DE60209083T2

DE60209083T2 - Wasserstrahlapparat und zugehöriges Verfahren

Info

Publication number: DE60209083T2
Application number: DE60209083T
Authority: DE
Inventors: Andrew Tecumseh Noestheden
Original assignee: Valiant Corp
Current assignee: Valiant Corp
Priority date: 2001-02-14
Filing date: 2002-02-12
Publication date: 2006-11-02
Anticipated expiration: 2022-02-13
Also published as: EP1232803B1; ES2299108T3; MXPA02001601A; DE60224120D1; DE60209083D1; ES2258597T3; EP1232803A3; CA2370449A1; EP1676648A1; DE60224120T2; EP1676648B1; US6789748B2; EP1232803A2; CA2370449C; US20020109020A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft generell einen Hochdruckwasserstrahler von hoher Geschwindigkeit.
Es gibt viele bekannte Wasserstrahler, die für verschiedene Zwecke Verwendung finden. Diese Wasserstrahler erzeugen Wasserdruck in Form eines Hochdruckwasserstrahls von hoher Geschwindigkeit für viele verschiedene Anwendungen wie z.B. zu Reinigungszwecken oder auch zum Schneiden. Solche Vorrichtungen sind z.B. aus US-A-4135669 und US-A-4222522 bekannt, deren Merkmale in der Präambel von Anspruch 1 enthalten sind. Diese bekannten Geräte bilden Herkömmlicherweise den Hochdruckwasserstrahl mit einer Hochdruckpumpe, zu deren Antrieb ein Hochleistungsmotor erforderlich ist. Solche Hochdruckpumpen brauchen oft Motoren mit einer Leistung von 200 kW (150 PS) oder noch mehr.
Da solche bekannten Wasserstrahler sehr große Hochleistungspumpen sowie leistungsstarke Motoren zum Antrieb der Pumpen erfordern, sind solche Wasserstrahler nicht nur mit hohen Herstellungs- und Anschaffungskosten verbunden, sondern sind auch kostenaufwändig im Betrieb
Da Hochleistungswasserstrahler von hoher Geschwindigkeit derartige Nachteile aufweisen, werden für Anwendungen wie zur Reinigung von maschinellen Teilen wie Motorblocks, Kurbelwellen und dergleichen im Maschinenbau oft Niedrigdruckwasserstrahler eingesetzt. Diese bekannten Niedrigdruckwasserstrahler von niedriger Geschwindigkeit sind nicht in der Lage, die bei manchen Maschinenteilen wie z.B. Motorblocks anfallenden Metallfeilspäne restlos zu beseitigen.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht einen Wasserstrahler vor, der die oben genannten Nachteile der bekannten Vorrichtungen behebt und sich besonders für das Abwaschen bzw. Entfernen von Metallfeilspänen von maschinellen Teilen wie z.B. Motorblocks eignet.
Nach einem Aspekt der Erfindung besteht der Wasserstrahler aus einem ein Reservoir bildenden Tank, der mit Wasser oder einer anderen Flüssigkeit gefüllt ist. Ein lang gestrecktes Leitungsrohr ist an einem Ende mit dem Reservoir Flüssigkeits- verbunden und am anderen Ende mit einer Düse verbunden. Diese Düse hat zusätzlich eine Öffnung, deren Querschnitt kleiner ist als der Querschnitt der Leitungsrohröffnung und vorzugsweise kleiner ist als ein Hundertstel des Querschnitts der Leitungsrohröffnung.
Zwischen dem Reservoir und dem Leitungsrohr ist ein Ventil reihengeschaltet, das zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position bewegbar ist. Das Reservoir ist außerdem mit einem Luftdruck im Bereich von 2–20 bar beaufschlagt. Wenn das Ventil in seine geöffnete Position bewegt wird, wird daher durch den Luftdruck im Reservoir Wasser aus dem Reservoir durch das Leitungsrohr und in Richtung Düse gepumpt. Wenn dieser Wasserstrom die Düse erreicht, fließt infolge der verkleinerten Öffnungsfläche der Düse ein Wasserstrom mit hoher Geschwindigkeit durch das Leitungsrohr. Dieser Wasserstrahl kann für viele Anwendungen wie z.B. das Waschen maschineller Teile eingesetzt werden.
Um die Turbulenz des Wasserstroms durch das Leitungsrohr zu verhindern oder zumindest auf ein Mindestmaß zu beschränken, wenn das Ventil geöffnet wird, ist vorzugsweise am Leitungsrohr anschließend an die Düse oder an der Düse ein Entlüftungskreislauf eingeschaltet. Dieser Entlüftungskreislauf leitet Luft aus dem Leitungsrohr ab, während das Wasser durch das Leitungsrohr und in Richtung Düse strömt, und er beschränkt die Turbulenz des Wasserstroms, die sonst durch die im Leitungsrohr eingeschlossene Luft verursacht würde, auf ein Mindestmaß. Bei einer Ausführungsform der Erfindung gehört zum Entlüftungskreislauf eine Vakuumpumpe, die aktiv Luft aus dem Leitungsrohr absaugt.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, wobei
1 zeigt eine seitliche Schnittansicht der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine ähnliche Ansicht wie in 1, zeigt jedoch die Funktion der Erfindung nach der anfänglichen Öffnung des Ventils;
3 ist eine ähnliche Ansicht wie in 2 und zeigt weiterhin die Funktionsweise der dargestellten Anordnung der vorliegenden Erfindung;
4 ist eine grafische Darstellung der Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Unter Bezugnahme auf 1 wird ein Wasserstrahler 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, der einen Tank 12 enthält, welcher ein Reservoir 14 bildet. Das Reservoir 14 ist mit einer Flüssigkeit, typischerweise Wasser, so weit gefüllt, dass (wie in 1 oben gezeigt) im oberen Teil des Tanks 12 ein Lufteinschluss 16 gebildet wird.
Ein lang gestrecktes Leitungsrohr 18 hat eine Ende 20 (ein Zufluss Ende), das mit dem Reservoir 14 an einem Auslass des Tanks 12 verbunden ist. Ein Ventil 22 ist zwischen dem Ende 20 des Leitungsrohrs 18 und dem Reservoir 14 Flüssigkeits- verbunden und reihengeschaltet. Vorzugsweise ist dieses Ventil 22 ein Absperrventil, das von einem Aktuator 24 zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position bewegt wird. In seiner geschlossenen Position (1) verhindert das Absperrventil 22, dass Flüssigkeit vom Reservoir 14 durch das Leitungsrohr fließen kann, während es umgekehrt in seiner offenen Position (2) zulässt, dass die Flüssigkeit unbehindert vom Reservoir 14 und durch das Leitungsrohr 18 fließen kann.
Weiterhin unter Bezugnahme auf 1 ist am anderen Ende 28 (dem Abfluss Ende) des Leitungsrohrs eine Düse 26 befestigt. Diese Düse 26 hat eine Öffnung 30 an ihrem Abfluss Ende, die einen kleineren Querschnitt hat als das Leitungsrohr 18 auf Ebene der normalen Fließrichtung. Vorzugsweise ist die Fläche der Düsenöffnung 30 im Größenbereich von einem Hundertstel der Querschnittsfläche des Leitungsrohrs 18.
Im Wesentlichen verläuft das Leitungsrohr 18 in einer geraden Linie vom Ventil 22 zur Düse 26, um die Turbulenz des durch das Leitungsrohr fließenden Wassers auf ein Mindestmaß zu beschränken. Außerdem ist anschließend an die Düse oder an der Düse 26 ein Entlüftungskreislauf 34 mit dem Inneren des Leitungsrohrs 18 Flüssigkeits- verbunden. Dieser Entlüftungskreislauf 34 leitet Luft aus dem Leitungsrohr 18 ab, während das Wasser durch das Leitungsrohr 18 fließt. Der Entlüftungskreislauf 34 kann außerdem eine Vakuumpumpe enthalten, die Luft aus dem Innern der Leitung 18 aktiv absaugt.
Weiterhin unter Bezugnahme auf 1 beaufschlagt ein Druckregelmittel 36 wie z.B. eine Luftpumpe den Lufteinschluss 16 im Tank 12 mit einem vorgegebenen Druck. Vorzugsweise liegt dieser Druck im Bereich von 2–20 bar. Außerdem ist die Querschnittfläche des Tanks 12 vorzugsweise um ein Mehrfaches größer als die Querschnittfläche des Leitungsrohrs 18, sodass der Arbeitsdruck am Ende 20 des Leitungsrohrs 18 um ein Mehrfaches stärker ist als der Druck im Lufteinschluss 16.
Unter Bezugnahme auf 1 und 2 wird das Ventil 22 von seiner geschlossenen Position (1) in seine offene Position (2) bewegt, wenn eine Aktivierung des Wasserstrahlers gewünscht ist. Dabei fließt das Wasser bzw. eine andere Flüssigkeit im Reservoir 14 abwärts durch das Ventil 22 in das Leitungsrohr 18. Der Wasserstrom durch das Leitungsrohr 18 beschleunigt sich und bildet im Inneren des Leitungsrohrs 18 eine Wasserfläche (2). Während das Wasser durch das Leitungsrohr 18 fließt, saugt der Entlüftungskreislauf 34 Luft aus dem Inneren des Leitungsrohrs 18, sodass die im Leitungsrohr 18 enthaltene Luft weder den Wasserstrom durch das Leitungsrohr dämpft noch Turbulenz des durch die Leitung fließenden Wasserstroms erzeugt.
Unter Bezugnahme auf 3 reduziert die Düse 26 den Wasserstrom von der Querschnittsfläche des Leitungsrohrs 18 auf die reduzierte Fläche der Düsenöffnung 30, wenn das Wasser durch das Leitungsrohr 18 fließt und auf die Düse 26 stößt. Dadurch wird an der Düsenöffnung 30 ein Hochdruckwasserstrahl 40 von hoher Geschwindigkeit erzeugt.
4 zeigt eine grafische Darstellung des Wasserstrahls 40 als Zeitfunktion gemessen. 4 zeigt, dass wenn das Wasser durch das Leitungsrohr 18 erstmalig auf die Düse 26 stößt, ein extrem hoher Druck von beispielsweise 667 bar erzeugt wird, mit dem das Wasser die Düse verlässt (siehe Punkt 42 in 4). Danach verringert sich der Druck des Wasserstrahls 40, bis der Kreislauf vollständig ist.
Eine praktische Anwendung für den erfindungsgemäßen Wasserstrahler 10 ist die Reinigung von maschinellen Teilen wie Motorblocks zur Entfernung von Metallfeilspänen und anderen nach der spanenden Bearbeitung im Laufe der Herstellung hinterlassenen Rückständen. Angenommen, das Leitungsrohr 18 hat einen Innendurchmesser von 100 mm und die Düsenöffnung 30 hat einen Durchmesser von 8 mm, dann erzeugt die Beaufschlagung mit einem Druck von 10 bar im Lufteinschluss 16 des Tanks 12 einen Wasserstrom durch das Leitungsrohr 18, der auf einer ca. 1,8 m langen geraden Strecke des Leitungsrohrs 18 eine Geschwindigkeit von ca. 88 km/h erreichen kann. Dieser Wasserstrom entspricht einem Druck von ca. 667 bar am Wasserstrahl 40. Wenn also der Wasserstrahler 10 zur Reinigung maschineller Teile verwendet wird, genügt dieser anfängliche Druck des Wasserstrahls, um alle Metallfeilspäne zu entfernen, die in den Hohlräumen der maschinellen Teile wie z.B. Motorblocks vorhanden sind, und anschließend alle Rückstände wie Metallfeilspäne aus den maschinellen Teilen heraus zu spülen.
Aus dem Vorhergehenden ist ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung einen einfachen aber äußerst effektiven Wasserstrahler zum Gegenstand hat.

Claims

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitsstrahl-Vorrichtung, bestehend aus einem Tank (12), der ein Reservoir (14) bildet, wobei das Reservoir mit einer Flüssigkeit gefüllt wird; einem langgestreckten Leitungsrohr (18) mit einem Ende (20), das mit dem Reservoir flüssigkeitsverbunden ist; einer Düse (26), die mit dem anderen Ende (28) des Leitungsrohrs verbunden ist; einem Ventil (22), das zwischen dem einen Ende des Leitungsrohrs und dem Reservoir reihengeschaltet ist, wobei das Ventil zwischen einer offenen Position, in der Flüssigkeit frei vom Reservoir durch das Leitungsrohr fließen kann, und einer geschlossenen Position, in der das Absperrventil verhindert, dass Flüssigkeit vom Reservoir in das Leitungsrohr fließen kann, bewegbar ist; einem Mittel (36) zur Beaufschlagung des Vorratsbehälters mit einen vorgegebenen Druck; einem Mittel (24) zur Aktivierung des Ventils zwischen der offenen und der geschlossenen Position, wobei die Flüssigkeitsstrahl-Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass sie weiterhin besteht aus: einem Mittel zur Entlüftung des Leitungsrohrinneren, nachdem das Ventil in die offene Position gerückt wird und wenn die Flüssigkeit aus dem Leitungsrohr durch den Absperrkanal und in Richtung Düse fließt, wobei das Entlüftungsmittel aus einem Entlüftungskreislauf besteht, der anschließend an die Düse auf der Abführseite des Ventils mit dem Leitungsrohr Flüssigkeits- verbunden ist; und wobei die Düse eine Öffnung mit einem Querschnitt aufweist, der kleiner ist als die Querschnittsfläche des Leitungsrohrs.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche der Düsenöffnung kleiner ist als ein Hundertstel des Leitungsrohrquerschnitts.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Druck im Bereich von 2–20 bar liegt.