DE3532045A1 - Rotationsduese - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Rotationsdüse gemäß dem Ober
begriff des Patentanspruchs 1.
Derartige Rotationsdüsen haben bei entsprechendem Druck eine
gute Reinigungswirkung. Die bisherigen Düsen sind jedoch
äußerst kompliziert aufgebaut, benötigen eine große An
zahl von Teilen und die Abdichtung zwischen zueinander be
wegten Elementen ist schwierig.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grunde eine
Rotationsdüse anzugeben, die bei äußerst einfachem Aufbau
praktisch wartungsfrei arbeitet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine
Rotationsdüse mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Rotations
düse sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Durch die spezielle winkelmäßige Versetzung der Düse er
gibt sich die gewünschte Rotation bei Beibehaltung eines
hohen Drucks. Dies wird verstärkt durch die Bremswirkung
der unter Zentrifugalkraft wirkenden Bremselemente. Das bei
der dichtungslosen Rotationsdüse auftretende Leckwasser
wird in den Sprühstrahl eingebunden, so daß es nicht stört.
Weitere Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Rotations
düse ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Aus
führungsbeispielen an Hand der Zeichnung.
Es zeigen
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Ausführungs
form der erfindungsgemäßen Rotationsdüse,
Fig. 2 einen Schnitt durch den bei der Düse nach Fig. 1
verwendeten Drehkörper längs der Linie D-E der Fig. 3,
Fig. 3 eine Seitenansicht teilweise im Schnitt längs der
Linie A-A in Fig. 2 des Drehkörpers nach Fig. 2 und
Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie AB-C des Drehkörpers
in Fig. 3.
Wie Fig. 1 zeigt, ist die erfindungsgemäße Rotationsdüse aus
nur sehr wenigen Teilen aufgebaut. Insbesondere zeigt die
Fig. 1 ein Zentralelement 10 zum Anschluß an eine übliche
Sprühlanze, über die vorzugsweise ventilgesteuert Flüssigkeit,
insbesondere Wasser, mit hohem Druck beispielsweise von einer
Hochdruckpumpe zugeführt wird.
Auf dem Zentralelement 10 ist ein Kelch 12 aufgesetzt, in dem
ein Drehkörper 14 um eine zentrale Achse 16 der Rotationsdüse
rotieren kann.
Ein Gewindeanschluß 18 des Zentralelements 10 mündet in einer
zentralen Bohrung 20, die sich etwa bis zur Mitte eines stift
förmigen Ansatzes 22 des Zentralelements 10 erstreckt. In dem
freien Ende des stiftförmigen Ansatzes 22 ist eine Gewinde
bohrung vorgesehen, in die eine Schraube 24 einschraubbar ist,
die den Drehkörper 14 in einer Bewegung in Richtung der Achse
16 begrenzt.
Am Ende der Bohrung 20 sind in dem stiftförmigen Ansatz 22
über den Umfang einige radiale Bohrungen 26 vorgesehen, die
in einer Umfangsrille 28 des stiftförmigen Ansatzes 22 münden.
Der Außendurchmesser des stiftförmigen Ansatzes 22 ist im Be
reich der Bohrung 20 geringfügig größer als derjenige im Be
reich der Gewindebohrung 30.
Der Drehkörper 14 ist in den Fig. 1 bis 4 dargestellt. Er
besitzt eine zentrale Bohrung 32 (Fig. 2), deren Durchmesser
den beiden Außendurchmessern des stiftförmigen Ansatzes 22
angepaßt sind. Im Bereich der Umfangsrille 28 ist der Dreh
körper 14 mit einem ringförmigen, inneren Einstich 34 versehen,
in den eine asymmetrische Bohrung 36 von der Stirnseite 38
des Drehkörpers 14 geführt ist. Wie aus den Figuren ersicht
lich verläuft die Bohrung einmal unter einem spitzen Winkel
gegenüber der zentralen Achse 16 (Fig. 1). Zum anderen ist die
Bohrung 36 jedoch auch in Rotationsrichtung versetzt, wie
dies insbesondere Fig. 4 zeigt. Durch letztere Versetzung, die
um etwa einen Winkel zwischen 5 Grad und 20 Grad, insbesondere
in der Größenordnung zwischen 10 und 15 Grad erfolgen kann,
wird unter dem Druck des zugeführten Wassers der Drehkörper
14 in Rotation versetzt, wobei der Versetzungswinkel wesent
lichen Einfluß auf die erreichte Drehzahl hat. Diese kann
je nach Winkel und Wasserdruck bei einigen tausend U/min liegen.
Der aus Fig. 1 ersichtliche spitze Winkel zwischen der zentralen
Achse 16 und der Richtung der Bohrung 36 liegt ebenfalls im
Bereich von beispielsweise 5 bis 20 Grad und richtet sich nach
dem gewünschten Durchmesser des Ausgangsstrahles der Rotations
düse.
In der Bohrung 36 ist ein Gleichrichterkörper 42 eingesetzt,
der über seinen Querschnitt verteilt eine Anzahl von zur
Zentralachse der Bohrung 36 parallele Bohrungen 40 besitzt.
Dieser Gleichrichterkörper dient dazu, daß über die Bohrung
20 die Radialbohrungen 26 und den Einstich 34 zugeführte und
verwirbelte Wasser in Richtung zur Zentralachse der Bohrung
34 gleichzurichten und in eine von der Stirnseite 38 des
Drehkörpers 14 eingesetzte Düse 44 zu leiten. Die Düse 44 ist
vorzugsweise in den Drehkörper 14 eingeschraubt und wird in
diesem mittels eines O-Rings 46 abgedichtet. Die Düse 44 be
sitzt einen sich zu ihrer Austrittsöffnung 48 allmählich ver
engenden Kanal 50, wobei dieser Kanal sich vorzugsweise nicht
linear, etwa hyperbolisch oder parabolisch verjüngt. An ihrer
Stirnseite kann die Düse 44 mit einem Schlitz 52 versehen sein,
der zum Eingriff eines Schraubendrehers dient.
Das Zentralelement 10 besitzt am Ansatz des Stifts 22 eine sich
vornehmlich quer zur Zentralachse 16 erstreckende Anschlags
fläche 18, der ein ringförmiger Bereich 52 der rückwärtigen
Stirnfläche des Drehkörpers 14 gegenüberliegt. Der restliche,
äußere Bereich der rückwärtigen Stirnfläche ist schräg ange
phast. Eine zentrale Vertiefung 54 an der vorderen Stirnfläche
38 des Drehkörpers 14 nimmt den Kopf der Schraube 24 auf, am
Boden der Vertiefung 54 ist ein ringförmigen Flansch 56 (Fig. 3)
vorgesehen, der eine im wesentlichen kreislinienförmige Be
rührung mit der Unterseite des Kopfes der Schraube 24 bietet
(Fig. 1). Es sei bemerkt, daß der Drehkörper 14 ein gewisses
Spiel in Längsrichtung auf dem zentralen Stift 22 besitzt.
Der Drehkörper 14 ist im Bereich nahe der vorderen Stirnfläche
38 mit umfangsmäßig verteilten radialen Öffnungen, insbe
sondere Bohrungen 58 versehen, in die Zentrifugalelemente, wie
Kugeln 60 oder auch Rollen einsetzbar sind. Die Kugeln 60
sind umfangsmäßig über den Drehkörper 14 derart verteilt, daß
sich unter Berücksichtigung der Düse 44 eine annähernd rota
tionssymmetrische Auswuchtung ergibt.
Fig. 1 zeigt, daß der Kelch 12, der aus Kunststoff oder Metall
bestehen kann. Auf dem rückwärtigen Ansatz 62 des Zentral
elements 10 befestigt ist, wobei die Befestigung beispiels
weise durch Aufpressen auf den mit einer Umfangsrille 64 ver
sehenen rückwärtigen Ansatz 62 erfolgen kann. Der Kelch 12
umgibt den Drehkörper 14 und ragt noch soweit über diesen
hinaus, daß der von der Düse 44 abgegebene, konzentrierte
Wasserstrahl vorzugsweise knapp am Innenrand 66 der Stirn
öffnung 68 des Kelchs 12 vorbeigeht, wie dies durch die strich
punktierte Linie 70 in Fig. 1 angedeutet ist. Die Form des
Kelchs 12 ist bevorzugt der Art, daß sich zumindest sein Innen
mantel von dem Befestigungsbereich allmählich öffnet und dann
in den zylindrischen Bereich 72 übergeht. Der Drehkörper 40
befindet sich in dem sich öffnenden trichterförmigen Bereich 74,
wobei seine Außenfläche der Neigung des trichterförmigen Be
reichs 74 angepaßt ist und zwischen diesen ein gewisser Abstand
vorhanden ist. Zumindest im Bereich der Kugeln 60 kann das
Innere des Kelchs mit Vertiefungen 76 versehen sein, die im
Falle der Ausführungsform nach Fig. 1 aus Längsrillen bestehen,
die sich von der Stirnkante 68 bis zu den Kugeln 60 erstrecken
und umfangsmäßig verteilt sind.
Es ist zu beachten, daß innerhalb der gesamten Rotationsdüse
keinerlei Dichtungen zwischen relativ zueinander bewegten Teilen
erforderlich sind.
Die erfindungsgemäße Rotationsdüse arbeitet wie folgt:
Beim Zuführen von Wasser durch die zentrale Bohrung 20, die
radialen Bohrungen 26 zum Einstich 34 und den Gleichrichter
köper 40 zur Düse 44 wird durch die versetzte Stellung der Düse
44 am Drehkörper 12 ein Drehmoment erzeugt, das den Drehkörper
14 in Rotation versetzt. Der in der Düse 44 erzeugte Gegen
druck würde den Drehkörper in Richtung nach rechts in Fig. 1
drücken, so daß die Ringfläche 52 in Anlage mit dem Ansatz 18
kommt. Auf Grund der unterschiedlichen, hydraulischen Druck
flächen im Einstich 34 bezüglich des vorderen und hinteren Be
reichs des Drehkörpers 14 kann dieser Druck zumindest zum Teil
kompensiert werden. Eine Schmierung ist insofern nicht erforder
lich als Wasser zwischen dem Innenmantel des Drehkörpers 14
und dem Außenmantel des Stifts 22 zwischen die beiden Flächen
18, 52 gelangt. Dieses Leckwasser ist nicht störend, da es im
Inneren des Kelchs 12 in Richtung der Stirnkante 68 des Kelchs
12 fließt und dort vom Strahl 70 aus der Düse 44 mitgenommen
wird.
Zur Reduzierung der Drehzahl bei hohem Druck am Ausgang der
Düse 44 können bevorzugt die Kugeln 60 vorgesehen sein, die
unter Zentrifugalkraft bei Rotation des Drehkörpers 14 nach
außen gedrückt werden und an der Innenfläche 72 des Kelchs 12
sich reiben, so daß eine Bremsblöckung eintritt. Diese kann
dadurch verstärkt werden, daß die Rillen 76 vorgesehen sind,
in die die Kugeln bei Rotation des Drehkörpers 14 kurzzeitig
einfallen können, was eine erhöhte Bremsung bewirkt.
Es ergibt sich somit eine Rotationsdüse, die mit sehr hohem
Druck arbeiten kann, eine äußerst gute Reinigungswirkung be
sitzt, aus sehr wenigen Teilen aufgebaut ist und vollkommen
dichtungslos und wartungsfrei ist. Je nach Winkelstellung der
Achse der Düse 44 und Bemessung der Kugeln 60 bzw. Rillen 72
kann die Rotationsdüse für ganz unterschiedliche Drucke ausge
legt werden. Das sonst störende Leckwasser wird durch den
scharfen Düsenstrahl 70 mitgenommen. Durch die hydraulische
Druckdifferenz im Bereich des Einstichs 34 wird die Reibung
an den Stirnflächen des Drehkörpers 14 wesentlich vermindert.
Der beiden Ausführungsformen der Erfindung verwendete Gleich
richterkörper 40 kann sowohl aus Metall als auch aus Kunst
stoff bestehen, wobei an die Stelle von Bohrungen auch Längs
rillen treten können.
Es sei noch daraufhingewiesen, daß der Versetzungswinkel
der Achse der Düse 44 auch das Startverhalten der Rota
tionsdüse bestimmt. Er ist ferner gegebenenfalls unter
Berücksichtigung der Bremsmittel so zu wählen, daß der
Rundstrahl nicht auf grund des Luftwiderstandes und der
Zentrifugalkraft zerstäubt und damit wirkungslos wird.
Claims (17)
1. Rotationsdüse, gekennzeichnet durch ein zentrales Lager- und
Zuführelement (10), auf dem ein Drehkörper (14) zur Rotation
um eine zentrale Achse (16) gelagert ist, an dessen einer
zur Austrittsseite der Düse zeigenden Stirnfläche (38)
mindestens ein Düsenelement (44) angebracht ist, dessen
Achse (70) sowohl zur zentralen Achse (16) als auch in Ro
tationsrichtung versetzt ist, und durch eine den Drehkörper
(14) in geringem Abstand umgebende Ummantelung (12).
2. Rotationsdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Drehkörper (14) dichtungsfrei auf dem Lager- und Zuführ
element (10) gelagert ist.
3. Rotationsdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Lager- und Zuführelement (10) eine zentrale Bohrung
(20) besitzt, die in radialen Öffnungen (26, 28) mündet,
die wiederum einem Innenraum (34) im Drehkörper gegenüber
liegen, der mit dem Eingang der Düse (44) in Verbindung
steht.
4. Rotationsdüse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
der Innenraum (34, 36) des Drehkörpers (14) einen Gleich
richterkörper (40) aufweist, der zugeführte Flüssigkeit
in Austrittsstrahlrichtung ausrichtet und der Düse (44)
zuführt.
5. Rotationsdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß das Düsenelement (44) einen sich
allmählich von der Eintrittsöffnung zur Austrittsöffnung
(48) verjüngenden Kanal (50) aufweist.
6. Rotationsdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß zentrifugalwirkende Bremsmittel
(60) vorgesehen sind.
7. Rotationsdüse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Bremsmittel aus Elementen (60) bestehen, die in radialen
Öffnungen im Drehkörper (14) untergebracht sind und deren
Bewegung in radialer Richtung durch die Innenfläche der
Ummantelung (12) begrenzt.
8. Rotationsdüse nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Innenfläche der Ummantelung (12) derart ausgebildet
ist, daß sie der Rotation der Bremselemente (60) einen er
höhten Widerstand entgegensetzt.
9. Rotationsdüse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
die Innenfläche (72) der Ummantelung (12) mit umfangsmäßig
verteilten Vertiefungen, insbesondere Längsrillen (76) ver
sehen ist.
10. Rotationsdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß die Ummantelung (12) kelchartig
ausgebildet ist mit einem sich trichterartig öffnenden Be
reich (74), in dem der Drehkörper (14) angeordnet ist
sowie einem sich daran anschließenden, mehrzylindrischen
Teil (72), der über die Stirnfläche (38) des Drehkörpers
(14) hinausragt.
11. Rotationsdüse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
das Düsenelement (44) im Drehkörper (14) derart ausgerichtet
befestigt ist, daß der vom Düsenelement (44) abgegebene
Sprühstrahl (70) nahe am Innenrand (66) der vorderen Stirn
kante (68) der Ummantelung (12) vorbeiläuft.
12. Rotationsdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß die Ummantelung (12) aus Kunst
stoff ist und auf dem eingangsseitigen Ende des Lager-
und Zuführelements (10) aufgebracht, insbesondere aufge
preßt ist.
13. Rotationsdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß die Durchmesser der zylindrischen
Bereiche beidseitig der radialen Öffnungen (26) des Lager-
und Zuführelements (10) und die dazu entsprechenden
Innendurchmesser des Drehkörpers (14) derart bemessen sind,
daß über den Innenraum (34) eine hydraulische Druckdifferenz
auf den Drehkörper (14) ausgeübt wird, die dem in dem
Düsenelement (44) entstehenden Gegendruck entgegenwirkt.
14. Rotationsdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß das Lager- und Zuführelement (10)
und der Drehkörper (14) Drehteile sind.
15. Rotationsdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß der Gleichrichterkörper aus
Metall oder Kunststoff besteht und mit zur Richtung des
Austrittssprühstrahles parallelen Bohrungen und/oder
Rillen versehen ist.
16. Rotationsdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß die Versetzungswinkel des Düsen
elements (44) zur zentralen Achse (16) bzw. zur Rotations
richtung in der Größenordnung zwischen 1 und 25° liegen.
17. Rotationsdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß der Drehkörper (14) auf dem
Lager- und Zuführelement (10) ein gewisses Spiel in Rich
tung zur zentralen Achse (16) aufweist.
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