EP0216034A1 - Rotationsdüse - Google Patents
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- EP0216034A1 EP0216034A1 EP86108987A EP86108987A EP0216034A1 EP 0216034 A1 EP0216034 A1 EP 0216034A1 EP 86108987 A EP86108987 A EP 86108987A EP 86108987 A EP86108987 A EP 86108987A EP 0216034 A1 EP0216034 A1 EP 0216034A1
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
- B05B3/00—Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements
- B05B3/003—Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements with braking means, e.g. friction rings designed to provide a substantially constant revolution speed
-
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- B05B3/04—Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements with rotating elements driven by the liquid or other fluent material discharged, e.g. the liquid actuating a motor before passing to the outlet
- B05B3/06—Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements with rotating elements driven by the liquid or other fluent material discharged, e.g. the liquid actuating a motor before passing to the outlet by jet reaction, i.e. creating a spinning torque due to a tangential component of the jet
Definitions
- the invention relates to a rotary nozzle according to the preamble of patent claim 1.
- Rotary nozzles of this type have a corresponding pressure good cleaning effect.
- the previous nozzles are extremely complicated, require a large number of parts and the sealing between moving elements is difficult.
- the invention is therefore based on the object of specifying a rotary nozzle which, with an extremely simple construction, works practically maintenance-free.
- the special angular displacement of the nozzle results in the desired rotation while maintaining a high pressure. This is reinforced by the braking effect of the brake elements acting under centrifugal force.
- the leakage water that occurs in the sealless rotary nozzle is integrated into the spray jet so that it does not interfere.
- the rotary nozzle according to the invention is made up of very few parts.
- 1 shows a central element 10 for connection to a conventional spray lance, via which valve-controlled liquid, in particular water, is fed at high pressure, for example from a high-pressure pump.
- a cup 12 is placed on the central element 10, in which a rotating body 14 can rotate about a central axis 16 of the rotary nozzle.
- a threaded connection 18 of the central element 10 opens into a central bore 20 which extends approximately to the middle of a pin-shaped extension 22 of the central element 10.
- a threaded bore is provided, into which a screw 24 can be screwed, which limits the rotating body 14 in a movement in the direction of the axis 16.
- a few radial bores 26 are provided in the pin-shaped projection 22 over the circumference open into a circumferential groove 28 of the pin-shaped extension 22.
- the outer diameter of the pin-shaped extension 22 is slightly larger in the area of the bore 20 than that in the area of the threaded bore 30.
- the rotating body 14 is shown in Figures 1 to 4. It has a central bore 32 (FIG. 2), the diameter of which is adapted to the two outer diameters of the pin-shaped extension 22. In the area of the circumferential groove 28, the rotating body 14 is provided with an annular, internal recess 34, into which an asymmetrical bore 36 is guided from the end face 38 of the rotating body 14. As can be seen from the figures, the bore runs once at an acute angle with respect to the central axis 16 (FIG. 1). On the other hand, the bore 36 is also offset in the direction of rotation, as is shown in particular in FIG. 4.
- the latter displacement which can take place at an angle of between 5 degrees and 20 degrees, in particular of the order of magnitude between 10 and 15 degrees, causes the rotary body 14 to rotate under the pressure of the water supplied, the displacement angle having a substantial influence on the achieved Speed. Depending on the angle and water pressure, this can be a few thousand rpm.
- the acute angle shown in FIG. 1 between the central axis 16 and the direction of the bore 36 is also in the range of, for example, 5 to 20 degrees and depends on the desired diameter of the output jet of the rotary nozzle.
- a rectifier body 42 is inserted in the bore 36 and has a number of bores 40 parallel to the central axis of the bore 36 distributed over its cross section. This rectifier body is used so that the radial bores 26 and the recess 34 are supplied and swirled via the bore 20 in the direction of the central axis of the bore 34 and in one of the end face 38 of the To direct the rotating body 14 inserted nozzle 44.
- the nozzle 44 is preferably screwed into the rotating body 14 and is sealed therein by means of an O-ring 46.
- the nozzle 44 has a channel 50 which narrows gradually towards its outlet opening 48, this channel preferably tapering non-linearly, for example hyperbolically or parabolically.
- the nozzle 44 can be provided with a slot 51, which is used to engage a screwdriver.
- the central element 10 has at the attachment of the pin 22 a stop surface 19 which extends transversely to the central axis 16 and which is opposite an annular area 52 of the rear end face of the rotating body 14. The rest of the outer area of the rear face is chamfered.
- a central recess 54 on the front end face 38 of the rotating body 14 receives the head of the screw 24, at the bottom of the recess 54 an annular flange 56 (FIG. 3) is provided, which has a substantially circular contact with the underside of the head of the screw 24 offers (Fig. 1). It should be noted that the rotating body 14 has a certain play in the longitudinal direction on the central pin 22.
- the rotating body 14 is provided in the area near the front end face 38 with circumferentially distributed radial openings, in particular bores 58, into which centrifugal elements such as balls 60 or rollers can be inserted.
- the balls 60 are circumferentially distributed over the rotating body 14 in such a way that, taking into account the nozzle 44, there is an approximately rotationally symmetrical balancing.
- Fig. 1 shows that the cup 12, which can be made of plastic or metal, is attached to the rear extension 62 of the central element 10, the attachment can be done, for example, by pressing onto the rear extension 62 provided with a circumferential groove 64.
- the goblet 12 surrounds the rotating body 14 and extends beyond it so far that the one emitted by the nozzle 44 is concentrated
- the water jet preferably passes just past the inner edge 66 of the front opening 68 of the cup 12, as is indicated by the dash-dotted line 70 in FIG. 1.
- the shape of the cup 12 is preferably such that at least its inner jacket gradually opens from the fastening area and then merges into the cylindrical area 72.
- the rotating body 14 is located in the opening funnel-shaped region 74, its outer surface being adapted to the inclination of the funnel-shaped region 74 and there being a certain distance between them.
- the interior of the cup can be provided with depressions 76 which, in the case of the embodiment according to FIG. 1, consist of longitudinal grooves which extend from the end edge 68 to the balls 60 and are distributed circumferentially.
- the rotary nozzle according to the invention works as follows:
- the balls 60 can preferably be provided, which are pressed out under centrifugal force when the rotating body 14 rotates and rub against the inner surface 72 of the cup 12, so that braking occurs.
- This can be reinforced by the fact that the grooves 76 are provided, into which the balls can drop briefly when the rotating body 14 rotates, which causes increased braking.
- the result is a rotary nozzle that can work at very high pressure, has an extremely good cleaning effect, is made up of very few parts and is completely sealless and maintenance-free.
- the rotary nozzle can be designed for very different pressures.
- the otherwise irritating leakage water is carried along by the sharp jet 70.
- the hydraulic pressure difference in the area of the recess 34 significantly reduces the friction on the end faces of the rotating body 14.
- the rectifier body 40 used in the two embodiments of the invention can consist of both metal and plastic, with longitudinal grooves also being able to take the place of bores.
- the offset angle of the axis of the nozzles 44 also determines the starting behavior of the rotary nozzle. If necessary, it should also be selected taking into account the braking means so that the omnidirectional jet is not atomized due to the air resistance and the centrifugal force and is therefore ineffective.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Rotationsdüse gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
- Derartige Rotationsdüsen haben bei entsprechendem Druck eine gute Reinigungswirkung. Die bisherigen Düsen sind jedoch äußerst kompliziert aufgebaut, benötigen eine große Anzahl von Teilen und die Abdichtung zwischen zueinander bewegten Elementen ist schwierig.
- Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grunde eine Rotationsdüse anzugeben, die bei äußerst einfachem Aufbau praktisch wartungsfrei arbeitet.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Rotationsdüse mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
- Bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Rotationsdüse sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
- Durch die spezielle winkelmäßige Versetzung der Düse ergibt sich die gewünschte Rotation bei Beibehaltung eines hohen Drucks. Dies wird verstärkt durch die Bremswirkung der unter Zentrifugalkraft wirkenden Bremselemente. Das bei der dichtungslosen Rotationsdüse auftretende Leckwasser wird in den Sprühstrahl eingebunden, so daß es nicht stört.
- Weitere Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Rotationsdüse ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung.
- Es zeigen Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Rotationsdüse.
- Fig. 2 einen Schnitt durch den bei der Düse nach Fig. 1 verwendeten Drehkörper längs der Linie D-E der Fig. 3,
- Fig. 3 eine Seitenansicht teilweise im Schnitt längs der Linie A-A in Fig. 2 des Drehkörpers nach Fig. 2 und
- Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie AB-C des Drehkörpers in Fig. 3.
- Wie Fig. 1 zeigt, ist die erfindungsgemäße Rotationsdüse aus nur sehr wenigen Teilen aufgebaut. Insbesondere zeigt die Fig. 1 ein Zentralelement 10 zum Anschluß an eine übliche Sprühlanze, über die vorzugsweise ventilgesteuert Flüssigkeit, insbesondere Wasser, mit hohem Druck beispielsweise von einer Hochdruckpumpe zugeführt wird.
- Auf dem Zentralelement 10 ist ein Kelch 12 aufgesetzt, in dem ein Drehkörper 14 um eine zentrale Achse 16 der Rotationsdüse rotieren kann.
- Ein Gewindeanschluß 18 des Zentralelements 10 mündet in einer zentralen Bohrung 20, die sich etwa bis zur Mitte eines stiftförmigen Ansatzes 22 des Zentralelements 10 erstreckt. In dem freien Ende des stiftförmigen Ansatzes 22 ist eine Gewindebohrung vorgesehen, in die eine Schraube 24 einschraubbar ist, die den Drehkörper 14 in einer Bewegung in Richtung der Achse 16 begrenzt.
- Am Ende der Bohrung 20 sind in dem stiftförmigen Ansatz 22 über den Umfang einige radiale Bohrungen 26 vorgesehen, die in einer Umfangsrille 28 des stiftförmigen Ansatzes 22 münden. Der Außendurchmesser des stiftförmigen Ansatzes 22 ist im Bereich der Bohrung 20 geringfügig größer als derjenige im Bereich des Gewindebohrung 30.
- Der Drehkörper 14 ist in den Figuren 1 bis 4 dargestellt. Er besitzt eine zentrale Bohrung 32 (Fig. 2), deren Durchmesser den beiden Außendurchmessern des stiftförmigen Ansatzes 22 angepaßt sind. Im Bereich der Umfangsrille 28 ist der Drehkörper 14 mit einem ringförmigen, inneren Einstich 34 versehen, in den eine asymmetrische Bohrung 36 von der Stirnseite 38 des Drehkörpers 14 geführt ist. Wie aus den Figuren ersichtlich verläuft die Bohrung einmal unter einem spitzen Winkel gegenüber der zentralen Achse 16 (Fig. 1). Zum anderen ist die Bohrung 36 jedoch auch in Rotationsrichtung versetzt, wie dies insbesondere Fig. 4 zeigt. Durch letztere Versetztung, die um etwa einen Winkel zwischen 5 Grad und 20 Grad, insbesondere in der Größenordnung zwischen 10 und 15 Grad erfolgen kann, wird unter dem Druck des zugeführten Wassers der Drehkörper 14 in Rotation versetzt, wobei der Versetzungswinkel wesentlichen Einfluß auf die erreichte Drehzhl hat. Diese kann je nach Winkel und Wasserdruck bei einigen tausend U/min liegen.
- Der aus Fig. 1 ersichtliche spitze Winkel zwischen der zentralen Achse 16 und der Richtung der Bohrung 36 liegt ebenfalls im Bereich von beispielsweise 5 bis 20 Grad und richtet sich nach dem gewünschten Durchmesser des Ausgangsstrahles der Rotationsdüse.
- In der Bohrung 36 ist ein Gleichrichterkörper 42 eingesetzt, der über seinen Querschnitt verteilt eine Anzahl von zur Zentralachse der Bohrung 36 parallele Bohrungen 40 besitzt. Dieser Gleichrichterkörper dient dazu, daß über die Bohrung 20 die Radialbohrungen 26 und den Einstich 34 zugeführte und verwirbelte Wasser in Richtung zur Zentralachse der Bohrung 34 gleichzurichten und in eine von der Stirnseite 38 des Drehkörpers 14 eingesetzte Düse 44 zu leiten. Die Düse 44 ist vorzugsweise in den Drehkörper 14 eingeschraubt und wird in diesem mittels eines Ü-Rings 46 abgedichtet. Die Düse 44 besitzt einen sich zu ihrer Austrittsöffnung 48 allmählich verengenden Kanal 50, wobei dieser Kanal sich vorzugsweise nicht-linear, etwa hyperbolisch oder parabolisch verjüngt. An ihrer Stirnseite kann die Düse 44 mit einem Schlitz 51 versehen sein, der zum Eingriff eines Schraubendrehers dient.
- Das Zentralelement 10 besitzt am Ansatz des Stifts 22 eine sich vornehmlich quer zur Zentralachse 16 erstreckende Anschlagsfläche 19, der ein ringförmiger Bereich 52 der rückwärtigen Stirnfläche des Drehkörpers 14 gegenüberliegt. Der restliche, äußere Bereich der rückwärtigen Stirnfläche ist schräg angephast. Eine zentrale Vertiefung 54 an der vorderen Stirnfläche 38 des Drehkörpers 14 nimmt den Kopf der Schraube 24 auf, am Boden der Vertiefung 54 ist ein ringförmigen Flansch 56 (Fig.3) vorgesehen, der eine im wesentlichen kreislinienförmige Berührung mit der Unterseite des Kopfes der Schraube 24 bietet (Fig. 1). Es sei bermerkt, daß der Drehkörper 14 ein gewisses Spiel in Längsrichtung auf dem zentralen Stift 22 besitzt.
- Der Drehkörper 14 ist im Bereich nahe der vorderen Stirnfläche 38 mit umfangsmäßig verteilten radialen Öffnungen, insbesondere Bohrungen 58 versehen, in die Zentrifugalelemente, wie Kugeln 60 oder auch Rollen einsetzbar sind. Die Kugeln 60 sind umfangsmäßig über den Drehkörper 14 derart verteilt, daß sich unter Berücksichtigung der Düse 44 eine annähernd rotationssymmetrische Auswuchtung ergibt.
- Fig. 1 zeigt, daß der Kelch 12, der aus Kunststoff oder Metall bestehen kann, auf dem rückwärtigen Ansatz 62 des Zentralelements 10 befestigt ist, wobei die Befestigung beispielsweise durch Aufpressen auf den mit einer Umfangsrille 64 versehenen rückwärtigen Ansatz 62 erfolgen kann. Der Kelch 12 umgibt den Drehkörper 14 und ragt noch soweit über diesen hinaus, daß der von der Düse 44 abgegebene, konzentrierte Wasserstrahl vorzugsweise knapp am Innenrand 66 der Stirnöffnung 68 des Kelchs 12 vorbeigeht, wie dies durch die strichpunktierte Linie 70 in Fig. 1 angedeutet ist. Die Form des Kelchs 12 ist bevorzugt der Art, daß sich zumindest sein Innenmantel von dem Befestigungsbereich allmählich öffnet und dann in den zylindrischen Bereich 72 übergeht. Der Drehkörper 14 befindet sich in dem sich öffnenden trichterförmigen Bereich 74, wobei seine Außenfläche der Neigung des trichterförmigen Bereichs 74 angepaßt ist und zwischen diesen ein gewisser Abstand vorhanden ist. Zumindest im Bereich der Kugeln 60 kann das Innere des Kelchs mit Vertiefungen 76 versehen sein, die im Falle der Ausführungsform nach Fig. 1 aus Längsrillen bestehen, die sich von der Stirnkante 68 bis zu den Kugeln 60 erstrecken und umfangsmäßig verteilt sind.
- Es ist zu beachten, daß innerhalb der gesamten Rotationsdüse keinerlei Dichtungen zwischen relativ zueinander bewegten Teilen erforderlich sind.
- Die erfindungsgemäße Rotationsdüse arbeitet wie folgt:
- Beim Zuführen von Wasser durch die zentrale Bohrung 20, die radialen Bohrungen 26 zum Einstich 34 und den Gleichrichterköper 40 zur Düse 44 wird durch die versetzte Stellung der Düse 44 am Drehkörper 14 ein Drehmoment erzeugt, das den Drehkörper 14 in Rotation versetzt. Der in der Düse 44 erzeugte Gegendruck würde den Drehkörper in Richtung nach rechts in Fig. 1 drücken, so daß die Ringfläche 52 in Anlage mit dem Ansatz 19 kommt. Auf Grund der unterschiedlichen, hydraulischen Druckflächen im Einstich 34 bezüglich des vorderen und hinteren Bereichs des Drehkörpers 14 kann dieser Druck zumindest zum Teil kompensiert werden. Eine Schmierung ist insofern nicht erforderlich als Wasser zwischen dem Innenmantel des Drehkörpers 14 und dem Außenmantel des Stifts 22 zwischen die beiden Flächen 19, 52 gelangt. Dieses Leckwasser ist nicht störend, da es im Inneren des Kelchs 12 in Richtung der Stirnkante 68 des Kelchs 12 fließt und dort vom Strahl 70 aus der Düse 44 mitgenommen wird.
- Zur Reduzierung der Drehzahl bei hohem Druck am Ausgang der Düse 44 können bevorzugt die Kugeln 60 vorgesehen sein, die unter Zentrifugalkraft bei Rotation des Drehkörpers 14 nach außen gedrückt werden und an der Innenfläche 72 des Kelchs 12 sich reiben, so daß eine Brems ung eintritt. Diese kann dadurch verstärkt werden, daß die Rillen 76 vorgesehen sind, in die die Kugeln bei Rotation des Drehkörpers 14 kurzzeitig einfallen können, was eine erhöhte Bremsung bewirkt.
- Es ergibt sich somit eine Rotationsdüse, die mit sehr hohem Druck arbeiten kann, eine äußerst gute Reinigungswirkung besitzt, aus sehr wenigen Teilen aufgebaut ist und vollkommen dichtungslos und wartungsfrei ist. Je nach Winkelstellung der Achse der Düse 44 und Bemessung der Kugeln 60 bzw. Rillen 72 kann die Rotationsdüse für ganz unterschiedliche Drucke ausgelegt werden. Das sonst störende Leckwasser wird durch den scharfen Düsenstrahl 70 mitgenommen. Durch die hydraulische Druckdifferenz im Bereich des Einstichs 34 wird die Reibung an den Stirnflächen des Drehkörpers 14 wesentlich vermindert. Der beiden Ausführungsformen der Erfindung verwendete Gleichrichterkörper 40 kann sowohl aus Metall als auch aus Kunststoff bestehen, wobei an die Stelle von Bohrungen auch Längsrillen treten können.
- Es sei noch daraufhingewiesen, daß der Versetzungswinkel der Achse der Düsse 44 auch das Startverhalten der Rotationsdüse bestimmt. Er ist ferner gegebenenfalls unter Berücksichtigung der Bremsmittel so zu wählen, daß der Rundstrahl nicht auf grund des Luftwiderstandes und der Zentrifugalkraft zerstäubt und damit wirkungslos wird.
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