DE3532045C2 - - Google Patents
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- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
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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 (13)
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.
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