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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Abstrahlen eines Reinigungsmediums auf eine zu reinigende Fläche, beispielsweise auf eine Fassade eines Hochhauses.
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Gegenwärtig wird die Reinigung einer Fassade eines Hochhauses typischerweise manuell durchgeführt, indem Reinigungspersonal in einem Arbeitskorb entlang der Fassade geführt wird und die Fassade konventionell mithilfe eines Hochdruckreinigungsgeräts reinigt. Die Reinigung der Fassade ist demzufolge sehr personal- und zeitintensiv. Darüber hinaus werden große Mengen an Wasser benötigt. Dies gilt insbesondere, wenn in Wüstenregionen die Fassade von einer hartnäckigen Staub- und Schmutzschicht überzogen ist. Dabei ist die manuelle Reinigung vergleichsweise gefährlich. Das Reinigungspersonal muss gegen die Witterung geschützt werden und beispielsweise Wind und Feuchtigkeit widerstehen. Zudem muss aufgrund des Einsatzes der Hochdruckreinigungsgeräte Schutzkleidung getragen werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Reinigung von Fassaden und/oder Glasflächen zu vereinfachen und zu automatisieren. Es soll zudem ein ressourcenschonendes Reinigungsverfahren angegeben werden.
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Zur Lösung der Aufgabe umfasst die Vorrichtung zum Abstrahlen eines Reinigungsmediums auf eine zu reinigende Fläche einen ersten Zuführstutzen für ein Reinigungsmittel, einen zweiten Zuführstutzen für ein Treibmittel, eine Mischkammer zum Durchmischen des über den ersten Zuführstutzen zugeführten Reinigungsmittels und des über den zweiten Zuführstutzen zugeführten Treibmittels und zum Herstellen des Reinigungsmediums und eine Düse zum Formen eines Reinigungsstrahls, wobei die Düse einen ringförmigen Düsenmantelkörper mit einer in einer Strömungsrichtung der Düse erstreckten Durchgangsausnehmung und einen in der Durchgangsausnehmung vorgesehenen Strömungswiderstandskörper vorsieht, wobei der Strömungswiderstandskörper eine in die Strömungsrichtung divergierend gestaltete Leitfläche vorsieht derart, dass das Reinigungsmedium entlang der Leitfläche unter einem spitzen Leitwinkel zu der Strömungsrichtung in Richtung einer Innenmantelfläche des Düsenmantelkörpers umgelenkt und infolge einer Verkleinerung des Strömungsquerschnitts beschleunigt wird, und wobei zwischen dem Düsenmantelkörper und dem Strömungswiderstandskörper jedenfalls abschnittsweise ein Ringspalt für das Reinigungsmedium gebildet ist mit einer senkrecht zu der Strömungsrichtung bestimmten Breite im Bereich von 0,05 mm bis 4 mm.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Reinigen einer Fassade sieht vor, dass ein Reinigungsmittel mit einem Druck im Bereich von 20 bar bis 150 bar in einer Menge von 6 l/min oder mehr und ein Treibmittel mit einem Druck von 3 bar bis 14 bar in einer Menge von 100 m3/h oder mehr und bevorzugt 200 m3/h oder mehr separat in eine Mischkammer eingebracht und durchmischt werden und dass das Reinigungsmittel von dem Treibmittel in einer Düse mit einem sich abschnittsweise verjüngenden Strömungsquerschnitt auf eine Unterschallgeschwindigkeit beschleunigt und nach dem Verlassen der Düse in einem konisch geformten Öffnungsstrahl auf die Fassade aufgebracht. Beispielsweise kann das Treibmittel in einer Menge von bis zu 350 m3/h dosiert werden.
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Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass aufgrund der speziellen geometrischen Gegebenheiten der Düse eine überraschend gute Reinigungswirkung erzielt werden kann. Das Reinigungsmedium wird über den Ringspalt lokal verteilt, wobei die vor der Düse vorgesehene Fläche im Wesentlichen vollständig und ausreichend gleichmäßig mit dem Reinigungsmedium beaufschlagt wird. Die geringe Abmessung des Ringspalts zusammen mit der divergierend gestalteten Leitfläche sorgt dafür, dass mit sehr wenig Reinigungsmedium – verglichen zu den heute üblichen konventionellen Reinigungsverfahren – die an der Fassade anhaftenden Verunreinigungen gelöst und abgetragen werden.
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Um eine möglichst effektive Durchmischung des Treibmittels und des Reinigungsmittels zu bewirken, werden das Reinigungsmittel und das Treibmittel in die Mischkammer expandiert. Das Reinigungsmittel wird beim Auftreffen auf den Strömungswiderstandskörper, welcher beispielsweise nach Art eines Kegels ausgeführt ist, zerstäubt. Im Zusammenwirken der divergierend gestalteten Leitfläche mit einer Durchgangsausnehmung, welche im Bereich des Strömungswiderstandskörpers jedenfalls abschnittsweise hohlzylinderförmig ausgestaltet ist, wird das Reinigungsmedium beschleunigt. Das Treibmittel dient hierbei insbesondere dazu, das Reinigungsmittel auf Geschwindigkeiten unterhalb der Schallgeschwindigkeit zu beschleunigen.
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Beispielsweise können zur Reinigung von Glasflächen oder Hochhausfassaden Wasser als Reinigungsmittel und Luft als Treibmittel zur Herstellung des Reinigungsmediums vermischt werden. Als Reinigungsmittel können beispielsweise mit Reinigungssubstanzen beziehungsweise anderen Partikeln durchsetzte wässrige Lösungen oder Spezialfluide vorgesehen sein, welche bevorzugt auf Wasserbasis hergestellt sind. Insbesondere wird entmineralisiertes Wasser für das Reinigungsmittel verwendet. Beispielsweise können chemische Reinigungszusätze verwendet werden. Die chemischen Reinigungszusätze können beispielsweise mit dem Reinigungsmittel oder mit dem Treibmittel zugeführt werden. Eine separate Zuführung der chemischen Reinigungszusätze kann vorgesehen werden.
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Es kann insbesondere vorgesehen sein, mehr als 6 l Wasser beziehungsweise auf Wasserbasis hergestellte Reinigungsmittel pro Minute und bevorzugt etwa 12 l Wasser beziehungsweise auf Wasserbasis hergestellte Reinigungsmittel pro Minute zu verwenden. Das Wasser wird dabei mit Drücken zwischen 20 bar und 150 bar, bevorzugt mit Drücken von 40 bar oder mehr, zugeführt. Zudem werden etwa 150 m3 bis 350 m3 Treibmittel pro Stunde bei einem Druck von 3 bar bis 14 bar zugeführt. Bevorzugt werden etwa 200 m3 Treibmittel pro Stunde dosiert. Bevorzugt wird Luft als Treibmittel verwendet. Die Geometrie der Düse ist so gewählt, dass das Reinigungsmedium die Düse mit Unterschallgeschwindigkeit verlässt. Vorzugsweise wird entmineralisiertes Wasser als Reinigungsmittel verwendet.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umschließt der Düsenmantelkörper die Mischkammer für die Reinigungsmittel. Im Bereich der Mischkammer ist die Innenmantelfläche des Düsenmantelkörpers jedenfalls abschnittsweise konvergierend gestaltet. Vorteilhaft ergibt sich durch die konvergierende Gestaltung des Düsenmantelkörpers im Bereich der Mischkammer eine sehr gute Durchmischung auf engem Raum. Damit kann die Vorrichtung sehr kompakt ausgeführt sein. Infolge der kompakten Bauform ist die Vorrichtung für die Reinigung von Fassaden in großer Höhe besonders geeignet. Die kompakte Bauform begünstigt insofern die Automatisierbarkeit des Reinigungsverfahrens. Ferner ist die kompakte Bauform von Vorteil, wenn die Vorrichtung beispielsweise verschiebbar oder schwenkbar an einer entlang der Fassade bewegten Stützeinrichtung montiert wird. Das geringe Gewicht und die kompakte Bauform begünstigen hierbei die dynamischen Eigenschaften.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist der Strömungswiderstandskörper im Bereich der Leitflächen jedenfalls abschnittsweise eine Kegelform oder Kegelstumpfform auf. Beispielsweise ist der Strömungswiderstandskörper jedenfalls abschnittsweise im Bereich der Mischkammer für das Reinigungsmedium vorgesehen. Vorteilhaft wird der Reinigungsmediumstrahl durch das Vorsehen der Kegelform beziehungsweise der Kegelstumpfform sehr gleichmäßig geformt. Das teilweise Vorsehen des Strömungswiderstandsköpers in der Mischkammer trägt weiter zu einer kompakten Bauform, zu geringen Abmessungen und geringem Gewicht bei. Es kann insofern eine Reinigungsvorrichtung bereitgestellt werden, welche trotz ihrer Kompaktheit eine gleichmäßige Strahlgeometrie ermöglicht. Beispielsweise kann statt der Kegelform eine Pyramidenform oder eine Keilform gewählt werden.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Innenmantelfläche des Düsenmantelkörpers jedenfalls abschnittsweise im Bereich einer Austrittsöffnung für den Reinigungsstrahl divergierend geformt ist. Ein Öffnungswinkel in diesem divergierenden Bereich, welcher zwischen der Innenmantelfläche und der Strömungsrichtung gebildet ist, entspricht dabei im Wesentlichen einem Leitwinkel, welcher als spezieller Winkel zwischen der Leitfläche des Strömungswiderstandskörpers und der Strömungsrichtung gebildet ist. Vorteilhaft wird durch die gleichen Winkel ein Strahlwinkel definiert, unter dem der Reinigungsstrahl durch eine Austrittsöffnung aus der Düse austritt. Abhängig von dem Abstand der Austrittsöffnung von der Fassade definiert sich so die Größe der mit dem Reinigungsmedium benetzten Fläche. Infolge der geringen Spaltbreite des Ringspalts ist zudem sichergestellt, dass bereits unmittelbar nach Verlassen der Düse das Reinigungsmedium innerhalb des Strahlkegels vollständig verteilt ist und an der zu reinigen Fläche keine Teilbereiche unbenetzt beziehungsweise frei von Reinigungsmedium bleiben. Beispielsweise kann der Ringspalt kreisförmig vorgesehen sein. Bei einem Leitwinkel beziehungsweise Öffnungswinkel von 15° bis 20°, einer Spaltbreite von 0,5 mm bis 1 mm, einem Ringspaltdurchmesser von beispielsweise 40 mm und einem Abstand der Austrittsöffnung zur Fassade von 150 cm bis 250 cm ergibt sich an der Fassade eine kreisförmige, mit dem Reinigungsmedium benetzte Fläche von bis zu 70 cm bis 80 cm Durchmesser.
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Aus den weiteren Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung sind weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung zu entnehmen. Dort erwähnte Merkmale können jeweils einzeln für sich oder auch in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Erfindungsgemäß beschriebene Merkmale und Details der Vorrichtung gelten selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und umgekehrt. So kann auf die Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen werden. Die Zeichnungen dienen lediglich beispielhaft der Klarstellung der Erfindung und haben keinen einschränkenden Charakter.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Reinigen einer Fläche mit einer Düse im Teilschnitt und
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2 eine vergrößerte Darstellung der Düse nach 1.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Abstrahlen eines Reinigungsmediums auf eine zu reinigende Fläche nach 1 umfasst als wesentliche Komponenten einen ersten Zuführstutzen 1 für ein Reinigungsmittel, einen zweiten Zuführstutzen 2 für ein Treibmittel und eine Düse 3 zum Formen eines Reinigungsstrahls. Die Düse 3, welche in 2 vergrößert dargestellt ist, umfasst einen Düsenmantelkörper 4 mit einer Durchgangsausnehmung 5, welche in eine Strömungsrichtung 6 der Düse 3 orientiert vorgesehen ist, einen in der Durchgangsausnehmung 5 vorgesehenen Strömungswiderstandskörper 7 sowie einen Anschlusskörper 8 zum Verbinden der Düse 3 mit dem ersten Zuführstutzen 1 und dem zweiten Zuführstutzen 2. Der Düsenmantelkörper 4 umschließt randseitig eine Mischkammer 9, in der das Reinigungsmittel und das Treibmittel zu dem Reinigungsmedium vermischt werden. Im Bereich der Mischkammer 9 ist eine Innenmantelfläche 10 des Düsenmantelkörpers 4 – bezogen auf die Strömungsrichtung 6 – konvergierend gestaltet. An die Mischkammer 9 beziehungsweise die im Bereich der Mischkammer 9 konvergierend gestaltete Innenmantelfläche 10 schließt sich ein Zentralbereich 11 des Düsenmantelkörpers 4 an. In dem Zentralbereich 11 hat der Düsenmantelkörper 4 einen konstanten Innendurchmesser. Zusätzlich dient der Zentralbereich 11 der Aufnahme des kegelförmig ausgebildeten Strömungswiderstandskörpers 7, wobei eine Spitze 12 des Strömungswiderstandskörpers 7 in die Mischkammer 9 hineinragt. An den Zentralbereich 11 schließt sich in die Strömungsrichtung 6 der Öffnungsbereich 13 an. In dem Öffnungsbereich 13 ist die Innenmantelfläche 10 in Richtung einer Austrittsöffnung 23 für das Reinigungsmedium divergierend geformt.
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Der Strömungswiderstandskörper 7 ist kegelförmig gebildet. Eine Kegelmantelfläche des Strömungswiderstandskörpers 7 bildet eine divergierend gestaltete Leitfläche 14 für das Reinigungsmedium. Ein zwischen der Leitfläche 14 und der Strömungsrichtung 6 gebildeter Leitwinkel 15 entspricht dabei einem Öffnungswinkel 16, welcher in dem Öffnungsbereich 13 zwischen der Innenmantelfläche 10 und der Strömungsrichtung 6 gebildet ist.
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Um eine sehr gute Durchmischung des Reinigungsmittels und des Treibmittels zu bewirken, ist zwischen dem zweiten Zuführstutzen 2 und der Mischkammer 9 ein ringförmiger Treibmittelverteilraum 17 für das zweite Reinigungsmittel gebildet. Das über den zweiten Zuführstutzen 2 zugeführte Reinigungsmittel gelangt zunächst in den Treibmittelverteilraum 17. Zwischen dem Treibmittelverteilraum 17 und der Mischkammer 9 ist ein Adapterkörper 18 vorgesehen. An dem Adapterkörper 18 ist eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung verteilt angeordneten Durchlassöffnungen 19 vorgesehen, über die das Treibmittel aus dem Treibmittelverteilraum 17 in die Mischkammer 9 gelangt. Der Treibmittelverteilraum 17 umgibt hierbei den ersten Zuführstutzen 1 ringförmig.
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Der Düsenmantelkörper 4 ist bezogen auf die Durchgangsausnehmung 5 koaxial zu dem Strömungswiderstandskörper 7, dem Anschlusskörper 8 und dem Adapterkörper 18 vorgesehen. In dem Düsenmantelkörper 4 ist die Durchgangsausnehmung 5 mittig vorgesehen.
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Zwischen dem Strömungswiderstandskörper 7 und der Innenmantelfläche 10 des Düsenmantelkörpers 4 ist ein jedenfalls abschnittsweise umlaufender Ringspalt 20 gebildet. Der Ringspalt 20 hat eine Breite 21 von etwa 0,7 mm und einen Durchmesser 22 von zirka 40 mm. Der Ringspalt 20 ist dabei im Übergang zwischen dem Zentralbereich 11 und dem Öffnungsbereich 13 vorgesehen. Ein Arbeitsanstand zu einer zu reinigenden Fassade beträgt – gemessen ab der Austrittsöffnung 23 – zirka 0,2m bis 3 m.
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Infolge der Kegelstumpfform der Durchgangsausnehmung 5 im Bereich der Austrittsöffnung 23 weitet sich der Reinigungsmittelstrahl beim Verlassen der Düse 3 kegelartig. Hierbei hat sich gezeigt, dass das Reinigungsmedium bereits unmittelbar nach Verlassen der Düse 3 einen konisch geformten, im Inneren geschlossenen Strahl bildet und die Fassade im Bereich des Reinigungsstrahls vollständig mit dem mit Druck beaufschlagten Reinigungsmedium benetzt wird. Es wird hierdurch ein sehr guter Reinigungseffekt erreicht und der Abtrag des Schmutzes von der Fassade begünstigt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zuführstutzen
- 2
- Zuführstutzen
- 3
- Düse
- 4
- Düsenmantelkörper
- 5
- Durchgangsausnehmung
- 6
- Strömungsrichtung
- 7
- Strömungswiderstandskörper
- 8
- Anschlusskörper
- 9
- Mischkammer
- 10
- Innenmantelfläche
- 11
- Zentralbereich
- 12
- Spitze
- 13
- Öffnungsbereich
- 14
- Leitfläche
- 15
- Leitwinkel
- 16
- Öffnungswinkel
- 17
- Treibmittelverteilraum
- 18
- Adapterkörper
- 19
- Durchlassöffnungen
- 20
- Ringspalt
- 21
- Breite
- 22
- Durchmesser
- 23
- Austrittsöffnung
