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Die Erfindung betrifft Vorrichtung zum Reinigen von Oberflächen, insbesondere von Solar- oder Photovoltaikanlagen, mit einem Reinigungskopf, der ein Basisteil und wenigstens ein mit dem Basisteil verbundenes Reinigungsorgan, insbesondere eine ein- oder mehrteilige Bürstenwalze, umfasst und der an eine Fluidquelle, insbesondere an einen Hochdruckreiniger, anschließbar ist, wobei das Basisteil ein Gehäuse und in dem Gehäuse einen Fluidantrieb mit wenigstens einer in einer Treibkammer des Gehäuses drehbar gelagerten Turbine umfasst, die von einem Treibstrahl eines dem Basisteil unter Druck zugeführten Fluids beaufschlagbar und, insbesondere über ein Getriebe, mit dem Reinigungsorgan verbunden ist, um das Reinigungsorgan in eine Reinigungsbewegung, insbesondere in Rotation, zu versetzen, und wobei ein bezogen auf eine Drehachse der Turbine axialer Fluidaustritt aus der Treibkammer vorgesehen ist, der vorzugsweise zumindest teilweise durch ein Getriebe verläuft.
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Derartige Vorrichtungen sind grundsätzlich bekannt, beispielsweise aus
DE 10 2011 103 537 A1 . Der axiale Austritt des Fluids ist gewünscht, damit das Fluid die Treibkammer schnell verlassen kann und so den Treibstrahl und die Rotation der Turbine möglichst wenig beeinträchtigt. Zudem kann das Fluid auf diese Weise dem Reinigungsorgan, insbesondere dem Inneren einer Bürstenwalze, zugeführt werden und zudem zum Kühlen und Schmieren von Lagern der jeweils vorhandenen rotierenden Bauteile dienen. Diese Lagerkühlung und -schmierung ist in der Praxis von großer Bedeutung, da häufig vergleichsweise einfache Gleitlager mit einer Materialpaarung Kunststoff-Teflon eingesetzt werden, die kostengünstig sind und - bei ausreichender Kühlung und Schmierung - eine hohe Lebensdauer besitzen. Bei einer typischen Fluidmenge von 3 bis 10 Litern pro Minute kann die Drehzahl der Turbine beispielsweise 10.000 bis 20.000 Umdrehungen pro Minute betragen.
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Es hat sich aber gezeigt, dass zumindest unter bestimmten Bedingungen eine ausreichende Kühlung und Schmierung der Lager nicht gewährleistet ist. Dies kann zu einem Ausfall der Lager bereits nach wenigen Betriebsminuten führen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der eine möglichst gute Kühl- und Schmierwirkung des aus der Treibkammer austretenden Fluids gewährleistet ist.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1. Erfindungsgemäß weist die Treibkammer einen Strahlauslass für den Treibstrahl auf, der mit einem Strahleinlass der Treibkammer ausgerichtet ist und über den der Treibstrahl nach dem Beaufschlagen der Turbine aus der Treibkammer austreten kann, wobei eine Rückstaufunktion vorgesehen ist, die derart ausgelegt ist, dass sich ein Fluidrückstau in die Treibkammer ergibt und zumindest ein Teil des Fluids über den axialen Fluidaustritt aus der Treibkammer austritt.
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Der Erfinder hat erkannt, dass die in bestimmten Situationen beobachtete unzureichende Kühlung und Schmierung auf die in der Treibkammer herrschenden dynamischen Verhältnisse zurückgeführt werden kann, die zur Folge haben, dass das Fluid derart aus der Treibkammer austritt, dass die Lager nicht mehr ausreichend gekühlt und geschmiert werden. Durch den erfindungsgemäßen Auslass für den Treibstrahl hinter der Turbine wird verhindert, dass der Treibstrahl wie im Stand der Technik gegen eine die Treibkammer begrenzende Wand prallt. Erfindungsgemäß kann der Treibstrahl die Treibkammer durchqueren und die Treibkammer nach dem Beaufschlagen der Turbine verlassen. Durch die erfindungsgemäße Rückstaufunktion ist das Fluid aber nicht „verloren“, sondern zumindest ein Teil des Fluids gelangt zurück in die Treibkammer und kann über den axialen Fluidaustritt aus der Treibkammer austreten. Dieser Vorgang ist weniger dynamisch als im Stand der Technik, so dass das Fluid in jeder Situation eine ausreichende Kühl- und Schmierwirkung entfalten kann.
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Die Vorteile der Erfindung brauchen nicht durch eine Verschlechterung der Antriebswirkung „erkauft“ zu werden, d.h. hinsichtlich der Antriebswirkung geht kein Fluid „verloren“. Der gesamte Treibstrahl kann zum Beaufschlagen der Turbine genutzt werden.
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Unter einem axialen Fluidaustritt ist auch ein solcher Fluidaustritt zu verstehen, bei dem das Fluid nicht ausschließlich in axialer Richtung, sondern lediglich mit einer axialen Komponente austritt. Anders ausgedrückt ist - wenn der Treibstrahl die Treibkammer von hinten nach vorne durchquert - ein axialer Fluidaustritt im Sinne der Erfindung allgemein ein seitlicher Fluidaustritt.
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Ein bevorzugtes Fluid ist Wasser. Die Erfindung ist aber nicht hierauf beschränkt.
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Vorzugsweise ist die Basiseinheit, insbesondere mittig, zwischen zwei Reinigungsorganen angeordnet, wobei die Treibkammer zwei auf gegenüberliegenden Seiten der Turbine gelegene axiale Fluidaustritte aufweist. Mit einem einzigen Treibstrahl können z.B. zwei ein- oder mehrteilige Bürstenwalzen in Rotation versetzt werden. Das Fluid tritt aus der Treibkammer in entgegengesetzten Richtungen aus.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass das Gehäuse zumindest einen dem Strahlauslass der Treibkammer nachgeordneten Fluidauslass aufweist. Hierdurch wird erreicht, dass ein Teil des Fluids nicht in die Treibkammer zurückgestaut wird, sondern das Gehäuse auf einem anderen Weg verlässt. Auf diese Weise kann erforderlichenfalls sichergestellt werden, dass der Fluidrückstau den Treibstrahl und die Rotation der Turbine nicht beeinträchtigt.
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Bevorzugt ist der Fluidauslass derart bemessen, dass sich ein vorgegebenes Verhältnis von über den Fluidauslass austretendem Fluid zu über den axialen Fluidaustritt austretendem Fluid ergibt. In Abhängigkeit von den jeweiligen Gegebenheiten kann der Anteil des Fluids, der pro Zeiteinheit das Gehäuse über den Fluidauslass verlässt, also nicht zurück in die Treibkammer gelangt, so eingestellt werden, dass einerseits der Treibstrahl und die Rotation der Turbine nicht beeinträchtigt werden und andererseits eine ausreichende Kühl- und Schmierwirkung des pro Zeiteinheit in die Treibkammer zurückgestauten und aus dem axialen Fluidaustritts austretenden Fluidanteils gewährleistet ist.
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Bei einer möglichen Aufteilung treten etwa 60 bis 90% des Fluids über den Fluidauslass aus, während etwa 40 bis 10% des Fluids über den axialen Fluidaustritt nach außen gelangen und zum Kühlen und Schmieren zur Verfügung stehen.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Fluidauslass wenigstens eine Fluidleitung umfasst oder zum Anschließen zumindest einer Fluidleitung ausgebildet ist und/oder eine Mehrzahl von Einzeldüsen umfasst.
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Der durch den Fluidauslass nach außen gelangende Fluidanteil kann dazu genutzt werden, direkt die zu reinigende Fläche oder das Reinigungsorgan zu beaufschlagen. Die Einzeldüsen oder die Fluidleitung können entsprechend ausgerichtet werden.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Fluidauslass sich zu einer Staukammer erweitert.
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Die Staukammer kann zumindest teilweise von einem separaten Einsatz gebildet sein. Der Einsatz kann auswechselbar sein. Insbesondere kann der Einsatz z.B. in das Gehäuse einsteckbar oder einschraubbar sein.
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Der Einsatz kann mit zumindest einem Fluidauslass versehen sein. Der Fluidauslass kann so ausgebildet sein, wie es vorstehend beschrieben worden ist.
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Eine an die jeweiligen Gegebenheiten angepasste Aufteilung des Fluids kann durch Vorhalten mehrerer unterschiedlicher Einsätze und durch Austauschen der Einsätze am Gehäuse schnell und einfach erfolgen. Je nach Ausgestaltung des Einsatzes und insbesondere des daran ausgebildeten Fluidauslasses kann die Rückstauwirkung durch die Verwendung eines passenden Einsatzes gezielt eingestellt werden.
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Bevorzugt ist zur Erzeugung des Treibstrahls in dem Gehäuse eine mit dem Strahleinlass ausgerichtete Strahldüse angeordnet. Die Strahldüse kann direkt oder indirekt mit der Fluidquelle, z.B. mit einem Hochdruckreiniger bzw. einer an einen Hochdruckreiniger angeschlossenen Fluidzufuhrleitung, insbesondere einer sogenannten Lanze, gekoppelt werden. Die Strahldüse kann als separat oder als Bestandteil einer Baueinheit entnehmbarer und wieder einsetzbarer Einsatz ausgebildet sein.
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Alternativ gehört die Strahldüse nicht zum Gehäuse, sondern zur Fluidquelle oder zu einer Fluidzufuhrleitung zwischen Fluidquelle und Gehäuse. In diesem Fall ist das Gehäuse derart ausgebildet, dass es mit der Strahldüse oder einer die Strahldüse umfassenden Baueinheit koppelbar ist.
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Die Fluidquelle und/oder eine Fluidzufuhrleitung für das Gehäuse kann bzw. können ein Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung sein, wobei dies aber nicht zwingend ist. Die Erfindung betrifft folglich sowohl den Reinigungskopf für sich genommen als auch ein System aus Reinigungskopf, Fluidquelle und Fluidzufuhrleitung.
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In Strahlrichtung gesehen hinter der Strahldüse kann wenigstens eine Luftansaugöffnung vorgesehen sein. Hierdurch kann insbesondere unter Ausnutzung des Venturi-Effekts dem Fluidstrahl Luft beigemischt werden. Eine solche Luftbeimischung ist ein Parameter, mit dem sich das Verhalten des Fluidantriebs und des Fluids beeinflussen lässt. Es hat sich gezeigt, dass eine gezielte Luftbeimischung eine Optimierung der Rückstaufunktion ohne Beeinträchtigung der Antriebswirkung des Treibstrahls oder der Kühl- und Schmierwirkung des austretenden Fluids ermöglicht.
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In einer möglichen Ausführungsform können zwei auf unterschiedlichen Seiten einer die Drehachse der Turbine enthaltenden Ebene liegende Anordnungen aus Strahleinlass und Strahlauslass vorgesehen sind, um wahlweise die Turbine entweder in der einen Drehrichtung oder in der anderen Drehrichtung beaufschlagen zu können. Es kann eine Umschalteinrichtung vorgesehen sein, mittels welcher ein Benutzer zwischen diesen beiden Betriebsarten schnell und einfach wechseln kann.
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Weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüche, der Beschreibung sowie der Zeichnung.
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Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
- 1 bis 3 verschiedene Ansichten einer aus dem Stand der Technik bekannten Reinigungsvorrichtung, und
- 4 und 5 verschiedene Ansichten einer Reinigungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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Hinsichtlich eines nachstehend beschriebenen möglichen prinzipiellen Aufbaus einer erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung wird auf eine in den
1 bis
3 gezeigte bekannte Vorrichtung gemäß der eingangs erwähnten
DE 10 2011 103 537 A1 Bezug genommen.
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Ein Reinigungskopf der Vorrichtung umfasst ein Basisteil 11 und zwei mehrteilige Bürstenwalzen 13 zu beiden Seiten des Basisteils 11. Das Basisteil 11 mit einem Gehäuse 15 umfasst eine Treibkammer 17, in der eine Turbine 19 um eine Drehachse 21 drehbar gelagert ist. Zur Drehachse 21 koaxiale Hülsen 45 des Gehäuses 15 beidseits der Turbine 19 beinhalten jeweils ein mit der Turbine 19 verbundenes Getriebe 51, über welches eine Hohlwelle 53 in Rotation versetzt wird, wenn die Turbine 19 von einem Treibstrahl beaufschlagt wird. Die Hohlwelle 53 trägt die mehrteilige Bürstenwalze 13, die über die Hohlwelle 53 in Drehung versetzt werden kann.
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Den Treibstrahl erzeugt eine Strahldüse 35, die am Ende einer Fluidzufuhrleitung 47 angeordnet ist, welche in einen Aufnahmeabschnitt 49 des Basisteils 11 einführbar und darin verriegelbar ist. Während des Betriebs ist die Fluidzufuhrleitung an eine Fluidquelle (nicht gezeigt), insbesondere einen Hochdruckreiniger, angeschlossen.
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Die Treibkammer 17 ist in Ausbreitungsrichtung des Treibstrahls geschlossen, d.h. hinter der Turbine 19 prallt der Treibstrahl auf eine die Treibkammer 17 begrenzende Wand, weshalb das Fluid praktisch sofort und in einem vergleichsweise hochdynamischen Prozess in axialer Richtung aus der Treibkammer 17 austritt, jeweils am Ende der Hülse 45 in die Hohlwelle 53 gelangt und aus Öffnungen 55 in der Wandung der Hohlwelle 53 in das Innere der Bürstenwalze 13 und von dort auf die zu reinigende Fläche (nicht gezeigt) gelangt.
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Bei dem nachstehend anhand der 4 und 5 beschriebenen Basisteil 11 gemäß der Erfindung ist die Treibkammer 17 hinter der Turbine 19 nicht geschlossen.
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Nicht gezeigt in den 4 und 5 sind die Getriebe, die Wellen und die Bürstenwalzen. Diesbezüglich wird auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen, d.h. diesbezüglich kann der erfindungsgemäße Reinigungskopf entsprechend aufgebaut sein.
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Das Gehäuse 15 umfasst zum einen einen flachquaderförmigen Zentralabschnitt mit einem flächigen, mehrere durch Stege 40 zusammenhängende Teile umfassenden Metallkern 39 und mit einer durch Spritzen hergestellten Kunststoffummantelung 41 sowie zum anderen seitlich abstehende Hülsen 45 aus Metall. Die Hülsen 45 münden jeweils in die Treibkammer 17, d.h. die Übergänge zwischen der Treibkammer 17 und den Hülsen 45 bilden jeweils einen axialen Fluidaustritt 23 aus der Treibkammer 17 heraus.
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In der Treibkammer 17 ist die Turbine 19 um die Drehachse 21 drehbar gelagert. Nicht dargestellt sind die in den Hülsen 45 angeordneten Getriebe, die jeweils mit der Turbine 19 verbunden sind.
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Die Turbine 19 kann wahlweise in der einen oder in der anderen Drehrichtung von einem Treibstrahl beaufschlagt werden. Hierzu sind zwei prinzipiell identische Pfade vorgesehen, von denen nachstehend ein Pfad beschrieben wird. Je nach gewünschter Drehrichtung wird der in 5 obere Pfad oder untere Pfad genutzt und der entsprechende Einsatz 43 an eine Fluidzufuhrleitung (nicht gezeigt) angeschlossen.
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Den sich geradlinig entlang der gestrichelten Stahlachse 37 ausbreitenden Treibstrahl erzeugt die von dem Einsatz 43 getragene Strahldüse 35. Der Treibstrahl tritt über einen Strahleinlass 27 in die Treibkammer 17 ein, beaufschlagt die Schaufeln der Turbine 19 und verlässt die Treibkammer 17 durch einen Strahlauslass 25. Über den Strahlauslass 25 gelangt der Treibstrahl in eine Staukammer 31, die von einem von vorne in das Gehäuse 15 herausnehmbar eingesteckten, hier im Wesentlichen quaderförmigen Einsatz 33 gebildet ist. Die Wangen des Einsatzes 33 sind mit mehreren Austrittsdüsen versehen, die gemeinsam einen Fluidauslass 29 bilden.
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Die den Fluidauslass 29 bildenden Austrittsdüsen sind zusammen nicht groß genug, um das gesamte in die Staukammer 31 gelangende Fluid austreten zu lassen. Folglich ergibt sich ein Rückstau in die Treibkammer 17 hinein, so dass ein Teil des Fluids zwar aus den Austrittsdüsen austreten kann, ein anderer Teil des Fluids aber über die Treibkammer 17 durch die beiden axialen Fluidaustritte 23 aus der Treibkammer 17 heraus gelangt.
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Durch diesen sich vergleichsweise wenig dynamisch verhaltenden Teil des Fluids kann eine ausreichende Kühlung und Schmierung von rotierenden Bauteile erfolgen.
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Die Stege 40 halten die erwähnten Teile des Metallkerns 39 beim Kunststoffspritzen in Position. Der jeweils zwischen Treibkammer 17 und Staukammer 31 gelegene Steg 40 ist längs der Strahlachse 37 durchbohrt, um den Durchtritt des Treibstrahls zu ermöglichen. Der jeweils nicht genutzte Pfad kann mittels eines Blindstopfens anstelle des mit den Austrittsdüsen versehenen Einsatzes 33 verschlossen werden. Soll einer der Pfade zumindest vorerst nicht genutzt, d.h. soll die Turbine vorerst nur in einer Drehrichtung betrieben werden, kann ein Durchbohren des im ungenutzten Pfad gelegenen Stegs 40 vorerst unterbleiben. Der entsprechende Strahlauslass 25 bleibt dann vorerst geschlossen.
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Hinsichtlich weiterer Details und möglicher Ausgestaltungen wird auch auf den Einleitungsteil verwiesen.
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Bezugszeichenliste
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- 11
- Basisteil
- 13
- Reinigungsorgan
- 15
- Gehäuse
- 17
- Treibkammer
- 19
- Turbine
- 21
- Drehachse
- 23
- axialer Fluidaustritt
- 25
- Strahlauslass
- 27
- Strahleinlass
- 29
- Fluidauslass
- 31
- Staukammer
- 33
- Einsatz
- 35
- Strahldüse
- 37
- Strahlachse
- 39
- Metallkern
- 40
- Steg
- 41
- Kunststoffummantelung
- 43
- Baueinheit
- 45
- Hülse
- 47
- Fluidzufuhrleitung
- 49
- Aufnahmeabschnitt
- 51
- Getriebe
- 53
- Welle
- 55
- Öffnung
