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Die
Erfindung betrifft einen Waschkopf zum Innenreinigen von Behältern, wie
Tanks, oder Rohren, Derartige Waschköpfe werden beispielsweise in der
chemischen, der petrochemischen, der kunststoff- und papiererzeugenden
sowie der Nahrungsmittelindustrie eingesetzt, um die Innenflächen von Behältern oder
Rohren von Ablagerungen zu befreien, die sich dort im Laufe des
praktischen Einsatzes absetzen. Neben einer hohen Wirksamkeit besteht dabei
eine an derartige Waschköpfe
gestellte Grundanforderung darin, dass sie auch in kritischen Umgebungen,
wie beispielsweise in Tanks für
entzündliche
oder explosionsgefährdete
Stoffe, verwendet werden können.
Gleichzeitig dürfen
sie nur ein geringes Bauvolumen beanspruchen, um auch durch Öffnungen
mit kleinen Öffnungsquerschnitten
in den jeweils zu reinigenden Gegenstand eingebracht werden zu können.
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Ein
für die
voranstehend erläuterten
Zwecke bestimmter Waschkopf ist aus dem deutschen Gebrauchsmuster
DE 84 05 327 U1 bekannt.
Der bekannte Waschkopf weist einen um eine Drehachse drehbar gelagerten
zweiarmigen Rotor auf, der an den Enden seiner als Versorgungsrohre
ausgebildeten Arme jeweils eine Spritzdüse trägt. Die Spritzdüsen sind dabei
derart abgekröpft,
dass der Rotor in Folge des durch die aus den Spritzdüsen austretenden
Spritzstrahlen verursachten Rückstoßes in Rotation
um seine Drehachse versetzt wird. Gleichzeitig ist die Ausrichtung
der Düsen
bzw. des sie verlassenden Strahls so gewählt, dass der Waschkopf im
Reinigungsbetrieb durch die Spritzstrahlen um eine vertikale Achse
gedreht wird. Diese Drehachse fällt
in der Regel mit der Achse des Seils oder der Kette zusammen, an
der der Waschkopf abgelassen wird.
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Um
die Geschwindigkeit der Rotation des Rotors um seine Drehachse steuern
zu können,
ist der bekannte Waschkopf mit einer mit dem Rotor antriebsmäßig verbundenen
Wirbelstrom- bzw.
Magnetbremse ausgestattet. Über
diese Bremse kann das von den Spritzstrahlen auf den Rotor ausgeübte Moment
abgebremst werden.
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Waschköpfe der
voranstehend genannten Art zeichnen sich durch eine besondere Robustheit bei
gleichzeitig geringem Bauraumbedarf aus. Sie sind daher auch zur
Reinigung von Behältern
geeignet, die nur Öffnungen
mit geringem Öffnungsquerschnitt
besitzen, wie es beispielsweise bei Chemietanks häufig der
Fall ist. Auch wird keine gesonderte Antriebsenergie für den Drehantrieb
des Rotors benötigt.
Daher lassen sich die bekannten Waschköpfe in Umgebungen einsetzen,
in denen beispielsweise die Verwendung von elektrischer Energie
aufgrund der Gefahr von Funkenbildung nicht möglich ist. Dem steht allerdings
entgegen, dass die Drehzahl des Rotors direkt abhängig ist
vom Druck der Reinigungsflüssigkeit,
von der Ausrichtung der Düsen
und des aus ihnen ausgebrachten Strahls, von der Bauform der Düsen, von
der Konzentration des Strahls etc. Um dennoch die Drehzahl des Rotors
unter Berücksichtigung
dieser Abhängigkeiten
so einstellen zu können,
dass die jeweilige Bearbeitungsaufgabe unter Berücksichtigung der jeweiligen
Ausstattung des Waschkopfes gelöst
wird, kann bei dem bekannten Waschkopf der Stator der Wirbelstrom-
bzw. Magnetbremse vor der Inbetriebnahme des Waschkopfes gegenüber deren
Läufer
verstellt werden. Durch diese Verstellung lässt sich der magnetische Fluss
zwischen Stator und Läufer
und damit einhergehend die von der Bremse ausgeübte Bremskraft verstärken bzw.
vermindern, so dass der Rotor und der Waschkopf mehr oder weniger
schnell um ihre jeweilige Drehachse rotieren.
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Da
es bei Waschköpfen
der voranstehend erläuterten
Art nicht möglich
ist, die Drehzahlen, mit denen der Rotor und der Waschkopf rotieren,
während
des Betriebs einzustellen, ist eine gesteuerte, systematische Reinigung
mit solchen Waschköpfen nicht
möglich.
Stattdessen wird bei Einsatz der bekannten Waschköpfe die
zu reinigende Fläche
in einem mehr oder weniger zufälligen
Muster von den aus den Düsen
des Rotors austretenden Strahlen überstrichen. Besonders problematisch
erweist sich dies deshalb, weil es in der Regel nicht möglich ist, das
Reinigungsergebnis durch Sichtkontrolle zu überwachen.
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Im
praktischen Einsatz werden daher die bekannten Waschköpfe jeweils
so lange in dem zu reinigenden Behälter belassen, dass nach der
betrieblichen Erfahrung davon ausgegangen werden kann, dass jeder
Punkt der zu reinigenden Fläche
mindestens einmal von einem Reinigungsstrahl getroffen ist. Um dies
mit der für
das geforderte Reinigungsergebnis erforderlichen Sicherheit zu gewährleisten,
sind jeweils lange Reinigungsdauern erforderlich, die nicht nur
zu langen Betriebsunterbrechungen, sondern auch zu erhöhten Maschinen-
und Personalkosten führen.
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Ausgehend
von dem voranstehend erläuterten
Stand der Technik bestand die Aufgabe der Erfindung darin, einen
Waschkopf der eingangs angegebenen Art zu schaffen, der eine kontrollierte
Reinigung der jeweils zu reinigenden Innenfläche ermöglicht.
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Diese
Aufgabe ist bei einem Waschkopf zum Innenreinigen von Behältern, wie
Tanks, oder Rohren, der mit einem um eine erste Drehachse drehbar gelagerten
Gehäuse,
mit einem Anschluss für
eine Reinigungsflüssigkeit
und mit einem in dem Gehäuse um
eine zweite Drehachse drehbar gelagerten mindestens eine versetzt
zu seiner Drehachse angeordnete Spritzdüse zum Ausbringen eines Reinigungsflüssigkeitsstrahls
aufweisenden Rotor ausgestattet ist, erfindungsgemäß gelöst wird
mit einem ersten Drehantrieb zum Drehen des Gehäuses um die erste Drehachse
und mit einem zweiten, vom ersten Drehantrieb separaten Drehantrieb
zum Drehen des Rotors um die zweite Drehachse, wobei die Drehantriebe
jeweils unabhängig
von der Reinigungsflüssigkeit angetrieben
sind.
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Ein
erfindungsgemäßer Waschkopf
ist nicht mehr auf die von den Spritzstrahlen ausgeübte Antriebsenergie
angewiesen, sondern weist sowohl für die Drehung des Rotors als
auch für
die Drehung des Gehäuses
jeweils einen separaten Drehantrieb auf. Dies ermöglicht es,
sowohl die Drehgeschwindigkeit des Rotors als auch die Drehgeschwindigkeit
des Gehäuses
so einzustellen, dass ein optimales Arbeitsergebnis erreicht wird.
Dazu wird der von der mindestens einen Düse des Rotors ausgebrachte Sprühstrahl
mit der jeweils optimalen Geschwindigkeit systematisch über die
zu reinigende Innenfläche geführt. Da
sowohl der Rotor als auch das Gehäuse separat angetrieben sind,
kann auf diese Weise jeder Abschnitt der Innenfläche gezielt von dem auf ihn treffenden
Sprühstrahl
so bearbeitet werden, dass die dort anhaftenden Verunreinigungen,
Rückstände etc.
sicher entfernt werden. Dies ermöglicht
es, die Reinigung von Behältern
oder Rohren wesentlich konzentrierter und in einer dementsprechend
gegenüber
dem Stand der Technik verkürzten
Bearbeitungszeit mit verbessertem Erfolg durchzuführen.
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Abhängig von
den am jeweiligen Einsatzort geltenden Sicherheitsbestimmungen und
den dort jeweils verfügbaren
Antriebsenergien können
die Antriebe elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch betrieben
werden. Eine den sich in der Praxis stellenden Anforderungen besonders
gerecht werdende Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dabei
dadurch aus, dass die Drehantriebe pneumatisch oder hydraulisch
angetrieben sind. Insbesondere erfindungsgemäß ausgebildete Waschköpfe mit
pneumatisch angetriebenen Drehantrieben lassen sich auch in Umgebungen
einsetzen, in denen Brand- oder Explosionsgefahr bei Funkenbildung
besteht.
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Da
der Drehantrieb von Rotor und Gehäuse bei einem erfindungsgemäßen Waschkopf
wesentlich besser auf das Bearbeitungsergebnis abgestimmt werden
kann als beim Stand der Technik, stellen sich die Erfolge der Erfindung
grundsätzlich
bereits dann ein, wenn die Drehantriebe den Rotor und das Gehäuse in einem
unter Berücksichtigung
der jeweiligen baulichen Gegebenheiten fest vorgegebenen Drehzahlverhältnis antreiben.
Eine weitere Optimierung des Arbeitserfolges lässt sich jedoch dadurch erzielen,
dass die Drehantriebe getrennt voneinander steuerbar sind. Auf diese
Weise können
die Bewegungen des Waschkopfs im laufenden Reinigungsbetrieb an
die sich jeweils stellenden Anforderungen angepasst werden.
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Eine
besonders praxisgerechte, einen ruhigen Bewegungsablauf ermöglichende
Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine zentrale
Achse vorgesehen ist, an der das Gehäuse drehbar gelagert ist und
deren Längsachse
die Drehachse des Gehäuses
bildet. Die zentrale Achse kann dabei Teil eines Gestänges sein, über das
der Waschkopf in den jeweils zu reinigenden Gegenstand bewegt wird.
Eine besonders kompakte, betriebssichere Bauform ergibt sich dabei
dann, wenn in der Achse ein Versorgungskanal zum Zuführen der Reinigungsflüssigkeit
zum Rotor ausgebildet ist. Zusätzlich
können
in der zentralen Achse auch Versorgungskanäle zum Versorgen der Drehantriebe
mit Antriebsenergie ausgebildet sein. Sowohl der Zuführkanal
als auch die Versorgungskanäle
liegen dabei geschützt
in der Achse, so dass auch unter den in der Praxis geltenden rauen
Betriebsbedingungen die Gefahr einer Beschädigung von Zuführ- und
Versorgungsleitungen auf ein Minimum reduziert ist.
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Werden
die Drehantriebe hydraulisch oder pneumatisch angetrieben, so ist
für den
Antrieb in eine Drehrichtung jeweils ein Versorgungskanal erforderlich, über den
das Antriebsmedium zum jeweiligen Drehantrieb geführt wird.
Ein Drehantrieb in zwei Drehrichtungen lässt sich bei einem erfindungsgemäßen Waschkopf
auf einfache Weise dadurch verwirklichen, dass jedem Drehantrieb
als Versorgungskanäle
ein Zuström-
und ein Abströmkanal
zugeordnet sind.
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Weiter
optimieren lassen sich die Bearbeitungszeiten und der Bearbeitungserfolg
dadurch, dass ein erfindungsgemäßer Waschkopf
mit einer Detektionseinrichtung zum Detektieren der Drehstellung
des Rotors und/oder des Gehäuses
ausgestattet ist. Grundsätzlich
können
dazu alle geeigneten Überwachungseinrichtungen
eingesetzt werden, die es erlauben, die Drehstellung eines drehangetriebenen
Gegenstands zu erfassen. Eine besonders betriebssichere, auch in
kritischen, wie brand- oder explosionsgefährdeten Umgebungen einsetzbare
Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Waschkopfs
ergibt sich dabei dann, wenn die Detektionseinrichtung die Drehstellung
des Rotors mittels Lichtsignalen detektiert. Zu diesem Zweck kann
der Rotor einen mit der Drehzahl des Rotors und/oder des Gehäuses verkoppelten
Reflektionsabschnitt aufweisen und die Detektionseinrichtung einen
ersten Lichtwellenleiter zum Ausbringen eines Lichtsignals, welches
bei einer bestimmten Drehstellung auf den Reflektionsabschnitt trifft,
und einen zweiten Lichtwellenleiter umfasst, der die vom Reflektionsabschnitt
reflektierten Lichtsignale zurück
zu der Detektionseinrichtung leitet. Die Verwendung von Licht zur
Signalübertragung erlaubt
es, die Drehstellung des Rotors bzw. des Gehäuses ohne elektrische Signalübertragung
zu erfassen. Sollen die Drehstellung des Rotors und des Gehäuses getrennt
voneinander erfasst werden, werden die Lichtsignalleiter erforderlichenfalls
doppelt ausgeführt.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden
Zeichnung näher
erläutert.
Es zeigen jeweils schematisch:
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1 einen
Waschkopf in einer frontalen Ansicht;
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2 den
Waschkopf in einem vertikalen Längsschnitt;
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3 den
Waschkopf in einer Ansicht von oben;
-
4 den
Waschkopf in einem Schnitt entlang der in 3 eingetragenen
Schnittlinie A-A.
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Der
Waschkopf 1 ist zum Reinigen von hier nicht dargestellten
Behältern
von großer
Höhe bestimmt,
die beispielsweise im Bereich der Chemieindustrie zum Speichern
von brennbaren Gasen oder Flüssigkeiten
verwendet werden.
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Der
Waschkopf 1 umfasst ein Gehäuse 2, eine Achse 3,
an der das Gehäuse 2 um
eine erste im Einsatz vertikal ausgerichtete Drehachse X1 drehbar gelagert
ist, einen Rotor 4, der in dem Gehäuse 2 um eine zweite
Drehachse X2 drehbar gelagert ist, sowie zwei in dem Gehäuse angeordnete,
pneumatisch betriebene Drehantriebe 5, 6.
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In
die in Betriebsstellung vertikal ausgerichtete Achse 3 steckt
bis auf ihren frei über
die Oberseite des Gehäuses
hinaus stehenden endseitigen Anschlussabschnitt 7 in einer
Aufnahme 8 des Gehäuses 2 und
ist über
ein Kugellager 9 so gegenüber dem Gehäuse 2 abgestützt, dass
das Gehäuse 2 bei stehender
Achse 3 frei um die Drehachse X1 gedreht werden kann. Mehrere
in vertikalen Abständen
entlang der Achse 3 verteilt angeordnete, zwischen der Außenfläche der
Achse 3 und der Innenfläche
der Aufnahme 8 wirkende Hochdruckdichtungspakete 10 verhindern
dabei, dass in das Gehäuse 2 eingebrachte
Flüssigkeit über die
Aufnahme 7 aus dem Gehäuse 2 austritt. Über den
freien Anschlussabschnitt 7 kann die Achse an eine weiter
nicht dargestellte Einrichtung zum Absenken und Anheben des Waschkopfs 1 angeschlossen
und die für
dessen Betrieb erforderlichen Versorgungsleitungen für Reinigungsflüssigkeit
und Druckluft angeschlossen werden.
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In
einem mittleren Abschnitt der Achse 3 ist ein koaxial zur
Drehachse X1 ausgerichtetes Zahnrad 11 angeordnet, das
drehfest mit der Achse 3 verbunden ist. Des Weiteren ist
in die Achse 3 ein ebenfalls koaxial zur Drehachse X1 verlaufender
Versorgungskanal 12 für
Reinigungsflüssigkeit
eingeformt, der sich ausgehend von der freien Stirnseite 13 der Achse 3 bis
zu deren anderen im Gehäuse 2 steckenden
Stirnseite 14 erstreckt. Ebenso sind in die Achse 3 ein
Druckluftversorgungskanal 15 und zwei Druckluftabströmkanäle 16, 17 eingeformt,
die sich in einem oberen Abschnitt der Achse 3 achsparallel
zur Drehachse X1 erstrecken und über
kurze quer zur Drehachse X1 verlaufende Verbindungskanäle 18 in in
die Außenfläche der
Achse 3 eingeformte Abströmöffnungen münden. Den Abströmöffnungen
zugeordnet ist jeweils eine in die Aufnahme 8 auf Höhe der betreffenden
Abströmöffnung eingeformte
Ringnut 19, die über
jeweils einen nicht dargestellten Kanal mit dem ihr jeweils zugeordneten
Drehantrieb 5 bzw. 6 verbunden ist. Der Rotor 4 weist
eine zentrale Welle 20 auf, die in einer entsprechend geformten,
im Betriebszustand horizontal ausgerichteten Aufnahme 21 des
Gehäuses 2 drehbar
gelagert ist. Dabei steht die Welle 20 mit ihrem einen
Endabschnitt 22 frei über
die eine Außenwand
des Gehäuses 2 hervor.
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In
die Welle 20 ist ein Versorgungskanal 23 für Reinigungsflüssigkeit
eingeformt, der sich koaxial zur Drehachse X2 der Welle 20 des
Rotors 4 erstreckt. Über
in einem mittleren Abschnitt der Welle 20 eingeformte Querbohrungen 23a ist
der Versorgungskanal 23 dabei mit einer um die Welle 20 umlaufenden
Ringkammer 23b verbunden, die in der Aufnahme 21 ausgebildet
und durch Dichtungspakete 23c gegenüber dem übrigen Gehäuseinnern abgedichtet ist.
In der Ringkammer 23b mündet
der durch die Achse 3 geführte Versorgungskanal 12, über den die
Reinigungsflüssigkeit
zugeführt
wird.
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An
ihrem frei über
das Gehäuse 2 hinaus
stehenden Ende trägt
die Welle 20 einen Verteilkopf 24, an den zwei
einander gegenüberliegend
angeordnete rohrförmige
Rotorarme 25, 26 mit ihrem einen Ende angeschlossen
sind. Im Bereich des Verteilerkopfs 24 weist die Welle 20 Querbohrungen 27 auf, über die
die in den Rotorarmen 25, 26 ausgebildeten Kanäle 28, 29 mit
dem zentralen Versorgungskanal 23 der Welle 20 verbunden
sind. An ihrem anderen Ende tragen die Rotorarme 25, 26 jeweils
eine Spritzdüse 30, 31, über die
ein konzentrierter, hier nicht dargestellter Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl
ausgebracht werden kann. Die Längsachse
F der Flüssigkeitsstrahlen
ist dabei im Wesentlichen rechtwinklig zur Drehachse X2 des Rotors 4 ausgerichtet.
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Im
Bereich ihres im Gehäuse 2 gelagerten Endes
trägt die
Welle 20 ein drehfest mit ihr verbundenes und koaxial zur
Drehachse X2 ausgerichtetes Kegelrad 32. Das Kegelrad 32 steht
im Eingriff mit einem auf der Abtriebswelle des Drehantriebs 5 befestigten
zweiten Kegelrad 33. Über
das auf diese Weise gebildete Kegelradgetriebe wird der Rotor 4 von
dem Drehantrieb 5 in Rotation um die Drehachse X2 versetzt,
wenn der Drehantrieb 5 über
den Druckluftversorgungskanal 15 mit Druckluft beaufschlagt
wird.
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In
Betriebsstellung unterhalb der Welle 20 ist im Gehäuse 2 eine
Kammer 34 ausgebildet, in der ein größeres Zahnrad 35 angeordnet
ist. Das Zahnrad 35 ist drehfest mit dem einen Ende einer
Welle 36 verbunden, die in dem Gehäuse 2 achsparallel
zur Drehachse X1 drehbar gelagert ist und durch das Gehäuse 2 in
Richtung von dessen Oberseite bis auf Höhe des auf der Achse 3 befestigten
Zahnrads 11 geführt
ist. An ihrem dem Zahnrad 11 zugeordneten Ende trägt die Welle 36 ein
Zahnrad 37, das in Eingriff mit dem Zahnrad 11 der
Achse 3 steht.
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Der
achsparallel zum ersten Drehantrieb 5 ausgerichtete zweite
Drehantrieb 6 trägt
an seiner ebenfalls achsparallel zur Antriebswelle des ersten Drehantriebs 5 angeordneten
Antriebswelle ein in den Figuren nicht sichtbares Zahnrad, das mit
dem größeren Zahnrad 35 der
Welle 36 kämmt.
Auf diese Weise dreht der zweite Drehantrieb 6 bei Beaufschlagung
mit Druckluft das Gehäuse 2 über die
mit dem Drehantrieb 6 und der Achse 3 verzahnte
Welle 36 um die Drehachse X1.
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Im
praktischen Betrieb können
die Drehgeschwindigkeit und Drehrichtung des Rotors 4 und
die Drehgeschwindigkeit des Gehäuses 2 zentral über den
durch den Druckluftversorgungskanal 15 zu den Drehantrieben 5, 6 strömenden Druckluftvolumenstrom
und individuell für
jeden der Drehantriebe 5, 6 durch den mittels
der nicht dargestellten Ventile einstellbaren Druckluftvolumenstrom
geregelt werden, der jeweils durch die Druckluftabströmkanäle 16, 17 abströmt.
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Sollen
der Rotor 4 und das Gehäuse 2 jeweils
in zwei gegenläufige
Richtungen bewegt werden können,
so wird dazu jedem Drehantrieb ein Paar von Druckluftkanälen zugeordnet,
die in unterschiedlichen Strömungsrichtungen
von Druckluft durchströmt
werden können.
Auf diese Weise dreht der jeweilige Drehantrieb 5, 6 in
die eine Richtung, wenn die ihm zugeordneten Druckluftkanäle in der
einen Strömungsrichtung
durchströmt
werden, und in die entgegen gesetzte Richtung, wenn die Druckluft in
entgegen gesetzter Richtung durch die betreffenden Druckluftkanäle geleitet
wird.
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Um
die Drehzahl und Drehrichtung des Rotors 4 und des Gehäuses 2 zu überwachen,
kann eine Detektionseinrichtung vorgesehen sein, die beispielsweise über Lichtsignale
die jeweilige Drehstellung erfasst. Zur Übertragung der Lichtsignale
können
dabei hier nicht dargestellte Lichtwellenleiter durch die Achse 3 geführt werden.
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- 1
- Waschkopf
- 2
- Gehäuse
- 3
- Achse
- 4
- Rotor
- 5,
6
- Drehantriebe
- 7
- Anschlussabschnitt
der Achse 3
- 8
- Aufnahme
des Gehäuses 2 für die Achse 3
- 9
- Kugellager
- 10
- Hochdruckdichtungspakete
- 11
- Zahnrad
- 12
- Versorgungskanal
- 13
- freie
Stirnseite der Achse 3
- 14
- in
dem Gehäuse 2 steckende
Stirnseite der Achse 3
- 15
- Druckluftversorgungskanal
- 16,
17
- Druckluftabströmkanäle
- 18
- Verbindungskanäle
- 19
- Ringnut
- 20
- Welle
des Rotors 4
- 21
- Aufnahme
des Gehäuses 2 für die Welle 20
- 22
- freier
Endabschnitt der Welle 20
- 23
- Versorgungskanal
für Reinigungsflüssigkeit
in der Welle 20
- 23a
- Querbohrungen 23a
- 23b
- Ringkammer
- 23c
- Dichtungspakete
- 24
- Verteilkopf
- 25,
26
- Rotorarme
- 27
- Querbohrungen
- 28,
29
- Kanäle der Rotorarme 25, 26
- 30,
31
- Spritzdüsen
- 32,
33
- Kegelräder
- 34
- Kammer
- 35
- größeres Zahnrad
- 36
- Welle
- 37
- Zahnrad
- F
- Längsachse
der von den Spritzdüsen 30, 31 ausgebrachten
Flüssigkeitsstrahlen
- X1
- Drehachse
des Gehäuses 2
- X2
- Drehachse
des Rotors 4