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Vorrichtung zum Druckluft strahlen
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bildung und Führung des
Arbeitsstrahles bis Druckluft str ahlen mit körnigen Strahlmitteln. Sie kann für
die verschiedensten Strahlaufgaben angewendet werden.
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Nach dem Stand der Technik erfolgt die Bildung des aus einem Durckluft-Strahlmittel-Gemisch
bestehenden Arbeitsstrahls in der Strahldüse. Die dem Arbeitsstrahl vermittelte
Energie wird am zu strahlenden Objekt in Abtrags-oder Umformarbeit umgesetzt, deren
Größe von der Auftreffgeschwindigkeit der Strahlmittelteilchen bestimmt wird, Es
hat nicht an Versuchen gefehlt, die Abtragsarbeit durch Erhöhung der Auftreffgesschwindigkeit
zu steigern.
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Durch den Einsatz von Venturidüsen wird eine Erhöhung der Geschwindigkeit
des Arbeitsstrahls erzielt. Dieser Effekt tritt jedoch nur ein, solange die exakte
Form der Venturidüse erhalten bleibt. Um das zu sichern, ist der Einsatz von hochverschleißfestem
Düsenmaterial erforderlich, dessen Bearbeitung jedoch mit hohem Fertigungsaufwand
verbunden ist.
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Zur Erhöhung der Geschwindigkeit des Arbeitsstrahls wurden Vorrichtungen
vorgeschlagen, z. B. nach DE - OS 2706525 und SU 589 112, bei denen der Arbeitsstrahl
nach Verlassen der eigentlichen Strahldüse durch Zuführung von zusätzlichem Energieträger
weiterhin beschleunigt wird.
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Dabei wird die Erhöhung der Geschwindigkeit des Arbeitsstrahls mit
erhöhtem Energieaufwand erkauft.
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Durch Zuführung von zusätzlichem Strahlmittel in den Arbeitsstrahl
nach Passieren der Strahldüse bis zu einem sich einstellenden Sättigungswert wird
zwar die Anzahl der auftreffenden Strahlmittelteilchen erhöht, jedoch tritt dabei
eine geringe Abnahme der durchschnittlichen Auftreffgeschwindigkeit ein, so daß
die nutzbare Abtragsarbeit nicht erhöht wird.
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Bei den vorbeschriebenen Lösungen wird an der Tatsache vorbeigegangen,
daß der Arbeitsstrahl auf seinem Wege see Anstritt aus der Strahldüse bis zum Auftreffen
auf das zu strahlende Objekt durch Wirbelbildung an seiner Randzons mit der Umgebungsluft
einen erheblichen Teil seiner Energie an diese abgibt.
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Ursache für diesen Energieverlust ist das Hineinziehen der unkontrolliert
zutretenden Umgebungsluft in den Arbeitsstrahl auf Grund des durch die Relativgeschwindigkeit
zur Umgebungsluft bedingten Unterdrucks.
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Die Auswirkung dieses Energieverlustes läßt sich anhand eines durch
nicht wandernden Arbeitsstrahl erzeugten Strahlbildes auf einem Objekt nachweisen.
Dieses Strahlbild zeigt ein von Strahlmittelteilchen höherer Energie, den unbeeinflußten
Kernstrahl scharf markiertes Zentrum und ein diffuses Umfeld, das von Strahlmittelteilchen
geringerer Energie ia. der Randzone des Aubeitsstrahls erzeugt wird.
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Zweck der Erfindung ist die Erhöhung des Wirkungsgrades beim Druckluftstrahlen
durch Verminderung der am Arbeitsstrahl auftretenden Energieverluste Die Aufgabe
der Erfindung besteht darin, den unkontrollie ten Kontakt des Arbeitsstrahls mit
der Umgebungsluft weitestgehend einzuschränken und nur eine fur den Ausglei des
im Arbeitsstrahl erzeugten Unterdrucks erforderliche Luftmenge kontrolliert zuzuführen.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der an den Austritt
der Strahldüse angrenzende Bereich mit einer zentrisch zur Strahldüse angeordneten
in Strahlrichtung offenen Hülse umgeben ist, deren Innendurchmesser in der Mündungsebene
der Strahldüse mindestens so groß wie der Mündungsdurchmesser der Strahldüse ist
und deren Anordnung zur Strahldüse und/oder zusätzliche Öffnungen das Ansaugen von
Zusatzluft aus der Umgebung ermöglichen.
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Der Abstand von der Mündung der Strahldüse bis zur Mündung der Hülse
entspricht annähernd dem Strahlabstand. Der Mündungsquerschnitt der Hülse ist so
bemessen, daß er vom Arbeitsstrahl ausgefüllt wird. Vorteilhaft ist die Gestalt
der Hülse der Geometrie des expandierenden Arbeitsstrahls angepaßt. Der Mündungsabstand
von Strahldüse und Hülse sowie der Querschnitt zum Ansaugen der Zusatzluft können
veränderbar gestaltet sein.
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Durch die ihn umgebende Hülse wird der ArbeitsstrahL weitestgehend
von der Umgebungsluft abgeschirmt, so daß lediglich der von ihm erzeugte Unterdruck
ein Nachströmen dieser durch die Öffnungen zwischen Strahldüse und Hülse oder in
der Wandung der Hülse bewirkt.
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Da die innere Reibung und die Wandreibung des den Arbeitsstrahl umgebenden
geringen Luftvolumens innerhalb der Hülse einen weitaus geringeren Energieverlust
in der Randzone hervorrufen als bei einem freien Arbeitsstrahl und unkontrolliertem
Zutritt der Umgebungsluft auftritt, steht ein größerer Anteil der eingesetzten Energie
für die Abtragsarbeit zur Verfügung. Dadurch entsteht eine annähernde Konstanz der
Geschwindigkeit über den Querschnitt des Arbeitsstrahles, was sich in einem damit
erzeugten größeren, einheitlich scharf markierten Strahlbild zeigt.
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Somit wird bei gleicher eingesetzter Energie eine größere Abtragleistung
erzielt bzw. für eine gleichbleibende Abtragsleistung weniger Energie benötigt.
Die Regelbarkeit des Mündungsabstands ermöglicht eine Abstimmung des Mündungsquerschnitts
der Hülse auf den ihm entsprechenden
Querschnitt des Arbeitsstrahls.
Die Regelung des Querschnitts für die Zusatzluft dient der Einstellung der den jeweiligen
Strahlbedingungen entsprechenden Luftmenge.
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Die vorteilhafte Ausführung der Erfindung wird anhand von Beispielen
dargestellt.
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In der beiliegenden Zeichnung zeigen: Figur 1 die erfindungsgemäße
Vorrichtung mit Ansaugöffnungen in der Hülsenwandung und Einrichtung zum Regeln
der Zusatzluftmenge Figur 2 eine Ausführungsform mit Ansaugöffnung zwischen Strahldüse
und Hülse Figur 3 einen Querschnitt der Vorrichtung nach Figur 2 Figur 4 eine weitere,
kompakt gestaltete Ausführungsform der Vorrichtung Im Ausführungsbeispiel nach Figur
1 ist an der durch Sägezahnprofil im Strahlschlauch 2 gehaltenen Schlauchtülle 1
mittels Überwurfmutter 4 die Strahldüse 3 fixiert. Ebenfalls an der Überwurfmutter
4 ist die Hülse 5 mit den Ansaugöffnungen 6 fest angeordnet. Der Bereich der Ansaugöffnungen
6 in der Hülse 5 wird von der längs verschiebbar und /oder verdrehbar angeordneten
Reguliermanschette 7 mit zu den Ansaugöffnungen 6 deckungsgleichen Durchbrüchen
umschlossen. Am Mündung sende der Hülse 5 ist die aus elastischem Material bestehende
längs verschiebbare Mündungsmanschette 8 angeordnet. Der aus der Strahldüse 3 austretende
Arbeitsstrahl wird durch die Hülse 5 und diese verlängernde Mündungsmanschette 8
weitestgehend vom Einfluß der Umgebungsluft ferngehalten.
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Die Mündungsmanschette 8 wird gegenüber der Hülse 5 so verschoben,
daß der expandierende Arbeitsstrahl den Mündungsquerschnitt der Hülse ausfüllt,
aber keinen Verschleiß an dieser bewirkt. Durch Drehen und/oder Verschieben der
Reguliermanschette 6 gegenüber der Hülse 5 wird der Querschnitt für die Zuführung
der Zusatzluft verändert.
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Bei Vergleichsversuchen wurde mit der beschriebenen Vorrichtung mit
einem Mündungsabstand von Strahldüse und Hülse von 140 mm, einem Mündungsdurchmesser
der Hülse von 38 mm und einem Zusatzluftquerschnitt von 950 mm2 bei einem Aubeitsluftdruck
von 0,6 MPa unter Verwendung einer zylindrischen Strahldüse von 8 mm QI und Hartgußkies
einer Körnung von 1,6 mm 1 m² Stahloberfläche in stark verrostetem Zustand in 15
Minuten metallisch sauber gestrahlt. Ohne Verwendung der Vorrichtung betrug die
Strahldauer bei ansonsten gleichen Voraussetzungen 29 Minuten.
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Bei einem anderen Ausführungsbeispiel nach Figur 2 und 3 ist die Hülse
9 mittels Haltering 11 und Stegen 10 an der Strahldüse verschiebbar befestigt. Die
Klemmschrauben 12 dienen zur Arretierung der Hülse. Die Zusatzluft kann durch die
von Haltering 11, den Stegen 10 und der Hülse 9 begrenzten Öffnungen nachströmen.
Die Anpassung der Hülsenstellung an den Arbeitsstrahl erfolgt durch Verschieben
der Hülse 9 auf der Strahldüse nach Lösen der Klemmschrauben 12.
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Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 ist die Hülse
als ein kompaktes Strahlrohr 13, dessen Bohrung der Geometrie des expandierenden
arbeitsstrahls angepaßt ist und das mit einer Schlauchtülle zur Befestigung des
Strahlschlauches versehen ist, ausgeführt.
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Die Strahldüse 15 ist auswechselbar in der Bohrung des Strahlrohres
angeordnet und durch die Klemmschrauben 16 arretiert. Zum Nachströmen der Zusatzluft
sind Ansaugöffnungen 14 hinter der Mündung der Strahldüse vorgesehen.
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Das Einregulieren des Arbeitsstrahls auf den Mündungsquerschnitt des
Strahlrohres 13 kann durch verschieben der Strahldüse 15 erfolgen.