DE4404954A1 - Strahlapparat - Google Patents

Description

Zum Abtragen von unerwünschten Schichten von Festkörper­ oberflächen, wie beispielsweise zum Abtragen von Rost- oder Farbschichten von Stahlteilen, zum Abtragen von verwitterten und unansehnlich gewordenen Oberflächen­ schichten von Mauerwerk, insbesondere Sandsteinmauerwerk, zum Behandeln anderweitiger Gegenstände sowie in der Industrie werden in der Praxis häufig Strahlanlagen ver­ wendet, mit denen Strahlgut, das aus Sand, Stahlkügelchen oder ähnlichem bestehen kann, mit einem Luftstrahl auf die zu behandelnde Oberfläche geblasen oder geschleudert wird. Die so behandelte Oberfläche wird dabei unter Umständen nicht nur gereinigt, also entzundert oder entschlackt, sondern möglicherweise noch verfestigt, wie es beim Kugel­ strahlen von Stahl der Fall sein kann. Außerdem werden derartige Strahlverfahren auch bei der Bearbeitung von empfindlicheren Werkstücken angewendet, wie bspw. in der Medizintechnik, bei der Feinmetallbearbeitung, in der Schmuckindustrie und sogar bei der Restaurierung von Gemälden, Fresken, Skulpturen und Fossilien.

Derartige, wie oben angedeutet, in der Technik sehr viel­ seitig verwendbare Strahlanlagen weisen einen Strahlappa­ rat auf, aus dem ein mehr oder weniger gebündelter mit dem Strahlgut vermischter Luftstrahl mit hoher Geschwindigkeit austritt und der maschinell oder von Hand geführt wird.

Die aus dem auf die zu bearbeitende Oberfläche auftreffen­ den Strahl seitlich abströmende Druckluft führt zu einer ungleichmäßigen Beaufschlagung der Oberfläche mit Strahl­ gut.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Strahlapparat zu schaffen, mit dem sich ein gutes und gleichmäßiges Be­ arbeitungsergebnis erzielen läßt und der eine hohe Lebens­ dauer aufweist.

Diese Aufgabe wird durch einen Strahlapparat mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Der in dem Gehäuse drehbar gelagerte rohrförmige Rotor trägt an seinem vorderen Ende eine aus dem Gehäuse heraus­ ragende Strahldüse, mit der er drehfest verbunden ist. Die Drehung des Rotors teilt sich unmittelbar der Düse mit, wodurch diese in Drehung versetzt wird. Der Rotor ist dabei rohrförmig ausgebildet, so daß der von ihm begrenzte Kanal der Zuführung des von einem Fluid geförderten Strahlguts zu der Strahldüse dient. Die Strahldüse gibt dem austretenden Strahl die gewünschte Form. Beispiels­ weise kann der Strahl von der Kreiskegelform abweichend gestaltet werden, so daß das Fluid, das das Strahlgut mitführt, an der Auftreffstelle des Strahls seitlich abströmen kann.

Durch die Drehung des Rotors und der mit ihm verbundenen Strahldüse wird der aus der Strahldüse aus tretende Strahl mit der Drehzahl der Strahldüse im Kreis geführt. Damit wird auf der zu bearbeitenden Oberfläche eine kreisförmige Fläche relativ gleichmäßig mit Strahlgut beaufschlagt. Die relativ schnelle Drehung des Rotors und der Strahldüse läßt im zeitlichen Mittel auch einen sehr unsymmetrischen, d. h. beispielsweise seitlich weggerichteten Strahl oder einen fächerförmigen Strahl als bezüglich der Drehachse symmetrisch erscheinen.

Als Antriebseinrichtung ist in dem Gehäuse eine Turbine angeordnet, die mit Druckluft betrieben wird. Die Turbine kann in einer Ausführungsform ein axial mit Druckluft beaufschlagter zylindrischer Körper sein, in dessen Man­ telfläche die schraubenförmig verlaufenden Nuten vorgese­ hen sind, die von der Druckseite zu der Abluftseite füh­ ren. Druckseite und Abluftseite sind in diesem Fall die Grund- und Deckfläche des Zylinders. Eine derartige Turbi­ ne erzeugt relativ große Drehzahlen und akzeptable Drehmo­ mente schon bei relativ geringem Druckluftverbrauch. Außerdem genügt als Antriebsmedium für die Turbine, die in einer Strahlanlage ohnehin vorhandene Druckluft; weitere Hilfsenergie ist zum Betreiben des Strahlapparates nicht erforderlich. Der Betrieb mit Druckluft ist relativ ro­ bust. Selbst bei kleineren Leckstellen oder beim Arbeiten in nasser Umgebung gehen keine besonderen Gefahren von dem Strahlapparat und seinen Druckluftleitungen für das be­ schäftigte Personal aus, ohne daß gesonderte Schutzein­ richtungen erforderlich wären.

Die aus der Turbine ausgelassene Abluft wird nicht le­ diglich ins Freie geblasen, sondern in einem Abluftkanal geführt. Damit ist es möglich, die Abluft einer weiteren Verwendung zuzuführen. Beispielsweise, wenn der Abluftka­ nal in der Nähe der Strahldüse mündet, kann ein Luftvor­ hang oder -schleier ausgebildet werden, der sich radial von der Strahldüse weg erstreckt. Dieser Luftvorhang trägt losgeschlagene Materialteilchen, Teilchen des Strahlgutes, Staub oder sonstige Partikel seitlich weg, so daß sie im wesentlichen nicht auf die den Strahlapparat haltende Person treffen.

Der Zuleitungskanal für das Strahlgut ist koaxial zu der Turbine, wobei das Strahlgut zentral und koaxial durch die Turbine bis zu der Strahldüse geführt wird. Der Zulei­ tungskanal ist somit gerade ausgebildet, wodurch das Strahlgut in ihm auf geraden Bahnen geführt wird und nicht umgelenkt zu werden braucht. Deshalb kann das Strahlgut eine lediglich geringe Abrasionswirkung auf die Wandungen des Zuleitungskanals ausüben. Die Abnutzung, der dieser unterliegt, ist somit gering.

Die Ringräume zu beiden Seiten der Turbine sind mit Druck bzw. Abluft gefüllt. Diese Ringräume sind über die Dicht­ einrichtungen gegen den das Strahlgut führenden Zulei­ tungskanal abgedichtet. Wenn dabei der in dem Zuleitungs­ kanal herrschende Druck dem in den Ringräumen herrschende Druck nicht übersteigt, wird lediglich wenig oder kein Strahlgut aus dem Zuleitungskanal in Ritzen und Spalte gelangen können, die zwischen dem rohrförmigen Rotor und Teilen des übrigen Gehäuses ausgebildet sind. Insbesondere kann kein Strahlgut in die den Rotor lagernde Lagerein­ richtung gelangen. Aufgrund der hohen Strömungsgeschwin­ digkeit der in den Zuleitungskanal geführten, das Strahl­ gut enthaltenden Luft ist der auf die Wandung und die in diesen enthaltenen Ritzen wirkende Druck gering. Dieser Effekt ist auch als hydrostatisches Paradoxon bekannt. Demgegenüber weist die in den Ringräumen gehaltene Luft sowohl auf der Zuluft als auch auf der Abluftseite der Turbine einen größeren Druck auf.

Zusätzlich bewirkt das Dichtungsmittel, das im Einzelfalle als Labyrinthdichtung ausgeführt sein kann, eine zuver­ lässige Abdichtung der Ringräume gegen den Zuleitungs­ kanal. Dank dieser Abdichtung ist ein Eindringen von Strahlgut in Ritzen und Zwischenräume und insbesondere ein Vordringen bis in die Ringräume auch bei kurzzeitigen Druckschwankungen und sonstigen in Übergangsbereichen, wie Ein- und Ausschaltvorgängen auftretenden Übergangsvorgängen, weitgehend vermieden. Ein vorzeitiger Verschleiß durch Eindringen des Strahlgutes in dafür nicht vorgesehe­ ne Räume des Strahlapparates ist somit nicht zu erwarten. Der Strahlapparat arbeitet insgesamt zuverlässig, er bildet aufgrund der Drehbewegung der Strahldüse einen im zeitlichen Mittel gleichmäßigen Strahl aus und er hat eine lange Lebensdauer. Mit dem Strahlapparat lassen sich auch größere Flächen gleichmäßig abstrahlen, wobei das Strahl­ gut infolge der Rotationsbewegung der Strahldüse auch zuverlässig in weniger zugängliche Bereiche eines abzu­ strahlenden Gegenstandes geblasen wird. Aufgrund der gleichmäßigen Beaufschlagung der von den Strahlkegel erfaßten Fläche mit Strahlgut ist der oben genannte Strahlapparat insbesondere bei der Feinmetallbearbeitung in der Schmuckindustrie sowie bei der Restauration von Gemälden, Skulpturen, Fresken, Stuck oder auch Fossilien sowie Holz und Glas geeignet. Bei einer entsprechend dimensionierten kleinen Ausführung ist der Strahlapparat auch in der Medizintechnin anwendbar. In jedem Fall wird eine gleichmäßige flächige Verteilung der in dem Strahlke­ gel enthaltenden Energie auf die zu bearbeitende Fläche erreicht.

Zur Lagerung des Rotors in dem Gehäuse können Wälzlager und insbesondere Kugellager dienen, die sich jeweils in einem der Ringräume befinden. Derartige Lager erbringen eine nahezu spielfreie und dabei reibungsarme Lagerung des Rotors in dem Gehäuse. Die geringe Reibung läßt sich bereits mit einem geringen Antriebsdrehmoment überwinden, so daß die Turbine entsprechend klein ausfallen kann. Die saubere spielarme Führung des Rotors ermöglicht eine gute Abdichtung der Ringräume gegen den Zuleitungskanal.

Wenn zwischen der Turbine und dem Wälzlager bei dem hinte­ ren bzw. dem vorderen Ende des Rotors Dichtungseinrichtun­ gen vorgesehen sind, sind die Lager auch vor Druckluftein­ wirkung geschützt. Eventuell in dem Lager enthaltene Schmiermittel bleiben dauerhaft in diesem enthalten.

Eine weitere Dichtungseinrichtung zwischen dem hinteren Ende des Rotors und dem Wälzlager dichtet den Zuleitungs­ kanal gegen das Wälzlager ab. Diese Dichtungseinrichtung verhindert zuverlässig das Eindringen von Strahlgut in das Wälzlager.

Die genannten Dichtungen können als Labyrinthdichtungen ausgebildet sein. Diese arbeiten im wesentlichen berüh­ rungsfrei. Sie unterliegen somit normalerweise keinem Verschleiß, wodurch sich die Lebensdauer des Strahlappara­ tes insgesamt erhöht. Dazu kommt, daß die verwendeten Labyrinthdichtungen im wesentlichen kein Reibungsmoment verursachen. Somit reicht ein geringes Antriebsdrehmoment aus, um den Rotor mit höherer Drehzahl anzutreiben.

Die an dem Strahlapparat als Dichtungen vorgesehene Laby­ rinthdichtungseinrichtungen können jeweils einen ersten und einen zweiten auf dem Rotor sitzenden Ring aufweisen. Beide Ringen tragen jeweils eine radial nach außen weg stehende umlaufende Rippe, die eine konstante Höhe auf­ weist, wobei zwischen dem ersten und dem zweiten Ring ein weiterer, scheibenförmiger Ring vorgesehen ist. Somit sind drei zueinander parallele, voneinander beabstandete eben angeordnete ringförmige Rippen vorgesehen, die zwischen sich zwei ringförmige Ausnehmungen begrenzen. Die Laby­ rinthdichtung umfaßt außerdem einen dritten und einen vierten in dem Gehäuse sitzenden Ring, von denen jeder eine radial nach innen weisende Rippe konstanter Höhe trägt. Im Betrieb liegt die Rippe des dritten Rings zwi­ schen der Rippe des ersten Ringes und dem scheibenförmigen Ring und die Rippe des vierten Ringes liegt zwischen dem scheibenförmigen Ring und der Rippe des zweiten Rings. Die so gebildete Labyrinthdichtung wird durch das Aufschieben der Ringe in entsprechender Reihenfolge auf den Rotor ausgebildet. Weil die Ringe geschlossen, d. h. ungeteilt ausgeführt sind, ist eine seitliche Dejustage der Laby­ rinthdichtung kaum zu befürchten. Entsprechend können die zwischen den Ringen ausgebildeten Spalten relativ eng ausgeführt werden, woraus sich eine gute Abdichtwirkung ergibt.

Wenn zwischen der Strahldüse, die auf das vordere Ende des Rotors aufgeschraubt ist und dem Gehäuse ein Axialspalt vorhanden ist, in den der Ringspalt einmündet, bildet der Axialspalt den Abluftkanal. Dieser führt die von der Turbine kommende Abluft zu der Strahldüse. Die Abluft kann dann beispielsweise zur Ausbildung eines Luftschleiers oder Luftvorhanges bei der Strahldüse herangezogen werden.

Wenn das Gehäuse außen im wesentlichen zylindrisch ist, wird der rotationssymmetrisch ausgebildete Rotor von einem Gehäuse mit im wesentlichen gleichbleibender Wandungs­ stärke umgeben. Dieses ist somit relativ steif, wobei es auf der anderen Seite hinreichend leicht und handlich bleibt.

Die Strahldüse kann mit einem Kragen versehen sein, der das Gehäuse außen ein Stück weit unter Ausbildung eines Ringspaltes übergreift. Dieser Ringspalt wirkt als Auslaß­ schlitz, aus dem die Abluft unter Ausbildung eines Luft­ schleiers austreten kann.

Das vorzugsweise zylinderförmige Gehäuse kann aus mehreren miteinander verbundenen und zueinander koaxialen rohrfor­ migen Abschnitten bestehen, die vorzugsweise miteinander verschraubt sind. Die somit rotationssymmetrischen Gehäu­ seteilen lassen sich relativ einfach mit hoher Genauigkeit herstellen, wobei keine kostenintensiven Sonderwerkzeuge erforderlich sind. Außerdem ist ein auseinanderschraub­ bares Gehäuse servicefreundlich, so daß der Strahlapparat bedarfsweise gereinigt und anderweitig gewartet werden kann.

Ein an dem Gehäuse am hinteren Ende des Rotors vorgesehe­ ner Deckel mit einem Anschlußnippel für den Druckluftkanal und einem Anschlußnippel für den Zuleitungskanal stellt die Verbindung des Strahlapparates zu den Medienanschlüssen, namlich dem Druckluftschlauch und dem Schlauch für das Strahlgut her. Der Deckel kann zu Reinigungs- und Wartungszwecken abgeschraubt werden, wobei der hintere Ringraum zugänglich wird.

Der Strahlapparat kann auch mit einer anderweitigen An­ triebseinrichtung versehen sein, über die die Düse be­ züglich einer Drehachse rotierend antreibbar ist. Die Antriebseinrichtung kann bspw. ein Elektromotor sein, der den Rotor bedarfsweise über ein Getriebe antreibt.

Wenigstens eine der in der Strahldüse vorgesehenen Strahl­ öffnungen ist bezüglich der Drehachse asymmetrisch an­ geordnet. Das hat zur Folge, daß die Mitte des von dieser Strahlöffnung ausgehenden Strahls außerhalb der Drehachse liegt. Bei der Drehung der Strahldüse um die Drehachse, dreht sich der Strahl nicht nur in sich, sondern führt überdies noch eine Umlaufbewegung aus. Dadurch wird er über den insgesamt zu erzeugenden Strahlfleck geführt, d. h. er überstreicht diesen. Der für sich relativ schmale Strahl erreicht dabei alle Bereiche des Strahlfleckes gleichmäßig. Dabei überlagern sich die aus allen Strahl­ öffnungen kommenden Strahlen. Bei entsprechender Anordnung der Strahlöffnungen können Ungleichmäßigkeiten so gut wie ganz vermieden werden.

Eine an der Mündung ovale Strahlöffnung gibt einen fächer­ förmigen Strahl ab, der nur einen schmalen streifenförmi­ gen Ausschnitt aus dem insgesamt kreisförmigen Bearbei­ tungsfleck trifft. Indem der Streifen drehend über den Bearbeitungsfleck geführt wird, werden alle Stellen er­ faßt. Das gilt prinzipiell auch für eine bei ihrer Mündung kreisrunde Strahlöffnung.

Vorteilhaft ist es, wenn zwei in ihrer Form übereinstim­ mende Strahlöffnungen, beispielsweise zwei runde Strahl­ öffnungen, vorhanden sind, die mit einer in der Form ab­ weichenden Strahlöffnung, beispielsweise einer ovalen Strahlöffnung, kombiniert sind. Umgekehrt können auch zwei ovale Strahlöffnungen mit einer dazwischenliegenden runden kombiniert sein.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Strahlapparates enthält die ovale Strahlöffnung die Dreh­ achse und dehnt sich in radialer Richtung aus, wobei die beiden runden Strahlöffnungen auf den Schenkeln eines spitzen Winkels liegen, der sich in der entgegengesetzten radialen Richtung öffnet.

Ein gleichmäßiges Arbeitsergebnis wird auch erreicht, wenn an dem Strahlapparat zwei ovale Strahlöffnungen vorgesehen sind, die im Abstand parallel zueinander angeordnet sind und zwischen denen eine runde Strahlöffnung außerhalb der Drehachse angeordnet ist.

Auch kann der Strahlapparat an der Strahldüse eine ovale Strahlöffnungen aufweisen, die mit ihrer Längsseite recht­ winklig zu der auf die Drehachse bezogenen Radialenrich­ tung ausgerichtet ist, wobei in der entgegengesetzten Radialenrichtung eine runde, außerhalb der Drehachse liegende Strahlöffnung vorgesehen ist. Auch mit dieser Variante ergibt sich ein gleichmäßiger Strahlfleck, wobei lediglich zwei Strahlöffnungen erforderlich sind.

In der Figur sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen Strahlapparat in einer Schnittdarstellung geschnitten entlang einer seine Längsmittelachse enthaltenden Ebene, in leicht vergrößertem Maß­ stab,

Fig. 2 den Strahlapparat nach Fig. 1 in einer perspek­ tivischen Explosionsdarstellung,

Fig. 3 den Strahlapparat nach Fig. 1 in einer etwas abgewandelten Ausführungsform in einer aus­ schnittsweisen Darstellung,

Fig. 4 den Strahlapparat nach Fig. 1 in einer verein­ fachten Vorderansicht mit Blick auf seine Strahldüse,

Fig. 5 eine weitere Ausführungsform des Strahlapparats in Vorderansicht mit Blickrichtung auf seine Strahldüse,

Fig. 6, 7 und 8, weitere Ausführungsformen des Strahlapparates in Vorderansicht mit Blickrichtung auf seine jewei­ lige Strahldüse und

Fig. 9 eine zu bearbeitende Fläche mit einem auftref­ fenden Strahl in einer schematischen Darstellung mit einer stark überhöhten Darstellung des Mate­ rialabtrags.

In Fig. 1 ist ein Strahlapparat 1 im Maßstab von ungefähr 1,5 : 1 dargestellt, mit dem mit Druckluft vermischtes Strahlgut, wie beispielsweise Sand, gegen unterschiedliche zu reinigende Gegenstände oder Flächen geblasen werden kann. Der Strahlapparat 1 weist ein im wesentlichen läng­ liches rotationssymmetrisches Gehäuse 2 auf, in dessen Innenraum ein ebenfalls rotationssymmetrischer Rotor 3 drehbar gelagert ist. Das Gehäuse 2 weist einen endseitig mit einem Abschlußdeckel 4 versehenen Grundkörper 5 auf, der aus zwei jeweils für sich rohrförmigen, miteinander verschraubten Gehäuseteilen 6, 7 besteht. Der in Fig. 1 rechte Gehäuseteil 7 ist an seinem freien Ende mit einer zu ihm koaxialen Luftführungshülse 8 verschraubt.

Dem Gehäuse 2 und dem Rotor 3 ist eine Längsmittelachse 10 gemeinsam, die zugleich die Drehachse des Rotors 3 defi­ niert. Der Rotor 3 weist ein Trägerrohr 11 auf, das koaxi­ al zu der Längsmittelachse 10 angeordnet ist und das sich ausgehend von dem Abschlußdeckel 4 durch das gesamte Gehäuse 2 erstreckt. Das Trägerrohr 11 weist einen eben­ falls zu der Längsmittelachse 10 liegenden Zuleitungskanal 12 auf, der mit einem in dem Abschlußdeckel 4 etwa mittig vorgesehenen Anschluß 13 für Strahlgut enthaltende Druck­ luft in Verbindung steht. An seinem gegenüberliegenden, freien Ende, das aus der Luftführungshülse 8 hervorschaut, ist das Trägerrohr 11 mit einer Strahldüse 14 versehen, die eine ovale und bezüglich der Längsmittelachse 10 assymmetrische Strahlaustrittsöffnung 16 aufweist. Sowohl das Trägerrohr 11 als auch und vor allem die Strahldüse 14 sind aus einem harten, verschleißfesten Material herge­ stellt. Die Strahldüse besteht aus Burcarbid und das Trägerrohr 11 aus einer gehärteten Metallegierung.

Zum Antrieb des Rotors 3 ist auf dem Trägerrohr 11 bei etwa einem Drittel seiner Länge von dem Anschluß 13 aus gesehen eine Turbine 17 angeordnet, die mit dem Trägerrohr 11 drehfest verbunden ist. Die Turbine 17 steht mit einem an dem Abschlußdeckel 4 vorgesehenen und mit diesem ver­ schraubtem Druckluftanschluß 18 über eine Luftkanalbohrung 19 in Verbindung. Die Turbine 17 weist einen im wesentli­ chen zylinderförmigen Läufer 21 auf, in dessen Mantel­ fläche mehrere Schraubennuten 22 mit jeweils rechteckigem Querschnitt in der Art eines mehrgängigen Gewindes mit großer Steigung vorgesehen sind.

Auf der Abluftseite der Turbine 17, d. h. in Fig. 1 rechts, ist zwischen der Stirnseite des Läufers 21 und dem Gehäu­ seteil 7 ein Ringspalt 23 zum Sammeln der aus den Schrau­ bennuten 22 austretenden Abluft vorgesehen. Der Ringspalt 23 steht mit weiteren, in dem Gehäuseteil 7 vorgesehenen und sich parallel zu der Längsmittelachse 10 erstreckenden Abluftkanälen 24 in Verbindung, auf deren weiteren Verlauf an späterer Stelle eingegangen wird.

In dem zwischen dem Abschlußdeckel 4 und dem Läufer 21 liegenden, von dem Gehäuseteil 6 und dem entsprechenden Abschnitt des Trägerrohrs 11 begrenzten Ringraum ist zur spiel- und reibungsarmen Lagerung des Rotors 3 in dem Gehäuse 2 ein Rillenkugellager 26 vorgesehen, das zu beiden Seiten mit Labyrinthdichtungseinrichtungen 27, 28 abgedichtet ist. Die zwischen dem Rillenkugellager 26 und dem Abschlußdeckel 4 liegende Labyrinthdichtungseinrich­ tung 27 stützt sich an einem Sprengring 29 ab, der in einer entsprechenden, in dem bei dem Abschlußdeckel 4 liegenden Ende des Trägerrohrs 11 vorgesehenen Ringnut sitzt. Die Labyrinthdichtung 27 weist, wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist, einen auf dem Trägerrohr 11 sitzenden ersten Ring 30 auf, der in der Art einer kurzen Zylindermuffe ausgebildet ist, die an ihrer Außenumfangs­ fläche eine radial wegstehende Rippe 31 trägt. Die Rippe 31 liegt dabei nicht mittig, sondern etwas zu dem Spreng­ ring 29 hin versetzt. Außerdem sitzt auf dem Trägerrohr 11 ein zweiter Ring 32, der mit dem Ring 30 baugleich ist, wobei er jedoch in Gegenrichtung montiert ist, was bedeu­ tet, daß seine Rippe 33 zu dem Rillenkugellager 26 hin versetzt ist. In montiertem Zustand liegen die Ringe 30, 32 mit ihren Stirnseiten beidseitig an einem unterleg­ scheibenartigen weiteren Ring 34 an, dessen Außendurch­ messer dem übereinstimmenden Außendurchmesser der Rippen 31, 33 entspricht.

Die Rippe 31 des Rings 30 und der Ring 34 begrenzen zwi­ schen sich eine ringförmige Rechtecknut, in der eine radial nach innen stehende, im Querschnitt rechteckige Rippe 36 eines dritten Ringes 37 liegt. Der dritte, eben­ falls muffenartige Ring 37 übergreift, wie insbesondere aus Fig. 1 ersichtlich ist, den ersten Ring 30 ganz und den weiteren Ring 34 zur Hälfte. Mit seiner Stirnfläche liegt er an einer entsprechenden an dem Abschlußdeckel 4 vorgesehenen Ringfläche an und stützt sich an dieser ab.

Im unmittelbaren Anschluß und in Anlage mit dem dritten Ring 37 ist ein vierter Ring 38 vorgesehen, der mit dem dritten Ring baugleich ist, wobei er jedoch in umgekehrter Ausrichtung montiert ist. Er übergreift den zweiten Ring 32 ganz und liegt mit seiner dem Rillenkugellager 26 zugewandten ringförmigen Stirnfläche an dem Außenring des Rillenkugellagers 26 an. Der weitere Ring 34 wird von dem zylindermuffenförmigen vierten Ring lediglich zur Hälfte übergriffen, wobei der vierte Ring hier an dem dritten Ring anliegt und sich an diesem abstützt. Wie der dritte Ring 37 weist auch der vierte Ring 38 eine radial nach innen gerichtete ringförmige Rippe 39 mit rechteckigem Querschnitt auf, die in der zwischen dem weiteren Ring 34 und dem zweiten Ring 32 begrenzten Ringnut mit rechteck­ förmigem Querschnitt liegt.

Der erste Ring 30, der zweite Ring 32 und der weitere Ring 34 sind im wesentlichen drehfest mit dem Trägerrohr 11 verbunden. Hingegen sitzen der dritte und vierte Ring 37, 38 ortsfest in einer entsprechenden zylindrischen Auf­ nahmebohrung des Gehäuseteils 6, die koaxial zu der Längs­ mittelachse 10 vorgesehen ist. Zwischen dem von den Ringen 30, 32, 34 gebildeten drehenden Abschnitt der Labyrinth­ dichtung 27 und dem von den Ringen 37, 38 gebildeten ruhenden Teil der Labyrinthdichtung 27 besteht ein enger sowie eng tolerierte Spalt, so daß sich der drehende und der ruhende Teil der Labyrinthdichtung 27 untereinander nicht berühren.

Die Labyrinthdichtung 28 ist wie die Labyrinthdichtung 27 aus insgesamt 5 Ringen aufgebaut, die den vorstehend beschriebenen Ringen entsprechen, so daß gleiche Bezugs­ zeichen verwendet worden sind. Jedoch weist der bei dem Läufer 21 liegende zweite Ring 32 einen etwas verlängerten Muffenabschnitt auf, um über eine an dem Gehäuseteil 6 vorgesehene, nach innen weisende Ringschulter 41 hinweg mit der Stirnseite des Läufers 21 in Anlage zu kommen. Die Ringschulter 41 dient der Abstützung des außenliegenden vierten Ringes 38 in Axialrichtung.

Auf dem zwischen der Strahldüse 14 und dem Läufer 21 liegenden Abschnitt des Trägerrohrs 11 ist zur Lagerung des Rotors 3 in dem Gehäuse 2 ein weiteres Rillenkugel­ lager 42 vorgesehen, das mit seinem Innenring auf dem Trägerrohr 11 und mit seinem Außenring in dem Gehäuseteil 7 sitzt. Zwischen dem Rillenkugellager 42 und der strahl­ düsenseitigen Stirnseite des Läufers 21 ist eine weitere Labyrinthdichtung 43 vorgesehen, die mit der Labyrinth­ dichtung 28 baugleich ist. Zur Abstützung des Rillenkugel­ lagers 42 an der Labyrinthdichtung 43 sind zwischen beiden Distancerohre 44, 45 vorgesehen, die jeweils koaxial zu der Längsmittelachse 10 angeordnet sind, wobei das Distan­ cerohr 45 den Innenring des Rillenkugellagers 42 gegen den mit dem Rotor 3 drehenden Teil der Labyrinthdichtung 43 und das Distancerohr 44 über einen Zwischenring 46 den Außenring des Rillenkugellagers 42 gegen den ortsfesten Teil der Labyrinthdichtung 43 spannt.

Zwischen dem Rillenkugellager 42 und der Luftführungshülse 8 ist ein einzelner Dichtungsring 47 vorgesehen, der als Zylindermuffe mit einer radial wegstehenden ringförmigen Rippe ausgebildet ist.

Der Dichtungsring 47 teilt mit der Luftführungshülse 8 in dem Gehäuseteil 7 einen Ringspalt 48 ab, in den die ins­ gesamt 8 an den Ringspalt 23 anschließenden Abluftkanäle 24 münden. Die mit dem Gehäuseteil 7 verschraubte Luftfüh­ rungshülse 8 umgibt mit weiten Abstand ein weiteres Di­ stancerohr 49, das zwischen der mit dem Trägerrohr 11 verschraubten Strahldüse 14 und dem Dichtungsring 47 sitzt. Damit ergibt sich zwischen dem Distancerohr 49 und der Luftführungshülse 8 ein ringförmiger Luftkanal 50 sich für die von der Turbine 17 kommende Abluft.

Die genaue Ausbildung der Luftführungshülse 8 und der Strahldüse 14 sind aus der Fig. 3 ersichtlich. Die Strahl­ düse 14 weist an ihrer der Luftführungshülse 8 zugewandten Seite eine axial eingestochene rechteckige Ringnut 51 auf, an die sich ein axial in Richtung von der Strahlaustritts­ öffnung 16 weg erstreckender Überwurfabschnitt 52 an­ schließt. Dieser übergreift die Luftführungshülse 8, die an ihrem Ende eine randoffene Nut aufweist, so daß an der Luftführungshülse 8 ein Rohrabschnitt 53 ausgebildet ist, dessen Außendurchmesser merklich kleiner als der Innen­ durchmesser des Überwurfabschnittes 52 ist. Der Rohrab­ schnitt 53 ragt in die Ringnut 51 hinein, ohne deren Boden zu berühren. Zwischen der Strahldüse 14 und der Luftfüh­ rungshülse 8 verbleibt außerdem ein den Rohrabschnitt 52 umgebender rechteckiger Ringspalt 54, der radial geöffnet ist. Die aus dem Luftkanal 50 ankommende Abluft der Turbi­ ne 17 kann somit durch die Ringnut 51 durch den Rohrab­ schnitt 53 umströmen, wobei sie von dem Ringspalt 54 umgelenkt und radial ausgelassen wird. Somit bildet die aus dem Ringspalt 54 ausströmende Abluft einen Luftschlei­ er aus, der von der zu bearbeitenden Fläche losgeschlagene oder zurückprallende Partikel erfaßt und seitlich fort­ trägt.

Der insoweit beschriebene Strahlapparat 1 wird, wie auch aus Fig. 2 ersichtlich ist, wie folgt zusammengebaut:
Zunächst werden der Anschluß 13 und der Druckluftanschluß 18 an dem Abschlußdeckel 4 befestigt. Nachfolgend werden das Trägerrohr 11 und in abwechselnder Reihenfolge die entsprechenden Ringe 32, 38, 34, 37, 30, das Rillenkugel­ lager sowie die weiteren Ringe 32 bis 30 der Labyrinth­ dichtung 27 auf das Trägerrohr 11 aufgeschoben und somit in das Gehäuseteil 6 eingeführt. Nachfolgend werden der Sprengring 29 an dem Trägerrohr 11 befestigt und der Abschlußdeckel 4 mit dem Gehäuseteil 6 verschraubt. Von der anderen Seite des Gehäuseteils 6 wird nun der Läufer 21 auf das Trägerrohr 11 aufgeschoben, wonach das Gehäuse­ teil 7 mit dem Gehäuseteil 6 verschraubt wird. Nunmehr werden die zu der Labyrinthdichtung 43 gehörigen Ringe 30, 37, 34, 38, 32 auf das Trägerrohr auf und somit in das Gehäuseteil 7 eingeschoben. Darauf folgen die Distanceroh­ re 44, 45 mit der Scheibe 46 und dem Rillenkugellager 42. Nachdem der Dichtungsring 47 auf das Trägerrohr 11 soweit aufgeschoben worden ist, daß er mit dem Rillenkugellager 42 in Anlage ist, werden das Distancerohr 49 auf das Trägerrohr 11 aufgeschoben und die Luftführungshülse 8 mit dem Gehäuseteil 7 verschraubt. Mit dem Aufschrauben der Strahldüse 14 auf das Trägerrohr 11 ist der Strahlapparat 1 fertig montiert. Mit Anschluß der jeweiligen Medien an den Anschluß 13 und den Druckluftanschluß 18 ist der Strahlapparat 1 betriebsbereit.

Im Betrieb strömt die dem Anschluß 13 zugeführte, Strahl­ gut, wie beispielsweise Sand enthaltende, Druckluft, durch den Zuleitungskanal 12 und aus der Strahlaustrittsöffnung 16 unter Ausbildung eines in seiner Form von der Geometrie der Strahlaustrittsöffnung 16 abhängigen Strahls mit hoher Geschwindigkeit aus. Die währenddessen über den Druckluft­ anschluß 18 zugeführte Druckluft strömt über die Luftka­ nalbohrung 19 zu der Turbine 17, wobei sie die Spiralnuten 22 des Läufers 21 durchströmt. Dabei versetzt die Druck­ luft den Läufer 21 und somit den gesamten Rotor 3 in eine Drehung mit relativ hoher Drehzahl. Der Läufer 21 nimmt über das Trägerrohr 11, insbesondere die Strahldüse 14 mit, so daß der sich ausgehend von der Strahlaustrittsöff­ nung 16 ausbildende Strahl mit der Drehzahl der Turbine 17 um die Längsmittelachse 10 des Strahlapparates 1 rotiert.

Auf der Abluftseite der Turbine 17 sammelt sich die von der Turbine 17 kommende Luft in dem Ringspalt 23, von dem aus sie über die Abluftkanäle 24 zunächst bis zu dem Ringspalt 48 und von diesem aus über den Luftkanal 50 zu der Strahldüse 14 strömt. Bei dieser umströmt die Abluft den Rohrabschnitt 53 und tritt durch den Ringspalt 54 radial ins Freie aus. Dabei bildet sich der genannte Luftvorhang aus.

Die Strahlaustrittsöffnung 16 der Strahldüse 14 ist, wie in Fig. 4 dargestellt ist, oval und außermittig angeord­ net. Zusätzlich kann eine weitere runde, ebenfalls exzen­ trisch angeordnete Strahlaustrittsöffnung 16′ vorgesehen sein. Aus der Strahlaustrittsöffnung 16 geht ein fächer­ förmiger Strahl hervor, der durch die Drehung der Strahl­ düse 14 umläuft. Synchron mit diesem läuft ein aus der Strahlöffnung 16′ herrührender kegelförmiger Strahl um. Beide Strahlen überlagern sich und führen zu einer gleich­ mäßigen Energieverteilung auf der bearbeiteten Fläche.

Wie in den Fig. 5, 6, 7 und 8 gezeigt ist, sind mehrere Ausführungsformen der Strahldüse 14 möglich. Bei der in Fig. 5 dargestellten Strahldüse 14a sind die Strahlaus­ trittsöffnungen 16a und die zusätzliche Strahlaustritts­ öffnung 16′ auf einer gemeinsamen gedachten Linie angeord­ net, so daß der auf die zu bearbeitende Fläche auftreffen­ de Strahl nicht nur im zeitlichen Mittel relativ konstant ist, sondern daß auch die zeitlichen Veränderungen im Strahl relativ gering sind.

Die in Fig. 6 dargestellte Strahldüse 14b weist neben der einen fächerförmigen Strahl verursachenden Strahlaus­ trittsöffnung 16b zwei weitere jeweils für sich einen kegelförmigen Strahl verursachende Strahlaustrittsöff­ nungen 16b′, 16b′′ auf. Hier ist die zeitliche Veränderung des ausgestrahlten Strahls noch geringer.

Die in Fig. 7 dargestellte Strahldüse 14c weist zwei jeweils für sich ovale Strahlaustrittsöffnungen 16c′, 16c″ auf, deren große Halbachsen zueinander parallel liegen und die im Abstand zueinander angeordnet sind. Zwischen beiden Strahlaustrittsöffnungen 16c′, 16c′′ liegt exzentrisch zu der Längsmittelachse 10 eine weitere, runde Strahlaustrittsöffnung 16c′′′. Bei dieser Ausführungsform bilden sich zwei zueinander parallele fächerförmige Strah­ len aus, die von einem dazwischenliegenden kegelförmigen Strahl leicht nach außen abgelenkt werden.

Eine weitere Ausführungsform ist in Fig. 8 dargestellt, bei der die Strahldüse 14d zwei Strahlaustrittsöffnungen 16d und 16d aufweist. Beide Strahlaustrittsöffnungen 16d, 16d′ liegen bezüglich der Längsmittelachse 10 außermittig, wobei der Abstand zwischen beiden Strahlaustrittsöffnungen 16d, 16d′ maximal ist.

In Fig. 9 ist der auf eine zu bearbeitende Fläche 57 auftreffender Strahl 58 schematisch dargestellt. Auf der Fläche 57 liegen mehrere zu entfernende Schichten 59, die von den in dem Strahl 58 enthaltenen Partikeln des Strahl­ gutes abgetragen werden. Wegen der gleichmäßigen Einwir­ kung des Strahls 58 auf die Fläche 57, ist die erhaltene, stark überhöht dargestellte Abtragung über den gesamten Bearbeitungsfleck, der etwa so groß wie ein Fünfmarkstück ist, gleich.

Claims (26)

1. Strahlapparat (1)
mit einem Gehäuse (2)
einem in dem Gehäuse (2) drehbar gelagerten rohrförmi­ gen Rotor (3), der an seinem vorderen Ende eine aus dem Gehäuse (2) herausragende Strahldüse (14) trägt und dessen hinteres Ende zum Einspeisen von Strahlgut vorgesehen ist,
einer in dem Gehäuse (2) befindlichen und drehfest auf dem Rotor sitzenden Turbine (17), die in ihrer Außenumfangsfläche eine Reihe schraubenförmig ver­ laufender Nuten (22) enthält, die von einer Drucksei­ te zu einer Abluftseite führen,
einem durch das Gehäuse (2) führenden Druckluftkanal (19), der an der Druckseite der Turbine (17) in dem Gehäuse (2) endet,
wenigstens einem an der Abluftseite der Turbine (17) beginnenden Abluftkanal (23, 24),
einem Zuleitungskanal (12) für das Strahlgut, der in dem Gehäuse (2) neben dem hinteren Ende des Rotors (3) endet und der im wesentlichen zu dem Rotor (3) koaxial ist,
den Rotor (3) umgebenden Ringräumen beidseits der Turbine (17) in dem Gehäuse, von denen sich der eine zwischen dem Druckluftkanal (19) und dem Rotor (3) und er andere zwischen dem wenigstens einen Abluftka­ nal (23, 24) und dem Rotor (3) befindet, und
mit Dichtmitteln (27, 28, 43, 47), die zu beiden Seiten der Turbine (17) vorgesehenen Dichteinrichtun­ gen (27, 28, 43, 47) aufweisen, die in den Ringräumen angeordnet sind, um die Ringräume gegen einen Raum in dem Gehäuse (2) abzugrenzen, in dem sich die Turbine befindet.

2. Strahlapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Turbine (17) ein in einer zylindrischen Kammer sitzender zylindrischer Körper ist, in dessen Mantelfläche die Schraubennuten (22) vorgesehen sind.

3. Strahlapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Turbine (17) von einer ihrer Stirnseiten her angeströmt ist wobei die gegenüberliegende Stirn­ seite die Abluftseite ist.

4. Strahlapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß an der Abströmseite der Turbine (17) ein Ringraum (23) zum Sammeln der Abluft vorgesehen ist.

5. Strahlapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Rotor (3) mittels zweier Wälzlager (26, 42) vorzugsweise mittels zweier Kugellager (26, 42) in dem Gehäuse (2) gelagert ist, von denen sich jedes in einem der Ringräume befindet.

6. Strahlapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß eine Dichtungseinrichtung (43) zwischen der Turbine (17) und dem Wälzlager (42) angeordnet ist, das dem vorderen Ende des Rotors (3) benachbart ist.

7. Strahlapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß eine Dichtungseinrichtung (28) zwischen der Turbine (17) und dem Wälzlager (26) angeordnet ist, das dem hinteren Ende des Rotors (3) benachbart ist.

8. Strahlapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß eine Dichtungseinrichtung (27) zwischen dem hinteren Ende des Rotors (3) und dem Wälzlager (26) angeordnet ist, das dem hinteren Ende des Rotors (3) benachbart ist.

9. Strahlapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß wenigstens eine oder alle Dichtungseinrich­ tungen von Labyrinthdichtungseinrichtungen (27, 28, 43) gebildet sind.

10. Strahlapparat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die Labyrinthdichtungseinrichtung (27, 28, 43) einen ersten und einen zweiten auf dem Rotor (3) sitzende Ring (30, 32) von denen jeder eine umlaufen­ de Rippe (31, 33) trägt, die radial nach außen weg­ steht und konstante Höhe aufweist, einen zwischen dem ersten und dem zweiten Ring (31, 33) angeordneten scheibenförmigen Ring (34) und einen dritten und einen vierten in dem Gehäuse sitzenden Ring (37, 38), von denen jeder eine radial nach innen weisende Rippe (36, 39) mit konstanter Höhe trägt, wobei im montier­ ten Zustand die Rippe (36) des dritten Rings (37) zwischen der Rippe (31) des ersten Rings (30) und dem scheibenförmigen Ring (34) und die Rippe (39) des vierten Rings (38) zwischen dem scheibenförmigen Ring (34) und der Rippe (33) des zweiten Rings (32) ver­ läuft.

11. Strahlapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß sich zwischen dem dem vorderen Ende des Rotors (3) benachbarten Wälzlager (42) und der Strahldüse (14) ein Ringspalt (48) erstreckt, in den der wenigstens eine Abluftkanal (23, 24) mündet.

12. Strahlapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Strahldüse (14) auf das vordere Ende des Rotors (3) aufgeschraubt ist und daß zwischen der Strahldüse (14) und dem Gehäuse (2) ein Axialspalt (50), vorhanden ist, in den der Ringspalt (48) ein­ mündet.

13. Strahlapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Gehäuse (2) außen im wesentlichen zylin­ drisch ist.

14. Strahlapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Strahldüse (14) mit einem Kragen (52) versehen ist, der außen das Gehäuse (2) ein Stück weit unter Ausbildung eines Ringspalts (54) über­ greift.

15. Strahlapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Gehäuse (2) aus mehreren miteinander verbundenen und zueinander koaxialen rohrförmigen Ab­ schnitten (6, 7, 8) besteht, die vorzugsweise mitein­ ander verschraubt sind.

16. Strahlapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Gehäuse (2) am hinteren Ende des Rotors (3) mit einem Deckel (4) versehen ist, in dem An­ schlußnippel (18) für den Druckluftkanal (19) und ein Anschlußnippel (13) für den Zuleitungskanal (12) befindet.

17. Strahlapparat (1)
mit einem Gehäuse (2)
einem in dem Gehäuse (2) drehbar gelagerten Rotor (3), der eine aus dem Gehäuse (2) herausragende Strahldüse (14) trägt, die wenigstens zwei Strahlöff­ nungen (16, 16′) aufweist und der ein Gemisch aus Strahlgut und Fluid zuführbar ist, und
einer mit dem Rotor in Antriebsverbindung stehenden Antriebseinrichtung (17) , über die die Düse (14) bezüglich einer Drehachse (10) rotierend antreibbar ist,
wobei wenigstens eine der Strahlöffnungen (16) bezüglich der Drehachse (10) asymmetrisch angeordnet ist.

18. Strahlapparat nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich­ net, daß wenigstens eine der Strahlöffnungen (16, 16′) außerhalb der Drehachse (10) angeordnet ist, so daß die betreffende Strahlöffnung (16′) eine umlau­ fende Bewegung ausführt.

19. Strahlapparat nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich­ net, daß die Strahlöffnung (16) bei ihrer Mündung oval ist.

20. Strahlapparat nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich­ net, daß die Strahlöffnung (16′) bei ihrer Mündung kreisrund ist.

21. Strahlapparat nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich­ net, daß an der Strahldüse (14) wenigstens zwei Strahlöffnungen (16, 16′) vorgesehen sind, die in ihrer Form übereinstimmen.

22. Strahlapparat nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich­ net, daß wenigstens zwei Strahlöffnungen (16, 16′) vorgesehen sind, die in ihrer Größe übereinstimmen.

23. Strahlapparat nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich­ net, daß wenigstens zwei Strahlöffnungen (16, 16′) vorgesehen sind, die in ihrer Form voneinander ab­ weichen.

24. Strahlapparat nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich­ net, daß die ovale Strahlöffnungen (16b) die Dreh­ achse (10) enthält und sich in radialer Richtung ausdehnt und daß die beiden runden Strahlöffnungen (16b′, 16b′′) auf den Schenkeln eines spitzen Winkels liegen, der sich in der entgegengesetzten radialen Richtung öffnet.

25. Strahlapparat nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich­ net, daß zwei ovale Strahlöffnungen (16c′, 16c′′) vorgesehen sind, die im Abstand parallel zueinander angeordnet sind und zwischen denen eine runde Strahl­ öffnung (16c′′′) außerhalb der Drehachse (10) ange­ ordnet ist.

26. Strahlapparat nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich­ net, daß an der Strahldüse (14) eine ovale Strahlöff­ nungen (16d) vorgesehen ist, die mit ihrer Längsseite rechtwinklig zu der auf die Drehachse (10) bezogenen Radialenrichtung ausgerichtet ist, und daß in der entgegengesetzten Radialenrichtung eine runde, außer­ halb der Drehachse (10) liegende Strahlöffnung (16d′) vorgesehen ist.