DE3832035C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Punktstrahl-Rotationsdüse nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Rotationsdüsen der in Rede stehenden Art sind seit längerem bekannt (US-PS 36 45 451, DE-PS 24 15 146 u.a.). Der Turbinenläufer treibt dabei über ein Untersetzungsgetriebe, das zumeist als Planetengetriebe ausgeführt ist, eine Düsenspitze bzw. einen Düsenkopf mit einer relativ langsamen Drehzahl an. Die Düsenspitze bzw. der Düsenkopf tritt durch eine in einer Stirnplatte des Gehäuses angeordnete, zum Turbinenläufer koaxiale Öffnung zapfenartig aus. Der von der Düsenspitze gebildete Zapfen ist dadurch ge­ genüber dem Gehäuse gegen den Austritt von unter Druck stehender Flüssig­ keit, insbesondere von Wasser abgedichtet, daß hier ein relativ enger Spalt vorliegt, also eine Art Spaltabdichtung realisiert ist. Mitunter ist zusätz­ lich noch auf der Innenseite des Gehäuses um die Düsenspitze herum ein elastischer Dichtungsring, meist ein üblicher O-Ring, gelegt. Die bekannten Rotationsdüsen dieser Art sind hinsichtlich der Wasserführung für hohe Strö­ mungsgeschwindigkeiten und hinsichtlich der Abdichtung für hohe Drücke in erheblichem Maße verbesserungsfähig. Außerdem sind die bekannten Konstruk­ tionen unter den Anforderungen einer modernen Produktion in großen Stück­ zahlen zu kompliziert aufgebaut und zu teuer.

Im übrigen sind bekannt auch Punktstrahl-Rotationsdüsen mit einer direkt mit dem Turbinenläufer gekuppelten Düsenspitze (DE-OS 31 50 879, DE-PS 34 19 964). Hier rotiert die Düsenspitze mit sehr hoher Drehzahl, so daß sie gegenüber dem Gehäuse ausschließlich durch eine Spaltdichtung im Wasseraustritt abge­ dichtet sein kann, da zusätzliche Abdichtungsmaßnahmen zu einer zu starken, unkontrollierten Bremswirkung führen würde.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte, eingangs erläuterte Punktstrahl-Rotationsdüse mit Getriebe abdichtungstechnisch zu verbessern, konstruktiv und kostenmäßig zu optimieren.

Die zuvor aufgezeigte Aufgabe ist durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist erkannt worden, daß das vorhandene Untersetzungsgetriebe die antriebstechnischen Voraussetzungen bietet, um am Wasseraustritt eine Dichtung zu verwirklichen, die weder Spalt­ dichtung noch O-Ring-Dichtung ist. Vielmehr wird erfindungsgemäß eine Stirn­ kantendichtung verwirklicht, die abdichtungstechnisch und verschleißtechnisch optimale Eigenschaften hat. Durch geschickte Gestaltung der erfindungsgemäßen Rotationsdüse ist diese Stirnkantendichtung auch noch selbstverstärkend aus­ führbar, so daß bei sich erhöhendem Druck der Flüssigkeit, insbesondere des Wassers, auch der an der Stirnkante, der Dichtungskante des Dichtungselements, zur Verfügung stehende Druck ansteigt. Besonders zweckmäßig ist es, wenn das Dichtungselement dabei aus einem verschleißarmen und insbesondere mit selbst­ schmierenden Eigenschaften ausgestatteten Kunststoff besteht, beispielsweise aus Polyacetal, Polyamid, PTFE-unterstütztem Polypropylen oder Polyamid, rei­ nem Polytetrafluoräthylen oder auch derartigen Kunststoffen mit entsprechen­ den Beimischungen wie Graphit od. dgl. Besonders bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsge­ mäßen Lehre ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Ausführungsbeispiele darstellen­ den Zeichnung in allen Einzelheiten erläutert. Dabei werden auch weitere be­ vorzugte Ausgestaltungen noch im Detail beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Hochdruck-Reinigungslanze mit Punktstrahl-Rotationsdüse,

Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Punktstrahl- Rotationsdüse im Schnitt und

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Punktstrahl- Rotationsdüse im Schnitt.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Hochdruck-Reinigungslanze 1, an deren Kopf ei­ ne Punktstrahl-Rotationsdüse 2 angebracht, insbesondere angeschraubt ist. Die Hochdruck-Reinigungslanze 1 umfaßt, wie üblich, ein abgewinkeltes Sprüh­ rohr 3 mit einem dem Berührungsschutz dienenden Zusatzhandgriff 4 und einer Ventilpistole 5, an die dann am hochdruckseitigen Ende ein Hochdruckschlauch 6 angekuppelt ist. Der Hochdruckschlauch 6 führt zu einem nicht weiter darge­ stellten Hochdruckreinigungsgerät mit Pumpe, Chemikalienvorrat, ggf. Heizvor­ richtung usw. Die Erfindung betrifft die in Fig. 1 dargestellte Punktstrahl- Rotationsdüse 2.

Fig. 2 zeigt eine Schnittdarstellung der Punktstrahl-Rotationsdüse 2 aus Fig. 1. Es handelt sich hier um eine Punktstrahl-Rotationsdüse 2 für ein Wasserstrahl-Hochdruckreinigungsgerät. Diese Punktstrahl-Rotationsdüse 2 weist zunächst ein druckfestes Gehäuse 7 auf, das insbesondere aus Metall besteht. Das Gehäuse 7 ist hier kreiszylindrisch ausgeführt und weist an einer Stirnseite einen Wassereintritt 8 und an der anderen Stirnseite ei­ nen Wasseraustritt 9 auf. Der Wassereintritt 8 ist als Gewindestutzen mit Innengewinde zum Einschrauben einer Filterpatrone und mit Außengewinde zum Einschrauben in das Sprührohr 3 ausgestaltet. Der Wasseraustritt 9 befindet sich in einem besonders ausgestalteten, axialen Mittelbereich einer das Ge­ häuse 7 verschließenden Stirnplatte 10, die gleichfalls aus Metall besteht und im Gehäuse 7 mittels eines in eine Nut 11 eingesetzten Sprengrings 12 festgelegt ist. Die Stirnplatte 10 ist gegenüber dem Gehäuse 7 über ein in eine Nut 13 eingelegtes, umlaufendes Dichtungselement 14, hier einen O-Ring, abgedichtet.

Das unter hohem Druck durch den Wassereintritt 8 in das Gehäuse 7 eintreten­ de Wasser wird im Gehäuse 7 bei möglichst geringem Druckverlust so umgelenkt, daß eine Rotationsbewegung bestimmter Teile erzeugt werden kann. Dazu kann das Gehäuse 7 selbst mit entsprechend ausgestalteten Kanälen versehen sein. Herstellungstechnisch und anwendungstechnisch zweckmäßiger ist es aber, wenn, wie im hier dargestellten und bevorzugten Ausführungsbeispiel gezeigt, im Gehäuse 7 ein stationärer, vorzugsweise aus Kunststoff bestehender Wasser­ lenkkörper 15 vorgesehen ist. Der Wasserlenkkörper 15 weist in bestimmter Weise verteilte Strömungskanäle 16 für das Wasser auf, die so gerichtet sind, daß sie passend in radialer Richtung auf die Turbinenschaufeln 17 eines Tur­ binenläufers 18 treffen, der im Wasserlenkkörper 15 drehbar gelagert ist. Der Wasserlenkkörper 15 und der Turbinenläufer 18 bestehen vorzugsweise aus einem verschleißarmen Kunststoff.

Im Gehäuse 7 drehbar gelagert ist ferner ein Düsenkörper 19, der im hier dar­ gestellten Ausführungsbeispiel aus Metall besteht. Zur drehbaren Lagerung des Düsenkörpers 19 dient ein extrem leichtlaufendes Kugellager 20, das gleich­ zeitig für eine Fixierung des Düsenkörpers 19 in radialer Richtung im Gehäu­ se 7 sorgt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel besteht das Kugeldruckla­ ger 20 aus einer in der Stirnplatte 10 eingelassenen Lagerschale 21, einer komplementären, im Düsenkörper 18 eingelassenen Lagerschale 22 und einem da­ zwischen liegenden Kugellagerring 23 mit Kugeln aus weitestgehend verschleiß­ festem Material. Am Düsenkörper 19 ist eine Düsenspitze 24 ausgebildet, die einen geneigt und exzentrisch zur Rotationsachse liegenden Wasser-Strömungs­ kanal 25 aufweist, der im Wasseraustritt 9 mündet. Die um die Rotationsachse rotierende Düsenspitze 24 erzeugt einen entsprechend rotierenden, aus dem Wasser-Strömungskanal 25 mit hohem Druck austretenden Punktstrahl.

Zwischen dem Turbinenläufer 17 und der Düsenspitze 24 bzw. dem Düsenkörper 19 ist ein Getriebe 26 angeordnet, das im hier dargestellten Ausführungsbeispiel in der im Stand der Technik üblichen Weise als Planetengetriebe mit Sonnen­ rad 27, Planetenräder 28 und Außenrad 29 ausgeführt ist. Der Düsenkörper 19 stellt hier gleichzeitig den Planetenradträger 30 für die Planetenräder 28 des Planetengetriebes 26 dar. Durch das Planetengetriebe 26 wird die hohe Drehzahl des Turbinenläufers 17 auf eine wesentlich geringere Drehzahl der Düsenspitze 24 heruntergesetzt und gleichzeitig wird die an der Düsenspit­ ze 24 zur Verfügung stehende Kraft erhöht.

Die Düsenspitze 24 befindet sich vollständig innerhalb des Gehäuses 7, weist also keinen zapfenartig in den Wasseraustritt 9 abdichtend eintretenden Teil auf. Vielmehr wird die Abdichtung der Düsenspitze 24 gegenüber dem Gehäuse 7 im Bereich des Wasseraustritts 9 dadurch erzielt, daß an der Innenseite des Gehäuses 7 um den Wasseraustritt 9 herum eine Dichtungsfläche 31 ausgebildet ist und die Düsenspitze 24 von einem hülsenartigen Dichtungselement 32 mit an der Dichtungsfläche 31 stumpf anstoßender Dichtungskante 33 umgeben ist. Auf der von der Dichtungsfläche 31 abgewandten Seite des Dichtungselements 32 ist ein elastischer Dichtungsring 34 angeordnet, der das Dichtungselement 32 mit einer geringen, aber ausreichenden Anfangskraft gegen die Dichtungsflä­ che 31 drückt. Der Dichtungsring 34 kommt einerseits an der Düsenspitze 24 abdichtend zur Anlage, liegt andererseits am Dichtungselement 32 abdichtend an. Das Dichtungselement 32 besteht aus verschleißarmem Kunststoff mit vor­ zugsweise selbstschmierenden Eigenschaften, z.B. Polyacetal, Polyamid, Poly­ tetrafluoräthylen od. dgl. An der Düsenspitze 24 befindet sich im Abstand von der Dichtungsfläche 31 eine zu der Dichtungsfläche 31 parallele Abstütz­ fläche 35 für das Dichtungselement 32 bzw. hier für den Dichtungsring 34.

Im Bereich des Düsenkörpers 19, des Kugellagers 20, der Düsenspitze 24 und des Dichtungselements 32 herrscht im Betrieb an sich ein allseitiger Druck­ ausgleich. Lediglich für die senkrecht zur Längsachse liegende Querschnitts­ fläche der Düsenspitze 24 gilt dies nicht. Die Differenz der Querschnitts­ flächen von Düsenspitze 24 und Wasser-Strömungskanal 25 ist nicht druckaus­ geglichen, so daß aus dem im Gehäuse 7 herrschenden Wasserdruck eine in axia­ ler Richtung aus dem Gehäuse heraus gerichtete Kraft auf die zuvor genannten Teile resultiert. Die Wirkungsrichtung dieser Kraft ist gerade so, daß sie die Andruckkraft des Dichtungselements 32 an der im wesentlichen senkrecht zur Längsachse liegenden Dichtungsfläche 31 verstärkt. Die Dichtkraft der hier realisierten Stirnkantendichtung wächst also von selbst wunschgemäß mit ansteigendem Wasserdruck. Der elastische Dichtungsring 34, der nur auf Druck beansprucht wird, wirkt hier als Druckausgleichselement, ist selber aber im übrigen keinerlei Verschleiß ausgesetzt, da er sich gemeinsam mit dem Dichtungselement 32 und der Düsenspitze 24 dreht. Die in Fig. 2 darge­ stellte Konstruktion zeichnet sich also durch eine vorzüglich wirksame Stirn­ kantendichtung der Düsenspitze 24 im Bereich des Wasseraustritts 9 aus, wobei diese Stirnkantendichtung sogar selbstverstärkende Eigenschaften aufweist.

Generell gilt im übrigen, daß das hülsenartige Dichtungselement auch inte­ graler Teil des Düsenkörpers bzw. der Düsenspitze sein kann, das Dichtungs­ element muß also nicht zwingend ein separates Teil sein. Dann müßte die Dich­ tungsfläche unmittelbar an der insoweit mit entsprechend größerem Durchmes­ ser versehenen Düsenspitze angeordnet bzw. ausgebildet sein. Diese Konstruk­ tion hätte allerdings den Nachteil, daß bei der Auswahl des Materials für die Düsenspitze verschleiß- und gleittechnische Aspekte mit berücksichtigt werden müßten.

Während die bei Punktstrahl-Rotationsdüsen ohne Getriebe verwirklichte Spalt­ abdichtung große Toleranzprobleme mit sich bringt, hat die erfindungsgemäße stirnseitige Abdichtung insoweit keinerlei Schwierigkeiten. Die Dichtungs­ fläche 31 kann insbesondere dabei an der Stirnplatte 10 ausgebildet sein. Will man materialmäßig bei der Stirnplatte 10 keine Beschränkungen hinneh­ men, so kann die Dichtungsfläche 31 ohne weiteres als Auflage- oder Einlage­ körper, als Beschichtung, Plattierung od. dgl. an der Stirnplatte 10 ausge­ führt sein. Dadurch läßt sich die Gleitreibung der Dichtungskanten 33 des Dichtungselements 32 auf der Dichtungsfläche 31 minimieren, ohne die Abdich­ tung zu beeinträchtigen.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Dichtungsele­ ment 32 allein durch die am Innenumfang auftretende Haftreibung von der Dü­ senspitze 24 mitgenommen. Je nach dem Druckzustand im Gehäuse 7 kann sich eine Gleichgewichtssituation einstellen, bei der das Dichtungselement 32 mit einer etwas langsameren Geschwindigkeit dreht als der Düsenkörper 19. Es gibt dann eine Dreh-Relativbewegung zwischen dem Dichtungselement 32 und dem Düsenkörper 19, die verschleißmäßig negativ auf den Dichtungsring 34 wir­ ken kann. Da dieser Dichtungsring normalerweise als O-Ring aus Gummi ausge­ führt sein soll, ist dieser Verschleiß schädlich. Dieses Problem beseitigt das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3, und zwar dadurch, daß das hülsenartige Dichtungselement 32 an dem von der Dichtungsfläche 31 abgewandten Ende min­ destens einen, vorzugsweise zwei Mitnehmerzapfen 36 und der Düsenkörper 19 eine zu den Mitnehmerzapfen 36 korrespondierende Mitnehmernut 37 aufweist und das Dichtungselement 32 durch die in die Mitnehmernut 37 eingreifenden Mitnehmerzapfen 36 drehfest mit dem Düsenkörper 19 gekuppelt ist. Die dreh­ feste Kupplung gewährleistet, daß der Dichtungsring 34 nur auf Druck, nicht aber durch eine Drehbewegung verschleißmäßig beansprucht wird.

Man kann den Düsenkörper 19 insgesamt aus Metall herstellen, wie das in Fig. 2 gezeigt ist, man kann aber auch, herstellungstechnisch einfacher und wesentlich kostengünstiger, die Düsenspitze 24 als vom Düsenkörper 19 ge­ trenntes Bauteil ausführen und fest in den Düsenkörper 19 einsetzen, der sei­ nerseits dann aus Kunststoff bestehen kann. Der Einsatz erfolgt im in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel in Form eines Preßsitzes. Man kann den Dü­ senkörper 19 aber insoweit auch um die in eine Spritzform eingelegte Düsen­ spitze 24 aus Metall herumspritzen.

Claims (8)

1. Punktstrahl-Rotationsdüse für Hochdruckreinigungsgeräte und andere Geräte mit unter hohem Druck austretendem Flüssigkeitsstrahl, mit einem druckfesten Gehäuse (7) mit einem Wassereintritt (8) und einem Wasseraustritt (9), einem im Gehäuse (7) angeordneten, gegenüber dem Gehäuse (7) drehbaren Turbinen­ läufer (18), einem im Gehäuse (7) drehbar gelagerten, zur Rotationsachse des Turbinenläufers (18) koaxialen, vom Turbinenläufer (18) drehangetriebenen Düsenkörper (19) mit einer Düsenspitze (24) und einem zwischen Turbinenläu­ fer (18) und Düsenkörper (19) vorgesehenen, insbesondere als Planetengetrie­ be ausgeführten Getriebe (26), wobei die Düsenspitze (24) im Bereich des Was­ seraustritts (9) gegenüber dem Gehäuse (7) abgedichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenseite des Gehäuses (7) um den Wasseraustritt (9) herum eine Dichtungsfläche (31) ausgebildet ist und daß die Düsenspitze (24) von einem hülsenartigen Dichtungselement (32) mit an der Dichtungsfläche (31) stumpf anstoßender Dichtungskante (33) umgeben ist.

2. Rotationsdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das hülsenar­ tige Dichtungselement integraler Teil des Düsenkörpers bzw. der Düsenspitze des Düsenkörpers ist.

3. Rotationsdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der von der Dichtungsfläche (31) abgewandten Seite des Dichtungselements (32) ein elastischer Dichtring (34) angeordnet ist und einerseits an der Düsen­ spitze (24) bzw. am Düsenkörper (19), andererseits am Dichtungselement (32) abdichtend anliegt.

4. Rotationsdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungselement (32) aus einem verschleißarmen Kunststoff, vorzugs­ weise einem selbstschmierende Eigenschaften aufweisenden Kunststoff, besteht.

5. Rotationsdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Düsenkörper (19) im Abstand von der Dichtungsfläche (31) eine zur Dichtungsfläche (31) parallele Abstützfläche (35) für das Dichtungsele­ ment (32) bzw. den Dichtungsring (34) ausgebildet ist.

6. Rotationsdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das druckfeste Ge­ häuse (7) topfartig ausgeführt und von einer den Wasseraustritt (9) aufwei­ senden Stirnplatte (10) verschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsfläche (31) an der Stirnplatte (10) ausgebildet und, insbesondere, als Auflage- oder Einlagekörper, als Beschichtung, Plattierung od. dgl. aus­ geführt ist.

7. Rotationsdüse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das hülsenarti­ ge Dichtungselement (32) an dem von der Dichtungsfläche (31) abgewandten En­ de mindestens einen, vorzugsweise zwei Mitnehmerzapfen (36) und der Düsenkör­ per (19) eine zu den Mitnehmerzapfen (36) korrespondierende Mitnehmernut (37) aufweist und das Dichtungselement (32) durch die in die Mitnehmernut (37) ein­ greifenden Mitnehmerzapfen (36) drehfest mit dem Düsenkörper (19) gekuppelt ist.

8. Rotationsdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenspitze (24) als vom Düsenkörper (19) getrenntes Bauteil ausge­ führt und fest, insbesondere im Preßsitz, in den Düsenkörper (19) eingesetzt ist und, vorzugsweise, aus Metall besteht.