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Die
Erfindung betrifft eine Rotordüse,
insbesondere für
Hochdruckreinigungsgeräte,
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Derartige
Rotordüsen
sind grundsätzlich
bekannt und dienen dazu, Flüssigkeit
insbesondere unter hohem Druck auszustoßen. Es besteht grundsätzlich Bedarf
an möglichst
vielseitigen einsetzbaren Rotordüsen,
wobei außerdem
insbesondere bei hohen Arbeitsdrücken
die Sicherheit des Benutzers jederzeit gewährleistet sein soll.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Rotordüse der eingangs genannten Art
zu schaffen, die möglichst
vielseitig verwendbar und gleichzeitig möglichst sicher ist.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1.
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Erfindungsgemäß kann einfach
durch Betätigen
der Bypasseinrichtung die Drehzahl des Rotors und damit die Rotorneigung
verändert
und auf einen jeweils gewünschten
Wert eingestellt werden, ohne dass hierzu eine axiale Bewegung der
Steuerfläche erforderlich
ist. Je nach konkreter Ausgestaltung der Rotordüse können auf diese Weise nicht
nur die beiden Extremstellungen (minimale Rotorneigung und maximale
Rotorneigung), sondern außerdem
beliebige Zwischenstellungen vom Benutzer gewählt werden, in denen ebenfalls
ein stabiler Strahlbetrieb möglich
ist, bei dem die Düse
einen Flüssigkeitsstrahlkegel
mit einem von der Drehzahl und damit von der Neigung des Rotors
abhängigen Öffnungswinkel
ausstößt. Die
minimale Rotorneigung kann einem Neigungswinkel von 0° entspre chen
(so genannte "Nullstellung"), d.h. die Längsachse
des Rotors fällt
hierbei mit der Längsachse
der Wirbelkammer und/oder des Düsengehäuses zusammen.
In dieser Extremstellung des Rotors kann folglich mit einem mehr
oder weniger feststehenden Punkt- oder Fleckstrahl gearbeitet werden.
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Die
Rückstelleinrichtung
sorgt bei abnehmender Drehzahl, d.h. bei zunehmender Öffnung der Bypasseinrichtung,
automatisch für
eine Rückstellung
des Rotors in Richtung eines kleineren Neigungswinkels. Dieser Rückstelleffekt
tritt auch in Störungsfällen ein,
wenn z.B. der Rotor während
des Rotationsbetriebs, d.h. im geneigten Zustand, blockiert. Insbesondere
bei Hoch- und Höchstdruckanwendungen
besteht die Gefahr, dass der Benutzer die Rotordüse nicht mehr kontrolliert
halten kann, wenn die Flüssigkeit
aus dem festsitzenden oder "stotternden", schräg gestellten
Rotor nicht mehr als Kegelstrahl austritt. Durch die erfindungsgemäße Rückstelleinrichtung
kehrt der Rotor automatisch in die unkritische Nullstellung oder
in eine Stellung mit geringer Neigung zurück. Hierdurch wird in vorteilhafter
Weise durch die Rückstelleinrichtung
ein zusätzlicher
Sicherheitsaspekt realisiert. Insbesondere kann wegen dieser Selbst-Winkelrückstellung
im Störfall
die Rotordüse
von vornherein für
größere maximale
Neigungswinkel des Rotors ausgelegt werden als ohne die erfindungsgemäße automatische
Sicherheitsrückstellung.
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Bevorzugt
ist die erfindungsgemäße Rotordüse so ausgelegt,
dass sich der Rotor mit seiner Düse
vom Napflager abheben kann, wenn sich der Rotor in seiner Stellung
mit minimaler Neigung und insbesondere in der vorstehend erwähnten Nullstellung
befindet.
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Weitere
bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung sind in der Beschreibung sowie der Zeichnung angegeben.
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Die
Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die
Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
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1a ein
Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Rotordüse mit einem
eine geringe Neigung aufweisenden Rotor, und
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1b die
Rotordüse
von 1a mit maximal geneigtem Rotor.
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Erfindungsgemäß ist in
einem Düsengehäuse 11,
das eine hintere Einlassöffnung 13 und
eine vordere Auslassöffnung 15 aufweist,
eine Wirbelkammer 17 vorgesehen, in der ein Rotor 19 angeordnet ist,
der eine Düse 23,
einen Rotorkörper 33 sowie eine
Rotorhülse 35 umfasst
und mit der Spitze der Düse 23 in
einem in das vordere Ende des Düsengehäuses 11 eingesetzten
Napflager 21 abgestützt
ist. Die Hülse 35 ist
von hinten über
den Körper 33 gesteckt,
in den wiederum das Düsenelement 23 eingesteckt
ist. Durch eine oder mehrere nicht dargestellte Zuströmöffnungen,
die am hinteren Ende und/oder in der Seite des Rotors 19 ausgebildet
sind, kann Flüssigkeit
aus der Wirbelkammer 17 in das innere des zylindrischen
Rotorkörpers 33 und
von dort über
das Düsenelement 23 nach
außen
strömen.
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In
dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel
fallen die Längsachsen
der Wirbelkammer 17 und des Düsengehäuses 11 zusammen.
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Der
Rotor 19 ist insofern frei beweglich, als die Rotorneigung
zwischen einem minimalen Neigungswinkel von 0° (die Längsachsen des Rotors 19 und
der Wirbelkammer sowie des Düsengehäuses 11 fallen
zusammen) und einem maximalen Neigungswinkel gemäß 1b veränderlich
ist.
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Zwischen
der Rotorhülse 35 und
dem Rotorkörper 33 ist
eine Rückstellfeder 29 wirksam,
die das von dem Kopf der Rotorhülse 35 gebildete
rückwärtige Ende
des Rotors 19 bezüglich
des Rotorkörpers 33 nach
hinten in Richtung eines Steuerorgans 31 vorspannt, das
mit einer trichterförmigen
Steuerfläche 27 dem
Inneren der Wirbelkammer 17 zugewandt ist.
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Das
Steuerorgan 31 ist mit einem Stellorgan 37 verbunden,
welches wiederum mit einer das Düsengehäuse 11 umgebenden äußeren Stellhülse 39 drehfest
verbunden ist. Durch Drehen der Stellhülse 39 gegenüber dem
Düsengehäuse 11 wird
das Stellorgan 37 und damit das die Steuerfläche 27 aufweisende
Steuerorgan 31 – je
nach Drehrichtung – weiter
in das Düsengehäuse 11 hinein-
oder aus dem Düsengehäuse 11 herausgeschraubt.
In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel
ist der axiale Verstellweg im Vergleich zu den axialen Abmessungen des
Stellorgans 37 bzw. des Steuerorgans 31 klein, d.h.
die axiale Bewegung des Steuerorgans 31 und damit der Steuerfläche 27 bei
einer Drehbetätigung der
Stellhülse 39 ist
vergleichsweise klein.
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In
einer alternativen Ausführungsform
kann das Steuerorgan 31 axial fest mit dem Düsengehäuse 11 verbunden
sein, so dass eine Betätigung
einer nachstehend näher
beschriebenen oder einer anders ausgebildeten Bypasseinrichtung 25z.B.
durch Verdrehen der Stellhülse 39 keine
axiale Bewegung des Steuerorgans 31 und damit der Steuerfläche 27 zur Folge
hat. Insbesondere kann auf ein separates, die Steuerfläche 27 aufweisendes
Steuerorgan 31 verzichtet und die mit dem Rotor 19 zusammenwirkende Steuerfläche direkt
am Düsengehäuse 11 ausgebildet
sein.
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In
dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel
umfasst die erwähnte
Bypasseinrichtung 25 in axialer Richtung relativ zueinander
bewegbare Schaltbereiche. Im Bereich von radialen Bypasskanälen 49 des
Stellorgans 37, die mit Einströmkanälen 45 in Verbindung
stehen, weist das Düsengehäuse 11 an
seiner Innenseite eine Schaltschulter auf. In der Funktionsstellung
gemäß 1a mit
vollständig geöffnetem
Bypass münden
die Bypasskanäle 49 in einen
Zwischenraum 47, von dem aus die Flüssigkeit über axiale Bypasskanäle 51 an
dem Steuerorgan 31 vorbei in die Wirbelkammer 17 strömen kann.
Aufgrund des axialen Einströmens
der Flüssigkeit
entstehen praktisch keine Wirbelströmungen, die den Rotor 19 in
Drehung versetzen könnten.
Bei geöffnetem
Bypass gemäß 1a ist
folglich der Wirbel- oder Rotationseffekt der Rotordüse minimal.
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Wird
das Stellorgan 37 durch Betätigen der Stellhülse 39 weiter
in das Düsengehäuse 11 hinein bewegt,
so werden die radialen Bypasskanäle 49 durch
die entsprechende Schaltfläche
der erwähnten Schaltschulter
des Düsengehäuses 11 zunehmend verschlossen.
In der Funktionsstellung gemäß 1b ist
der Bypass vollständig
geschlossen.
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In
dieser Extremstellung strömt
die Flüssigkeit über die
Einströmkanäle 45, über im Steuerorgan 31 ausgebildete
Treibkanäle 43 und über einen
Vorraum 41 in die Wirbelkammer 17, wobei die Treibkanäle 43 derart
ausgebildet sind, dass die Flüssigkeit in
radialer und/oder tangentialer Richtung aus den Treibkanälen 43 austritt,
wodurch in der Wirbelkammer 17 die Wirbelströmung entsteht,
die den Rotor 19 in eine Drehbewegung um die Längsachse
der Wirbelkammer 17 versetzt.
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Ein
zentraler, axial verlaufender Abstimmkanal 46, über den
die einströmende
Flüssigkeit
ebenfall in den Vorraum 41 gelangt, dient bei der Grundauslegung
der Rotordüse
zur Abstimmung des Laufverhaltens des Rotors 19.
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Mittels
der Bypasseinrichtung 25 kann die Menge der mit einer radialen
bzw. tangentialen Komponente in die Wirbelkammer 17 einströmenden,
den Rotor in Drehung versetzenden Flüssigkeit stufenlos verändert werden.
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Der
Rotor 19 ist derart ausgebildet, dass in der Nullstellung
und bei kleinen Neigungswinkeln das rückwärtige Ende der Rotorhülse 35 von
der Steuerfläche 27 des
Steuerorgans 31 beabstandet ist, d.h. die Rotorhülse 35 durch
die Rückstellfeder 29 nicht gegen
die Steuerfläche 27 gedrückt wird.
Hierzu können
nicht dargestellte Anschlagmittel vorgesehen sein, welche die Verschiebbarkeit
der Rotorhülse 35 auf
dem Rotorkörper 33 nach
hinten begrenzen, d.h. eine maximale Gesamtlänge des Rotors 19 von
der Spitze der Düse 23 bis
zum von der Rotorhülse 35 gebildeten
hinteren Ende festlegen.
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Die
Rotorhülse 35 gelangt
in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel
mit ihrem rückwärtigen Ende
erst ab einem bestimmten Neigungswinkel gemäß 1a in
Kontakt mit der Steuerfläche 27.
In einer alternativen Ausführung
kann von einer derartigen Auslegung des Rotors 19 auch
abgewichen werden, d.h. es ist alternativ möglich, den Rotor 19 auch in
der Nullstellung und bei kleinen Neigungswinkeln mittels der Rückstelleinrichtung 29 zwischen
Napflager 21 und Steuerfläche 27 einzuspannen.
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Wird
ausgehend von der vollständig
geschlossenen Bypasseinrichtung 25 gemäß 1a der
Bypass durch Betätigen
der Stellhülse 39 zunehmend
geschlossen, so nimmt der Anteil der über die Treibkanäle 43 des
Steuerorgans 31 mit einer radialen bzw. tangentialen Komponente
in die Wirbelkammer 17 einströmenden Flüssigkeit zu, so dass der hierdurch
in Drehung versetzte Rotor 19 mit zunehmender Drehzahl
um die Längsachse
der Wirbelkammer 17 rotiert und die Flüssigkeit als Kegelstrahl ausstößt.
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Mit
steigender Drehzahl nimmt die auf den Rotor 19 wirkende
Zentrifugalkraft 19 zu, so dass der Rotor 19 radial
nach außen
getrieben wird, d.h. sich zunehmend schräg stellt, wodurch der Öffnungswinkel
des ausgestoßenen
Kegelstrahls größer wird. Durch
Zusammenwirken der Steuerfläche 27 mit dem
rückwärtigen Ende
des Rotors 19, d.h. mit der Rotorhülse 35, wird die Rückstellfeder 29 mit
zunehmender Neigung des Rotors 19 gegen ihre Rückstellkraft
zusammengedrückt.
Für jede
Stellung der Bypasseinrichtung 25 stellt sich ein Gleichgewichtszustand
zwischen Wirbel- bzw. Rotoreffekt einerseits und Rückstelleffekt
andererseits ein.
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Der
Benutzer kann folglich über
die Bypasseinrichtung 25 die Neigung des Rotors 19 stufenlos einstellen,
wobei in jeder Zwischenstellung zwischen vollständig geöffnetem und vollständig geschlossenem
Bypass ein stabiler Strahlbetrieb mit unter konstanter Neigung rotierendem
Rotor 19 möglich
ist.
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Die
maximale Rotorneigung 19 ist erreicht, wenn entsprechend 1b die
Rotorhülse 35 mit
einer entsprechend ausgebildeten Schrägfläche an einer Anlagefläche an der
Innenseite des Düsengehäuses 11 anliegt,
die in diesem Ausführungsbeispiel parallel
zur Längsachse
der Wirbelkammer 17 verläuft.
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Wenn
der Bypass ausgehend von der geschlossenen Stellung (1b)
wieder geöffnet
wird, sorgt die Rückstellfeder 29 automatisch
dafür,
dass der Rotor 19 – je
nach Größe der verbleibenden
Wirbelströmung – in eine
Stellung mit geringerer Neigung und gegebenenfalls bis in die Nullstellung
zurückgestellt
wird.
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Durch
unterschiedliche Ausgestaltungen der Steuerfläche 27, die erfindungsgemäß auch von
der dargestellten Trichterform abweichen kann, ist es möglich, das
Verhalten des Rotors 19 in Abhängigkeit von einer Betätigung der
Bypasseinrichtung 25 grundsätzlich beliebig vorzugeben.
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Die
Bypasseinrichtung 25 kann erfindungsgemäß von der dargestellten Ausgestaltung
abweichen und grundsätzlich
beliebig ausgebildet sein. Möglich
sind beispielsweise Bypasssteuerungen, die von Kugel- und/oder Scheibenanordnungen
zum Verändern
des Anteils der Wirbel- bzw. Rotorströmung in der Wirbelkammer 17 Gebrauch
machen.
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- 11
- Düsengehäuse
- 13
- Einlassöffnung
- 15
- Auslassöffnung
- 17
- Wirbelkammer
- 19
- Rotor
- 21
- Napflager
- 23
- Düse
- 25
- Bypasseinrichtung
- 27
- Steuerfläche
- 29
- Rückstelleinrichtung,
Rückstellfeder
- 31
- Steuerorgan
- 33
- Rotorkörper
- 35
- Rotorhülse
- 37
- Stellorgan
- 39
- Stellhülse
- 41
- Vorraum
- 43
- Treibkanal
- 45
- Einströmkanal
- 46
- Abstimmkanal
- 47
- Zwischenraum
- 49
- axialer
Bypasskanal
- 51
- radialer
Bypasskanal