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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Düsenbalken für die Bearbeitung von Fasern mit Wasserstrahlen, aufweisend ein sich länglich erstreckendes Oberteil, in dem eine länglich ausgebildete Druckkammer eingebracht ist, wobei die Druckkammer eine Endseite mit einer Öffnung zur Einspeisung von Wasser und eine gegenüberliegende geschlossene Endseite aufweist, und wobei im Oberteil eine Druckverteilkammer eingebracht ist, die sich parallel zur Druckkammer erstreckt und wobei über der Länge des Oberteils verteilt mehrere Durchflussbohrungen in der Zwischenwandung zwischen der Druckkammer und der Druckverteilkammer eingebracht sind, durch die das Wasser von der Druckkammer in die Druckverteilkammer führbar ist, und wobei in der Druckverteilkammer ein Prallkörper angeordnet ist, der stabförmig ausgebildet ist und sich zentriert in der Druckverteilkammer längs durch diese hindurch erstreckt, und aufweisend ein sich länglich erstreckendes Unterteil, das am Oberteil flüssigkeitsdicht angeordnet ist, und wobei ein Düsenstreifen mit Bohrungen für den Wasseraustritt im oder am Unterteil aufgenommen ist, und wobei im Oberteil ein Schlitz eingebracht ist, der sich zwischen der Druckverteilkammer und dem Düsenstreifen zur Wasserbeaufschlagung des Düsenstreifens erstreckt.
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Aus der
DE 10 2005 055 939 B3 ist ein Düsenbalken für die Bearbeitung einer textilen Ware mit Wasserstrahlen bekannt. Die Bearbeitung der textilen Ware erfolgt dabei mit einer Vielzahl von in einer Reihe erzeugten Wasserstrahlen, die sich beispielsweise über die gesamte Breite einer unter den Wasserstrahlen bewegten textilen Warenbahn erstrecken und auf diese einwirken. Hierfür weist der Düsenbalken einen Wasseranschluss auf, mit dem über die Öffnung Wasser in die Druckkammer eingespeist wird. Das Wasser gelangt beispielsweise mit einem erzeugten Vordruck von 250bar durch die Öffnung in die Druckkammer, wobei die Einströmgeschwindigkeit des Wassers durch die Öffnung beispielsweise bis zu 8m/s beträgt, und etwa in der Mitte der Druckkammer weist die Strömungsgeschwindigkeit noch einen Wert von 2,5m/s auf. Um eine erhöhte Wirbelbildung des Wassers in der Druckkammer zu vermeiden, hat sich gezeigt, dass die einseitige Einspeisung von Wasser über eine Öffnung in die Druckkammer vorteilhaft ist. Der Düsenbalken ist dabei länglich und damit schlank ausgebildet, wobei der Düsenbalken im Wesentlichen gebildet wird durch das länglich ausgebildete Oberteil und das länglich ausgebildete Unterteil. Das Unterteil ist dabei an der unteren Seite des Oberteils flüssigkeitsdicht angeordnet, die zur textilen Ware hin weist, und über das Unterteil und über den im Unterteil oder am Unterteil angeordneten Düsenstreifen werden die Wasserstrahlen durch die Vielzahl der Bohrungen erzeugt, die in dem Düsenstreifen eingebracht sind.
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Um eine möglichst gleichmäßige Ausbildung der Wasserstrahlen durch die Bohrungen im Düsenstreifen zu erzeugen, ist es wünschenswert, den Druck über der großen Länge des Düsenbalkens im Wesentlichen gleich zu verteilen. Hierfür wird die Druckkammer getrennt von der Druckverteilkammer ausgebildet, und zwischen der Druckkammer und der Druckverteilkammer erstrecken sich mehrere Durchflussöffnungen in der Zwischenwandung zwischen der Druckkammer und der Druckverteilkammer. Dadurch vergleichmäßigt sich der Druck über der Breite des Düsenbalkens, sodass nicht nahe der Einströmöffnung zur Einspeisung des Wassers ein hoher Druck und auf der gegenüberliegenden, zur Einspeisung fernen Seite ein niedrigerer Druck des Wassers vor dem Düsenstreifen vorherrscht. Erst durch eine gleichmäßige Ausbildung der Wasserstrahlen über der gesamten Breite des Düsenbalkens kann eine gleichmäßige Bearbeitung der textilen Ware sichergestellt werden.
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Vorrangiges Ziel beim Bau derartiger Düsenbalken ist es, über die Vergleichmäßigung des Wasserdruckes innenseitig vor den Bohrungen im Düsenstreifen einen möglichst geringen Gesamt-Druckverlust zu erhalten. In Anlagen, in denen derartige Düsenstreifen Verwendung finden, stehen die Düsenbalken dauerhaft unter Wasserbeaufschlagung, sodass jeder Druckverlust im Düsenbalken zugleich einen Energieverlust beim Betrieb der Anlage mit sich bringt. Folglich ist das Ziel beim Bau von Düsenbalken neben einer gleichmäßigen Ausbildung sämtlicher Wasserstrahlen ein möglichst geringer Druckverlust beginnend von der Öffnung zur Einspeisung von Wasser in die Druckkammer bis hin zur Ausströmung des Wassers aus den Bohrungen im Düsenstreifen.
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In der Druckverteilkammer ist ein Prallkörper eingebracht, der mit einem kreisrunden Querschnitt ausgebildet ist und welcher sich längs durch die Druckverteilkammer hindurch erstreckt. Der Prallkörper ist mit Abstandshaltern exzentrisch in der Druckverteilkammer aufgenommen, sodass dieser nach oben in Richtung der Mündungen der Durchflussbohrungen in der Zwischenwandung hin und damit aus der Mitte der Druckverteilkammer heraus verlagert ist. Dadurch soll eine gleichmäßigere Umströmung des Prallkörpers möglich werden, sodass durch weniger Verwirbelungen der Druckverlust minimiert wird.
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In der
EP 0 725 175 B1 wird mit einem Ausführungsbeispiel vorgeschlagen, den Prallkörper mit einem kreisrunden Querschnitt auszuführen und mittig in der ebenfalls mit einem kreisrunden Querschnitt ausgebildeten Druckverteilkammer anzuordnen. Zur Halterung des Prallkörpers in der Druckverteilkammer werden Schrauben vorgeschlagen, die einseitig nach oben in Richtung zu den Durchflussbohrungen in der Zwischenwandung geführt sind. Damit liegt der Prallkörper in Richtung zu dem sich unterseitig anschließenden Schlitz frei.
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Weiterhin ist es wünschenswert, einen Düsenbalken möglichst konstruktiv einfach auszuführen und eine einfache Wartung zu ermöglichen. Beispielsweise müssen Düsenbalken in regelmäßigen Zeitabständen gereinigt werden, insbesondere muss der Prallkörper auf einfache Weise entnommen werden können. Bei einer strömungsoptimierten Ausgestaltung des Oberteils mit der Druckkammer und der Druckverteilkammer hat sich gezeigt, dass geometrische Anpassungen eine weitere Minderung des Druckverlustes ermöglichen können. So kann es bereits eine Optimierung der Strömung bewirken, dass die Schrauben zur Halterung des Prallkörpers ausgetauscht werden gegen Abstandshalter, die auf dem Prallkörper aufsitzen und die gegen die Innenwandung der Druckverteilkammer abgestützt sind.
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Die allgemeine Betrachtung des Strömungsverhaltens des Wassers zur Durchströmung der Druckkammer, der Druckverteilkammer und schließlich des Schlitzes mit dem sich anschließenden Düsenstreifen zeigt, dass eine Minimierung des Gesamtströmungswiderstandes und damit des Gesamt-Druckverlustes möglich ist, wobei zugleich das weitere Ziel verfolgt wird, einen über der gesamten Länge des Düsenbalkens möglichst gleichförmigen Wasseraustritt zu erreichen, sodass ein gleichförmiger Wasservorhang zur Beaufschlagung der textilen Ware gebildet wird. Insbesondere die Ausgestaltung der Druckverteilkammer mit dem sich durch diese erstreckenden Prallkörper mit jeweils entsprechenden geometrischen Abmessungen spielt für den möglichst gleichförmigen Wasseraustritt eine entscheidende Rolle.
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Aufgabe der Erfindung ist die weitere Verbesserung eines Düsenbalkens für die Bearbeitung von Fasern mit Wasserstrahlen, beispielsweise einer textilen Warenbahn, wobei der Düsenbalken einen geringen Gesamt-Druckverlust aufweisen soll, und wobei der Düsenbalken so weitergebildet werden soll, dass die über die Bohrungen im Düsenstreifen erzeugten Wasserstrahlen über der gesamten Breite des Düsenbalkens möglichst zueinander gleich ausgebildet sein sollen. Weiterhin sollte der Düsenbalken eine möglichst bauraumminimale Ausgestaltung erfahren, ohne die vorgelagerten Aufgaben der Erfindung ungelöst zu belassen.
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Diese Aufgabe der Erfindung wird ausgehend von einem Düsenbalken für die Textilbearbeitung mit Wasserstrahlen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass zwischen der Außenseite des Prallkörpers und der Innenseite der Druckverteilkammer ein umlaufender Ringspalt mit einer Spaltbreite von 5mm bis 8mm ausgebildet ist.
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Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Ringspaltes, der über dem Umfang des Prallkörpers eine konstante Spaltbreite mit der erfindungsgemäßen Grüße aufweist, liegt darin, dass auf der einen Seite eine Strömungsverengung vermieden wird, die zu einem ungewollt hohen Strömungswiderstand führt, und auf der anderen Seite wird eine Vergleichmäßigung der Strömung erreicht, sodass Wirbel vermieden werden und eine homogene Druckverteilung vorherrscht.
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Die Spaltbreite wird dabei vorrangig über den Durchmesser des Prallkörpers bestimmt, sodass der Durchmesser der Druckverteilkammer beispielsweise 35mm oder 40mm aufweist.
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Erfindungsgemäß wir der Vorteil einer angepassten Spaltbreite noch stärker ausgenutzt, wenn die Spaltbreite einen Wert von 6mm bis 7mm aufweist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Spaltbreite einen Wert von 6,5mm aufweist. Bei diesem Wert hat sich gezeigt, dass eine besonders wirbelarme Strömung erzielbar ist und der Druckverlust ist minimal.
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Die spezielle Ausgestaltung des Ringspaltes mit einer erfindungsgemäßen Spaltbreite ergibt damit einen überraschend positiven Effekt auf die Vergleichmäßigung des Austrittsdruckes über der Länge des Schlitzes in Richtung zum Düsenstreifen bei einem zugleich geringen Gesamt-Druckverlust im Düsenbalken. Der Düsenbalken ist dabei insbesondere ausgelegt für die Einspeisung von Wasser mit einer Geschwindigkeit bis zu etwa 8m/s bei einem Vordruck von 250bar. Durch die geometrischen Verhältnisse in der Druckverteilkammer ergibt sich eine vorteilhafte Durchströmung des Wassers durch die Druckverteilkammer und eine nahezu laminare Umströmung des Prallkörpers, insbesondere dann, wenn der Ringspalt eine Spaltbreite mit einem Wert von 6,5mm aufweist.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Prallkörper stabförmig ausgebildet ist, einen kreisrunden Querschnitt mit einem Durchmesser von 20mm bis 30mm aufweist, insbesondere ist es vorteilhaft, wenn der Durchmesser 22,5mm beträgt.
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Vorteilhafterweise weist der Prallkörper auf seiner Länge verteilt mehrere Abstandshalter auf, die auf dem zylinderförmigen Prallkörper aufgebracht sind und außenseitig gegen die Innenwandung der Druckverteilkammer abgestützt sind. Die Abstandshalter sind beispielsweise als Blechelemente ausgebildet und sitzen kragenförmig auf der Außenumfangsfläche des Prallkörpers auf. Der Außendurchmesser der Abstandshalter kann sich dabei gegen die Innenseite der Druckverteilkammer abstützen, derart, dass der Prallkörper trotz der auf diesem angeordneten Abstandshalter noch in seiner Längsrichtung aus der Druckverteilkammer herausziehbar ist, um beispielsweise die Druckverteilkammer zu reinigen. Dabei wird der Prallkörper vorteilhafterweise mittels der Abstandshalter gegen die Innenwandung der Druckverteilkammer geführt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Druckverteilkammer im Oberteil an ihren gegenüberliegenden Endseiten des Oberteils mit Verschlusselementen verschlossen, wobei der Prallkörper mit seinen Enden zwischen den Verschlusselementen aufgenommen ist. Zur Aufnahme des Prallkörpers an den Verschlusselementen können Schraubelemente dienen, mit denen der Prallkörper insbesondere von der Außenseite des Düsenbalkens mit den Verschlusselementen verschraubbar ist. Die vorteilhafterweise auf beiden Seiten des Oberteil angeordneten Verschlusselemente sind ebenfalls an den Öffnungsseiten der zylinderförmigen Druckverteilkammer beispielsweise an der Außenseite verschraubt. Mittels einer Zentrierung der Verschlusselemente in den Endseiten der Druckverteilkammer und mittels einer weiteren Zentrierung des Prallkörpers an den Verschlusselementen kann schließlich der Prallkörper in der Druckverteilkammer zentriert werden. Hierfür können die Verschlusselemente Zentrierabschnitte aufweisen, die zur Zentrierung der Verschlusselemente in der Druckverteilkammer endseitig in diese hineinragen.
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Weiterhin ist es denkbar, dass auch die oberhalb der Druckverteilkammer liegende Druckkammer mit Verschlusselementen verschlossen ist, wobei eines der sich gegenüberliegenden Verschlusselemente die Öffnung für die Wassereinspeisung in die Druckkammer aufweist. Das weitere Verschlusselement ohne die Öffnung kann ein Druckmessmittel aufnehmen, also beispielsweise ein Manometer.
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
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1 eine Querschnittsansicht durch einen Düsenbalken für die Bearbeitung einer textilen Ware mit Wasserstrahlen, wobei der Querschnitt längs durch den Düsenbalken verläuft,
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2 eine Querschnittsansicht durch den Düsenbalken gemäß 1 entlang der dargestellten Schnittlinie A-A und
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3 eine vereinfachte Querschnittsansicht durch den Düsenbalken mit der Darstellung der Druckkammer, der Druckverteilkammer und dem Prallkörper, der zentriert in der Druckverteilkammer eingebracht ist.
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1 zeigt eine Querschnittsansicht durch einen Düsenbalken 1 für die Bearbeitung einer textilen Ware mit Wasserstrahlen, und 2 zeigt entlang der Schnittlinie A-A eine Querschnittsansicht durch den Düsenbalken 1, wobei die Schnittebene A-A quer zur Schnittebene durch den Düsenbalken 1 gemäß 1 verläuft. Im Folgenden wird der Düsenbalken 1 in Zusammenschau den 1 und 2 näher beschrieben.
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Das Gehäuse des Düsenbalkens 1 weist ein Oberteil 10 auf, das mit dem Unterteil 16 vielfach über die Länge durch Schrauben 24 verschraubt ist. Das Oberteil 10 weist in Längsrichtung verlaufend zwei Bohrungen 11 und 13 auf, von denen die obere Bohrung eine Druckkammer 11 und die untere Bohrung eine Druckverteilkammer 13 bildet. Beide Kammern 11 und 13 sind an den Endseiten des Oberteils 10 offen ausgeführt und durch Verschlusselemente 22 für die Druckkammer 11 und durch Verschlusselemente 23 für die Druckverteilkammer 13 flüssigkeitsdicht verschlossen. Im linken Verschlusselement 22 zum Verschluss der Druckkammer 11 ist ein Druckmessmittel 25 eingeschraubt, und das Verschlusselement 22 zum Verschluss der Druckkammer 11 auf der rechten Seite weist eine Öffnung 12 auf, über die mit einem nicht näher dargestellten Wasseranschluss Wasser in die Druckkammer 11 eingespeist werden kann.
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Die beiden Kammern 11 und 13 sind durch eine Zwischenwandung 15 voneinander getrennt, wobei die Zwischenwandung 15 durch einen Querschnittsbereich des Oberteils 10 gebildet ist. Über die Länge des Düsenbalkens 1 verbindet eine große Anzahl von Durchflussbohrungen 14 in der Zwischenwandung 15 die beiden Kammern 11 und 13, sodass in die Druckkammer 11 einströmendes Wasser gleichmäßig verteilt über die Länge des Düsenbalkens 1 in die Druckverteilkammer 13 überströmt. Die Druckverteilkammer 13 ist nach unten offen, und zwar durch den gegenüber dem Durchmesser der Bohrung der Druckverteilkammer 13 schmal ausgeführten Schlitz 19, der sich ebenfalls über die Länge des Düsenbalkens 1 erstreckt.
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Gemäß 2 ist das Oberteil 10 mit dem Unterteil 16 fest und flüssigkeitsdicht mittels der Schrauben 24 verschraubt. Die Dichtigkeit wird durch den O-Ring 26 bewirkt, der in einer um den Schlitz 19 verlaufenden Nut einsitzt. Ein Federvorsprung 27 sitzt in einer korrespondierenden Nut im Unterteil 16 ein, und in der Nut befindet sich ein weiterer O-Ring 28, der zur Abdichtung des Düsenstreifens 17 dient.
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Die Querschnittsansicht in 1 zeigt den Düsenstreifen 17, der eine Vielzahl von Bohrungen 18 aufweist, wobei die Bohrungen 18 in Längsrichtung zueinander gleich beabstandet den Düsenstreifen 17 durchsetzen. Das unter Druck stehende Wasser aus der Druckverteilkammer 13 und aus dem sich anschließenden Schlitz 19 beaufschlagt den Düsenstreifen 17 innenseitig, und das Wasser dringt durch die Bohrungen 18 hindurch und bildet einen aus jeder der Bohrungen 18 austretenden Wasserstrahl.
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Durch die beschriebene Ausgestaltung des Düsenbalkens 1 kann das Wasser, das unter Druck stehend durch die Öffnung 12 im Verschlusselement 22 in die Druckkammer 11 einströmt, gleichverteilt durch die Vielzahl der Durchflussbohrungen 14 in der Zwischenwandung 15 hindurchtreten und in die Druckverteilkammer 13 gelangen. Durch die zylindrische Ausbildung des Prallkörpers 20, der zwischen den beiden Verschlusselementen 23 haltend aufgenommen ist, und der zentrisch in der Druckverteilkammer 13 einsitzt, wird eine Homogenisierung der Druckverteilung entlang der Erstreckungsrichtung des Düsenbalkens 1 erreicht, sodass der Düsenstreifen 17 unter Beibehaltung eines minimalen Druckverlustes über seiner gesamten Länge im Wesentlichen mit dem gleichen Druck beaufschlagt wird. Über der Länge des Prallkörpers 20 verteilt sind mehrere Abstandshalter 29 am Prallkörper 20 angeordnet, die scheibenartig ausgestaltet sind und den Prallkörper 20 in der Druckverteilkammer 13 zentrieren. Dafür sitzen die Abstandshalter 29 mit ihrer Außenkontur innenseitig in der Druckverteilkammer 13 ein und stützen sich so gegen die Innenwand ab. Die Abstandshalter 29 können dafür fest auf dem stabförmigen oder zylinderförmigen Prallkörper 20 aufsitzen, beispielsweise durch eine Aufschweißung. Im Ergebnis ergeben sich bei einem Hindurchtreten des Wassers durch die Vielzahl der Bohrungen 18 gleichmäßige Wasserstrahlen, sodass die Bearbeitung der textilen Ware über der gesamten Breite der Ware gleichmäßig erfolgen kann. Auch wird der Vorteil erreicht, dass bei einer Demontage eines der Verschlusselemente 23 der Prallkörper 20 beispielsweise zu Reinigungszwecken aus der Druckverteilkammer 13 entnommen werden kann.
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In 3 ist ein vereinfachter Querschnitt des Düsenbalkens 1 mit der oben liegenden Druckkammer 11 und mit der darunter angeordneten Druckverteilkammer 13 dargestellt. Der Durchmesser der Druckkammer 11 beträgt gemäß dem Ausführungsbeispiel 80mm, und der Durchmesser D1 der Druckverteilkammer 13 beträgt 35mm. Die Kammern 11 und 13 weisen dabei über der gesamten Länge des Düsenbalken 1 hinweg einen im Wesentlichen zylindrischen Querschnitt auf. Der Prallkörper 20 besitzt einen Durchmesser D2 von 22mm, sodass sich ein Ringspalt S mit einer Spaltbreite von 6,5mmm ergibt. In der Querschnittsansicht ist ein Abstandshalter 29 dargestellt, der auf dem Außenumfang des Prallkörpers 20 aufgeschweißt ist. Die sich ergebene Seitenansicht des Prallkörpers 20 verdeutlicht, dass die Außenseite genutet ist, sodass ein Wasseraustausch zwischen den Seiten des Abstandshalters 29 möglich ist, sodass die Abstandshalter 29 die Druckverteilkammer 13 nicht in zueinander abgedichtete Segmente unterteilt.
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Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten oder räumlicher Anordnungen, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Düsenbalken
- 10
- Oberteil
- 11
- Druckkammer
- 12
- Öffnung
- 13
- Druckverteilkammer
- 14
- Durchflussbohrung
- 15
- Zwischenwandung
- 16
- Unterteil
- 17
- Düsenstreifen
- 18
- Bohrung
- 19
- Schlitz
- 20
- Prallkörper
- 21
- Ende
- 22
- Verschlusselement
- 23
- Verschlusselement
- 24
- Schraube
- 25
- Druckmessmittel
- 26
- O-Ring
- 27
- Federvorsprung
- 28
- O-Ring
- 29
- Abstandshalter
- 30
- Schraubelement
- 31
- Zentrierabschnitt
- S
- Ringspalt
- D1
- Durchmesser der Druckverteilkammer
- D2
- Durchmesser des Prallkörpers
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005055939 B3 [0002]
- EP 0725175 B1 [0006]
