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Die Erfindung betrifft eine Hohlkegeldüse mit einem Gehäuse, wobei das Gehäuse eine Drallkammer, wenigstens einen in die Drallkammer mündenden Flüssigkeitseinlass und einen sich an die Drallkammer anschließenden Austrittskanal mit einer Austrittsöffnung am stromabwärts gelegenen Ende des Austrittskanals hat.
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Mit der Erfindung soll eine Hohlkegeldüse verbessert werden.
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Erfindungsgemäß ist hierzu eine Hohlkegeldüse mit einem Gehäuse vorgesehen, wobei das Gehäuse eine Drallkammer, wenigstens einen in die Drallkammer mündenden Flüssigkeitseinlass und einen sich an die Drallkammer anschließenden Austrittskanal mit einer Austrittsöffnung am stromabwärts gelegenen Ende hat, bei der die Drallkammer kreiszylindrisch ausgebildet und frei von Einbauten ist, bei der der Flüssigkeitseinlass wenigstens einen schräg in die Drallkammer mündenden Eintrittskanal aufweist und bei der der Austrittskanal konzentrisch zur Drallkammer angeordnet ist und einen kleinsten Durchmesser aufweist, der zwischen dem 0,7-Fachen des Durchmessers der Drallkammer und dem Durchmesser der Drallkammer liegt.
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Mit der erfindungsgemäßen Hohlkegeldüse wird der Nachteil konventioneller Hohlkegeldüsen mit Dralleinsatz vermieden, dass zwischen Drallkörper und Düsenaustritt ein Totvolumen vorhanden ist, in dem sich nach dem Abschalten einer Flüssigkeitszufuhr Flüssigkeit ansammelt. Wenn eine konventionelle Hohlkegeldüse dann wieder eingeschaltet wird und Flüssigkeit nachgeschoben wird, verlässt die in dem Totvolumen vorhandene Flüssigkeit die Düse ohne Drall und somit als Vollstrahl. Dies hat zur Folge, dass die Flüssigkeit im Totvolumen mit wesentlich größerer Tropfengröße abgegeben wird als der Hohlkegelstrahl. Beim Einsatz mit pulsweitenmodulierten Ventilen ist diese Eigenschaft konventioneller Voll- oder Hohlkegeldüsen sehr nachteilig. Indem die erfindungsgemäße Hohlkegeldüse keinen Dralleinsatz hat, sondern eine kreiszylindrische Drallkammer, die frei von Einbauten ist, kann sich keine Flüssigkeit mehr beim Abschalten der Flüssigkeitszufuhr ansammeln. Da auch der kleinste Durchmesser des Austrittskanals sehr groß ist und erfindungsgemäß zwischen dem 0,7-Fachen des Durchmessers der Drallkammer und dem Durchmesser der Drallkammer liegt, werden die Drallkammer und der Austrittskanal nach dem Abschalten der Flüssigkeitszufuhr vollständig entleert. Sobald die Flüssigkeitszufuhr wieder eingeschaltet wird, bildet sich infolgedessen unmittelbar anschließend wieder ein Hohlkegelstrahl mit der für den Betrieb und die Prozessumgebung vorgesehenen Tropfengröße aus. Die erfindungsgemäße Hohlkegeldüse weist darüber hinaus einen sehr einfachen, kostengünstig herzustellenden Aufbau auf. Die in die Drallkammer eintretende Flüssigkeit wird dadurch in Rotation um die Mittellängsachse der Drallkammer versetzt, dass der Flüssigkeitseinlass wenigstens einen schräg in die Drallkammer mündenden Eintrittskanal aufweist. Die Flüssigkeit wird also schräg so in die Drallkammer geleitet, dass sie eine in Umfangsrichtung der Drallkammer gerichtete Komponente und eine in Richtung auf den Austrittskanal zu gerichtete Komponente hat. Dadurch kann innerhalb der kreiszylindrischen Drallkammer ein Drall erzeugt werden, so dass ein Hohlkegelstrahl erzeugt wird. Es können mehrere schräg in die Drallkammer mündende Eintrittskanäle vorgesehen sein. Am Übergang von der Drallkammer zum Austrittskanal ist entweder nur eine minimale Verengung auf maximal das 0,7-Fache des Durchmessers der Drallkammer vorgesehen oder der Austrittskanal weist denselben Durchmesser wie die Drallkammer auf. Ein Kegelwinkel des abgestrahlten Hohlkegels kann durch den Winkel, in dem die Eintrittskanäle schräg in die Drallkammer eintreten, beeinflusst werden.
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In Weiterbildung der Erfindung ist am Übergang zwischen Drallkammer und Austrittskanal eine Störkante ausgebildet oder die Drallkammer geht fluchtend in den Austrittskanal über.
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Durch Vorsehen einer Störkante wird die im Wesentlichen an der Wand der Drallkammer entlang rotierende Flüssigkeit, die sich nach unten in Richtung auf den Austrittskanal zu bewegt, in axialer Richtung in ihrer Fortbewegung gestört, und im Folgenden bildet sich am Ende des Austrittskanals ein gleichmäßiger Hohlkegel. Diese Störkante kann je nach Leistungsgröße der Hohlkegeldüse, also je nach dem ausgegebenen Flüssigkeitsvolumen bei einem bestimmten Druck, angepasst werden. Die Störkante kann im Rahmen der Erfindung auch entfallen und die Drallkammer kann fluchtend in den Austrittskanal übergehen. Auch in diesem Fall bildet sich ein Hohlkegelstrahl aus. Sowohl mit Störkante als auch ohne Störkante hat die erfindungsgemäße Düse den erheblichen Vorteil, dass sich beim Abschalten der Flüssigkeitszufuhr kein Flüssigkeitsvolumen mehr in der Drallkammer oder im Austrittskanal ansammeln kann.
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In Weiterbildung der Erfindung ist der kleinste Durchmesser des Austrittskanals kleiner als der Durchmesser der Drallkammer und ein Übergang zwischen der Drallkammer und dem Austrittskanal verjüngt sich und ist insbesondere kegelstumpfförmig ausgebildet.
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Ein solcher sich verjüngender, insbesondere kegelstumpfförmiger Übergang lässt sich vergleichsweise einfach und mit geringen Toleranzen herstellen und bildet eine Störkante. Eine solche Störkante verbessert das Sprühbild der erfindungsgemäßen Hohlkegeldüse.
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In Weiterbildung der Erfindung hat der Austrittskanal einen kreisrunden Querschnitt.
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In Weiterbildung der Erfindung ist der Austrittskanal kreiszylinderförmig.
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In Weiterbildung der Erfindung sind zwischen zwei und fünf schräg in die Drallkammer mündenden Eintrittskanäle vorgesehen. Die erfindungsgemäße Hohlkegeldüse kann in ihrer einfachsten Ausführung bereits mit einem Eintrittskanal ein Hohlkegelspray erzeugen. In der Regel haben sich zwei bis drei Eintrittskanäle als ausreichend gezeigt. Ein besonders gleichmäßiges Sprühbild wird durch fünf schräg in die Drallkammer mündende Eintrittskanäle erreicht, die gleichmäßig über den Umfang der Drallkammer verteilt sind. Je nach Anwendungszweck kann es notwendig sein, weniger Eintrittskanäle vorzusehen, beispielsweise wenn die zu versprühende Flüssigkeit Verschmutzungen und insbesondere Festkörper enthält. In einem solchen Fall muss dann der Durchmesser der Eintrittskanäle vergleichsweise groß gewählt werden, um ein Verstopfen zu verhindern.
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In Weiterbildung der Erfindung ist der wenigstens eine Eintrittskanal schräg in Richtung auf eine Mittellängsachse der Drallkammer zu und schräg in Richtung auf das Ende der Drallkammer zu, an das sich der Austrittskanal anschließt, angeordnet.
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Die durch den Eintrittskanal in die Drallkammer eintretende Flüssigkeit weist infolgedessen zum einen eine Bewegungskomponente in Umfangsrichtung um die Mittellängsachse der Drallkammer auf. Dadurch wird die in der Drallkammer befindliche Flüssigkeit in Rotation um die Mittellängsachse versetzt, was letztendlich nach dem Verlassen des Austrittskanals zum Ausbilden eines Hohlkegelsprays führt. Zum anderen erhält die in die Drallkammer eintretende Flüssigkeit eine Bewegungskomponente in Richtung auf das stromabwärts liegende Ende der Drallkammer zu, also in Richtung auf den Austrittskanal zu. Diese Komponente in axialer Richtung, also parallel zur Mittellängsachse, sorgt dafür, dass sich die Flüssigkeit rasch in Richtung auf den Austrittskanal zu bewegt. Auch dadurch wird die Erzeugung eines sowohl bezüglich der Tropfenverteilung als auch in zeitlicher Hinsicht gesehen gleichmäßigen Hohlkegelsprays ermöglicht.
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In Weiterbildung der Erfindung beträgt ein Winkel des wenigstens einen Eintrittskanals zur Mittellängsachse der Drallkammer, gesehen in einer Richtung senkrecht zur Mittellängsachse, zwischen 10° und 25°.
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Dieser Winkel sorgt für eine ausreichende axiale Bewegungskomponente der in die Drallkammer eintretenden Flüssigkeit. Dieser Winkel hat direkten Einfluss auf den Strahlwinkel des erzeugten Hohlkegelsprays.
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In Weiterbildung der Erfindung mündet der wenigstens eine Eintrittskanal, gesehen parallel zur Mittellängsachse der Drallkammer, tangential zu einer gedachten Kreislinie, die innerhalb des Querschnitts der Drallkammer und senkrecht zur Mittellängsachse der Drallkammer angeordnet ist, in die Drallkammer ein. Durch den Radius dieser gedachten Kreislinie kann die Umlaufgeschwindigkeit der Flüssigkeit in der Drallkammer um die Mittellängsachse der Drallkammer beeinflusst werden, so dass auch auf diese Weise Einfluss auf den Strahlwinkel des erzeugten Hohlkegelsprays genommen werden kann.
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In Weiterbildung der Erfindung ist das Gehäuse einteilig ausgebildet.
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Auf diese Weise kann ein einfacher und kostengünstig mit geringen Toleranzen herstellbarer Aufbau der erfindungsgemäßen Hohlkegeldüse erreicht werden. Die Hohlkegeldüse kann spanend hergestellt werden, beispielsweise aber auch nicht spanend durch Gießen, Sintern, Spritzguss, insbesondere Kunststoffspritzguss.
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In Weiterbildung der Erfindung weist das Gehäuse an seiner stromaufwärts gelegenen Seite eine domartige Kuppel auf, wobei der wenigstens eine Eintrittskanal die domartige Kuppel durchsetzt.
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Die domartige Ausbildung dieser Kuppel ermöglicht eine Umströmung des stromaufwärts und außerhalb der Drallkammer liegenden Abschnitts des Gehäuses, also bis zum Eintritt in den wenigstens einen Eintrittskanal, mit geringen Verlusten. Die Flüssigkeit trifft auf die Außenseite der domartigen Kuppel auf, wird radial nach außen abgelenkt und kann dann in den die Kuppel durchsetzenden wenigstens einen Eintrittskanal einmünden. Auf der Innenseite des Gehäuses ist das stromaufwärts liegende Ende der Drallkammer vorteilhafterweise eben ausgebildet, so dass eine einfache Herstellbarkeit gewährleistet ist.
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In Weiterbildung der Erfindung ist das Gehäuse in eine Befestigungsscheibe eingesetzt, wobei die Befestigungsscheibe mit einer Flüssigkeitszuführung, insbesondere einer Rohrleitung, zum Zuführen von zu versprühendem Medium verbunden werden kann.
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Auf diese Weise kann ein- und dasselbe Gehäuse in unterschiedliche Befestigungsscheiben eingesetzt werden, um auf diese Weise die erfindungsgemäße Hohlkegeldüse bei unterschiedlichsten Einsatzzwecken an unterschiedlichste Flüssigkeitszufuhren, insbesondere Rohrleitungen, Gehäuse von Ventilen, speziell pulsweitenmodulierte Ventile, und dergleichen anbringen zu können.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Einzelmerkmale der unterschiedlichen Ausführungsformen können im Rahmen der Erfindung dabei in beliebiger Weise kombiniert werden. Dies gilt auch für die Kombination von Einzelmerkmalen ohne weitere Einzelmerkmale, mit denen sie im Zusammenhang dargestellt oder beschrieben sind. In den Zeichnungen zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Hohlkegeldüse in einer Seitenansicht gemäß einer ersten Ausführungsform,
- 2 eine Ansicht auf die Schnittebene A-A in 1,
- 3 eine der Darstellung der 1 vergleichbare Seitenansicht der erfindungsgemäßen Hohlkegeldüse,
- 4 eine der 2 vergleichbare Ansicht auf die Schnittebene A-A in 3,
- 5 eine Ansicht auf die Schnittebene B-B in 3,
- 6 eine Ansicht auf die Schnittebene C-C in 3,
- 7 eine Ansicht der Hohlkegeldüse der 3 von schräg vorne und
- 8 eine abschnittsweise Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Hohlkegeldüse gemäß einer zweiten Ausführungsform.
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Die Darstellung der 1 zeigt eine erfindungsgemäße Hohlkegeldüse 10 mit einem Gehäuse 12, das lediglich abschnittsweise erkennbar ist. Das Gehäuse 12 ist in eine Befestigungsscheibe 14 eingesetzt, die wiederum auf das Stirnende einer Rohrleitung 16 aufgesetzt ist. Über die Rohrleitung 16 wird zu versprühende Flüssigkeit der Hohlkegeldüse 10 zugeführt. Die Befestigungsscheibe 14 wird mittels einer in 1 schematisch und geschnitten dargestellten Überwurfmutter 18 an der Stirnseite der Rohrleitung 16 gehalten. Dichtungen zwischen der Rohrleitung 16 und der Befestigungsscheibe 14 sowie zwischen der Befestigungsscheibe 14 und dem Gehäuse 12 sind der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.
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2 zeigt eine Ansicht auf die Schnittebene A-A in 1, wobei der Übersichtlichkeit halber die Überwurfmutter 18 weggelassen wurde.
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Das Gehäuse 12 ist in eine Durchgangsöffnung der Befestigungsscheibe 14 eingesetzt. Die Durchgangsöffnung in der Befestigungsscheibe 14 weist einen Absatz auf, auf dem ein umlaufender Vorsprung 20 des Gehäuses 12 aufliegt. Zwischen dem umlaufenden Vorsprung 20 und dem gegenüberliegenden Absatz der Befestigungsscheibe 14 kann eine in 2 nicht dargestellte Dichtung vorgesehen sein. Das Gehäuse 12 kann aber auch ohne Dichtung in die Befestigungsscheibe 14 eingesetzt werden, beispielsweise eingepresst werden.
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Das Gehäuse 12 ist einteilig ausgebildet. Das Gehäuse 12 weist eine kreiszylinderförmige Drallkammer 22 auf, an deren stromaufwärts gelegenen Ende, in 2 also am oberen Ende, insgesamt fünf Eintrittskanäle 24 schräg in die Drallkammer 22 einmünden. In der Darstellung der 2 sind lediglich zwei der Eintrittskanäle 24 zu erkennen. Die Eintrittskanäle 24 münden schräg zu einer Mittellängsachse 26 der Drallkammer 22 in diese ein. Wie noch erläutert werden wird, sind die Eintrittskanäle 24 so angeordnet, dass die in die Drallkammer 22 eintretende Flüssigkeit zum einen eine Bewegungskomponente um die Mittellängsachse 26 herum, also in Umfangsrichtung der Drallkammer 22, erhält und darüber hinaus eine Bewegungskomponente in axialer Richtung, also parallel zur Mittellängsachse 26 und in 2 nach unten, erhält.
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An die Drallkammer 22 schließt sich parallel zur Mittellängsachse 26 in Strömungsrichtung gesehen, in 2 also nach unten, ein kegelstumpfförmiger Übergang 28 an. Der kegelstumpfförmige Übergang 28 geht dann in einen kreiszylindrischen Austrittskanal 30 über, an dessen Ende eine Austrittsöffnung 32 angeordnet ist. Der Austrittskanal 30 und die Austrittsöffnung 32 müssen nicht notwendigerweise einen kreisrunden Querschnitt haben. Mittels des kegelstumpfförmigen Übergangs 28 kann eine Anpassung zwischen der kreiszylinderförmigen Drallkammer 22 und einem nicht kreisförmigen Querschnitt des Austrittskanals 30 erreicht werden.
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Der kegelstumpfförmige Übergang 28 bildet eine Störkante für die von der Drallkammer 22 in den Austrittskanal 30 eintretende Flüssigkeit aus. Diese Störkante stört die Flüssigkeit in ihrer axialen Bewegung in Richtung auf den Austrittskanal 30 zu. Dies führt zur Ausbildung eines gleichmäßigen Hohlkegelsprays stromabwärts der Austrittsöffnung 32.
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Im Rahmen der Erfindung kann der kegelstumpfförmige Übergang 28 entfallen. In diesem Fall weist der Austrittskanal 30 dann denselben Durchmesser auf wie die Drallkammer 22.
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In 2 ist der Durchmesser der Drallkammer mit n angegeben. Im Rahmen der Erfindung weist der Austrittskanal 30 einen minimalen Durchmesser von 0,7 n auf. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, den Durchmesser des Austrittskanals so zu bemessen, dass er zwischen 0,7 n und 0,8 n liegt. Die Querschnittsfläche des Austrittskanals 30 liegt dann zwischen 49 % und 64 % der Querschnittsfläche der Drallkammer 22.
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Die Darstellung der 3 zeigt eine der 1 vergleichbare Darstellung der Hohlkegeldüse 10 und der Befestigungsscheibe 14, wobei der Übersichtlichkeit halber die Rohrleitung 16 und die Überwurfmutter 18 weggelassen wurden. In 3 sind drei Schnittebenen A-A, B-B und C-C eingetragen. Zur leichteren Orientierung ist der Darstellung der 3 die Schnittansicht der Hohlkegeldüse 10 und der Befestigungsscheibe 14 aus 4 in gestrichelten Linien überlagert.
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4 zeigt die Ansicht auf die Schnittebene A-A in 3 und ist dadurch vergleichbar mit der Darstellung der 2. In 2 und 4 ist noch zu erkennen, dass das stromaufwärts liegende Ende des Gehäuses 12 kuppelartig ausgebildet ist. Diese Kuppel wird von den mehreren Eintrittskanälen 24 durchsetzt. Lediglich das außen liegende stromaufwärts liegende Ende des Gehäuses 12 ist kuppelförmig gestaltet. Das stromaufwärts liegende Ende der Drallkammer 22 ist hingegen eben ausgebildet, kann im Rahmen der Erfindung aber beispielsweise auch kegelförmig oder konkav ausgebildet sein.
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5 zeigt eine Ansicht auf die Schnittebene B-B in 3. In dieser Ansicht ist zu erkennen, dass insgesamt fünf Eintrittskanäle 24 gleichmäßig um den Umfang der Drallkammer 22 verteilt in diese einmünden. 5 ist in Blickrichtung parallel zur Mittellängsachse 26 erstellt und es ist in dieser Ansicht zu erkennen, dass die Eintrittskanäle 24 tangential zu einem gedachten Kreis um die Mittellängsachse 26 in die Drallkammer 22 einmünden. Dadurch wird die durch die Eintrittskanäle 24 in die Drallkammer 22 einmündende Flüssigkeit in Drehung um die Mittellängsachse 26 versetzt. Alle Eintrittskanäle 24 sind im gleichen Richtungssinn schräg angeordnet, so dass alle Eintrittskanäle 24 zur Rotationsbewegung der Flüssigkeit in der Drallkammer 22 um die Mittellängsachse 26 beitragen.
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6 zeigt eine Ansicht auf die Schnittebene C-C in 3. Die Schnittebene C-C wurde so angeordnet, dass sie parallel zu einem der Eintrittskanäle 24 verläuft. Anhand der Lage der Schnittebene C-C in 3 und der Darstellung der 6 ist daher zu erkennen, dass die durch die Eintrittskanäle 24 in die Drallkammer 22 eintretende Flüssigkeit eine axiale Bewegungskomponente erhält, die also parallel zur Mittellängsachse 26 und in Richtung auf die Austrittsöffnung 32 zu gerichtet ist. Alle Eintrittskanäle 24 sind in gleicher Weise schräg zur Mittellängsachse 26 angeordnet, so dass alle Eintrittskanäle 24 zu der Erzeugung der axialen Bewegungskomponente der in die Drallkammer 22 eintretenden Flüssigkeit beitragen.
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7 zeigt eine Ansicht der Hohlkegeldüse 10 und der Befestigungsscheibe 14 von schräg vorne. Die Konturen des Gehäuses 12 der Hohlkegeldüse 10 sind in dem Bereich, in dem das Gehäuse von der Befestigungsscheibe 14 verdeckt ist, gestrichelt eingezeichnet.
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8 zeigt eine abschnittsweise Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Hohlkegeldüse 100 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Die Hohlkegeldüse 100 unterscheidet sich von der Hohlkegeldüse 10 gemäß 2 lediglich in der Ausbildung des Austrittskanals 130, der an der Austrittsöffnung 132 endet. Im Übrigen ist die Hohlkegeldüse 100 gleich aufgebaut wie die Hohlkegeldüse 10 und wird daher nicht erneut erläutert.
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Am Übergang der zylindrischen Drallkammer 122 zum Auslaufkanal 130 springt die Wandung des Gehäuses 112 nach innen ein. Das Gehäuse bildet einen sich nach innen erstreckenden umlaufenden Wulst aus. Der Auslaufkanal 10 bildet am Übergang zur Drallkammer 122 somit zunächst eine einspringende Kante, verjüngt sich dann, um von einem engsten Querschnitt sich dann wieder zu erweitern, bis der Auslaufkanal 130 an der Austrittsöffnung 132 endet. Die Verjüngung des Querschnitts stromabwärts der Drallkammer 122 wird dadurch im Auslaufkanal selbst ausgebildet.
