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Die
vorliegende Erfindung betrifft den Bereich der Zerstäubungsdüsen und
insbesondere der landwirtschaftlichen Zerstäubungsdüsen. Die vorliegende Erfindung
betrifft insbesondere eine streuverlustsichere Zerstäubungsdüse, bei
der die Verluste an zerstäubtem
Produkt begrenzt sind.
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Es
gibt gegenwärtig
verschiedene Vorrichtungen, die das Ziel haben, eine gute Besprühung und
eine gute Verteilung der verschiedenen Pflanzenschutzprodukte, wie
Dünger,
Herbizide, Fungizide oder auch Insektizide, auf allen Kulturen zu
gewährleisten.
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Das
bisher am meisten verwendete Verfahren, das die besten Ergebnisse
liefert, besteht darin, dass diese Pflanzenschutzprodukte, im Nachstehenden "Flüssigkeiten" genannt, unter relativ
hohen Drücken
auf die Kulturen aufgesprüht
werden. Unter "Flüssigkeiten" ist jedes Medium
zu verstehen, das zerstäubt
werden kann, und insbesondere jede Lösung oder Suspension unabhängig von
ihrer Viskosität
und ihrer Oberflächenspannung.
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Bei
der vorliegenden Beschreibung versteht man unter "Kultur" nicht nur große Kulturen,
wie z.B. Getreidekulturen, sondern auch jeden anderen Kulturtyp,
wie beispielsweise Obstbau, Weinbau usw.
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Das
Prinzip der Zerstäubung
nutzt die Eigenschaften der Flüssigkeiten
aus, und zwar die Tatsache, dass sie undehnbar und unkomprimierbar
sind und dass sie keine eigene Form haben, sondern sich an die Form,
die sie durchqueren, anschmiegen. Die Zerstäubung besteht insbesondere
darin, dass eine Flüssigkeitsader
in eine Vielzahl von mehr oder weniger feinen Tröpfchen verteilt wird.
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Gewöhnlich bestehen
die Zerstäubungsvorrichtungen
aus einem die Flüssigkeit
enthaltenden Behälter,
einer Kammer zum Unterdrucksetzen der Flüssigkeit, einem oder mehreren
Ausstoßrohren und
an deren Ende Zerstäubungsdüsen. Die
Düsen haben
vor allem die Aufgabe, eine Zerteilung der Flüssigkeit zu gewährleisten,
wobei sie gleichzeitig den Durchsatz, die Größe der Tropfen sowie den Zerstäubungswinkel
regeln.
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In
der Praxis wird der Durchsatz hauptsächlich durch den Querschnitt
der Durchgangsöffnung der
Düse bestimmt,
er hängt
jedoch auch von den Eigenschaften der zerstäubten Flüssigkeit selbst ab, und zwar
ihrer Dichte, ihrer Viskosität
oder auch ihrer Oberflächenspannung.
Es liegt nämlich
auf der Hand, dass der Zerstäubungsdurchsatz
bei konstantem Druck um so kleiner ist, je dichter oder viskoser eine
Flüssigkeit
ist. Was die Oberflächenspannung unter
der Einwirkung der intermolekularen Kräfte anlangt, so verhält sich
die freie Oberfläche
der Flüssigkeiten
wie eine dünne
elastische Membran, die bestrebt ist, die kleinstmögliche Ausdehnung
zu haben. Dies hat zum Ergebnis, dass eine Flüssigkeit, deren Oberflächenspannung
sehr hoch ist, schwer zerstäubbar
ist, und der Versorgungsdruck beträchtlich erhöht werden muss, um eine angemessene
Zerstäubung
gewährleisten
zu können.
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Die
Wahl einer Tropfengröße, auch
Korngröße genannt,
ist ebenfalls von Bedeutung. Beispielsweise bei einer Zerstäubung, die
einen maximalen Austausch zwischen der zerstäubten Flüssigkeit und ihrer unmittelbaren
Umgebung verlangt, ist es erforderlich, einen Düsentyp zu wählen, der die größte Tröpfchenfeinheit
bietet. Wenn dagegen das gesuchte Ziel eine gezielte Zerstäubung auf
große
Entfernung ist, ist es erforderlich, den Düsentyp zu wählen, der relativ große Tröpfchen ergibt.
Außerdem
muss der gewählte
Düsentyp
den Zerstäubungsdurchsatz berücksichtigen,
denn der Durchsatz ist um so kleiner und der Druck um so höher, je
mehr die Größe der Tröpfchen dazu
neigt, abzunehmen.
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Schließlich ist
ein Mindestdruck unerlässlich, damit
der Zerstäubungswinkel
korrekt gebildet wird. Ein unzureichender Druck gibt den Flüssigkeitsteilchen
nicht genug kinetische Energie, um einen korrekten Strahl zu bilden,
und ein zu hoher Druck bringt eine Verringerung des gebildeten Winkels
mit sich.
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Die
Steuerung dieser Parameter reicht jedoch nicht aus, um einen guten
Zerstäubungswirkungsgrad
zu gewährleisten,
da noch andere äußere Erscheinungen
hinzukommen. Abgesehen von den Problemen, die mit einer schlechten
Verwendung der Düsen,
mit dem Auswaschen der Böden
oder auch mit einem ungesteuerten Verschleiß der Düsen verbunden sind, tritt eine
Streuverlusterscheinung auf.
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Die
Streuverlusterscheinung, die allgemein in einem Verstreuen der zerstäubten Flüssigkeit
in der Luft besteht, ist ein Problem, das seit langem untersucht
wird und es wurden zahlreiche Versuche unternommen, um eine Zerstäubungsdüse zu schaffen, die
den Streuverlust des Produkts maximal begrenzt.
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Eine
nicht vernachlässigbare
Flüssigkeitsmenge
kann nämlich
infolge dieses Streuverlusts vom Ziel weggestreut werden, und um
dem abzuhelfen, neigt der Benutzer dazu, die zerstäubte Flüssigkeitsmenge
zu erhöhen,
was für
die Umwelt nur schädlich
sein kann.
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Es
wurde nachgewiesen, dass die Streuverlusterscheinung zum Teil mit
der Korngröße der Tropfen
im Bereich des Austritts der Düse
verbunden ist. Insbesondere sind die Tropfen um so weniger empfindlich
für einen
Streuverlust, je größer ihr
Durchmesser ist. Ein Mittel zur Begrenzung des Streuverlusts besteht
also darin, im Inneren der Düse
einen Lastverlust zu erzeugen, indem beispielsweise eine Dekompressionskammer
gebildet wird, die auf diese Weise gestattet, wie oben beschrieben
wurde, Tröpfchen
von größerem Durchmesser
zu erhalten.
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Die
Zerstäubungsdüsen sind
also hinsichtlich der Wirksamkeit der Zerstäubung von vorrangiger Bedeutung.
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Es
gibt gegenwärtig
mehrere Typen von Düsen,
die allgemein in zwei Gruppen eingeteilt werden können, und
zwar in Abhängigkeit
von der Form der Strahlen, die sie bilden können, und zwar flache Strahlen
oder konische Strahlen.
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Flache
Strahlen werden durch die Verwendung von "Schlitzdüsen" erhalten, die im Allgemeinen auf dem
Prinzip des Aufschlags arbeiten, d.h. eine oder mehrere Fluidadern
mit einer Eigengeschwindigkeit werden durch ein beliebiges Mittel
dazu gebracht, mit einer Wand oder miteinander so in Kontakt zu
kommen, dass ein Zerstäubungsstrahl
gebildet wird, der Eigenmerkmale besitzt, die von den Parametern
des Fluids, der Geometrie der Wand oder dem Medium, in dem der Strahl
abgegeben wird, abhängen.
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Derartige
Düsen bestehen
im Allgemeinen aus einem Aufspritzer oder Einspritzer und einem
Kalibrierungsplättchen.
Der Aufspritzer/Einspritzer und das Kalibrierungsplättchen können gegebenenfalls bei
manchen Anwendungen mit einem Venturisystem gekoppelt sein.
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Die
Hauptaufgabe des Aufspritzers/Einspritzers ist es, die Bildung der
Tröpfchen
zu gewährleisten
und den Zerstäubungswinkel
zu ändern.
Der Zusatz eines Kalibrierungsplättchens
gestattet es allgemein, den Durchsatz der Zerstäubung zu ändern.
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Es
ist zu bemerken, dass derartige Unterscheidungen hinsichtlich der
jeweiligen Funktionen der verschiedenen die Düsen bildenden inneren Elemente
rein theoretisch sind. In der Praxis ist zu verstehen, dass die
Gesamtheit der erhaltenen Funktionen bei einem gegebenen Düsentyp sich
nicht aus dem Nebeneinandersetzen der jeweiligen Funktionen jedes
der Bestandteile ergibt, sondern aus der Kombination dieser Funktionen,
die zu einem gemeinsamen Ergebnis führt. Eine derartige Funktionsunterscheidung
wird hier nur zum Zweck der Klarheit vorgenommen, um das Verständnis der
vorliegenden Erfindung zu erleichtern.
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Um
auf die Schlitzdüsen
zurückzukommen: je
nach den ins Auge gefassten Anwendungen kann es wünschenswert
sein, ihnen ein Venturi beizugeben, d.h. eine Struktur, deren Querschnitt
ein Minimum passiert, was gestattet, das Zerplatzen der zerstäubten Blasen
auf dem Ziel zu gewährleisten,
wobei gleichzeitig ihre Geschwindigkeit erhöht wird.
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Diese
Düsen sind
jedoch bei identischen Eigenschaften der Streuverlustsicherheit
infolge des erhaltenen flachen Wegs nicht voll befriedigend. Ein solcher
Weg bietet nämlich
eine schlechte Durchdringung der Vegetation, was für manche
Anwendungen ungeeignet sein kann.
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Außerdem überschreiten
die Arbeitsdrücke bei
den Schlitzdüsen
nicht 5 bar, und ihr Aufbau ist nicht darauf eingestellt, lange
Zeit Drücken
standzuhalten, die von 10 bis 25 bar gehen können.
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Ferner
wurde beobachtet, dass Zerstäubungsstrahlen,
die hohle oder volle Kegel bilden, weniger anfällig für Streuverlusterscheinungen
als die gebräuchlichen
Strahlen sind, wie die flachen oder geradlinigen Strahlen, die mit
diesen Schlitzdüsen
erhalten werden.
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Die
Düsen mit
so genannter konischer Zerstäubung
arbeiten im Allgemeinen auf dem Prinzip der Kreiselbewegung des
Fluids, d.h. die Flüssigkeit wird
im Inneren der Düse
in Drehung versetzt, was es gestattet, am Austritt der Düse einen
Strahl mit voller oder hohler konischer Form zu erhalten, der eine
große
Oberfläche
bedeckt.
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Diese
Düsen bestehen
im Allgemeinen aus einem Teil, das Konvergenzteil genannt wird,
das für die
Bildung der Tropfen sowie des Zerstäubungswinkels verantwortlich
ist, und aus einem Teil, Divergenzteil genannt, das für die Größe der Tropfen,
aber auch des Zerstäubungsdurchsatzes
verantwortlich ist. Wie im Fall der Schlitzdüsen kann ein Venturi hinzugefügt werden.
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Man
kennt ferner streuverlustsichere Düsen, die abgesehen von einem
Divergenzteil und einem Konvergenzteil ein Kalibrierungsplättchen aufweisen. Eine
solche Struktur hat die Wirkung, dass die Funktion des Divergenzteils
auf die Größe der Tropfen
beschränkt
wird, wobei der Durchsatz seinerseits durch dieses Kalibrierungsplättchen gesteuert
wird.
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Die
Divergenzteile liegen im Allgemeinen in der Form einer Schraube
vor, die allgemein zwei Flügel
oder mehr haben kann, wobei jeder Flügel mit dem ihm direkt benachbarten
Flügel
einen Kanal begrenzt, durch den die zerstäubte Flüssigkeit fließt. Derartige
Schrauben werden gewöhnlich "Seitenkanalschrauben" genannt.
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Wenn
die Flüssigkeit
unter Druck in die Düse eingeführt wird,
folgt diese den zwischen diesen Blättern gebildeten Seitenkanälen, was
die axiale Energie des Strahls in eine zentrifugale Energie umwandelt.
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Außerdem erhöht die Tatsache,
dass ein Divergenzteil passiert wird, den Lastverlust stromauf des
Konvergenzteils, was gestattet, Tröpfchen mit größerem Durchmesser
zu erhalten, und um so mehr die Streuverlusterscheinung begrenzt.
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Obwohl
diese Düsen
einen tatsächlichen Fortschritt
hinsichtlich des Kampfes gegen die Streuverlusterscheinung der zerstäubten Flüssigkeiten
bilden, besitzen sie dennoch einige Nachteile.
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Die
Herstellung solcher Düsen
erfordert nämlich,
dass diese von einer relativ großen Größe sind, was im Fall von landwirtschaftlichen
Düsen beispielsweise
bei dem Durchgang durch eine Vegetation, in der Düsen, die
aus Schutzgehäusen
herausragen, sich verhaken und brechen können, einen großen Nachteil
darstellt. Abgesehen davon, dass es erforderlich ist, einen Raum
zu lassen, um die Flüssigkeit
von der Achse des Venturi zum Umfang der Schraube übergehen
zu lassen, ist diese Schraube besonders empfindlich und schwer auf
einem großen Durchsatzbereich
zu dimensionieren, ohne dass Nachteile hinsichtlich der Länge der
Düse oder
der kinetischen Energie der Flüssigkeit
bestehen.
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Außerdem sind
die bestehenden Düsen
dieses Typs, die gegenüber
einer Verstopfung besonders empfindlich sind, zu Reinigungszwecken
nicht abmontierbar, was ziemlich geringe Zerstäubungswirkungsgrade zur Folge
hat, beispielsweise wenn ein relativ viskoses Produkt verwendet
wurde. Zahlreiche verwendete Produkte neigen nämlich dazu, sich am Ende der
Behandlung abzulagern und auf diese Weise die Öffnungen zu verstopfen.
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Die
Tatsache, dass die Düsen
nicht abmontierbar sind, hat auch noch zur Folge, dass jede Düse durch
die Herstellung festgelegte eigene Merkmale besitzt, und dass es
nicht möglich
ist, eines dieser Merkmale in Abhängigkeit von den Anforderungen
zu ändern.
Beispielsweise kann eine gegebene Düse nur für einen gegebenen Druckbereich
verwendet werden.
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Es
gibt also bisher keine Zerstäubungsdüse kleiner
Größe, die
demontiert werden kann, gereinigt werden kann und bei Hochdruck
(20 bar) wie bei Niederdruck (3 bar) verwendet werden kann.
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Man
kennt aus
FR 1 512 626 eine
Zerstäubungsdüse gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Ziel
der vorliegenden Erfindung ist es, alle diese Nachteile des Stands
der Technik durch Schaffung einer Zerstäubungsdüse zu beseitigen, bestehend
auf an sich bekannte Weise aus einem Körper, der einen axialen Hohlraum
begrenzt und an einem seiner Enden eine Eintrittsöffnung für die zu
zerstäubende
Flüssigkeit
und am anderen Ende eine Zerstäubungsöffnung aufweist,
wobei diese Düse,
bezogen auf die Strömungsrichtung
der Flüssigkeit,
von vorne nach hinten, in ihrem Hohlraum aufgenommen, umfasst: ein
Plättchen
mit einem axialen Durchgang zur Kalibrierung des Flüssigkeitsstroms,
der direkt mit der Eintrittsöffnung
verbunden ist, ein so genanntes Divergenzteil, dessen Geometrie
dafür ausgelegt ist,
den Flüssigkeitsstrom
in Fäden
zu teilen und diese in Drehung zu versetzen, und ein so genanntes Konvergenzteil
mit einem axialen Durchgang, der mit der Zerstäubungsöffnung in Verbindung ist und
dessen Geometrie dafür
ausgelegt ist, diese Fäden
zu einem einzigen Strahl zu sammeln und zur Bildung des gewünschten
Zerstäubungswinkels
beizutragen, wobei das Kalibrierungsplättchen mit einem Stopfen fest verbunden
ist, der in den Hohlraum des Düsenkörpers luftdicht
eingesetzt ist, wobei das Divergenzteil ein unabhängiges Teil
ist, das in dem Hohlraum des Düsenkörpers in
einer solchen Höhe
blockiert ist, dass zwischen dem Divergenzteil und dem Konvergenzteil
eine Kammer gebildet wird, und das Konvergenzteil mit dem Düsenkörper fest
verbunden ist, wobei die Düse
gemäß der Erfindung
dadurch gekennzeichnet ist, dass das Divergenzteil in dem Hohlraum des
Düsenkörpers ausgangsseitig
durch einfache Anlage an einer ein geeignetes Profil aufweisenden Zone
der Wand des Hohlraums und eingangsseitig durch den Stopfen blockiert
ist.
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Bei
einer besonderen Ausführungsform weist
der Stopfen mindestens eine aus dem Düsenkörper herausragende Greifzone
auf.
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Auf
diese Weise ist es gemäß der vorliegenden
Erfindung möglich,
den Stopfen aus der Düse
zu ziehen, und zwar dank des Vorhandenseins einer zu diesem Zweck
vorgesehenen Greifzone, und das Divergenzteil vom Düsenkörper zu
trennen. Eine solche Trennung gestattet es – abgesehen davon, dass die
Einheit des Düsenkörpers, das
Divergenzteil und das Konvergenzteil zugänglich werden, um sie insgesamt
zu reinigen –,
der Düse
eine modulare Struktur zu verleihen, die den Ersatz des Divergenzteils
durch ein anderes Divergenzteil mit anderen Merkmalen möglich macht,
und zwar insbesondere zur Anpassung der Düse an den Druck, der verwendet
wird.
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In
der Praxis sind das Kalibrierungsplättchen, das Divergenzteil und
das Konvergenzteil so ausgebildet, dass einerseits zwischen dem
Plättchen und
dem Divergenzteil und andererseits zwischen dem Divergenzteil und
dem Konvergenzteil eine erste und eine zweite Kammer gebildet werden.
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Die
erste Kammer hat als erste Aufgabe, die Ausweitung der Flüssigkeit
vom Plättchen
zum Divergenzteil zu gewährleisten.
Eine zweite Funktion dieser ersten Kammer im Fall der Verwendung
eines Venturi ist, die Mischung zwischen der Flüssigkeit und der von dem Venturi
zugeführten
Luft zu gestatten und damit die Bildung der Tropfen zu begünstigen.
Diese Kammer liegt bei einer bevorzugten Ausführungsform in der Form eines
Trichters vor, dessen enger Teil eingangsseitig gerichtet ist, jedoch
auch in jeder beliebigen Form vorliegen kann, sofern sie nicht die Öffnungen
des Divergenzteils bedeckt.
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Was
die zweite Kammer betrifft, so ist diese für das In-Drehung-Versetzen der Flüssigkeit
erforderlich. Infolge dieser Kammer entsteht nämlich eine natürliche Luftansaugung über die
Zerstäubungsöffnung und
das Konvergenzteil, was zur Bildung einer "Luftsäule" im Inneren dieser zweiten Kammer führt. Die
aus dem Divergenzteil austretende Flüssigkeit, die einer Zentrifugalkraft
ausgesetzt ist, bildet eine Schicht um diese Luftsäule herum
und setzt sich infolgedessen in gleichmäßige Drehung nach der Art eines "Tornados". Die Flüssigkeit
kann nun über
die Zerstäubungsöffnung der
Düse in
der Form eines rotierenden konischen Strahls ausgestoßen werden.
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Gemäß einer
praktischen Ausführungsform der
Erfindung nimmt die Zone mit geeignetem Profil der Wand des Hohlraums
die Form einer Schulter oder einer konischen Auflagefläche an.
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Das
Divergenzteil ist vorzugsweise auf seinem ganzen Umfang ausgangsseitig
mit dem Düsenkörper und
eingangsseitig mit dem Stopfen in glattem Kontakt.
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Gemäß einer
anderen möglichen
Ausführungsform
ist das Divergenzteil direkt auf dem Stopfen beispielsweise durch
Verschrauben, Verklammern usw. blockiert. Diese Blockierung des
Divergenzteils auf dem Stopfen kann mit der Auflage auf einer Zone
mit geeignetem Profil des Hohlraums des Düsenkörpers kombiniert sein oder
nicht. Wenn das Divergenzteil nur an dem Stopfen blockiert ist und
auf diese Weise über
dem Konvergenzteil "aufgehängt" ist, muss die Befestigungsart
so fest sein, dass sie dem von der Strömung der zu zerstäubenden
Flüssigkeit
ausgeübten
Druck standhält,
wobei sie gleichzeitig durch einen Benutzer leicht demontierbar bleibt.
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Die
Verbindung zwischen dem Divergenzteil und dem Stopfen kann stattfinden,
indem man auf der Eingangsseite des Divergenzteils eine Erhebung vorsieht,
die in einer Aussparung mit entsprechender Form, die in der Ausgangsseite
des Stopfens vorgesehen ist, aufgenommen werden kann und darin gehalten
werden kann.
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Die
Verbindung zwischen dem Stopfen und dem Divergenzteil erleichtert
nicht nur die Manipulation der verschiedenen Bestandteile der erfindungsgemäßen Düse, sondern
begünstigt
auch den Halt der einzelnen Bestandteile an ihrem Platz und in einer
gemeinsamen Achse.
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Was
den Stopfen betrifft, so muss dieser in dem Düsenkörper luftdicht gehalten sein.
Obwohl jede dem Fachmann bekannte Technik zum Gewährleisten
eines solchen Haltes verwendet werden kann, besteht ein bevorzugtes
Mittel darin, dass der Stopfen in dem Düsenkörper durch Reibung zwischen
einem Wulstring und diesem Körper
an seinem Platz gehalten wird, was die Abdichtung zwischen dem Stopfen
und dem Körper
gewährleistet.
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Die
Verwendung eines Wulstrings gestattet es, auf einfache Weise ein
hermetische Verbindung zwischen den Teilen zu gewährleisten
und ein relativ leichtes Ausziehen des Stopfens zu gestatten. Er
verhindert außerdem
jede Gefahr der versehentlichen festen Verbindung zwischen dem Stopfen
und dem Düsenkörper, die
beispielsweise im Fall der Verwendung von Schraub- oder Stecksystemen
aus Metall besteht, die dazu neigen, zu rosten und sich festzufressen.
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Ein
anderer charakteristischer Punkt der erfindungsgemäßen Düse liegt
in der Form des verwendeten Divergenzteils. Wie oben beschrieben wurde,
ist es nämlich
bekannt, Divergenzteile in der Form von Schrauben zu verwenden,
deren Blätter Kanäle begrenzen,
die die axiale Energie der zu zerstäubenden Flüssigkeit in eine zentrifugale
Energie umwandeln. Abgesehen davon, dass solche Schrauben empfindlich
sind und relativ große
Abmessungen haben, erfordern diese das Vorhandensein eines Raums,
Mischkammer genannt, um die Flüssigkeit von
der Achse des Venturi zum Umfang der Schraube übergehen zu lassen.
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Um
die Größe der erfindungsgemäßen Düse zu verringern,
besteht das verwendete Divergenzteil nicht mehr in einer Schraube,
sondern in einer Scheibe mit schrägen und/oder schraubenteilförmigen durchgehenden
Durchgängen.
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Diese
Scheibe kann flache Seiten besitzen oder in ihrer zentralen Zone
vorstehende Formen aufweisen, die im Nachstehenden beschrieben werden.
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In
der Praxis besitzt die Scheibe vorzugsweise einen Durchmesser mit
einer Abmessung von 5 bis 10 mm, wobei der Düsenkörper einen entsprechenden Innendurchmesser
für ein
Einstecken unter weicher Reibung besitzt. Was die Länge der
Düse besitzt,
so beträgt
diese vorzugsweise 11 bis 25 mm und insbesondere 18 mm.
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Die
Verwendung eines Divergenzteils, das nicht mehr die Form einer Schraube,
sondern die einer Scheibe hat, gestattet außerdem eine Verringerung der
Abmessungen und die Verwendung der erfindungsgemäßen Düse mit einem viel größeren Druckbereich
bis zu etwa 20 bar, was zuvor wegen der Empfindlichkeit der Schraube
nicht in Betracht kommen konnte, die auf das Vorhandensein von Kanten
auf jedem Kanal zurückzuführen ist.
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Es
ist zu bemerken, dass das Prinzip des Divergenzteils selbst insofern
geändert
wurde, als dieses nur noch für
die Größe der Tropfen
verantwortlich ist und nicht mehr für den Zerstäubungsdurchsatz, wobei der
letztgenannte Parameter durch das Kalibrierungsplättchen gesteuert
wird (wie es bei Schlitzdüsen
der Fall war).
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Ein
zusätzlicher
Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht also darin, dass sie
die Änderung
der Größe der Tropfen
gestattet, und gleichzeitig einen konstanten Zerstäubungsdurchsatz
beibehält.
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Wie
oben beschrieben wurde, besteht ein anderer Vorteil darin, dass
die Düse
in Abhängigkeit von
den Anforderungen mit dem einen oder dem anderen von mehreren austauschbaren
Divergenzteilen (die sich durch ihre Größe, Form, usw. unterscheiden)
ausgerüstet
werden kann.
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Jedes
Divergenzteil ist vorzugsweise umkehrbar, so dass der Benutzer sich
keine Gedanken über
die richtige Richtung des Einbaus in dem Düsenkörper machen muss.
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Wenn
das Divergenzteil jedoch nicht umkehrbar ist, besitzt es vorzugsweise
eine Markierung, die seine Eingangsseite von seiner Ausgangsseite unterscheidet.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
haben die Durchgänge
des Divergenzteils eine "Gesamtfläche" zwischen etwa 3
und etwa 15 mm2.
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Unter "Gesamtfläche" der Durchgänge ist
die Gesamtfläche
zu verstehen, die von den Aushöhlungen
eingenommen wird, d.h. von den Öffnungen
der Durchgänge
auf jeder Seite des Divergenzteils.
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In
der Praxis kann das Divergenzteil 1 bis etwa 6 Öffnungen
aufweisen, vorzugsweise besitzt es jedoch 2 bis 4. Auf jeden Fall
ist zu bemerken, dass der wichtige Punkt nicht in der Anzahl von Öffnungen
liegt, sondern in der von der Gesamtheit dieser Öffnungen eingenommenen Gesamtfläche.
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Die
Zerstäubungsöffnung des
Konvergenzteils der erfindungsgemäßen Düse kann die ebene kreisförmige Form
der Mündung
eines zylindrischen Kanals annehmen, bei vorteilhaften Ausführungsformen
jedoch kann der zylindrische Kanal ausgangsseitig in einen elliptischen
konkaven Raum oder in einen Raum ausmünden, dessen komplexe Form
sich aus einer in einer konvexen Form ausgesparten Vertiefung ergibt
und dessen Symmetrieachse zu der dieses Kanals senkrecht ist.
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Insbesondere
wird bevorzugt, dass die größte Abmessung
dieses elliptischen Raums oder des Raums von komplexer Form zwischen
etwa 1 und etwa 3 mm beträgt.
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Wie
oben beschrieben wurde, kann vorgesehen sein, mit der Grundstruktur
der erfindungsgemäßen Düse Mittel
zu kombinieren, die als Venturi dienen, um in der ersten Kammer
eine Ansaugung auszuüben.
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Insbesondere
kann vorgesehen sein, dass der Stopfen stromab des Kalibrierungsplättchens Querdurchgänge für den Lufteintritt
aufweist, die dafür
ausgelegt sind, mit im Düsenkörper vorgesehenen
Lufteintrittsöffnungen
in eine Linie zu kommen, und auf Höhe eines Durchgangs Kalibrierungsplättchen-Divergenzteil
ausmünden,
so dass ein Venturi gebildet wird.
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In
der Praxis können
die einzelnen Bestandteile der erfindungsgemäßen Düse aus jedem geeigneten, Material
hergestellt werden, wie Kunststoffe, gegossene oder gesinterte Metalle
oder auch Keramiken. Wegen ihrer Härteeigenschaften wird jedoch die
Verwendung von Keramiken bevorzugt, die aus Tonerden (Aluminiumoxiden),
Zirkonen (Zirkoniumoxiden) oder Kombinationen der beiden (Tonerde-Zirkon)
bestehen.
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Gemäß einem
anderen Aspekt sieht die vorliegende Erfindung aufgrund der Modularität der Düse ein Zerstäubungskit
vor, das eine erfindungsgemäße Düse und ein
oder mehrere zusätzliche
Divergenzteile umfasst, die sich von dem in der Düse enthaltenen
Divergenzteil durch die Anzahl der Durchgänge und/oder den Durchmesser
der Durchgänge
und/oder die Querschnittsgeometrie des Divergenzteils unterscheiden.
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Ein
solches Kit gestattet es dem Benutzer, zu geringen Kosten ein und
dieselbe Düse
bei einer großen
Anzahl von Anwendungen zu verwenden, indem lediglich das Divergenzteil
ausgetauscht wird. So kann ein und dieselbe Düse an verschiedene Drücke, Tropfengrößen, Durchsätze usw.
angepasst werden.
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Schließlich betrifft
die Erfindung auch die Verwendung einer Düse oder eines Kits der oben
beschriebenen Art in einer landwirtschaftlichen Zerstäubungsvorrichtung Die
erfindungsgemäße Düse bietet also
eine große
Anzahl von Vorteilen sowohl hinsichtlich ihrer Streuverlustsicherheit
als auch hinsichtlich der Einfachheit ihrer Verwendung und ihrer
Wartung, wobei diese Vorteile sich besser aus der folgenden ausführlichen
Beschreibung ergeben, in der auf die beiliegende Zeichnung Bezug
genommen wird. In dieser zeigen:
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1 einen
Schnitt durch eine erste Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Düse,
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2a einen
Schnitt durch eine zweite Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Düse,
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2b unterscheidet
sich von 2a nur durch die auseinandergezogene
Darstellung der Bestandteile der Düse,
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3a einen
Schnitt durch eine dritte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Düse,
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3b unterscheidet
sich von 3a nur durch die auseinandergezogene
Darstellung der Bestandteile der Düse, wobei der Düsenkörper und
das Konvergenzteil weggelassen wurden,
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4a bis 4d Unteransichten
einer Einheit von erfindungsgemäßen Divergenzeilen,
wobei unter 4a auch ein Schnitt nach der Linie
A-A von dieser 4a dargestellt ist,
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5a bis 5f Schnittdarstellungen
von verschiedenen Profilen von erfindungsgemäßen Divergenzteilen und
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6a bis 6d Schnittdarstellungen
von verschiedenen Profilen von erfindungsgemäßen Konvergenzteilen, wobei
ferner eine Unteransicht der Konvergenzteile der 6a, 6b, 6c und 6d unter
diesen Figuren gezeigt ist.
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1,
in der mit F die Strömungsrichtung des
Flüssigkeitsstroms
angegeben ist, zeigt eine Düse 11 gemäß der vorliegenden
Erfindung. Diese Düse 11 besteht
aus einem Düsenkörper 12 in
Form eines Bechers, dessen Boden eine Öffnung 13 aufweist.
Die innere Geometrie dieses Düsenkörpers 12 bestimmt
eine erste Schulter 14 und, stromabwärts in einem vorbestimmten
Abstand von dieser ersten Schulter, eine zweite Schulter 15,
so dass der Hohlraum des Düsenkörpers 12 drei
Zonen mit von der Eingangsseite zur Ausgangsseite hin abnehmendem Querschnitt
aufweist (Querschnitt Z1 stromauf der ersten
Schulter 14, Querschnitt Z2 zwischen
der ersten und zweiten Schulter 14 und 15, Querschnitt
Z3 stromab der zweiten Schulter 15).
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Die
erfindungsgemäße Düse besitzt
außerdem
ein doppelzylindrisches Teil 16, Konvergenzteil genannt,
das einen eingangsseitigen Teil mit einem Durchmesser, der knapp
kleiner als der des zweiten Querschnitts Z2 des Hohlraums
des Düsenkörpers ist,
und einen ausgangsseitigen Teil mit einem Durchmesser besitzt, der
knapp kleiner als der des dritten Querschnitts Z3 dieses
Hohlraums ist, was ihm gestattet, in diesem zweiten Querschnitt
zu gleiten, indem es auf Höhe
seiner Querschnittsänderung
auf der Schulter 15 zum Aufliegen kommt, wobei das Spiel
zwischen den Teilen so klein ist, dass das Konvergenzteil 16 sich
im Boden des Hohlraums des Düsenkörpers verklemmt,
wenn man es einsetzt. Das Konvergenzteil 16 besitzt einen
Kanal 17 in der Achse X-X' der Düse. Das
Konvergenzteil 16 ist so bemessen, dass seine Ausgangsseite 18 bezüglich der Öffnung 13 des
Düsenkörpers etwas
zurückversetzt ist.
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Die
Düse besitzt
ferner ein Teil 19, Divergenzteil genannt, das die Form
einer Scheibe mit ebenen Seiten hat, deren Durchmesser etwas kleiner als
der des ersten Querschnitts Z1 des Hohlraums des
Düsenkörpers ist,
was ihm gestattet, in diesem Hohlraum zu gleiten, indem es auf der
Schulter 14 zum Aufliegen kommt. Das Divergenzteil 19 besitzt schraubenteilförmige Durchgänge 20,
von denen einer in 1 sichtbar ist.
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Die
Düse 11 besitzt
außerdem
einen doppelzylindrischen Stopfen 21 der einen eingangsseitigen Teil 22 mit
einem Querschnitt, der größer als
der der ersten Zone Z1 des Hohlraums des
Düsenkörpers ist, und
einen ausgangsseitigen Teil 23 mit einem etwas kleineren
Querschnitt als die erste Zone Z1 besitzt,
so dass dieser ausgangsseitige Teil 23 in der Zone Z1 gleiten kann, während der eingangsseitige Teil 22 auf der
Eingangsseite des Düsenkörpers 12 zum
Aufliegen kommt. Im Umfang des ausgangsseitigen Teils 23 ist
eine Nut 24 vorgesehen, die einen Wulstring 25 aufnimmt.
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Der
ausgangsseitige Teil 23 hat eine solche Höhe, dass,
wenn der eingangsseitige Teil 22 auf der Eingangsseite
des Düsenkörpers 12 aufliegt,
die Ausgangsseite 26 des Stopfens auf der Eingangsseite
des Divergenzteils 19 aufliegt.
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Der
Stopfen 21 besitzt einen Hohlraum, dessen Querschnitt sich
von der Eingangsseite zur Ausgangsseite ändert. Genauer gesagt, der
Hohlraum hat zuerst einen zylindrischen Teil 28 mit einem
ersten Durchmesser, dann einen zylindrischen Teil 29 mit
einem zweiten Durchmesser, der kleiner als der erste Durchmesser
ist, so dass zwischen diesen beiden Teilen 28 und 29 eine
Schulter 30 gebildet ist, und dann einen kegelstumpfförmigen Teil 31,
der eine erste stromabwärts
ausgeweitete Kammer definiert. Der größte Durchmesser dieser Kammer 31 ist so
bemessen, dass keine Durchgangsöffnung 20 des Divergenzteils 19 von
dem Stopfen 21 bedeckt ist.
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Eine
zweite Kammer 32 ist zwischen der Ausgangsseite des Divergenzteils 19 und
der Eingangsseite des Konvergenzteils 16 begrenzt.
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Diese
Düse besitzt
schließlich
ein zylindrisches Kalibrierungsplättchen 33 mit einem
Durchmesser, der knapp kleiner als der des zylindrischen Teils 28 des
Hohlraums des Stopfens 21 ist, und einer Höhe, die
kleiner als die dieses zylindrischen Teils ist, so dass dieses Plättchen 33 in
diesen Teil eingesetzt werden kann und sich in diesem verklemmt,
indem es auf der Schulter 30 aufliegt, wobei seine Eingangsseite
bezüglich
derjenigen 27 des Stopfens zurückversetzt ist, indem eine
Einlassöffnung 34 gebildet
wird. In dem Plättchen 33 ist
ein axialer Kanal 35 vorgesehen.
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Die
Montage der Düse 11 findet
durch einfache Stapelung der Teile in dem Düsenkörper 12 statt, und
zwar zunächst
das Konvergenzteil 16, dann das Divergenzteil 19 und
schließlich
der mit seinem Wulstring 25 und dem Kalibrierungsplättchen 33 versehene
Stopfen 21.
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Man
versteht, dass das Divergenzteil 19 vollständig frei
ist und dass es zwischen der Ausgangsseite 26 des Stopfens 21 und
der Schulter 14 blockiert ist, wobei der Stopfen 21 seinerseits
durch den durch den Wulstring 25 entgegengesetzten Gleitwiderstand
an seinem Platz gehalten wird.
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Das
Kalibrierungsplättchen 33 und
das Konvergenzteil 16 werden ihrerseits unter Kraftaufwand in
ihre jeweilige Aufnahme eingesetzt, so dass sie an ihrem Platz bleiben.
Sie sind jedoch durch umgekehrten Schub ausnehmbar, wenn man es
wünscht.
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Im
Betrieb passiert die zu zerstäubende Flüssigkeit
unter Druck die Einlassöffnung 34 und den
Kanal 35 des Kalibrierungsplättchens 33, bevor sie
in die erste Kammer 31 gespritzt wird, in der sie einen
ersten Lastverlust erfährt.
Die Flüssigkeit
tritt dann in die Durchgänge 20 des
Divergenzteils 19 ein, in denen ihre Energie, die bisher
axial war, in eine zentrifugale Energie umgewandelt wird, und zwar
infolge der Ausbildung dieser Durchgänge 20, die die Flüssigkeit
zwingen, eine kreisförmige
Ausrichtung anzunehmen. Die Flüssigkeit
tritt dann in die zweite Kammer 32 ein, in der sie um eine
Luftsäule
herum "angeklebt" wird, die durch
Ansaugung der Außenluft durch
die Zerstäubungsöffnung 13 des
Düsenkörpers 12 und
den Kanal 17 des Konvergenzteils 16 von selbst
gebildet wird. In Abhängigkeit
von den Parametern der zu zerstäubenden
Flüssigkeit
und der Bemessung der die Düse
bildenden Elemente bildet die Flüssigkeit
in der Kammer 32 eine mehr oder weniger dicke Schicht um
diese Luftsäule
herum, und diese physikalische Erscheinung gestattet es, durch den
Kanal 17 und die Öffnung 13 einen
streuverlustsicheren Strahl vom Typ Hohlkegel zu spritzen.
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In
allen anderen Figuren werden dieselben Bezugszahlen verwendet, um
die gleichen Elemente wie die oben beschriebenen zu bezeichnen,
wobei diese Elemente nicht noch einmal beschrieben werden.
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Die 2a und 2b zeigen
eine andere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, bei der ein Venturi 42 vorgesehen
ist. Zu diesem Zweck ist das zweite zylindrische Teil, wie es in
dem Hohlraum des Stopfens 21 der Ausführungsform von 1 vorgesehen
ist, durch eine axiale Konvergenz-Divergenz-Düse 43 ersetzt, die
mit zwei Querdurchgängen 44 in
Verbindung ist. Einander gegenüberstehende Durchgänge 45 sind
in dem Düsenkörper 12 vorgesehen.
Die Düse 43 mündet in
das eingangsseitige Ende der ersten Kammer 31. Genau in
diesem Fall gewährleistet
die Kammer 31 die Mischung der eingespritzten Luft und
der zu zerstäubenden
Flüssigkeit,
was die Bildung von Tropfen erleichtert.
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Die
Düse der 2a und 2b unterscheidet
sich außerdem
von der von 1 insofern, als über dem
ersten zylindrischen Teil des Hohlraums des Stopfens 41 ein
ausgeweiteter Teil 46 angeordnet ist, so dass das Kalibrierungsplättchen 33 bezüglich der
Eingangsseite 27 des Stopfens weiter zurückversetzt
ist als im Fall der Düse
von 1.
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Die
Tatsache, dass auf diese Weise die Stellung des Kalibrierungsplättchens 33 gesenkt
wurde, hat die Wirkung, dass der Abstand zwischen dem Kalibrierungsplättchen 33 und
den Querdurchgängen 44 verkleinert
wird, was gestattet, eine maximale Entspannungswirkung im Inneren
der Düse 43 zu
erhalten. Dies hat die Wirkung, dass die Initialisierung des Venturi
erleichtert wird.
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Andererseits
gestattet das Versenken des Plättchens
indirekt eine bessere Führung
und Stabilisierung des Fluids, das durch die eingangsseitige Kanalisierung
gestört
worden sein könnte.
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Die 3a und 3b zeigen
noch eine andere Ausführungsform
der Erfindung, die sich von der der 2a und 2b im
Wesentlichen durch die Art der Montage des Divergenzteils 50 unterscheidet. In
diesem Fall nämlich
ist der kegelstumpfförmige
Teil 31 des Hohlraums des Stopfens 41 der 2a, 2b in
dem Stopfen 51 durch einen im Wesentlichen zylindrischen
Teil 52 ersetzt, auf welchem ein Teil 53 folgt,
der so ausgeweitet ist, dass der Stopfen 51 den Zugang
zu den Durchgängen
wie den Durchgängen 20 des
Divergenzteils 50 nicht bedeckt.
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Die
Eingangsseite des Divergenzteils 50 besitzt eine im Wesentlichen
zylindrische axiale Erhebung 54 mit einem Durchmesser,
der knapp kleiner als der des Teils 52 des Hohlraums des
Stopfens 51 ist, so dass er in diesen eingeführt und
durch Reibung gehalten werden kann.
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Aus
den 2b und 3b geht
klar hervor, dass der Stopfen 41 bzw. 51 aus dem
Düsenkörper ausziehbar
ist, wobei das Divergenzteil entweder gleichzeitig ausgezogen wird
(Fall des Divergenzteils 50 der 3a, 3b)
oder getrennt ausgezogen wird, indem einfach die Düse gewendet
wird (Fall des Divergenzteils 19 der 2a, 2b).
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Die 4a und 4d zeigen
ihrerseits mehrere erfindungsgemäße Divergenzteilmodelle, von
oben gesehen.
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Diese
Divergenzteile besitzen alle insbesondere die Form von Scheiben
und unterscheiden sich voneinander durch die Anzahl und/oder die
Ausbildung der Durchgänge,
die in ihnen ausgespart sind.
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Das
Divergenzteil 60a von 4a besitzt zwei
schräge
Durchgänge 61a.
Das Divergenzteil 60b von 4b besitzt
ebenfalls zwei Durchgänge 61b,
jedoch in Schraubenteilform. Das Divergenzteil 60c von 4c besitzt
drei Durchgänge 61c,
die den Durchgängen 61b ähnlich sind,
und das Divergenzteil 60d von 4d besitzt
vier Durchgänge 61d,
die den Durchgängen 61a ähnlich sind.
Wie man sieht, sind diese Durchgänge 61a bis 61d symmetrisch
auf der gesamten Oberfläche
der Scheiben 60a bis 60d verteilt und sind mindestens
bezüglich
einer zur Oberfläche
der Scheiben senkrechten Achse schräg. Der mit der Achse gebildete
Winkel kann mehr oder weniger groß sein und vorzugsweise zwischen
etwa 30 und etwa 50° bezüglich der
Achse des Teils betragen.
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Die 5a bis 5f zeigen
jeweils Abwandlungen von in einer erfindungsgemäßen Düse verwendbaren Divergenzteilen
in einer nicht umkehrbaren Form (5a bis 5c)
oder in einer umkehrbaren Form (5d bis 5f).
Die 5a und 5d zeigen
insbesondere Divergenzteile 70a, 70d, die jeweils
auf ihrer eingangsseitigen Fläche oder
auf der Eingangsseite und der Ausgangsseite eine volle konische
Erhebung 71a oder eine volle doppelkonische Erhebung 71d aufweisen,
wobei der Vorteil einer doppelkonischen Erhebung ist, dass die Divergenzteile
umkehrbar verwendet werden können.
Die 5c und 5f zeigen
Divergenzteile 70c, 70f, die sich von denen der 5a, 5d insofern
unterscheiden, als die konische Form der Erhebungen 71a, 71d durch
eine Halbkugelform 71c, 71f ersetzt ist. Die Divergenzteile
der 5b und 5e haben
dieselben Formen für
ihre Erhebungen 71b, 71e wie die der 5c und 5f,
statt voll zu sein, sind diese Erhebungen jedoch mit einem Durchgang 72b, 72e versehen.
Dieser Durchgang 72b gestattet dem Fluid, einen vollen
Zerstäubungskegel
zu erzeugen, und zwar im Gegensatz zu den gewöhnlich verwendeten hohlen Zerstäubungskegeln.
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Alle
dargestellten Divergenzteile besitzen Durchgänge 61a wie das Divergenzteil
von 4a.
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Die 6a bis 6d zeigen
ihrerseits verschiedene Profile von erfindungsgemäßen Konvergenzteilen. 6a zeigt
das Konvergenzteil 16, das in der Ausführungsform der 1, 2a–b und 3a–b verwendet
wird. Das Konvergenzteil 16b von
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6b unterscheidet
sich davon dadurch, dass, statt einen Kanal 17 zu haben,
der auf seiner ganzen Länge
zylindrisch ist, sein Kanal 17b einen kegelstumpfförmigen Teil
in seiner oberen Hälfte
und einen zylindrischen Teil in seiner unteren Hälfte besitzt.
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6c zeigt
eine andere Ausführungsform eines
Konvergenzteils 16c, das sich von dem Konvergenzteil 16b insofern
unterscheidet, als seine Ausgangsseite nicht eben ist. So ist die
Ausgangsseite des Konvergenzteils 16c konvex und mit einer
Nut 80 versehen, in der der Durchgang 17c ausmündet.
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Was
das Konvergenzteil 16d betrifft, so ist seine Ausgangsseite
eben, aber mit einer elliptischen Aussparung 81 versehen,
in der der Durchgang 17d ausmündet.
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Derartige
Formunterschiede auf Höhe
der Zerstäubungsöffnung der
Konvergenzteile gestatten es, den Zerstäubungswinkel sowie die Form
des Zerstäubungskegels
zu ändern.
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Insbesondere
gestattet die Änderung
des kreisförmigen
Zerstäubungskegels
in einen elliptischen Kegel, die Wirksamkeit des Austauschs zwischen
dem Trägerluftstrom
und dem Zerstäubungsstrahl
zu verbessern. Die Abflachung des Strahls entspricht ungefähr einem
Faktor 2 zwischen dem größeren Winkel,
idealerweise 80° und
dem kleineren Winkel, idealerweise 40°. In der Praxis stellt der elliptische
Strahl eine Zwischenform zwischen einerseits einer Schlitzdüse, was
den Aspekt der Ausrichtung des Strahls bezüglich der Düsenrampe betrifft, und andererseits
einer Düse
mit konischem Strahl dar, was den Aspekt des Wegs der Tropfen betrifft,
der ein wirksames Eindringen in die Vegetation gestattet. Der Düsenstrahl
muss bezüglich
der Düsenrampe
so ausgerichtet sein, dass er den maximalen Winkel mit einem leichten
Anstellwinkel parallel zur Düsenrampe
bietet. Daraus ergibt sich eine Erhöhung der Ausbeute der auf das
Ziel aufgespritzten Flüssigkeitsmenge.