläuft weiter in eine Rotorkörperlagerung 203, auf welcher der Rotorkörper 10 rotierbar gelagert ist und welche in den Zuführkanal 101 im Rotorkörper 10 gesteckt ist. Im Verlauf des Statorzuführkanals 201 mündet dieser in einen zentrischen Auslass 204. Dadurch kann Reinigungsfluid letztlich aus dem Statorkörper 20 bzw. dem Statorzuführkanal 201 in den Zuführkanal 101 bzw. den Abzweigkanal 102 im Rotorkörper 10 austreten. Statorkörper 20 und Rotorkörper 10 sind miteinander lösbar verbunden. Im Bereich der Statorkörperspitze 205 am Statorkörper 20 und im entsprechenden Bereich des Zuführkanals 101 im Rotorkörper 10 sind Befestigungsmittel angeordnet, welche eine Linearbewegung des Rotorkörpers 10 relativ zum Statorkörper 20 unterbinden. Mit der Düsenspitze D voran wird die Kreuzstrahlreinigungsdüse 1 durch Rohre geführt, deren Rohrinnendurchmesser nur geringfügig grösser als der Aussendurchmesser des Rotorkörpers 10 sein kann. Durch die Kreuzstrahlen aus beiden Kreuzstrahldüsenkanälen 103 kann eine optimale Reinigungswirkung erreicht werden.

[0020] Wie in der Frontansicht der Kreuzstrahlreinigungsdüse 1 gemäss Figur 3a erkennbar, kann mindestens ein Frontstrahlkanal 104 zentrisch aus der Düsenspitze D austretend angeordnet sein. Der Frontstrahlkanal 104 muss entsprechend mit dem Zuführkanal 101 im Inneren des Rotorkörpers 10 verbunden sein. Gleiches gilt für mindestens einen gestrichelt angedeuteten Radialdüsenkanal 105, welcher leicht zur Längsachse L versetzt radial aus dem Rotorkörper 10 austritt. Tritt Reinigungsfluid aus dem Frontstrahlkanal 104 aus, resultiert eine Reinigungswirkung in Vorschubrichtung V, während durch Flüssigkeitsaustritt durch den mindestens einen Radialdüsenkanal 105 zur Rotation des Rotorkörpers 10 führt. Schaut man von der Seite auf die Düsenspitze D, ist die Überkreuzung der Fluidstrahlen aus den Kreuzstrahldüsenkanälen 103 erkennbar. In Figur 3a sind zwei Kreuzstrahldüsenkanäle 103 in Querrichtung zueinander versetzt angeordnet. Am Ende der Kreuzstrahldüsenkanäle 103 ist ein Kreuzstrahldüsenauslass 1032 erkennbar. Auch hier wird üblicherweise ein Einsatz eingefügt, um die Düsenwirkung zu erhöhen.

[0021] Entlang der mit zwei Pfeilen in Figur 3a markierten Schnittlinie, ist der Längsschnitt durch den Rotorkörper 10 gemäss Figur 3b geschnitten dargestellt, wobei einer der beiden Kreuzstrahldüsenkanäle 103 im Schnitt im Detail gezeigt ist. Neben dem ausgesparten konzentrischen Zuführkanal 101, ist ein Abzweigkanal 102 abgezweigt und ein Teil des mindestens einen Radialdüsenkanals 105 dargestellt. Ein Teil eines Befestigungsmittels, zur Befestigung der nicht dargestellten Statorkörperspitze 205 im Zuführkanal 101 ist angedeutet.

[0022] Der Rotorkörper 10 ist mittels additivem Fertigungsverfahren bzw. 3D-Druck aus Metall hergestellt. Es sind 3D-Druck Verfahren bekannt, in welchen Metalle bzw. Metallpulver Schicht für Schicht aufgetragen werden und verbunden werden. Damit sind präzise Gestaltungen vor allem der innenliegenden Kreuzstrahldüsenkanäle 103 möglich, wobei die Kreuzstrahldüsenkanäle 103 nicht nachträglich eingebracht und zusätzlich bearbeitet werden müssen, sondern bei der additiven Fertigung direkt schichtweise mit ausgespart werden. Ein 3D-Druck ist heute mit hoher Präzision möglich und es können korrosionsbeständige Kreuzstrahlreinigungsdüsen 1 bzw. zugehörige Rotorkörper 10 aus Metall gefertigt werden. Für den 3D-Druck von Metallen und Metalllegierungen werden Techniken wie Laserstrahlschmelzen, Elektronenstrahlschmelzen und Lasersintern eingesetzt.

[0023] Durch die additive Fertigung ist ein Kreuzstrahldüsenkanal 103 mit besonderer Formgebung möglich, dessen Verlauf und Durchmesser beliebig variieren kann. Vom Abzweigkanal 102, der auch weggelassen werden kann, wird der Kreuzstrahldüsenkanal 103 hier als eine durchgehende Aussparung, kantenfrei gekurvt verlaufend, einen Einlassabschnitt 1030, einen Führungsabschnitt 1031 und den Kreuzstrahldüsenauslass 1032 umfassend ausgespart. Der Kreuzstrahldüsenkanal 103 ist insgesamt zur Längsachse L gekrümmt und bildet einen Bogen.

[0024] Der gesamte Kreuzstrahldüsenkanal 103 ist nahtlos gefertigt, ohne einzelne angesetzte lineare Bohrungen. Die einzelnen Abschnitte weisen keine jeweils geradlinige Gestaltung mit gestuften Übergängen oder Kanten auf, wie das aus dem Stand der Technik bekannt war. Diese hier gezeigte gekurvte kantenfreie Formgebung ist nur durch 3D-Druck möglich. Der gesamte Kreuzstrahldüsenkanal 103 verläuft in einer Kurve mit stetig ändernder Krümmung und/oder Durchmesser, sodass keine Kanten und gestufte Übergänge zwischen Einlassabschnitt 1030, Führungsabschnitt 1031 und Kreuzstrahldüsenauslass 1032 gebildet sind.

[0025] Einlassabschnitt 1030, Führungsabschnitt 1031 und Kreuzstrahldüsenauslass 1032 weisen verschiedene Krümmungen relativ zur Längsachse L auf. Der Winkel des Zentrums des Kreuzstrahldüsenkanals 103 relativ zur Längsachse L verläuft ohne Unstetigkeiten oder Sprünge. Dabei weisen die Abschnitte 1030, 1031 und 1032 bevorzugt noch unterschiedliche Durchmesser auf.

[0026] Der gesamte Kreuzstrahldüsenkanal 103 wird von einer durchgehenden Aussparung mit Einlassabschnitt 1030, dem Führungsabschnitt 1031 und dem Kreuzstrahldüsenauslass 1032 gebildet. Durch fehlende Kanten und Ecken, wird im Betrieb Reinigungsfluid hindernisfrei in einer Kurve bis zum Kreuzstrahldüsenauslass 1032 vollständig durch den Kreuzstrahldüsenkanal 103 geführt, wobei das Reinigungsfluid aufgrund weniger Reibung nur wenig an Energie verliert.

[0027] Bevorzugt ist der Durchmesser des Kreuzstrahldüsenauslasses 1032 kleiner als der Durchmesser des Führungsabschnittes 1031 und/oder des Einlassabschnittes 1030.

[0028] Mittels 3D-Druck ist die Aussparung zweier durchgehender, kantenfrei ausgestalteter gebogener bzw. gekurvter Kreuzstrahldüsenkanäle 103 mit den beschriebenen Abschnitten erst möglich. Aus dem Stand der Technik wurde jeder Kreuzstrahldüsenkanal von mehreren geradlinig eingebohrten Teilstückkanälen gebildet, wobei Kanten und Ecken im Verlauf des Kreuzstrahldüsenkanals die Folge waren.

[0029] Die hier eingeführten Kreuzstrahlreinigungsdüsen werden in der Praxis bevorzugt an einer Lanze eines Lanzengeräts befestigt, um sie mit Reinigungsfluid zu beaufschlagen und zur Rohrreinigung zu benutzen. Werden mehrere Lanzen mit jeweils einer Kreuzstrahlreinigungsdüse versehen, können mehrere Rohre bzw. Rohrbündel einfach und automatisiert durch das Hindurchführen der Lanzen gereinigt werden. In einer weiteren Ausführungsform kann der Statorteil 20 als Teil der Lanze des Lanzengerätes ausgebildet sein.

Bezugszeichenliste

[0030] 1 Kreuzstrahlreinigungsdüse 10 Rotorkörper 101 Zuführkanal 102 Abzweigkanal (in Rotorkörper) 103 Kreuzstrahldüsenkanal 1030 Einlassabschnitt 1031 Führungsabschnitt 1032 Kreuzstrahldüsenauslass (keine Einsätze) 104 Frontstrahlkanal/ Fronstrahldüse (keine Einsätze) 105 Radialdüsenkanal (radial vom Rotorkörper wegweisend) 20 Statorkörper 200 Zuführabschnitt 201 Statorzuführkanal 202 Rückstossdüsenkanal (Einsätze nicht gezeigt) 203 Rotorkörperlagerung 204 zentrischer Auslass 205 Statorkörperspitze D Düsenspitze L Längsachse V Vorschubrichtung

Claims (9)

1. Rotorkörper (10) einer Kreuzstrahlreinigungsdüse (1), verbindbar mit einem Stator (20) samt Hochdruckleitungsanschluss, wobei ein Zuführkanal (101) den Rotorkörper (10) teilweise quert und von welchem mindestens ein Kreuzstrahldüsenkanal (103) abgezweigt verlaufend ausgespart ist, wobei der Kreuzstrahldüsenkanal (103) einen Einlassabschnitt (1030), einen Führungsabschnitt (1031) und einen Kreuzstrahldüsenauslass (1032), innerhalb des Rotorkörpers (10) mit verschiedenen Ausrichtungen relativ zu einer Längsachse (L) ausgespart, aufweist, sodass ein Reinigungsfluid vom Zuführkanal (101) bis zu einer Düsenspitze (D) transportierbar und dort aus dem Kreuzstrahldüsenauslass (1032) ausgebbar ist, dadurch gekennzeichnet,dass der Rotorkörper (10) vollständig mittels additivem Fertigungsverfahren aus Metall hergestellt ist, wobei der Kreuzstrahldüsenkanal (103) bei der additiven Fertigung schichtweise als durchgehende kantenfreie gekurvte Aussparung in Form eines zur Längsachse (L) gekrümmten Bogens ausgespart ist.

2. Rotorkörper (10) nach Anspruch 1, wobei der gesamte Kreuzstrahldüsenkanal (103) nahtlos, das heisst ohne einzeln angesetzte lineare Bohrungen gefertigt ist.

3. Rotorkörper (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei im Betrieb Reinigungsfluid hindernisfrei und vollständig durch den Kreuzstrahldüsenkanal (103) in einer Kurve bis aus dem Kreuzstrahldüsenauslass (1032) aus der Düsenspitze (D) ausgebbar ist.

4. Rotorkörper (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Einlassabschnitt (1030), der Führungsabschnitt (1031) und der Kreuzstrahldüsenauslass (1032) des Kreuzstrahldüsenkanals (103) respektive ihrer zueinander verschiedene Krümmungen zur Längsachse (L) und/oder verschiedene Durchmesser aufweisen.

5. Rotorkörper (10) nach Anspruch 1, wobei der Durchmesser des Kreuzstrahldüsenauslasses (1032) kleiner als der Durchmesser des Führungsabschnittes (1031) und/oder des Durchmessers des Einlassabschnittes (1030) ist.

6. Rotorkörper (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Rotorkörper (10) mindestens ein Radialdüsenkanal (105) vom Zuführkanal (101) abzweigend und von der Längsachse L des Rotorkörpers (10) radial wegweisend aus dem Rotorkörper (10) austretend ausgespart ist.

7. Rotorkörper (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Rotorkörper (10) mindestens ein Frontstrahlkanal (104) aus der Düsenspitze (D) austretend vom Zuführkanal (101) abzweigend ausgespart ist.

8. Herstellungsverfahren zur Fertigung eines Rotorkörpers (10) einer Kreuzstrahlreinigungsdüse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Rotorkörper (10) vollständig mittels additivem Fertigungsverfahren aus Metall hergestellt wird und der Kreuzstrahldüsenkanal (103) bei der additiven Fertigung schichtweise als durchgehende kantenfreie gekurvte Aussparung in Form eines zur Längsachse (L) gekrümmten Bogens ausgespart ist.

9. Lanze eines Lanzengerät zur Reinigung von Rohrbündeln, wobei mindestens eine Kreuzstrahlreinigungsdüse (1) mit einem Rotorkörper (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 angeordnet und benutzbar ist.