DE3914551C1 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Flachstrahldüse nach
dem Oberbegriff der Patentansprüche 1, 2 und 3.
Bei der Zerstäubung von Pflanzenschutzmitteln mit kleiner
Ausbringmenge, Schmierölen und anderen Stoffen, die wegen
ihrer möglichen Toxizität eine Gefährdung der Umwelt bedeu
ten können, gilt es, ein Abtriften in nicht zu besprühende
Flächenbereiche zu verhindern. Die Gefahr eines Abtriftens
der zerstäubten Flüssigkeit wird naturgemäß um so größer,
je kleiner die Tropfengröße ist. Bei der Zerstäubung von
Flüssigkeiten für die genannten Anwendungszwecke muß daher
ein relativ grobes Tropfenspektrum angestrebt werden.
Andererseits erfordert die Aufgabe einer gleichmäßigen
Besprühung der hierfür vorgesehenen Flächen zugleich eine
möglichst gleichmäßige Flüssigkeitsverteilung.
Die Erkenntnisse nach dem derzeitigen Stand der Technik
gehen dahin, daß das von einer Flachstrahldüse erzeugte
Tropfenspektrum um so feiner ist, je kleiner die Düse und
damit die Ausbringmenge ist. Das heißt, bei der Zerstäubung
kleiner Mengen umweltbelastender Stoffe muß mit der Gefahr
einer Abtrift kleiner Tropfen gerechnet werden. Wie bereits
eingangs angedeutet, tritt ein solches unerwünschtes Abtrif
ten in der Praxis vor allem bei der Ausbringung hochkonzen
trierter Pflanzenschutzmittel und beim Versprühen von
Schmierölen auf.
Eine weitere bekannte Gesetzmäßigkeit besteht darin, daß
das Tropfenspektrum einer Einstoffdüse mit zunehmendem
Druck feiner wird. Zur Steigerung der Tropfengröße bietet
es sich demgemäß an, einen möglichst kleinen Druck und
große Düsenabmessungen zu wählen. Auf diese Weise gelingt
es zwar bis zu einem gewissen Grade, ein grobes Tropfenspek
trum zu erzeugen, nicht jedoch, das ebenso wichtige Erfor
dernis einer gleichmäßigen Flüssigkeitsverteilung zu erfül
len.
Durch die US-PS 38 58 812 ist eine für kleine Drücke ausge
legte Flachstrahldüse bekanntgeworden. Die bekannte Düse
besitzt eine abgesetzte zylindrische Flüssigkeitsführung
(Bohrung), die jedoch am Flüssigkeitseinlauf - zur Beein
flussung der Flüssigkeitsverteilung - eine ovale Form hat.
In einer speziellen Ausführungsform wird dieses Merkmal
durch eine in die Düse eingepreßte Scheibe mit ovaler
Bohrung realisiert. Zweck dieser Einlaufgeometrie ist es,
eine Flüssigkeitsverteilung mit Überbetonung des Randberei
ches zu korrigieren. Hierbei ist die große Achse des Boh
rungsovals senkrecht zur großen Achse des Austrittsschlit
zes angeordnet, wodurch die Flüssigkeit aus den Randberei
chen des Austrittsschlitzes abgedrängt und mehr in der
Mitte konzentriert wird.
Die ovale Bohrung in dem scheibenförmigen Einsatz der
bekannten Düse hat keine drosselnde Wirkung auf den Volumen
strom, zumindest ist eine solche nicht ausdrücklich beab
sichtigt. Infolgedessen läßt sich durch die bekannten
Maßnahmen nach US-PS 28 58 812 keine wesentliche Beeinflus
sung des Tropfenspektrums im Sinne der erwünschten Steige
rung der Tropfengröße erreichen.
Eine Düse der eingangs bezeichneten Gattung zeigt des
weiteren die FR 24 77 038. Die bekannte Düse zeichnet sich
durch Keramikeinsätze aus, die einen vergleichsweise großen
Herstellungsaufwand erfordern und zudem den Nachteil haben,
daß sie nachträglich nicht mehr oder wiederum nur unter
großem Aufwand bearbeitet werden können.
Ausgehend von dem vorstehend geschilderten Stand der Tech
nik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, mit
einfachen technischen Mitteln eine Flachstrahldüse zu
schaffen, die in der Lage ist, eine Flüssigkeit bei kleinen
Drücken, vorzugsweise in einem Bereich von 1-5 bar,
grobtropfig, unter Beibehaltung einer sehr gleichmäßigen
Flüssigkeitsverteilung, zu zerstäuben.
Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe bei einer Flachstrahl
düse der eingangs bezeichneten Gattung durch die in den
kennzeichnenden Teilen der Patentansprüche 1, 2 und 3
alternativ angegebenen Merkmale gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Flachstrahldüse wird der Druck
vor dem Düsenaustrittsschlitz durch einen Einsatz gedros
selt und gleichzeitig der Flüssigkeitsstrahl in Richtung
der großen Achse des Austrittsschlitzes so aufgeweitet, daß
die Flüssigkeit in die Randbereiche des Austrittsschlitzes
gedrängt wird. Dort, an den Austrittskanten, erfährt die
Flüssigkeit durch Abreißen (Verwirbelung) eine starke
Umlenkung, wodurch ein großer Strahlwinkel erzeugt wird.
Durch die Erfindung wird somit ein grobes Tropfenspektrum
(durch niedrigen Druck in der Düse) bei zugleich großem
Strahlwinkel und gleichmäßiger Flüssigkeitsverteilung
bewirkt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung können den
Patentansprüchen 4 und 5 entnommen werden.
Zur Veranschaulichung und näheren Erläuterung der Erfindung
dienen Ausführungsbeispiele, die in der Zeichnung darge
stellt und nachstehend beschrieben sind. Es zeigt:
Fig. 1 eine Ausführungsform einer Flachstrahldüse, im
vertikalen Längsschnitt,
Fig. 2 den Einsatz aus der Düse nach Fig. 1, in Drauf
sicht betrachtet,
Fig. 3 und 4 weitere Ausführungsformen von Flachstrahl
düsen nach der Erfindung, in Schnittdarstellung
entsprechend Fig. 1, und
Fig. 5 eine Diagrammdarstellung der mit erfindungsgemä
ßen Düsen z. B. solchen nach Fig. 1-4, erziel
baren mittleren Tropfengröße, aufgetragen über
dem Düsen-Vordruck.
Nach Fig. 1, 3 und 4 bezeichnet 10 ein zylindrisches Düsen
gehäuse mit einer zentrischen durchgehenden, mehrfach
abgesetzten Flüssigkeitsführung 11. Die Flüssigkeitsführung
11 beginnt am oberen Ende des Düsengehäuses 10, dem Flüssig
keitseinlauf 12, mit einem Bereich 13 maximalen Durchmes
sers, der in Strömungsrichtung 14 in einen mittleren Be
reich 15 mit kleinerem Durchmesser stufenförmig übergeht.
An den mittleren Bereich 15 schließt sich koaxial ein mit
16 bezifferter Düsenaustrittsbereich an, der einen noch
kleineren Durchmesser als der mittlere Bereich 15 der
Flüssigkeitsführung 11 besitzt. Der Düsenaustrittsbereich
16 setzt sich aus einem zylindrischen Abschnitt 17 und
einem sich in Strömungsrichtung 14 daran anschließenden,
etwa kugelförmigen Endabschnitt 18 zusammen. Am unteren
Ende des Düsengehäuses 10 sind zwei seitliche Aussparungen
19, 20 sowie eine prismenförmige Einfräsung 21 erkennbar.
Die prismenförmige Einfräsung 21 schneidet den Düsenaus
trittsbereich 16 und bildet den Düsenaustritt.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2 ist in dem oberen
Bereich 13 der Flüssigkeitsführung 11 ein insgesamt mit 22
bezeichneter zylindrischer Einsatz angeordnet, der eine
zentrische Drosselbohrung 23 besitzt, durch die der die
Düse durchsetzende Volumenstrom bestimmt wird. Von der
Unterseite her ist in den Einsatz 22 eine schlitzförmige
Einfräsung 24 (sog. Funktions-Prismenfräsung) eingearbei
tet, die die Drosselbohrung 23 schneidet. Die Funktions-
Prismenfräsung 24 ist parallel zu dem Düsenaustrittsschlitz
21 ausgerichtet. Von der Oberseite her ist in dem Einsatz
22 eine weitere schlitzförmige Einfräsung eingearbeitet,
die ebenfalls die Drosselbohrung 23 schneidet und mit 25
beziffert ist. Wie Fig. 2 erkennen läßt, steht die zweite
schlitzförmige Einfräsung 25 im rechten Winkel zu der
Funktions-Prismenfräsung 24.
Die im Vorstehenden beschriebene Ausrichtung der schlitzför
migen Einfräsungen 24, 25 mit Bezug auf den Düsenaustritts
schlitz 21 erfordert eine entsprechende Montageposition des
Einsatzes 22 im Düsengehäuse 10. Zu diesem Zweck besitzt
der Einsatz 22 eine seitlich angeformte Nase 26, die mit
einer entsprechenden Aussparung 27 im Düsengehäuse 10
korrespondiert.
Des weiteren ist in das Düsengehäuse 10 eine Aussparung 28
eingearbeitet, der eine Aussparung 29 im Einsatz 22 zugeord
net ist. Die Aussparungen 28, 29 dienen zur Montage und
Demontage des Einsatzes 22 mittels eines hierzu geeigneten
Werkzeuges.
Durch die genannten Elemente - Nase 26 am Einsatz 22 und
Aussparung 27 im Düsengehäuse 10 - ist nicht nur eine
genaue Positionierung des Einsatzes 22, sondern auch ein
verdrehsicherer Sitz desselben im Düsengehäuse 10 gewährlei
stet.
Durch die beiden zueinander senkrecht stehenden schlitzför
migen Einfräsungen 24 und 25 wird dem Einsatz 22 die Funk
tion einer Flachstrahldüse gegeben. Das heißt, der aus der
Drosselbohrung 23 in die untere schlitzförmige Einfräsung
24 des Einsatzes 22 gelangende gedrosselte Flüssigkeitsstrahl
wird in Richtung der großen Achse des Düsenaustrittsschlit
zes 21 aufgeweitet und gelangt so in den mittleren Bereich
15 der Flüssigkeitsführung 11. Während durch die Drosselung
ein entsprechend kleinerer Druck und damit die physikali
sche Vorbedingung das angestrebte Entstehen grober Tropfen
erreicht ist, wird durch die erwähnte Aufweitung des Flüs
sigkeitsstrahls die Voraussetzung dafür geschaffen, daß am
Düsenaustrittsschlitz 21 ein großer Strahlwinkel mit gleich
mäßiger Flüssigkeitsverteilung gegeben ist.
Begünstigt wird der im Vorstehenden beschriebene erfindungs
gemäße Effekt dann, wenn die Düse als solche, d. h. ohne
den Einsatz 22, eine mittenbetonte Flüssigkeitsverteilungs
charakteristik aufweist.
Die Düse nach Fig. 3 unterscheidet sich von der im Vorste
henden beschriebenen Ausführungsform nach Fig. 1 und 2
durch eine andersartige Gestaltung des in Fig. 3 mit 22 a
bezeichneten Einsatzes. Der Einsatz 22 a besitzt an seinem
unteren Ende einen zapfenartigen Fortsatz 30, an dessen
unterem Ende ein kegelstumpfförmiger Prallteller 31 ausge
bildet ist. Durch diesen kegelstumpfförmigen Prallteller 31
wird die den Einsatz 22 a durchsetzende Drosselbohrung 23 a,
die sich an ihrem unteren Ende erweitert, in zwei divergie
rende Teilbohrungen 32 und 33 aufgeteilt. Die Teilbohrungen
32, 33 und entsprechend auch die durch diese hindurchtreten
den Flüssigkeitsteilströme sind in Richtung der großen
Achse des Düsenaustrittsschlitzes 21 ausgerichtet. Die
Funktion des Einsatzes 22 a nach Fig. 3 entspricht im wesent
lichen derjenigen des Einsatzes 22 nach Fig. 1.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 weist der dort mit 22 c
bezifferte Einsatz die Besonderheit auf, daß die koaxial
zur Flüssigkeitsführung 11 gerichtete Drosselbohrung 23 c an
ihrem austrittsseitigen Ende innerhalb des Einsatzes 22 c in
eine durchgehende Querbohrung 35 einmündet. Durch die
Querbohrung 35, die in Richtung der großen Achse des Düsen
austrittsschlitzes 21 gerichtet ist, wird der Flüssigkeits
strahl im rechten Winkel beidseitig umgelenkt und in zwei
Hälften aufgeteilt. Die Funktion dieses Umlenkmittels
entspricht derjenigen der Umlenkmittel nach den Ausführungs
formen nach Fig. 1-3.
Fig. 5 veranschaulicht in Diagrammform das durch eine
erfindungsgemäße Düse, z. B. nach den Ausführungsformen
nach Fig. 1-4, erzielbare grobe Tropfenspektrum. Hierbei
ist jeweils der mittlere Tropfendurchmesser (sog. Sauter
durchmesser) in micron über dem Düsenvordruck in bar aufge
tragen. Die Charakteristik der erfindungsgemäßen Düse wird
durch die obere, dick ausgezogene Kurve repräsentiert.
(Sauterdurchmesser = Mittelwert, der das Verhältnis von
Tropfenvolumen zu Tropfenoberfläche kennzeichnet.)
Zum Vergleich ist in dem Diagramm - als gestrichelte Linie
- die Charakteristik einer "normalen" Flachstrahldüse ohne
die erfindungsgemäßen Merkmale eingezeichnet. Hierdurch
werden die Vorteile der erfindungsgemäßen Düse besonders
deutlich. Demnach konnte durch die Erfindung eine Steige
rung der mittleren Tropfendurchmesser um ca. 70% erzielt
werden.
Claims (5)
1. Flachstrahldüse zur vergleichsweise grobtropfigen Zer
stäubung von Flüssigkeiten, mit einem Düsengehäuse (10),
das eine axial durchgehende, im Durchmesser abgestufte
Flüssigkeitsführung (11) besitzt, an deren Ende ein
Düsenaustrittsbereich (16) mit prismenförmiger Ein
fräsung (21) als Düsenaustrittsschlitz vorgesehen ist,
und mit einem in der Flüssigkeitsführung (11) zwischen
Flüssigkeitseinlauf und Düsenaustrittsbereich (16) ange
ordneten, eine Drosselbohrung (23) aufweisenden Einsatz
(22), wobei die Flüssigkeitsführung (11) im Düsengehäuse
(10) einen zwischen Einsatz (22) und Düsenaustrittsbe
reich (16) angeordneten zylindrischen Mittelbereich (15)
besitzt, dessen Durchmesser größer als der des Düsenaus
trittsbereichs (16) ist und wobei der Einsatz (22) an
die Drosselbohrung (23) angrenzend angeordnete Umlenk
mittel (25, 24) aufweist, durch die der aus der Drossel
bohrung (23) in den Mittelbereich (15) austretende
Flüssigkeitsstrahl in Richtung der großen Achse des
Düsenaustrittsschlitzes (21) abgedrängt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (22) - als Um
lenkmittel - an den beiden Enden seiner Drosselbohrung
(23) je eine prismenförmige Einfräsung (25) und (24) auf
weist, welche Einfräsungen im wesentlichen rechtwinklig
zueinander stehen, und daß die austrittsseitige Einfräsung
(24) in Richtung der großen Achse des Düsenaustritts
schlitzes (21) ausgerichtet ist, und daß der Einsatz (22)
seitlich eine einstückig angeformte Nase (26) aufweist,
die in eine korrespondierende seitliche Aussparung (27)
des Düsengehäuses (10) eingreift (Fig. 1 und 2).
2. Flachstrahldüse zur vergleichsweise grobtropfigen
Zerstäubung von Flüssigkeiten, mit einem Düsengehäuse (10),
das eine axial durchgehende, im Durchmesser abgestufte
Flüssigkeitsführung (11) besitzt, an deren Ende ein
Düsenaustrittsbereich (16) mit prismenförmiger Einfräsung
(21) als Düsenaustrittsschlitz vorgesehen ist, und mit
einem in der Flüssigkeitsführung (11) zwischen Flüssig
keitseinlauf und Düsenaustrittsbereich (16) angeordneten,
eine Drosselbohrung (23 a) aufweisenden Einsatz (22 a) ,
wobei die Flüssigkeitsführung (11) im Düsengehäuse (10)
einen zwischen Einsatz (22 a) und Düsenaustrittsbereich (16)
angeordneten zylindrischen Mittelbereich (15) besitzt,
dessen Durchmesser größer als der des Düsenaustrittsbe
reichs (16) ist, und wobei der Einsatz (22 a) an die Dros
selbohrung (23 a) angrenzend angeordnete Umlenkmittel (31
bis 33) aufweist, durch die der aus der Drosselbohrung
(23 a) in den Mittelbereich (15) austretende Flüssigkeits
strahl in Richtung der großen Achse des Düsenaustritts
schlitzes (21) abgedrängt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß - als Umlenkmittel - das
düsenaustrittsseitige Ende der Drosselbohrung (23 a) er
weitert ausgebildet ist und der Einsatz (22 a) dort einen
zentrisch angeordneten, im Längsschnitt kegelstumpfför
migen Prallteller (31) aufweist, der die Drosselbohrung
(23 a) und entsprechend die auftreffende Flüssigkeit in
zwei in Richtung der großen Achse des Düsenaustritts
schlitzes (21) divergierende Teilbohrungen (32, 33) oder
Flüssigkeits-Teilströme aufteilt, und daß der Einsatz (22 a)
seitlich eine einstückig angeformte Nase (26) aufweist,
die in eine korrespondierende seitliche Aussparung (27)
des Düsengehäuses (10) eingreift (Fig. 3).
3. Flachstrahldüse zur vergleichsweise grobtropfigen Zer
stäubung von Flüssigkeiten, mit einem Düsengehäuse (10),
das eine axial durchgehende, im Durchmesser abgestufte
Flüssigkeitsführung (11) besitzt, an deren Ende ein
Düsenaustrittsbereich (16) mit prismenförmiger Einfrä
sung (21) als Düsenaustrittsschlitz vorgesehen ist, und
mit einem in der Flüssigkeitsführung (11) zwischen Flüs
sigkeitseinlauf und Düsenaustrittsbereich (16) ange
ordneten, eine Drosselbohrung (23 c) aufweisenden Einsatz
(22 c) , wobei die Flüssigkeitsführung (11) im Düsengehäuse
(10) einen zwischen Einsatz (22 c) und Düsenaustrittsbe
reich (16) angeordneten zylindrischen Mittelbereich (15)
besitzt, dessen Durchmesser größer als der des Düsenaus
trittsbereichs (16) ist, und wobei der Einsatz (22 c) an
die Drosselbohrung (23 c) angrenzend angeordnete Umlenk
mittel (35) aufweist, durch die der aus der Drosselbohrung
(23 c) in den Mittelbereich (15) austretende Flüssigkeits
strahl in Richtung der großen Achse des Düsenaustritts
schlitzes (21) abgedrängt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß die koaxial zur Flüssigkeits
führung (11) gerichtete Drosselbohrung (23 c) - als Um
lenkmittel - an ihrem austrittsseitigen Ende innerhalb
des Einsatzes (22 c) in eine durchgehende Querbohrung (35)
einmündet und daß die Querbohrung (35) in Richtung der
großen Achse des Düsenaustrittsschlitzes (21) gerichtet
ist und daß der Einsatz (22 c) seitlich eine einstückig
angeformte Nase (26) aufweist, die in eine korrespondie
rende seitliche Aussparung (27) des Düsengehäuses (10)
eingreift (Fig. 5).
4. Flachstrahldüse nach einem der Ansprüche 1-3,
dadurch gekennzeichnet, daß der zylinderförmig ausgebil
dete Einsatz (22, 22 a, 22 c) unmittelbar am einlaufseitigen
Ende (12) des Düsengehäuses (10) in einer entsprechend
zylindrischen Aufweitung (13) der Flüssigkeitsführung (11)
angeordnet ist.
5. Flachstrahldüse nach einem oder mehreren der vorstehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (22, 22 a, 22 c)
eine erste Aussparung (29) aufweist, die mit einer an
gleicher Stelle in das Düsengehäuse (10) eingearbeiteten
zweiten Aussparung (28) korrespondiert.
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