DE19735550A1

DE19735550A1 - High-performance cleaning nozzle for high-pressure cleaning apparatus

Info

Publication number: DE19735550A1
Application number: DE1997135550
Authority: DE
Inventors: Joachim Dipl Ing Niewels
Original assignee: Suttner GmbH and Co KG
Current assignee: Suttner GmbH and Co KG
Priority date: 1997-08-16
Filing date: 1997-08-16
Publication date: 1998-01-08

Abstract

The high-pressure (1) jet leaves the cleaning nozzle with a three-dimensional movement or a time change such as with impulses. The nozzle can have a cross-pin in a socket. The cross-pin can be prevented from inherent rotation by a spring wire guided through a cross-bore in the pin. The elasticity of the spring wire allows the pin to move along a circular revolving path and can be driven by a gearwheel motor. Inherent rotation and circulating movement of the pin can be reached by two oppositely running drive elements. The pin of the rotor nozzle can be driven by a radial turbine and the inherent speed of the pin is reduced by a contra-running turbine attached directly on the pin. When the pin axis and turbine axis do not coincide a rosette shape cleaning pattern is produced.

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Hochleistungs-Reinigungsdüse für Hochdruck reinigungsgeräte, insbesondere Wasser-Hochdruckreiniger.The invention relates to a high-performance cleaning nozzle for high pressure cleaning devices, in particular water high-pressure cleaners.

Hochleistungs-Reinigungsdüsen sind in einer Vielzahl von Ausführungsformen be kannt. Hingewiesen werden darf auf folgenden Stand der Technik, der insoweit nur eine Auswahl darstellt:
Deutsche Offenlegungsschriften 42 39 542, 42 24 674, 42 21 587, 42 20 561, 40 13 446, 39 02 478, 38 36 052, 38 32 035, 37 24 765, 35 32 045, 34 19 964, 31 50 879 sowie die EP-Offenlegungsschriften 0 379 654, 0 252 261.High-performance cleaning nozzles are known in a variety of embodiments. Reference may be made to the following state of the art, which is only a selection:
German Offenlegungsschriften 42 39 542, 42 24 674, 42 21 587, 42 20 561, 40 13 446, 39 02 478, 38 36 052, 38 32 035, 37 24 765, 35 32 045, 34 19 964, 31 50 879 as well EP laid-open publications 0 379 654, 0 252 261.

Aus den zum Stand der Technik genannten Veröffentlichungen ergeben sich eine Vielzahl unterschiedlicher Antriebskonzepte für Antriebskörper von Hochleistungs- Reinigungsdüsen.One results from the publications cited in the prior art Numerous different drive concepts for drive bodies of high-performance Cleaning nozzles.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Lösungsmöglichkeiten des Standes der Technik um weitere Lösungsalternativen zu bereichern.The invention has for its object the possible solutions of the state the technology to enrich further alternative solutions.

Die zuvor aufgezeigte Aufgabe ist durch eine Hochleistungs-Reinigungsdüse mit den Merkmalen des Patentanspruchs gelöst.The task outlined above is through a high performance cleaning nozzle with the Features of the claim solved.

Im nachfolgenden werden anhand der beigefügten Zeichnung eine Mehrzahl von Ausführungsalternativen erläutert. Diese Ausführungsalternativen jeweils für sich stellen auch nur einzelne Ausführungsbeispiele des jeweiligen Grundprinzips dar, das im Zusammenhang mit der jeweiligen Ausführungsalternative geschildert wird. Die Ausführungsalternativen sind also insoweit nicht als einschränkend zu verstehen.In the following, a plurality of Execution alternatives explained. These execution alternatives each for themselves also represent only individual embodiments of the respective basic principle that is described in connection with the respective execution alternative. The In this respect, alternative designs are not to be understood as restrictive.

In der Zeichnung zeigtIn the drawing shows

Fig. 1 eine Rotordüse mit einer Stelze ohne Eigendrehung in einem ersten Aus führungsbeispiel, Fig. 1 shows a rotary nozzle with a stilt without self-rotation in a first one of the guide, for example,

Fig. 2 eine Rotordüse mit einer Stelze ohne Eigendrehung in einem zweiten Ausführungsbeispiel, Fig. 2 shows a rotary nozzle with a stilt without self-rotation in a second embodiment,

Fig. 3 eine Rotordüse mit zwei gegenläufig rotierenden Turbinen, Fig. 3 is a rotary nozzle with two counter-rotating turbines,

Fig. 4 eine Rotordüse mit innen umlaufender Stelze, gehalten durch Magnet kraft (Variokegel), Fig. 4 shows a rotary nozzle with internal circumferential stilt held by magnetic force (Vario cone)

Fig. 5 eine Rotor-Pendeldüse mit kraftschlüssiger Kraftübertragung, Fig. 5 is a rotor-aligning with frictional power transmission,

Fig. 6 eine Hochleistungs-Reinigungsdüse zur Erzeugung eines pulsierenden Strahls mit Wechseldüsen, Fig. 6 is a high-performance cleaning nozzle for generating a pulsed beam with interchangeable nozzles,

Fig. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Mehrdüsen-Reinigungsdüse, Fig. 7 shows a further embodiment of a multi-nozzle cleaning nozzle,

Fig. 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Mehrdüsen-Reinigungsdüse, Fig. 8 shows another embodiment of a multi-nozzle cleaning nozzle,

Fig. 9-12 verschiedene Entwicklungsstufen einer Hochleistungs-Reinigungsdüse mit zeitlicher und überlagerter räumlicher Beschleunigung von Paketen der Reinigungsflüssigkeit. Fig. 9-12 different stages of development of a high-performance cleaning nozzle with temporal and superimposed spatial acceleration of packets of cleaning fluid.

Die folgende Erläuterung bezieht sich auf bevorzugte Ausgestaltungen der Erfin dung.The following explanation relates to preferred embodiments of the invention dung.

Self-rotating stilt

Eine besondere kennzeichnende Eigenschaft existenter "Stelzen-Lösungen" liegt in der Abwälzbewegung der Stelze in der Pfanne. In verschiedenen Anwendungen ist diese Bewegung nochmals überlagert von einer mehr oder weniger kontrollierten Ei gendrehung der Stelze. Dieses Verhalten erzeugt in der Kontaktzone Pfanne-Stelze Verschleiß, der sich deutlich verringern läßt, wenn die Eigendrehung der Stelze gänz lich unterbunden wird. Hierzu wurde die nachfolgende Lösung, die auf Formschluß basiert, entwickelt und im Labor bewertet.A special characteristic of existing "stilt solutions" is in the rolling motion of the stilt in the pan. Is in different applications this movement is again overlaid by a more or less controlled egg counter-rotation of the stilt. This behavior creates in the contact zone of the pan-stilts Wear that can be significantly reduced if the stilt's complete rotation is prevented. For this purpose, the following solution, based on positive locking based, developed and evaluated in the laboratory.

Bei dieser Konstruktion wird die Stelze durch eine formschlüssige Verbindung mit dem Gehäuse an ihrer Eigendrehung gehindert. Eine solche Düse ist in Fig. 1 zu se hen. In this construction, the stilts are prevented from rotating by a positive connection with the housing. Such a nozzle can be seen in FIG. 1.

Die Stelze wird an der Eigendrehung gehindert, indem ein Federdraht durch eine Querbohrung in der Stelze geführt wird. Die Elastizität des Federdrahtes erlaubt aber die Bewegung der Stelze entlang der kreisförmigen Umlaufbahn. In diesem Beispiel ist ein Zahnradmotor zum Antrieb der Stelze angedeutet.The stilt is prevented from rotating by a spring wire through a Cross hole in the stilt is performed. The elasticity of the spring wire allows the movement of the stilt along the circular orbit. In this example a gear motor for driving the stilt is indicated.

Um die Belastbarkeit des Federdrahtes bei hohen Umlaufgeschwindigkeiten der Stelze zu testen, wurde eine fremdangetriebene Rotordüse für Laborversuche kon struiert. In dieser wird ein Federdraht von 0,5 mm Drahtdurchmesser eingesetzt.To the resilience of the spring wire at high speeds of the To test stilt, an externally driven rotor nozzle was used for laboratory tests structured. A spring wire of 0.5 mm wire diameter is used in this.

Für Versuchszwecke wird die in Fig. 2 gezeigte Düse von einer Bohrmaschine ange trieben. Dadurch ist es möglich, bei unterschiedlichen Drehzahlen das Reinigungs verhalten zu testen. Des weiteren kann untersucht werden, wie sich der Federdraht bei unterschiedlichen Drehzahlen verhält. Die durchgeführten Versuche zeigten, daß der Federdraht das Strahlbild nicht verändert und auch bei höheren Drehzahlen nicht versagt.For experimental purposes , the nozzle shown in Fig. 2 is driven by a drill. This makes it possible to test the cleaning behavior at different speeds. Furthermore, it can be investigated how the spring wire behaves at different speeds. The tests carried out showed that the spring wire does not change the spray pattern and does not fail even at higher speeds.

Die Lösung arbeitet erstmalig mit einer nicht drehbaren Pendel-Stelze. Hierdurch ist ein positiv beeinflußtes Verschleißbild am Pfannenlager zu erwarten. Weiterhin wird vermieden, daß der Strahl durch die Eigendrehung der Stelze um ihre Längsachse ebenfalls in Eigenrotation versetzt wird. Es ist bekannt, daß der "Drall", der dem Was ser so erteilt wird, sich negativ auf das Strahlbild und damit die Reinigungsleistung auswirkt. Mit einer optimierten Parameterabstimmung (Kennwerte des Federdrahts, Position des Drahts, Art der Führung, etc.). erscheint es zudem möglich, ein "Durch drehen" der Stelze und damit das unerwünschte "Nebeln" bei Vollast zu reduzieren.The solution works for the first time with a non-rotating pendulum stilts. This is a positively influenced wear pattern can be expected at the cup bearing. Will continue avoided that the beam by the stilt's own rotation about its longitudinal axis is also set to self-rotation. It is known that the "twist" that gives the what This means that the jet pattern and thus the cleaning performance is negatively affected affects. With an optimized parameter adjustment (characteristic values of the spring wire, Position of the wire, type of guidance, etc.). it also appears possible to "through turn "the stilt and thus reduce the unwanted" fog "at full load.

Nicht nur Federdraht, sondern auch andere Elemente lassen sich zur Lageorientie rung der Stelze einsetzen.Not only spring wire, but also other elements can be used for orientation Insert the stilts.

Speed reduction through counter-rotating drive

Die Drehzahlminderung wird durch eine Kombination vorhandener Lösungen ver wirklicht. Dabei wird die Eigenrotation und die Umlaufbewegung der Stelze durch zwei gegenläufige Antriebselemente erreicht. Diese Variante kann wie in Fig. 3 darge stellt, realisiert werden. The speed reduction is achieved by a combination of existing solutions. The self-rotation and the orbital movement of the stilt is achieved by two counter-rotating drive elements. This variant can be realized as shown in Fig. 3 Darge.

Die Stelze dieser Rotordüse wird durch eine Radialturbine angetrieben. Die Eigen drehzahl der Stelze wird durch eine direkt auf der Stelze angebrachte gegenläufige Turbine herabgesetzt. Wenn die Stelzenachse und die Turbinenachse, wie auf dem Bild dargestellt, nicht zusammenfallen, wird ein rosettenförmiges Reinigungsbild er zeugt. Eine solche Düse ist einfach herstellbar, da sie aus Einzelkomponenten existie render Lösungen zusammengesetzt ist.The stilt of this rotor nozzle is driven by a radial turbine. The own The speed of the stilt is determined by a counter-rotating one directly on the stilt Turbine down. If the stilt axis and the turbine axis, like on the Image shown, does not coincide, it becomes a rosette-shaped cleaning image testifies. Such a nozzle is easy to manufacture because it consists of individual components render solutions is composed.

Die Lösung verwendet existierende Komponenten. Aufbau und Montage sind ein fach. Das besondere Kennzeichen dieser Lösung ist die Möglichkeit, eine Vielzahl geometrischer Strahlbilder zu erzeugen. Diese Eigenschaft könnte als Verkaufsargu ment stärker bewertet werden als die auch erreichte Reduktion der Eigendrehung der Stelze (positiv für Strahlausprägung und Verschleißverhalten). Für eine optimierte Lösung sind Laborversuche notwendig, um die Abstimmung der Turbinen zueinan der zu ermitteln.The solution uses existing components. Construction and assembly are one subject. The special feature of this solution is the possibility of a variety generate geometric beam patterns. This property could be used as a selling point ment are valued more strongly than the reduction in self-rotation achieved Stilt (positive for beam characteristics and wear behavior). For an optimized Solution, laboratory tests are necessary to coordinate the turbines to determine.

Web guide without frictional contact on the outer wall

Die Tendenz in der Entwicklung der Turbodüsen geht in Richtung "einfacher Auf bau". Die Turbine ist Teil der Stelze, die schräg angeströmt wird. Die Führung der Stelze erfolgt über die Kontur der Kammerwand. Die Geschwindigkeit der Stelze und die Eigendrehung werden durch Reibkräfte in der Kontaktzone zwischen Stelze und Wandung kontrolliert. Der nachfolgend vorgestellte Ansatz nutzt zur Führung der Stelze nicht die Wandung, sondern einen zentral angebrachten Konus. Der notwen dige Kontakt zwischen Stelze und Führungselement (Konus) wird über Magnetkräf te erzeugt.The trend in the development of the turbo nozzles is towards "easier opening construction ". The turbine is part of the stilt, which is blown towards. The guidance of the Stilt occurs over the contour of the chamber wall. The speed of the stilt and the inherent rotation are caused by frictional forces in the contact zone between the stilt and Wall checked. The approach presented below uses the Do not stilt the wall, but a centrally attached cone. The necessary Contact between the stilts and the guide element (cone) is via magnetic force te generated.

Fig. 4 zeigt ein mögliches Ausführungsbeispiel. Basis ist eine handelsübliche Turbo düse. Verändert ist das obere Endstück der Stelze, sowie der Schraubstopfen, der mit einem zusätzlichen Freiheitsgrad in Richtung der Längsachse versehen ist. Fig. 4 shows a possible embodiment. The basis is a commercially available turbo nozzle. The upper end of the stilt has been changed, as has the screw plug, which is provided with an additional degree of freedom in the direction of the longitudinal axis.

Die als Modell vorliegende Lösung hat bei vergleichbarer Strahlleistung zu aktuell am Markt erhältlichen Lösungen Vorteile. Sie kann eine Anpassung des Strahlkegels während des Betriebes einfach realisieren. Die Eigendrehung der Stelze ist über die Magnetkräfte einstellbar. Ein Kontakt zur Außenwand wird vermieden.The solution available as a model is too up-to-date with comparable beam power Solutions available on the market Advantages. You can adjust the beam cone easy to implement during operation. The stilt's own rotation is about that Magnetic forces adjustable. Contact with the outer wall is avoided.

Interessant ist, daß die Eigendrehung der Stelze der Umlaufbewegung der Stelze gleichgerichtet ist, weil die Stelze durch die Magnetkraft an der Innenwand umläuft. Der Kegelwinkel des Strahlbilds läßt sich vom Benutzer während des Betriebs verän dern. Der für die Funktion negative Kontakt mit der Außenwand des Gehäuses wird vermieden.It is interesting that the self-rotation of the stilt is the orbital movement of the stilt is rectified because the stilt rotates on the inner wall due to the magnetic force. The cone angle of the spray pattern can be changed by the user during operation other. The negative contact for the function with the outer wall of the housing is avoided.

Oscillating non-positively driven stilt

Die in Fig. 5 gezeigte Lösung ist dadurch neuartig, daß die Stelze durch einen bisher nicht realisierten physikalischen Effekt mitgenommen wird. Die Stelze wird nicht formschlüssig mitgenommen sondern kraftschlüssig.The solution shown in FIG. 5 is novel in that the stilt is carried along by a physical effect which has not been realized to date. The stilt is not taken positively but non-positively.

In Fig. 5 wird die Ausführung einer Reinigungsdüse gezeigt, bei der die Stelze von einem an einer Turbine angebrachten Magneten bewegt wird. Die Rückstellung der Stelze kann durch eine oder mehrere Federn erreicht werden. Versuche zu diesem Sy stem sind erforderlich um die Parameter Magnetkraft, Trägheitsmoment, Drehzahl, Ei genfrequenz des Feder-Stelze Systems, etc. so aufeinander abzustimmen, daß Pendel frequenz und -amplitude im gewünschten Bereich liegen.In FIG. 5, the embodiment of a cleaning nozzle is shown in which the stilt is moved by a turbine attached to a magnet. The stilt can be reset by one or more springs. Experiments to this Sy stem are required to coordinate the parameters magnetic force, moment of inertia, speed, egg frequency of the spring-stilt system, etc. so that pendulum frequency and amplitude are in the desired range.

Das System verwendet bekannte Elemente (Stelze-Pfanne; Pendelbewegung), zeich net sich aber dadurch aus, daß eine verschleißbehaftete Zwangskopplung zwischen Antriebsturbine und Stelze entfällt. Ein verbessertes Anlaufverhalten, verknüpft mit einer einstellbaren Grenzfrequenz und guten Lebensdauereigenschaften läßt sich prognostizieren.The system uses known elements (stilt pan; pendulum movement), drawing net but from the fact that a wear-prone forced coupling between Drive turbine and stilt are not required. Improved start-up behavior, linked with an adjustable cut-off frequency and good service life characteristics forecast.

Self-moving nozzle based on the "flip-flop" principle

Lösungssätze, die nach diesem Prinzip arbeiten, erscheinen besonders reizvoll, da sie praktisch "aus sich selbst heraus" in ständiger Bewegung bleiben. Damit sind zusätz liche Antriebsmodule (Turbine, Zahnradmotor, etc.) überflüssig. Prinzipielle Voraus setzung ist es, daß das System bistabil ist, und mit Eintritt in die eine stabile Lage eine Kraft wirksam wird, die das System in Richtung der zweiten stabilen Lage in ausrei chender Größe beschleunigt und umgekehrt.Solution sets that work according to this principle appear particularly appealing because they practically keep moving "out of itself". So that are additional drive modules (turbine, gear motor, etc.) are superfluous. Basic advance It is set that the system is bistable, and with entry into a stable position The system becomes effective in the direction of the second stable position Accelerated size and vice versa.

System with torsional vibration piston as a flip-flop

Dieses Flip-Flop wird durch die unterschiedlichen Drücke bei strömenden und aufge stauten Medien aus seiner stabilen Lage bewegt. Dies geschieht durch eine Klappe, die je nachdem an welcher Seite Strömdruck oder Staudruck anliegt, bewegt wird. Durch das Bewegen der Klappe und damit auch des Flip-Flops, werden die Druck verhältnisse an der Klappe umgekehrt. Das Umschalten geschieht durch das Flip- Flop. Dieser Prozeß wiederholt sich dann mit einer hohen Frequenz. Mit dieser Klappe ist die eigentliche Reinigungsdüse verbunden, so daß eine oszillierende Be wegung der Düse erreicht wird.This flip-flop is caused by the different pressures when flowing and up jammed media moved from its stable position. This is done through a flap, which is moved depending on which side is under pressure or dynamic pressure. By moving the flap and thus the flip-flop, the pressure is reduced conditions on the flap vice versa. The switching is done by the flip Flop. This process is then repeated at a high frequency. With this Flap is connected to the actual cleaning nozzle, so that an oscillating loading movement of the nozzle is reached.

Die besondere Problematik ergibt sich aus dem Umstand, daß Wasser inkompressibel ist. Dadurch werden auch geringste Wasserverluste in den Kammern unterschiedli chen Drucks zu starken Druckkorrekturen führen, allerdings ist zu beachten, daß das System kontinuierlich durchströmt wird und so Leckageverluste ggf. ausgeglichen werden können. In jedem Fall wird der Aufbau eines Prototypen erforderlich, dessen Genauigkeit unter Kostengesichtspunkten begrenzt ist. Dann werden Versuche not wendig sein, in denen zunächst die begrenzenden Parameter identifiziert und an schließend variiert werden. Der prinzipielle Funktionsfähigkeitsnachweis ist damit für dieses System zunächst nicht ausreichend. Ist das System aber mit vertretbaren Ge nauigkeitsansprüchen herstellbar, ergeben sich aus dem einfachen kleinbauenden Sy stem besondere Vorteile.The particular problem arises from the fact that water is incompressible is. This means that even the smallest water losses in the chambers are differentiated Chen pressure lead to strong pressure corrections, but please note that the System is continuously flowed through and leakage losses are compensated for if necessary can be. In any case, the construction of a prototype will be required Accuracy is limited from a cost perspective. Then attempts become necessary be agile, in which the limiting parameters are first identified and applied finally be varied. The basic proof of functionality is therefore for this system is initially insufficient. But is the system with reasonable Ge exactness requirements can be produced from the simple, small-scale Sy stem special advantages.

Hierzu gibt es keine zeichnerische Darstellungen.There are no graphic representations for this.

Geometrically fixed nozzles with time-variable control

Alle bisherigen Lösungen nutzen das Prinzip einer Düse, die entlang einer geome trisch definierten Bahn bewegt wird und somit die Flächenabdeckung realisiert. Pro blematisch ist der Verschleiß der bewegten Teile und die hohe kinematische Bela stung des Strahls (Nebeleffekt). Die Abdeckung der Fläche erfolgt bei genügend ho her Drehzahl praktisch kontinuierlich.All previous solutions use the principle of a nozzle that runs along a geome tric defined path is moved and thus realizes the area coverage. Per the wear of the moving parts and the high kinematic load are blematic power of the beam (fog effect). The area is covered with sufficient ho forth speed practically continuously.

Delayed nozzle control

Eine Entwicklungslinie, die eine geometrische Bewegung der Düse vermeidet, ist grundsätzlich neu. Da als Ergebnis eine quasikontinuierliche Abdeckung der Reini gungsfläche gefordert wird, ist die Anzahl der Düsen entsprechend hoch zu wählen. Zu viele Düsen würden in zu kleinen Düsendurchmessern resultieren und den Lei stungswirkungsgrad reduzieren. Versuche haben gezeigt, daß mit acht einfachen Dü sen ein zufriedenstellendes Ergebnis erreicht werden kann.A line of development that avoids geometric movement of the nozzle is fundamentally new. As a result, the quasi-continuous coverage of the Reini area is required, the number of nozzles must be selected accordingly. Too many nozzles would result in nozzle diameters that are too small and the lei reduce efficiency. Experiments have shown that with eight simple nozzles a satisfactory result can be achieved.

In Fig. 6 wird eine Möglichkeit dargestellt, alle Düsen nacheinander mit einem umlau fenden Steuerelement anzusteuern. In dieser Variante sind acht Düsen zur Flächen abdeckung eingesetzt.In Fig. 6, a possibility is shown to control all nozzles in succession with a umlau fenden control element. In this variant, eight nozzles are used for surface coverage.

Die Antriebskräfte für das Steuerelement werden durch eine axial angeströmte Strö mungsmaschine erzeugt. Die Abdichtung der nicht durchströmten Düsen erfolgt da durch, daß das Steuerelement plan vor den Düsenöffnungen liegt. Das Steuerelement muß so ausgebildet werden, das jederzeit mindestens eine Düse geöffnet ist, damit ein Volumenstrom zur Bewegung des Antriebs sichergestellt wird.The driving forces for the control element are caused by an axially flowing current generated machine. The nozzles not flowed through are sealed there that the control element lies flat in front of the nozzle openings. The control must be designed so that at least one nozzle is open at all times so that a Volume flow for the movement of the drive is ensured.

Vorteile dieser Lösung sind: Zum einen entsteht durch die einzelne Ansteuerung der Düsen an jeder Düse ein pulsierender Strahl, was das Reinigungsverhalten stark ver bessern wird, zum anderen tritt keine seitliche Strahlbelastung wie bei den patentier ten Lösungen auf. Nachteilig wirkt sich in diesem Lösungsbeispiel die hohe Druck kraft auf die innere Druckfläche des Steuerelementes aus. Diese Druckkraft müßte durch ein Lager aufgefangen werden, oder über eine Verkleinerung der Druckfläche durch eine interne Abdichtung verringert werden. Die Strömungsmaschine für den Antrieb des Steuerelementes muß so ausgelegt sein, daß sie ein genügend hohes Drehmoment erzeugt, um diese auftretenden Widerstandskräfte zu überwinden. The advantages of this solution are: On the one hand, the individual activation of the A pulsating jet at each nozzle, which greatly reduces cleaning behavior on the other hand there is no lateral radiation exposure as with the patenters solutions. The disadvantage of this solution example is the high pressure force on the inner pressure surface of the control element. This pressure force should be be caught by a bearing, or by reducing the printing area can be reduced by an internal seal. The fluid machine for the Drive of the control element must be designed so that it is sufficiently high Torque is generated to overcome these resistance forces.

Zur Beurteilung des Reinigungsverhaltens wurde die in Fig. 7 dargestellte fremdan getriebene Düse konstruiert, um damit Laborversuche durchführen zu können.To evaluate the cleaning behavior, the externally driven nozzle shown in FIG. 7 was constructed in order to be able to carry out laboratory tests.

Der Antrieb dieser Düse soll mittels einer herkömmlichen Bohrmaschine geschehen, da zusätzlich zur Funktionsüberprüfung noch eine Abhängigkeit der Reinigungslei stung von der Drehzahl, also der Pulsfrequenz, ermittelt werden soll. Das Steuerele ment ist so aufgebaut, das sich zwei annähernd gleich große druckbeaufschlagte Flä chen gegenüber stehen. Die Dichtfläche zwischen Düseneinlauf und Steuerelement ist mit einer geringen Kraft beaufschlagt, da der untere Teil des Steuerelementes eine geringfügig größere Fläche aufweist. Die Abdichtung zur Umgebung erfolgt über Spaltdichtungen. Der Wassereinlauf ist seitlich angebracht.This nozzle is to be driven by means of a conventional drilling machine, because in addition to the function check there is also a dependency on the cleaning office The speed, i.e. the pulse frequency, is to be determined. The control element ment is constructed in such a way that two pressurized surfaces of approximately the same size face each other. The sealing surface between the nozzle inlet and the control element is applied with a small force, since the lower part of the control element has a slightly larger area. Sealing to the environment takes place via Gap seals. The water inlet is attached to the side.

Während des ersten Versuches traten folgende Probleme auf: Die Abdichtung zur Umgebung ist ungenügend und das Wasser gelangt nicht schnell genug aus dem Spalt zwischen Steuerelement und Düseneinlauf (ab ca. 20 bar Betriebsdruck), so daß kein Kräftegleichgewicht mehr vorhanden ist und somit alle Düsen permanent durch strömt werden.The following problems occurred during the first attempt: The environment is insufficient and the water does not get out of the water quickly enough Gap between control element and nozzle inlet (from approx. 20 bar operating pressure) so that there is no longer a balance of forces and therefore all nozzles are permanently through be flocked.

Daraufhin wurde die Abdichtung zur Umgebung durch Einlegen zweier O-Ringe in die Nuten des Steuerelementes verbessert. Wird eine Strömungsmaschine als Antrieb für das Steuerelement eingesetzt, ist die Drehzahl nicht mehr einstellbar, dafür entfällt eine Abdichtung zur Umgebung.Thereupon the seal to the environment was replaced by inserting two O-rings in the grooves of the control element improved. Becomes a fluid machine as a drive used for the control element, the speed is no longer adjustable, but is no longer required a seal to the environment.

Der Vorteil dieser Konstruktion liegt, bei allen konstruktiven Schwierigkeiten, im Wegfall der kinematischen Belastung des Strahls. Das diskontinuierliche, pulsende Bestrahlen einzelner Flächensegmente erhöht die Reinigungsleistung. Eine anfällige Stelzenlagerung entfällt.The advantage of this construction, in spite of all constructional difficulties, is in Elimination of the kinematic load on the beam. The discontinuous, pulsating Irradiation of individual surface segments increases the cleaning performance. A fragile one Stilt storage is not necessary.

Nozzle with fixed control

Eine Lösungsmöglichkeit für diese Entwicklungsrichtung ist eine Hochdruckdüse mit drehbarem Steuerelement. Fig. 8 zeigt die Umkehrung des Lösungsprinzipes von Fig. 7, hierbei steht das Steuerelement fest und die Düsen bewegen sich nacheinander in den Einflußbereich der Steuerstrecke. One solution for this development direction is a high-pressure nozzle with a rotatable control element. Fig. 8 shows the reversal of the solution principle of Fig. 7, here the control element is fixed and the nozzles move one after the other in the area of influence of the control path.

Der Antrieb des rotierenden Düsenringes erfolgt durch die Impulskraft, die in der ge rade durchströmten Düse auftritt. Bei dieser Anordnung entsteht ein Strahl, der immer von einer Seite zur anderen wandert, mit der nachfolgenden Düse beginnt der Vor gang erneut. Somit gibt es keinen Umkehrpunkt für den Strahl wie bei den herkömm lichen oszillierenden Reinigungsdüsen. Jeder Punkt, der zu reinigenden Fläche, wird somit gleich lange bestrahlt, es entsteht keine ungewollte Überschneidung oder Mehrfachbestrahlung einzelner Oberflächenabschnitte wie bei allen anderen bislang bekannten Lösungen.The rotating nozzle ring is driven by the impulse force in the ge straight-flowing nozzle occurs. With this arrangement, a beam always arises wanders from one side to the other, with the following nozzle the front begins went again. So there is no turning point for the beam like the conventional one oscillating cleaning nozzles. Every point on the surface to be cleaned will irradiated for the same length of time, there is no unwanted overlap or Multiple irradiation of individual surface sections as with all others to date known solutions.

Die Steuerstrecke muß so ausgelegt werden, daß der gewünschte Strahlwinkel erzielt wird. Dazu passend muß die Anzahl der einzusetzenden Düsen gewählt werden. Auch bei dieser Variante muß zur Bewegung des Düsenringes sichergestellt werden, daß immer eine Düse durchströmt wird. Probleme dieser Ausführung sind im Bereich der Abdichtung gegenüber der Umgebung zu erwarten. Die Dichtung wird bei den erforderlichen Drücken einen relativ hohen Reibungswiderstand erzeugen. Damit ist diese Lösung nur für drehmomentstarke Antriebe (Verdrängerantrieb) geeignet. Ein weiteres Problem ist dadurch zu erwarten, daß die innere Druckkraft nicht symme trisch am Düsenring angreift und somit zusätzliche Reibkräfte zwischen Düsenring und dem früheren Innenteil erzeugt werden.The control path must be designed so that the desired beam angle is achieved becomes. The number of nozzles to be used must be selected accordingly. In this variant too, it must be ensured that the nozzle ring moves. that there is always a flow through a nozzle. Problems of this execution are in the area the seal against the environment to be expected. The seal is in the required pressures generate a relatively high frictional resistance. So that is this solution is only suitable for high-torque drives (displacement drives). A Another problem is to be expected from the fact that the internal pressure is not symmetrical attacks the nozzle ring and thus additional frictional forces between the nozzle ring and the previous interior.

Die Impulskraft einer solchen Reinigungsdüse errechnet sich näherungsweise bei ei nem effektiven Druck von p = 100 bar und einen Düsenwinkel θ von 20° zur Rota tionsachse zu:The impulse force of such a cleaning nozzle is approximately calculated at ei nem effective pressure of p = 100 bar and a nozzle angle θ of 20 ° to the Rota axis to:

Die Realisierung der Lösung stellt extreme Anforderungen an die einzusetzende Dichtungstechnik. Zum jetzigen Kenntnisstand des Projekts erscheint ein einfacher Direktantrieb mittels Impulskraft nicht realisierbar. Die Verschleißproblematik wird als weitere Erschwerung gesehen. Vorteilhaft ist die gleichmäßige Bahnführung und das zu erwartende Reinigungsverhalten.The implementation of the solution places extreme demands on the one to be used Sealing technology. At the current level of knowledge of the project, a simple one appears Direct drive cannot be achieved using impulse force. The wear problem is considered seen further aggravation. It is advantageous for the web to run evenly and that expected cleaning behavior.

Geometrically fixed nozzles with simultaneous control

Alle bisherigen Ansätze lösen das Kernproblem "Hohe Energiedichte auf große Flä che wirken lassen" indem die im Wasser enthaltene Energie in einer Düse geometrisch gebündelt und dann auf einzelne Flächensegmente vereinzelt wird. Das folgende Modell geht von dem Gedanken aus, daß die enthaltene Energie nicht nur geome trisch, sondern auch zeitlich gebündelt wird. Hierzu werden die Druckunterschiede genutzt, die im elastischen Hochdruckschlauch auftreten, wenn das Wasser strömt bzw. nicht strömt wird. Der zusätzliche Vorteil, der sich bei der zeitlichen Fokussie rung einstellt, ist die Eigenschaft, daß das Wasser - bildlich gesprochen - schon in ein zelnen Paketen die Düse verläßt und so die Vereinzelung auf verschiedene Flächen segmente unterstützt wird.All previous approaches solve the core problem "high energy density on large areas let it work "by geometrically placing the energy contained in the water in a nozzle is bundled and then divided into individual surface segments. The following Modell is based on the idea that the energy contained is not just geome trical, but also time-based. To do this, the pressure differences used, which occur in the elastic high-pressure hose when the water flows or is not flowing. The additional advantage that comes with the temporal focus is the property that the water - figuratively speaking - already in one individual packages leave the nozzle and so the separation on different surfaces segments is supported.

Die technische Realisierung erfordert ein Ventil, das sich bei einem bestimmten Grenz druck öffnet. Wird dieses Ventil so ausgelegt, daß nach dem Öffnen eine größere Flä che mit dem hohen Druck belastet wird, so wird sich das Ventil schlagartig ganz öff nen. Daraufhin fällt der Systemdruck so stark ab, daß die Feder das Ventil wieder schließen kann. Der Druck baut sich erneut bis zum Grenzdruck auf usw. Vorteil ei ner solchen Düse ist auch der mit einer konstanten Frequenz pulsierende Strahl. Diese Frequenz ist über die Federkonstante der Feder variabel. Auch in dieser Lösung wird der Wasserstrahl nicht durch seitliche Kräfte belastet. Fig. 9 zeigt die realisierte Versi on einer solchen Reinigungsdüse.The technical implementation requires a valve that opens at a certain limit pressure. If this valve is designed so that a larger surface is loaded with the high pressure after opening, the valve will suddenly open completely. The system pressure then drops so much that the spring can close the valve again. The pressure builds up again up to the limit pressure, etc. Another advantage of such a nozzle is the jet pulsating at a constant frequency. This frequency is variable via the spring constant of the spring. In this solution, too, the water jet is not burdened by lateral forces. Fig. 9 shows the realized version of such a cleaning nozzle.

Entscheidend ist für die Dimensionierung der inneren Druckfläche ist der maximal er zielbare Druck des Hochdruckreinigers. Die Schließkraft des Steuerkolbens muß von der Feder aufgebracht werden. Wegen der geringen vorgegebenen Baugröße ist es folglich erforderlich, die Druckfläche des Steuerkolbens auf die Stärke der einsetzba ren Feder abzustimmen. Die Berechnung der benötigten Flächen bei einer vorgege benen Federsteifigkeit und den gemessenen Druckverlusten im Schlauch ergab eine geringe Differenz zwischen der kleinen und der größeren Fläche. Die Herstellung und Abdichtung eines solchen Ventilkolbens ist technisch nicht realisierbar. Dieses Lö sungsprinzip wurde daraufhin etwas abgewandelt.What is decisive for the dimensioning of the inner pressure area is the maximum he targeted pressure of the pressure washer. The closing force of the control piston must be from the spring are applied. Because of the small size, it is consequently required, the pressure surface of the control piston on the strength of the insertable tune their spring. The calculation of the required areas for a given one spring stiffness and the measured pressure losses in the hose resulted in a small difference between the small and the larger area. The manufacture and Sealing such a valve piston is not technically feasible. This Lö principle was then modified somewhat.

Der Steuerkolben wird mit Durchströmbohrungen versehen, damit er in der Phase niedrigen Strömdrucks, druckausgeglichen im Gehäuse schwimmt. In diesem Fall ge nügt eine geringere Federkraft um das System wieder zu schließen und das Wasser im Schlauch auf einen höheren Druck aufzustauen. Bei Erreichen des Grenzdrucks öff net der Steuerkolben die Einlaßbohrung. Daraufhin entspannt sich der Druck auf den niedrigen Strömdruck. Abhängig von der Geschwindigkeit des Druckausgleichs zwi schen Kolbenoberseite und Unterseite schließt das System mehr oder weniger schnell. Die Frequenz ist folglich abhängig von der Federkonstanten c der eingesetzten Feder und der Größe der Ausgleichsbohrungen. Den veränderten Aufbau der Reinigungs düse zeigt Fig. 10.The control piston is provided with flow-through holes so that it floats in the housing in the phase of low flow pressure, pressure-balanced. In this case, a lower spring force is sufficient to close the system again and to build up the water in the hose to a higher pressure. When the limit pressure is reached, the control piston opens the inlet bore. The pressure then relaxes to the low flow pressure. Depending on the speed of the pressure equalization between the piston top and bottom, the system closes more or less quickly. The frequency is therefore dependent on the spring constant c of the spring used and the size of the compensating holes. The changing structure of the cleaning nozzle is Fig. 10.

Bei den Laborversuchen entstand zwar ein pulsierender Strahl, jedoch waren die Druckunterschiede sehr gering. Das Ergebnis zeigt, daß der Kolben prinzipiell leicht schwingt, aber dadurch nicht zwei genügend unterschiedlich große Extremwerte des Systemdrucks erreicht werden konnten.A pulsating beam was created during the laboratory tests, but they were Very little pressure difference. The result shows that the piston is basically light vibrates, but therefore not two sufficiently different extreme values of the System pressure could be achieved.

Daraufhin wurde die Reinigungsdüse erneut weiterentwickelt: Die einzelnen Teile des Ventils wurden derart zusammengebaut (das Gehäuse wurde umgedreht), daß die Düsenöffnungen nun in den Druckraum auf der Unterseite des Steuerkolbens ragen. Diese Veränderung bewirkte, daß der pulsierende Strahl eindeutig höhere Druck schwankungen aufweist (Fig. 11).The cleaning nozzle was then further developed again: the individual parts of the valve were assembled in such a way (the housing was turned over) that the nozzle openings now protrude into the pressure chamber on the underside of the control piston. This change caused the pulsating jet to have clearly higher pressure fluctuations ( Fig. 11).

Der endgültige Aufbau ist in Fig. 12 zu sehen.The final structure can be seen in Fig. 12.

Der jetzt vorliegende Pulsator ist als pulsierende Punktstrahldüse einsetzbar. Es ist weiterhin möglich, ihn einer Rotordüse vorzuschalten, um den Wirkungsgrad der Rotordüse zu verändern. Damit der Einfluß des Pulsators auf das Reinigungsergebnis einer Rotordüse ermittelt werden kann, wurde die Ausgangsdüse entfernt und dafür ein Adapter zur Rotordüse eingesetzt. The pulsator now available can be used as a pulsating point jet nozzle. It is still possible to connect it up to a rotor nozzle to increase the efficiency of the To change the rotor nozzle. So that the influence of the pulsator on the cleaning result a rotor nozzle can be determined, the outlet nozzle was removed and therefore an adapter to the rotor nozzle is used.

Die Lösung nutzt erstmals auch die zeitliche Dimension, um einzelne "Wasserpakete" mit maximaler Energiedichte zu erzeugen. Dies ist sinnvoll, da vor dem Auftreffen auf die zu reinigende Fläche in jedem Fall eine Partionierung des Wasserstrahls erfolgen muß, um die Flächenwirkung zu erzielen. In Versuchen konnte eindeutig mit dem Pro totyp nachgewiesen werden, daß die Reinigungswirkung einer Kombination aus Booster und handelsüblicher Rotordüse wesentlich besser ist, als die Wirkung der Rotordüse alleine. Die schon getrennten "Wasserpakete" mit ihrer hohen Energie dichte sind deutlich besser in der Lage, durch hartes Aufschlagen auf die zu reinigen de Oberfläche Schmutz abzutragen. Die oszillierende Bewegung des Steuerkolbens ermöglicht durch einen geeigneten Übersetzer ggf. die Erzeugung einer kontinuierli chen Drehbewegung. Notwendig ist ein Versuchsprogramm, das die Vielzahl der Pa rameter zueinander in Relation setzt und so eine sichere Beherrschung des Systems und dessen Optimierung ermöglicht.For the first time, the solution also uses the time dimension to create individual "water packages" to generate with maximum energy density. This is useful because before hitting the surface to be cleaned is always partitioned by the water jet must to achieve the surface effect. In experiments, it was clearly possible with the Pro can be demonstrated that the cleaning effect of a combination of Booster and commercially available rotor nozzle is much better than the effect of Rotor nozzle alone. The already separated "water packets" with their high energy densities are much better able to clean by hitting them hard to remove surface dirt. The oscillating movement of the control piston made possible by a suitable translator if necessary the generation of a continuous chen rotary motion. A test program is necessary that covers the large number of Pa puts parameters in relation to each other and thus a safe mastery of the system and enables its optimization.

Der Vorteil ist auch hier der Wegfall der kinematischen Belastung des Strahls und das noch verbesserte diskontinuierliche, pulsende Bestrahlen einzelner Flächensegmente. Dies wird hier durch die zeitliche Bündelung der Energie unter Verwendung auch der Elastizität des Hochdruckschlauchs nochmals erheblich verbessern.The advantage here is the elimination of the kinematic load on the beam and that improved discontinuous, pulsating irradiation of individual surface segments. This is done here by bundling the energy over time using the Improve the elasticity of the high pressure hose considerably again.

Claims

High-performance cleaning nozzle for a high-pressure cleaning device, in particular egg NEN water high-pressure cleaner, characterized in that the high-pressure jet emerges from the cleaning nozzle with a spatial movement and / or a change over time, preferably in a pulsed manner.