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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Fördern eines Saugmediums mit einem Treibmedium sowie zur Steuerung des Durchflusses des Treib- und Saugmediums.
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Eine Vorrichtung zum Fördern eines Saugmediums mit einem Treibmedium wird allgemein als Strahlpumpe bezeichnet. Eine Strahlpumpe ist eine Pumpe, in der die Pumpwirkung durch einen Treibstrahl eines Treibmediums erzeugt wird, der durch Impulsübertragung ein anderes Medium, das Saugmedium ansaugt, beschleunigt und fördert. Das unter Überdruck stehende Treibmedium tritt mit hoher Geschwindigkeit aus einer Treibdüse aus. Hierbei kommt es nach dem Gesetz von Bernoulli zu einem dynamischen Druckabfall. Aus diesem Grund ist der Druck in dem Treibstrahl des Treibmediums geringer als der Normaldruck. In der die Treibdüse umgebenden Mischkammer trifft der Treibstrahl auf das in der Mischkammer befindliche Saugmedium, das üblicherweise unter Normaldruck steht. Durch innere Reibung und Turbulenzen entsteht eine Scherspannung in der Grenzschicht zwischen dem mit hoher Geschwindigkeit austretenden Treibstrahl und dem Saugmedium in der Mischkammer. Diese Scherspannung bewirkt die Impulsübertragung. Weil das Saugmedium in der Mischkammer beschleunigt wird, fällt nach dem Gesetz von Bernoulli auch der Druck des Saugmediums ab, wodurch eine Saugwirkung entsteht, die weiteres Saugmedium über eine an die Mischkammer- Eintrittsöffnung angeschlossene Saugleitung nachfördert.
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Bei dem Treibmittel handelt es sich vielfach um unter Leitungsdruck stehendes Wasser. In diesem Fall spricht man auch von einer Wasserstrahlpumpe, die andere Flüssigkeiten oder auch Gase ansaugt, die sich in der Mischkammer mit dem Wasser vermischen. Eine Strahl- bzw. Wasserstrahlpumpe verfügt über ein Treibmedium-Einlass, ein Saugmedium-Einlass und einen Auslass für das Gemisch aus Treib- und Saugmedium.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zum Fördern eines Saugmediums mit einem Treibmedium zu schaffen, die eine Steuerung des Durchflusses des Treib- und Saugmediums erlaubt. Insbesondere soll die Steuerung es ermöglichen, dass wahlweise der Durchfluss von Treibmedium und Saugmedium oder lediglich des Saugmediums vollständig unterbunden werden kann.
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Die Lösung basiert auf dem Gedanken, ein Rückschlagventil in der Saugleitung für das Saugmedium zeitweilig mittels des Treibmediums zu schließen. Das Treibmedium wird über mindestens eine Flutungsöffnung in der Treibdüse zeitweilig in der Saugleitung zur Wirkung gebracht. Ist die mindestens eine Flutungsöffnung indes geschlossen, wird der volle Druck des Treibmediums an der Düsenöffnung der Treibdüse wirksam und fördert mit dem in die Mischkammer austretenden Treibstrahl das Saugmedium über die Saugleitung in Richtung des Auslasses der Vorrichtung.
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Das Unterbinden der Förderung von Treib- und Saugmedium erfolgt durch Schließen eines Absperrventils im Durchflussweg zwischen dem Treibmedium-Einlass und dem Auslass der Vorrichtung.
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Im Einzelnen wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Die Strahlpumpe der Vorrichtung umfasst ein gegenüber dem rohrförmigen Abschnitt der Treibdüse verschieblich geführtes Düsenrohr, das in drei Schaltstellungen bringbar ist. Das Düsenrohr lässt sich in eine erste, zweite und dritte Schaltstellung bringen:
- - In der ersten Schaltstellung ist das Absperrventil geschlossen und der Durchfluss des Treibmediums zwischen dem Treibmedium-Einlass und dem Auslass der Vorrichtung unterbunden. Der Absperrkörper des Absperrventils ist stirnseitig an dem Düsenrohr angeordnet.
- - In der zweiten Schaltstellung sind das Absperrventil und jede Flutungsöffnung geöffnet. Das Treibmedium tritt nicht nur aus der Düsenöffnung, sondern zusätzlich aus jeder Flutungsöffnung in die Mischkammer ein und gelangt von dort in die Saugleitung und schließt das in der Saugleitung befindliche Rückschlagventil. Infolgedessen wird der Durchfluss des Saugmediums unterbunden und lediglich das Treibmedium tritt aus dem Auslass der Vorrichtung aus.
- - In der dritten Schaltstellung ist das Absperrventil geöffnet, jedoch jede Flutungsöffnung der Treibdüse geschlossen. Folglich wird der volle Druck des Treibmediums ausschließlich an der Düsenöffnung der Treibdüse wirksam. Der aus der Treibdüse austretende Treibstrahl des Treibmediums fördert das Saugmedium zusammen mit dem Treibmedium in Richtung des Auslasses der Vorrichtung. Aufgrund der Saugwirkung ist das Rückschlagventil in der Saugleitung geöffnet, so dass Saugmedium ungehindert nachströmen kann.
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Der Treibmedium-Einlass der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist fluidleitend mit einer Versorgung für das unter Überdruck stehende Treibmedium und der Saugmedium-Einlass fluidleitend mit einer Versorgung für das unter Normaldruck stehende Saugmedium verbunden. Bei der Versorgung für das Treibmedium kann es sich um einen Vorrat von unter Druck stehendem Treibmedium oder auch um eine Druckleitung, wie beispielsweise eine Wasserleitung des Wasserversorgungsnetzes handeln. Das Saugmedium wird üblicherweise aus einem Behälter angesaugt.
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Das Treib- und das Saugmedium sind vorzugsweise Flüssigkeiten, beispielsweise Wasser als Treibmedium und ein Reinigungsmittel als Saugmedium. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lässt sich beispielsweise einem Wasserstrahl zeitweilig flüssige Seife als Saugmedium beimengen oder der Wasserstrahl vollständig unterbinden. Die Vorrichtung lässt sich beispielsweise in einen Duschkopf integrieren, wobei der Auslass der Vorrichtung in fluidleitender Verbindung mit den Austrittsdüsen des Duschkopfes steht.
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Eine vorteilhafte Verbindung zwischen der Vorrichtung und der Versorgung für das Treibmedium einerseits und dem Saugmedium andererseits zeichnet sich dadurch aus, dass die fluidleitende Verbindung zwischen dem Treibmedium-Einlass mit der Versorgung für das Treibmedium eine erste Schlauchleitung ist, die fluidleitende Verbindung zwischen dem Saugmedium-Einlass mit der Versorgung für das Saugmedium eine zweite Schlauchleitung ist und die zweite Schlauchleitung innerhalb der ersten Schlauchleitung unter Ausbildung eines Ringraumes geführt ist. Innerhalb des Ringraumes zwischen der ersten und zweiten Schlauchleitung wird das Treibmedium und in der zweiten Schlauchleitung das Saugmedium gefördert. Die Schlauch-in-Schlauch-Führung bietet insbesondere bei der Verwendung der Vorrichtung als integraler Bestanteil eines Duschkopfes mit dezentraler Bevorratung des Reinigungsmittels Handhabungsvorteile, da der Duschkopf lediglich über einen Strang umfassend die beiden Schläuche sowohl mit der Wasserversorgung als auch dem Reinigungsmittelvorrat verbunden ist.
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Sofern es sich bei dem Saugmedium um eine Seifenlösung handelt, ist dessen Viskosität höher als die des Treibmediums Wasser. Aufgrund der deutlich geringeren benötigten Menge des Saugmediums wird die Schlauchleitung für das Saugmedium im Inneren der Schlauch-in-Schlauch-Leitung geführt und weist einen kleineren Förderquerschnitt als der Ringraum zwischen der ersten und zweiten Schlauchleitung auf.
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Für einen weiteren Druckanstieg des Treibmediums und/oder des Gemisches aus Treib- und Saugmedium kann dem Ausgang der Vorrichtung in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ein Diffusor nachgeschaltet sein.
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Um das Düsenrohr manuell problemlos in die drei Schaltstellungen verschieben zu können, ist in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung an dessen Mantel ein Betätigungsorgan angeordnet. Um das Auffinden der Schaltstellungen des verschieblichen Düsenrohrs zu erleichtern, können zusätzlich fühlbare Verrastungen zwischen dem verschieblichen Düsenrohr und dessen Führungselementen vorgesehen sein.
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Eine vorteilhafte Integration der erfindungsgemäßen Vorrichtung in ein ein erstes und ein zweites Gehäuseteil umfassendes Gehäuse ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 8. Insbesondere kann der von dem ersten Gehäuseteil eingehauste Fluidraum eine Engstelle aufweisen, die zugleich als Ventilsitz für den Absperrkörper des Absperrventils ausgebildet ist. Hierdurch lässt sich die Anzahl der erforderlichen Bauteile der Vorrichtung und damit deren Herstellkosten reduzieren.
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Eine weitere Reduktion der Bauteile wird durch eine Integration der erforderlichen Längsführungen für das Düsenrohr in das zweiteilige Gehäuse erreicht. Das erste Gehäuseteil weist einen zylindrischen Durchgang als abgedichtete Rundführung für das erste Ende des Düsenrohrs und das zweite Gehäuseteil einen zylindrischen Durchgang als abgedichtete Rundführung für das zweite Ende des Düsenrohrs auf, wobei sich das erste Ende des Düsenrohrs durch den zylindrischen Durchgang soweit in den Fluidraum erstreckt, dass jede Düsenrohr-Eintrittsöffnung in allen Schaltstellungen in dem Fluidraum mündet und sich das zweite Ende des Düsenrohrs zumindest in der dritten Schaltstellung durch den zylindrischen Durchgang hindurch in den rohrförmigen Abschnitt der Treibdüse erstreckt, sodass jede Flutungsöffnung geschlossen wird.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
- 1 eine Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer ersten Schaltstellung,
- 2 eine Darstellung der Vorrichtung nach 1 in einer zweiten Schaltstellung sowie
- 3 eine Darstellung der Vorrichtung nach 1 in einer dritten Schaltstellung.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung (1) zum Fördern eines Saugmediums (2) mit einem Treibmedium (3) weist einen Treibmedium-Einlass (4), einen Saugmedium-Einlass (5) und einen Auslass (6) auf. Der Treibmedium-Einlass (4) ist über eine Schlauchleitung (7) mit einer nicht dargestellten Versorgung für das unter Überdruck stehende Treibmedium, in dem dargestellten Ausführungsbeispiel einem Druckbehälter mit Wasser verbunden. Der Saugmedium-Einlass (5) ist über eine weitere, im Durchmesser kleinere Schlauchleitung (8) fluidleitend mit einer Versorgung für das unter Normaldruck stehende Saugmedium (2), im dargestellten Ausführungsbeispiel einer Seifenlösung in einem Behälter verbunden. Die im Durchmesser kleinere Schlauchleitung (8) ist innerhalb der Schlauchleitung (7) geführt. Das Treibmedium (3) wird ausschließlich in dem die Schlauchleitung (8) umgebenden Ringraum (9) gefördert.
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Als weitere Komponenten umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung (1) ein Absperrventil (11) mit einem Ventilsitz (11.1) und einem Absperrkörper (11.2), welches in einem Durchflussweg zwischen dem Treibmedium-Einlass (4) und dem Auslass (6) angeordnet ist.
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Des Weiteren weist die Vorrichtung ein Rückschlagventil (12) auf, das als Absperrkörper eine Kugel (12.1) aufweist, die in Sperrstellung auf einem Ventilsitz (12.2) aufliegt. Das Rückschlagventil (12) ist in einem Durchflussweg zwischen dem Saugmedium-Einlass (5) und dem Auslass (6) angeordnet und gibt den Durchfluss des Saugmediums (2) ausschließlich in Richtung des Auslasses (6) frei, sperrt jedoch in Richtung des Saugmedium-Einlasses (5).
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung (1) weist außerdem eine Strahlpumpe (13) mit einem Düsenrohr (13.1), einer Treibdüse (13.2) und einer die Treibdüse (13.2) umgebenden Mischkammer (13.3) auf.
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Zwei Düsenrohr-Eintrittsöffnungen (13.4) für das Treibmedium (3) sind an einem ersten Ende des Düsenrohres (13.1) in dessen Mantelfläche angeordnet. Eine Düsenrohr-Austrittsöffnung (13.5) für das Treibmedium (3) ist an einem zweiten Ende des Düsenrohres (13.1) an dessen Stirnseite angeordnet. Das zweite Ende des Düsenrohres (13.1) liegt dem ersten Ende des Düsenrohrs gegenüber. Weiter ist erkennbar, dass der Absperrkörper (11.2) des Absperrventils (11) an dem ersten Ende des Düsenrohrs an dessen Stirnseite angeordnet ist. Insbesondere ist der Absperrkörper (11.2) als integraler Bestandteil des Düsenrohrs (13.1) ausgebildet.
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Die Treibdüse (13.2) der Strahldüse weist einen rohrförmigen Abschnitt (13.6) auf, dessen Mantel von zwei Flutungsöffnungen (13.7) durchsetzt ist, die das Innere der Treibdüse (13.2) mit der Mischkammer (13.3) fluidleitend verbinden. An der konisch zulaufenden Spitze der Treibdüse (13.2) ist zentrisch eine Düsenöffnung (13.8) angeordnet.
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Das Düsenrohr (13.1) ist konzentrisch zu dem rohrförmigen Abschnitt (13.6) der Treibdüse (13.2) angeordnet, sodass das Düsenrohr (13.1) bündig an der Innenwand des rohrförmigen Abschnitts (13.6) zur Anlage gelangt. Durch ein Verschieben des Düsenrohrs (13.1) können wahlweise die Flutungsöffnungen (13.7) verschlossen oder freigegeben werden. Zugleich wird durch das Verschieben das Absperrventil (11) geöffnet oder geschlossen.
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Die Mischkammer (13.3) weist eine Mischkammer-Eintrittsöffnung (13.9) für das Saugmedium (2) auf. Außerdem ist in der Mischkammer (13.3) fluchtend mit der Düsenöffnung (13.8) der Auslass (6) der Vorrichtung (1) angeordnet. Eine Saugleitung (14) verbindet die Mischkammer-Eintrittsöffnung (13.9) mit dem Saugmedium-Einlass (5). In der Saugleitung (14) ist das Rückschlagventil (12) angeordnet.
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Zur Ausbildung der beiden Durchflusswege zwischen dem Treibmedium-Einlass (4) bzw. dem Saugmedium-Einlass (5) und dem Auslass (6) weist die Vorrichtung (1) ein erstes und ein zweites Gehäuseteil (15, 16) auf. Das erste Gehäuseteil (15) umgibt einen Fluidraum (15.1) für das Treibmedium (3). Der Fluidraum (15.1) weist eine Engstelle (15.2) auf, die zugleich den Ventilsitz (11.1) für das Absperrventil (11) bildet.
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Der Absperrkörper (11.2) an dem Düsenrohr (13.1) verschließt das Absperrventil (11) durch Verschieben in die im Bild linke äußere Position, in der der Absperrkörper (11.2) auf dem Ventilsitz (11.1) aufsitzt. Der Durchfluss des Treibmediums (3) von dem Fluidraum (15.1) im ersten Gehäuseteil (15) über die Düsenrohr-Eintrittsöffnungen (13.4) in das Düsenrohr (13.1) wird in der Sperrstellung des Absperrventils (11) unterbunden.
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Das erste Gehäuseteil (15) weist ferner einen zylindrischen Durchgang (15.3) als abgedichtete Rundführung für das erste Ende des Düsenrohrs (13.1) auf. Das erste Ende des Düsenrohrs (13.1) erstreckt sich durch den zylindrischen Durchgang (15.3) soweit in den Fluidraum (15.1) hinein, dass die Düsenrohr-Eintrittsöffnungen (13.4) stets in dem Fluidraum (15.1) münden. Die Abdichtung des Düsenrohrs (13.1) gegenüber dem Durchgang (15.3) erfolgt einerseits über die an dem Durchgang anliegende Mantelfläche des Düsenrohrs sowie zusätzlich die O-Ring-Dichtung (15.4).
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Das zweite Gehäuseteil (16) begrenzt die Mischkammer (13.3), innerhalb der die Treibdüse(13.2) angeordnet ist. Das zweite Gehäuseteil (16) weist ebenfalls einen zylindrischen Durchgang (16.1) als abgedichtete Rundführung für das zweite Ende des Düsenrohrs (13.1) auf. Die Abdichtung des Düsenrohrs (13.1) gegenüber dem Durchgang (16.1) erfolgt einerseits über die an dem Durchgang anliegende Mantelfläche des Düsenrohrs sowie zusätzlich die O-Ring-Dichtung (16.2). Das zweite Ende des Düsenrohrs (13.1) erstreckt sich zumindest in einer dritten Schaltstellung soweit durch den zylindrischen Durchgang (16.1) hindurch in den rohrförmigen Abschnitt (13.6) der Treibdüse (13.2), dass die Flutungsöffnungen (13.7) vollständig verschlossen werden. An den in das zweite Gehäuseteil (16) eingebrachten Auslass (6) der Vorrichtung schließt sich zu Druckerhöhung ein Diffusor (17) an.
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Zum Verschieben des Düsenrohrs (13.1) zwischen der ersten, zweiten und dritten Schaltstellung ist an der Mantelfläche des Düsenrohrs (13.1) ein Betätigungsorgan (18) befestigt. Das Betätigungsorgan (18) ist insbesondere einstückig mit dem Düsenrohr (13.1) ausgebildet.
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In 1 befindet sich das Düsenrohr in einer ersten Schaltstellung. Das Absperrventil (11) ist geschlossen. Infolgedessen ist der Durchflussweg für das Treibmedium (3) zwischen dem Treibmedium-Einlass (4) und dem Auslass (6) unterbrochen. Der Durchflussweg wird definiert durch den von dem ersten Gehäuseteil eingehausten Fluidraum (15.1), die Düsenrohr-Eintrittsöffnungen (13.4), den Durchgang durch das Düsenrohr (13.1) bis zu der Düsenrohr-Austrittsöffnung (13.5), die Treibdüse (13.2) sowie die Mischkammer (13.3), in der der Auslass (6) angeordnet ist. Der mittels des Absperrventils (11) unterbrochene Durchflussweg für das Treibmedium setzt die Strahlpumpe außer Funktion, sodass über die Saugleitung (14) kein Saugmedium (2) angesaugt wird. Da das Saugmedium (2) lediglich unter Normaldruck steht spielt es keine Rolle, in welcher Schaltstellung sich das Rückschlagventil (12) befindet.
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In der in 2 dargestellten zweiten Schaltstellung sind das Absperrventil (11) und die Flutungsöffnungen (13.7) in der Treibdüse (13.2) geöffnet. Das Treibmedium (3) gelangt durch den Fluidraum (15.1), das geöffnete Absperrventil (11), die Düsenrohr-Eintrittsöffnungen (13.4) und das Düsenrohr (13.1) in den rohrförmigen Abschnitt (13.6) der Treibdüse (13.2). Von dort tritt das Treibmedium (3) sowohl über die Flutungsöffnungen (13.7) als auch die Düsenöffnung (13.8) in die Mischkammer (13.3) ein. Aufgrund der geöffneten Flutungsöffnungen (13.7) ist der Druck an der Düsenöffnung (13.8) soweit reduziert, dass keine Saugwirkung durch das aus der Düsenöffnung austretende Treibmedium (3) erzeugt wird. Vielmehr wird das austretende Treibmedium (3) über die Mischkammer-Eintrittsöffnung (13.9) in der Saugleitung (14) wirksam und schließt das Rückschlagventil (12). Eine Rückströmung des Treibmediums (3) in Richtung des lediglich unter Normaldruck stehenden Saugmediums (2) über die Schlauchleitung (8) ist ausgeschlossen. Gleichzeitig tritt das Treibmedium (3), jedoch ohne Beimischung des Saugmediums (2) über den Auslass (6) aus der Mischkammer aus.
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In der in 3 dargestellten dritten Schaltstellung sind das Absperrventil (11) geöffnet und die Flutungsöffnungen (13.7) geschlossen. Infolgedessen gelangt das Treibmedium mit vollem Druck zu der Düsenöffnung (13.8) der Treibdüse (13.2) und tritt in die Mischkammer (13.3) der Strahlpumpe ein. Der austretende Treibstrahl saugt über die Saugleitung (14) bei geöffnetem Rückschlagventil (12) über die Schlauchleitung (8) das Saugmedium, beispielsweise eine Seifenlösung an, die in der Mischkammer (13.3) der Strahlpumpe (13) mit dem Treibmedium (3), beispielsweise Wasser gemischt und als Wasserseifengemisch aus dem Auslass (6) der Vorrichtung austritt und beispielsweise den Austrittsdüsen eines Duschkopfes zugeführt wird.
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Die vorstehende Beschreibung veranschaulicht, dass durch bloßes Verschieben des Düsenrohrs (13.1) mittels des Betätigungsorgans (18) zwischen den drei Schaltstellungen der Durchfluss des Treib- und Saugmediums (3, 2) gesteuert werden kann. In der linken, ersten Schaltstellung ist der Zufluss von Wasser und Seifenlösung unterbunden, in der mittleren, zweiten Schaltstellung ist lediglich der Durchflussweg für das Wasser freigegeben, während in der dritten Schaltstellung der Durchflussweg für Wasser und Seifenlösung freigegeben ist, sodass am Auslass (6) ein Wasserseifengemisch zur Verfügung steht.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich durch einen besonders geringen Bauraum, insbesondere durch die Integration des Absperrventils und des Rückschlagventils in die Strahlpumpe mit verschieblichem Düsenrohr aus.
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Bezugszeichenliste
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| Nr. |
Bezeichnung |
| 1. |
Vorrichtung |
| 2. |
Saugmedium |
| 3. |
Treibmedium |
| 4. |
Treibmedium-Einlass |
| 5. |
Saugmedium-Einlass |
| 6. |
Auslass |
| 7. |
Schlauchleitung |
| 8. |
Schlauchleitung |
| 9. |
Ringraum |
| 11. |
Absperrventil |
| 11.1 |
Ventilsitz |
| 11.2 |
Absperrkörper |
| 12. |
Rückschlagventil |
| 12.1 |
Kugel |
| 12.2 |
Ventilsitz |
| 13. |
Strahlpumpe |
| 13.1 |
Düsenrohr |
| 13.2 |
Treibdüse |
| 13.3 |
Mischkammer |
| 13.4 |
Düsenrohr-Eintrittsöffnung |
| 13.5 |
Düsenrohr-Austrittsöffnung |
| 13.6 |
Rohrförmiger Abschnitt |
| 13.7 |
Flutungsöffnungen |
| 13.8 |
Düsenöffnung |
| 13.9 |
Mischkammer-Eintrittsöffnung |
| 14. |
Saugleitung |
| 15. |
Erstes Gehäuseteil |
| 15.1 |
Fluidraum |
| 15.2 |
Engstelle |
| 15.3 |
Durchgang |
| 15.4 |
O-Ring-Dichtung |
| 16. |
Zweites Gehäuseteil |
| 16.1 |
Durchgang |
| 16.2 |
O-Ring-Dichtung |
| 17. |
Diffusor |
| 18. |
Betätigungsorgan |
