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Die Erfindung betrifft eine Rotordüse, insbesondere für Hochdruckreinigungsgeräte, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Derartige Rotordüsen sind grundsätzlich bekannt.
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DE 10 2004 022 588 A1 beschreibt eine Rotordüse, bei der zur Drehzahlregelung eine Bypass-Einrichtung vorgesehen ist, die Bypass-Kanäle aufweist, durch die das Fluid in axialer Richtung in die Wirbelkammer einströmt, so dass dieser Anteil des in die Wirbelkammer gelangenden Fluids nicht verwirbelt wird. Auch
DE 10 2005 037 858 A1 und
DE 91 08 507 U1 betreffen jeweils Rotordüsen, die auf einem Bypass-Konzept basieren und zwei Einströmöffnungen aufweisen, von denen eine einen Bypass-Kanal darstellt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Rotordüse der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass die Drehzahl des Rotors auf einfache und zuverlässige Weise möglichst genau geregelt werden kann.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1.
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Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, ein Fluiddrehfeld vor dem Übergang in die Wirbelkammer zu erzeugen und dieses Fluiddrehfeld dann beim Übergang in die Wirbelkammer mehr oder weniger stark zu stören. In Abhängigkeit von der Stellung der Verstelleinrichtung kann sich das Fluiddrehfeld somit mehr oder weniger ungestört in die Wirbelkammer hinein fortpflanzen und in der Wirbelkammer für die Mitnahme des Rotors sorgen, um diesen zur Rotationsbewegung um die Längsachse anzutreiben.
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Damit bedeutet die Erfindung zum einen eine Abkehr von solchen herkömmlichen Rotordüsen, bei denen das Fluiddrehfeld erst in der Wirbelkammer erzeugt wird. Zum anderen bedeutet die Erfindung eine Abkehr von bekannten Methoden zur Drehzahlregelung, bei denen ein so genanntes „Splitting“ der einströmenden Fluidmenge erfolgt, indem mit Hilfe von Bypass-Einrichtungen ein Teil des Fluids unter Umgehung der Wirbelkammer zur Austrittsöffnung geführt wird. Durch das erfindungsgemäße Prinzip der Wirbel- oder Drehfeld-Störung ist es dagegen nicht erforderlich, einen Teil des Fluids mittels Bypass-Einrichtungen an der Wirbelkammer vorbei zu führen. Vielmehr ist es erfindungsgemäß bevorzugt, wenn die pro Zeiteinheit in die Wirbelkammer einströmende Fluidmenge konstant ist, d.h. die Erfindung nicht nach dem Prinzip des „Mengensplitting“ arbeitet.
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Des Weiteren ist erfindungsgemäß von Vorteil, dass erreicht werden kann, dass beim Übergang in die Wirbelkammer keine Druckdifferenz entsteht. Unabhängig davon, wie stark das Fluiddrehfeld beim Übergang in die Wirbelkammer gestört wird, können die Strömungsquerschnitte am Übergang insgesamt derart bemessen sein, dass das das Drehfeld bildende Fluid beim Übergang in die Wirbelkammer keinen zu einer Druckdifferenz führenden Widerstand zu überwinden braucht.
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Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie der Zeichnung zu entnehmen.
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Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
- 1a und 1b eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Rotordüse in zwei unterschiedlichen Betriebsstellungen,
- 2a und 2b eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Rotordüse in zwei unterschiedlichen Betriebsstellungen, und
- 3a und 3b eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Rotordüse in zwei unterschiedlichen Betriebsstellungen.
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Hinsichtlich des grundsätzlichen Aufbaus entsprechen die nachstehend beschriebenen Rotordüsen herkömmlichen Rotordüsen, so dass diesbezüglich auf eine Detailbeschreibung verzichtet werden kann.
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In einem Düsengehäuse 11 mit einer Längsachse 19 ist ein zylindrischer oder stiftförmiger Rotor 21 angeordnet, der sich mit seinem vorderen Ende in einem Napflager 23 abstützt. In das hintere Ende des Düsengehäuses 11 ist ein Stopfen 25 eingeschraubt. Der Stopfen 25 bildet eine erfindungsgemäße Verstelleinrichtung, worauf nachstehend näher eingegangen wird.
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Das Grundprinzip einer derartigen Rotordüse besteht darin, den zur Längsachse 19 geneigten Rotor 21 in der Wirbelkammer 17 zu einer Rotationsbewegung um die Längsachse 19 anzutreiben, um auf diese Weise einen kegelförmigen Fluidstrahl über die Austrittsöffnung 15 auszustoßen. Hierzu wird in der Wirbelkammer 17 eine Wirbelströmung oder ein Fluiddrehfeld erzeugt, das für eine entsprechende Mitnahme des Rotors 21 sorgt. Das in der Wirbelkammer 17 befindliche Fluid tritt beispielsweise am rückwärtigen Ende des Rotors 21 in diesen ein und strömt durch den Rotor 21 hindurch zur Austrittsöffnung 15, um dort unter hohem Druck als Kegelstrahl ausgestoßen zu werden.
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Bei herkömmlichen Rotordüsen ist beispielsweise am Stopfen 25 eine radial oder tangential in die Wirbelkammer 17 mündende Treibbohrung vorgesehen, über welche das Fluid derart in die Wirbelkammer 17 einströmt, dass in der Wirbelkammer 17 die erwähnte Wirbelströmung entsteht.
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In den hier beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungsformen einer Rotordüse wird die Wirbelströmung oder das Fluiddrehfeld nicht erst in der Wirbelkammer 17, sondern bereits vor dem Übergang des Fluids vom Stopfen 25 in die Wirbelkammer 17 erzeugt, und zwar am Stopfen 25. Hierzu ist ein Ringkanal 33 vorgesehen, der von einer im Stopfen 25 ausgebildeten Ringnut und der Innenwand des Düsengehäuses 11 begrenzt wird, wobei die Düsengehäuseinnenwand und der Stopfen 25 in diesem Bereich ein spezielles Steuerprofil 39, 41 aufweisen, auf das nachstehend näher eingegangen wird.
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In den Ringkanal 33 gelangt das Fluid über einen im Stopfen 25 ausgebildeten Einströmraum 35. In den Einströmraum 35 gelangt das Fluid über eine nicht dargestellte Zufuhrleitung, an welche die Rotordüse während des Betriebs angeschlossen ist. Die Fluidzufuhrleitung wiederum ist an eine Fluidquelle angeschlossen, insbesondere ein Hochdruckreinigungsgerät.
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Mit dem Ringkanal 33 steht der Einströmraum 35 über eine Treibbohrung 37 in Verbindung, die insbesondere radial oder tangential in den Ringkanal 33 mündet, so dass das Fluid im Ringkanal 33 zu einer Drehbewegung um die Längsachse 19 gezwungen wird, wodurch ein Fluiddrehfeld erzeugt wird. Das Fluiddrehfeld wird also am Stopfen 25 und nicht in der Wirbelkammer 17 erzeugt.
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Die Einschraubtiefe des Stopfens 25 in das hintere Ende des Düsengehäuses 11 ist durch Hineinschrauben oder Herausschrauben des Stopfens 25 stufenlos einstellbar. Als hinterer Anschlag für den Stopfen 25 dient ein ringförmiges Einschraubteil 43, dessen Axialstellung relativ zum Düsengehäuse 11 während des Betriebs nicht verändert wird. Auf diese Weise ist für den Stopfen 25 ein definierter axialer Verstellweg vorgesehen.
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In den hier beschriebenen Ausführungsformen kann das Fluid unabhängig von der Axialstellung des Stopfens 25 stets über eine oder mehrere Entlastungsöffnungen aus dem Ringkanal 33 in die Wirbelkammer 17 gelangen. Die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele zeigen jeweils zwei um 180° in Umfangsrichtung gegeneinander versetzte Entlastungsöffnungen, und zwar eine axial ausgerichtete Entlastungsbohrung 29 und eine Entlastungsaussparung 31, die beispielsweise durch Fräsen hergestellt und radial nach außen offen ist, d.h. die Aussparung 31 ist ein Einschnitt am vorderen Randbereich des Stopfens 25.
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Der Entlastungsquerschnitt, d.h. die Summe der Strömungsquerschnitte aller Entlastungsöffnungen 29, 31, ist derart gewählt, dass er größer ist als der Querschnitt der Treibbohrung 37, so dass die Treibbohrung 37 - strömungstechnisch gesehen - gewissermaßen den „Flaschenhals“ bildet und zwischen Ringkanal 33 und Wirbelkammer 17 auch dann keine Druckdifferenz vorhanden ist, wenn - wie in den Stellungen gemäß 1a, 2a und 3a - die Entlastungsöffnungen 29, 31 den einzigen Weg für das Fluid vom Ringkanal 33 in die Wirbelkammer 17 bilden.
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Das bereits erwähnte Steuerprofil 39 an der Innenwand des Düsengehäuses 11 im Bereich des Ringkanals 33 des Stopfens 25 wirkt mit einem Steuerprofil 41 des Stopfens 25 zusammen, wobei das Steuerprofil 41 des Stopfens 25 in diesen Ausführungsbeispielen von einer vorderen Steuerkante gebildet wird.
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In der geschlossenen Stellung gemäß 1a, 2a und 3a liegt die Steuerkante 41 an der Innenwand des Düsengehäuses 11 praktisch abdichtend an. Stopfen 25 und Düsengehäuse 11 sind hier auf Passung gearbeitet. In dieser geschlossenen Stellung ist ein Übergang des das Fluiddrehfeld im Ringkanal 33 bildenden Fluids in die Wirbelkammer 17 radial außen an der Steuerkante 41 vorbei, d.h. zwischen Stopfen 25 und Innenwand des Düsengehäuses 11 hindurch, nicht möglich. Es stehen lediglich die Entlastungsöffnungen 29, 31 für das Fluid zur Verfügung. Das im Ringkanal 33 umlaufende Fluid wird folglich beim Durchströmen der Entlastungsöffnungen 29, 31 zu einer Richtungsänderung, d.h. einer Strömungsumlenkung, gezwungen, die das Fluiddrehfeld stört oder zerstört.
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Das Ausmaß der Störung des Fluiddrehfeldes kann - wie Versuche ergeben haben - durch die Ausgestaltung und Anordnung der Entlastungsmittel 29, 31 beeinflusst werden. In den dargestellten Ausführungsbeispielen sind die Entlastungsöffnungen 29, 31 derart orientiert, dass das Fluid im Wesentlichen in axialer Richtung in die Wirbelkammer 17 einströmt. Versuche haben ergeben, dass bereits eine geringfügige Neigung der Entlastungsbohrung 29 relativ zur Längsachse 19 zur Folge hat, dass das Fluiddrehfeld beim Übergang in die Wirbelkammer 17 in einem relevanten Ausmaß erhalten bleibt. Ein Rotationsbetrieb mit einer den Rotor 21 mitnehmenden Wirbelströmung in der Wirbelkammer 17 kann bei entsprechender Ausgestaltung der Entlastungsmittel also auch in der geschlossenen Stellung erreicht werden, d.h. in einer Stellung, in der das Fluid ausschließlich über die Entlastungsmittel bzw. Entlastungsöffnungen in die Wirbelkammer 17 gelangen kann.
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Dies bedeutet, dass mit den Entlastungsmitteln eine hervorragende Möglichkeit gegeben ist, das Verhalten der Rotordüse und insbesondere die Drehzahl des Rotors 21 gezielt einzustellen.
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Eine ebensolche Einstellmöglichkeit ist durch das Zusammenwirken von Steuerkante 41 des Stopfens 25 und Steuerprofil 39 der Düsengehäuseinnenwand gegeben. Wie der Vergleich von 1a und 1b zeigt, entsteht durch Herausschrauben des Stopfens 25 aus dem Düsengehäuse 11 zwischen der Steuerkante 41 und der Innenwand des Düsengehäuses 11 ein in Umfangsrichtung nicht unterbrochener Durchlass in Form eines Ringspalts 27, über den sich das Fluiddrehfeld aus dem Ringkanal 33 heraus bezüglich der Umfangsrichtung ungestört in axialer Richtung in die Wirbelkammer 17 hinein fortpflanzen oder ausbreiten kann. Durch die Gestaltung des Steuerprofils 39 an der Innenwand des Düsengehäuses 11 und entsprechende Ausgestaltung der Steuerkante 41 bzw. des entsprechenden Bereiches des Stopfens 25 kann die Größe des Ringspalts 27 bzw. die Änderungsrate der Spaltgröße beim Verstellen des Stopfens 25 relativ zum Düsengehäuse 11 gezielt vorgegeben werden.
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Im Ausführungsbeispiel der 1a und 1b ist das Steuerprofil 39 der Innenwand des Düsengehäuses 11 als sich axial nach vorne verjüngender Konus ausgebildet, während der Stopfen 25 in seinem axial vorderen Bereich als entsprechender Konus ausgeführt ist.
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Im Ausführungsbeispiel der 2a und 2b sind die Innenwand des Düsengehäuses 11 und die Außenseite des Stopfens 25 jeweils zylindrisch gerade ausgebildet. Das Steuerprofil 39 des Düsengehäuses 11 umfasst außerdem eine in der Zylinderwand ausgebildete Ringnut 45, die in der geschlossenen Stellung gemäß 2a der Steuerkante 41 des Stopfens 25 vorgelagert ist und bezogen auf die Axialrichtung mit dem Ringkanal 33 zusammenfällt. Zwischen der Steuerkante 42 und der Innenwand des Düsengehäuses 11 ist in dieser geschlossenen Stellung kein Ringspalt vorhanden. Anders ist dies in der Stellung gemäß 2b. Die Steuerkante 41 des Stopfens 25 befindet sich - bezogen auf die Axialrichtung - im Bereich der Ringnut 45 des Düsengehäuses 11, so dass das Fluid aus dem Ringkanal 33 unter vollständiger oder zumindest weitgehender Aufrechterhaltung des Fluiddrehfeldes radial außen um die Steuerkante 41 herum strömen und in die Wirbelkammer 17 gelangen kann.
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Im Ausführungsbeispiel der 3a und 3b sind die Innenwand des Düsengehäuses 11 und die Außenseite des Stopfens 25 wiederum zylindrisch gerade ausgebildet, wobei allerdings im vorderen Bereich das Steuerprofil 39 des Düsengehäuses 11 von einer radial nach innen vorspringenden Ringschulter 47 gebildet ist.
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Die vordere Steuerkante 41 des Stopfens 25 ist entsprechend radial zurückspringend ausgebildet, so dass die Steuerkante 41 in der geschlossenen Stellung gemäß 3a an der Ringschulter 47 anliegt, an dieser Stelle kein Ringspalt vorhanden und das das Fluiddrehfeld im Ringkanal 33 bildende Fluid somit gezwungen ist, über die Entlastungsöffnungen 29, 31 in die Wirbelkammer 17 zu strömen.
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In der geöffneten Stellung gemäß 3b dagegen ist die Steuerkante 41 radial von der Innenwand des Düsengehäuses 11 beabstandet, so dass ein Ringspalt 27 vorhanden ist, der unter vollständiger oder zumindest weitgehender Aufrechterhaltung des Fluiddrehfeldes von dem im Ringkanal 33 umlaufenden Fluid umströmt werden kann, um in der Wirbelkammer 17 die zur Mitnahme des Rotors 21 sorgende Wirbelströmung zu erzeugen.
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Vorstehend wurde erwähnt, dass die Steuerkante 41 des Stopfens 25 und die Innenwand des Düsengehäuses 11 auf Passung gearbeitet sein können, so dass in der geschlossenen Stellung eine praktisch vollständige Abdichtung des Ringkanals 33 in diesem Bereich gegeben ist. Dieser Zusammenwirkungsbereich von Steuerkante 41 und Düsengehäuseinnenwand kann jedoch grundsätzlich beliebig variiert werden. So könnte beispielsweise auch in der geschlossenen Stellung ein eine gewisse Größe aufweisender Ringspalt zugelassen werden, wodurch ein bestimmter Anteil des Fluids unter Aufrechterhaltung des Fluiddrehfeldes in die Wirbelkammer 17 gelangen kann. Des Weiteren kann die Steuerkante 41 oder die Innenwand des Düsengehäuses 11 gerändelt ausgeführt sein. Hierdurch können weitere Entlastungsmöglichkeiten geschaffen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 11
- Düsengehäuse
- 13
- Einströmöffnung
- 15
- Austrittsöffnung
- 17
- Wirbelkammer
- 19
- Längsachse
- 21
- Rotor
- 23
- Lager
- 25
- Verstelleinrichtung, Stopfen
- 27
- Ringspalt
- 29
- Entlastungsöffnung, Bohrung
- 31
- Entlastungsöffnung, Fräseinschnitt
- 33
- Ringkanal
- 35
- Einströmraum
- 37
- Treibbohrung
- 39
- Steuerprofil der Düsengehäuseinnenwand
- 41
- Steuerprofil der Verstelleinrichtung, Steuerkante
- 43
- Einschraubanschlag
- 45
- Ringnut
- 47
- Ringschulter
