DE3532045C2

DE3532045C2 -

Info

Publication number: DE3532045C2
Application number: DE3532045A
Authority: DE
Inventors: Josef 7918 Illertissen De Kraenzle
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-09-09
Filing date: 1985-09-09
Publication date: 1988-10-20
Also published as: EP0216034A1; DE8525639U1; CA1299613C; EP0216034B1; DE3532045A1; US4747544A

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotationsdüse gemäß dem Ober begriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Rotationsdüse ist aus der DE-OS 32 33 274 bekannt. Hierbei wird zur Erzielung einer einfachen Bauweise eine berührungslose bzw. schwimmende Lagerung des Drehkörpers vorgeschlagen. Diese hydrodynamische Lagerung kann dabei im Gegensatz zur Walzlagerung auf Dichtungen verzichten, so daß sich ein äußerst einfacher Aufbau ergibt. Nachteilig ist jedoch bei dieser Ausführung, daß die aus der Lagerung austretende Flüssigkeit als ungerichtetes Leckwasser austritt und somit bei der Reinigungsarbeit störend wirkt.

Weiterhin entsteht bei dieser Düsenanordnung durch den Strahlrückstoß ein axialer Gegendruck, der den Drehkörper nach rückwärts gegen eine Anlage drückt. Dadurch entsteht zumindest in der Startphase der Rotationsdüse je nach Winkelanstellung der Düse und je nach gewähltem Wasserdruck Reibung und damit mehr oder minder starker Verschleiß an der Kontaktzone zwischen Düsenkörper und feststehender Anlagefläche.

Außerdem werden bei starkem Wasserdruck, wie er für optimale Reinigungswirkung wünschenswert ist, sehr hohe Drehzahlen des Düsenkörpers erreicht, die letztendlich zu erhöhter Reibung in der hydrodynamischen Lagerung (Stribeck-Kurve) zu verkürzter Lebensdauer und damit zu vermindertem Reinigungsdruck an der Wirkstelle führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Rotationsdüse zu schaffen, die einen einfachen Aufbau besitzt und deren Drehzahl so begrenzt wird, daß die Strahlaufweitung zur Erzielung einer guten Reinigungswirkung ausreichend gering gehalten wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Rotationsdüse mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Durch die Ummantelung des Drehkörpers mit dessen zentrifugal wirkenden Bremsmitteln wird zum einen eine drehzahlbegrenzende Bremswirkung und zum anderen eine Einbindung des Leckwassers in den Sprühstrahl erzielt. Außerdem wird durch Anlage der Bremsmittel an der Innenmantelfläche der Ummantelung eine zusätzliche Abstützwirkung sowohl in radialer Richtung als auch in axialer Richtung erreicht. Damit wird in radialer Richtung ein zur hydrodynamischen Lagerung zusätzliches Wälzlager gebildet, das zudem in axialer Richtung im Zusammenwirken der als Rotationskörper wie Kugeln oder Rollen ausgebildeten Bremsmittel mit der Innenmantelfläche der Ummantelung das Axialspiel des Düsenkörpers begrenzt. Damit wird eine übermäßige Anlage des Düsenkörpers an einer rückwärtigen Anlagefläche infolge des axialen Gegendruckes durch die zentrifugal wirkenden Bremsmittel sicher vermieden. Dies gilt insbesondere, wenn die Innenmantelfläche in vorteilhafter Ausgestaltung im Bereich der Kugeln Vertiefungen aufweist, die ähnlich der Schultern eines Schrägkugellagers eine axiale Festlegung und damit eine Kompensation des Flüssigkeitsgegendruckes ermöglichen. Die speziellen Bremsmittel bilden somit im Zusammenwirken mit der Ummantelung in Funktionseinheit zugleich eine Drehzahlbegrenzung, eine zusätzliche Radialwälzlagerung und eine das Axialspiel mit zunehmender Drehzahl begrenzende und damit vom Gegendruck entlastende Axiallagerung. Durch diese vielfältigen Funktionen wird eine hohe Lebensdauer und damit Wartungsfreiheit bei sehr einfachem Aufbau der Rotationsdüse erzielt.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Rotationsdüse wird nachstehend anhand der Zeichnung beschrieben. 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-B in Fig. 2 des Drehkörpers nach Fig. 2,

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie AB-C des Drehkörpers in Fig. 3 und

Fig. 5 eine räumliche Darstellung des Drehkörpers.

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 40 eingesetzt, der über seinen Querschnitt verteilt eine Anzahl von zur Zentralachse der Bohrung 36 parallele Bohrungen 42 besitzt. Dieser Gleichrichterkörper dient dazu, das 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 fast. 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 körper 40 zur Düse 44 wird durch die versetzte Stellung der Düse 44 am Drehkörper 14 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 Bremsblockung 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 mitgenommen. Durch die hydraulische Druckdifferenz im Bereich des Einstichs 34 wird die Reibung an den Stirnflächen des Drehkörpers 14 wesentlich vermindert. Der bei den 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 darauf hingewiesen, 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

1. Rotationsdüse mit einem zentralen Lager- und Zuführungselement (10), auf dem ein Drehkörper (14) zur Rotation um eine zentrale Achse (16) dichtungslos gelagert ist, an dessen zur Austrittsseite der Rotationsdüse zeigenden Stirnfläche (38) mindestens ein Düsenelement (44) angebracht ist, dessen Achse (70) zur Erzeugung eines Drehmoments auf den Drehkörper (14) windschief zur zentralen Achse (16) geneigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß den Drehkörper (14) eine an der Eingangsseite des Lager- und Zuführelements (10) befestigte Ummantelung (12) in geringem Abstand umgibt und daß zwischen dem Drehkörper (14) und der Ummantelung (12) zentrifugal wirkende Bremsmittel (60) vorgesehen sind, deren Bewegung in radialen Öffnungen (58) des Drehkörpers (14) durch die Innenfläche (72) der Ummantelung begrenzt ist, und daß die Bremsmittel (60) von Rotationskörpern (60) gebildet sind.

2. Rotationsdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche (72) der Ummantelung (12) derart ausgebildet ist, daß sie der Rotation der Bremsmittel (60) einen erhöhten Widerstand entgegensetzt.

3. Rotationsdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Innenfläche (72) der Ummantelung (12) zumindest im Bereich der Bremsmittel (60) mit Vertiefungen (76) versehen ist.

4. Rotationsdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Ummantelung (12) kelchartig ausgebildet ist mit einem sich trichterartig öffnenden Bereich (74), in dem der Drehkörper (14) angeordnet ist, sowie einem sich daran anschließenden, hohlzylindrischen Teil (72), der über die Stirnfläche (38) des Drehkörpers (14) hinausragt.

5. Rotationsdüse nach Anspruch 4, 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 Stirnkante (68) der Ummantelung (12) vorbeiläuft.

6. Rotationsdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ummantelung (12) aus Kunststoff ist und auf dem eingangsseitigen Ende des Lager- und Zuführelements (10) aufgebracht, insbesondere aufgepreßt ist.

7. Rotationsdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß der Drehkörper (14) auf dem Lager- und Zuführelement (10) mit einem Spiel in Richtung der zentralen Achse (16) versehen ist, um den Austritt von Leckwasser spannungsfrei zu ermöglichen.

8. Rotationsdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 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 gegenüberliegen, der mit dem Eingang der Düse (44) in Verbindung steht.

9. Rotationsdüse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Außendurchmesser der zylindrischen Bereiche beidseitig der radialen Öffnungen (26, 28) des Lager- und Zuführelements (10) und die dazu entsprechenden Innendurchmesser des Drehkörpers (14) derart bemessen sind, daß über den Innenraum (34) eine hydraulische Druckkraft auf den Drehkörper (14) in Sprühstrahlrichtung ausgeübt wird, die dem in dem Düsenelement (44) entstehenden Rückstoß entgegenwirkt.

10. Rotationsdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager- und Zuführelement (10) und der Drehkörper (14) Drehteile sind.

11. Rotationsdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß der Innenraum (34, 36) des Drehkörpers (14) einen Gleichrichterkörper (40) aufweist, der zugeführte Flüssigkeit in Austrittsstrahlrichtung ausrichtet und der Düse (44) zuführt.

12. Rotationsdüse nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichrichterkörper (40) aus Metall oder Kunststoff besteht und mit zur Richtung des Austrittssprühstrahles parallelen Bohrungen und/oder Rillen versehen ist.

13. Rotationsdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Düsenelement (44) einen sich allmählich von der Eintrittsöffnung zur Austrittsöffnung (48) verjüngenden Kanal (50) aufweist.