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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flüssigkeitsstrahl-Verschlussdüse, umfassend ein eine Flüssigkeitseintrittsöffnung und eine Strahlaustrittsöffnung aufweisendes Gehäuse und einen in dem Gehäuse angeordneten umströmbaren Strahlformkörper mit einem sich in Richtung auf die Strahlaustrittsöffnung verjüngenden Endbereich, wobei zwischen dem Gehäuse und dem Strahlformkörper auf zumindest einem Teil von dessen axialer Länge ein ringförmiger Strömungskanal ausgebildet ist.
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Eine derartige Strahldüse ist beispielsweise aus der
DE 102014018130 A1 bekannt. Wie in jenem Dokument näher ausgeführt, kommt es - anders als bei Sprühdüsen, die bestimmungsgemäß die Bildung feiner Tröpfchen bzw. eines Flüssigkeitsnebels bezwecken - bei Strahldüsen auf die Bildung eines Flüssigkeitsstrahls an, der über eine möglichst große Distanz nicht zerfällt. Um die angestrebte zuverlässige Strahlbildung auch bei unterschiedlichen Flüssigkeitsdurchsätzen durch die Strahldüse zu bewirken, weist die aus der
DE 102014018130 A1 bekannte Strahldüse eine relativ zu dem Gehäuse und dem Strahlformkörper verschiebbare, mittels einer Federeinrichtung gegen die Umströmungsrichtung des Strahlformkörpers vorgespannte Drosselhülse auf, welche einen in einem mit dem Flüssigkeitseintritt kommunizierenden Vordruckraum des Gehäuses geführten Ringkolbenabschnitt und einen mit dem Konusbereich des Strahlformkörpers zusammenwirkenden, gemeinsam mit diesem einen ringförmigen Durchtrittsquerschnitt definierenden Durchgang mit sich in Abhängigkeit von dem jeweiligen Betriebszustand ändernder Querschnittsfläche aufweist.
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Die vorliegende Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, eine hinsichtlich des Betriebsverhaltens weiter verbesserte Strahldüse der eingangs angegebenen, gattungsgemäßen Art bereit zu stellen, wobei insbesondere eine verbesserte Reproduzierbarkeit der Strahlbildung in Abhängigkeit von sich ändernden Flüssigkeitsdurchsätzen angestrebt wird.
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Gelöst wird die vorstehende Aufgabenstellung gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch, dass bei einer Strahldüse der eingangs angegebenen, gattungsgemäßen Art in dem ringförmigen Strömungskanal eine elastisch verformbare, an ihrem Außenumfang dauerhaft dicht an dem Gehäuse angeschlossene Ringmembran angeordnet ist, welche ohne Zufuhr von Flüssigkeit zu der Flüssigkeitseintrittsöffnung mit ihrem Innenumfang außen an dem Strahlformkörper anliegt, wobei sich bei Zufuhr von Flüssigkeit zu der Flüssigkeitseintrittsöffnung der Innenumfang der Ringmembran von dem Strahlformkörper abhebt und eine ringförmige Durchtrittsöffnung freigibt. Bei der erfindungsgemäßen Strahldüse wird somit der ringförmige Durchtrittsquerschnitt, dessen Querschnittsfläche sich je nach den Betriebsbedingungen in Abhängigkeit von diesen ändert, zwischen dem Strahlformkörper und einer elastisch verformbaren, an ihrem Außenumfang dauerhaft dicht an dem Gehäuse angeschlossene Ringmembran definiert. Diese hebt bei sich vergrößerndem Flüssigkeitsdurchsatz bzw. sich erhöhendem Vordruck stromaufwärts der Ringmembran zunehmend von dem Strahlformkörper ab, wodurch sich die Querschnittsfläche des ringförmigen Durchtrittsquerschnitts vergrößert. Bei sich verringerndem Flüssigkeitsdurchsatz bzw. sich reduzierendem Vordruck stromaufwärts der Ringmembran verkleinert sich die Querschnittsfläche des ringförmigen Durchtrittsquerschnitts dementsprechend. Die elastisch verformbare Ringmembran reagiert dabei unmittelbar und besonders feinfühlig auf jegliche Veränderung der herrschenden Betriebsbedingungen. Hysteresebedingte Einschränkungen der Reproduzierbarkeit, wie sie bei der aus der
DE 102014018130 A1 bekannten gattungsgemäßen Strahldüse - mehr oder weniger ausgeprägt - durch Stick-Slip-Fffekte des Drosselschiebers auftreten, lassen sich in Umsetzung der vorliegenden Erfindung vermeiden. Zusätzlich zu ihrer besonders feinfühligen Dosier- und Regelfunktion erfüllt die Ringmembran gleichzeitig auch zuverlässig die Funktion eines Verschlusses bei auf Null zurückgehendem Flüssigkeitsdurchsatz, d. h. durch ihr Anliegen an dem Strahlformkörper verschließt sie den Durchtrittsquerschnitt in diesem Falle vollständig. Lediglich zur Vermeidung von Missverständnissen ist darauf hinzuweisen, dass die Angabe, wonach die elastisch verformbare Ringmembran an ihrem Außenumfang „dauerhaft“ dicht an dem Gehäuse angeschlossen ist, nicht im Sinne einer permanenten bzw. unlösbaren Verbindung von Ringmembran und Gehäuse fehlinterpretiert werden darf; vielmehr bringt diese Angabe lediglich zum Ausdruck, dass sich an dem dichten Anschluss der Ringmembran (an ihrem Außenumfang) an dem Gehäuse durch eine Änderung des Betriebszustandes der Strahldüse nichts ändert, anders als am Innenumfang der Ringmembran, der nur bei einem bestimmten Betriebszustand dichtend an dem Strahlformkörper anliegt.
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Gemäß einer ersten bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist die Ringmembran in ihrem spannungsfreien, d. h. ausgebauten Zustand (zumindest über einen Teil ihrer axialen Erstreckung) im Wesentlichen trichterförmig ausgeführt; in ihrer Einbaulage verjüngt sich die trichterförmige Ringmembran in Durchströmungsrichtung der Strahldüse. Typischerweise entsteht hierdurch ein radial innen durch den Strahlformkörper und radial außen durch die Ringmembran definierter ringförmiger Durchtrittsquerschnitts, dessen Querschnittsfläche über eine axiale Erstreckung in Durchströmungsrichtung der Strahldüse stetig abnimmt bei gleichzeitiger Orientierung der strömenden Flüssigkeit mit einer radial nach innen gerichteten Komponente. Hierdurch ergeben sich (infolge der über die besagte axiale Erstreckung sich vollziehenden stetigen Beschleunigung der durch den Durchtrittsquerschnitt hindurch tretenden Flüssigkeit) Strömungsverhältnisse, welche die Bildung eines stabilen Flüssigkeitsstrahls besonders begünstigen. Vorstehende Aspekte gelten in besonders ausgeprägter Weise dann, wenn durch geeignete Mittel (s. u.) eine drallbehaftete Durchströmung des ringförmigen Durchtrittsquerschnitts erzeugt wird und/oder der Innenumfang der Ringmembran (bei nicht durchströmter Strahldüse) an dem Strahlformkörper in dessen sich verjüngenden Endbereich anliegt.
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Während eine solche Gestaltung im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht unbedingt zwingend ist, so zeichnet sich doch eine andere bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Strahldüse dadurch aus, dass der Strahlformkörper unbeweglich in dem Gehäuse angeordnet ist. Und auch die Ringmembran ist besonders bevorzugt an ihrem Außenumfang unbeweglich in dem Gehäuse fixiert. Auf diese Weise lässt sich nicht nur die erfindungsgemäße Strahldüse mit einem besonders geringen Herstellungsaufwand fertigen. Durch Wegfall einer Beweglichkeit des Strahlformkörpers bzw. der Ringmembran an ihrem Außenumfang sind auch die weiter oben beschriebenen, im Hinblick auf die hervorragende Reproduzierbarkeit des Betriebsverhaltens relevanten Gesichtspunkte besonders ausgeprägt.
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Gemäß einer abermals anderen bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung weist die Ringmembran einen wulstförmig ausgeführten äußeren Randbereich auf. Dies ist günstig im Hinblick auf eine dichte und dauerhaft feste Fixierung der Ringmembran an deren Außenumfang im Gehäuse der Strahldüse mit einfachen Mitteln. In diesem Sinne kann insbesondere im Bereich der Strahlaustrittsöffnung des Gehäuses ein demontierbarer Haltering vorgesehen sein, der auf eine Klemmhülse wirkt, die ihrerseits eine Fixierung des Außenumfangs der Ringmembran in dem Gehäuse (an dem wulstförmig ausgeführten äußeren Randbereich der Ringmembran) bewirkt.
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Was den Strahlformkörper und dessen Integration in die übrigen Bestandteile der Strahldüse angeht, so ist der sich verjüngende Endbereich des Strahlformkörpers bevorzugt im Wesentlichen konisch ausgeführt. Er läuft besonders bevorzugt in Strömungsrichtung in einer Spitze aus. Und speichenartige Strukturen, die stromaufwärts der Ringmembran in einem zwischen dem Gehäuse und dem Strahlformkörper bestehenden Ringraum vorgesehen sind und den Strahlformkörper halten, bilden vorzugsweise durch geeignete Dimensionierung und/oder Profilierung weiterhin auch noch Strömungsleitflächen, beispielsweise um eine Drallströmung zu erzeugen.
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Eine wiederum andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Innere des Gehäuses im Bereich der Strahlbildungszone, insbesondere im Bereich des Strahlformkörpers stromabwärts der Ringmembran, durch mindestens einen in dem Gehäuse vorgesehenen Durchbruch hindurch von außen belüftet ist. Dies unterstützt einerseits eine ungestörte Strahlbildung bei unterschiedlichen Durchsätzen und Orientierungen der Strahldüse und begünstigt andererseits das Ablaufen von ggf. angesammeltem Wasser.
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Schließlich ist für die angestrebte Bildung eines besonders stabilen Flüssigkeitsstrahls günstig, wenn die Flüssigkeitseintrittsöffnung der Strahlaustrittsöffnung gegenüberliegend angeordnet ist; denn auf diese Weise entfallen Strömungsumlenkungen, die sich unter bestimmten Betriebsbedingungen auf die Bildung eines besonders stabilen Flüssigkeitsstrahls nachteilig auswirken können.
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Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand zweier in der Zeichnung veranschaulichter bevorzugter Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Flüssigkeitsstrahldüsen näher erläutert. Dabei zeigt
- 1 in einem perspektivischen Axialschnitt ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel, und
- 2 in einem perspektivischen Axialschnitt und
- 3 in einem orthogonalen Axialschnitt ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel.
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Die in 1 der Zeichnung dargestellte Flüssigkeitsstrahldüse umfasst ein Gehäuse 1, welches eine Flüssigkeitseintrittsöffnung 2 und eine Strahlaustrittsöffnung 3 aufweist. Die Flüssigkeitseintrittsöffnung 2 und die Strahlaustrittsöffnung 3 liegen dabei - bezogen auf die Durchströmungsrichtung A - einander gegenüber, so dass der in einem Strahlformbereich S gebildete Flüssigkeitsstrahl die Strahldüse in der gleichen Richtung verlässt, in der die Flüssigkeit durch die Flüssigkeitseintrittsöffnung 2 in die Strahldüse eintritt.
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Das Gehäuse 1 umfasst einen etwa hülsenförmigen Grundkörper 4 und einen endseitig im Bereich der Strahlaustrittsöffnung 3 des Gehäuses 1 auf den Grundkörper 4 aufgeschraubten Haltering 5, dessen Funktion weiter unten im Detail erläutert wird.
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Im Inneren des Grundkörpers 4 des Gehäuses 1 der Strahldüse erstreckt sich längs zu deren Achse ein Strahlformkörper 6. Dieser weist einen im Wesentlichen zylindrischen Hauptbereich 7 und einen - in Durchströmungsrichtung A stromabwärts von diesem angeordneten - sich in Richtung auf die Strahlaustrittsöffnung 3 verjüngenden, konisch ausgeführten und in einer Spitze 8 auslaufenden Endbereich 9 auf. Zwischen dem Strahlformkörper 6 und dem Grundkörper 4 des Gehäuses 1 besteht ein ringförmiger Strömungskanal 10 für die Flüssigkeit, so dass der Strahlformkörper 6 von letzterer umströmbar ist. Der Strahlformkörper 6 ist in dem Grundkörper 4 des Gehäuses 1 mittels mehrerer stegförmiger, den ringförmigen Strömungskanal 10 überbrückender stegartiger Speichen 11 fixiert. Diese erstrecken sich in axialer Richtung über einen wesentlichen Teil des Hauptbereichs 7 des Strahlformkörpers 6 und fungieren auf diese Weise als Strömungsleitflächen, die eine axiale Durchströmung des Strömungskanals 10 sicherstellen.
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In dem ringförmigen Strömungskanal 10 ist eine elastisch verformbare trichterförmige Ringmembran 12 („Trichtermembran“) dergestalt angeordnet, dass sie sich in Durchströmungsrichtung A verjüngt. Die Ringmembran 12 ist an ihrem Außenumfang 13 dicht an dem Gehäuse 1 angeschlossen. Hierzu erstreckt sich längs des Außenumfangs 13 der Ringmembran 12 ein wulstförmiger Randbereich 14. Dieser ist zwischen einem Klemmring 15 und einer Klemmhülse 16 eingespannt, die beide in dem Grundkörper 4 des Gehäuses 1 aufgenommen sind und stirnseitig jeweils eine an die wulstförmige Ausführung des Randbereichs 14 der Ringmembran 12 angepasste Profilierung aufweisen. Der Klemmring 15 stützt sich dabei an einer Stufe 17 des Grundkörpers 4 des Gehäuses 1 ab; auf die Klemmhülse 16 wirkt demgegenüber der weiter oben bereits erwähnte Haltering 5. Eine Fixierung des Halteringes an dem Grundkörper 4 des Gehäuses 1 in der eingestellten Position lässt sich beispielsweise über eine in die Gewindebohrung 18 einschraubbare (nicht dargestellte) Madenschraube gewährleisten.
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Die Ringmembran 12 ist so dimensioniert, dass sie ohne eine Zufuhr von Flüssigkeit zu der Flüssigkeitseintrittsöffnung 2 mit ihrem Innenumfang 19 außen an dem Strahlformkörper 6 anliegt, und zwar an dessen konischem Endbereich 9 (vgl. den in 1 veranschaulichten Betriebszustand). Auf diese Weise bilden die Ringmembran 12 und der Strahlformkörper 6 im Zusammenwirken miteinander eine Verschlusseinrichtung 27. Bei Zufuhr von Flüssigkeit zu der Flüssigkeitseintrittsöffnung 2 des Gehäuses 1 hebt der Innenumfang 19 der Ringmembran 12 demgegenüber von dem Strahlformkörper 6 ab und gibt eine ringförmige Durchtrittsöffnung frei, deren Querschnittsfläche sich nach der Menge der zugeführten Flüssigkeit bzw. nach dem stromaufwärts der Ringmembran 12 herrschenden Druck richtet.
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Nur zu Vermeidung von Missverständnissen ist darauf hinzuweisen, dass die Zeichnung die Strahldüse gemäß dem betreffenden Ausführungsbeispiel in dem für die vorliegende Erfindung maßgeblichen Bereich zeigt. Demnach kann die Strahldüse insbesondere eintrittsseitig weitergehend gestaltet sein kann, beispielsweise für den Anschluss an eine Flüssigkeitszufuhr oder dergleichen vorbereitet.
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Die in den 2 und 3 veranschaulichte erfindungsgemäße Strahldüse nach einem zweiten Ausführungsbeispiel weist in einem erheblichen Umfang bauliche und funktionale Parallelen zu der Strahldüse nach 1 auf. Diese kommen durch Verwendung identischer Bezugszeichen für übereinstimmende, funktionsgleiche bzw. einander entsprechende Bauteile zum Ausdruck. Im Umfang der Übereinstimmungen wird auf eine (erneute) Beschreibung der Strahldüse verzichtet und stattdessen auf die vorstehenden Erläuterung der 1 verwiesen. Als Abweichungen zu der Strahldüse nach 1 sind hier sind hier folgende Aspekte und Besonderheiten hervorzuheben:
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Der Strahlformkörper 6 ist zweiteilig aufgebaut. Er umfasst (zuströmseitig) einen ersten Teil 37 in Form einer im Wesentlichen konischen Anströmkappe 38, welche mit dem den Hauptbereich 7 und den (abströmseitigen) Endbereich 9 umfassenden zweiten Teil 39 beispielsweise mittels einer Steckverbindung 40 verbunden ist. Der zweite Teil 39 des Strahlformkörpers 6 ist dabei seinerseits Teil eines komplexen einstückigen Bauteils, welches zusätzlich einen Tragring 41, der den Strahlformkörper 6 unter Ausbildung eines ringförmigen Strömungskanals 10 mit Abstand umgibt, sowie mehrere flächige, stegartige Speichen 11 umfasst, welche den zweiten Teil 39 des Strahlformkörpers 6 an dem Tragring 41 abstützen. Die flächigen Speichen 11 sind dabei vorliegend in Form von verdrillten Strömungsleitflächen ausgeführt; sie bewirken, dass sich in dem ringförmigen Strömungskanal 10 eine Drallströmung einstellt. Für eine besonders vorteilhafte Beeinflussung der Strömungssituation weisen sie jeweils zwei Schlitze 42 auf. Alternativ ist bei im Übrigen gleicher Bauweise des komplexen Bauteils aus zweitem Teil 39 des Strahlformkörpers 6, Tragring 41 und Speichen 11 eine axiale Orientierung der Strömungsleitflächen, so dass keine Drallströmung erzeugt wird, möglich.
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Die Ringmembran 12 ist mit ihrem Randbereich 14 zwischen dem - in das Gehäuse 1 eingesetzten - Tragring 41 und der Klemmhülse 16 eingespannt. Für einen festen Sitz der Ringmembran 12 sind der Tragring 41 und die Klemmhülse 16 an die Profilierung des Randbereichs 14 der Ringmembran 12 angepasst.
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Der Grundkörper 4 des Gehäuses 1 der Strahldüse weist im Strahlformbereich S mehrere im Wesentlichen radiale Durchbrüche 47 auf. Und die Klemmhülse 16 verfügt ihrerseits über eine entsprechende Anzahl von Durchbrüchen 43, welche zu denen des Grundkörpers 4 des Gehäuses 1 fluchten. So ist mittels jener Durchbrüche 47 und 43 der Innenraum des Gehäuses 1 im Strahlformbereich S seitlich, d. h. durch die Wand des Gehäuses hindurch belüftet. Eine Verdrehung von Klemmhülse 16 und Grundkörper 4 des Gehäuses 1 relativ zueinander ist für die besagte Belüftung unschädlich, wenn der Grundkörper 4 des Gehäuses 1 und/oder die Klemmhülse 16 im Bereich der Trennfläche eine ringförmige, eine Luftverteilung bewirkende Umfangsnut 44 aufweisen.
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Weiterhin ist das der Flüssigkeitseintrittsöffnung 2 zugeordnete Ende 45 des Gehäuses 1 der Strahldüse spezifisch für eine zuverlässige dichte Verbindung mit einem Schlauch bzw. Rohr hergerichtet. Hierzu weist der Grundkörper 4 des Gehäuses 1 in jenem Bereich zwei umlaufende Rippen 46 auf. Insgesamt ergibt bei der in den 2 und 3 gezeigten Bauweise sich erkennbar eine ausgesprochen kompakte Strahldüse mit integrierter Verschlussfunktion und den weiter oben eingehend dargelegten Vorzügen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014018130 A1 [0002, 0004]
