DE102006015805A1

DE102006015805A1 - Strahlmittelaustragsdüse

Info

Publication number: DE102006015805A1
Application number: DE102006015805A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Holwarth; Werner Dr. Rentschler; Guido Hudak
Original assignee: Alfred Kaercher SE and Co KG
Current assignee: Alfred Kaercher SE and Co KG
Priority date: 2006-04-03
Filing date: 2006-04-03
Publication date: 2007-10-04
Also published as: DK1842598T3; EP1842598B1; DE502007006000D1; EP1842598A1; ATE492347T1

Abstract

Um bei einer Strahlmittelaustragsdüse ein verbessertes Strahlbild und damit eine erhöhte Flächenreinigungsleistung zu erhalten, wird erfindungsgemäß eine Strahlmittelaustragsdüse, insbesondere zum Trockeneisstrahlen, vorgeschlagen, mit einem in Strömungsrichtung konvergierenden Eintrittsabschnitt (1) an den sich in Strömungsrichtung nacheinander ein engster Querschnitt (2), ein zylindrischer Abschnitt (4) und ein Abschnitt (5) mit in Strömungsrichtung zunehmender Querschnittsfläche (6) anschließen, wobei die Länge des zylindrischen Abschnittes (4) mindestens 20 mm beträgt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Strahlmittelaustragsdüse, insbesondere zum Trockeneisstrahlen, mit einem in Strömungsrichtung konvergierenden Eintrittsabschnitt, an den sich in Strömungsrichtung nacheinander ein engster Querschnitt und ein in Strömungsrichtung divergierender Folgeabschnitt anschließen.
Solche Strahlmittelaustragsdüsen werden bei Austragsvorrichtungen von Partikelstrahlgeräten verwendet. Eine solche Strahlmittelaustragsdüse ist beispielsweise aus der EP 0414863 B1 und aus der DE 2064003 bekannt.
Diese Strahlmittelaustragsdüsen werden vor allem für Partikelstrahlvorrichtungen verwendet, bei denen ein Gemisch aus Druckluft und Strahlmittel ausgetragen wird.
Mit diesem Gemisch aus Druckluft und Strahlmittel werden beispielsweise verschmutzte Oberflächen gereinigt. Als Strahlmittel kommen dabei insbesondere Trockeneispartikel zum Einsatz. Mit diesen Trockeneispartikeln wird eine besonders schonende Reinigung verschmutzter Oberflächen ermöglicht. Bei der Verwendung von Trockeneisstrahlvorrichtungen zur Reinigung handelt es sich um eine besonders schonende Methode, weil die Oberflächen durch die Trockeneispartikel zwar vom Schmutz befreit, jedoch durch die weiche Beschaffenheit der Partikel und das Auflösen der Eiskristalle in der Atmosphäre unmittelbar nach Auftreffen auf die Oberfläche eine Beschädigung der Oberfläche verhindert wird.
Bei solchen Partikelstrahlreinigungsgeräten, insbesondere bei Trockeneisstrahlreinigungsgeräten kommt der Ausbildung der Strahlmittelaustragsdüsen eine besondere Bedeutung zu, weil durch die Innengeometrie der Austragsdüsen die Auftreffrichtung und -geschwindigkeit der Trockeneispartikel entscheidend beeinflusst wird.
Die bisher aus dem Stand der Technik bekannten Strahlmittelaustragsdüsen weisen im Wesentlichen eine konvergierende Eintrittszone und eine divergierende Austrittszone auf mit einem dazwischenliegenden engsten Querschnitt. Dadurch erhalten die Partikel eine ungleichmäßige, nach Richtung und Geschwindigkeit unterschiedliche Beschleunigung. Dieses macht sich besonders bei Trockeneispartikeln bemerkbar, die aufgrund ihrer relativ geringen Masse für einen gleichmäßigen Austrag aus der Düse auf einen gleichmäßig ausgerichteten Trägerluftstrom angewiesen sind. Mit den bisher aus dem Stand der Technik bekannten Strahlmittelaustragsdüsen konnte deshalb bei Trockeneisstrahlvorrichtungen nur ein unbefriedigendes Strahlbild und damit eine recht geringe Flächenreinigungsleistung erreicht werden. Die Aufgabe und das Ziel der vorliegenden Erfindung bestehen darin, durch geeignete Maßnahmen ein verbessertes Strahlbild und damit eine erhöhte Flächenreinigungsleistung zu erhalten.
Erfindungsgemäß wird dazu eine Strahlmittelaustragsdüse, insbesondere zum Trockeneisstrahlen vorgeschlagen, mit einem in Strömungsrichtung konvergierenden Eintrittsabschnitt, an den sich in Strömungsrichtung nacheinander ein engster Querschnitt, ein zylindrischer Abschnitt und ein Abschnitt mit in Strömungsrichtung zunehmender Querschnittsfläche anschließen, wobei die Länge des zylindrischen Abschnittes mindestens 20 mm beträgt.
Durch diesen zylindrischen Abschnitt wird erreicht, dass die Partikel auf einer Mindestlänge innerhalb der Strahlmittelaustragsdüse auf einem in dem zylindrischen Abschnitt gleichgerichteten Trägerluftstrom getragen werden und damit auf dieser Mindeststrecke eine gleichmäßige Beschleunigung erfahren.
Dieses führt zu einer Stabilisierung der Strahlmittelströmung, so dass diese auf dem letzten Abschnitt der Strahlmittelaustragsdüse vor der Austragsöffnung deutlich stabiler strömen, als dies bei einer Strahlmittelaustragsdüse ohne zylindrischen Abschnitt oder mit einem deutlich kürzeren zylindrischen Abschnitt der Fall wäre
Die zu reinigende Oberfläche wird deshalb von den Partikeln nach dem Austritt aus der Düse mit gleichmäßigerem Aufpralldruck beaufschlagt, so dass über dem angestrahlten Oberflächenbereich eine gleichmäßige und intensive Reinigung erfolgt.
Eine besonders hohe Flächenleistung bei dem Einsatz von Kompressoren mit geringerer Laufleistung ergibt sich dann, wenn sich an dem engsten Querschnitt vor dem zylindrischen Abschnitt ein in Strömungsrichtung divergierender Abschnitt anschließt.
Besonders gute Ergebnisse werden bei Strahlmittelaustragsdüsen erreicht, bei denen das Verhältnis der Längen zwischen dem Abschnitt mit in Strömungsrichtung zunehmender Querschnittsfläche und dem zylindrischen Abschnitt höchstens 4 : 1, vorzugsweise höchstens 2,5 : 1 beträgt.
Um bei Verschleißerscheinungen an einzelnen Bereichen der Düse oder bei gewünschten unterschiedlichen Strahlcharakteristiken nicht die gesamte Düse erneuern bzw. wechseln zu müssen, ist vorgesehen, dass die Düse mehrteilig aufgebaut ist, wobei der zylindrische Abschnitt und der Abschnitt mit in Strömungsrichtung zunehmender Querschnittsfläche zu einer Baugruppe zusammengefasst sind. Dadurch ist es möglich, diese aufwendig herzustellende und daher teuere Baugruppe der Düse in verschiedenen Kombinationen zu verwenden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der zylindrische Abschnitt teilweise oder ganz und der Abschnitt mit in Strömungsrichtung zunehmender Querschnittsfläche zu einer ersten Baugruppe zusammengefasst sind und der in Strömungsrichtung konvergierende Eintrittsabschnitt mit in Strömungsrichtung anschließendem engen Querschnitt und gegebenenfalls mit in Strömungsrichtung divergierendem Folgeabschnitt zu einer zweiten Baugruppe zusammengefasst sind. Dadurch können beispielsweise durch Verwendung der gleichen ersten Baugruppe mit unterschiedlichen zweiten Baugruppen, wobei sich die zweiten Baugruppen untereinander durch den engsten Querschnitt unterscheiden, unterschiedliche Aufpralldrücke je nach Empfindlichkeit der zu reinigenden Oberfläche ausgewählt werden.
Ein in der Herstellung besonders preiswerter Aufbau ergibt sich dann, wenn die erste Baugruppe zwei identische Halbschalen aufweist.
Um eine möglichst breite Austrittsöffnung mit relativ schmaler Höhe zu erhalten, ist es besonders vorteilhaft, wenn der in Strömungsrichtung an den zylindrischen Abschnitt anschließende Abschnitt mit in Strömungsrichtung zunehmender Querschnittsfläche in Strömungsrichtung in der Breite zunimmt und in der Höhe abnimmt.
Dadurch, dass der an den zylindrischen Abschnitt anschließende Abschnitt an seinen ebenen Innenflächen in Längsrichtung Nuten aufweist, die strahlenförmig und symmetrisch zu der Längsachse der Düse in Strömungsrichtung bis zur Düsenausschnittskante auseinander laufen, wird der Partikelstrom zusätzlich vergleichmäßigt und damit ein noch klarer abgegrenztes Reinigungsfeld gleichmäßig mit Partikeln bestrahlt.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Nuten ihren gemeinsamen Anfangspunkt auf dem Mittelpunkt der Grenzlinie zwischen zylindrischem Abschnitt und darauf folgendem Abschnitt haben.
Ein vorteilhafter Aufbau ergibt sich, wenn die Düse Einrichtungen enthält, um sie mit ihrem konvergierenden Eintrittsabschnitt an die Pistole oder den Austrittsschlauch eines Partikelgerätes, insbesondere eines Trockeneisstrahlgerätes, anzuschließen.
Dabei ist es besonders einfach und bedienungsfreundlich, wenn die erste Baugruppe mit zylindrischem Abschnitt und mit dem Abschnitt mit in Strömungsrichtung zunehmender Querschnittsfläche im Bereich des zylindrischen Abschnitts außen eine zylindrische Form aufweist und mit Hilfe einer Überwurfmutter an die zweite Baugruppe angeschlossen werden kann.
Insbesondere bei Verwendung einer Pistole mit Handgriff ist es zur optimalen Auswahl einer gewünschten Strahlrichtung von Vorteil, wenn die erste Baugruppe verdrehbar gegenüber der zweiten Baugruppe befestigt werden kann.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Partikelstrahlvorrichtung zum Abgeben von einem Gemisch aus Druckluft und Trockeneis, die mit einer Druckluftquelle verbindbar ist und einen Vorrat von Partikeln aufweist sowie eine Dosiereinrichtung, mit der die Partikel der Druckluft beigemischt werden können, mit einer Austragsvorrichtung, an die eine Zuleitung für Druckluft und Partikel anschließbar ist, wobei die Austragsvorrichtung eine Strahlmittelaustragsdüse nach den Merkmalen der Erfindung aufweist.
Besonders vorteilhaft ist diese Erfindung einzusetzen, wenn es sich bei den Partikeln der Partikelstrahlvorrichtung um Trockeneispartikel handelt.
Gerade bei der Reinigung mit Trockeneisstrahlen kommen die Vorteile der Erfindung besonders zur Geltung.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen beschrieben. Dabei zeigt
1 die Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Strahlmittelaustragsdüse
2 einen Längsschnitt
3 die Seitenansicht
4 die Vorderansicht
5 Schnittansicht der erfindungsgemäßen Düse
6 erfindungsgemäße Trockeneisstrahlvorrichtung
Wie in 1 und 2 dargestellt, weist die erfindungsgemäße Strahlmittelaustragsdüse einen in Strömungsrichtung konvergierenden Eintrittsabschnitt 1 auf, an den sich in Strömungsrichtung nacheinander ein engster Querschnitt 2, ein in Strömungsrichtung divergierender Folgeabschnitt 3, ein zylindrischer Abschnitt 4 und ein Abschnitt 5 mit in Strömungsrichtung zunehmender Querschnittsfläche 6 anschließen. Der konvergierende Eintrittsabschnitt 1 und der divergierende Folgeabschnitt 3 weisen jeweils eine konische Innenkontur auf. Die Länge des zylindrischen Abschnittes 4 beträgt 80 mm, während die Länge des Abschnittes 5 200 mm beträgt. Diese Abmessungen haben sich als besonders vorteilhaft erwiesen.
Die Düse ist mehrteilig aufgebaut und besteht aus einer ersten Baugruppe 7, welches den zylindrischen Abschnitt 4 und den Abschnitt mit in Strömungsrichtung zunehmender Querschnittsfläche 5 aufweist. Diese Baugruppe 7 besteht aus zwei Halbschalen 8 und 9, welche identisch sind. Die identische Bauweise ermöglicht eine besonders preiswerte Herstellung der Düse.
Die identischen Halbschalen weisen erfindungsgemäß mit besonderem Vorteil auf einer Seite Erhebungen oder Vorsprünge 23 und an symmetrisch gegenüberliegender Seite dazu komplementäre Vertiefungen oder Rücksprünge 24 auf, so dass auf einfache Weise eine passgenaue Montage der identischen Teile möglich ist, wie aus der Ansicht 4 ersichtlich ist.
Wie aus 2 und 4 erkennbar, nimmt in der Baugruppe 10 mit dem zylindrischen Abschnitt 4 und dem Abschnitt 5 mit in Strömungsrichtung zunehmender Querschnittsfläche die Breite dieses Abschnittes in Strömungsrichtung zu, während die Höhe dieses Abschnittes der Düse in Strömungsrichtung abnimmt.
Um den so entstehenden Strom von Trockeneispartikeln, der bereits im vorhergehenden zylindrischen Abschnitt 4 gleichmäßig beschleunigt wurde, weiterhin möglichst gleichmäßig und turbulenzfrei strömen zu lassen, sind an den beiden ebenen Innenflächen des Abschnittes 5 in Längsrichtung Nuten 11 eingefräst, die strahlenförmig vom Mittelpunkt der Grenzlinie zwischen zylindrischem Abschnitt 4 und darauf folgendem Abschnitt 5 bis zur Düsenaustrittskante 22 symmetrisch zu der Längsachse der Düse in Strömungsrichtung auseinander laufen.
Die Strahlmittelaustragsdüse enthält außerdem Einrichtungen 12, um sie mit ihrem konvergierenden Eintrittsabschnitt an die Pistole 13 oder den Austrittsschlauch 14 eines Trockeneisstrahlgerätes 15 anzuschließen. Die Überwurfmutter 17 weist dazu an ihrer Außenseite aufgerauhte Griffflächen 18 auf, so dass die Überwurfmutter auch von Hand befestigt bzw. gelöst werden kann. Die erste Baugruppe 10 ist verdrehbar gegenüber der zweiten Baugruppe 16 befestigt bzw. kann leicht durch einfaches Lösung und anschließendes Wiederanziehen der Überwurfmutter kurzfristig durch die Bedienperson in ihrer Ausrichtung verändert werden. Bei Verwendung einer Pistole 13 ist es damit möglich, die Ausrichtung des Flachstrahles in beliebigem Winkel zum Handgriff zu erreichen, um somit ein besonders einfaches und damit für die Bedienperson ermüdungsfreies Führen der Strahlmittelaustragsdüse zu erreichen. Wie aus 6 zu ersehen besteht die erfindungsgemäße Trockeneisstrahlvorrichtung aus einer Dosiereinrichtung 19, die über eine Zuleitung 20 für Druckluft mit einer hier nicht dargestellten Druckluftquelle verbindbar ist. In einem Vorratsbehälter 21 sind Trockeneispartikel bevorratet, die über die Dosiereinrichtung 19 der Druckluft beigemischt werden. Das Gemisch aus Druckluft und Trockeneis wird über die Zuleitung 14 an die Pistole 13 geleitet. Die Pistole 13 weist einen Kupplungsstutzen 22 zum Anschluss der Strahlmittelaustragsdüse auf.

Claims

Strahlmittelaustragsdüse, insbesondere zum Trockeneisstrahlen, mit einem in Strömungsrichtung konvergierenden Eintrittsabschnitt (1), an den sich in Strömungsrichtung nacheinander ein engster Querschnitt (2), ein zylindrischer Abschnitt (4) und ein Abschnitt (5) mit in Strömungsrichtung zunehmender Querschnittsfläche (6) anschließen, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des zylindrischen Abschnittes (4) mindestens 20 mm beträgt.
Strahlmittelaustragsdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den engsten Querschnitt (2) vor dem zylindrischen Abschnitt (4) ein in Strömungsrichtung divergierender Abschnitt anschließt.
Strahlmittelaustragsdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Längen zwischen dem Abschnitt (5) mit in Strömungsrichtung zunehmender Querschnittsfläche und dem zylindrischen Abschnitt (4) höchstens 4 : 1 beträgt.
Strahlmittelaustragsdüse nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Längen zwischen dem Abschnitt (5) mit in Strömungsrichtung zunehmender Querschnittsfläche (6) und dem zylindrischen Abschnitt (4) höchstens 2,5 : 1 beträgt.
Strahlmittelaustragsdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse mehrteilig aufgebaut ist, wobei der zylindrische Abschnitt (4) teilweise oder ganz und der Abschnitt (5) mit in Strömungsrichtung zunehmender Querschnittsfläche (6) zu einer Baugruppe (10) zusammengefasst sind.
Strahlmittelaustragsdüse nach einem der Ansprüche 2-5, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Abschnitt (4) und der Abschnitt (5) mit in Strömungsrichtung zunehmender Querschnittsfläche (6) zu einer ersten Baugruppe (10) zusammengefasst sind und der in Strömungsrichtung konvergierende Eintrittsabschnitt (1) mit in Strömungsrichtung anschließendem engen Querschnitt (2) und in Strömungsrichtung divergierendem Folgeabschnitt (3) zu einer zweiten Baugruppe (16) zusammengefasst sind.
Strahlungsmittelaustragsdüse nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Baugruppe (10) zwei identische Halbschalen (8, 9) aufweist.
Strahlmittelaustragsdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der in Strömungsrichtung an den zylindrischen Abschnitt (4) anschließende Abschnitt (5) mit in Strömungsrichtung zunehmender Querschnittsfläche (6) in Strömungsrichtung in der Breite zunimmt und in der Höhe abnimmt.
Strahlmittelaustragsdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der an dem zylindrischen Abschnitt (4) anschließende Abschnitt (5) an seinen ebenen Innenflächen in Längsrichtung Nuten (11) aufweist, die strahlenförmig und symmetrisch zu der Längsachse der Düse in Strömungsrichtung bis zur Düsenaustrittskante (22) auseinander laufen.
Strahlmittelaustragsdüse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (11) ihren gemeinsamen Anfangspunkt auf dem Mittelpunkt der Grenzlinie zwischen zylindrischem Abschnitt (4) und darauf folgendem Abschnitt (5) haben.
Strahlmittelaustragsdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse Einrichtungen (12) enthält, um sie mit ihrem konvergierenden Eintrittsabschnitt (1) an die Pistole (13) oder den Austrittsschlauch (14) eines Partikelstrahlgerätes, insbesondere eines Trockeneisstrahlgerätes (15) anzuschließen.
Strahlmittelaustragsdüse nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Baugruppe (10) mit zylindrischem Abschnitt (4) und mit dem Abschnitt (5) mit in Strömungsrichtung zunehmender Querschnittsfläche (6) im Bereich des zylindrischen Abschnittes (4) außen eine zylindrische Form aufweist und mit Hilfe einer Überwurfmutter (17) an die zweite Baugruppe (16) angeschlossen werden kann.
Strahlmittelaustragsdüse Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Baugruppe (10) verdrehbar gegenüber der zweiten Baugruppe (16) befestigt werden kann.
Partikelstrahlvorrichtung zum Abgeben von einem Gemisch aus Druckluft und Trockeneis, die mit einer Druckluftquelle verbindbar ist und einen Vorrat von Partikeln aufweist sowie eine Dosiereinrichtung (19), mit der die Partikel der Druckluft beigemischt werden können, mit einer Austragsvorrichtung, an die eine Zuleitung für Druckluft und Partikel anschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Austragsvorrichtung eine Strahlmittelaustragsdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
Partikelstrahlvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Partikeln um Trockeneispartikel handelt.