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Die
Erfindung betrifft eine Rotordüse,
insbesondere für
Hochdruckreinigungsgeräte,
mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Rotordüsen, die
mehrere Betriebsarten ermöglichen
und hierzu mit Schalteinrichtungen versehen sind, die dem Benutzer
ein Umschalten zwischen den verschiedenen Betriebsarten ermöglichen,
sind grundsätzlich
bekannt. Hierzu wird beispielsweise auf
DE 43 19 743 ,
DE 101 20 296 ,
DE 200 22 545 ,
DE 40 13 446 sowie
DE 197 09 120 verwiesen.
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Von
Nachteil bei den bekannten Mehrfunktionsdüsen sind der komplizierte Aufbau
und die damit einhergehende aufwendige Montage und Demontage.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Rotordüse der eingangs genannten Art
zu schaffen, die bei möglichst
einfachem Aufbau und damit kostengünstiger Herstellungsweise eine
zuverlässige
Umschaltung zwischen verschiedenen Betriebsarten ermöglicht und
sich gleichzeitig bei Montage und Demontage möglichst einfach handhaben lässt.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1.
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Erfindungsgemäß ist die
Schwerkraftschaltung in ein Anschlussverteilerorgan integriert,
das zu Montage- und Demontagezwecken direkt am Druckgehäuse anbringbar
bzw. vom Druckgehäuse
entfernbar ist und eine mit den Steuerkanälen kommunizierende Anschlussöffnung aufweist,
wobei das Anschlussverteilerorgan im montierten Zustand das hintere Ende
des Druckgehäuses
abdichtend verschließt
und mit seiner Anschlussöffnung
die Einströmöffnung des
Druckgehäuses
bildet.
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Das
erfindungsgemäße Anschlussverteilerorgan
wirkt somit direkt mit dem die Wirbelkammer für den Rotor enthaltenden Druckgehäuse zusammen
und vereinigt alle nötigen
Funktionen in einer einzigen integrierten Einheit, indem es die
Schaltfunktion bereitstellt, für
die Verteilung des einströmenden
Fluids auf die Steuerkanäle
sorgt und dadurch als Treiber zur Erzeugung eines Drehfeldes bzw.
einer Wirbelströmung
innerhalb der Wirbelkammer zur Rotation des Rotors wirken kann,
die Abdichtung der Wirbelkammer übernimmt
sowie eine Anschlussmöglichkeit
beispielsweise für
eine rohrförmige
Fluidzufuhrleitung bereitstellt. Herstellung sowie Montage und Demontage
der erfindungsgemäßen Rotordüse werden
hierdurch wesentlich vereinfacht. Des Weiteren ermöglicht das
erfindungsgemäße Konzept
eine besonders preisgünstige
Herstellung von mit Funktionsschaltungen versehenen Rotordüsen.
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Das
Anschlussverteilerorgan kann insbesondere derart ausgebildet sein,
dass es als eine Einheit handhabbar und als Ganzes direkt am Druckgehäuse anbringbar
bzw. vom Druckgehäuse
entfernbar ist.
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Abgesehen
von dem in der Wirbelkammer angeordneten Rotor und einem gegebenenfalls
als separates Bauteil vorgesehenen Lager für das vordere Rotorende umfasst
die erfindungsgemäße Rotordüse mit dem
Druckgehäuse
und dem Anschlussverteilerorgan lediglich zwei Bauteile, die im
bestimmungsgemäß zusammengesetzten
Zustand eine vollständig
funktionsfähige
Mehrfunktionsdüse
bilden, die lediglich noch an eine Fluidzufuhr, beispielsweise eine
so genannte Lanze eines Hochdruckreinigungsgerätes, angeschlossen zu werden
braucht.
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Ein
weiterer Vorteil ist, dass zur Änderung der
Funktionalität
der Düse
lediglich ein anderes Anschlussverteilerorgan mit dem Druckgehäuse gekoppelt
zu werden braucht, das ein anderes Schaltverhalten und/oder anders
ausgebildete Steuerkanäle aufweist,
um so beispielsweise mit anderen Strahlarten und/oder anderen Drehzahlen
bzw. Strahlwinkeln arbeiten zu können.
Der Benutzer braucht daher zur Erzielung einer hohen Vielfalt an
Arbeitsmöglichkeiten
nicht eine Vielzahl kompletter Rotordüsen vorrätig zu halten, sondern kann
mit einem einzigen Druckgehäuse
und einer Mehrzahl relativ preisgünstig herstellbarer Anschlussverteilerorgane
arbeiten.
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Die
Anzahl der Schaltelemente ist nicht auf ein einziges Schaltelement
beschränkt,
und es können
auch mehr als zwei Steuerkanäle
vorgesehen sein. Ferner ist es nicht zwingend, dass alle Steuerkanäle in die
Wirbelkammer münden.
Vielmehr ist es auch möglich,
zumindest über
einen Steuerkanal das Fluid außerhalb
der den Rotor enthaltenden Wirbelkammer zu nutzen.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen,
der Beschreibung sowie der Zeichnung angegeben.
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Vorzugsweise
ist das Anschlussverteilerorgan über
das hintere Ende des Druckgehäuses
montierbar und demontierbar. Das Anschlussverteilerorgan kann in
das hintere Ende des Druckgehäuses einsetzbar
und/oder auf das Druckgehäuse
aufsetzbar sein. Hierdurch ist insbesondere ein besonders einfaches
Einsetzen und Entnehmen des Anschlussverteilerorgans über das
hintere Ende des Druckgehäuses
möglich.
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Besonders
vorteilhaft ist die Ausbildung des Anschlussverteilerorgans als
ein Schraubteil, das mit dem Druckgehäuse verschraubt werden kann.
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Abgesehen
insbesondere von dem beweglichen Schaltelement kann das erfindungsgemäße Anschlussverteilerorgan
einstückig
ausgebildet sein, indem insbesondere ein direkt mit dem Druckgehäuse zusammenwirkender
Anschlussabschnitt und ein die Steuerkanäle umfassender Verteilerabschnitt
einstückig
miteinander ausgebildet sind.
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Alternativ
ist es möglich,
dass ein die Steuerkanäle
umfassender Verteilerabschnitt des Anschlussverteilerorgans als
separates Bauteil vorgesehen ist. Dieser separate Verteilerabschnitt
kann insbesondere aus Kunststoff hergestellt sein. Ferner kann vorgesehen
sein, dass der Verteilerabschnitt als ein Einsatzstück ausgebildet
ist, das in einen direkt mit dem Druckgehäuse zusammenwirkenden Anschlussabschnitt
des Anschlussverteilerorgans einsetzbar ist.
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Die
Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die
Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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1–4 verschiedene
Ausführungsformen
einer erfindungsgemäßen Rotordüse, und
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5 und 6 verschiedene
Ausführungsformen
erfindungsgemäßer Anschlussverteilerorgane mit
separaten Verteilereinsätzen.
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Die
in den 1 bis 4 dargestellten Rotordüsen unterscheiden
sich im Wesentlichen durch die Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Anschlussverteilerorgans 31,
wobei die 5 und 6 noch
weitere Varianten zeigen.
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Das
Anschlussverteilerorgan 31 wird in allen hier gezeigten
Varianten von hinten in das aus Metall hergestellte Druckgehäuse 11 der
Rotordüse
eingeschraubt. Hierzu sind das Druckgehäuse 11 und ein Anschlussabschnitt 35 des
Anschlussverteilerorgans 31 jeweils mit einem Gewindeabschnitt 43 bzw. 45 versehen.
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In
einer vom Druckgehäuse 11 begrenzten Wirbelkammer 17 ist
in an sich bekannter Weise ein Rotor 21 mit seinem vorderen,
von einem Düsenelement
gebildeten Ende an einem napfförmigen
Lager 23 abgestützt.
Da eine solche Anordnung einschließlich des grundsätzlichen
Funktionsprinzips einer Rotationsdüse grundsätzlich bekannt ist, wird hierauf nicht
näher eingegangen.
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In
den Beispielen der 1 und 2 ist das
erfindungsgemäße Anschlussverteilerorgan 31 insofern
einstückig
ausgebildet, als ein mit dem Druckgehäuse 11 verschraubter
Anschlussabschnitt 35 und ein nachstehend näher beschriebene
Steuerkanäle 27, 29 aufweisender
Verteilerabschnitt 37 miteinander einstückig ausgebildet sind. Zusätzlich umfasst
das Anschlussverteilerorgan 31 ein kugelförmiges Schaltelement 25 sowie
eine die Kugel 25 vor dem Herausfallen sichernde Steuerscheibe 41 mit angeformten
Führungsvorsprüngen 42 für die Kugel 25 (siehe
kleine Darstellung oben links in 1).
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Eingangsseitig
ist das Anschlussverteilerorgan 31 mit einer den kleinsten
Innendurchmesser definierenden Kernlochbohrung 51 versehen,
wodurch ein Eingangsraum vorhanden ist, in den die Schaltkugel 25 eingebracht
werden kann. Das Sicherungselement 41 kann dann anschließend eingebracht
und durch geeignete Mittel fixiert werden, beispielsweise durch
Reibschluss, Verrasten oder Verschrauben.
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Zum
eine Anschlussöffnung 33 definierenden
hinteren Ende des Anschlussverteilerorgans 31 hin ist ein
weiterer Gewindeabschnitt 53 vorgesehen, über den
das Anschlussverteilerorgan 31 und damit die Rotordüse insgesamt
mit einer Fluidzufuhrleitung verschraubt werden kann.
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An
den Bereich mit dem Durchmesser der Kernlochbohrung 51 schließt sich
nach vorne ein Ringkanal 47 mit größerem Durchmesser an, von dem
eine in die Wirbelkammer 17 mündende Treibbohrung 39 ausgeht.
Bei entsprechend anderer Dimensionierung kann auf einen derartigen
Ringkanal 47 auch verzichtet werden und sich die Kernlochbohrung 51 bis
zum Boden erstrecken, wie es beispielsweise in 2 vorgesehen
ist, wobei aber abweichend von dem Ausführungsbeispiel der 2 die Treibbohrung 39 entsprechend
dem Ausführungsbeispiel
der 1 weiterhin von der Innenwand der Kernlochbohrung 51 ausgehen
kann.
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Über die
Treibbohrung 39 gelangt das einströmende Fluid mit einer radialen
oder tangentialen Komponente in die Wirbelkammer 17, um
auf diese Weise eine Ringströmung
zu erzeugen, die auch als Drehfeld oder Wirbelströmung bezeichnet
wird, und hierdurch den Rotor 21 in an sich bekannter Weise
in Rotation zu versetzen.
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Im
Boden der Kernlochbohrung 51 sind zwei kurze Sacklöcher ausgebildet,
die jeweils als Dichtsitz 49 für die Schaltkugel 25 dienen.
Die Dichtsitze 49 liegen innerhalb des Durchmessers der
Kernlochbohrung 51, so dass sie auf einfache Weise über die Sacklochbohrung 51 hergestellt
werden können. Ebenso
können
einfach durch die Sacklochbohrung 51 hindurch die bereits
erwähnten
Steuerkanäle 27, 29 gebohrt
werden, die von den Dichtsitzen 49 ausgehen. Das Einbringen
der Schaltkugel 25 sowie eines Sicherungselementes 41,
das die Schaltkugel 25 gegen Herausfallen sichert, erfolgt
ebenfalls von hinten über
die Kernlochbohrung 51.
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Die
Form der bereits erwähnten
Vorsprünge 42 ist
der kleinen Darstellung oben links in 1 zu entnehmen,
die eine Draufsicht auf das Sicherungselement 41 von der
Vorderseite zeigt. Die beiden Vorsprünge 42 definieren
mit ihren einander zugewandten ebenen Seitenflächen einen Führungskanal
für die
Schaltkugel 25, entlang welchem diese sich während des
Umschaltens von einem Dichtsitz 49 zum anderen bewegen
kann.
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Während es
sich bei dem engen Steuerkanal 27 um eine axiale Bohrung
handelt, über
welche das Fluid ausschließlich
in axialer Richtung in die Wirbelkammer 17 einströmen und
somit keine Rotationsbewegung des Rotors 21 bewirken kann,
gibt es für
die Funktionalität
des weiten Steuerkanals 29 verschiedene Möglichkeiten.
Der Steuerkanal 29 kann zusätzlich zu der Treibbohrung 39 mit
einer radialen oder tangentialen Komponente in die Wirbelkammer 17 münden. Alternativ
kann sich der weite Steuerkanal 29 – abweichend von der Darstellung
in 1 – entsprechend
dem engen Steuerkanal 27 weiter in axialer Richtung erstrecken
und ebenfalls axial in die Wirbelkammer 27 münden, so
dass über
keinen der beiden Steuerkanäle 27, 29 ein
Drehfeld in der Wirbelkammer 17 erzeugt und folglich keine
Mitnahme des Rotors 21 bewirkt werden kann.
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In
dem Ausführungsbeispiel
der 2 dagegen geht die Treibbohrung 39 von
dem weiten Steuerkanal 29 aus, woraus unterschiedliche
Funktionalitäten
resultieren:
Im Ausführungsbeispiel
der 1 findet stets ein Rotationsbetrieb statt, da
die Treibbohrung 39 in jeder Schaltstellung offen ist.
Bei den Steuerkanälen 27 und 29 handelt
es sich folglich jeweils um einen Bypass. Je nach Stellung der Schaltkugel 25 wird
entweder der enge Steuerkanal 27 oder der weite Steuerkanal 29 mittels
der auf dem entsprechenden Dicht sitz 49 sitzenden Schaltkugel 25 gegenüber der Anschlussöffnung 33 abdichtend
verschlossen. Außer über die
Treibbohrung 39 strömt
das Fluid folglich entweder über
den weiten Steuerkanal 29 oder über den engen Steuerkanal 27 in
axialer Richtung in die Wirbelkammer 17, womit zusätzlich zur
Treibströmung über die
Treibbohrung 39 entweder eine schwächere (Steuerkanal 27)
oder stärkere
(Steuerkanal 29) Bypass-Strömung erzeugt
wird, welche im Ergebnis die Drehzahl des Rotors 21 mehr
(Steuerkanal 29) oder weniger (Steuerkanal 27)
reduziert.
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In
dem Ausführungsbeispiel
der 2 dagegen erfolgt entweder ein Rotationsbetrieb
oder ein Betrieb mit stehendem Rotor, z.B. ein reiner Punktstrahl
oder Niederdruck- bzw. Schwallbetrieb, wobei die Beschaffenheit
des in dieser Nicht-Rotationsbetriebsart austretenden Fluidstrahls
von der weiteren Ausgestaltung der Rotordüse und insbesondere des Rotors 21,
der Wirbelkammer 17 und/oder der die Wirbelkammer 17 begrenzenden
Flächen
abhängig ist.
So sind beispielsweise Varianten denkbar, bei denen der Rotor 21 mit
einem Federelement versehen ist, das bei Abwesenheit einer Drehströmung innerhalb
der Wirbelkammer 17 den Rotor 21 in eine Mittelstellung
drängt,
in welcher die Mittelachse des Rotors 21 mit der Längsachse 19 der
Wirbelkammer 17 bzw. des Druckgehäuses 11 zusammenfällt. In
diesem Fall würde
ein reiner Punktstrahlbetrieb erfolgen.
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Das
Umschalten zwischen den beiden Betriebsarten erfolgt jeweils durch
Verdrehen der Rotordüse
um 180° im
drucklosen Zustand. Während
des Betriebs wird die Schaltkugel 25 im jeweiligen Dichtsitz 49 durch
das strömende
Fluid beaufschlagt und so in Position gehalten.
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Im
Ausführungsbeispiel
der 3 ist das erfindungsgemäße Anschlussverteilerorgan 31 insofern
zweiteilig ausgebildet, als der hier aus Metall hergestellte Anschlussabschnitt 35,
der mit dem Druckgehäuse 11 ver schraubt
ist, und der hier aus Kunststoff bestehende Verteilerabschnitt 37 in
Form von separaten Bauteilen vorgesehen sind.
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Der
Verteilerabschnitt 37 enthält zwei Steuerkanäle 27, 29 und
die entsprechenden Dichtsitze 49, die wiederum als kurze
Sacklochbohrungen ausgebildet sind. Der Schaltraum für die Schaltkugel 25 wird
vorne von dem Verteilerabschnitt 37, in Umfangsrichtung
sowohl vom Verteilerabschnitt 37 als auch vom Anschlussabschnitt 35 und
hinten von dem im Anschlussabschnitt 37 angeordneten Sicherungselement 41 begrenzt.
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Die
Abdichtung der Wirbelkammer 17 gegenüber der die Eintrittsöffnung des
Druckgehäuses 11 bildenden
Anschlussöffnung 33 des
Anschlussverteilerorgans 31 erfolgt im Ausführungsbeispiel
der 3 durch den Verteilerabschnitt 37, der
hierzu mit einem in einer Umfangsnut angeordneten Dichtring versehen
ist. Im montierten Zustand ist der Verteilerabschnitt 37 durch
den eingeschraubten Anschlussabschnitt 35 axial beaufschlagt,
wobei sich der Verteilerabschnitt 37 an einer radial nach
innen vorstehenden Schulter 55 des Druckgehäuses 11 abstützt. Das
Anschlussverteilerorgan 31 ragt somit – anders als in den Varianten
der 1, 2 und 4 – nicht
in die eigentliche Wirbelkammer 17 hinein.
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Je
nach Stellung der Schaltkugel 25 erfolgt auch bei dem Ausführungsbeispiel
der 3 entweder ein Rotationsbetrieb über den
Steuerkanal 29, wenn – wie
in 3 gezeigt – der
axiale Steuerkanal 27 verschlossen ist, oder über den
axialen Steuerkanal 27 ein Nicht-Rotationsbetrieb.
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Im
Ausführungsbeispiel
der 4 ist das erfindungsgemäße Anschlussverteilerorgan 31 wiederum
zweiteilig ausgebildet. Der mit den Steuerkanälen 27, 29 versehene
Verteilerabschnitt 37 ist jedoch in Form eines zentralen
Einsatzstücks
vorgesehen, das von hinten über
die Kernloch bohrung 51 in den insofern hohlzylindrischen
Anschlussabschnitt 35 eingesteckt wird und sich mit einem
hinteren umlaufenden Ringvorsprung an einer nach innen vorstehenden Schulter 57 des
Anschlussabschnitts 35 abstützt, wodurch die axiale Relativposition
von Anschlussabschnitt 35 und Verteilerabschnitt 37 festgelegt
ist.
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In
dem Verteilereinsatz 37 sind zusätzlich zu den beiden Steuerkanälen 27, 29 die
entsprechenden Dichtsitze 49 ausgebildet, die wiederum
in Form kurzer Sacklochbohrungen vorgesehen sind.
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Ein
Steuerkanal 27 verläuft
in axialer Richtung durch den Verteilereinsatz 37 hindurch,
während
der andere Steuerkanal 29 radial nach außen mündet und
im zusammengesetzten Zustand mit einem Ringkanal 59 an
der Innenwand des Anschlussabschnitts 35 kommuniziert,
von dem die in die Wirbelkammer 17 mündende Treibbohrung 39 ausgeht.
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Auch
in diesem Ausführungsbeispiel
ist folglich je nach Stellung der Schaltkugel 25 ein Rotationsbetrieb über den
Steuerkanal 29 oder ein Nicht-Rotationsbetrieb über den
axialen Steuerkanal 27 möglich. Eine Besonderheit dieses
Ausführungsbeispiels
besteht darin, dass der Treib-Strömungspfad
für den
Rotationsbetrieb sowohl von dem Verteilereinsatz 37, nämlich von
dessen Strömungskanal 29,
als auch von dem axial vorderen, in die Wirbelkammer 17 hineinragenden
Bereich des Anschlussabschnitts 35, nämlich dem Ringkanal 59 und
der Treibbohrung 39, gebildet wird.
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Alternativ
ist es auch möglich,
die Strömungspfade
vollständig
im Verteilereinsatz vorzusehen, d.h. das Fluid ausschließlich über den
Verteilereinsatz in die Wirbelkammer 17 zu führen. Ein
solches Beispiel zeigen die 6a und 6b,
worauf nachstehend näher
eingegangen wird.
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Die 5 und 6 zeigen
weitere Ausführungsbeispiele
eines erfindungsgemäßen Anschlussverteilerorgans 31 mit
einem als separates Einsatzstück
ausgebildeten Verteilerabschnitt 37 aus Kunststoff entsprechend
der Ausführungsform
von 4, wobei die 5b und 6b jeweils
verschiedene Ansichten des Verteilereinsatzes 37 zusammen
mit den kugelförmigen
Schaltelementen 25 ohne Anschlussabschnitt 35 zeigen.
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Beide
Varianten stimmen insofern überein, als
die Sicherungsscheibe 41 und die Vorsprünge 42 ein integraler
Bestandteil des Verteilereinsatzes 37 sind und insbesondere
einstückig
miteinander ausgebildet sein können.
In den hierdurch gebildeten Käfig
kann die Schaltkugel 25 seitlich eingebracht werden, bevor
der Verteilereinsatz 37 von hinten in den hohlzylindrischen
Anschlussabschnitt 35 eingeführt wird. Ein seitliches Herausfallen
der Schaltkugel 25 ist im zusammengesetzten Zustand nicht
mehr möglich,
und die Sicherungsscheibe 41 verhindert ein Herausfallen
der Schaltkugel 25 nach hinten.
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Alternativ
ist es grundsätzlich
möglich,
auch in den Varianten der 5 und 6 die Sicherungsscheibe 41 als
ein separates Bauteil vorzusehen, das nach dem Einbringen der Schaltkugel 25 am
hinteren Ende des Verteilereinsatzes 37 durch geeignete
Mittel fixiert wird, beispielsweise durch Verrasten oder Verschrauben.
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Bei
der Variante gemäß 5 ist die Treibbohrung 39 im
Anschlussabschnitt 35 ausgebildet, und zwar derart, dass
auch bei mittels der Schaltkugel 25 verschlossenem weiten
Steuerkanal 29 das einströmende Fluid über die
Treibbohrung 39 in die Wirbelkammer 17 der Rotordüse gelangen
kann. In jeder der beiden Schaltstellungen der Schaltkugel 25 erfolgt
somit ein Rotationsbetrieb, wobei sich die beiden Betriebsarten
durch unter schiedliche Drehzahlen voneinander unterscheiden, die
durch die unterschiedlichen Durchmesser der beiden Steuerkanäle 27, 29 bedingt
sind. Insofern entspricht das Ausführungsbeispiel der 5 dem zuvor erläuterten Ausführungsbeispiel
der 1.
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Im
Ausführungsbeispiel
der 6 dagegen geht die Treibbohrung 39 entsprechend
dem Ausführungsbeispiel
der 2 von dem einen Steuerkanal 29 aus, so
dass, wenn dieser Steuerkanal 29 mittels der Schaltkugel 25 verschlossen
ist, das Fluid ausschließlich
in axialer Richtung über
den axialen Steuerkanal 27 in die Wirbelkammer 17 gelangen
kann und somit in dieser Stellung kein Rotationsbetrieb erfolgt.
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- 11
- Druckgehäuse
- 15
- vordere
Austrittsöffnung
- 17
- Wirbelkammer
- 19
- Längsachse
- 21
- Rotor
- 23
- Lager
- 25
- Schaltelement
- 27
- Steuerkanal
- 29
- Steuerkanal
- 31
- Anschlussverteilerorgan
- 33
- Anschlussöffnung
- 35
- Anschlussabschnitt
- 37
- Verteilerabschnitt
- 39
- Treibbohrung
- 41
- Sicherungsscheibe
- 42
- Vorsprung
- 43
- Gewinde
des Druckgehäuses
- 45
- Gewinde
des Anschlussverteilerorgans
- 47
- Ringkanal
- 49
- Dichtsitz
- 51
- Kernlochbohrung
- 53
- Gewindeabschnitt
- 55
- Schulter
- 57
- Schulter
- 59
- Ringkanal