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Strahlgerät für das Druckluftstrahlen
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Die Erfindung betrifft ein Strahlgerät für das Druckluftstrahlen,
mit einem Strahl- und Tragmittelschlauch und mit einer endseitig an den Strahl-
und Tragmittelschlauch angeschlossenen Strahldüse, wobei die Strahldüse einen Verengungsbereich,
ggf. eine Drosselstelle und ggf. einen Erweiterungsbereich aufweist.
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Beim Druckluftstrahlen, das früher auch als -Sandstrahlen bezeichnet
wurde und heute gelegentlich als Freistrahlen bezeichnet wird, wird regelmäßig ein
Strahlmittel mit Hilfe eines Tragmittels aus einer Strahldüse gegen eine zu behandelnde
Oberfläche
geblasen, und zwar mit einer verhältnismäßig hohen Aus-trittsgeschwindigkeit,
die weit über XOO mXs betragen kann Strahlgeräte für das Druckluftstrahlen sind
(aus der Praxis) in verschienen Ausführungsformen bekannt, bei denen im allgemeinen
Strahlmittel und Tragmittel durch einen einzigen Strahl- und Tragmittelschlauch
der Strahldüse zugeleitet werden. Die Geschwindigkeit von Strahl- und Tragmittel
innerhalb des oftmals vergleichsweise langen Strahl- und Tragmittelschlauches liegt
im allgemeinen relativ niedrig, so daß ohne eine Strahldüse, durch die die Austrittsgeschwindigkeit
von Strahl- und Tragmittel erheblich erhöht wird, das Strahlmittel an der zu behandelnden
Oberfläche nicht die notwendige abräsive Wirkung zeigen würde.
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Bei den bekannten Strahlgeräten werden verschiedene Düsenformen für
die Strahldüse verwendet. Neben einfachen Strahldüsen, die nur einen in einer Austrittsöffnung
endenden, kurzen Verengungsbereich aufweisen, finden sich Strahldüsen venturiartiger
Ausbildung, bei denen ein besonders gleichmäßiger Strom von Strahl-und Tragmittel
gewährleistet ist, und auch Strahldüsen, die nach Art einer Lavaldüse ausgebildet
sind und bei denen sich an einen kurzen Verengungsbereich eine Drosselstelle und
ein langgezogener Erweiterungsbereich anschließen. Lavaldüsen finden allerdings
nur dort Anwendung, wo Geschwindigkeiten des Tragmittels am Ende des Verengungsbereiches
bzw. an der Drosselstelle in Höhe der Schallgeschwindigkeit zu erwarten sind.
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Aufgrund der Trägheit des Strahlmittels - meist Sand feiner Körnung
- gegenüber dem Tragmittel - meist Druckluft - ergeben sich schon im Strahl- und
Tragmittelschlauch, mehr noch aber in der Strahldüse stark unterschiedliche Geschwindigkeiten
und Geschwindigkeitsverteilungen von Strahl-und Tragmittel. Tatsächlich ist
es
bei den bekannten Strahlgeräten so, daß das Tragmittel zwar mit sehr hoher Geschwindigkeit,
ggf. sogar mit Uberschallgeschwindigkeit, das Strahlmittel jedoch mit weit geringerer
Geschwindigkeit aus der Strahldüse austritt. Um die Austrittsgeschwindigkeit des
Strahlmittels zu erhöhen, ist daher bei einem Strahlgerät der eingangs beschriebenen
Art schon vorgeschlagen worden {dgl. die Patentanmeldung P 27 06 525.4-14), das
Strahlmittel unmittelbar nach Austritt aus der Strahldüse bzw. einer ersten Strahldüse,
mit Hilfe von Zusatzluft hoher Geschwindigkeit nachzubeschleunigen. Diese Konstruktionsweise
ist zwar hinsichtlich der Austrittsgeschwindigkeit des Strahlmittels recht wirksam,
technisch jedoch vergleichsweise aufwendig.
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Ausgehend von dem zuvor dargelegten Stand der Technik liegt der Erfindung
nun die Aufgabe zugrunde, die bekannten Strahlgeräte der eingangs beschriebenen
Art so auszugestalten und weiterzubilden, daß die Austrittsgeschwindigkeit des Strahlmittels
einerseits absolut, andererseits relativ zur Austrittsgeschwindigkeit des Tragmittels
wesentlich höher liegt als bei den bekannten Strahlgeräten.
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Das erfindungsgemäße Strahlgerät, bei dem die zuvor aufgezeigte Aufgabe
gelöst ist, ist zunächst dadurch gekennzeichnet, daß der Verengungsbereich langgestreckt
und im wesentlichen gleichmäßig konvergierend ausgeführt ist. Der Erfindung liegt
dabei der folgende, erfindungsgemäß erkannte Zusammenhang zugrunde: Sieht man einmal
von der Ausführung der Strahldüse als Lavaldüse ab, so erfolgt die Beschleunigung
von Strahl- und Tragmittel nur innerhalb des Verengungsbereiches. Der Verengungsbereich
bildet die für Strahl- und Tragmittel wirksame Beschleunigungsstrecke.
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Bei den bislang bekannten Strahldüsen war der Verengungsbereich vergleichsweise
kurz, hatte beispielsweise bei Strahldüsen von 200 bis 250 mm Gesamtlänge nur eine
Länge von etwa 50 mm. Die in
der Beschleunigungsstrecke auftretende
mittlere Beschleunigung des Tragmittels war außerordentlich hoch, ihr vermochte
das Strahlmittel aufgrund der Massenträgheit nicht oder nur ungenügend zu folgen,
Erfindungsgemäß ist nun erkannt worden, daß durch eine Streckung der wirksamen Beschleunigungsstrecke,
also eine Verlängerung des Verengungsbereiches, die mittlere Beschleunigung des
Tragmittels drastisch herabgesetzt werden kann, so daß das Strahlmittel wesentlich
besser mitbeschleunigt werden kann. Damit wird also nicht nur die absolute Austrittsgeschwindigkeit
des Strahlmittels erhöht, sondern auch die Relation zwischen der Austrittsgeschwindigkeit
des Strahlmittels und der Austrittsgeschwindigkeit des Tragmittels wesentlich verbessert.
Dabei hat es sich als besonders zweckmäßig herausgestellt, wenn die Länge des Verengungsbereiches
zwischen 500 und 1 000 mm liegt.
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Bei der erfindungsgemäß anzustrebenden Längenausdehnung des Verengungsbereiches
tritt das Problem auf, daß die Strahldüse und damit das gesamte Strahlgerät außerordentlich
lang und schwer und damit unhandlich wird. Eine weitere Lehre der Erfindung, der
besondere Bedeutung zukommt, geht daher dahin, daß zumindest der Verengungsbereich
der Strahldüse zumindest teilweise innerhalb des Strahl- und Tragmittelschlauches
verwirklicht ist. Dies kann ohne weiteres so weit gehen, daß der Verengungsbereich
und ggf. die Drosselstelle vollständig innerhalb des Strahl- und Tragmittelschlauches
verwirklicht sind. Dadurch wird auch bei Vorliegen einer erheblichen Länge des Verengungsbereiches
eine ausgezeichnete Handlichkeit des Strahlgerätes, d. h. insbesondere der Strahldüse
gewährleistet.
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Bei Verwirklichung zumindest eines Teiles der Strahldüse innerhalb
des Strahl- und Tragmittelschlauches ist es zweckmäßig, wenn der Strahl- und Tragmittelschlauch
zur Bildung zumindest eines Teiles des Verengungsbereiches der Strahldüse endseitig
eine gleichmäßig zunehmende Wandstärke aufweist. Auf diese Weise
wird
der Verengungsbereich oder zumindest ein Teil des Verengungsbereiches der Strahldüse
gewissermaßen in den Strahl- und Tragmittelschlauch integriert, so daß einerseits
eine gleichmä-Bige Verengung des wirksamen Querschnittes des Strahl- und Tragmittelschlauches
und andererseits eine hohe Flexibilität gewährleistet ist. Selbstverständlich ist
es auch möglich, den Strahl- und Tragmittelschlauch bei gleichbleibender Wandstärke
zum Ende hin entsprechend gleichmäßig radial einzuziehen. In jedem Fall ist es vorteilhaft,
wenn der Strahl- und Tragmittelschlauch endseitig als Drosselstelle ausgebildet
ist.
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Wegen der abräsiven Wirkung des Strahlmittels, insbesondere bei erhöhten
Geschwindigkeiten, ist es u. U. vorteilhaft, wenn die Innenseite des Strahl- und
Tragmittelschlauches zumindest im Bereich der Ausbildung als Strahldüse eine Armierung,
insbesondere aus Kunststoff, Glasfasermaterial od. dgl. aufweist.
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Alternativ zu der zuvor dargelegten integrierten Ausbildung der Strahldüse
am Ende des Strahl- und Tragmittelschlauches ist es aber auch möglich, daß der Strahl-
und Tragmittelschlauch zur Bildung zumindest eines Teiles des Verengungsbereiches
der Strahldüse endseitig mit einem Einsatz, insbesondere Kunststoff, Glasfasermaterial,
Metall od. dgl. versehen ist. Die Verwendung eines gesonderten Einsatzes hat den
Vorteil, daß die Länge des Verengungsbereiches der Strahldüse auch nachträglich
noch geändert werden kann. Im übrigen können in diesem Fall bei dem erfindungsgemäßen
Strahlgerät ohne weiteres bekannte, nicht speziell ausgebildete Strahl- und Tragmittelschläuche
verwendet werden.
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Nach einer weiteren Lehre der Erfindung, der besondere Bedeutung zukommt,
ist die Strahldüse zweiteilig ausgeführt und ist der eine Teil der Strahldüse mit
zumindest einem Teil des Verengungsbereiches innerhalb des Strahl- und Tragmittelschlauches
und der andere
Teil der Strahldüse, ggf. innerhalb eines Straalgehäuses,
außerhalb des Strahl- und Tragmittelschlauches angeordnet. In Abstimmung auf die
zu erwartenden Geschwindigkeiten des Strahlmittels in der Drosselstelle bzw. am
Austritt kann so beispielsweise der nicht so stark beanspruchte vordere Teil des
Verengungsbereiches in den Strahl- und Tragmittelschlauch integriert sein, während
der hintere Teil des Verengungsbereiches und ggf. weitere Bereiche der Strahldüse
aus widerstandsfähigerem und evtl. auch schwererem Material getrennt außerhalb des
Strahl- und Tragmittelschlauches vorgesehen sind. Das außerhalb des Strahl- und
Tragmittelschlauches ggf. vorzusehende Strahlgehäuse kann im übrigen zusätzlich
dazu dienen, Zusatzluft zur Nachbeschleunigung des Strahlmittels zuzuführen, soweit
dies notwendig oder zweckmäßig sein sollte. Dabei ist es von der Handhabung her
vorteilhaft, wenn die beiden Teile der Strahldüse lösbar miteinander verbunden sind.
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Schließlich ist es bei der letztgenannten Ausführung des erfindungsgemäßen
Strahlgerätes besonders zweckmäßig, wenn der erste Teil der Strahldüse den Verengungsbereich
und ggf. die Drosselstelle und der zweite Teil der Strahldüse den Erweiterungsbereich
umfaßt. Sind der erste und der zweite Teil der Strahldüse bei dieser Ausführungsform
voneinander trennbar, so ist die Strahldüse in Anpassung an die zu erwartenden Tragmittelgeschwindigkeiten
wahlweise als normale, als Venturi- oder als Lavaldüse auszubilden, je nach dem,
ob ein zweiter Teil der Strahldüse angesetzt wird oder nicht.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich Ausführungsbeispiele
des erfindungsgemäßen Strahlgerätes darstellenden Zeichnung näher erläutert; es
zeigt Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeippiel eines erfindungsgemäßen Strahlgerätes
und
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Strahlgerätes.
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Das in den Fig. 1 und 2 gezeigte Strahlgerät 1 für das Druckluftstrahlen
weist zunächst allgemein einen Strahl- und Tragmittelschlauch 2 und eine endseitig
an den Strahl- und Tragmittelschlauch 2 angeschlossene Strahldüse 3 auf Im Ausführungsbeispiel
nach Fig. 1 weist die Strahldüse 3 nur einen Verengungsbereich 4 auf, während im
Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 die Strahldüse 3 einen Verengungsbereich 4, eine
Drosselstelle 5 und einen Erweiterungsbereich 6 aufweist.
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Aus den Figuren wird deutlich, daß der Verengungsbereich 4 langgestreckt
und im wesentlichen gleichmäßig konvergierend ausgeführt ist. Die Länge des Verengungsbereiches
4 liegt dabei vorteilhafterweise zwischen 500 und 1 000 mm.
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Wie Fig. 1 zeigt, ist der Verengungsbereich 4 vollständig innerhalb
des Strahl- und Tragmittelschlauches 2 verwirklicht. Bei dem Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Strahlgerätes 1 gemäß Fig. 2 sind sogar der Verengungsbereich
4 und die Drosselstelle 5 vollständig innerhalb des Strahl- und Tragmittelschlauches
2 verwirklicht.
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Fig. 1 zeigt insoweit eine besondere Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Strahlgerätes 1, als der Strahl- und Tragmittelschlauch 2 zur Bildung des Verengungsbereiches
4 der Strahldüse 3 endseitig eine gleichmäßig zunehmende Wandstärke aufweist. Dabei
ist der Strahl- und Tragmittelschlauch 2 endseitig als eine Art Drosselstelle 5
ausgebildet. Weiterhin wird aus Fig. 1 deutlich, daß die Innenseite des Strahl-
und Tragmittelschlauches 2 im Bereich der Ausbildung als Strahldüse 3 eine Armierung
a aufweist.
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Die Armierung 7 kann beispielsweise aus Kunststoff, Glasfasermaterial
od.
dgl. bestehen.
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Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Strahlgerät 1 ist der Strahl- und Tragmittelschlauch 2 zur Bildung des Verengungsbereiches
4 und der Drosselstelle 5 der Strahldüse 3 endseitig mit einem Einsatz 8 versehen.
Dieser Einsatz 8 kann insbesondere aus Kunststoff, Glasfasermaterial, Metall od.
dgl. bestehen. Fig. 2 zeigt insoweit eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Strahlgerätes 1, als die Strahldüse 3 zweiteilig ausgeführt ist und der eine Teil
9 der Strahldüse 3 mit dem Verengungsbereich 4 und dem Drosselbereich 5 innerhalb
des Strahl- und Tragmittelschlauches 2 angeordnet ist, während der andere Teil 10
der Strahldüse 3 den Erweiterungsbereich 6 der Strahldüse 3 umfaßt und außerhalb
des Strahl- und Tragmittelschlauches 2 angeordnet ist. Aus Fig. 2 ergibt sich weiter,
daß die beiden Teile 9, 10 der Strahldüse 3 lösbar miteinander verbunden sind. Die
Ausbildung des Erweiterungsbereiches 6 führt im hier gezeigten Ausführungsbeipiel
dazu, daß die Strahldüse 3 als Lavaldüse wirkt.