DE102007006672B4

DE102007006672B4 - Vorrichtung zum Erzeugen eines beschleunigten Flüssigkeitsstrahles zum Bearbeiten von Material

Info

Publication number: DE102007006672B4
Application number: DE102007006672.6A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Piller Entgrattechnik GmbH
Current assignee: Piller Entgrattechnik GmbH
Priority date: 2007-02-10
Filing date: 2007-02-10
Publication date: 2017-10-12
Anticipated expiration: 2027-02-11
Also published as: DE102007006672A1; EP1955774A2; EP1955774A3

Abstract

Vorrichtung zum Erzeugen eines beschleunigten Flüssigkeitsstrahles zum Bearbeiten von Material, bei der der Flüssigkeitsstrahl mit einer Anfangsgeschwindigkeit einer Kammer (20) zuführbar und aus dieser in Teilmengen als Impulsstrahl abgebbar ist, wobei ein hülsenförmiger Rotor (10) um eine im Umfangsquerschnitt runde Kammer (20) drehbar gelagert und mit einer Drehzahl antreibbar ist, wobei 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) unter Druck eingebrachten Flüssigkeit aufnimmt, und wobei das mindestens eine Leitelement (11) die aufgenommene Teilmenge der Flüssigkeit durch Rotation und Zentrifugalkraft beschleunigt dem Ausgang des Leitelements (11) zuführt und als Impulsstrahl gezielt abgibt, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Leitelement (11, 12) als nach außen abstehend in Drehrichtung des Rotors (10) voreilend gekrümmtes Leitelement ausgebildet ist und dass die Kammer (20) in Drehbewegungen versetzbar ist, wobei die Drehzahl kleiner ist als die Drehzahl des Rotors (10) ist und – entweder die Drehrichtung der Kammer (20) der Drehrichtung des Rotors (10) entgegengesetzt ist – oder die Drehrichtungen von Kammer (20) und Rotor (10) gleichgerichtet sind – oder die Kammer (20) eine Pendelbewegung über einen kleinen Winkelbereich ausführt.

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, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine Vorrichtung zum Erzeugen eines beschleunigten Flüssigkeitsstrahls dieser Art ist in der DE 39 02 135 C2 angegeben. Bei dieser bekannten Vorrichtung ist ein Düsenkopf mit einem um eine Achse drehbar gelagerten, antreibbaren Düsenträger versehen. Der Düsenkopf weist ein ortsfestes, zylinderförmiges Gehäuse auf, das mit einem Druckwasseranschluss versehen ist. In dem Gehäuse ist eine mit einem mittigen Kanal ausgerüstete Hohlwelle drehbar gelagert. Von dem Druckwasseranschluss erstreckt sich eine Hülse durch den mittigen Kanal der Hohlwelle bis zu einer Sackbohrung des Düsenträgers, der mit der Hohlwelle verbunden ist. Benachbart dem Stirnende ist in der Hülse eine Querbohrung vorgesehen, durch die bei der Rotation des Düsenträgers Druckwasser in die im Düsenträger angeordneten, zu Spritzdüsen führenden Kanäle eingeleitet wird. Die Mittelachse der Kanäle schneidet sich mit der Mittelachse der Querbohrung und der Mittelachse der Zuflussleitung. Die Hohlwelle und der Düsenträger sind miteinander verschweißt. Der Austritt der Spritzdüsen befindet sich gegenüber dem Druckwasseranschluss am hinteren Ende des Düsenkopfes.
Die DE 19 46 500 A zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reinigen der Innenflächen von Behältern aller Art. Hierbei erfolgt die Reinigung mittels eines Strahls eines Reinigungsmediums, der aus einer um ihre eigene und dazu orthogonale Rotationsachse umlaufenden Rotationsdüse austritt.
Eine weitere Vorrichtung zum Erzeugen von Flüssigkeitsstrahlen mit einer Rotationsdüse ist in der DE 22 09 998 A gezeigt, wobei die Vorrichtung als Sprühvorrichtung ausgebildet 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 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 mit den Merkmalen des A1 gelöst. 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 sowie deren Verdrehbarkeit ergeben sich vielfache Betriebsmöglichkeiten.
Die Ausbildung der Leitelemente als in Drehrichtung des Rotors gekrümmte Leitelemente bzw. Wurfschaufeln ergibt dabei eine gesteigerte Beschleunigung des abgegebenen Impulsstrahles. 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.
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.
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 vorgegeben 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.

Claims

Vorrichtung zum Erzeugen eines beschleunigten Flüssigkeitsstrahles zum Bearbeiten von Material, bei der der Flüssigkeitsstrahl mit einer Anfangsgeschwindigkeit einer Kammer (20) zuführbar und aus dieser in Teilmengen als Impulsstrahl abgebbar ist, wobei ein hülsenförmiger Rotor (10) um eine im Umfangsquerschnitt runde Kammer (20) drehbar gelagert und mit einer Drehzahl antreibbar ist, wobei 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) unter Druck eingebrachten Flüssigkeit aufnimmt, und wobei das mindestens eine Leitelement (11) die aufgenommene Teilmenge der Flüssigkeit durch Rotation und Zentrifugalkraft beschleunigt dem Ausgang des Leitelements (11) zuführt und als Impulsstrahl gezielt abgibt, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Leitelement (11, 12) als nach außen abstehend in Drehrichtung des Rotors (10) voreilend gekrümmtes Leitelement ausgebildet ist und dass die Kammer (20) in Drehbewegungen versetzbar ist, wobei die Drehzahl kleiner ist als die Drehzahl des Rotors (10) ist und – entweder die Drehrichtung der Kammer (20) der Drehrichtung des Rotors (10) entgegengesetzt ist – oder die Drehrichtungen von Kammer (20) und Rotor (10) gleichgerichtet sind – oder die Kammer (20) eine Pendelbewegung über einen kleinen Winkelbereich ausführt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 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, 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, 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 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitelemente (11, 12) am Rotor (10) und die Durchbrüche (22) in der Kammer (20) in gleicher Winkelteilung angeordnet und eingebracht sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitelemente (11, 12) am Rotor (10) und die Durchbrüche (22) in der Kammer (20) in unterschiedlicher Winkelteilung angeordnet und eingebracht sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 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 vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (10) mit konstanter Drehzahl antreibbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl des Rotors (10) veränderbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehstellung der Kammer (20) in der Ausgangsstellung veränderbar ist.