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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wasserstrahldüse, insbesondere für einen Wasserwerfer, besonders zum Einsatz in Feuerlöschvorrichtungen.
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Übliche Vollstrahldüsen für Strahlrohre am Ende von Feuerwehrschläuchen oder für Wasserwerfer zum Feuerlöschen, wobei die vorliegende Erfindung beides betrifft, weisen eine einfache Bohrung, die eine Austrittsöffnung bildet, auf, wobei die Bohrung meist eine Verjüngung am Ende des Strömungskanals durch die Vollstrahldüse darstellt. Wie bei einem ballistischen Wurf kann man mit einer solchen Vollstrahldüse eine bestimmte Wurfweite erzeugen. In der Praxis ist die Wasserauftrefffläche kein Punkt beziehungsweise kein Kreis, sondern immer eine runde oder ovale Auftrefffläche, weil das Wasser, das durch die Vollstrahldüse ausgedüst wird, im Flug durch den Luftwiderstand und die Wirbelbildung auseinander strömt und sich nur auf den ersten Metern hinter der Austrittsöffnung näherungsweise entlang eines Zylindervolumens ausbreitet.
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Je besser und länger der aus der Vollstrahldüse austretende Wasserstrahl gebündelt bleibt, desto größer ist die Wurfweite und desto kleiner die Auftrefffläche auf dem Boden.
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Die vorliegende Erfindung ist insbesondere bei solchen Vollstrahldüsen anwendbar, die demnach einen Strömungsquerschnitt aufweisen, der eine zumindest im Wesentlichen kreisförmige Grundfläche hat.
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Die Erfindung ist jedoch auch anwendbar bei sogenannten Hohlstrahldüsen, auch als Ringstrahldüse bezeichnet, bei welchen der Strömungsquerschnitt der Austrittsfläche im Wesentlichen ringförmig ist. Die Hohlstrahldüse kann dabei verstellbar sein, um den Strahl mehr oder minder zu bündeln.
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Ein Nachteil bei den bekannten Wasserstrahldüsen ist, dass insbesondere als Wasserausgang eines Wasserwerfers die Wurfweite durch die Bauform der Düse festgelegt und auf eine vergleichsweise kleine Wasserauftrefffläche insbesondere am Boden festgelegt ist. Das bedeutet beispielsweise bei der Brandbekämpfung auf Flughäfen, insbesondere beim Kühlen oder Löschen von Flugzeugen, wofür die vorliegende Erfindung besonders geeignet sein soll, dass nicht der gesamte Längsbereich eines Flugzeugs, beispielsweise der Flugzeugrumpf, gleichzeitig oder zumindest ein wesentlicher Teil hiervon gleichzeitig gekühlt und oder gelöscht werden kann. Vielmehr ist es bisher notwendig, den Auftreffbereich entlang des Flugzeugrumpfes durch Vertikalbewegungen der Düse zur variieren, wodurch zwar die Position des Auftreffens des Wassers am Flugzeugrumpf in der Praxis geändert werden kann, jedoch trotzdem die Beschränkung auf eine gleichzeitige Kühlung nur eines vergleichsweise kurzen Abschnitts des Flugzeugrumpfes möglich ist.
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Ferner ist es mit den bekannten Wasserstrahldüsen nicht möglich, eine Feuerschutzwand nach Art eines Wasservorhangs zu bilden. Auch die schnelle Wasserbeaufschlagung einer größeren Fläche am Boden ist nicht möglich.
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DE 10 2011 077 072 B3 schlägt eine Vollstrahldüse mit einer Austrittskammer und wenigstens einer Austrittsöffnung in einer Stirnfläche der Austrittskammer vor, wobei die Austrittsöffnung einen kleineren Querschnitt als die Austrittskammer aufweist und die Stirnfläche mit wenigstens drei über dem Umfang der Austrittsöffnung verteilt angeordneten taschenartigen Ausnehmungen versehen ist, um den aus der Austrittsöffnung austretenden Vollstrahl aufzureißen und dadurch eine feine Zerstäubung zur Verfügung zu stellen, welche den Brandherd besser kühlen soll als bekannte Vollstrahlen. Durch die Anordnung der taschenartigen Ausnehmungen wird rund um den Vollstrahl ein feiner Sprühnebel erzeugt, der aufgrund seiner trichterartigen Verteilung jedoch pro Flächeneinheit nur eine geringe Kühlwirkung erzeugen kann.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wasserstrahldüse – Vollstrahldüse oder Hohlstrahldüse – anzugeben, die insbesondere für einen Wasserwerfer geeignet ist und welche bei unverändert hoher Wurfweite zugleich die Kühlung besonders langer Objekte, die Herstellung einer Feuerschutzwand und die verbesserte Kühlung großer Flächen ermöglicht.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch eine Vollstrahldüse oder Hohlstrahldüse mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte und besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
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Eine erfindungsgemäße Vollstrahldüse oder Hohlstrahldüse, insbesondere für einen Wasserwerfer, umfasst eine Austrittsöffnung, die einen äußeren Umfang aufweist, der eine Austrittsfläche zur Ausbildung eines Strömungsquerschnitts umschließt. Der Strömungsquerschnitt weist eine zumindest im Wesentlichen kreisförmige Grundfläche – bei einer Vollstrahldüse – oder eine zumindest im Wesentlichen ringförmige Grundfläche – bei einer Hohlstrahldüse – auf. Die Grundfläche ist insbesondere jener zumindest im Wesentlichen kreisförmige oder ringförmige Strömungsquerschnitt, der den größten Teil der Austrittsöffnung bildet.
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Erfindungsgemäß ist nun ausschließlich in einem Winkelbereich des äußeren Umfangs der Austrittsöffnung wenigstens eine radiale Querschnittserweiterung der Austrittsfläche vorgesehen, wobei der Winkelbereich maximal 180° beträgt.
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Demnach ist erfindungsgemäß wenigstens eine einzige Querschnittserweiterung am äußeren Umfang der Austrittsöffnung vorgesehen oder es sind mehrere Querschnittserweiterungen am äußeren Umfang der Austrittsöffnung vorgesehen, die dann jedoch nicht über dem gesamten äußeren Umfang der Austrittsöffnung verteilt angeordnet sind, sondern es verbleibt ein Bereich von wenigstens 180°, das heißt von wenigstens der Hälfte des äußeren Umfangs, in welchem keine radiale Querschnittserweiterung vorgesehen ist. Das heißt in diesem Bereich folgt der äußere Umfang ausschließlich einer Kreisform.
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Wenn vorliegend bei einer Vollstrahldüse von einem Strömungsquerschnitt mit einer kreisförmigen Grundfläche die Rede ist, so ist hiermit eine vollkreisförmige Grundfläche gemeint. Bei einer ringförmigen Grundfläche, um eine Hohlstrahldüse auszubilden, erstreckt sich diese entsprechend in Umfangsrichtung über 360°, ist jedoch gegenüber der Vollkreisfläche auf einen radial äußeren Abschnittsbereich beschränkt, das heißt sie weist einen inneren vollkreisförmigen Kern auf, der nicht zum Strömungsquerschnitt der Düse beiträgt.
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Besonders vorteilhaft erstreckt sich der Winkelbereich des äußeren Umfangs der Austrittsöffnung, in welchem die wenigstens eine radiale Querschnittserweiterung vorgesehen ist, über maximal 90° und insbesondere über maximal 60° oder 45° oder 30°.
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Mit radialer Querschnittserweiterung ist vorliegend jede lokale Ausbuchtung der Austrittsfläche ausgehend von der Grundfläche radial nach außen gemeint, ungeachtet der Form der Ausbuchtung. Diese kann abgerundet, im Wesentlichen rund oder auch spitz sein oder auch andere gebogene oder abgewinkelte Formen aufweisen.
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Der Winkelbereich des äußeren Umfangs der Austrittsöffnung mit der wenigstens einen radialen Querschnittserweiterung ist in einem bestimmungsgemäßen Gebrauch der Vollstrahldüse oder Hohlstrahldüse zumindest zeitweise entlang einer unteren Hälfte des äußeren Umfangs der Austrittsöffnung vorgesehen, damit vorteilhaft ein Aufreißen des Vollstrahls ausgehend von der Zylinderform oder des Hohlstrahls ausgehend von der Hohlzylinderform nur nach unten bezogen auf die Wurfbahn des Strahls erfolgt. Damit kann ein konzentriertes Kühlen der Fläche unterhalb des Strahls insbesondere ausgehend von wenigen Metern hinter dem Wasseraustritt aus der Düse bis zur Auftrefffläche des Strahls auf dem Boden oder dem Brandobjekt erfolgen.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Vollstrahldüse oder Hohlstrahldüse einen mehrteiligen Düsenkörper auf, umfassend einen axialen Endabschnitt, in dem die Austrittsöffnung vorgesehen ist und der gegenüber einem sich anschließenden axialen Abschnitt verdrehbar ist, um den Winkelbereich des äußeren Umfangs mit der wenigstens einen radialen Querschnittserweiterung über einer senkrecht auf der Austrittsfläche stehenden Drehachse zu verdrehen, insbesondere um wenigstens 180°. Der sich anschließende axiale Abschnitt schließt sich insbesondere unmittelbar an den Endabschnitt an.
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Günstig ist, wenn die wenigstens eine radiale Querschnittserweiterung einen Strömungsquerschnitt ausbildet, der maximal 10 % der Grundfläche des Strömungsquerschnitts des Vollstrahls bzw. Hohlstrahls beträgt. Dadurch kann eine Beeinträchtigung der Wurfweite des Vollstrahls beziehungsweise des Hohlstrahls vermieden werden. Bei mehreren radialen Querschnittserweiterungen beträgt insbesondere deren Gesamtströmungsquerschnitt maximal 10 % der Grundfläche.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die wenigstens eine radiale Querschnittserweiterung im Wesentlichen dreieckförmig, das heißt sie weist einen Strömungsquerschnitt auf, der sich mit einem Dreieck beschreiben lässt. Eine Seite des Dreiecks folgt dabei naturgemäß dem äußeren Umfang der Grundfläche, demnach im Wesentlichen einer Kreisbahn.
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Günstig ist, wenn die Vollstrahldüse oder die Hohlstrahldüse einen sich in Axialrichtung erstreckenden Strömungskanal aufweist, der unmittelbar in der Austrittsöffnung mündet, und ein in Strömungsrichtung letzter Axialabschnitt des Strömungskanals gegenüber einem sich unmittelbar davor anschließenden stromaufwärts gelegenen Axialabschnitt des Strömungskanals im Durchmesser reduziert ist. Hierdurch kann die Strömungsgeschwindigkeit des aus der Austrittsöffnung austretenden Wassers beziehungsweise Wasserstrahls vergrößert werden.
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Günstig ist, wenn die wenigstens eine radiale Querschnittserweiterung ausschließlich im letzten Axialabschnitt des Strömungskanals vorgesehen ist, das heißt der sich stromaufwärts anschließende Axialabschnitt frei von einer solchen radialen Querschnittserweiterung ist und insbesondere rotationssymmetrisch ist beziehungsweise von einem kreisförmigen oder im Wesentlichen kreisförmigen Umfang umschlossen wird.
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Um Turbulenzen in der Strömung zu reduzieren und damit die Wurfweite der Düse zu erhöhen, kann in dem stromaufwärts gelegenen Axialabschnitt des Strömungskanals ein Strahlleitprofil vorgesehen sein, welches den Strömungsquerschnitt in einzelne Kreissektoren unterteilt, wobei sich das Strahlleitprofil leitschaufelartig in der Axialrichtung erstreckt.
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Eine erfindungsgemäße Strahldüse kann besonders leicht dadurch hergestellt werden, dass lediglich an einer Vollstrahldüse oder Hohlstrahldüse der bekannten Bauart mit vollkreisförmigem oder ringförmigem Strömungsquerschnitt der Austrittsöffnung insbesondere durch Fräsen eine radiale Querschnittserweiterung in die Austrittsöffnung eingebracht wird. Damit können auch bestehende Strahldüsen leicht erfindungsgemäß nachgerüstet werden.
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Durch die Erfindung kann vorteilhaft en Abregnen des Vollstrahls oder Hohlstrahls über der gesamten Länge der Wurfweite erreicht werden. Somit wird nicht nur eine einzige weit entfernte Auftrefffläche, sondern eine sehr lange und schmale Auftrefffläche auf dem Boden erreicht, beginnend bereits einige Meter hinter der Düse und endend mit der maximalen Wurfweite. Beispielsweise können folgende Werte durch die erfindungsgemäße Strahldüse zur Verfügung gestellt beziehungsweise vorgesehen werden: 5000 l Wasserdurchsatz pro Minute, 8 bar Wasserdruck am Eingang der Strahldüse, eine Wurfweite längs der Strahldüse im Bereich von 8 bis 60 m.
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Die Düse kann beispielsweise über ein Gewinde auf ein Strahlrohr aufgeschraubt werden und dann durch entsprechendes Verdrehen in eine Stellung gebracht werden, in welcher die wenigstens eine radiale Querschnittserweiterung zumindest teilweise unterhalb der Grundfläche des Strömungsquerschnitts liegt, insbesondere senkrecht unterhalb des tiefsten Punktes der Grundfläche. Gemäß einer Ausführungsform wird die Düse beziehungsweise die Austrittsöffnung in dieser Stellung auf dem Strahlrohr fixiert. Eine andere Ausführungsform sieht eine wahlweise Verdrehbarkeit vor, um den Beregnungseffekt ein- und auszuschalten.
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Das Ausschalten kann dadurch erfolgen, dass die radiale Querschnittserweiterung zwischen einer wirksamen und einer unwirksamen Position verdrehbar ist. In der wirksamen Position ist der Strömungsquerschnitt der radialen Erweiterung frei für den Durchtritt von Wasser. In der unwirksamen Position wird der Strömungsquerschnitt verdeckt, sodass kein oder im Wesentlichen kein Wasser durchtreten kann und damit nur die Grundfläche der Austrittsöffnung zum Austritt des Wasserstrahls zur Verfügung steht. Die wirksame Position ist insbesondere unterhalb, beispielsweise senkrecht unterhalb des tiefsten Punktes der Grundfläche vorgesehen. Selbstverständlich könnte auch die radiale Querschnittserweiterung ortsfest gehalten werden und stattdessen wahlweise von einer verdrehbaren oder verschiebbaren Blende abdeckbar sein, um den Beregnungseffekt ein- und auszuschalten. Auch ist es möglich, dass zwar der Strömungsquerschnitt der radialen Erweiterung immer offen ist, aber die radiale Querschnittserweiterung zum Ausschalten des Beregnungseffektes in eine Stellung oberhalb der Grundfläche des Strömungsquerschnitts der Düse verdrehbar und damit unwirksam ist, weil der aus der Grundfläche austretende Vollstrahl oder Hohlstrahl das aus der Querschnittserweiterung austretende Wasser schlicht mitreist, wenn dieses sozusagen auf den Vollstrahl beziehungsweise den Hohlstrahl abregnet.
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Wenn die erfindungsgemäße Düse zur Wasserbeaufschlagung eine größeren Fläche auf dem Boden oder von oben auf Brandgut verwendet wird, so muss die Düse nur noch in einem geeigneten Anstellwinkel gegenüber der Horizontalen, zum Beispiel von 25 bis 30°, ausgerichtet werden und horizontal verschwenkt werden, wohingegen mit den herkömmlichen Strahldüsen sowohl ein horizontales als auch vertikales Verschwenken notwendig war, letzteres um die Wurfweite zu variieren.
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Wenn die Düse über 360° verschwenkt wird, kann eine komplette Rundfläche in Form eines Vollkreises abgedeckt werden.
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Wenn mit der erfindungsgemäßen Düse ein Anstellwinkel gegenüber einer horizontalen Ebene von nahe 90° gewählt wird, so ergibt sich ein wasserbeaufschlagter Radius rund um den Austrittspunkt des Wassers, beispielsweise um ein Fahrzeug mit einem montierten Wasserwerfer. Dies kann bei Vegetationsbränden lebensrettend sein.
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Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und den Figuren exemplarisch beschrieben werden.
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Es zeigen:
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1 eine beispielhafte Gestaltung eine erfindungsgemäß ausgeführten Vollstrahldüse in einer dreidimensionalen Ansicht;
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2 eine Draufsicht auf die Austrittsöffnung der Vollstrahldüse der 1;
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3 einen Längsschnitt durch eine Vollstrahldüse der 1;
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4 eine Ausführungsform mit Strahlleitprofil;
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5 eine Draufsicht auf die Austrittsöffnung einer erfindungsgemäß ausgeführten Hohlstrahldüse.
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In der 1 ist eine erfindungsgemäß ausgeführte Vollstrahldüse dargestellt, die beispielsweise an einem Löscharm beziehungsweise am Ende eines Strahlrohres eines Löschfahrzeuges beziehungsweise Flugfeldlöschfahrzeuges montiert werden kann. Die Düse weist eine Austrittsöffnung 1 für den Wasserstrahl auf. Die Austrittsöffnung 1 ist im Bereich des einen axialen Endes der Düse vorgesehen, entgegengesetzt zu einem zweiten axialen Ende, über welches Wasser in die Düse eintritt.
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Wie man aus der 1 und 2 erkennen kann, weist die Austrittsöffnung 1 einen äußeren Umfang 2 auf, der die Austrittsfläche zur Ausbildung des Strömungsquerschnitts 3 für das Wasser umschließt. Der Strömungsquerschnitt 3 weist dabei eine zumindest im Wesentlichen kreisförmige Grundfläche 3.1 auf, sowie eine radiale Querschnittserweiterung 3.2. Man könnte somit den Gesamtströmungsquerschnitt in der Austrittsöffnung 1 für das Wasser, zusammengesetzt aus der Grundfläche 3.1 und der radialen Querschnittserweiterung 3.2, auch als schlüssellochartig bezeichnen.
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Die Erfindung ist jedoch nicht auf einzige radiale Querschnittserweiterung 3.2 beschränkt. Vielmehr könnten auch mehrere radiale Querschnittserweiterungen vorgesehen sein, wobei in der 2 schematisch eine zweite radiale Querschnittserweiterung 3.2‘ und eine dritte radiale Querschnittserweiterung 3.2´´ in gestricheltem Linie angedeutet sind. Entscheidend ist jedoch, dass alle vorgesehenen radialen Querschnittserweiterungen 3.2 und gegebenenfalls 3.2´, 3.2´´ nur in einem vorgegebenen Winkelbereich 2.1 des äußeren Umfangs 2 an der Grundfläche 3.1 angeschlossen sind, wobei der Winkelbereich 2.1 maximal 180° beträgt.
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Vorzugsweise erstreckt sich der Winkelbereich 2.1, wie in der 2 gezeigt ist, ausschließlich entlang einer Unterseite beziehungsweise unteren Hälfte der Austrittsöffnung 1.
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Bei der Schnittdarstellung in der 3 ist ferner gezeigt, dass die Vollstrahldüse einen sich in Axialrichtung erstreckenden Strömungskanal 5 aufweist, der in der Austrittsöffnung 1 mündet. Ein in Strömungsrichtung des Wassers durch die Vollstrahldüse letzter Axialabschnitt 5.1 des Strömungskanals 5 ist gegenüber einem sich unmittelbar anschließenden stromaufwärts gelegenen Axialabschnitt 5.2 des Strömungskanals im Durchmesser reduziert. Dadurch wird eine Beschleunigung des Wassers vor dem Austritt aus der Austrittsöffnung 1 und damit eine größere Wurfweite des Wassersstrahls erreicht.
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Wie man ebenfalls aus der 3 deutlich erkennen kann, weist die Düse am wasseraustrittsseitigen Ende einen Steg 6 auf, der zumindest etwas gegenüber der Stirnfläche 7, in welcher die Austrittsöffnung 1 vorgesehen ist, in Axialrichtung hervorsteht und die Austrittsöffnung 1 umschließt.
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Während in den 1–3 nur ein axialer Endabschnitt 8.1 des Düsenkörpers dargestellt ist, zeigt die 4 darüber hinaus einen sich anschließenden Axialabschnitt 8.2 des Düsenkörpers, gegenüber welchem der axiale Endabschnitt 8.1 verdrehbar ist, um die Position der wenigstens einen radialen Querschnittserweiterung 3.2 über dem äußeren Umfang 2 der Austrittsöffnung 1 zu variieren, derart, dass die wenigstens eine radiale Querschnittserweiterung 3.2 aus ihrer nach unten ausgerichteten Stellung in eine seitlich oder nach oben ausgerichteten Stellung verbracht werden kann, in Stufen oder stufenlos.
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Ferner ist in der 4 exemplarisch dargestellt, dass in dem Strömungskanal 5, insbesondere dem stromaufwärts gelegenen Axialabschnitt 5.2 mit vergleichsweise größerem Durchmesser ein Strahlleitprofil 9 vorgesehen sein kann, um Turbulenzen in der Strömung zu reduzieren.
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Das Strahlleitprofil 9 unterteilt den Strömungskanal 5 zumindest in einzelne Kreissektoren. Im besagten Ausführungsbeispiel unterteilt das Strahlleitprofil 9 den Strömungskanal 5 ferner in eine Kernbohrung, die von den Kreissektoren umschlossen wird.
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In der 5 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Düse in Form einer Hohlstrahldüse dargestellt. Bei einer solchen Hohlstrahldüse ist im Strömungskanal 5 beziehungsweise in der Austrittsöffnung 1 ein Kern 4 vorgesehen, sodass die Austrittsöffnung 1 eine ringförmige Grundfläche 3.1 des Strömungsquerschnitts 3 aufweist. An diese ringförmige Grundfläche 3.1 schließt sich die wenigstens eine radiale Querschnittserweiterung 3.2 an. Im Übrigen gilt das zuvor Gesagte.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011077072 B3 [0008]
