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Die Erfindung betrifft eine Düse zum Versprühen von Fluiden mit einem fluidführenden Düsenkörper mit einem Mundstück mit einer Austrittsöffnung, wobei der Düsenkörper wenigstens abschnittsweise aus Hartmetall besteht.
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Aus der europäischen Offenlegungsschrift
EP 199 24 14 A1 ist eine Düse zum Versprühen von Fluiden mit einem fluidführenden Düsenkörper mit einem Mundstück mit einer Austrittsöffnung bekannt, bei der das Mundstück aus Hartmetall besteht. Die dort beschriebene Düse wird als Entzunderungsdüse eingesetzt und ist für Fluiddrücke von mehreren 100 bar und bis zu mehr als 600 bar ausgelegt. Versprüht wird beim Entzundern von Stahlerzeugnissen Wasser.
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Aus der britischen Patentschrift
GB 563 796 ist eine Sandstrahldüse bekannt, bei der ein Düsenkörper aus Stahl mit Eisen-, Kobalt- oder Nickelkarbiden beschichtet ist. Aus dieser Patentschrift ist es ebenfalls bekannt, Sandstrahldüsen mit einem Hartmetalleinsatz aus Wolframcarbid zu versehen.
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Aus der deutschen Übersetzung
DE 603 19 273 T2 der europäischen Patentschrift
EP 157 57 19 B1 ist eine Entzunderungsdüse mit einem Mundstück aus Hartmetall bekannt.
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Aus der deutschen Patentschrift
DE 10 2004 058 838 B4 ist eine Düse mit einem Düsenkörper aus nitrocarburiertem Edelstahl bekannt.
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Aus der internationalen Offenlegungsschrift
WO 00/12770 ist eine Hochdruckdüse mit einem Düsenkörper aus einer speziellen Kobaltlegierung bekannt.
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Mit der Erfindung sollen Düsen zum Versprühen von Fluiden verbessert werden.
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Erfindungsgemäß ist hierzu eine Düse zum Versprühen von Fluiden mit einem fluidführenden Düsenkörper mit einem Mundstück mit einer Austrittsöffnung vorgesehen, wobei der Düsenkörper wenigstens abschnittsweise aus Hartmetall besteht, bei der die aus Hartmetall bestehenden Abschnitte des Düsenkörpers wenigstens an den mit zu versprühendem Fluid in Kontakt kommenden Oberflächen mit einer den Verschleiß mindernden und/oder die chemische Beständigkeit erhöhenden Beschichtung versehen sind.
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Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass selbst die hervorragenden Materialeigenschaften von Hartmetall in Bezug auf die Verschleißfestigkeit und/oder die chemische Beständigkeit durch eine Beschichtung noch wesentlich verbessert werden können. Darüber hinaus hat eine Beschichtung des Hartmetalls, auch wenn sie primär zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit und/oder der chemischen Beständigkeit aufgebracht wird, auch positive Eigenschaften in Bezug auf die Materialstruktur des Hartmetalls. Speziell können durch die Beschichtung Mikrorisse im Hartmetall geschlossen werden, so dass sich auch die Festigkeit des Hartmetalls selbst durch die Beschichtung erhöht und allgemein dessen Widerstandsfähigkeit verbessert wird.
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In Weiterbildung der Erfindung besteht die Beschichtung aus Titannitrid, Aluminiumoxid und/oder Titancarbid.
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Eine Beschichtung mit solchen Materialien hat sich speziell bei den fluidführenden Teilen eines Düsenkörpers als sehr vorteilhaft erwiesen.
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In Weiterbildung der Erfindung ist das Hartmetall Wolframcarbid mit Nickelbinder oder Kobaltbinder.
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Insbesondere in Verbindung mit einer Beschichtung aus Titannitrid, Aluminiumoxid und/oder Titancarbid wurden mit dem Hartmetall Wolframcarbid mit Nickelbinder oder Kobaltbinder sehr gute Ergebnisse bei fluidführenden Düsen erzielt.
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In Weiterbildung der Erfindung ist die Beschichtung mittels Plasmastrahl aufgebracht.
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Die Aufbringung der Beschichtung mittels Plasmastrahl ergibt bei dünnen Schichtstärken eine gleichmäßige Beschichtung.
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In Weiterbildung der Erfindung hat die Beschichtung eine Dicke von 2 μm bis 6 μm, vorzugsweise 3 μm bis 5 μm.
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Überraschenderweise verbessert auch eine Beschichtung mit einer sehr geringen Dicke im Bereich weniger Mikrometer sowohl die Verschleißfestigkeit als auch die chemische Beständigkeit erheblich. Durch die sehr dünne Beschichtung wird die Maßhaltigkeit der beschichteten Teile nicht wesentlich beeinflusst.
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In Weiterbildung der Erfindung ist die Düse als Entzunderungsdüse zum Versprühen von Fluid unter Drücken von mehreren 100 bar ausgebildet.
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Gerade bei Entzunderungsdüsen wird üblicherweise Wasser unter sehr hohen Drücken von 100 bar bis über 600 bar versprüht. Selbst Hartmetalldüsen verschleißen bei solchen Bedingungen und müssen daher von Zeit zu Zeit ausgetauscht werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn das Wasser kleinste Verunreinigungen, beispielsweise in Form von Festkörpern, enthält. Die erfindungsgemäßen Düsen können die Standzeit von Entzunderungsdüsen deutlich verlängern.
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In Weiterbildung der Erfindung weist die Düse ein Hartmetallmundstück mit einer Austrittsöffnung auf.
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Im Bereich eines Mundstücks mit der Austrittsöffnung tritt bei Düsen zum Versprühen von Fluiden in der Regel der größte Verschleiß auf. Aus diesem Grund werden hier Hartmetallmundstücke verwendet. Wird ein solches Hartmetallmundstück erfindungsgemäß zusätzlich noch mit einer den Verschleiß mindernden Beschichtung versehen, kann die Standzeit von solchen Hartmetallmundstücken deutlich verlängert werden.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine Ansicht eines Hartmetallmundstücks einer erfindungsgemäßen Düse von schräg vorne,
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2 das Hartmetallmundstück der 1 von schräg hinten,
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3 eine Vorderansicht des Hartmetallmundstücks der 1,
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4 eine Hinteransicht des Hartmetallmundstücks der 1,
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5 eine Schnittansicht auf die Schnittebene V-V in 3,
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5a eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit 5a in 5,
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6 eine Ansicht auf die Schnittebene VI-VI in 3,
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7 eine aufgeschnittene Darstellung einer erfindungsgemäßen Düse von schräg hinten und
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8 eine Ansicht auf einen Längsschnitt der Düse der 7.
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Die in den 7 und 8 dargestellte erfindungsgemäße Hochdruckdüse 10 weist ein Mundstück 12 auf, das in einem Düsengehäuse 14 angeordnet ist. Aus dem Mundstück 12 tritt ein Flachstrahl 16 aus, der lediglich in der 8 schematisch angedeutet ist. Mit dem Düsengehäuse 14 verbunden und stromaufwärts des Mundstücks 12 angeordnet ist ein kombiniertes Filter- und Strahlrichterbauteil 18. Das Filter- und Strahlrichterbauteil 18 stellt einen Strömungskanal zur Verfügung, der am Eintritt in das Mundstück 12 endet. Zu versprühende Flüssigkeit tritt durch einen Filterbereich 20 in den Strömungskanal ein, wird durch einen Strahlrichter 22 ausgerichtet und gelangt dann bis zum Mundstück 12.
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Das Düsengehäuse 14 mit dem Mundstück 12 und dem kombinierten Filter- und Strahlrichterbauteil 18 ist in einen flüssigkeitsführenden rohrförmigen Anschweißnippel 24 eingesteckt und am Ende dieses rohrförmigen Anschweißnippels 24 mittels einer Überwurfmutter 26 befestigt. Der rohrförmige Anschweißnippel 24 ist an seinem, dem Mundstück 12 gegenüberliegenden Ende mit einem nicht dargestellten Düsenbalken verbunden, in den der Filter 20 vorragt. Zu versprühende Flüssigkeit wird über den stromaufwärts gelegenen und in 7 und 8 nicht dargestellten Düsenbalken dem rohrförmigen Anschweißnippel 24 zugeführt und gelangt auch in einen Ringraum zwischen dem Filter- und Strahlrichterbauteil 18 und einer Innenwand des rohrförmigen Anschweißnippels 24. Wie bereits erörtert wurde, tritt die Flüssigkeit durch den Filter 20 in das Filter- und Strahlrichterbauteil 18 ein, um dann letztendlich aus der Austrittsöffnung des Mundstücks 12 wieder in die Umgebung auszutreten.
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Anhand der perspektivischen Darstellung des Mundstücks 12 in der 1 ist zu erkennen, dass eine Austrittsöffnung des Mundstücks 12 eine gekrümmte Fläche aufspannt, speziell eine gekrümmte Ellipse. Es ist dabei festzustellen, dass die Berandung 38 der Austrittsöffnung 30 zwei unterschiedliche gekrümmte Flächen aufspannen kann, nämlich einmal ein in Ausströmrichtung gesehen nach außen gekrümmte Ellipse und eine ebenfalls in Ausströmrichtung gesehen nach innen gekrümmte Ellipse.
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Die Austrittsöffnung 30 ist von einer Stirnfläche 32 umgeben, die in der Darstellung der 1 durch gestrichelte Linien in vier Sektoren 32a, 32b, 32c und 32d unterteilt ist. In allen Sektoren 32a, 32b, 32c und 32d stößt die Fläche 32 dabei senkrecht zu einer Mittellängsachse 34 auf die Berandung 38 der Austrittsöffnung 30. Zwei gegenüberliegende Sektoren 32a, 32c sind in Ausströmrichtung gesehen daher konvex ausgebildet, die beiden anderen einander gegenüberliegenden Sektoren 32b und 32d sind dahingehend konkav ausgebildet. Die Sektoren 32a, 32b, 32c und 32d gehen an ihrem, von der Austrittsöffnung 30 abgewandten Ende in eine wellenförmig umlaufende Begrenzungskante über, an die sich abschnittsweise eine zylindrische und parallel zur Ausströmrichtung erstreckende Wand anschließt.
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Der Darstellung der 2 ist die Gestaltung einer Austrittskammer 35 stromaufwärts der Austrittsöffnung 30 zu entnehmen. Die Austrittskammer 35 weist die Form eines sich in Ausströmrichtung verjüngenden Kreiskegels auf. Durch die Verschneidung dieses Kreiskegels mit einer gekrümmten Ellipse ergibt sich die Form der Berandung 38 der Austrittsöffnung 30. Wenigstens auf der in 2 sichtbaren inneren Begrenzung bzw. auf den inneren Oberflächen der Austrittskammer 35 weist das aus Hartmetall bestehende Mundstück 12 eine den Verschleiß mindernde und/oder die chemische Beständigkeit erhöhende Beschichtung auf, die in der Darstellung der 2 allerdings nicht zu erkennen ist.
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In der Vorderansicht der 3, also entgegen der Ausströmrichtung, ist die elliptische Form der Austrittsöffnung 30 gut zu erkennen.
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Eine Nase 36 an einer Außenwand des Mundstücks 12 ist dafür vorgesehen, in eine passende Ausnehmung in einem Düsengehäuse einzugreifen und dadurch beim Einsetzen des Mundstücks 12 in ein Düsengehäuse eine korrekte Drehposition des Mundstücks 12 sicherzustellen.
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Die Ansicht der 4 von hinten zeigt ebenfalls die elliptische Form der Austrittsöffnung 30 und lässt darüber hinaus die kreiskegelige Form der Austrittskammer 35 erkennen.
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Die Schnittansicht der 5 zeigt einen Schnitt parallel zur kürzeren Halbachse der elliptischen Austrittsöffnung 30, wie 3 zu entnehmen ist. Es ist in 5 zu erkennen, dass die, die Austrittsöffnung 30 umgebende Fläche 32 in einem Winkel von 90° zur Mittellängsachse 34 auf die Berandung 38 der Austrittsöffnung 30 stößt. Der Schnittansicht der 5 ist dies für zwei gegenüberliegende Punkte der Berandung 38 zu entnehmen, für zwei weitere gegenüberliegende Punkte ist dies der Schnittansicht der 6 zu entnehmen, die die Ansicht auf eine Schnittebene parallel zur größeren Halbachse der elliptischen Austrittsöffnung 30 zeigt, wie 3 zu entnehmen ist. Auch in dieser Schnittebene läuft die, die Austrittsöffnung 30 umgebende Fläche 32 senkrecht zur Mittellängsachse 34 auf die Austrittsöffnung 30 zu und stößt in einem Winkel von 90° zur Mittellängsachse 34 auf die Berandung 38 der Austrittsöffnung 30. Dies ist für beliebige Schnittebenen der Fall. Die wasserführenden Bauteile der Düse enden somit an der Abrisskante, die durch die Berandung 38 der Austrittsöffnung 30 und die sich an die Berandung 38 anschließende Fläche 32 ergibt.
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In den Darstellungen der 5 und 6 ist die auf der nach innen gerichteten Oberfläche der Austrittskammer 35 aufgebrachte Beschichtung 40 zu erkennen. Die Beschichtung 40 bedeckt somit alle flüssigkeitsführenden Oberflächen des Mundstücks 12.
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Die Darstellung der 5a zeigt die Einzelheit 5a der 5 vergrößert. Es ist zu erkennen, dass die Berandung 38 der Austrittsöffnung 30 mittels einer Fase gebildet ist. Die Fase ist schräg zur Mittellängsachse 34 so angeordnet, dass sich der von der Mittellängsachse 34 und der Fase eingeschlossene Winkel in Ausströmrichtung öffnet. Die Fase weist dabei eine sehr geringe Höhe h von beispielsweise 0,1 mm bis maximal 0,2 mm auf. Die Fase wird vor allem aus produktionstechnischen Gründen vorgesehen, um eine gerade bei einer Herstellung des Mundstücks 12 aus Hartmetall hochempfindliche scharfe Kante zu vermeiden. Wie 5a zu entnehmen ist, ist die Beschichtung 40 auch im Bereich der Fase an der Berandung 38 aufgebracht, so dass auch der Bereich der Fase 31 gegen Verschleiß und chemisch aggressive Medien geschützt ist.
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Das Mundstück 12 ist aus Hartmetall hergestellt, insbesondere aus Wolframcarbid mit Nickelbinder oder Kobaltbinder. Die Beschichtung 40 besteht aus Titannitrid, Aluminiumoxid und/oder Titancarbid und wird mittels Plasmastrahl in einer Schichtdicke von 2 μm bis 6 μm, vorzugsweise 3 μm bis 5 μm aufgetragen. In den Darstellungen der 5, 5a und 6 ist die Beschichtung 40 mit einer stark übertriebenen Dicke dargestellt, wobei die Darstellung in stark übertriebener Dicke lediglich zur Verdeutlichtung erfolgt. Titannitrid, Aluminiumoxid und Titancarbid sind selbst zu spröde, um sie als alleinigen Werkstoff für das Mundstück 12 zu verwenden. Das Aufbringen einer solchen Beschichtung 40 mit einem Plasmastrahl ergibt aber eine extrem harte und glatte Beschichtung, die die Beständigkeit gegen Verschleiß und die chemische Beständigkeit des Mundstücks 12 erheblich erhöhen kann. Neben dem Effekt einer extrem harten und glatten Beschichtung konnte auch festgestellt werden, dass die Beschichtung 40 die Materialeigenschaften des Mundstücks 12 insgesamt verbessert. Eventuell in dem Hartmetall des Mundstücks 12 vorhandene Mikrorisse werden durch die Beschichtung 40 geschlossen, so dass die Beschichtung 40 für eventuelle Mikrorisse im Material des Mundstücks 12 eine heilende Wirkung aufweist.
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Auch wenn das beschriebene Ausführungsbeispiel eine Entzunderungsdüse betrifft, so ist die Erfindung bei allen Arten von Düsen einsetzbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1992414 A1 [0002]
- GB 563796 [0003]
- DE 60319273 T2 [0004]
- EP 1575719 B1 [0004]
- DE 102004058838 B4 [0005]
- WO 00/12770 [0006]
