DE102017222730A1

DE102017222730A1 - Vorrichtung zur Innenreinigung von Behältern

Info

Publication number: DE102017222730A1
Application number: DE102017222730.3A
Authority: DE
Inventors: Christian Heil
Original assignee: Lechler GmbH
Current assignee: Lechler GmbH
Priority date: 2017-12-14
Filing date: 2017-12-14
Publication date: 2019-06-19
Anticipated expiration: 2037-12-15
Also published as: DE102017222730B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Innenreinigung von Behältern mit einem Gehäuse und einer an dem Gehäuse drehbar gelagerten Düse, wobei das Gehäuse einen Fluidanschluss zum Zuführen eines zu versprühenden Fluids, eine in dem Gehäuse angeordnete Turbine und ein in dem Gehäuse angeordnetes Getriebe aufweist, wobei ein Drehantrieb der Düse mittels der Turbine und mittels des einerseits mit der Turbine und andererseits mit der Düse gekoppelten Getriebes erfolgt, bei der das Getriebe ein mehrstufiges Stirnradgetriebe ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Innenreinigung von Behältern mit einem Gehäuse und einer an dem Gehäuse drehbar gelagerten Düse, wobei das Gehäuse einen Fluidanschluss zum Zuführen eines zu versprühenden Fluids, eine in dem Gehäuse angeordnete Turbine und ein in dem Gehäuse angeordnetes Getriebe aufweist, wobei ein Drehantrieb der Düse ausschließlich mittels der Turbine und mittels des einerseits mit der Turbine und andererseits mit der Düse gekoppelten Getriebes erfolgt.
Aus der deutschen Patentschrift DE 102 08 237 C1 ist eine Vorrichtung zur Innenreinigung von Behältern gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 bekannt. Eine in einem Gehäuse angeordnete Turbine treibt über eine Turbinenwelle ein Getriebe an, das dann wiederum einen drehbaren Gehäuseteil beaufschlagt, an dem mehrere Düsen angeordnet sind. Um ein großes Übersetzungsverhältnis zu erzielen, ist zwischen der Turbinenwelle und dem Gehäuseteil mit den Düsen ein Planetengetriebe angeordnet. Bei einer Ausführungsform kann dem Planetengetriebe ein Stirnradgetriebe mit einem Ritzel auf der Turbinenwelle und einem Hohlzahnrad vorgeschaltet sein, wobei das Hohlzahnrad drehfest mit dem Planetenrad verbunden ist.
Mit der Erfindung soll eine Vorrichtung zur Innenreinigung mit einem kostengünstig herstellbaren, konstruktiv einfachen und funktionell zuverlässigen Aufbau bereitgestellt werden.
Erfindungsgemäß ist hierzu eine Vorrichtung zur Innenreinigung von Behältern mit einem Gehäuse und einer an dem Gehäuse drehbar gelagerten Düse vorgesehen, wobei das Gehäuse einen Fluidanschluss zum Zuführen eines zu versprühenden Fluids, eine in dem Gehäuse angeordnete Turbine und ein in dem Gehäuse angeordnetes Getriebe aufweist, wobei ein Drehantrieb der Düse, insbesondere ausschließlich, mittels der Turbine und mittels des einerseits mit der Turbine und andererseits mit der Düse gekoppelten Getriebes erfolgt und wobei das Getriebe ein mehrstufiges Stirnradgetriebe ist.
Überraschenderweise lässt sich auch ein mehrstufiges Stirnradgetriebe so kompakt aufbauen, dass dadurch einerseits das erforderliche große Übersetzungsverhältnis zwischen einer Turbinenwelle und einer Düse als auch die erforderliche Funktionssicherheit erreicht werden kann. Speziell der Verzicht auf ein Planetengetriebe erlaubt es, die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Innenreinigung konstruktiv sehr einfach und kostengünstig herstellbar auszuführen.
In Weiterbildung der Erfindung weist das Stirnradgetriebe mindestens vier Zahnräder auf.
Mittels eines solchen mehrstufigen Stirnradgetriebes lässt sich das gewünschte Übersetzungsverhältnis erzielen. Eventuelle größere Reibungsverluste werden vorteilhafterweise durch eine reibungsarme Ausführung des Stirnradgetriebes ausgeglichen.
In Weiterbildung der Erfindung wird das Stirnradgetriebe von dem durch das Gehäuse und die Turbine strömenden Fluid durchströmt.
Auf diese Weise kann eine selbstreinigende Ausführung des Stirnradgetriebes erreicht werden.
In Weiterbildung der Erfindung weist das Stirnradgetriebe zwei plattenförmige Platinen auf, zwischen denen die mehreren Zahnräder angeordnet sind.
Ein solcher Aufbau eines Stirnradgetriebes ist prinzipiell beispielsweise von Uhrengetrieben bekannt. Der Aufbau des Stirnradgetriebes zwischen zwei oder mehreren Platinen ist konstruktiv sehr einfach und kostengünstig realisierbar. Gleichzeitig ist ein solcher Aufbau sehr flexibel, beispielsweise dann, wenn das Übersetzungsverhältnis des Getriebes verändert werden soll. Überraschenderweise gelingt es durch geeignete Maßnahmen, auch ein zwischen zwei oder mehreren Platinen aufgebautes Stirnradgetriebe so auszugestalten, dass der gewünschte Selbstreinigungseffekt durch das hindurchströmende Fluid erreicht wird und auch ein Strömungswiderstand durch das Stirnradgetriebe so klein gehalten werden kann, dass eine sehr gute Reinigungswirkung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzielt wird. Es wird darüber hinaus ein einfach auszutauschendes Getriebemodul bereitgestellt.
In Weiterbildung der Erfindung sind die Platinen mit jeweils wenigstens einer Durchströmöffnung versehen.
Mittels jeweils wenigstens einer Durchströmöffnung in den Platinen kann der Strömungswiderstand für das durch das Stirnradgetriebe hindurchströmende Fluid so gering gehalten werden, dass das Fluid beim Austritt aus den Düsen noch eine so hohe Strömungsenergie aufweist, dass eine sehr gute Reinigungswirkung erzielt wird.
In Weiterbildung der Erfindung sind die beiden Platinen mittels mehrerer Stifte verbunden, wobei die Zahnräder wenigstens teilweise auf den Stiften drehbar gelagert sind.
Die Verbindung der Platinen mittels mehrerer Stifte erlaubt einen sehr einfachen und prinzipiell von Uhrengetrieben her bekannten Aufbau des Stirnradgetriebes. Beispielsweise werden als Stifte Passstifte verwendet, die als Standardteile kostengünstig verfügbar sind. Alternativ sind beispielsweise auch Keramikstifte einsetzbar.
In Weiterbildung der Erfindung sind die Stifte wenigstens abschnittsweise und im Bereich der Lagerstellen der Zahnräder verschleißmindernd beschichtet.
Beispielsweise können die Stifte wenigstens im Bereich der Lagerstellen der Zahnräder mit einer sogenannten DLC-Beschichtung (Diamond-Like Carbon) versehen sein. Eine solche Beschichtung mindert den Verschleiß der Stifte beträchtlich bzw. verhindert den Verschleiß der Stifte sogar vollständig, wenn ein geeignetes Material für die Zahnräder verwendet wird. Die Stifte können beispielsweise aus sehr korrosionsbeständigem Edelstahl bestehen, insbesondere V4A, 1.4401 und beschichtet sein.
In Weiterbildung der Erfindung bestehen die Zahnräder aus Kunststoff.
Mit Zahnrädern aus Kunststoff lässt sich zum einen eine kostengünstige Herstellbarkeit des Stirnradgetriebes erreichen, zum anderen kann auch eine sehr reibungsarme Ausführung des Stirnradgetriebes erzielt werden. Als besonders geeignet hat sich eine Materialpaarung von Zahnrädern und Stiften herausgestellt, bei der Zahnräder aus PEEK-Kunststoff auf Stahlstiften gelagert sind, die mit einer DLC-Beschichtung versehen sind. Wie bereits ausgeführt wurde, können die Stahlstifte, mit denen die Platinen verbunden sind und auf denen die Zahnräder gelagert sind, als Passstifte ausgeführt sein, die als Standardteile problemlos und kostengünstig verfügbar sind. Als PEEK-Kunststoff wird ein hochtemperaturbeständiger thermoplastischer Kunststoff Polyetheretherketon bezeichnet. Dieser PEEK-Kunststoff gehört zur Stoffgruppe der Polyaryletherketone. Die Zahnräder können mittels Spritzguss hergestellt sein.
In Weiterbildung der Erfindung weist die Turbine ein Turbinenrad und eine Turbinenwelle auf, auf der das Turbinenrad drehfest angeordnet ist, wobei auf der Turbinenwelle ein Abtriebsritzel angeordnet ist, das mit zwei Zahnrädern kämmt, die etwa 180° gegenüberliegend an dem Abtriebsritzel angreifen.
Mittels einer solchen Ausgestaltung kann eine mehr oder weniger symmetrische Beaufschlagung des Abtriebsritzels der Turbinenwelle erreicht werden. Auch bei sehr hohen Drehzahlen und hohen Drehmomenten lässt sich dadurch eine zuverlässige Übertragung der Rotationsenergie der Turbinenwelle auf das Stirnradgetriebe bei geringem Verschleiß der Zahnräder erzielen.
In Weiterbildung der Erfindung weist das Stirnradgetriebe mehrere identisch ausgebildete Doppelzahnräder auf, wobei jedes Doppelzahnrad einstückig ausgebildet ist und ein größeres Stirnzahnrad und ein koaxial zum größeren Stirnzahnrad angeordnetes kleineres Stirnzahnrad aufweist.
Durch Verwendung mehrerer identisch ausgebildeter Doppelzahnräder können die Herstellungskosten für das Stirnradgetriebe der erfindungsgemäßen Vorrichtung deutlich gesenkt werden.
Vorteilhafterweise ist das Getriebe symmetrisch aufgebaut, so dass also immer zwei Ritzel an einem größeren Zahnrad angreifen. Auf diese Weise lassen sich höhere Drehmomente übertragen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Einzelmerkmale der unterschiedlichen, in den Zeichnungen dargestellten und der Beschreibung beschriebenen Ausführungsformen lassen sich dabei in beliebiger Weise und auch ohne die weiteren Merkmale, mit denen sie im Zusammenhang gezeigt oder beschrieben werden, miteinander kombinieren, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten. In den Zeichnungen zeigen:

1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Innenreinigung von Behältern gemäß einer ersten Ausführungsform,
2 die Vorrichtung der 1 von schräg oben,
3 eine Schnittansicht der Vorrichtung der 1,
4 eine Ansicht des Getriebes und der Turbine der Vorrichtung der 1 von schräg oben,
5 eine Ansicht des Getriebes der 4 von oben,
6 eine Ansicht des Getriebes der 4 von unten,
7 eine Ansicht des Getriebes der 4 von der Seite,
8 eine auseinandergezogene Darstellung des Getriebes der 4,
9 die auseinandergezogene Darstellung der 8 aus anderem Blickwinkel,
10 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Innenreinigung von Behältern gemäß einer zweiten Ausführungsform,
11 die Vorrichtung der 10 von schräg oben
12 eine Schnittansicht der Vorrichtung der 10.
13 eine Ansicht eines Getriebes für eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung von schräg oben,
14 eine Ansicht des Getriebes der 13 von oben,
15 eine Ansicht des Getriebes der 13 von unten und
16 eine Ansicht des Getriebes der 13 von der Seite.

In 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 zur Innenreinigung von Behältern dargestellt. Im Betrieb wird die Vorrichtung 10 ein Stück weit in einen zu reinigenden, nicht dargestellten Behälter eingeführt. Die Vorrichtung 10 weist ein Gehäuse 12 mit einem ersten, feststehenden Gehäuseteil 14 und einem zweiten Gehäuseteil 16 auf. Der zweite Gehäuseteil 16 ist gegenüber dem feststehenden Gehäuseteil 14 drehbar um eine Drehachse 18 gelagert. An dem zweiten Gehäuseteil 16 sind drei Düsen 20, 22, 24 so angeordnet, dass sie jeweils einen Sprühstrahl in unterschiedlichen Richtungen zur Drehachse 18 ausgeben. Der erste, feststehende Gehäuseteil 14 wird beispielsweise an eine nicht dargestellte Zuführleitung für Reinigungsfluid angeschlossen. Wird über diese Zuführleitung Reinigungsfluid, beispielsweise Wasser, in dem ersten Gehäuseteil 14 eingeführt, so beaufschlagt das Reinigungsfluid eine innerhalb des Gehäuses 14 angeordnete Turbine, die in 1 nicht erkennbar ist. Über ein ebenfalls nicht erkennbares Stirnradgetriebe wird die Rotationsenergie der Turbine auf den zweiten Gehäuseteil 16 übertragen, der sich dadurch relativ zum ersten Gehäuseteil 14 um die Drehachse 18 dreht. Das Reinigungsfluid durchströmt die Turbine, wenigstens teilweise das Stirnradgetriebe und gelangt dann in den zweiten Gehäuseteil 16 und tritt über die Düsen 20, 22, 24 in unterschiedlichen Richtungen zur Drehachse 18 aus. Die aus den Düsen 20, 22, 24 austretenden Sprühstrahlen überstreichen dadurch im Verlauf der Drehung des zweiten Gehäuseteils 16 im Wesentlichen die vollständige Wandfläche des zu reinigenden (nicht dargestellten) Behälters.
Die Darstellung der 2 zeigt die Vorrichtung 10 der 1 von schräg oben. Zu erkennen ist, dass die Düse 20 als Flachstrahldüse ausgebildet ist. Die Düsen 22, 24 sind ebenfalls als Flachstrahldüsen ausgebildet, was in 2 aber nicht erkennbar ist.
Der erste Gehäuseteil 14 ist an seinem in 2 oberen Ende mit einem Innengewinde 26 versehen, das zum Anschluss an eine nicht dargestellte Zuführleitung dient. Der erste Gehäuseteil 14 ist auch mit zwei gegenüberliegenden Abflachungen 28 versehen, von denen in 2 lediglich eine erkennbar ist und die zum Ansetzen eines Werkzeugs dienen.
3 zeigt eine Schnittansicht der Vorrichtung 10 der 1.
Das erste Gehäuseteil 14 ist dreiteilig aufgebaut und weist einen ersten Gehäuseteilabschnitt 30 mit dem Innengewinde 26 zum Aufschrauben auf eine Zuführleitung, einen zweiten Gehäuseteilabschnitt 32, der im Wesentlichen rohrförmig ausgebildet ist, und einen dritten Gehäuseteilabschnitt 34 auf, der die Lagerstelle zur drehbaren Lagerung des zweiten Gehäuseabschnitts 16 aufweist. Zwischen dem ersten Gehäuseteilabschnitt 30 und dem zweiten Gehäuseteilabschnitt 32 ist eine Leitscheibe 36 festgelegt, der das in den ersten Gehäuseteil 14 einströmende Reinigungsfluid mit einer Strömungskomponente um die Drehachse 18 versieht, die gleichzeitig die Mittellängsachse der Vorrichtung 10 bildet. Mittels der Leitscheibe 36 wird das zugeführte Reinigungsfluid auf ein Turbinenrad 38 geleitet. Da mittels der Leitscheibe 36 das zuströmende Reinigungsfluid bereits eine Bewegungskomponente um die Mittellängsachse 18 hat, wird das Turbinenrad 38 durch das Reinigungsfluid in Drehung versetzt.
Es ist im Rahmen der Erfindung selbstverständlich ohne weiteres auch möglich, das Turbinenrad 38 mit schräg zur Mittellängsachse 18 angestellten Turbinenschaufeln zu versehen. In einem solchen Fall könnte die Leitscheibe 36 mit zu der Mittellängsachse 18 parallelen Fluidkanälen ausgebildet sein.
Die Drehung des Turbinenrads 38 wird mittels eines Stirnradgetriebes 40 untersetzt. Eine Abtriebswelle 42 des Stirnradgetriebes 40 ist mit einem Querbolzen 44 versehen, der in zwei gegenüberliegende Aussparungen des unteren Gehäuseteils 16 eingreift. Sobald sich das Turbinenrad 38 dreht, dreht sich auch die Abtriebswelle 42 mit verminderter Drehzahl und damit auch der Querbolzen 44. Infolgedessen wird bei einer Drehung des Turbinenrads 38 der zweite Gehäuseteil 16 um die Drehachse gedreht, die mit der Mittellängsachse 18 zusammenfällt.
Es ist in 3 zu erkennen, dass innerhalb des Gehäuses 12 ein durchgehender Strömungsraum gebildet ist, der sich von dem in 3 oberen Ende des ersten Gehäuseabschnitts 14 bis zu den Austrittsöffnungen der Düsen 20, 22, 24 erstreckt. Innerhalb dieses durchgehenden Strömungsraums ist auch das Turbinenrad 38 sowie das Stirnradgetriebe 40 angeordnet. Das Stirnradgetriebe 40 ist dabei stromabwärts des Turbinenrads 38 angeordnet. Das in den ersten Gehäuseteil 14 eintretende Fluid strömt daher zunächst durch den ersten Gehäuseteilabschnitt 30, strömt dann durch die Drallkanäle in der Leitscheibe 36 und trifft dann auf die Schaufeln des Turbinenrads 38 auf. Das Turbinenrad 38 und das Stirnradgetriebe 40 sind innerhalb des zweiten Gehäuseteilabschnitts 32 angeordnet. Stromabwärts des Turbinenrads 38 strömt das Fluid durch das Stirnradgetriebe 40 bzw. seitlich an diesem vorbei, da zwischen dem Stirnradgetriebe 40 und der Innenwand des zweiten Gehäuseteilabschnitts 32 noch ein Ringraum gebildet ist.
Am Übergang zwischen dem zweiten Gehäuseteilabschnitt 32 und dem dritten Gehäuseteilabschnitt 34 ist eine Platine 50 des Stirnradgetriebes 40 angeordnet. Diese Platine 50 ist zwischen dem zweiten Gehäuseteilabschnitt 32 und dem dritten Gehäuseteilabschnitt 34 eingeklemmt und fixiert dadurch sowohl das Stirnradgetriebe 40 als auch das drehbar an einer oberen Platine 52 des Stirnradgetriebes drehbar gelagerte Turbinenrad.
Die Abtriebswelle 42 des Stirnradgetriebes 40 ist in der Platine 50 drehbar gelagert und erstreckt sich bis in den Bereich des dritten Gehäuseteilabschnitts 34. Im dritten Gehäuseteilabschnitt 34 ist der Querbolzen 44 sowie, wie ausgeführt wurde, die Lagerstelle 54 für den zweiten Gehäuseteil 16 angeordnet. Das durch das Gehäuse 12 strömende Fluid strömt an dem Querbolzen 44 vorbei und gelangt dadurch in den zweiten Gehäuseteil 16. Ausgehend von einem zentralen Hohlraum innerhalb des zweiten Gehäuseteils 16 gelangt das Fluid dann in die Düsen 20, 22, 24, die jeweils Düsengehäuse aufweisen, die in passende Bohrungen im zweiten Gehäuseteil 16 eingesetzt sind.
Die aus den Düsen 20, 22, 24 austretenden Sprühstrahlen drehen sich zusammen mit den Düsen 20, 22, 24 um die Drehachse 18 und überstreichen damit eine Innenwand eines zu reinigenden und nicht dargestellten Behälters, in dem die Vorrichtung 10 zu Reinigungszwecken angeordnet wird.
4 zeigt das Stirnradgetriebe 40 und das Turbinenrad 38 in einer Ansicht von schräg oben. Das Stirnradgetriebe 40 und das Turbinenrad 38 bilden eine Einheit, die, so wie sie in 4 dargestellt ist, in dem Gehäuse 12 angeordnet werden kann. Hierzu wird das Stirnradgetriebe 40 mit der Turbine 38 in den zweiten Gehäuseteilabschnitt 32 eingesetzt, siehe 3, und durch Aufschrauben des dritten Gehäuseteilabschnitts 34 auf den zweiten Gehäuseteilabschnitt 32 fixiert. Dabei wird der Rand der zweiten Platine 52 des Stirnradgetriebes 40, wie bereits ausgeführt wurde, zwischen dem zweiten Gehäuseteilabschnitt 32 und dem dritten Gehäuseteilabschnitt 34 eingeklemmt.
Das Turbinenrad 38 ist mit insgesamt zehn Turbinenschaufeln versehen, die jeweils parallel zur Mittellängsachse 18 angeordnet sind. Es wurde bereits ausgeführt, dass das auf die Turbinenschaufeln des Turbinenrads 38 auftreffende Fluid durch die Leitscheibe 36 bereits eine Rotationskomponente um die Mittellängsachse 18 aufweist. Das auf die Turbinenschaufeln auftreffende Fluid versetzt dadurch das Turbinenrad 38 in Drehung um die Drehachse 18. Im Rahmen der Erfindung können die Turbinenschaufeln auch schräg zur Mittellängsachse angeordnet sein und eine Drallerzeugung durch die Leitscheibe 36 kann dann entfallen.
Das Turbinenrad 38 ist drehfest mit einer in 4 nicht erkennbaren Turbinenwelle verbunden, die wiederum drehbar in der zweiten Platine 52 des Stirnradgetriebes 40 gelagert ist. Die beiden Platinen 50, 52 des Stirnradgetriebes 40 sind mittels Stiften 56 miteinander verbunden, siehe 3, wobei diese Stifte 56 in 4 lediglich abschnittsweise zu erkennen sind. Die Stifte 56 verbinden und fixieren die beiden Platinen 50, 52 aneinander und dienen gleichzeitig als Lagerachsen für die Zahnräder 58 des Stirnradgetriebes 40.
Es ist in 4 zu erkennen, dass die erste Platine 50 des Stirnradgetriebes 40 mit mehreren großflächigen Durchströmöffnungen 60 versehen ist. Die Durchströmöffnungen 60 ermöglichen es dem durch das Gehäuse 12 strömenden Fluid, durch die Platine 50 hindurchzuströmen. Die Durchströmöffnungen 60 erlauben damit aber auch, die erste Platine 50 und damit das Stirnradgetriebe 40 mit dem Turbinenrad 38 in sehr einfacher Weise am Gehäuse 12 zu fixieren, indem, wie ausgeführt wurde, ein äußerer Rand der ersten Platine 50 zwischen den Gehäuseteilabschnitten 32, 34 eingeklemmt wird.
In 4 ist weiter der Querbolzen 44 unterhalb der ersten Platine 50 zu erkennen. Die Zahnräder 58 des Stirnradgetriebes 40 und der Querbolzen 44 befinden sich somit auf gegenüberliegenden Seiten der ersten Platine 50.
Die Darstellung der 5 zeigt eine Draufsicht auf das Stirnradgetriebe 40 und das Turbinenrad 38. In dieser Ansicht ist gut zu erkennen, dass das Fluid, das die Turbinenschaufeln des Turbinenrads 38 beaufschlagt, zum großen Teil radial außerhalb des Stirnradgetriebes 40 strömt und dann durch die Durchgangsöffnungen 60 in der ersten Platine 50 hindurchgelangen kann. Dies deshalb, da die Durchgangsöffnungen 60 so angeordnet sind, dass sie sich in radialer Richtung in etwa über den gleichen Bereich erstrecken, über den sich auch die Turbinenschaufeln 38 erstrecken.
Die Darstellung der 6 zeigt das Stirnradgetriebe 40 und das Turbinenrad 38 in einer Ansicht von unten. Das Stirnradgetriebe 40 und das Turbinenrad 38 bilden eine kompakte Einheit, siehe auch 4, die vormontiert werden kann und die dann als kompakte Einheit in das Gehäuse 12 eingesetzt wird.
In der Ansicht von unten ist die erste Platine 50 mit den Durchströmöffnungen 60 zu erkennen, durch die in Blickrichtung der 6 parallel zur Mittellängsachse 18 die Turbinenschaufeln des Turbinenrads 38 zu erkennen sind. Ebenfalls zu erkennen ist der Querbolzen 44, der am zweiten Gehäuseteil 16 angreift, siehe 3.
Es ist 6 zu entnehmen, dass das an den Turbinenschaufeln des Turbinenrads 38 vorbeiströmende Fluid zum einen weitgehend unbehindert durch die Durchgangsöffnungen 60 in der ersten Platine 50 hindurchströmen kann, so dass die Einheit aus Stirnradgetriebe 40 und Turbinenrad 38 einen nur kleinen Strömungswiderstand bildet. Zum anderen ist zu erkennen, dass das durch das Turbinenrad 38 strömende Fluid auch an den Zahnrädern 58 des Stirnradgetriebes 40 vorbeiströmt und diese dadurch reinigt und auch schmiert.
7 zeigt eine Seitenansicht des Stirnradgetriebes 40 mit dem Turbinenrad 38. In dieser Ansicht ist der kompakte Aufbau des Stirnradgetriebes 40 zwischen den beiden Platinen 52 und 50 zu erkennen. Die Strömungsrichtung des durchströmenden Fluids ist in 7 von oben nach unten. In Strömungsrichtung gesehen folgt auf das Turbinenrad 38 die Platine 52 des Stirnradgetriebes 40, dann die mehreren Zahnräder 58 des Stirnradgetriebes, die wiederum alle zwischen den beiden Platinen 50, 52 des Stirnradgetriebes 40 angeordnet sind. Stromabwärts der ersten Platine 50 ragt die Abtriebswelle 42 des Stirnradgetriebes 40 mit dem Querbolzen 44 über die Platine 50 hinaus. Auch in der Ansicht der 7 ist zu erkennen, dass um das Stirnradgetriebe 40 ein Ringraum gebildet ist, durch den das Fluid ausgehend vom Turbinenrad 38 ungehindert bis zu der ersten Platine 50 und dann durch die Durchgangsöffnungen 60 in der Platine 50 hindurchströmen kann.
In der Darstellung der 7 ist bereits zu erkennen, dass die Zahnräder 58 des Stirnradgetriebes 40 wenigstens teilweise als Doppelzahnräder ausgebildet sind. Wenigstens teilweise sind die Doppelzahnräder 58 des Stirnradgetriebes 40 identisch ausgebildet.
Der Aufbau des Stirnradgetriebes 40 ist detaillierter in der auseinandergezogenen Darstellung der 8 zu erkennen.
Das Turbinenrad 38 ist starr mit einer Turbinenwelle 62 verbunden, siehe auch 3, die in der zweiten Platine 52 gelagert ist. Am freien Ende, das in Strömungsrichtung stromabwärts des Turbinenrads 38 angeordnet ist, der Turbinenwelle 62 ist ein Abtriebsritzel 64 angeordnet. Ein Außenumfang des Abtriebsritzels 64 ist kleiner als ein Außenumfang der Turbinenwelle 62, so dass das Abtriebsritzel einstückig mit der Turbinenwelle 62 verbunden sein kann und die Turbinenwelle 62 dann einfach in die Lagerbohrung in der zweiten Platine 52 eingeschoben werden kann.
Die beiden Platinen 50, 52 des Stirnradgetriebes 40 werden über vier Stifte 56 miteinander verbunden. Die Stifte 56 sind in passende Bohrungen in den Platinen 50, 52 eingepresst und sind als Passstifte ausgeführt, die als Standardteile kostengünstig erhältlich sind. Neben der Verbindung der beiden Platinen 50, 52 sind die Stifte 56 auch als Lagerstifte für die Zahnräder des Stirnradgetriebes 40 vorgesehen.
Das Stirnradgetriebe 40 weist insgesamt fünf identisch ausgebildete Doppelzahnräder 58a, 58b, 58c, 58d und 58e auf. Jedes dieser Doppelzahnräder besteht aus einem größeren Zahnrad und einem koaxial hierzu angeordneten und einstückig mit dem größeren Zahnrad verbundenen kleineren Zahnrad. Ein weiteres Zahnrad 58f ist als Einfachstirnzahnrad ausgebildet und ist drehfest mit der Abtriebswelle 42 verbunden, die wiederum mittels einer Lagerbüchse 66 drehbar in der ersten Platine 50 des Stirnradgetriebes 40 angeordnet ist. An ihrem, dem Zahnrad 58f gegenüberliegenden Ende ist die Abtriebswelle 42 mit einer Querbohrung versehen, in der der Querbolzen 44 aufgenommen ist.
Ein weiteres Einfachzahnrad 58g kämmt mit dem Zahnrad 58f.
Eine Drehung des Turbinenrads 38 wird mittels des Abtriebsritzels 64 auf die jeweiligen größeren Zahnräder der beiden Doppelzahnräder 58a, 58b übertragen. Die beiden Doppelzahnräder 58a, 58b greifen dabei an etwa gegenüberliegenden Bereichen des Abtriebsritzels 64 an. Das Abtriebsritzel 64 und die größeren Zahnräder der beiden Doppelzahnräder 58a, 58b bilden dabei eine erste Untersetzungsstufe des Stirnradgetriebes 40.
Das kleinere Zahnrad des Doppelzahnrades 58a greift dann an dem größeren Zahnrad des Doppelzahnrads 58c an. Dadurch wird die zweite Untersetzungsstufe des Stirnradgetriebes 40 gebildet. Das Doppelzahnrad 58b dient lediglich als Stützrad für das Abtriebsritzel 64 und überträgt keine Momente. Um die Kosten durch Verwendung von Gleichteilen gering zu halten, wird ein identisches Doppelzahnrad verwendet.
Das kleinere Zahnrad des Doppelzahnrads 58c kämmt dann mit dem größeren Zahnrad des Doppelzahnrads 58d und bildet dadurch die dritte Untersetzungsstufe des Stirnradgetriebes 40. Das kleinere Zahnrad des Doppelzahnrads 58d kämmt mit dem größeren Zahnrad des Doppelzahnrads 58e und bildet dadurch die vierte Untersetzungsstufe des Stirnradgetriebes 40. Das kleinere Zahnrad des Doppelzahnrads 58e kämmt mit dem Einfachzahnrad 58f und bildet dadurch die fünfte Untersetzungsstufe des Stirnradgetriebes 40. Das Zahnrad 58g kämmt ebenfalls mit dem Zahnrad 58f, dient aber lediglich zur symmetrischen Abstützung des Zahnrads 58f, das drehfest mit der Abtriebswelle 42 verbunden ist.
Alle fünf Untersetzungsstufen des Stirnradgetriebes 40 sind bei der dargestellten Ausführungsform gleich groß, da das Abtriebsritzel 64 und die jeweils kleineren Zahnräder der Doppelzahnräder 58a, 58b, 58c, 58d, 58e jeweils die gleiche Zähnezahl haben und da die jeweils größeren Zahnräder der Doppelzahnräder 58a, 58b, 58c, 58d, 58e und das Zahnrad 58f ebenfalls die gleiche Zähnezahl haben.
In der Darstellung der 8 ist weiter zu erkennen, dass auch die zweite Platine 52 mit vier Durchströmöffnungen 60 versehen ist, die den Strömungswiderstand des Stirnradgetriebes 40 verringern.
Die Stifte 56 sind jeweils als Stahlstifte ausgeführt und mit einer DLC-Beschichtung (Diamond-Like Carbon) versehen. Die Doppelzahnräder 58a, 58b, 58c, 58d, 58e und die Zahnräder 58f, 58g und das Abtriebsritzel 64 der Turbinenwelle 62 bestehen jeweils aus PEEK-Kunststoff. Dadurch wird eine sehr reibungsarme Lagerung der Doppelzahnräder 58a bis 58e und des Zahnrads 58g auf den Stiften 56 erreicht, die obendrein sehr verschleißarm ist. Darüber hinaus können die vom Turbinenrad 38 aufgebrachten Drehmomente zuverlässig übertragen werden und ein Verschleiß zwischen den miteinander kämmenden Zahnrädern ist gering. Alternativ können die Stifte 56 auch als oberflächengehärtete Stahlstifte ausgeführt sein.
8 ist weiter zu entnehmen, dass die Stifte 56 mit Distanzhülsen 66 versehen sind, um die Zahnräder des Stirnradgetriebes 40 in ihrer vorgesehenen Position zu halten.
Die Darstellung der 9 zeigt die Explosionsansicht der 8 aus einer anderen Blickrichtung. In der Ansicht der 9 ist gut zu erkennen, dass insgesamt vier Stifte 56 vorgesehen sind, die die beiden Platinen 50, 52 verbinden und auf denen die Zahnräder 58 des Stirnradgetriebes 40 drehbar gelagert sind.
Das Turbinenrad 38 kann zusammen mit dem Abtriebsritzel 64 und der Turbinenwelle 62 als einstückiges Kunststoffspritzgussteil aus PEEK-Kunststoff hergestellt werden.
Die Darstellung der 10 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung 70 zur Innenreinigung von Behältern. Die Vorrichtung 70 weist, wie die Vorrichtung 10 der 1, ein Gehäuse 72 mit einem ersten Gehäuseteil 74 und einem zweiten Gehäuseteil 76 auf. Der zweite Gehäuseteil 76 unterscheidet sich von dem zweiten Gehäuseteil 16 der Vorrichtung 10 der 1, der erste Gehäuseteil 74 ist hingegen weitgehend identisch zu dem ersten Gehäuseteil 14 der Vorrichtung 10 der 1 aufgebaut und wird daher nicht erneut im Detail erläutert.
Der zweite Gehäuseteil 76 ist drehbar um eine Drehachse 18 am ersten Gehäuseteil 74 gelagert. An dem Gehäuseteil 76 ist darüber hinaus ein dritter Gehäuseteil 78 drehbar um eine zweite Drehachse 80 gelagert. An dem dritten Gehäuseteil 78 sind insgesamt vier Düsen 82 angeordnet, wobei in der Darstellung der 10 lediglich drei Düsen 82 dargestellt sind. Die vier Düsen 82 sind um die zweite Drehachse 80 um jeweils 90° voneinander beabstandet.
Im Betrieb der Vorrichtung 70 dreht sich der zweite Gehäuseteil 76 um die Drehachse 18 relativ zum feststehenden ersten Gehäuseteil 74. Gleichzeitig dreht sich der dritte Gehäuseteil 78 relativ zum zweiten Gehäuseteil 76 um die Drehachse 80. Aus den Düsen 82 treten jeweils Sprühstrahlen aus, die durch die überlagerte Drehung um die beiden Drehachsen 18, 80 im Wesentlichen die vollständige Innenwand eines zu reinigenden und nicht dargestellten Behälters überstreichen.
Die Darstellung der 11 zeigt die Vorrichtung 70 in einer Ansicht von schräg oben. In dieser Ansicht sind die vier Düsen 82 zu erkennen, die um 90° beabstandet an dem dritten Gehäuseteil 78 angeordnet sind.
12 zeigt eine Schnittansicht der Vorrichtung 70 der 10. Innerhalb des ersten Gehäuseteils 74 sind die Leitscheibe 36, die hier als Dralleinsatz mit schräg zur Mittellängsachse 18 verlaufenden Durchgangsbohrungen ausgebildet ist, das Turbinenrad 38 und das Stirnradgetriebe 40 angeordnet. Mittels des Querbolzens 44 wird eine Drehung des Turbinenrads 38, untersetzt mittels des Stirnradgetriebes 40, auf das zweite Gehäuseteil 76 übertragen. Der Gehäuseabschnittsteil 30, der Gehäuseabschnittsteil 32, das Turbinenrad 38 und das Stirnradgetriebe 40 einschließlich des Querbolzens 44 sind identisch zu der Vorrichtung 10 der 1 bis 9 ausgebildet und werden daher nicht erneut erläutert.
Der Gehäuseteil 76 ist drehbar an der Lagerstelle 54 des ersten Gehäuseteils 74 angeordnet, wobei die Lagerstelle 54 in einem dritten Gehäuseteilabschnitt 75 angeordnet ist. Der zweite Gehäuseteil 76 weist hierzu einen Lagerabschnitt 55 auf, der identisch zu dem Lagerabschnitt des zweiten Gehäuseteils 16 der Vorrichtung 10 der 1 bis 9 ausgebildet ist. Mit diesem Lagerabschnitt 55 ist ein Umlenkabschnitt 84 verbunden, der das Fluid im Wesentlichen um 90° umlenkt. Mit dem Umlenkabschnitt 84 drehbar verbunden ist, wie bereits ausgeführt wurde, der dritte Gehäuseteil 78.
Der erste Gehäuseteil 74 ist an seinem, in 12 unteren Ende, das durch den dritten Gehäuseteilabschnitt 75 gebildet ist, mit einem Kegelzahnrad 86 versehen, dessen Zähne in Bezug auf die Mittellängsachse 18 um 45° nach außen weisen. Mit diesem Kegelzahnrad 86 kämmt ein passendes Kegelzahnrad 88, das drehfest mit dem dritten Gehäuseteil 78 verbunden ist und senkrecht zum Kegelzahnrad 86 angeordnet ist. Da das Kegelzahnrad 86 relativ zum ersten Gehäuseteil 14 feststeht, rollt das zweite Kegelzahnrad 88 bei einer Drehung des zweiten Gehäuseteils 76 relativ zum ersten Gehäuseteil 14 auf diesem ersten Kegelzahnrad 86 ab. Da das zweite Kegelzahnrad 88 drehfest mit dem dritten Gehäuseteil 78 verbunden ist, wird infolgedessen das dritte Gehäuseteil 78 bei einer Drehung des zweiten Gehäuseteils 76 um die Drehachse 18 um die zweite Drehachse 80 gedreht. Die beiden Drehachsen 18, 80 stehen senkrecht aufeinander und schneiden sich. Die Düsen 82 werden dadurch einerseits zusammen mit dem dritten Gehäuseteil 78 um die Drehachse 18 gedreht und gleichzeitig, wie der dritte Gehäuseteil 78, um die Drehachse 80 gedreht.
Gegenüber dem ersten Gehäuseteil 14 der Vorrichtung 10 der 1 bis 9 unterscheidet sich der erste Gehäuseteil 74 der Vorrichtung 70 damit lediglich durch den dritten Gehäuseteil 75. Der dritte Gehäuseabschnittsteil 75 der Vorrichtung 70 unterscheidet sich von dem dritten Gehäuseteilabschnitt 34 der Vorrichtung 10 der 1 bis 9 im Wesentlichen nur durch das erste Kegelzahnrad 86.
13 zeigt in einer Ansicht von schräg oben ein Stirnradgetriebe 90 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Im Unterschied zum Stirnradgetriebe 40 der 4 bis 9 ist lediglich die Anordnung der Stirnzahnräder des Stirnradgetriebes 90 unterschiedlich. Das Turbinenrad 38, die beiden Platinen 50, 52, die Abtriebswelle 42 und der Querbolzen 44 sind hingegen identisch zu dem Stirnradgetriebe 40 der 4 bis 9 ausgebildet.
Das Stirnradgetriebe 90 ist so aufgebaut, dass ein Kraftfluß ausgehend vom Ritzel 64 auf der Turbinenwelle 62 symmetrisch auf zwei Doppelzahnräder 92a und 92b übertragen wird, da das Ritzel 64 mit den größeren Stirnzahnrädern der beiden Doppelzahnräder 92a, 92b kämmt. Insofern ist die Anordnung des Ritzels 64 und der beiden Doppelzahnräder 92a, 92b noch identisch zur Anordnung des Ritzels 64 und den beiden Doppelzahnrädern 58a, 58b des Stirnradgetriebes 40 der 4 bis 9.
Jedes der beiden Doppelzahnräder 92a, 92b kämmt dann aber mit dem größeren Zahnrad jeweils eines weiteren Doppelzahnrads 92c, 92d. Der Kraftfluß ausgehend vom Ritzel 64 erfolgt also symmetrisch über eine rechte und eine linke Zahnradkaskade. Die in 13 linke Zahnradkaskade besteht aus Doppelzahnrädern 92a, 92b, 92e und 92g. Die in 4 rechte Zahnradkaskade besteht aus den Doppelzahnrädern 92b, 92d, 92f und 92h. Der symmetrische Aufbau des Stirnradgetriebes 90 mit einer linken und einer rechten Zahnradkaskade aus jeweils vier identisch aufgebauten Doppelzahnrädern 92a bis 92h ist auch in 16 gut zu erkennen. Die jeweils letzten Doppelzahnräder 92g und 92h der rechten und linken Zahnradkaskade kämmen mit ihrem kleineren Stirnzahnrad dann jeweils mit einem Einfachstirnzahnrad 92i, das wiederum drehfest mit der Abtriebswelle 42 des Stirnradgetriebes 90 verbunden ist. Durch den Aufbau des Stirnradgetriebes 90 mit zwei voneinander getrennten Zahnradkaskaden, durch die der Kraftfluß im Stirnradgetriebe 90 aufgeteilt und erst an der Abtriebswelle 42, speziell dem Zahnrad 92i, wieder zusammengeführt wird, ist das Stirnradgetriebe 90 hochbelastbar und kann auch für die Übertragung sehr großer Drehmomente eingesetzt werden. Dennoch können Standardteile eingesetzt werden, speziell sind die Doppelzahnräder 92a bis 92h jeweils identisch ausgebildet.
14 zeigt eine Ansicht des Stirnradgetriebes 90 von oben.
15 zeigt eine Ansicht des Stirnradgetriebes 90 von unten.
16 zeigt eine Ansicht Druckschrift Stirnradgetriebes von der Seite.
Bei den bisher erläuterten Ausführungsformen der Erfindung ist das Turbinenrad am Stirnradgetriebe gelagert. Im Rahmen der Erfindung kann alternativ hierzu das Turbinenrad auch an einem Lagerbolzen drehbar gelagert sein, der dann an der Leitscheibe befestigt ist. Das Turbinenrad wäre in diesem Fall mit einem Abtriebsritzel verbunden und lediglich das Abtriebsritzel ragt in das Stirnradgetriebe hinein um die Drehung der Turbinenwelle auf die Zahnräder des Stirnradgetriebes zu übertragen. Das Abtriebsritzel ragt in einem solchen Fall somit frei in das Stirnradgetriebe hinein. Indem das Turbinenrad und die Turbinenwelle auf einem Lagerbolzen gelagert sind, der nicht mit dem Stirnradgetriebe verbunden ist, ergeben sich Vorteile in Bezug auf die Lebensdauer der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Das Turbinenrad rotiert mit vergleichsweise hoher Drehzahl und die Lagerung der Turbinenwelle auf dem Lagerbolzen kann auf solche hohen Drehzahlen ausgelegt werden. Hierzu steht bei einer Lagerung auf einem beispielsweise an der Leitscheibe befestigten Lagerbolzen wesentlich mehr Platz für das Lager zu Verfügung als bei einer Lagerung der Turbinenwelle in der oberen Platine des Stirnradgetriebes.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10208237 C1 [0002]

Claims

Vorrichtung zur Innenreinigung von Behältern mit einem Gehäuse und einer an dem Gehäuse drehbar gelagerten Düse, wobei das Gehäuse einen Fluidanschluss zum Zuführen eines zu versprühenden Fluids, eine in dem Gehäuse angeordneten Turbine und ein in dem Gehäuse angeordnetes Getriebe aufweist, wobei ein Drehantrieb der Düse mittels der Turbine und mittels des einerseits mit der Turbine und andererseits mit der Düse gekoppelten Getriebes erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe ein mehrstufiges Stirnradgetriebe ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stirnradgetriebe mindestens vier Zahnräder aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stirnradgetriebe von dem durch das Gehäuse und die Turbine strömenden Fluid durchströmt wird.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stirnradgetriebe zwei plattenförmige Platinen aufweist, zwischen denen die mehreren Zahnräder angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Platinen mit wenigstens einer Durchströmöffnung versehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Platinen mittels mehrerer Stifte verbunden sind, wobei die Zahnräder wenigstens teilweise auf den Stiften drehbar gelagert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stifte wenigstens abschnittsweise und im Bereich der Lagerstellen der Zahnräder verschleißmindernd beschichtet sind.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnräder aus Kunststoff bestehen.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnräder mittels Spritzguss hergestellt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Stifte als Keramikstifte ausgebildet sind.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine ein Turbinenrad und eine Turbinenwelle aufweist, auf der das Turbinenrad drehfest angeordnet ist, wobei auf der Turbinenwelle ein Abtriebsritzel angeordnet ist, das mit zwei Zahnrädern kämmt, die etwa 180 Grad gegenüberliegend an dem Abtriebsritzel angreifen.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stirnradgetriebe mehrere identisch ausgebildete Doppelzahnräder aufweist, wobei jedes Doppelzahnrad einstückig ausgebildet ist und ein größeres Stirnzahnrad und ein koaxial zum größeren Stirnzahnrad angeordnetes kleineres Stirnzahnrad aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stirnradgetriebe symmetrisch aufgebaut ist.