DE102006021598A1

DE102006021598A1 - Vorrichtung zum Ausstoßen eines Fluids

Info

Publication number: DE102006021598A1
Application number: DE200610021598
Authority: DE
Inventors: Anton Jaeger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-05-09
Filing date: 2006-05-09
Publication date: 2007-11-15
Also published as: ITMI20070934A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, insbesondere für Hochdruckreinigungsgeräte, zum Ausstoßen eines Fluids, insbesondere von Wasser, mit einer Mehrzahl von Rotordüsen, die jeweils ein Düsengehäuse umfassen, das zwischen einer Einströmöffnung für das Fluid und einer Austrittsöffnung eine Wirbelkammer aufweist, in der ein während des Betriebs zu einer Längsachse geneigter Rotor mit seinem vorderen Ende an einem insbesondere napfförmigen Lager abgestützt und durch in die Wirbelkammer einströmendes Fluid zu einer Rotationsbewegung um die Längsachse antreibbar ist, wobei der Rotor an seinem vorderen Ende zumindest näherungsweise kugelförmig oder teilkugelförmig ausgebildet ist oder Kugelteilflächen aufweist und mti dem auf diese Weise gebildeten Kugelkopf an dem Lager abgestützt ist, wobei in dem Kugelkopf eine Düsenöffnung ausgebildet ist, über die aus der Wirbelkammer in den Rotor strömendes Fluid als Arbeitsstrahl austritt und die Rotordüse über eine im Lager ausgebildete Öffnung verlässt, wobei alle Rotordüsen an eine gemeinsame Fluidzufuhrleitung angeschlossen sind, die Düsenöffnungen in den Kugelköpfen jeweils einen Durchmesser von d <= 3 mm aufweisen, und die Kugelköpfe jeweils einen Durchmesser D aufweisen, für den gilt 1,5 d <= D <= 2,5 d.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, insbesondere für Hochdruckreinigungsgeräte, zum Ausstoßen eines Fluids, insbesondere von Wasser, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Derartige Rotordüsen sind grundsätzlich bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der ein möglichst effizientes Arbeiten auch dann möglich ist, wenn die Vorrichtung in Verbindung mit einer Fluiddruckquelle eingesetzt wird, die Fluid unter einem Druck von nicht mehr als etwa 200 bar bereitstellt.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass alle Rotordüsen an eine gemeinsame Fluidzufuhrleitung angeschlossen sind, dass die Düsenöffnungen in den Kugelköpfen jeweils einen Durchmesser von d ≤ 3 mm aufweisen, und dass die Kugelköpfe jeweils einen Durchmesser D aufweisen, für den gilt 1,5 d ≤ D ≤ 2,5 d.
Erfindungsgemäß sind vergleichsweise kleine Düsenöffnungen vorgesehen, mit denen sehr feine, gewissermaßen "nadelartige" Fluidstrahlen erzeugt werden können. Mit derartigen Feinstrahlen kann besonders effizient gearbeitet werden, da die so genannten Randstrahlverluste geringer sind als bei Rotordüsen, die größere Düsenöffnungen aufweisen.
Zumindest in Verbindung mit "normalen", handelsüblichen Hochdruckreinigungsgeräten, die Wasser unter einem Druck von nicht mehr als ungefähr 200 bar bereitstellen, war es bislang auf wirtschaftliche Weise nicht möglich, das Wasser auf eine Mehrzahl solcher Feinstrahl-Rotordüsen aufzuteilen und akzeptable Arbeitsergebnisse zu erzielen. Dies liegt daran, dass bei einer Verringerung der Düsenöffnung aufgrund der damit einhergehenden Reduzierung der Fluidmenge eine Mitnahme des Rotors durch die in der Wirbelkammer erzeugte Wirbelströmung, die auch als Drehfeld bezeichnet wird, zunehmend schwieriger wird. Insbesondere können die benötigten oder gewünschten Drehzahlen des Rotors nicht mehr erreicht werden.
Um diesem Problem zu begegnen, wurde bereits versucht, die so genannte Treibbohrung zu verkleinern, über welche das Fluid in radialer oder tangentialer Richtung in die Wirbelkammer einströmt und so das Drehfeld erzeugt. Diese Maßnahme hat jedoch den Nachteil, dass sie zu einem Leistungsverlust dahingehend führt, dass nicht die gesamte von der Fluidquelle pro Zeiteinheit zur Verfügung gestellte Fluidmenge über die Rotordüsen ausgestoßen werden kann.
Mit der Erfindung wird dagegen das Ziel, ohne Drehzahlverluste und ohne Leistungsverluste ein Arbeiten mit einer Mehrzahl von relativ kleinen Düsenöffnungen auf wirtschaftliche Weise zu ermöglichen, erreicht. Erfindungsgemäß erfolgt keine Manipulation der Größe der Treibbohrungen. Vielmehr wird ein anderer Weg eingeschlagen, indem mit der Düsenöffnung außerdem das auch als Kugelkopf bezeichnete, zumindest näherungsweise kugelförmig oder teilkugelförmig ausgebildete oder Kugelteilflächen aufweisende vordere Ende des Rotors, mit dem sich der Rotor am Lager abstützt, verkleinert wird. Es hat sich überraschenderweise heraus gestellt, dass durch diese Verkleinerung des Kugelkopfes die Reibungsverluste in einem Ausmaß reduziert werden können, das ausreicht, um trotz der relativ kleinen Düsenöffnung ausreichend hohe Drehzahlen des Rotors zu erzeugen. Eine Reduzierung der Größe der Treibbohrung ist nicht erforderlich, so dass keine Leistungsverluste auftreten.
Als besonders vorteilhaft hat sich eine Keramik-Keramik-Paarung für das Material des Kugelkopfes und das Material des Napflagers herausgestellt. Diese Ausgestaltung ist nicht nur vergleichsweise kostengünstig, sondern führt außerdem zu besonders niedrigen Reibwerten, wodurch die Reibungsverluste weiter reduziert werde können.
Versuche haben gezeigt, dass auch mit Düsenöffnungen, die einen Durchmesser von d ≤ 2,5 mm aufweisen, gute Arbeitsergebnisse erzielt werden können. Auch Düsenöffnungen mit einem Durchmesser von d ≤ 2,0 mm können verwendet werden, ohne dass störende Drehzahl- oder Leistungsverluste eintreten.
In Verbindung mit einem Durchmesser D für die Kugelköpfe, für den 1,8 d ≤ D ≤ 2,2 d gilt, wurden besonders gute Arbeitsergebnisse erzielt. Gute Ergebnisse wurden auch erzielt, wenn ungefähr D = 2 d gilt.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind auch in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie der Zeichnung angegeben.
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
1 beispielhaft eine Rotordüse zur Erläuterung der einzelnen Komponenten,
2 ein mögliches Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Ausstoßvorrichtung, und
3 und 4 verschiedene Ansichten eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Ausstoßvorrichtung.
1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Rotordüse, wie sie für die erfindungsgemäße Ausstoßvorrichtung zum Einsatz kommen kann.
In einem Düsengehäuse 11 ist eine Wirbelkammer 19 ausgebildet. In die Wirbelkammer 19 gelangt das Fluid über einen hier als Verstellorgan ausgebildeten Stopfen 41 und eine Treibbohrung 39, die derart ausgerichtet ist, dass eine Ring- oder Wirbelströmung entsteht, wodurch letztlich in der Wirbelkammer 19 ein so genanntes Drehfeld erzeugt wird, das den in der Wirbelkammer 19 angeordneten Rotor 23 in Rotation versetzt. Der auf diese Weise zu einer Rotationsbewegung um die Längsachse 21 angetriebene Rotor stützt sich mit einem vorderen Kugelkopf 27 an einem hier napfförmig ausgebildeten Lager 25 ab. Das Fluid gelangt aus der Wirbelkammer 19 in den Rotor 23 und tritt über eine Düsenöffnung 29 aus dem Rotor 23 aus, die im Kugelkopf 27 ausgebildet ist. Aufgrund des im Betrieb um die Längsachse 21 rotierenden Rotors 23 tritt das Fluid als Kegelstrahl über die Austrittsöffnung 17 der Rotordüse 11 aus. Hierzu ist das Lager 25 mit einer Öffnung 43 versehen.
Hinsichtlich der Größenverhältnisse des Kugelkopfes 27 und der im Kugelkopf 27 ausgebildeten Bohrung 29 ist die Rotordüse 11 in 1 nicht maßstabsgerecht dargestellt. 1 dient lediglich zur Erläuterung der wesentlichen Komponenten einer Rotordüse, wie sie für die erfindungsgemäße Ausstoßvorrichtung zum Einsatz kommen kann.
Wie im Einleitungsteil bereits erläutert, sind erfindungsgemäß sowohl der Durchmesser der Düsenöffnung 29 als auch der Durchmesser des Kugelkopfes 27, in welchem die Düsenöffnung 29 ausgebildet ist, relativ klein ausgeführt, wodurch ohne Drehzahl- und Leistungsverluste mit einem "nadelartigen" Feinstrahl gearbeitet werden kann.
In bevorzugten Ausführungsformen beträgt der Durchmesser d der Düsenöffnung 29 etwa 3 mm, 2,5 mm oder 2,0 mm, während für den Durchmesser D des Kugelkopfes 27 jeweils ungefähr D = 2 d gilt. Der Kugelkopf 27 und das Napflager 25 sind jeweils aus Keramik hergestellt, wodurch Reibungsverluste minimiert werden.
Bei der in 1 dargestellten Rotordüse dient der Stopfen 41 als Verstellorgan für eine Drehzahlregelung, auf die an dieser Stelle nicht näher eingegangen wird. Eine Besonderheit dieser Drehzahlregelung besteht darin, dass die Treibbohrung 39 nicht direkt in die Wirbelkammer 19 mündet. In alternativen Ausgestaltungen von Rotordüsen, die ebenfalls für die erfindungsgemäße Ausstoßvorrichtung zum Einsatz kommen können, kann vorgesehen sein, dass die Treibbohrung 39 radial oder tangential direkt in die Wirbelkammer 19 mündet.
Die erfindungsgemäße Ausstoßvorrichtung gemäß 2 umfasst eine Mehrzahl von Rotordüsen 11, die beispielsweise derart ausgebildet sind, wie es anhand von 1 erläutert wurde.
Die Rotordüsen 11 sind an eine gemeinsame Fluidzufuhrleitung 31 angeschlossen. Die Fluidzufuhrleitung 31 steht über ein hier pistolengriffartig ausgebildetes Bedienteil 45 mit einem Anschluss 47 in Verbindung, an den ein handelsübliches Hochdruckreinigungsgerät angeschlossen werden kann.
Die Fluidzufuhrleitung 31 geht in ein Y-förmiges Verzweigungsstück 53 über, das zwei Teilabschnitte 33 aufweist, die in einen quer liegenden Verteiler 35 münden, an dem die Rotordüsen 11 angeschlossen sind. Auf diese Weise wird das von der Fluidquelle, beispielsweise dem erwähnten Hochdruckreinigungsgerät, bereitgestellte Fluid auf eine relativ große Fläche verteilt, die mit feinen, "nadelartigen" Fluidstrahlen bearbeitet werden kann, welche von den Rotordüsen 11 jeweils als Kegelstrahl ausgestoßen werden.
Während die in 2 dargestellte Vorrichtung insbesondere für ein "Freihand"-Arbeiten beispielsweise zum Reinigen von Wänden oder Gegenständen dient, ist die in den 3 und 4 dargestellte Vorrichtung als Bodenreiniger ausgebildet. Eine Besonderheit besteht darin, dass bei dem Bodenreiniger gemäß 3 und 4 der gleiche Grundaufbau wie bei der Vorrichtung gemäß 2 verwendet wird. Die Y-förmige Verzweigung 53 mit den beiden Teilabschnitten 33 wird lediglich mit einem Gehäusevorsatz 37 gekoppelt, der in diesem Ausführungsbeispiel mit Laufrollen 49 versehen ist.
Die Halterung des Gehäuses 37 am Y-förmigen Verzweigungsstück 53 erfolgt über Kopplungsabschnitte 51. Der Verteiler 35 mit den angeschlossenen Rotordüsen 11 befindet sich innerhalb des Gehäuses 37. Die Rotordüsen 11 sind am Verteiler 35 verschwenkbar angebracht, so dass unterschiedliche Ausstoßrichtungen in Bezug auf die Längserstreckung der gemeinsamen Fluidzufuhrleitung 31 realisiert werden können. Während bei dem lanzenartigen "Freihand"-Gerät gemäß 2 die Rotordüsen 11 nach vorne und somit in eine Richtung parallel zu der hier als Lanze die nenden Fluidzufuhrleitung 31 weisen, sind in der Bodenreiniger-Variante gemäß 3 und 4 die im Gehäuse 37 befindlichen Rotordüsen 11 nach unten auf den Boden gerichtet.
Der Grundaufbau gemäß 2 kann erfindungsgemäß grundsätzlich mit beliebig gestalteten Auf- oder Vorsätzen gekoppelt werden, um verschiedene Anwendungen zu realisieren. Insofern stellt der Bodenreiniger gemäß 3 und 4 lediglich ein Anwendungsbeispiel dar.

11: Rotordüse
13: Düsengehäuse
15: Einströmöffnung
17: Austrittsöffnung
19: Wirbelkammer
21: Längsachse
23: Rotor
25: Lager
27: Kugelkopf
29: Düsenöffnung
31: Fluidzufuhrleitung
33: Teilabschnitt
35: Verteiler
37: Gehäuse
39: Treibbohrung
41: Stopfen
43: Öffnung des Lagers
45: Bedienteil
47: Anschluss
49: Laufrolle
51: Kopplungsabschnitt
53: Y-Verzweigung

Claims

Vorrichtung, insbesondere für Hochdruckreinigungsgeräte, zum Ausstoßen eines Fluids, insbesondere von Wasser, mit einer Mehrzahl von Rotordüsen (11), die jeweils ein Düsengehäuse (13) umfassen, das zwischen einer Einströmöffnung (15) für das Fluid und einer Austrittsöffnung (17) eine Wirbelkammer (19) aufweist, in der ein während des Betriebs zu einer Längsachse (21) geneigter Rotor (23) mit seinem vorderen Ende an einem insbesondere napfförmigen Lager (25) abgestützt und durch in die Wirbelkammer (19) einströmendes Fluid zu einer Rotationsbewegung um die Längsachse (21) antreibbar ist, wobei der Rotor (23) an seinem vorderen Ende zumindest näherungsweise kugelförmig oder teilkugelförmig ausgebildet ist oder Kugelteilflächen aufweist und mit dem auf diese Weise gebildeten Kugelkopf (27) an dem Lager (25) abgestützt ist, und wobei in dem Kugelkopf (27) eine Düsenöffnung (29) ausgebildet ist, über die aus der Wirbelkammer (19) in den Rotor (23) strömendes Fluid als Arbeitsstrahl austritt und die Rotordüse (11) über eine im Lager (25) ausgebildete Öffnung (43) verlässt, dadurch gekennzeichnet, dass alle Rotordüsen (11) an eine gemeinsame Fluidzufuhrleitung (31) angeschlossen sind, dass die Düsenöffnungen (29) in den Kugelköpfen (27) jeweils einen Durchmesser von d ≤ 3 mm aufweisen, und dass die Kugelköpfe (27) jeweils einen Durchmesser D aufweisen, für den gilt 1,5 d ≤ D ≤ 2,5 d.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass d ≤ 2,5 mm gilt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass d ≤ 2,0 mm gilt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 1,8 d ≤ D ≤ 2,2 d gilt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass näherungsweise D = 2 d gilt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kugelkopf (27) und das Lager (25) jeweils aus Keramik hergestellt sind.