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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung beschreibt eine Hochdruckdüse zur
Hochdruckreinigung unter Verwendung einer Reinigungsflüssigkeit
umfassend einen Stabilisatorabschnitt den ein Strömungskanal von
einer Einlassöffnung ausgehend, in Richtung der Längsachse
der Hochdruckdüse axial querend durchsetzt, wobei eine
Mehrzahl von Führungsrippen an den Innenwänden
des Strömungskanals in diesen radial hineinragend verlaufend
angeformt ist, und einen Düsenaustrittsabschnitt, welcher
einen Düsenaustrittskanal mit einer, vom Stabilisatorabschnitt
abgewandten, Düsenaustrittsöffnung aufweist.
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Stand der Technik
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Es
sind Strömungsstabilisatoren aus Metall, wie in den 6b und 6c gezeigt,
bekannt, welche in einen Strömungskanal einer Hochdruckdüse gemäss 6a eingelassen
sind. Während 6a eine Düsenaustrittsöffnung
zeigt, zeigt die 6b eine Einlassöffnung,
in welche ein kreuzartig geformter Strömungsstabilisator
eingeschoben befestigt ist. 6c zeigt
einen Strömungsstabilisator in Form einer Acht, welcher
ebenfalls aus Metall geformt und in der Einlassöffnung
einer Hochdruckdüse eingelassen befestigt ist. Die Benutzung
eines Strömungsstabilisators verbessert die Strömungseigenschaften des
austretenden Reinigungsstrahles der benutzten Reinigungsflüssigkeit,
indem eine nahezu vollständig laminare Strömung
resultiert.
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Um
höhere Standzeiten der Hochdruckdüsen, welche
mit Drücken unterschiedlicher Reinigungsflüssigkeiten
von mehreren hundert bar betrieben werden, zu erreichen, werden
in Hochdruckdüsen der oben beschriebenen Art Keramikeinsätze
fixiert, welche die äusseren meist aus Metall, bevorzugt
aus rostfreiem Stahl hergestellten Wände der Hochdruckdüse
vor Beschädigungen schützen. Die Keramikeinsätze
umschliessen dabei den Strömungskanal der Hochdruckdüse,
so dass die Reinigungsflüssigkeit nur mit dem Keramikeinsatz
in Berührung kommt.
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Eine
Weiterentwicklung zur Erzeugung und zur Optimierung eines scharfen
Hochdruck-Reinigungsstrahles einer Hochdruckdüse ist in
der
DE19821449 offenbart.
Es wird ein Strömungsstabilisatoreinsatz als Bestandteil
einer mehrstückigen Hochdruckdüse beschrieben,
welcher einen sich verjüngenden Strömungskanal
mit einem Öffnungswinkel des Strömungskanals aufweist,
wobei in der Innenwand des Strömungskanals Führungsrinnen
oder Führungsrippen angeformt sind.
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Ein
Aufsatz ist an dem Strömungsstabilisatoreinsatz an den
Strömungskanal anschliessend mit einer Vorsatzhülse
befestigt, wobei der Strömungsstabilisatoreinsatz, der
Aufsatz und die Vorsatzhülse zusammen die Hochdruckdüse
bilden. Aufgrund der in den Strömungskanal hineinragenden
Führungsrippen bildet sich eine laminare Strömung
aus, welche die Aufspreizung des Reinigungsstrahles nach dem Austritt
aus dem Strömungskanal begrenzt.
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Die
offenbarten und dargestellten Hochdruckdüsen sind erfindungsgemäss
mehrstückig ausgeführt, was einen entsprechend
aufwendigen Herstellungsprozess und Montageprozess solcher Hochdruckdüsen
erforderlich macht.
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In
der
DE19821449 ist
eine Prallschulter zwischen dem Strömungskanal des Strömungsstabilisatoreinsatzes
und dem Einsatz vorgesehen. Der Einsatz ist bevorzugt aus einem
Hartstoff hergestellt.
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Gemäss
des Anmeldetextes hat eine solche Störung trotz erhöhtem
Strömungswiderstand innerhalb der Strömung einen
positiven Effekt auf die Ausbildung einer laminaren Strömung
und damit auf das Durchflussvolumen pro Zeiteinheit. Selbst wenn
dies der Fall ist, so bildet die beschriebene Prallschulter ein
Verschleissteil, welches nach längerem Gebrauch ausgewechselt
werden muss. Die Reinigungsflüssigkeit prallt bei hohen
Drücken mit hoher Geschwindigkeit gegen die Prallschulter
und trägt Material ab. Die Standzeiten solcher Hochdruckdüsen
werden dadurch verringert und ein Reparaturaufwand in kurzen Zeitintervallen
ist wahrscheinlich. Gemäss der
DE19821449 ist die Wahl einer nicht
kreisförmigen Querschnittsfläche des Strömungskanals vorteilhaft,
obwohl auch dadurch weitere Störungen und damit Verwirbelungen
der Reinigungsflüssigkeit beim Durchgang durch den Strömungskanal
resultieren.
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Darstellung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt eine Hochdruckdüse,
die mit Reinigungsflüssigkeiten unter hohem Druck betreibbar
ist, einen strömungsstabilisierten Reinigungsstrahl mit geringer
Strahlaufspreizung und eine im Wesentlichen laminare Strömung
liefert, zu schaffen, welche einfach industriell herstellbar ist
und ohne eine komplizierte Montage auskommt.
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Diese
Aufgabe und die Erhöhung der Standzeiten von Hochdruckdüsen
der eingangs genannten Art, erfüllt eine Hochdruckdüse
mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.
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Neben
der Erhöhung der Lebensdauer der Hochdruckdüse,
soll im Falle eines Defektes die vollständige Hochdruckdüse
einfach auswechselbar sein.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
wird nachstehend im Zusammenhang mit den anliegenden Zeichnungen
beschrieben.
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1 zeigt
eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemässen Hochdruckdüse,
während
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2 eine
Aufsicht auf die Einlassöffnung einer Hochdruckdüse
gemäss 1 zeigt.
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3 zeigt
einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemässe
Hochdruckdüse gemäss der Linie B-B der 2,
während
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4 einen
Längsschnitt gemäss der Linie A-A der 2 zeigt.
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5 stellt
einen Querschnitt gemäss der Linie C-C der 3 dar,
während die
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6a eine
perspektivische Ansicht einer Hochdruckdüse von der Seite
der Düsenaustrittsöffnung und die
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6b, 6c perspektivische
Ansichten verschiedener Hochdruckdüse von der Seite der
Stabilisatoreinsätze gemäss dem Stand der Technik
zeigen.
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Beschreibung
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Vorgestellt
wird im Folgenden eine erfindungsgemässe Hochdruckdüse 1,
welche mit verschiedenen Reinigungsflüssigkeiten, bevorzugt
mit Trinkwasser oder mit wieder aufbereitetem Wasser unter hohem
Drücken bis zu einigen hundert bar (1 bar = 100 kPa) betreibbar
ist und Einsatz im Bereich der Reinigung von Rohren und Schächten
aller Art findet.
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Aus
dem Stand der Technik ist bekannt, dass durch einen Einsatz aus
einem Hartstoff, beispielsweise aus Keramik, der Verschleiss verringert
und die Standzeit von Hochdruckdüsen gesteigert werden
kann. Die hier erläuterte Hochdruckdüse 1 umfasst
einen Stabilisatorabschnitt 10 und einen an den Stabilisatorabschnitt 10 unmittelbar
angrenzend angeformten Düsenaustrittsabschnitt 15.
Im Unterschied zum Stand der Technik ist die erfindungsgemässe
Hochdruckdüse 1 einstückig ausgeführt.
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Bevorzugterweise
ist die einstückig gestaltete Hochdruckdüse 1 aus
einem Hartstoff und im Speziellen aus einer technischen Keramik
gefertigt, da diese Materialien eine ausreichende Härte
für die Verwendung in Hochdruckdüsen 1 bieten.
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Ein
Strömungskanal 102 durchsetzt die Hochdruckdüse 1 von
einer Einlassöffnung 101 im Stabilisatorabschnitt 10 in
Richtung der Längsachse der Hochdruckdüse 1.
Damit durchsetzt der Strömungskanal 102 den Stabilisatorabschnitt 10 vollständig
querend. In der hier gezeigten bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist der Strömungskanal 102 verjüngt
ausgebildet, wobei die Verjüngung in Richtung des Düsenaustrittsabschnittes 15 geformt ist
und vorteilhafterweise konisch ausgeführt ist. Der Strömungskanal 102 mündet
nach Durchgang durch den Stabilisatorabschnitt 10 stufenfrei
in einen Düsenaustrittskanal 150 im Düsenaustrittsabschnitt 15.
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Das,
dem Stabilisatorabschnitt 10 diametral gegenüberliegende
Ende des Düsenaustrittsabschnittes 15 ist mit
einer Düsenaustrittsöffnung 151 versehen,
aus welcher die Reinigungsflüssigkeit aus der Hochdruckdüse 1 parallel
zur Längsachse der Hochdruckdüse 1 austreten
kann.
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Der
Strömungskanal 102 weist aufgrund der Verjüngung
einen variierenden Durchtrittsquerschnitt 103 auf, welcher
von einem maximalen Wert in Höhe der Einlassöffnung 101 bis
auf einen minimalen Wert entsprechend dem Querschnitt des Düsenaustrittskanals 150 gemäss
einem Öffnungswinkel α abnimmt.
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Der Übergang
zwischen dem verjüngten Strömungskanal 102 und
dem Düsenaustrittskanal 150 ist stufenfrei und
knickstellenfrei ausgeführt, um Verwirbelungen innerhalb
der Strömung der Reinigungsflüssigkeit zu verringern
und eine annähernd laminare Strömung zu erreichen.
Innerhalb des Strömungskanals 102 findet eine
Bündelung der Strömung statt, wonach der gebündelte
Reinigungsstrahl durch den Düsenaustrittskanal 150 mit
konstantem Querschnitt strömt und durch die Düsenaustrittsöffnung 151 austritt.
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In
der hier gezeigten Ausführungsform weist der Strömungskanal 102 einen Öffnungswinkel α von etwa
25° auf und es ist eine Grössenrelation zwischen
Einlassöffnung 101 und Düsenaustrittsöffnung 151 von
etwa 3:1 gewählt, wodurch brauchbare Strömungseigenschaften
der Reinigungsflüssigkeit resultieren. In den Versuchsreichen
hat sich ein jeweils kreisförmiger Durchtrittsquerschnitt 103 und
ein konisch verjüngter Strömungskanal 102 als
vorteilhaft erwiesen in Bezug auf die laminaren Strömungseigenschaften
und den resultierenden austretenden gebündelten Reinigungsstrahl.
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Innerhalb
des Stabilisatorabschnittes 10 ist eine Mehrzahl von Führungsrippen 104 parallel
zur Längsachse der Hochdruckdüse 1 an
den Seitenwänden des Strömungskanals 102 verlaufend,
angeordnet. Die am Stabilisatorabschnitt 10 angeformten und
axial verlaufenden Führungsrippen 104 ragen mit
einer Führungsrippenhöhe 142 in den Strömungskanal 102 hinein.
Die Führungsrippenhöhen 142 weisen in
dem hier gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel radial
zum Zentrum des Strömungskanals 102 gerichtet
und die Führungsrippen 104 verhindern die Verwirbelung
der Strömung der Reinigungsflüssigkeit um die
Längsachse, wodurch eine Stabilisierung des Strahls erreichbar
ist.
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Die
Reinigungsflüssigkeit wird darüber hinaus innerhalb
des Strömungskanals 102 aufgrund der konischen
Verjüngung komprimiert und durch den verringerten Durchtrittsquerschnitt 103 geführt, wodurch
ein scharfer zusammengeschnürter Strahl resultiert.
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Wie
in 4 ersichtlich beginnt die Führungsrippe 104,
der Einlassöffnung 101 vorgelagert, innerhalb
des Strömungskanals 102. Die Führungsrippen 104 enden
an der Mündung des Strömungskanals 102 in
den Düsenaustrittskanal. Die Reinigungsflüssigkeit
wird an einer Führungsrippenlänge 141 vorbeigeführt,
welche die gleiche Länge wie der Strömungskanal 102 aufweist.
Die Führungsrippen 104 fluchten mit dem Düsenaustrittskanal 150.
Um hier Verwirbelungen zu vermeiden, ist es vorteilhaft stufenfreie Übergange
zwischen den Führungsrippen 104 und dem Düsenaustrittskanal 150 zu
gewährleisten.
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Zu
Beginn der Führungsrippen 104 im Bereich der Einlassöffnung 101 der
Hochdruckdüse 1 ist eine gewölbte Rippenfläche 143 vorgesehen.
Diese gewölbte Rippenfläche 143 ist stromlinienförmig
geformt, so dass die Reinigungsflüssigkeit nahezu ungestört
um die Führungsrippe 104 vorbeiführbar
und in axialer Richtung entlang der Seitenflächen der Führungsrippen 104 durch
den Strömungskanal 102 führbar ist.
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Ebenfalls
um starke Verwirbelungen der Strömung zu vermeiden, ist
ein Rippenöffnungswinkel β zwischen einer Senkrechten
zur Längsachse der Hochdruckdüse und einer gewölbten
Rippenfläche 143 vorgesehen. Diese Abschrägung
der Führungsrippen 104 mit einem Rippenöffnungswinkel β im
Bereich von etwa 30° hat sich in bevorzugten Ausführungsformen
der erfindungsgemässen Hochdruckdüse als wirkungsvoll
erwiesen und führt zu stabilisierten Austrittsstrahlen
des Reinigungsmittels.
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Die
vorliegende Hochdruckdüse 1 vermeidet in den Strömungskanal 102 und
in den Düsenaustrittskanal 150 hineinkragende
Elemente, um Verwirbelungen der Reinigungsflüssigkeit weitgehend
zu verringern, wodurch zusätzlich stark exponierte und damit
verschleissanfällige Abschnitte vermieden werden.
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Jede
Führungsrippe 104 weist bevorzugt eine Rippenoberkante 143 auf,
die mindestens annähernd parallel zur zentrischen axialen
Achse der Hochdruckdüse 1 verläuft und
mit einer Innenwand 153 des Düsenaustrittskanals 150 fluchtet.
Das Fluchten der Rippenoberkante 143 mit der Innenwand 153 beeinflusst
den Kern der Strömung durch die Einlassöffnung 101 und
den angrenzenden Strömungskanal 102 nicht, da
die Führungsrippen 104 nicht weiter in den Strömungskanal 102 hineinragen. Der
Kern der Strömung hat einen Querschnitt, welcher so gross
ist wie der Querschnitt des Düsenaustrittskanals 150.
Die in die Einlassöffnung 101 eingepresste Reinigungsflüssigkeit
wird zu einer Strömung mit einem Querschnitt der Grösse
des Düsenaustrittskanals 150 eingeschnürt,
wobei die Führungsrippen 104 eben nicht in den
Querschnitt des Düsenaustrittskanals 150 hineinragen
und demnach dort keine nichtlaminaren Strömungen verursachen.
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Der
Stabilisatorabschnitt 10 ist mit einem Aussengewinde 100 versehen,
auf welches ein Reinigungsflüssigkeit führender
Versorgungsschlauch direkt lösbar befestigt aufschraubbar
ist. Üblicherweise wird die Hochdruckdüse 1 nicht
direkt mit dem Versorgungsschlauch verbunden sonder mittels Aussengewinde 100 in
einem nicht dargestellten Düsengehäuse fixiert,
wobei das Düsengehäuse mit einem Versorgungsschlauch
direkt lösbar verbunden ist.
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Um
eine form- und/oder kraftschlüssige Verbindung einfach
durchzuführen ist der Düsenaustrittsabschnitt 15 mit
einem Kopf 152 verbunden, an welchem ein Werkzeug zur Montage
angreifen kann. In der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform
ist dieser Kopf 152 sechskantförmig ausgeführt.
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Eine
erfindungsgemäss ausgeführte einstückige
Hochdruckdüse 1 hat in Experimenten bei einem
Reinigungsflüssigkeitsdruck von 80 bar einen um 10% höheren
Durchflusskoeffizient gezeigt, als die vom Stand der Technik bekannten
mehrstückigen Hochdruckdüsen. Der vergrösserte
Durchflusskoeffizienten wurde auf den störungsfreien, durch
die angeformten Führungsrippen 104 stabilisierten
und verjüngten Strömungskanal 102 der
erfindungsgemässen Hochdruckdüse 1 zurückgeführt.
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Durch
die Einstückigkeit kann bei der erfindungsgemässen
Hochdruckdüse ein längerer konisch verjüngter
Strömungskanal 102 als bei den mehrstückig
ausgeführten Hochdruckdüsen des Stands der Technik
erreicht werden, wenn jeweils Düsen mit identischer Gesamtaussenlänge
verglichen werden.
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- 1
- Hochdruckdüse
(einstückig)
- 10
- Stabilisatorabschnitt
- 100
- Aussengewinde
- 101
- Einlassöffnung
- 102
- Strömungskanal
(verjüngt)
- 103
- Durchtrittsquerschnitt
des Strömungskanals
- α
- Öffnungswinkel
des Strömungskanals
- 104
- Führungsrippe
(angeformt)
- 140
- Führungsrippendicke
- 141
- Führungsrippenlänge
- 142
- Führungsrippenhöhe
- 143
- Rippenoberkante
(gewölbt)
- β
- Rippenöffnungswinkel
- 15
- Düsenaustrittsabschnitt
- 150
- Düsenaustrittskanal
- 151
- Düsenaustrittsöffnung
- 152
- Kopf
(sechskantförmig)
- 153
- Innenwand
des Austrittskanals
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19821449 [0004, 0007, 0008]