DE10024950C1

DE10024950C1 - Orbitalwaschkopf

Info

Publication number: DE10024950C1
Application number: DE2000124950
Authority: DE
Inventors: Frank Zeitler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-05-22
Filing date: 2000-05-22
Publication date: 2001-07-19
Anticipated expiration: 2020-05-23

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Orbitalwaschkopf einer Waschvorrichtung zum Reinigen der Innenwandungen von Behältern, mit einem auf einem Tragrohr gelagerten fremdangetriebenen Düsenkopfträger und mindestens einem wenigstens eine Strahl- und/oder Sprühvorrichtung aufweisenden, mit dem Düsenkopfträger mittels eines einstufigen Winkelgetriebes gekoppelten Düsenkopf, wobei eine am Düsenkopf angeordnete Verzahnung mit einer am Tragrohr angeordneten Verzahnung kämmt. Ein Orbitalwaschkopf hat einen weitgehend leeren, großvolumigen Gehäuseinnenraum, in dem über das Tragrohr einfließende Flüssigkeit vorgestaut wird, um nahezu unverwirbelt und ungedrosselt aus den Reinigungsdüsen ausströmen zu können.

Description

Waschvorrichtung zum Reinigen der Innenwandungen von Behäl tern, mit einem auf einem Tragrohr gelagerten fremdangetriebe nen Düsenkopfträger und mindestens einem wenigstens eine Strahl- und/oder Sprühvorrichtung aufweisenden mit dem Düsen kopfträger mittels eines einstufigen Winkelgetriebes gekoppel ten Düsenkopf, wobei eine am Düsenkopf angeordnete Verzahnung mit einer am Tragrohr angeordneten Verzahnung kämmt.

Aus der DE 196 17 857 C1 ist eine Waschvorrichtung mit einem derartigen Orbitalwaschkopf bekannt. Zum Reinigen eines mit einem Spundloch ausgestatteten Behälters wird der Orbital waschkopf an einem Tragrohr durch das Spundloch in den Behäl ter eingeführt. Der Orbitalwaschkopf besteht im wesentlichen aus einem Düsenkopfträger und einem Düsenkopf. Der Düsenkopf träger rotiert während des Reinigungsbetriebs um die Tragrohr achse. Quer zu dieser Tragrohrachse ist am Düsenkopfträger der Düsenkopf gelagert. Bei der Rotation des die Reinigungsflüs sigkeit führenden Düsenkopfträgers rollt der Düsenkopf über ein an ihm angeordnetes Tellerrad an einem im Tragrohr gela gerten Kegelritzel ab.

Hierbei muß die Reinigungsflüssigkeit auf dem Weg zwischen dem Tragrohr und den Düsenausgängen durch eine Vielzahl von engen Bohrungen und strömungsungünstig gestalteten Kanälen das Win kelgetriebe passieren, wodurch die Ausströmgeschwindigkeit ge genüber einem vergleichbaren Freistrahl erheblich gedrosselt ist. Auch hat der Orbitalwaschkopf der DE 196 17 857 C1 eine mit vielen Kanten und Hinterschnitten versehene Außenkontur, so dass er kaum eine Selbstreinigungsfunktion hat.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Problemstellung zu grunde, einen wartungsfreien Orbitalwaschkopf zu schaffen, an dessen Reinigungsdüsen die Reinigungsflüssigkeit nahezu unge drosselt austritt und der einen hohen Selbstreinigungsgrad hat. Zudem soll der Orbitalwaschkopf eine Gestalt haben, die das Führen durch Spundlöcher begünstigt.

Das Problem wird mit Hilfe der Merkmale des Anspruchs 1 ge löst. Dazu hat der Düsenkopfträger ein kugelförmiges Gehäuse, das zur Lagerung am Tragrohr und zur Lagerung des oder der Dü senköpfe Öffnungen aufweist, deren kreisförmige Schnittlinien zwischen den Öffnungen und der Gehäuseaußenkontur jeweils ei nen bestimmten Abstand zur Gehäusemitte haben. Dieser Abstand ist das Produkt aus - dem Radius der Gehäuseaußenkontur - und - dem Reziprokwert von der Wurzel aus der Zahl zwei. Vor den zur Gehäusemitte orientierten Stirnflächen oder Hüllkonturen der die Verzahnungen tragenden Elemente liegt jeweils ein Freiraum, dessen Tiefe mindestens % des vorgenannten Abstandes entspricht.

Ein derartiger Orbitalwaschkopf hat durch die angegebene Ge häusedimensionierung einen weitgehend leeren, großvolumigen Gehäuseinnenraum. In diesem Innenraum, in dem keine die hin durchströmende Flüssigkeit ab- und umlenkende Strömungshinder nisse angeordnet sind, wird die über das Tragrohr nachflie ßende Flüssigkeit vorgestaut, um nahezu unverwirbelt und unge drosselt aus den Reinigungsdüsen ausströmen zu können. Zudem ist im Ausführungsbeispiel der Einströmquerschnitt mehr als acht mal größer als die Summe der Austrittsquerschnitte der Reinigungsdüsen.

Im Hauptströmungsbereich der Reinigungsflüssigkeit bewegen sich keine strömungsungünstigen Antriebsteile, die die im Ge häuse stehende Flüssigkeit energiezehrend umrühren.

Die kugelförmige und glatte, ggf. polierte Oberfläche des Or bitalwaschkopfes gewährleistet die geforderte Selbstreini gungsfähigkeit. Unter dieser Fähigkeit - die in erster Linie das Verhindern einer Verschmutzung des Orbitalwaschkopfes dar stellt - wird zum einen die Voraussetzung für ein allseitiges Abspülen des Orbitalwaschkopfes verstanden und zum andern be ruht sie auf einer weitgehend schmutzabweisenden Oberfläche.

Die Reinigungsflüssigkeit für die Selbstreinigung hierzu stammt aus den Bewegungsfugen und ggf. von speziellen am Ge häuse angeordneten Düsen. Die Ränder der Fugen und der Düsen sind zumindest teilweise so überdeckt, dass die dort austre tende Flüssigkeit an der Oberfläche des Gehäuses so weit wie nur möglich entlanggespült wird. Auf diese Weise treffen von den Innenwänden des zu reinigenden Behälters reflektierte Schutzflüssigkeitsspritzer eher auf den den Orbitalwaschkopf umgebenden Flüssigkeitsfilm als auf dessen unbenetzte Gehäuse oberfläche.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Un teransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung einer sche matisch dargestellten Ausführungsform:

Fig. 1: Zentraler Schnitt durch Düsenkopfträger und Düsenkopf;

Fig. 2: Zentraler Schnitt durch Düsenkopfträger und Rückansicht des Düsenkopfes.

Die Fig. 1 und 2 zeigen einen an einem Tragrohr (1) drehbar gelagerten Orbitalwaschkopf. Das rotierende Gehäuse (21) des Orbitalwaschkopfes ist ein Düsenkopfträger (20). Letzterer wird über zwei hintereinander gekoppelte beispielsweise zent ral im Tragrohr (1) liegende Wellen (2) und (3) angetrieben. Er trägt im Ausführungsbeispiel einen Düsenkopf (50). Der Dü senkopf (50) ist über ein Winkelgetriebe (41, 45) mit dem Dü senkopfträger (20) und dem Tragrohr (1) zwangsgekoppelt.

Zur Lagerung des Düsenkopfträgers (20) trägt das Tragrohr (1) einen Tragflansch (10). Der Tragflansch (10) sitzt in der In nenbohrung des Tragrohres (1) mittels einer Schweiß-, Klemm- oder Klebeverbindung. Ggf. ist das Tragrohr (1) über ein Innengewinde auf dem Tragflansch (10) aufgeschraubt.

Im Tragflansch (10) ist ein Stationärrad (41) drehstarr befes tigt. Das Stationärrad (41) sitzt dazu in einer Gewindeboh rung (11) des Tragflansches (10). Der Tragflansch (10) und das Stationärrad (41) haben einander zugewandte Wälzkörperlaufbah nen (16, 17) zwischen denen wälzgelagert der Düsenkopfträ ger (20) über einen Lagerflansch (24) und zwei mit Kugeln be stückte Axiallagerkäfige (14, 15) eingespannt ist.

Die Gewindebohrung (11) endet definiert an einem Bund im Trag flansch (10), so dass sich durch ein entsprechendes Fest schrauben des Stationärrades (41) im Tragflansch (10) eine op timale Lagerluft einstellt.

Der Lagerflansch (24) ist im Düsenkopfträger (20) mittels ei nes Feingewindes eingeschraubt. Die Einschraubtiefe ist durch einen sich an das Feingewinde anschließenden - auf dem Rand der Tragflanschöffnung (23) aufliegenden - Flanschkragen be grenzt. Der Innendurchmesser der Tragflanschöffnung (23) ist hierbei größer als der maximale Durchmesser des Stationär rades (41).

Im Düsenkopfträger (20) endet die Welle (2) am tiefsten Punkt mit einem Wellenabsatz. Der Wellenabsatz ragt dort in eine konzentrisch zur Rotationsachse (29) verlaufende Bohrung (26). Die Welle (2) hat an ihrem unteren, in der Bohrung (26) steckenden Ende, eine Gewindesacklochbohrung. Eine in die Ge windesacklochbohrung eingeschraubte Schraube, deren Kopf eine spezielle schirmartige Form hat, liegt zumindest bereichsweise an der Gehäuseaußenkontur (22) an. Die Schraube ist gegen Los drehen beispielsweise mit einem Kerbstift oder dergleichen ge sichert. In Fig. 1 befindet sich rechts neben der Schraube eine Bohrung (63). Durch sie tritt während des Waschvorganges Reinigungsflüssig unter hohem Druck aus. Der auf die Unter- bzw. Rückseite des speziellen Schraubenkopfes auftreffende Flüssigkeitsstrahl wird dort so umgelenkt, dass er mehrere Zentimeter an der Gehäuseaußenkontur (22) entlangströmt. Über die Bohrung (63) entleert sich zudem das Gehäuse (21) nach jedem Reinigungslauf.

Im Bereich des Tragflansches (10) endet die Welle (2), um über eine Stiftkupplung an die das Tragrohr (1) durchquerende Welle (3) gekuppelt zu werden.

Der Düsenkopfträger (20) hat mindestens eine weitere große Öffnung (33) zur Lagerung des Düsenkopfes (50). Der Düsen kopf (50) besteht u. a. aus einem Düsenträger (51), der primär ein annähernd kugelabschnittförmiges Bauteil ist, das mindes tens eine Düse (61, 62) trägt. Im Ausführungsbeispiel schnei det die Rotationsachse (59) des Düsenkopfes (50) die Rota tionsachse (29) des Düsenkopfträgers (20) unter 90°. Die ge zeigten Reinigungsdüsen (61, 62) sind radial zur Rotations achse (59) ausgerichtet und zueinander fluchtend angeordnet. Die Mittellinien beider Düsen (61, 62) schneiden die Rota tionsachse (59) in einem Punkt.

Die in den Figuren dargestellten Reinigungsdüsen (61, 62) sind Punktstrahldüsen. Alternativ können u. a. auch Sprüh- oder Fä cherstrahldüsen eingebaut werden.

An dem Düsenträger (51) ist ein sich zum Zentrum des Düsen kopfträgers (20) erstreckender Zapfen (52) angeformt. Beid seits des Zapfens (52) befinden sich im Düsenträger (51) Ka näle, die mit den die Düsen (61, 62) aufnehmenden Gewindeboh rungen hydraulisch verbunden sind. Auf der freien Stirnfläche des Zapfens (52) ist konzentrisch ein Kronenrad (45) angeord net.

Das Kronenrad (45) hat einen flanschartigen Aufbau. In seinem Flanschbereich trägt es z. B. eine zum Zentrum des Düsenkopf trägers (20) orientierte Cylkro©-Verzahnung und an der der Verzahnung abgewandten Seite eine Axiallagerlaufbahn (47). An den Flanschbereich schließt sich ein zumindest bereichsweise zylindrischer Ring (53) an, der u. a. die radiale Führung des Axiallagerkäfigs (36) übernimmt. Der sich zum Düsenträger (51) hin erstreckende Ring (53) endet wenige Zehntel Millimeter vor dem Düsenträger (51), so dass dort ein Spalt (57) entsteht.

An der zum Zentrum des Düsenkopfträgers (20) hin orientierten Stirnfläche des Rings (53) befindet sich ein Tragkreuz (54), über das das Abtriebsrad (45) am Zapfen (52) befestigt ist, vgl. Fig. 2. Das Tragkreuz (54) ist mittels einer Zentral schraube am Zapfen (52) fixiert. Ggf. befindet sich zwischen dem Tragkreuz (54) und der freien Stirnfläche des Zapfens (52) - zum Erzielen einer formschlüssigen Verbindung - eine Hirth- Verzahnung oder etwas Vergleichbares.

Der Düsenkopf (50) ist im Düsenkopfträger (20) mit Hilfe eines Lagerflansches (34) gelagert. Der Lagerflansch (34) ist über ein Außengewinde bis zu einem am Gewindeende angeordneten An schlagkragen in den Düsenkopfträger (20) eingeschraubt. Er wird vom Düsenkopf (50) an beiden Stirnseiten umgriffen. Die im Düsenkopfträger (20) liegende Stirnseite des Lagerflan sches (34) beinhaltet eine Laufbahn (37) für die Wälzkörper kugeln des Axiallagers (35), während die nach außen orien tierte Stirnfläche eine mit der Spülflüssigkeit überströmte Gleitlagerfläche darstellt. Zwischen dem Ring (53) des Düsen kopfes (50) und der zentralen Bohrung des Lagerflansches (34) ist ein Gleitlagerring (56), der z. B. aus Teflon gefertigt ist, eingelegt. Der Ring (56) ermöglicht ein Rotieren des Or bitalwaschkopfes ohne Reinigungsmittelzufuhr im sogenannten Notlauf, z. B. bei Wartungsarbeiten oder einem gezielten Posi tionieren der Düsen (61, 62).

Zur Montage des Orbitalwaschkopfes wird zunächst der Lager flansch (24) in den Düsenkopfträger (20) eingeschraubt. Über die seitliche Öffnung (33) wird das Stationärrad (41) in das Innere des Düsenkopfträgers (20) gebracht. Das Stationär rad (41), auf dem der kugelbestückte Axiallagerkäfig (15) des Lagers (13) bereits aufgelegt ist, wird in die Bohrung des La gerflansches (24) eingeschoben. Auf die gemäß Fig. 1 nach oben ragendende Laufbahn (17) des Lagerflansches (24) wird der Käfig (14) des zweiten Axiallagers (12) aufgelegt. Abschlie ßend wird der Tragflansch (10) auf das Stationärrad (41) auf geschraubt.

In einem zweiten Schritt wird das Abtriebsrad (45) mit dem aufgelegten, kugelbestückten Axiallagerkäfig (36) und dem auf gesteckten Gleitlagerring (56) in die zentrale Bohrung des La gerflansches (34) eingeschoben. Die Kombination dieser Teile wird über den Lagerflansch (34) in den Düsenkopfträger (20) eingeschraubt. Hierbei kommen die Verzahnungen (42, 46) der Räder (41, 45) miteinander in Eingriff. Anschließend wird der die Reinigungsdüsen (61, 62) tragende Düsenträger (51) zusam men mit dem Zapfen (52) in die Bohrung des Ringes (53) hinein gesteckt und mittels einer Schraube von innen her mit dem Tragkreuz (54) des Abtriebsrads (45) verschraubt. Die das Ab triebsrad (45) und den Zapfen (52) verbindende Schraube wird mittels eines durch die Bohrung des Antriebsrades (41) in dem Düsenkopfträger (20) eingeführten gekröpften Imbus-Schlüssels fixiert. Durch ein Drehen des Düsenkopfes (50) wird die Schraubverbindung hergestellt.

Abschließend wird die Welle (2) von oben her in den Düsenkopf träger (20) eingebracht, in die Bohrung (26) eingesteckt, von außen mittels einer speziellen Schraube fixiert und z. B. mit einem Kerbstift gesichert.

Bei dem Betrieb des Orbitalwaschkopfes wird dieser über das Tragrohr (1) durch das Spundloch in den innen zu reinigenden Behälter geführt. Die Lage des Behälters ist hierbei unwesent lich, z. B. muss bei vielen Fässern das Spundloch während des Reinigungsvorgangs am tiefsten Fasspunkt liegen, damit die eingebrachte Reinigungsflüssigkeit während des Waschens aus laufen kann. Der annähernd im Zentrum des Behälters positio nierte, noch unbewegte Orbitalwaschkopf wird nun über das Tragrohr (1) mit Reinigungsmittel beaufschlagt. Das unter Druck stehende Reinigungsmittel füllt das Tragrohr (1) und den gesamten Düsenkopfträger (20) aus. Ein Teil des Reinigungsmit tels strömt durch das Tragkreuz (54) in den Düsenkopf (50) und tritt über die Reinigungsdüsen (61, 62) aus.

Das Reinigungsmittel trifft auf seinem Weg durch den Düsen kopfträger (20) und den Düsenkopf (50) nur auf wenige, strö mungstechnisch unbedeutende Hindernisse. Der Flüssigkeitsein tritt in den Düsenkopfträger (20) erfolgt über die zentrale Bohrung des Stationärrades (41). Sein Bohrungsquerschnitt ent spricht dem Einströmquerschnitt des Tragrohres (1). Die mit dem Düsenkopfträger (20) umlaufende Flüssigkeit staut sich un mittelbar vor dem rotierenden Tragkreuz (54). In dem Frei raum (28) vor dem Tragkreuz (54) befindet sich mit Ausnahme der dünnen, zumindest dort bereichsweise glatten Welle (2) kein Strömungshindernis.

Im Ausführungsbeispiel ist im Düsenkopf (50) der Einströmquer schnitt im Bereich des Tragkreuzes (54) ca. sieben mal größer als die Summe der Ausströmquerschnitte der Reinigungsdü sen (61, 62). Folglich stellt das Tragkreuz (54) kein nennens wertes Strömungshindernis dar.

Ein anderer Teil des Reinigungsmittels tritt aus den Bewe gungsfugen, vgl. die Spalte (27, 47), und ggf. aus Reinigungs kanälen oder Bohrungen aus. Das aus den Fugen, Kanälen und Bohrungen austretende Reinigungsmittel umströmt - teilweise geführt - weite Bereiche der Gehäuseaußenkontur (22) des Dü senkopfträgers (20) und ggf. des Tragrohres (1).

Aufgrund des Überdrucks im Düsenkopfträger (20) wird das Ab triebsrad (45) über das Axiallager (35) gegen den Lager flansch (34) gepresst. Für Orbitalwaschköpfe, die für einen Betrieb mit geringem Reinigungsmitteldruck ausgelegt sind, kann das Lager (35) durch ein Rillenkugellager oder eine Kom bination aus mehreren Lagern ersetzt werden.

Zum Rotieren des Düsenkopfträgers (20) und der Reinigungs düsen (61, 62) wird die Welle (2) über einen Motor angetrie ben. Mit der rotierenden Welle (2) dreht sich der Düsenkopf träger (20) um das Stationärrad (41), das beispielsweise 43 Zähne hat. Hierbei rollt das mit dem Düsenkopf (50) starr verbundene Kronenrad (45), es hat z. B. 49 Zähne, am stehenden Stationärrad (41) ab.

Bezugszeichenliste

1

Tragrohr

2

Welle im Düsenkopfträger

3

Welle im Tragrohr

10

Tragflansch

11

Gewindebohrung

12

,

13

Axiallager

14

,

15

Axiallagerkäfige

16

,

17

Wälzkörperlaufbahnen

20

Düsenkopfträger

21

Gehäuse

22

Gehäuseaußenkontur

23

Tragflanschöffnung, oben

24

Lagerflansch

26

Bohrung für Welle (

2

)

27

Spalt

28

Freiraum

29

Rotationsachse, Tragrohrachse

33

Öffnung, seitlich

34

Lagerflansch

35

Axiallager

36

Axiallagerkäfig

37

Axiallagerlaufbahn

41

Stationärrad, Ritzelrad

42

Verzahnung, Stirnradverzahnung

45

Abtriebsrad, Kronenrad

46

Verzahnung, Cylco-Verzahnung

47

Axiallagerlaufbahn

50

Düsenkopf

51

Düsenträger

52

Zapfen

53

Ring

54

Tragkreuz

56

Gleitlagerring

57

Spalt

59

Düsenkopfachse, Rotationsachse

61

,

62

Düsen, Reinigungsdüsen, Punktstrahldüsen

63

Entleerungsbohrung

Claims

1. Orbitalwaschkopf einer Waschvorrichtung zum Reinigen der Innenwandungen von Behältern, mit einem auf einem Tragrohr ge lagerten fremdangetriebenen Düsenkopfträger und mindestens ei nem, wenigstens eine Strahl- und/oder Sprühdüse aufweisenden, mit dem Düsenkopfträger mittels eines einstufigen Winkelge triebes gekoppelten Düsenkopf, wobei eine am Düsenkopf ange ordnete Verzahnung mit einer am Tragrohr angeordneten Verzah nung kämmt, dadurch gekennzeichnet,

- dass der Düsenkopfträger (20) ein kugelförmiges Gehäuse hat, das zur Lagerung am Tragrohr (1) und zur Lagerung des oder der Düsenköpfe (50) Öffnungen (23, 33) aufweist, deren kreisförmige Schnittlinien zwischen den Öffnungen (23, 33) und der Gehäuseaußenkontur (22) jeweils einen Abstand (A) zur Gehäusemitte haben, der aus dem Produkt aus - dem Radius der Gehäuseaußenkontur (22) - und - dem Reziprokwert von der Wurzel aus der Zahl zwei - besteht und
- dass vor den zur Gehäusemitte orientierten Stirnflächen oder Hüllkonturen der die Verzahnungen (42, 46) tragenden Ele mente jeweils ein Freiraum (28) liegt, dessen Tiefe mindes tens ³/₄ des Abstands (A) entspricht.

2. Orbitalwaschkopf gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkopfträger (20) außerhalb der Flanschbereiche eine konstante Wandstärke aufweist.

3. Orbitalwaschkopf gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, dass die Rotationsachse (59) des Düsenkopfes (50) die Rotationsachse (29) des Düsenkopfträgers (20) schneidet oder kreuzt.

4. Orbitalwaschkopf gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnungen (42, 46) Kegelradverzah nungen sind.

5. Orbitalwaschkopf gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsdüsen (61, 62) koaxial zu einander im Düsenkopf (50) angeordnet sind.

6. Orbitalwaschkopf gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Stationärrad (41) 49 Zähne und das mit dem Düsenkopf (50) verbundene Rad (45) 43 Zähne hat.