DE10026920A1 - Luftunterstützte Düsenanordnung zur Feinzerstäubung - Google Patents

Abstract

Bei einer luftunterstützten Sprühdüsenanordnung weist die Sprühdüse einen Düsenkörper auf, der einen Flüssigkeitseinlasskanal und einen Gaseinlasskanal enthält. Die Luftkappe ist an einem stromabwärts gelegenen Ende des Düsenkörpers angeordnet und weist ein äußeres Grundkörperelement mit einer darin befindlichen inneren Bohrung auf, die von einem stromaufwärts gelegenen offenen Ende ausgeht. Ein Fluidleiteinsatz ist in die innere Bohrung des äußeren Grundkörperelementes eingefügt. Der Fluidleiteinsatz wird von einem Fluidleitkanal durchquert, der mit dem Flüssigkeitseinlasskanal in dem Düsenkörper stömungsmäßig verbunden ist. Außerdem ist ein Aufprallelement in die innere Bohrung des äußeren Grundkörperelementes stromabwärts von dem Fluidleiteinsatz eingesetzt. Das Aufprallelement definiert eine Aufprallfläche, die von dem Fluidleitkanal beabstandet ist und diesem gegenüberliegt, um einen darauf aufprallenden Flüssigkeitsstrom radial nach außen gerichtet abzulenken. Weiter enthält der äußere Grundkörper der Luftkappe eine Vielzahl von sich in Längsrichtung erstreckenden Ausstoßöffnungen, die rund um die Aufprallfläche angeordnet sind und sich von dieser stromabwärts erstrecken. Jeder Ausstoßkanal ist mit einer Ausstoßöffnung versehen, um Fluid in einen nach innen gerichteten Strömungspfad zu drängen, derart, dass die durch die Ausstoßöffnungen erzeugten Strömungspfade aufeinandertreffen und die Flüssigkeit atomisieren.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft luftunterstützte Sprühdüsen und insbesondere eine verbesserte, vielseitigere Luftkappe für den Einsatz in luftunterstützten Düsenanord­ nungen zur verbesserten Zerkleinerung und Verteilung von Flüssigkeitspartikeln.

Bei vielen Sprühanwendungen, wie z. B. zur Befeuchtung oder Kühlung auf der Basis von Verdunstung ist es wün­ schenswert, möglichst feine Sprühpartikel zu erzeugen, um dadurch deren Oberfläche für die Einbringung in die Luft zu maximieren. Um dieses Ziel zu erreichen ist es bekannt luftunterstützte Sprühdüsenanordnungen einzusetzen, bei denen ein komprimiertes Gas, beispielsweise Luft, verwendet wird, um einen Flüssigkeitsstrom in sehr feine Flüssig­ keitspartikel aufzuteilen oder zu zerstäuben. Beispiels­ weise erfolgt in einigen luftunterstützten Sprühdüsenanord­ nungen die mechanische Zerstäubung der Flüssigkeit haupt­ sächlich in einer Zerstäubungskammer, die in der Düsenan­ ordnung stromaufwärts von einem der Erzeugung des Sprüh­ musters dienenden Sprühkopf oder einer Luftkappe angeordnet ist. Alternativ kann die Zerkleinerung der Flüssigkeits­ partikel auch in der Luftkappe selbst stattfinden.

Hinsichtlich der Effizienz und Wirtschaftlichkeit wird außerdem angestrebt, dass eine derartige Partikelzerkleine­ rung mit verhältnismäßig geringem Luftbedarf und niedrigem Druck erreicht wird. Bisher war dies mit einigen Problemen verbunden. Insbesondere sind Sprühköpfe und Luftkappen, die einen effizienten und wirtschaftlichen Einsatz ermöglichen, im Allgemeinen verhältnismäßig kompliziert aufgebaut und daher nur mit relativ hohem Kostenaufwand herzustellen.

Hinzu kommt, dass die Verwendbarkeit dieser Luftkappen hinsichtlich eines flexiblen Einsatzes stark eingeschränkt ist. Typischerweise bedingt die Konstruktion derartiger Luftkappen, dass diese sich nur in Konfigurationen mit je­ weils einem speziellen luftunterstützten Düsengrundkörper einsetzen lassen. Dementsprechend ist es erforderlich, für jeden Düsentyp eigens konfigurierte Luftkappen vorzusehen. Weiter lassen sich derartige Luftkappen nicht problemlos für das Austragen der Flüssigkeit in verschiedenen Sprüh­ mustern anpassen.

Ein weiteres Problem bei den vorhandenen luftunter­ stützten Zerstäuberdüsen, und speziell bei denjenigen, die für das Aufsprühen von Beschichtungen oder Farbe auf eine Oberfläche verwendet werden, ergibt sich daraus, dass der für die Zerkleinerung der Flüssigkeitspartikel erforderli­ che hohe Pressluftdruck einen hohen Ausstoßdruck aus der Düse mit sich bringt. Dieser hohe Ausstoßdruck führt häufig zu einem Zurückprallen der Partikel von der Oberfläche, auf die sie aufgebracht werden sollen. Dies hat nicht nur zu Folge, dass die aufgebrachte Beschichtung möglicherweise beeinträchtigt und Material vergeudet wird, sondern auch wegen der in die Umgebungsluft abgegebenen Sprühpartikel eine Gefährdung für die Umwelt entstehen kann.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine luftunterstützte Sprühdüsenanordnung zu schaffen, die eine verbesserte Luftkappe aufweist, die eine Verbesserung der Zerkleinerung und Verteilung von Flüssigkeitspartikeln be­ wirkt.

Die neue Luftkappe lässt sich in luftunterstützten Düsenkörpern von mannigfaltiger Bauart einsetzen.

Die neue Luftkappe kann sowohl in luftunterstützten Düsen, bei denen der Flüssigkeitsstrom vor der Einleitung in die Luftkappe vorzerstäubt wird, als auch in luftunter­ stützten Düsen verwendet werden, bei denen die separaten Flüssigkeits- und Luftströme in die Luftkappe eingeleitet werden.

Die neue Luftkappe kann problemlos für das Ausbringen mit einem gewünschten Sprühmuster anpassen werden.

Sie ermöglicht ferner eine kräftigere Zerstäubung des Fluids bei verhältnismäßig niedrigem Ausstoßdruck aus der Düse.

Die Luftkappe ist einfach aufgebaut und kostengünstig in der Herstellung.

Im Übrigen sind Weiterbildungen der Erfindung Gegen­ stand von Unteransprüchen. In der Zeichnung sind Ausfüh­ rungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine axiale Schnittansicht einer erfindungs­ gemäßen luftunterstützten Sprühdüsenanordnung,

Fig. 2 eine vergrößerte Stirnansicht, wie sie von der Ebene 2-2 in Fig. 1 aus zu sehen ist,

Fig. 3 ist eine perspektivische Explosionszeichnung der Luftkappe der Sprühdüsenanordnung nach Fig. 1,

Fig. 4 einen axialen Schnitt eines alternativen Aus­ führungsbeispiels der erfindungsgemäßen Sprühdüsenanordnung dar,

Fig. 5 einen axialen Schnitt eines weiteren alternati­ ven Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Sprühdüsen­ anordnung,

Fig. 6 eine vergrößerte Stirnansicht, wie sie von der Ebene 6-6 von Fig. 5 aus zu sehen ist,

Fig. 7 einen axialen Schnitt eines weiteren alternati­ ven Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Sprühdüsen­ anordnung,

Fig. 8 eine vergrößerte Stirnansicht, wie sie von der Ebene 8-8 von Fig. 7 aus zu sehen ist,

Fig. 9 einen axialen Schnittansicht eines weiteren alternativen Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Sprühdüsenanordnung,

Fig. 10 eine Querschnittsansicht der Schnittebene 10-10 von Fig. 9,

Fig. 11 eine Rückansicht, wie sie von der Ebene 11-11 von Fig. 9 aus zu sehen ist, und

Fig. 12 einen Längsschnittansicht eines weiteren al­ ternativen Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Sprühdüsenanordnung.

Anhand von Fig. 1 wird im Folgenden ein Ausführungs­ beispiel einer erfindungsgemäßen luftunterstützten Düsen­ anordnung 10 erläutert. Die Düsenanordnung 10 verwendet ein komprimiertes Gas z. B. Luft, um einen Flüssigkeitsstrom in sehr feine Partikel zu zerstäuben, um so eine maximale Oberfläche zu erzeugen.

Die dargestellte Sprühdüsenanordnung 10 enthält einen Grundkörper 12, in dem ein zentraler Flüssigkeitseinlass­ kanal 14 und ein ringförmig umgebender Gaseinlasskanal 16 ausgebildet sind. Der Grundkörper 12 ist in diesem Falle über eine im Wesentlichen zylindrische, sich nach hinten erstreckende, an dem Grundkörper 12 der Düse ausgebildete Verlängerung 18 an einen Grundabschnitt 20 der Düsenanord­ nung 10 angebracht. Die sich nach hinten erstreckende Ver­ längerung 18 des Düsengrundkörpers 12 wird von einer mit einem Innengewinde versehenen Bohrung in dem Grundabschnitt 20 aufgenommen, so dass die Flüssigkeits- und Gaseinlass­ öffnungen 14, 16 in dem Grundkörper mit entsprechenden Flüssigkeits- und Gaseinlassöffnungen 22, 24 in dem Grund­ abschnitt 20 fluchten. (Nicht gezeigte) Flüssigkeits- und Gasanschlüsse, die mit den Flüssigkeits- bzw. Gaseinlass­ kanälen 22, 24 kommunizieren, sind auf dem Grundabschnitt 20 vorgesehen. In bekannter Weise können geeignete Zufuhr­ leitungen an den Flüssigkeits- und Gasanschlüssen an­ geschlossen sein, um die Düsenanordnung 10 mit von unter Druck gesetzten Flüssigkeits- und Gasströmen zu versorgen.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel, enthält die Düsenanordnung 10 einen Vorzerstäubungs­ abschnitt 26. Im vorliegenden Fall ist der Vorzerstäubungs­ abschnitt 26 mit einem zentralen Einlasskanal 28 ausgebil­ det, der mit einer die Strömung beschränkenden Öffnung 30 (Stromventil) kommuniziert, die ihrerseits mit einer zylin­ drischen Expansionskammer 32 strömungsmäßig verbunden ist. Unter Druck gesetztes, in dem ringförmigen Gaseinlasskanal 16 befindliches Gas wird durch eine Vielzahl von radial angeordneten Luftkanälen 34 hindurch in die Expansionskam­ mer 32 geleitet. Auf diese Weise wird die unter Druck ste­ hende Flüssigkeit, die durch den Flüssigkeitseinlasskanal 14 eingeleitet wird, durch die Drosselöffnung 30 in die Expansionskammer 32 hinein beschleunigt, wo sie durch eine Vielzahl von durch die radialen Kanäle 34 geleiteten Druck­ luftströmen zerteilt und vorzerstäubt wird. Weitere Ein­ zelheiten über den Aufbau des Vorzerstäubungsabschnitts finden sich in der parallelen US Patentanmeldung S. N. 08/934 348. Es können auch andere Konfigurationen und Ver­ fahren für die Zerstäubung der Flüssigkeit verwendet wer­ den.

Gemäß einem wichtigen Aspekt der vorliegenden Erfin­ dung für die Verstärkung der Zerstäubung und der Austragung der Flüssigkeitspartikel mittels eines wohl definierten Sprühmusters, ist der Düsengrundkörper 12 mit einer Luft­ kappe 35 ausgestattet, die eine Reihe von leicht herzustel­ lenden und zusammenzufügenden Komponenten enthält, die sich problemlos an spezielle Sprühanwendungen anpassen lassen. Insbesondere weist die dargestellte Luftkappe 35 zu diesem Zweck eine äußere Schale oder einen äußeren Körper 36, ein Aufprallelement oder Prallkörper 38 und einen Fluidleitein­ satz in Form eines Einsatzes 40 auf. Wie in den Fig. 1 und 3 zu sehen ist, befindet sich in dem äußeren Körper 36 der Luftkappe 35 eine im Wesentlichen zylindrische Bohrung 42, die sich von einem offenen Einlassende 44 gegen eine Aus­ stoßende 45 hin durch diesen hindurch erstreckt. Das Auf­ prallelement 38 sowie der Fluidleiteinsatz 40 sind im All­ gemeinen scheibenförmig gestaltet und mit einem Presssitz in die zylindrische Bohrung 42 des äußeren Körpers 36 durch dessen offenes Einlassende 44 eingesetzt, wobei der Fluid­ leiteinsatz 40 bezogen auf das Aufprallelement 38 stromauf­ wärts angeordnet ist. Beim Einsetzen des Aufprallelementes 38 wird dieses, wie in Fig. 1 gezeigt, gegen eine in der Nähe des Ausstoßendes 45 auf der Innenfläche der äußeren Wand 68 des Luftkappengrundkörpers 36 ausgebildeten ring­ förmigen Schulter 46 angelegt. Diese ringförmige Schulter 46 stellt sicher, dass das Aufprallelement 38 bezogen auf den äußeren Körper 36 der Luftkappe an der geeigneten Posi­ tion die korrekte Lage einnimmt.

Für die Durchleitung von Fluid und Luft durch die Luftkappe 35 weist der Fluidleiteinsatz 40 eine kegelförmi­ ge Eintrittsfläche 48, die gegen eine zentrale, sich durch den Fluidleiteinsatz 40 erstreckende Öffnung 50 hin konisch zuläuft. Darüber hinaus sind in dem Aufprallelement 38 meh­ rere sich durch diese hindurch erstreckende Fluidleitöff­ nungen 52 ausgebildet. Die zahlreichen Fluidleitöffnungen 52 in dem Aufprallelement 38, von denen zwei in dem Aus­ führungsbeispiel von Fig. 1-3 gezeigt sind, sind in der Nähe des Umfangs des Aufprallelementes 38 in Umfangsrich­ tung voneinander beabstandet angeordnet. Wie in Fig. 1 zu sehen, sind, wenn der Fluidleiteinsatz 40 und das Aufprall­ element 38 in dem Luftkappenkörper 36 montiert sind, der Fluideinsatz 40 und das Aufprallelement 38 in Längsrichtung in geringem Abstand voneinander beabstandet, um einen Fluidkanal 54 zwischen dem Luftleitelement und dem Auf­ prallelement zu bilden. Dieser Fluidkanal 54 ist sowohl mit der zentralen Öffnung 50 in dem Fluidleiteinsatz 40 als auch mit dem Paar von Fluidleitöffnungen 52 in dem Auf­ prallelement 38 strömungsmäßig verbunden.

Für die Befestigung der Luftkappe 35 an dem Düsenkör­ per 12 ist auf einem äußeren Flächenabschnitt des Düsenkör­ pers in der Nähe von dessen vorderen Ende ein Gewinde an­ gebracht. Wie in Fig. 1 zu sehen, sichern eine Überwurfmut­ ter 56, die mit einem zu dem Düsenkörper 12 passenden In­ nengewinde versehen ist, und eine ringförmige, auf der Au­ ßenseite des Luftkappenkörpers 36 ausgebildete Rippe 58 die Luftkappe 35 an dem Düsenkörper. Bei der Montage der Luft­ kappe 35 an dem Düsenkörper 12 ragt zumindest ein Teil des Vorzerstäubungsabschnitts 26 in das Einlassende 44 des Luftkappenkörpers 36 hinein, so dass das zerstäubte Fluid aus dem Vorzerstäubungsabschnitt 26 in die Luftkappe 35 hineingeleitet wird. Insbesondere ist das offene Auslassen­ de der Expansionskammer 32, wie in Fig. 1 gezeigt, in sol­ cher Weise mit dem Fluidleiteinsatz 40 verbunden, dass die aus der Expansionskammer entweichende zerstäubte Flüssig­ keit durch die zentrale Öffnung 50 in dem Fluidleiteinsatz 40 hindurchgeleitet wird. Auf der Außenseite der Expan­ sionskammer 32 sitzt in der Nähe von deren Abström- oder Ausstoßendes eine O-Ringdichtung 60. Wenn die Luftkappe 35 an dem Düsenkörper 12 montiert wird, kommt die O-Ring­ dichtung 60 an der konisch zulaufenden Eintrittsfläche 48 des Fluidleiteinsatzes 40 zur Anlage und verhindert da­ durch, dass die in dem Gaseinlasskanal 16 befindliche Luft den Vorzerstäubungsabschnitt 26 umgeht.

Um eine weitere Zerstäubung stromabwärts nach dem Vor­ zerstäubungsabschnitt 26 zu ermöglichen, bildet der mitt­ lere Abschnitt des Aufprallelementes 38 gegenüber der zen­ tralen Öffnung 50 in dem Fluidleiteinsatz 40 eine Aufprall­ fläche 62. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Aufprallfläche 62 als erhöhter scheibenförmig Abschnitt ausgebildet, der montierten Zustand zentrisch zu der zen­ tralen Öffnung 50 des Fluidleiteinsatzes 40 zu liegen kommt. Auf diese Weise wird die aus dem Vorzerstäubungs­ abschnitt 26 herausströmende Flüssigkeit über die zentrale Öffnung 50 gegen die Aufprallfläche 62 gelenkt, die die Flüssigkeit radial durch den Fluidkanal 54 in Richtung zu den Fluidleitöffnungen 52 in dem Aufprallelement 38 hin ablenkt.

Um das zerstäubte Fluid auszustoßen, sind die Fluid­ leitöffnungen 52 in dem Aufprallelement 38 mit Ausstoßkanä­ len 66 strömungsmäßig verbunden, die in dem äußeren Luft­ kappenkörper 36 ausgebildet sind. Insbesondere weisen die Ausstoßkanäle 66, wie in Fig. 1 gezeigt, ein offenes Zu­ strömende auf, um das den Fluidleitöffnungen 52 entströmen­ de Fluid aufzunehmen, und sie werden durch eine äußere Wand 68 des Luftkappenkörpers und eine gegenüberliegende innere Seitenwand 70 begrenzt. In der entsprechenden inneren Sei­ tenwand 70 jedes Ausstoßkanals 66 sind Ausstoßöffnungen 73 vorgesehen. Wie den Fig. 2 und 3 zu entnehmen ist, bilden die zwei Ausstoßöffnungen 66 einen quer verlaufenden zen­ tralen Kanal 72 in dem Ausstoßende des Luftkappenkörpers 36. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Aus­ stoßöffnungen 73 in der inneren Seitenwand 70 eines jeden Ausstoßkanals 66 als Schlitze ausgebildet, die sich jeweils in die entsprechenden Ausstoßkanäle erstrecken. Die Schlit­ ze sind in diesem Beispiel radial zueinander nach innen ausgerichtet, um so gegenüberliegende, schlitzförmige Aus­ stoßöffnungen 73 auf beiden Seiten des zentralen Känals 72 zu bilden. Weiter sind die durch Schlitze gebildeten Aus­ stoßöffnungen jeweils durch entsprechende Ablenkflächen 74 begrenzt, die im vorliegenden Fall gekrümmt sind, um zu­ mindest in einem Teilabschnitt eine sichelartige Form zu erzeugen. Weitere die Ausstoßöffnungen betreffende Einzel­ heiten sind der parallelen US Patentanmeldung S. N. 08/934 348 zu entnehmen.

Um ein verstärktes Aufreißen der Fluidpartikel und eine verbesserte Stabilität des resultierenden zerstäubten Fluidausstoßes zu erreichen, weist jeder der Ausstoßkanäle 66 eine abströmseitig von der entsprechenden Ausstoßöffnung 73 angeordnete Ausnehmung bzw. einen Hohlraum 76 auf. Diese stromabwärts angelegten Ausnehmungen 76 lenken das Fluid stromaufwärts zurück, wobei eine weitere Atomisierung der Flüssigkeitspartikel beim Austritt aus der Ausstoßöffnung erreicht wird. Wie in Fig. 1 und 2 zu sehen, werden die fein zerstäubten, flachen Sprühstrahlen, die durch die Aus­ stoßöffnungen 73 entströmen, durch die Ablenkflächen 74 radial nach innen abgelenkt, wo die Sprühstrahlen aufein­ anderprallen, um so das endgültige Sprühmuster zu erzeugen. Dieser Aufbau ermöglicht eine effizientere Zerstäubung, indem sich ein vorgegebenes Flüssigkeitsquantum in Partikel aufteilen lässt, die eine verhältnismäßig große Oberfläche bilden, obwohl der Luftstrom nur mit vergleichsweise gerin­ ger Volumenrate zugeführt wird.

Weiter können die einzelnen Komponenten der Luftkappe 35 erfindungsgemäß mit anwendungsspezifischen Kon­ struktionsmerkmalen für die Verbesserung spezieller Sprüh­ anwendungen ausgestattet sein. Beispielsweise kann die An­ zahl von Fluidleitöffnungen 52, mit denen das Aufprallele­ ment 38 ausgestattet ist, variieren. Gemäß Fig. 2 führt die Ausführung des Aufprallelementes 38 mit zwei Fluidleitöff­ nungen 52 zu einem elliptischen Sprühmuster. Die Verwendung eines Aufprallelementes 38 mit vier Fluidleitöffnungen 52, wie in Fig. 8 dargestellt, ergibt ein rundes Sprühmuster. Es versteht sich, dass das Aufprallelement 38 für kunden­ spezifische Sprühanwendungen alternativ mit davon abwei­ chenden Zahlen und Konfigurationen von Fluidleitöffnungen 52 hergestellt werden kann.

Darüber hinaus können bei den in dem äußeren Körper 36 vorgesehenen Ausstoßöffnungen 73 die Winkel, unter denen die Ausstoßöffnungen 73 für das anwendungsspezifische Sprü­ hen ausgerichtet sind, größeren und/oder tiefer liegend dimensioniert sein. Beispielsweise wird bei Vergrößerung des Winkels der Ausstoßöffnung 73 das ausgestoßene Sprüh­ muster verbreitert, wobei sämtliche sonstigen Faktoren er­ halten bleiben. Der Fachmann erkennt, dass jede der ein­ zelnen Komponenten, die in der Luftkappe 35 verwendet wer­ den, einen verhältnismäßig unkomplizierten Aufbau aufweist, der eine problemlose Herstellung unter Verwendung gängiger spanabhebender Bearbeitungsverfahren erlaubt. Weiter ist klar, dass mit Variieren der Ausstoßöffnungen 73 des äuße­ ren Körpers 36 und Veränderung der Anordnung der Fluidkanä­ le in dem Aufprallelement 38 bei der Herstellung die Zu­ sammenstellung spezieller Kombinationen jener Elemente eine problemlose Produktion von Luftkappen, mit einer großen Palette von Sprühmustern möglich macht. Nachdem jedes der Elemente auf der Basis von Standardverfahren produziert werden kann, lassen sich also eine Vielzahl von anwendungs­ spezifischen Luftkappen problemlos und wirtschaftlich pro­ duzieren.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfin­ dung, kann die Luftkappe 35 ohne weiteres bei luftunter­ stützten Düsenkörpern verwendet werden, die sich in ihrem Aufbau unterscheidenden. Ein alternatives Ausführungsbei­ spiel der vorliegenden Erfindung ist im Einzelnen in Fig. 4 gezeigt, bei dem eine der oben beschriebenen im Wesentli­ chen gleichende Luftkappe 35a mit einem Düsenkörper kombi­ niert ist, der für die Zuführung von getrennten Flüssig­ keits- und Luftströmen in die Luftkappe konstruiert ist. Zur Vereinfachung der Bezugnahme tragen Elemente, die den oben beschriebenen entsprechen, bei dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel die gleichen Bezugszeichen, erweitert durch ein angehängtes "a". Wie in Fig. 4 zu erkennen ist, weist der Düsenkörper 12a in diesem speziellen Ausführungs­ beispiel keinen Vorzerstäubungsabschnitt auf. Statt dessen werden ein Flüssigkeitsstrom und ein ringförmig umgebender Luftstrom, die in den entsprechenden Einlasskanälen 14a, 16a in dem Düsenkörper geleitet werden, gemeinsam gegen die auf dem Aufprallelement 38a der Luftkappe ausgebildete Auf­ prallfläche 62a gelenkt.

Zu diesem Zweck erstreckt sich bei der Montage der Luftkappe 35a auf dem Düsenkörper 12a der Endabschnitt des Flüssigkeitseinlasskanals 14a des Düsenkörpers zumindest teilweise durch die zentrale Öffnung 50a des Fluidleitein­ satzes 40a. Da der Flüssigkeitseinlasskanal 14a einen klei­ neren Durchmesser als die zentrale Öffnung 50a in dem Fluidleiteinsatz 40a aufweist, ergibt sich ein sich zwi­ schen der Seite des Flüssigkeitseinlasskanals 14a und dem Rand der zentralen Öffnung 50a erstreckender ringförmiger Raum oder Kanal 78. Die aus dem Gaseinlasskanal 16a in den Düsenkörper 12a einströmende Luft wird durch die konisch zulaufende Eintrittsfläche 48a des Fluidleiteinsatzes 40a nach innen und durch diesen ringförmigen Abstand 78 hin­ durch geleitet. Wie in Fig. 4 dargestellt, wird der Flüs­ sigkeitsstrom aus dem Flüssigkeitseinlass 14a bei Auftref­ fen auf der Aufprallfläche 62a radial nach außen gedrängt, wo er mit dem ringförmigen Luftstrom quer zusammentrifft, der durch die zentrale Öffnung 50a in den Fluidleiteinsatz 40a eintritt, um die Atomisierung der Flüssigkeit zu be­ wirken. Hierauf wird, ähnlich wie bei dem in Fig. 1-3 ge­ zeigten Ausführungsbeispiel, die zerstäubte Flüssigkeit kraftvoll durch eine Vielzahl von Fluidleitöffnungen 52a in dem Aufprallelement 38a in die Ausstoßkanäle 66a, die in dem äußeren Körper 36a der Luftkappe vorgesehen sind, und schließlich durch die darin ausgebildeten Ausstoßöffnungen 73a nach außen geleitet. Auf diese Weise lässt sich die Konfiguration der Luftkappe der vorliegenden Erfindung leicht an den Einsatz in luftunterstützten Düsen anpassen, in denen getrennte Flüssigkeits- und Gasströme in die Luft­ kappe geleitet werden.

Ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel ist in Fig. 5 und 6 gezeigt, wobei für die Bezeichnung bereits beschriebener ähnlicher Elemente an die Bezugszeichen zur Unterscheidung ein "b" angefügt ist. Wie in Fig. 5 zu sehen ist, ist die Luftkappe 35b nun wieder für die Verwendung eines Düsenkörpers 12b aufgebaut, der einen Vorzerstäu­ bungsabschnitt 26b aufweist. So enthält die Luftkappe 35b einen Fluidleiteinsatz 40b, der in dem offenen Ausstoßende des Vorzerstäubungsabschnitt 26b sitzt und die aus der Ex­ pansionskammer 32b ausströmende, vorzerstäubte Flüssigkeit durch die zentrale Öffnung 50b hindurch und gegen eine Auf­ prallfläche 62b leitet. Jedoch ist die Aufprallfläche 62b nicht durch ein separat einsetzbares Aufprallelement de­ finiert, sondern als integraler Bestandteil des Luftkappen­ körpers 36b ausgeführt. Die Aufprallfläche 62b lenkt das zerstäube Fluid radial nach außen und in mehrere (im vor­ liegenden Beispiel zwei) in dem äußeren Körper 36b der Luftkappe ausgeformte Ausstoßöffnungen 66b hinein. Ausstoß­ öffnungen 73b sind in den Ausstoßkanälen 66b vorgesehen, die in einem Winkel von ca. 90' zum Flüssigkeitsstrom ge­ neigte Ablenkflächen aufweisen, um ein verhältnismäßig schmales Sprühmuster beim Ausstoß zu erzeugen. Im Unter­ schied zu den in Fig. 1-4 gezeigten Ausführungsbeispielen der Erfindung enthält das in Fig. 5 und 6 zu sehende Aus­ führungsbeispiel keine stromabwärts von den Ausstoßöffnun­ gen angeordnete Taschen oder Nischen. Wie in Fig. 7 und 8 gezeigt (wobei ähnliche Elemente mit dem Zusatz "c" be­ zeichnet sind), lässt sich die Luftkappenkonfiguration von Fig. 5 und 6 auch ohne weiteres für den Einsatz auf einem luftunterstützten Düsenkörper anpassen, der keinen Vorzer­ stäubungsabschnitt aufweist. Insbesondere erstreckt sich ähnlich wie bei dem Ausführungsbeispiel in Fig. 4 nach der Montage der Luftkappe 35c auf dem Düsenkörper 12c der End­ abschnitt des Flüssigkeitseinlasskanals 14c durch die zen­ trale Öffnung 50c in den Fluidleiteinsatz 40c hinein. Die Luft aus dem Gaseinlasskanal 16c wird wieder auf die glei­ che Art über die konisch zulaufende Eintrittsfläche 48c durch den ringförmigen Spalt 78c gepresst, der durch die äußere Wand des Flüssigkeitseinlasses 14c und dem Rand der zentralen Öffnung 50c begrenzt wird. Der durch den Fluid­ leiteinsatz 40c erzeugte ringförmige Luftstrom trifft dann quer auf die durch die Aufprallfläche 62c radial nach außen abgelenkte Flüssigkeit. Die nun atomisierte Flüssigkeit wird im vorliegenden Beispiel in vier Ausstoßkanäle 66c in dem Luftkappenkörper 36c gedrängt. Auch in diesem Beispiel sind Ausstoßöffnungen 73c mit unter 90' geneigten Ablenk­ flächen 74c vorgesehen. Eine zusätzliche Ablenkfläche 80 ist zwischen den einzelnen Ausstoßöffnungen außen auf dem Luftkappenkörper 36c vorgesehen. Die entweichenden Ströme prallen auf die externe Ablenkfläche 80, um weiter zerteilt zu werden und das endgültige Sprühmuster zu ergeben.

In Übereinstimmung mit einem weiteren Aspekt der vor­ liegenden Erfindung kann die Luftkappe, um eine weitere Reduktion des für die Atomisierung erforderlichen Druckes der Luft zu ermöglichen und so die Effizienz der Düse noch­ mals zu erhöhen, einen Fluidleiteinsatz 40d enthalten, der eine längliche, schlitzförmige Ausstoßöffnung 82 aufweist. Die durch den Schlitz oder die längliche Ausstoßöffnung 82 bewirkte zusätzliche Atomisierung erlaubt niedrigeren Luft­ druck einzusetzen, wodurch die Energie des ausströmenden Sprühmusters reduziert wird und auch die mit dem Betrieb der Düse entstehenden Kosten gesenkt werden. Wie in den Fig. 9-11 gezeigt, in denen zur Unterscheidung von ähnli­ chen, bereits beschriebenen Elementen der Zusatz "d" ver­ wendet wird, kann dieses Ausführungsbeispiel der Luftkappe 35d mit Düsenkörpern verwendet werden, die mit Vorzerstäu­ bungsabschnitten ausgestattet sind. Speziell ist der Fluid­ leiteinsatz 40d mit Presssitz in den äußeren Körper 36d derartig eingepasst, dass beim Zusammenbau der Luftkappe 35d mit dem Düsenkörper 12d die stromaufwärts liegende Sei­ te des Fluidleiteinsatzes 40d an dem offenen Ausströmende des Vorzerstäubungsabschnitt 26d anliegt. Eine zentrale Fluidöffnung 50d ist in dem Fluidleiteinsatz 40d vorgese­ hen, die das dem Vorzerstäubungsabschnitt entweichende Fluid durch den zentralen Ausstoßschlitz 82 leitet, der in dem Abströmende des Fluidleiteinsatzes 40d angelegt ist. Der Ausstoßschlitz 82 verströmt die vorzerstäubte Flüssig­ keit mit einem länglichen, fächerförmigen Muster, wobei es zu weiterer Zerkleinerung der Fluidpartikel kommt.

Um Luft durch die Luftkappe 35d zu leiten, weist der Fluidleiteinsatz 40d auch mehrere, im vorliegenden Beispiel zwei, Luftleitöffnungen 84 auf, die in Umfangsrichtung von­ einander beabstandete nahe dem Umfang des Fluidleiteinsat­ zes 40d angeordnet sind. Wenn die Luftkappe 35d auf dem Düsenkörper 12d befestigt ist, fluchten die stromaufwärts liegenden offenen Enden der Luftleitöffnungen. 84 mit dem Gaseinlasskanal 16d in dem Düsenkörper derart, dass ein Teil des Druckluftstromes an dem Vorzerstäubungsabschnitt 26d vorbei strömt. Diese, den Vorzerstäubungsabschnitt 26d umgehende Luft, wird über die Luftleitöffnungen 84 in die in dem Luftkappenkörper 36d ausgeformten Ausstoßkanäle 66d gelenkt, die stromabwärts in diesem Beispiel jeweils eine Tasche oder Ausnehmung 76d aufweisen. In jedem Ausstoßkanal 66d ist eine Ausstoßöffnung 73d vorgesehen, die in diesem Fall durch eine radial nach innen abgewinkelte Ausnehmung gebildet wird. Wie in Fig. 9 gezeigt sind die Luftausstoß­ öffnungen 73d einander gegenüberliegend angeordnet, so dass die entweichenden Luftströme auf den aus dem Ausstoßschlitz 82 austretenden Flüssigkeitsstrom aufprallen. Auf diese Weise wird der Flüssigkeitsaustrag aus dem Ausstoßschlitz 82 durch die externen Luftströme weiter atomisiert. Es ist einzusehen, dass die Luftkappe eine verstärkte Atomisierung des Fluids ermöglicht, wodurch Luftströme mit niedrigerem Druck verwendet werden können und dadurch der Düsenausstoß­ druck reduziert und die Effizienz der Düse verbessert wird.

Alternative kann, wie in Fig. 12 gezeigt (wobei ähnli­ che Elemente mit dem Zusatz "e" bezeichnet sind), die Luft­ kappenkonfiguration der Fig. 9-11 auch auf einem Düsenkör­ per verwendet werden, der keinen Vorzerstäubungsabschnitt enthält. Insbesondere ragt, wenn die der Luftkappe 35e auf dem Düsenkörper 12e befestigt ist, der Endabschnitt des Flüssigkeitseinlasskanals 14e in den zentralen Fluidkanal 50e des Fluidleiteinsatzes 40e. Da der zentrale Fluidkanal 40e weiter ist als der Flüssigkeitseinlass 14e, ergibt sich ein ringförmiger Spalt 78e um den Flüssigkeitseinlass 14e herum, durch den Luft strömen kann. Dementsprechend wird die Luft, die aus dem Gaseinlasskanal 16e in die Luftkappe 35e des Düsenkörpers 12e gelangt, derart aufgeteilt, dass ein Teil in mehrere Luftleitöffnungen 84 und ein Teil über den ringförmigen Spalt 78e in die zentrale Fluidleitöffnung 50e geleitet wird. Die in die zentrale Fluidleitöffnung 50e geleitete Luft, mischt sich in einer Tasche 86 in der zen­ tralen Öffnung 50e stromabwärts des Ausströmendes des Fluideinlasses 14e vor dem Austreten durch den Ausstoß­ schlitz 82e mit dem Fluid. Das Fluid wird dann während des Ausstoßes durch den Ausstoßschlitz 82e weiter atomisiert und prallt auf die externen Luftströme aus den Luftausstoß­ öffnungen 73e.

Aus dem Vorausgehenden ist zu ersehen, dass die vor­ liegende Erfindung eine sowohl vielseitig einsetzbare als auch problemlos herzustellende Luftkappe schafft. Insbeson­ dere lässt sich die gleiche Luftkappenkonfiguration bei luftunterstützten Düsenkörpern unterschiedlichster Bauart verwenden und ohne weiteres an gewünschte Sprühmuster an­ passen. Außerdem ermöglicht die Luftkappe einen effizienten und wirtschaftlichen Betrieb der Düse.

Claims (21)

1. Luftunterstützte Sprühdüsenanordnung (10)
mit einem Düsenkörper (12), der einen Flüssigkeitsein­ lasskanal (14) und einen Gaseinlasskanal (16) aufweist, und
mit einer Luftkappe (35), die an einem Abströmende des Düsenkörpers (12) angeordnet ist,
wobei zu der Luftkappe (35) gehören:
ein äußeres Grundkörperelement (36) mit einer inneren Bohrung (42), die sich von einem offenen, stromaufwärts liegenden Ende (44) des Grundkörperelements (36) ausgeht,
ein in der inneren Bohrung (42) des äußeren Grundkör­ perelements (36) angeordnetes Fluidleitelement (40), das einen sich durch dieses hindurch erstreckenden Kanal (50) aufweist, der strömungsmäßig mit der Flüssigkeitseinlass­ öffnung (44) verbunden ist, und
ein stromabwärts von dem Fluidleitelement (40) in der inneren Bohrung (42) des äußeren Grundkörperelements (36) angeordnetes Aufprallelement (38), das eine dem Kanal (50) in dem Fluidleitelement (40) gegenüberliegende und von die­ sem beabstandete Aufprallfläche (62) definiert, die dazu dient, einen darauf aufprallenden Fluidstrom radial nach außen abzulenken,
wobei das äußere Grundkörperelement (36) eine Vielzahl von sich in Längsrichtung erstreckenden Ausstoßkanälen (66) aufweist, die bezüglich der Aufprallfläche (62) diese umge­ bend angeordnet sind und sich in Relation zu dieser strom­ abwärts erstrecken, und jeder der Ausstoßkanäle (66) eine Ausstoßöffnung (73) aufweist.

2. Sprühdüsenanordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Ausstoßöffnungen (73) derart ange­ ordnet sind, dass sie das Fluid auf einen nach innen füh­ rende Strömungsweg zu lenken, derart, dass die durch die entsprechenden Ausstoßöffnungen (73) erzeugten Strömungen aufeinandertreffen und die Flüssigkeit atomisieren.

3. Sprühdüsenanordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, dass der Düsenkörper (12) einen Vorzerstäu­ bungsabschnitt (26) enthält, innerhalb dessen unter Druck gesetzte Flüssigkeits- und Luftströme, die durch Flüssig­ keits- und Lufteinlasskanäle (30, 34) eingebracht werden, kraftvoll vermischt werden, um an einem offenen Ausströmen­ de (32) ein vorzerstäubtes Fluid zu liefern.

4. Sprühdüsenanordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, dass das Ausströmende (32) des Vorzerstäu­ bungsabschnitts (32) abgedichtet mit einer stromabwärts liegenden Eintrittsfläche (48) des Fluidleitelementes (40) in Berührung steht, derart, dass das vorzerstäubte Fluid aus dem Vorzerstäubungsabschnitt (26) durch den Fluidkanal (50) in das Fluidleitelement (40) geleitet wird.

5. Sprühdüsenanordnung nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Eintrittsfläche (48) des Fluidleit­ elementes (40) konisch in Richtung auf den Fluidkanal (50) zuläuft.

6. Sprühdüsenanordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, dass sich der Flüssigkeitseinlasskanal (32) in den Fluidkanal (50) des Fluidleitelementes (40) er­ streckt.

7. Sprühdüsenanordnung nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, dass der Flüssigkeitseinlasskanal (32) und der Fluidkanal (50) in dem Fluidleitelement (40) einen ringförmigen Fluidströmungsweg definieren, der den Flüssig­ keitseinlasskanal (32) umgibt, der mit dem Gaseinlasskanal (16) strömungsmäßig verbunden ist und einen ringförmigen Strom von Druckluft durch den Fluidkanal (50) in das Fluid­ leitelement (40) leitet, um Flüssigkeit, die radial von der Aufprallfläche (62) nach außen gelenkt wird, zu atomisie­ ren.

8. Sprühdüsenanordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, dass das Fluidleitelement (40) einen separa­ ten Einsatz darstellt, der so gestaltet ist, dass er mit Presssitz in der inneren Bohrung (42) des äußeren Grundkör­ perelements (36) sitzt.

9. Sprühdüsenanordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, dass das Aufprallelement (38) so gestaltet ist, dass es mit Presssitz in der inneren Bohrung (42) des äußeren Grundkörperelements (36) sitzt.

10. Sprühdüsenanordnung nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, dass das Aufprallelement (38) gegen eine ringförmige Schulter anliegt, die in der inneren Bohrung (42) des äußeren Grundkörperelements (36) angelegt ist.

11. Sprühdüsenanordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, dass das Aufprallelement (38) eine Vielzahl von Fluidleitöffnungen (52) aufweist, die sich von der Auf­ prallfläche (62) stromabwärts erstrecken, wobei jede der Fluidleitöffnungen (52) strömungsmäßig mit dem Kanal (50) in dem Fluidleitelement (40) und mit einem entsprechenden Ausstoßkanal (66) verbunden ist.

12. Sprühdüsenanordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, dass jeder Ausstoßkanal (66) einen Hohlraum () aufweist, der an einem weiter von dessen Mitte entfernt liegenden stromabwärts von der entsprechenden Ausstoßöff­ nung (66) angeordnet ist.

13. Luftunterstützte Sprühdüsenanordnung (10),
mit einem Düsenkörper (12), der einen Flüssigkeitsein­ lasskanal (14) und einen Gaseinlasskanal (16) aufweist, und
mit einer Luftkappe (35), die an einem stromabwärts liegenden Ende des Düsenkörpers (12) angeordnet ist,
wobei zu der Luftkappe (35) gehören:
ein äußeres Grundkörperelement (36), das mit einer inneren Bohrung (42) versehen ist, die von einem stromauf­ wärts liegenden offenen Ende (44) des äußeren Grundkörper­ elements (36) ausgeht, und
ein in der inneren Bohrung (42) des äußeren Grundkör­ perelements (36) angeordnetes Fluidleitelement (40), das einen Fluidkanal (50) aufweist, der mit dem Flüssigkeits­ einlasskanal (14) kommuniziert,
wobei der Fluidkanal (50) in dem Fluidleitelement (40) in einer länglichen Flüssigkeitsausstoßöffnung (82) endet, um das Fluid in einen länglichen, fächerförmigen Strömungs­ pfad zu zwingen und die Flüssigkeit zu atomisieren,
das Fluidleitelement (40) und das äußere Grundkörper­ element (36) eine Vielzahl von sich in Längsrichtung er­ streckenden Ausstoßkanälen (66) definieren, die mit dem Gaseinlasskanal (14) strömungsmäßig verbunden sind, und
jeder Ausstoßkanal (66) eine Ausstoßöffnung (73) auf­ weist, um Gas auf einen nach innen gerichteten Strömungs­ pfad zu lenken derart, dass die durch die entsprechenden Ausstoßöffnungen (73) jeweils erzeugten Strömungspfade auf den durch die längliche Ausstoßöffnung (82) in dem Fluid­ leitelement (40) hervorgebrachten, fächerförmigen Strö­ mungspfad des Fluids treffen, um die Flüssigkeit weiter zu atomisieren.

14. Sprühdüsenanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkörper (12) einen Vorzer­ stäubungsabschnitt (26) enthält, innerhalb dessen unter Druck gesetzte Flüssigkeits- und Luftströme, die durch Flüssigkeits- und Lufteinlasskanäle (14, 16) eingebracht werden, kraftvoll vermischt werden, um an einem offenen Ausströmende (32) ein vorzerstäubtes Fluid zur Verfügung zu stellen.

15. Sprühdüsenanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausströmende (32) des Vorzerstäu­ bungsabschnitts (26) abdichtend mit einer stromabwärts lie­ genden Eintrittsfläche (48) des Fluidleitelementes (40) abschließt derart, dass das vorzerstäubte Fluid aus dem Vorzerstäubungsabschnitt (26) durch den Fluidkanal (50) in das Fluidleitelement (40) geleitet wird.

16. Sprühdüsenanordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsfläche (48) des Fluid­ leitelementes (40) konisch in Richtung auf den Fluidkanal (50) zuläuft.

17. Sprühdüsenanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Flüssigkeitseinlasskanal (32) in den Fluidkanal (50) des Fluidleitelementes (40) er­ streckt.

18. Sprühdüsenanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitseinlasskanal (32) und der Fluidkanal (50) in dem Fluidleitelement (40) einen ringförmigen Fluidpfad definieren, der den Flüssigkeitsein­ lasskanal (50) umgibt, der mit dem Gaseinlasskanal (16) kommuniziert und einen ringförmigen Strom von Druckluft durch den Fluidkanal (50) in das Fluidleitelement (40) lei­ tet, um Flüssigkeit in einem stromabwärts liegenden Ab­ schnitt des Fluidkanals (50) zu atomisieren.

19. Sprühdüsenanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidleitelement (40) so gestaltet ist, dass es mit Presssitz in der inneren Bohrung des äuße­ ren Grundkörperelements (36) sitzt.

20. Sprühdüsenanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidleitelement (40) eine Viel­ zahl von sich durch diese hindurch erstreckenden Fluidleit­ öffnungen (62) aufweist, wobei jede der Fluidleitöffnungen (62) strömungsmäßig mit dem Gaseinlasskanal (16) und mit einem entsprechenden Ausstoßkanal (66) verbunden ist.

21. Sprühdüsenanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Ausstoßkanal (66) einen Hohlraum aufweist, der an einem weiter von dessen Mitte entfernten Ende stromabwärts von der entsprechenden Ausstoßöffnung (73) angeordnet ist.