DE102007006672A1

DE102007006672A1 - Vorrichtung zum Erzeugen eines beschleunigten Flüssigkeitsstrahles zum Bearbeiten von Material

Info

Publication number: DE102007006672A1
Application number: DE102007006672A
Authority: DE
Inventors: Thomas Piller
Original assignee: Individual
Current assignee: Piller Entgrattechnik GmbH
Priority date: 2007-02-10
Filing date: 2007-02-10
Publication date: 2008-08-21
Anticipated expiration: 2027-02-11
Also published as: EP1955774A3; EP1955774A2; DE102007006672B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen eines beschleunigten Flüssigkeitsstrahles zum Bearbeiten von Material, bei dem der Flüssigkeitsstrahl mit einer Anfangsgeschwindigkeit einer Kammer zuführbar und aus dieser in Teilmengen als Impulsstrahl abgebbar ist. Um mit einfachen Mitteln die Beschleunigung des Impulsstrahles zu erhöhen, sieht die Erfindung vor, dass um eine im Unfangsquerschnitt runde Kammer (20) ein hülsenförmiger Rotor (10) drehbar gelagert und mit einer Drehzahl (n) antreibbar ist, dass am Rotor (10) mindestens ein Leitelement (11) abstehend angebracht ist, das bei jeder Umdrehung des Rotors (10) über einen Durchbruch (22) der Kammer (20) mit dem Innenraum (21) der Kammer (20) in Verbindung bringbar ist und dabei eine Teilmenge der in die Kammer (20) vorzugsweise unter Druck eingebrachten Flüssigkeit aufnimmt und dass das Leitelement (11) die aufgenommene Teilmenge der Flüssigkeit durch Rotation und Zentrifugalkraft beschleunigt dem Ausgang des Leitelements (11) zuführt und als Impulsstrahl gezielt abgibt (Fig. 1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen eines beschleunigten Flüssigkeitsstrahles zum Bearbeiten von Material, bei dem der Flüssigkeitsstrahl mit einer Anfangsgeschwindigkeit einer Kammer zuführbar und in Teilmengen aus dieser abgebbar ist.
Wie die DE 34 33 745 C2 zeigt, kann ein Flüssigkeitsstrahl kleinerer Geschwindigkeit, der in einem Innenkanal strömt an dessen Ausgang durch einen mit höherer Geschwindigkeit ankommender Luftstrom beschleunigt werden, der in einem ringförmigen Kanal um den Innenkanal dem Ausgang desselben zugeführt wird. Diese Vorrichtung benötigt jedoch einen sehr hohen, teuren Geräteaufwand um den Luftstrom mit hoher Geschwindigkeit zu erzeugen.
Der Flüssigkeitsstrahl mit hoher Geschwindigkeit ist in vielen Einsatzfällen jedoch erforderlich, um eine hohe Reinigungs- und/oder Entgratungswirkung am behandelten Material oder Werkstück zu erreichen.
Wie die DE 35 32 045 C2 , DE 38 44 614 C2 und DE 39 25 284 C2 zeigen, kann die Reinigungswirkung durch so genannte Rotationsdüsen verbessert werden. Der Aufbau einer Rotationsdüse ist jedoch äußerst kompliziert und benötigt eine große Anzahl von Einzelteilen, deren Abdichtung untereinander schwierig ist. Diese Schwierigkeiten nehmen noch zu, wenn der abgegebene Flüssigkeitsstrahl zusätzlich als Impulsstrahl ausgebildet sein soll.
Es ist Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die auf einfache Art mit wenigen einfachen Teilen eine hohe Beschleunigung eines Flüssigkeitsstrahles gestattet und dabei an eine Vielzahl von Betriebsmöglichkeiten angepasst werden kann.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass um eine im Anfangsquerschnitt runde Kammer ein hülsenförmiger Rotor drehbar gelagert und mit einer Drehzahl antreibbar ist, dass am Rotor mindestens ein Leitelement abstehend angebracht ist, das bei jeder Umdrehung des Rotors über einen Durchbruch der Kammer mit dem Innenraum der Kammer in Verbindung bringbar ist und dabei eine Teilmenge der in die Kammer vorzugsweise unter Druck eingebrachten Flüssigkeit aufnimmt und dass das Leitelement die aufgenommene Teilmenge der Flüssigkeit durch Rotation und Zentrifugalkraft beschleunigt dem Ausgang des Leitelementes zuführt und als Impulsstrahl gezielt abgibt.
Bei dieser Ausgestaltung werden nur zwei einfache Bauteile-Kammer und Rotor – benötigt und mit der Anzahl der Leitelemente am Rotor, der Drehzahl des Rotors und der Durchbrüche der Kammer ergeben sich vielfache Betriebsmöglichkeiten.
Sind die Leitelemente als in Drehrichtung des Rotors gekrümmte Wurfschaufeln ausgebildet, dann wird die Beschleunigung des abgegebenen Impulsstrahles noch gesteigert.
Ist nach einer Ausgestaltung vorgesehen, dass an dem Rotor mehrere Leitelemente angebracht sind, die in einheitlicher Winkelteilung verteilt sind und dass die Kammer nur einen einzigen Durchbruch aufweist, dann kann ein einziger, gezielter Impulsstrahl hoher Geschwindigkeit erzeugt werden.
Ist dagegen vorgesehen, dass am Rotor ein einziges Leitelement angebracht ist, das bei einer Umdrehung des Rotors mehrere Durchbrüche der Kammer passiert, die in einheitlicher Winkelteilung über den Umfang der Kammer verteilt sind, dann lassen sich mehrere in bestimmten Winkelstellungen zueinander stehende Impulsstrahlen erzeugen.
Eine mehr oder minder großflächige Bestrahlung ergibt sich nach einer weiteren Ausgestaltung dadurch, dass am Rotor mehrere Leitelemente in einheitlicher Winkelteilung über dessen Umfang verteilt sind und dass die Kammer mehrere Durchbrüche aufweist, die in einheitlicher Winkelteilung über den Umfang der Kammer verteilt sind bzw. dadurch, dass die Leitelemente im Rotor und die Durchbrüche an der Kammer in gleicher oder unterschiedlicher Winkelteilung angeordnet bzw. eingebracht sind.
Die Leitelemente sind in einfacher Weise als gekrümmte Rohrabschnitte ausgebildet und im Innenquerschnitt an den Querschnitt der Durchbrüche der Kammer angepasst.
Eine weitere Anpassungsmöglichkeit ergibt sich durch die konstante oder die veränderbare Drehzahl des Rotors, wobei die Winkelstellung des oder der Impulsstrahlen veränderbar ist.
Auch die Verdrehung der Kammer in ihrer Grundeinstellung kann zur Veränderung der Richtung der abgegebenen Impulsstrahlen ausgenützt werden.
Der abgegebene Impulsstrahl oder die abgegebenen Impulsstrahlen können ihren Abgabewinkel um die Kammer fortlaufend ändern, wenn vorgesehen ist, dass die Kammer in Drehbewegungen versetzbar ist, wobei die Drehzahl kleiner ist als die Drehzahl des Rotors. Dabei kann die Drehrichtung der Kammer und des Rotors auch gleichgerichtet sein.
Ein leicht hin- und hergehender Impulsstrahl lässt sich dadurch erzeugen, dass die Kammer eine kleine Pendelbewegung über einen kleinen Winkelbereich ausführt. Dies gilt auch für die Vorrichtung wenn sie mehrere gerichtete Impulsstrahlen abgibt.
Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1 in perspektivischer Ansicht eine aus Kammer und Rotor mit zwei Leitelementen aufgebaute Vorrichtung,
2 die Vorrichtung nach 1 in Seitenansicht und
3 einen Querschnitt durch die Vorrichtung entlang der Linie III-III der 2.
Wie 1 zeigt, ist in einem hülsenförmigen Rotor 10 eine Kammer 20 zur Aufnahme der Bearbeitungs-Flüssigkeit, die der Kammer 20 über die Zuleitung 25 unter Druck zugeführt wird. Ein Teil der Kammer 20 ragt der Zuleitung 25 abgekehrt aus dem Rotor 10 und kann als Widerlager für denselben ausgebildet sein. Zudem kann über Gewindeaufnahmen 24 und 26 die Vorrichtung befestigt werden. Die Seite der Kammer 20 mit den Gewindeaufnahmen 24 und 26 kann auch für die Zuführung der Flüssigkeit verwendet werden. Dann dient das Teil 25 zur Befestigung der Vorrichtung.
Bei dem Ausführungsbeispiel ist der Rotor 10 um die Kammer 20 drehbar gelagert und kann in Drehbewegung versetzt werden, wobei die Drehrichtung durch die gekrümmten Leitelemente 11 und 12 vergeben ist. Diese Leitelemente 11 und 12 sind zur Erhöhung der Beschleunigung des abgegebenen Impulsstrahles in Drehrichtung vorauseilend gekrümmt und als Wurfelemente ausgelegt, die die aufgenommene Teilmenge an Flüssigkeit durch Rotation des Rotors und Zentrifugalkraft erhöhen.
Wie 2 zeigt hat im Ausführungsbeispiel die Kammer 20 nur einen Durchbruch 22. Passiert das Leitelement 11 und 12 diesen Durchbruch 22, dann gelangt ein Teil der Flüssigkeit aus der Kammer 20 in das als Rohrabschnitt ausgebildete Leitelement 11 bzw. 12 und wird dem Ausgang 13 bzw. 14 der Leitelemente 11 und 12 zugeführt. Da diese Leitelemente 11 und 12 am Rotor 10 gleich ausgebildet und um 180° versetzt sind, treten die Teile der Flüssigkeit an den Ausgängen 13 und 14 in derselben Winkelstellung des Rotors 10 auf das Leitelement 11 bzw. das Leitelement 12 auf, d. h. die Flüssigkeitsteile bilden einen gerichteten Impulsstrahl.
Wie der 3 zu entnehmen ist, sind die Leitelemente 11 und 12 in tangential gerichtete Bohrungen 15 und 16 des Rotors 10 eingesetzt und haben denselben Querschnitt wie der Durchbruch 22 der Kammer 20. Der Durchbruch ist ebenfalls tangential gerichtet (nicht radial), so dass beim Passieren der Leitelemente 11 bzw. 12 ein geradliniger Übergang erfolgt.
Mit der Drehzahl n des Rotors kann die Beschleunigung des Impulsstrahles und gleichzeitig der Abgang des Impulsstrahles bezogen auf den Kammerumfang verändert werden.
Die Vorrichtung kann so vereinfacht werden, dass der Rotor 10 nur ein geradliniges Leitelement aufweist. Die Beschleunigung des Impulsstrahles ist dann kleiner. Die Drehzahl n des Rotors 10 muss erhöht werden, um wieder gleiche Impulsstrahlgeschwindigkeit zu erhalten.
Weiterbildungen der Vorrichtung können bei einem Durchbruch 22 der Kammer 20 auch mehr als zwei Leitelemente 11, 12 des Rotors 10 versorgen, wenn diese Leitelemente in gleicher Winkelteilung über den Umfang des Rotors 10 verteilt sind.
Die Kammer 20 selbst kann nach einer weiteren Ausgestaltung mehr als zwei Durchbrüche 22 aufweisen, die dann in einheitlicher Winkelteilung über den Umfang der Kammer 20 verteilt sind. Damit lassen sich dann mehrere gezielte Impulsstrahlen erzeugen, die über den Umfang der Kammer 20 in einheitlicher Winkelteilung abgegeben werden.
Bei der in den 1 bis 3 gezeigten Vorrichtung kann der Abgang des Impulsstrahles an der Vorrichtung auch dadurch verändert werden, dass die Kammer 20 um einen Winkelbetrag verdreht wird. Eine fortlaufend umlaufende Veränderung des Impulsstrahles ergibt sich dadurch, dass die Kammer 20 ebenfalls eine Drehbewegung ausführt. Diese Drehbewegung kann in gleicher oder entgegen gesetzter Drehrichtung wie die Drehrichtung des Rotors 10 erfolgen. Dann bestimmt die Drehrichtung der Kammer 20 die Umlaufrichtung des gezielten Impulsstrahles um die Kammer 20. Ähnliches gilt selbstverständlich sinngemäß, wenn die Vorrichtung mehrere Leitelemente 11, 12 am Rotor 10 trägt und die Kammer 20 mehrere Durchbrüche 22 aufweist. Es muss nur jeweils auf eine einheitliche Winkelteilung der Leitelemente 11 und 12 an der Kammer 20 und eine einheitliche Winkelteilung der Durchbrüche 22 an der Kammer 20 geachtet werden. Die Durchbrüche 22 der Kammer 20 und die Leitelemente 11, 12 des Rotors 10 können dabei gleiche oder unterschiedliche Winkelteilung aufweisen.
Ein Impulsstrahl mit Pendelbewegung lässt sich dadurch realisieren, dass bei sich drehendem Rotor 10 die Kammer 20 eine hin- und hergehende Pendelbewegung ausführt, wobei die Pendelfrequenz wesentlich kleiner sein kann, wie die Impulsfrequenz des Impulsstrahles, die in erster Linie durch die Drehzahl des Rotors 10 bestimmt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 3433745 C2 [0002]
- DE 3532045 C2 [0004]
- DE 3844614 C2 [0004]
- DE 3925284 C2 [0004]

Claims

Vorrichtung zum Erzeugen eines beschleunigten Flüssigkeitsstrahles zum Bearbeiten von Material, bei der der Flüssigkeitsstrahl mit einer Anfangsgeschwindigkeit einer Kammer zuführbar und aus dieser in Teilmengen als Impulsstrahl abgebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass um eine im Umfangsquerschnitt runde Kammer (20) ein hülsenförmiger Rotor (10) drehbar gelagert und mit einer Drehzahl (n) antreibbar ist, dass am Rotor (10) mindestens ein Leitelement (11) abstehend angebracht ist, das bei jeder Umdrehung des Rotors (10) über einen Durchbruch (22) der Kammer (20) mit dem Innenraum (21) der Kammer (20) in Verbindung bringbar ist und dabei eine Teilmenge der in die Kammer (20) vorzugsweise unter Druck eingebrachten Flüssigkeit aufnimmt und dass das Leitelement (11) die aufgenommene Teilmenge der Flüssigkeit durch Rotation und Zentrifugalkraft beschleunigt dem Ausgang des Leitelements (11) zuführt und als Impulsstrahl gezielt abgibt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitelemente (11, 12) als in Drehrichtung des Rotors (10) voreilend gekrümmte Leitelemente (Wurfschaufeln) ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Rotor (10) mehrere Leitelemente (11, 12) angebracht sind, die in einheitlicher Winkelteilung verteilt sind und dass die Kammer (20) nur einen einzigen Durchbruch aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Rotor (10) ein einziges Leitelement (11) angebracht ist, das bei einer Umdrehung des Rotors (10) mehrere Durchbrüche (22) der Kammer (20) passiert, die in einheitlicher Winkelteilung über den Umfang der Kammer (20) verteilt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Rotor (20) mehrere Leitelemente (11, 12) in einheitlicher Winkelteilung über dessen Umfang verteilt sind und dass die Kammer (20) mehrere Durchbrüche (22) aufweist, die in einheitlicher Winkelteilung über den Umfang der Kammer (20) verteilt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitelemente (11, 12) am Rotor (10) und die Durchbrüche (22) in der Kammer (20) in gleicher Winkelteilung angeordnet bzw. eingebracht sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitelemente (11, 12) am Rotor (10) und die Durchbrüche (22) in der Kammer (20) in unterschiedlicher Winkelteilung angeordnet bzw. eingebracht sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitelemente (11, 12) des Rotors (10) als gekrümmte Rohrabschnitte ausgebildet sind, deren Innenquerschnitt an den Querschnitt der Durchbrüche (22) der Kammer (20) angepasst sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (10) mit konstanter Drehzahl (n) anteibbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl (n) des Rotors (10) veränderbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehstellung der Kammer (20) in der Ausgangsstellung veränderbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (20) in Drehbewegungen versetzbar ist, wobei die Drehzahl kleiner ist als die Drehzahl des Rotors (10).
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehrichtung der Kammer (20) der Drehrichtung des Rotors (10) entgegengesetzt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehrichtungen von Kammer (20) und Rotor (10) gleichgerichtet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (20) eine Pendelbewegung über einen kleinen Winkelbereich ausführt.