EP1280609B1 - Mischdüse mit verschiebbarer drossel und sprüheinheit - Google Patents

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EP1280609B1
EP1280609B1 EP01936015A EP01936015A EP1280609B1 EP 1280609 B1 EP1280609 B1 EP 1280609B1 EP 01936015 A EP01936015 A EP 01936015A EP 01936015 A EP01936015 A EP 01936015A EP 1280609 B1 EP1280609 B1 EP 1280609B1
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EP
European Patent Office
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nozzle
throttle body
mixing
water
nozzles
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP01936015A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1280609A1 (de
Inventor
Manfred MÖSER
Thomas Rosenbauer
Matthias Krieger
Egon Evertz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Evertz Hydrotechnik GmbH and Co KG
Original Assignee
Evertz Hydrotechnik GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Evertz Hydrotechnik GmbH and Co KG filed Critical Evertz Hydrotechnik GmbH and Co KG
Publication of EP1280609A1 publication Critical patent/EP1280609A1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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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
    • B05B7/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/02—Spray pistols; Apparatus for discharge
    • B05B7/04—Spray pistols; Apparatus for discharge with arrangements for mixing liquids or other fluent materials before discharge
    • B05B7/0416—Spray pistols; Apparatus for discharge with arrangements for mixing liquids or other fluent materials before discharge with arrangements for mixing one gas and one liquid
    • B05B7/0425—Spray pistols; Apparatus for discharge with arrangements for mixing liquids or other fluent materials before discharge with arrangements for mixing one gas and one liquid without any source of compressed gas, e.g. the air being sucked by the pressurised liquid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20—Mixing gases with liquids
    • B01F23/23—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
    • B01F23/232—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids using flow-mixing means for introducing the gases, e.g. baffles
    • B01F23/2323—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids using flow-mixing means for introducing the gases, e.g. baffles by circulating the flow in guiding constructions or conduits
    • B01F23/23231—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids using flow-mixing means for introducing the gases, e.g. baffles by circulating the flow in guiding constructions or conduits being at least partially immersed in the liquid, e.g. in a closed circuit
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/30—Injector mixers
    • B01F25/31—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows
    • B01F25/312—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows with Venturi elements; Details thereof
    • B01F25/3124—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows with Venturi elements; Details thereof characterised by the place of introduction of the main flow
    • B01F25/31242—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows with Venturi elements; Details thereof characterised by the place of introduction of the main flow the main flow being injected in the central area of the venturi, creating an aspiration in the circumferential part of the conduit
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B05B15/00—Details of spraying plant or spraying apparatus not otherwise provided for; Accessories
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    • B05B15/65—Mounting arrangements for fluid connection of the spraying apparatus or its outlets to flow conduits
    • B05B15/658—Mounting arrangements for fluid connection of the spraying apparatus or its outlets to flow conduits the spraying apparatus or its outlet axis being perpendicular to the flow conduit
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B17/00—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups
    • B05B17/08—Fountains
    • B05B17/085—Fountains designed to produce sheets or curtains of liquid, e.g. water walls
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/02—Spray pistols; Apparatus for discharge
    • B05B7/12—Spray pistols; Apparatus for discharge designed to control volume of flow, e.g. with adjustable passages

Definitions

  • the invention relates to a mixing nozzle for fluid media, in particular Water-air mixtures, with a liquid nozzle that opens into the interior of an outer nozzle body, which in the Distance to the liquid nozzle is a tapering along the longitudinal axis Has zone within which a throttle body for swirling of the fluid mixture is arranged, the outlet of the Liquid nozzle as a valve seat for the longitudinal axial over a Spindle displaceable throttle body is formed.
  • the invention further relates to a spray unit, which by means of a single pump with a fluid medium over a common Supply line is supplied.
  • the water flows through the liquid nozzle fed by means of a pump and mixes with radial inflowing air, this water-air mixture through a throttle body is swirled so that as a result of the enrichment of the water jet with air bubbles is not transparent Fountain is created.
  • the width of the water hazard can only be in segments graded from about 1 m.
  • the distance of the Throttle body for the liquid nozzle outlet fixed, see above that according to the pump output or the applicable water pressure only a constant obstacle height can be generated which cannot be changed during operation.
  • the height of the water fountain is namely inevitably larger in the mixing nozzles, that of the common Pump are located closest.
  • the liquid supply of these mixing nozzles should be closable as possible to prevent the ingress of dirt to prevent.
  • the mixing nozzle is after Claim 1 proposed.
  • This is the outlet of the liquid nozzle as a valve seat for the axially axially via a spindle slidable throttle body.
  • Such Mixing nozzle design is fundamentally from US 4,836,453 known as a gasoline injector.
  • the mentioned throttle body of the Mixing nozzle according to claim 1 is used not only for swirling air-water mixtures, but also also because of its longitudinal axial displaceability as a closure member and adjustable throttle body. So depending on longitudinal axial position of the throttle body to the liquid nozzle outlet a more or less swirled fluid or air-water flow can be set.
  • the longitudinal axial Adjustability of the throttle body also allows the fluid flow rate regulate finely.
  • the throttle body is preferably by means of of an electric motor shifted axially.
  • the design of the mixing nozzle is the drive spindle of the electric motor connected with a non-rotatable sleeve, which under Interposition of an elastic coupling via a connecting shaft is connected to the throttle body.
  • the elastic Coupling prevents forces, especially those in act on the throttle body in the axial direction, undamped transferred to the drive spindle of the electric motor become.
  • the damping generated by the clutch thus serves the protection of the electric motor and the increase in the service life of this Engine.
  • the mixing nozzle has particular advantages if it has several other nozzles are combined to form a spray unit, which by means of a single pump with a fluid medium a common supply line is supplied.
  • the geometrical The shape of the spray unit is basically arbitrary, however, the shape of a spray bar is preferably chosen, on which several nozzles are arranged side by side in a row are, according to a further embodiment of the invention can be individually controlled or regulated.
  • the spray bar have a square tube, on or in which the Mixing nozzle are arranged in any number.
  • the length of the spray bar or the number of nozzles is not limited. Every mixing nozzle can be regulated separately so that a pressure drop in the corresponding Compensated for by changing the position of the throttle body can be, so that, for example, the same have high fountains set. It is also possible that respective water-air mixture fountain height per mixing nozzle regulate so that a "water curtain" with a wavy or any curved top edge can be generated.
  • Supply line on which the individual mixing nozzles are arranged are to be dimensioned large, so that locally only low flow velocities are present and thus the pressure drop across the entire pipe length or the length of the spray bar only very much is low.
  • a spray bar to create artificial obstacles can create any street width covered become. There is only one central one, outside the supply line horizontal pump is needed, is accordingly their power supply much easier, but especially to make it less dangerous.
  • Each mixing nozzle can be separated control, which also includes the possibility of only a part open the nozzles and close the others. So you can obstacles of any width in different locations relative to the total width of the road.
  • the invention possible separate proportional control of each Nozzle creates the advantage of simulating both in terms of the location as well as the design of variable obstacle. If you use a control with the one after the other Open and close nozzles can also be movable Obstacles are simulated on which the test subjects respond to Auto test tracks should react. Such simulations are important to, for example, the movement of a to suddenly re-enact the child walking across the street.
  • Fig. 1 are used for coverage the street width, for example eight spray units 11 needed, each six mixing nozzles in the case shown have.
  • Each of the individual spray units 11 is a Pump 12 supplied with water.
  • Fig. 1 Idealized case are three adjacent spray units 11 actuated to a water fore 13 from each individual Generate water fountains that have an obstacle width b and should represent an obstacle height h.
  • the state of the Technology are regularly spray units in the form of spray bars with a width of about 1 m used, the five to six Have mixing nozzles.
  • each spray unit 11 For each spray unit a separate pump 12 is used, by means of a Supply line 14 an approximately horizontal pipe 15 with water is supplied. As a result of the pressure drop, it is obvious that the mixing nozzles arranged in the middle of the spray bar generate a higher water fountain than the external ones Mixing nozzles 16.
  • Each spray unit 11 thus covers a section a from, so that to cover an entire street width B (see Fig. 1) and several spray units necessary supply units are needed.
  • FIG. 3 The basic structure of a mixing nozzle 16 is shown in FIG. 3 seen. That through the outlet of a liquid nozzle 17th pumped water mixes with the radially inflowing Air to an air-water mixture that passes through the throttle body 18 swirled and in the direction of arrow 19 (upwards) is ejected.
  • the throttle body 18 is crowned and is at a distance from the outlet of the liquid nozzle 12.
  • Bei Mixing nozzles known from the prior art are at most manual settings possible and, if provided at all, only after opening the nozzle body. It is obvious, that in the gutters 10 dirt, stones, leaves or similar contaminants can flow, some in the lines 15 and 14 can reach the pump and disrupt its operation.
  • the outlet of the liquid nozzle is a valve seat for the throttle body that can be moved longitudinally axially via a spindle formed what in the following using exemplary embodiments is explained in more detail.
  • FIG. 4 shows a mixing nozzle 20 according to the invention, of which several are integrated in a square tube 21.
  • Any of these Mixing nozzles has a throttle body 1, which is adjustable axially and on the side facing the liquid nozzle 2 is conical, so that by means of the throttle body 1 the liquid nozzle 2 can be closed, the Outlet in a corresponding manner as a valve seat for the conical Throttle body part is formed.
  • the longitudinal axial adjustment of the throttle body 1 is by means of the connecting shaft 3 possible with an elastic coupling 4 with a counter Twist secured sleeve 5 connected to an internal thread is.
  • the sleeve 5 is on the drive spindle 6 of the electric motor 7 coupled, by their rotation depending on the direction of rotation the sleeve 5 according to the thread pitch forward or is moved back.
  • the motor 7 is equipped with an encoder 8.
  • the water under pressure in the interior of the square tubes 21 reaches the interior 23 via provided openings 22 the liquid nozzle to its outlet where it is sucked in Air (see arrow 24) is mixed and passed through the mixing nozzle outlet 25 is expelled.
  • the flow rate and the pressure of the water-air mixture and thus the achievable jet height of the mixing nozzle 20 can be varied.
  • Fig. 5 shows the already mentioned square tube 21 with shown 48 mixing nozzles 20, which are arranged equidistant from each other are.
  • the square tube 21 extends as a spray bar in essentially over the entire width B of the street or Channel 10 in which the spray bar is arranged.
  • the square tube 21 is supplied with water via a single pump 27. Due to the separate controllability of each individual mixing nozzle any obstacle widths c or obstacle heights d are generated, as shown in principle in FIG. 5.
  • the water wall generated there from individual water jets 28, which are shown in dashed lines can be anywhere continue to be generated also for motion simulation.
  • Those Mixing nozzles 20, which should not emit a water jet are by lowering the throttle body 1 on the liquid nozzle outlet 2, which is designed as a corresponding valve seat is closed.
  • the mixing nozzle 29 shown in FIG. 6 is similar to the mixing nozzle 4 constructed so that the same parts with the same Reference numerals have been provided. This mixing nozzle has however the following new features:
  • the bottom 30 is conical, so that water remains drain or the system can be completely drained.
  • a slot 31 is provided for the Guide bush 32 and a clutch 33 with a driver 34.
  • the throttle body 35 is spherical and in a closed position, i.e. shown lying on the valve seat.
  • a cross-shaped is at the nozzle outlet Baffle 36 provided in connection with the spherical closure body an improved spray pattern results.
  • a spray bar module 37 is shown, the one Has width B of approx. 2 m in length with eight mixing nozzles 29 according to FIG. 6, which is equidistantly spaced are arranged to each other.
  • the existing pressure relief valve is with reference numeral 38 and the control electronics Numeral 39 numbered.
  • An adjustable suspension 40 of the bar can also be seen 37 provided with which an adaptation to the gradient of the Road can be brought about.
  • a frame 42 serves this purpose, on which the spray bar 37 is suspended.
  • the spray bar 37 is on the outside with a seal 43 which on a Flange 44 is attached, provided and in a recess of a concrete structure 45 let in at the top by a cover plate 41 is shielded.
  • the cover plate 41 the Area 43 according to FIG. 9 has been removed, covers the recess in the concrete plant 45 down to a narrow slit which the mixing nozzles 29 (or 20) according to the invention are located.
  • the advantage of the mixing nozzle or spray unit according to the invention becomes immediately clear by comparison with FIG. 1: While it by means of mixing nozzles known from the prior art 16 or spray units 11 is only possible, each graded The artificial can create obstacle widths Obstacle widths with the spray unit according to FIG. 5 or 7 to 9 can be adjusted more finely. Since also during the fountain-like Operation an individual regulation or control of the individual mixing nozzles is possible, the obstacles when water pressure is present in the desired manner both in the height as well as the width as well as in terms of location and the time course can be varied.
  • Such embodiments are also of the present invention recorded, in which no linear spray bar, but different shaped spray units can be used. These can be in one Level, for example in an S or Z shape or in space as a spiral be trained, which is suitable for fountains or the like Water feature using individually adjustable fountains only with a single pump.
  • the spray bar or the nozzles can be set so that they only spray about 10 to 20 cm high, so that the in Spray bars embedded in the concrete plant can also be used in order to be able to irrigate the roadway, for example for testing aquaplaning behavior.
  • a complete system can consist of several arranged side by side Spray bars 37 are assembled in a modular manner, for example in variations to a multiple of a 2 m tall Width, i.e. 4 m, 6 m, 8 m etc. road sections be provided with a spray bar arrangement.
  • the single ones Spray bars can be used, for example, with a flange connect an overall bar.

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Description

Mischdüse und Sprüheinheit
Die Erfindung betrifft eine Mischdüse für fluide Medien, insbesondere Wasser-Luft-Gemische, mit einer Flüssigkeitsdüse, die in den Innenraum eines äußeren Düsenkörpers mündet, der im Abstand zur Flüssigkeitsdüse eine sich längsaxial verjüngende Zone aufweist, innerhalb der ein Drosselkörper zur Verwirbelung des fluiden Gemisches angeordnet ist, wobei der Auslaß der Flüssigkeitsdüse als Ventilsitz für den längsaxial über eine Spindel verschiebbaren Drosselkörper ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft ferner eine Sprüheinheit, die mittels einer einzigen Pumpe mit einem fluiden Medium über eine gemeinsame Zuführleitung versorgt wird.
Durch Mischdüsen der vorgenannten Art, die auch als Schaumsprudeldüsen bezeichnet werden, werden Wasserfontänen erzeugt, wobei mehrere solcher Düsen, die zu einer Sprüheinheit zusammengefaßt sind, in sogenannten Fahrübungszentren dazu benutzt werden, um plötzlich auftretende, quer zur Fahrrichtung liegende, variable Hindernisse zu simulieren.
Inzwischen ist bekannt, dass viele Unfälle vermeidbar sind, wenn die Fahrzeuglenker lernen, mit unvorhersehbaren Verkehrssituationen durch geeignete Fahrmaßnahmen bei unterschiedlichen Witterungsbedingungen fertig zu werden. Die Ausrüstung eines Kraftfahrzeuges mit einem AHS-Bremssystem allein reicht nämlich erfahrungsgemäß noch nicht aus, um ein Auffahren auf ein Hindernis zu vermeiden, es sei denn, der jeweilige Fahrzeuglenker hat trainiert, wie er einem solchen Hindernis ausweichen kann. Feststehende, jederzeit sichtbare Hindernisse wie Baken, künstliche Wände, Sperrhüte oder ähnliches haben den Nachteil, dass sich der Fahrer frühzeitig auf ein solches Hindernis einstellen kann. Anders hingegen ist die Situation, wenn plötzlich und unerwartet ein künstliches Hindernis auftaucht, das durch Wasserfontänen willkürlich erzeugt werden kann. Hierzu geeignete Düsen sind für den Fahrer unsichtbar im Boden versenkt angeordnet und können gezielt mit einem Wasser-Luft-Gemisch versorgt werden. Das Wasser wird über die Flüssigkeitsdüse mittels einer Pumpe zugeführt und vermengt sich mit radial einströmender Luft, wobei dieses Wasser-Luft-Gemisch durch einen Drosselkörper verwirbelt wird, so daß infolge der Anreicherung des Wasserstrahls mit Luftblasen eine nicht durchsichtige Fontäne entsteht.
In der Praxis werden mehrere solcher Mischdüsen, zumeist fünf bis sechs solcher Düsen zu einer etwa 1 m breiten Einheit zusammengefaßt und mit einer eigenen, separat ansteuerbaren Wasserpumpe ausgerüstet. Um eine hinreichend große Hindernisbreite simulieren zu können, sind viele solcher Einheiten mit entsprechend vielen einzelnen Pumpaggregaten erforderlich. Beispielsweise benötigt man zum Aufbau eines aus Wasserfontänen simulierten Hindernisses mit einer Straßenbreite von 8 m acht solcher Einheiten. Dies hat jedoch folgende Nachteile:
Zunächst kann die Breite des Wasserhindernisses nur in Segmenten von etwa 1 m abgestuft werden. Darüber hinaus ist in den. nach dem Stand der Technik bekannten Mischdüsen der Abstand des Drosselkörpers zum Flüssigkeitsdüsenauslaß fest vorgegeben, so daß entsprechend der Pumpenleistung bzw. dem aufbringbaren Wasserdruck nur eine konstante Hindernishöhe erzeugt werden kann, die während des Betriebes nicht veränderbar ist. Sind mehrere Mischdüsen auf einem einzigen Verteilerrohr nebeneinanderliegend angeordnet, so lassen sich nachteiligerweise auch wegen des vorhandenen Druckabfalls im Verteilerrohr keine gleich hohen Wasserfontänen erzeugen. Die Höhe der Wasserfontäne ist nämlich zwangsläufig bei den Mischdüsen größer, die der gemeinsamen Pumpe am nächsten angeordnet sind.
Durch den Aufbau der Mischdüsen, die in Bodenrinnen versenkt sind, läßt sich auch das Eindringen von Steinen, Laub, Sand, Schlick etc. nicht verhindern, was insbesondere bei den üblicherweise verwendeten Tauchpumpen eine hohe Störanfälligkeit bewirkt. Um den Druckabfall entlang des Wasserzufuhrrohres gering zu halten, ist nicht nur die Verwendung von mehreren Pumpen für einzelne Sprüheinheiten notwendig, sondern auch eine ortsnahe Anbringung der Pumpen an dem Wasserzuflußrohr, über das die Mischdüsen mit Wasser gespeist werden. Die hierzu notwendige Stromversorgung der Pumpe, die häufig mit 380 V betrieben werden, bildet in dem engen, nassen Kanal, in dem die Sprüheinheiten angeordnet sind, eine große Gefahrenquelle.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine regelbare Mischdüse anzugeben, mit der während des Betriebes eine individuelle Höheneinstellung der erzeugten Fontäne aus einem Fluidgemisch möglich ist. Die Flüssigkeitszufuhr dieser Mischdüsen soll möglichst verschließbar sein, um das Eindringen von Verschmutzungen zu verhindern.
Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, eine Sprüheinheit aus mehreren Mischdüsen zu schaffen, mit der eine künstliche "Wasserwand" beliebiger Höhenstruktur mit möglichst geringem Pumpaufwand erzeugt werden kann.
Zur Lösung der erstgenannten Aufgabe wird die Mischdüse nach Anspruch 1 vorgeschlagen. Bei dieser ist der Auslaß der Flüssigkeitsdüse als Ventilsitz für den längsaxial über eine Spindel verschiebbaren Drosselkörper ausgebildet. Eine solche Mischdüsenausgestaltung ist grundsätzlich aus der US 4 836 453 als Benzineinspritzdüse bekannt. Der erwähnte Drosselkörper der Mischdüse nach Anspruch 1 dient nicht nur zur Verwirbelung von Luft-Wasser-Gemischen, sondern auch aufgrund seiner längsaxialen Verschiebbarkeit als Verschlußorgan und regelbares Drosselorgan. So kann je nach längsaxialer Stellung des Drosselkörpers zum Flüssigkeitsdüsenauslaß eine mehr oder weniger stark verwirbelte Flüssigkeits- bzw. Luft-Wasser-Strömung eingestellt werden. Die längsaxiale Verstellbarkeit der Drosselkörper läßt auch die Fluid-Durchflußmenge fein regulieren.
Weiterbildungen der Mischdüse sind in den Unteransprüchen beschrieben. So wird vorzugsweise der Drosselkörper mittels eines Elektromotors längsaxial verschoben. In einer konkreten Ausgestaltung der Mischdüse ist die Antriebsspindel des Elektromotors mit einer drehgesicherten Hülse verbunden, die unter Zwischenschaltung einer elastischen Kupplung über eine Verbindungswelle mit dem Drosselkörper verbunden ist. Die elastische Kupplung verhindert, daß Kräfte, insbesondere solche, die in längsaxialer Richtung auf den Drosselkörper einwirken, ungedämpft auf die Antriebsspindel des Elektromotors übertragen werden. Die mittels der Kupplung erzeugte Dämpfung dient somit der Elektromotorschonung und der Erhöhung der Lebensdauer dieses Motors.
Um die Lage des Drosselkörpers möglichst genau bestimmen bzw. entsprechen einstellen zu können, ist mit dem Elektromotor ein Meßgeber (Encoder) verbunden, der jeweils Aufschluß über die bereits getätigte Spindeldrehung gibt, die in direkt proportionalem Verhältnis zu der längsaxialen Verschiebung des Drosselkörpers steht.
Besondere Vorteile hat die Mischdüse dann, wenn sie mit mehreren anderen Düsen zu einer Sprüheinheit zusammengefaßt wird, die mittels einer einzigen Pumpe mit einem fluiden Medium über eine gemeinsame Zufuhrleitung versorgt wird. Die geometrische Form der Sprüheinheit ist grundsätzlich beliebig wählbar, jedoch wird vorzugsweise die Form eines Sprühbalkens gewählt, auf dem in einer Reihe mehrere Düsen nebeneinander angeordnet sind, die nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung jeweils einzeln steuer- oder regelbar sind. Insbesondere kann der Sprühbalken ein Vierkantrohr aufweisen, auf bzw. in dem die Mischdüse in beliebiger Anzahl angeordnet sind. Die Vorteile solcher Sprüheinheiten sollen anhand der speziellen Ausführungsform des Sprühbalkens erläutert werden, gelten jedoch in entsprechender Weise auch für andere Geometrieformen von Sprüheinheiten. Durch die Möglichkeit, daß alle in der Sprüheinheit vorliegenden Düsen von einer zentralen, außerhalb der Sprüheinheit installierten Pumpe mit Wasser versorgt werden, ist der apparative Aufwand erheblich minimiert, so daß beispielsweise das Wasser mit einer einzigen zentralen Filteranlage aufbereitet werden kann. Anders als bei den eingangs erwähnten Düsen nach dem Stand der Technik ist die Länge des Sprühbalkens bzw. die Anzahl der Düsen nicht beschränkt. Jede Mischdüse kann nämlich getrennt geregelt werden, so daß ein Druckabfall in entsprechender Weise durch Lageänderung des Drosselkörpers ausgeglichen werden kann, so daß sich beispielsweise jeweils gleich hohe Fontänen einstellen lassen. Ebenso ist es möglich, die jeweilige Wasser-Luft-Gemisch-Fontänhöhe pro Mischdüse so zu regeln, so daß ein "Wasservorhang" mit einer wellenartigen oder beliebig gekrümmten Oberkante erzeugt werden kann. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es weiterhin möglich, die Zufuhrleitung, auf der die einzelnen Mischdüsen angeordnet sind, groß zu dimensionieren, so daß örtlich nur geringe Strömungsgeschwindigkeiten vorliegen und damit der Druckabfall über die gesamte Rohrlänge bzw. die Länge des Sprühbalkens nur sehr gering ist. In dem primär ins Auge gefaßten Anwendungszweck, einen Sprühbalken zur Erzeugung künstlicher Hindernisse zu schaffen, kann somit eine beliebige Straßenbreite abgedeckt werden. Da nur noch eine zentrale, außerhalb der Zufuhrleitung liegende einzige Pumpe benötigt wird, ist dementsprechend auch deren Stromversorgung erheblich einfacher, insbesondere jedoch gefahrloser zu gestalten. Jede Mischdüse läßt sich getrennt ansteuern, was auch die Möglichkeit beinhaltet, nur einen Teil der Düsen zu öffnen und die übrigen zu verschließen. Somit können beliebig breite Hindernissen an unterschiedlichen Orten relativ zur Gesamtbreite der Straße erzeugt werden. Die erfindungsgemäß mögliche separate proportionale Ansteuerung jeder Düse schafft den Vorteil einer Simulation eines sowohl hinsichtlich des Ortes als auch der Gestaltung variablen Hindernisses. Verwendet man eine Steuerung, mit der nacheinander Düsen geöffnet und geschlossen werden, können auch bewegliche Hindernisse simuliert werden, auf die die Probanden auf entsprechenden Auto-Teststrecken reagieren sollen. Solche Simulationen sind wichtig, um beispielsweise die Bewegung eines plötzlich über die Straße laufenden Kindes nachzustellen.
Weitere Vorteile der Erfindung werden im folgenden anhand der Figuren erläutert. Es zeigen
Fig. 1
ein herkömmliches System aus mehreren nebenein ander angeordneten Sprüheinheiten,
Fig. 2
eine Sprüheinheit mit einer Versorgungspumpe (Stand der Technik),
Fig. 3
einen Querschnitt durch eine Mischdüse,
Fig. 4
einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Mischdüse,
Fig. 5
eine Sprüheinheit mit mehreren Mischdüsen gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 6
einen Querschnitt durch eine weitere erfindungsgemäße Mischdüse,
Fig. 7
eine weitere Sprüheinheit in einer Längsschnittansicht,
Fig. 8
eine Querschnittsansicht der Sprüheinheit nach Fig. 7 und
Fig. 9
eine Teil-Draufsicht auf die Sprüheinheit nach Fig. 7 bzw. 8.
Auf Verkehrsübungsplätzen oder sonstigen Fahrübungszentren sind in einer Straße Rinnen 10 angeordnet, in denen jeweils nach dem Stand der Technik mehrere Sprüheinheiten 11 vorgesehen sind, die dazu dienen, quer zur Fahrtrichtung liegende Hindernisse durch Wasserfontänen zu simulieren. In Fig. 1 werden zur Überdeckung der Straßenbreite beispielsweise acht Sprüheinheiten 11 benötigt, die jeweils im dargestellten Fall sechs Mischdüsen besitzen. Jeder der einzelnen Sprüheinheiten 11 wird über eine Pumpe 12 mit Wasser versorgt. In dem in Fig. 1 dargestellten idealisierten Fall werden drei nebeneinanderliegende Sprüheinheiten 11 betätigt, um einen Wasservorhand 13 aus jeweils einzelnen Wasserfontänen zu erzeugen, der eine Hindernisbreite b und eine Hindernishöhe h darstellen soll. Nach dem Stand der Technik werden regelmäßig Sprüheinheiten in Form von Sprühbalken mit einer Breite von ca. 1 m verwendet, die fünf bis sechs Mischdüsen aufweisen.
Wie sich im Detail aus Fig. 2 ergibt, wird für jede Sprüheinheit eine separate Pumpe 12 verwendet, mittels der über eine Zufuhrleitung 14 ein etwa waagrecht liegendes Rohr 15 mit Wasser versorgt wird. Infolge des Druckabfalles ist es offensichtlich, daß die in der Mitte des Sprühbalkens angeordnete Mischdüsen eine höhere Wasserfontäne erzeugen als die außenliegenden Mischdüsen 16. Jede Sprüheinheit 11 deckt somit eine Teilbreite a ab, so daß zur Abdeckung einer gesamten Straßenbreite B (siehe Fig. 1) mehrere Sprüheinheiten und hierzu erforderliche Versorgungseinheiten gebraucht werden.
Der prinzipielle Aufbau einer Mischdüse 16 ist aus Fig. 3 ersichtlich. Das über den Auslaß einer Flüssigkeitsdüse 17 geförderte Wasser vermengt sich mit der radial einströmenden Luft zu einem Luft-Wasser-Gemisch, das durch den Drosselkörper 18 verwirbelt und in Richtung des Pfeiles 19 (nach oben) ausgeworfen wird. Der Drosselkörper 18 ist ballig ausgeführt und liegt im Abstand zum Auslaß der Flüssigkeitsdüse 12. Bei nach dem Stand der Technik bekannten Mischdüsen sind allenfalls manuelle Einstellungen möglich und, sofern überhaupt vorgesehen, nur nach Öffnen des Düsenkörpers. Es ist offensichtlich, daß in die Rinnen 10 Schmutz, Steine, Laub oder ähnliche Störstoffe einfließen könne, die zum Teil in die Leitungen 15 und 14 bis hin zur Pumpe dringen können und deren Betrieb stören. Erfindungsgemäß ist der Auslaß der Flüssigkeitsdüse als Ventilsitz für den längsaxial über eine Spindel verschiebbaren Drosselkörper ausgebildet, was im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert wird.
Fig. 4 zeigt eine erfindungsgemäße Mischdüse 20, von denen mehrere in einem Vierkantrohr 21 integriert sind. Jede dieser Mischdüsen besitzt einen Drosselkörper 1, der längsaxial verstellbar und an der der Flüssigkeitsdüse 2 zugekehrten Seite kegelförmig ausgebildet ist, so daß mittels des Drosselkörpers 1 die Flüssigkeitsdüse 2 verschlossen werden kann, deren Auslaß in entsprechender Weise als Ventilsitz für den kegelförmigen Drosselkörperteil ausgebildet ist. Die längsaxiale Verstellung des Drosselkörper 1 ist mittels der Verbindungswelle 3 möglich, die über eine elastische Kupplung 4 mit einer gegen Verdrehung gesicherten Hülse 5 mit einem Innengewinde verbunden ist. Die Hülse 5 ist auf die Antriebsspindel 6 des Elektromotors 7 gekoppelt, durch deren Drehung je nach Drehrichtung die Hülse 5 der Gewindesteigung entsprechend nach vorne oder zurück bewegt wird. Um die Lage des Drosselkörpers feststellen zu können, ist der Motor 7 mit einem Encoder 8 ausgestattet. Zum Anschluß der Spannungsversorgung sowie der Steuerleitungen dient ein Adapter 9.
Das im Innenraum des Vierkantrohre 21 unter Druck stehende Wasser gelangt über vorgesehene Öffnungen 22 in den Innenraum 23 der Flüssigkeitsdüse zu deren Auslaß, wo es mit angesaugter Luft (siehe Pfeil 24) vermengt und über den Mischdüsenauslaß 25 ausgestoßen wird. Je nach Stellung des Drosselkörpers relativ zu der Mischdüsenverengung 26 kann die Strömungsgeschwindigkeit und der Druck des Wasser-Luft-Gemisches und damit auch die erreichbare Strahlhöhe der Mischdüse 20 variiert werden.
Fig. 5 zeigt das bereits erwähnte Vierkantrohr 21 mit dargestellten 48 Mischdüsen 20, die äquidistant zueinander angeordnet sind. Das Vierkantrohr 21 erstreckt sich als Sprühbalken im wesentlichen über die gesamte Breite B der Straße bzw. der Rinne 10, in der der Sprühbalken angeordnet ist. Das Vierkantrohr 21 wird über eine einzige Pumpe 27 mit Wasser versorgt. Durch die getrennte Ansteuerbarkeit jeder einzelnen Mischdüse können beliebige Hindernisbreiten c bzw. Hindernishöhen d erzeugt werden, wie dies in Fig. 5 prinzipiell dargestellt ist. Die dort erzeugte Wasserwand aus einzelnen Wasserstrahlen 28, die gestrichelt dargestellt sind, kann an beliebiger Stelle fortlaufen, auch zur Bewegungssimulation erzeugt werden. Diejenigen Mischdüsen 20, die keinen Wasserstrahl abgeben sollen, sind durch Absenken des Drosselkörpers 1 auf den Flüssigkeitsdüsenauslaß 2, der als entsprechender Ventilsitz ausgebildet ist, verschlossen.
Die in Fig. 6 dargestellte Mischdüse 29 ist ähnlich der Mischdüse nach Fig. 4 aufgebaut, so daß gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen worden sind. Diese Mischdüse besitzt jedoch folgende neuen Merkmale:
Um zu verhindern, daß sich bei Frostgefahr Eis bilden kann, ist der Boden 30 kegelförmig gestaltet, so daß Wasser restlos abfließen bzw. die Anlage vollständig entleert werden kann. Zusätzlich entnehmbar sind ein vorgesehener Schlitz 31 für die Führungsbuchse 32 sowie eine Kupplung 33 mit einem Mitnehmer 34. Der Drosselkörper 35 ist kugelförmig ausgebildet und in einer Verschlußstellung, d.h. auf dem Ventilsitz liegend dargestellt. Zusätzlich ist am Düsenaustritt ein kreuzförmig ausgebildetes Leitblech 36 vorgesehen, das in Verbindung mit dem kugelförmigen Verschlußkörper ein verbessertes Sprühbild ergibt.
In Fig. 7 ist ein Sprühbalkenmodul 37 abgebildet, das eine Breite B von ca. 2 m Länge besitzt und das mit acht Mischdüsen 29 gemäß Fig. 6 bestückt ist, die in äquidistantem Abstand zueinander angeordnet sind. Das vorhandene Druckbegrenzungsventil ist mit Bezugszeichen 38 und die Steuerelektronik mit Bezugszeichen 39 beziffert. Wie aus den Fig. 8 und 9 im Detail erkennbar, ist ferner eine einstellbare Aufhängung 40 des Balkens 37 vorgesehen, mit der eine Anpassung an das Gefälle der Straße herbeigeführt werden kann. Hierzu dient ein Rahmen 42, an dem der Sprühbalken 37 aufgehängt ist. Der Sprühbalken 37 ist nach außen hin mit einer Dichtung 43, die an einem Flansch 44 befestigt ist, versehen und in einer Ausnehmung eines Betonbauwerkes 45 eingelassen, die am oberen Rand durch ein Abdeckblech 41 abgeschirmt ist. Das Abdeckblech 41, das im Bereich 43 gemäß Fig. 9 entfernt worden ist, deckt die Ausnehmung im Betonwerk 45 bis auf einen schmalen Schlitz ab, unterhalb dem sich die erfindungsgemäßen Mischdüsen 29 (oder 20) befinden.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Mischdüse bzw. der Sprüheinheit wird durch Vergleich mit Fig. 1 unmittelbar deutlich: Während es mittels nach dem Stand der Technik bekannter Mischdüsen 16 bzw. Sprüheinheiten 11 nur möglich ist, jeweils abgestufte Hindernisbreiten zu erzeugen, können die künstlichen Hindernisbreiten mit der Sprüheinheit gemäß Fig. 5 oder 7 bis 9 feinstufiger eingestellt werden. Da auch während des fontänenartigen Betriebes eine individuelle Regelung bzw. Steuerung der einzelnen Mischdüsen möglich ist, können die Hindernisse bei anstehendem Wasserdruck in der gewünschten Weise sowohl in der Höhe als auch in der Breite als auch hinsichtlich des Ortes und des zeitlichen Verlaufes variiert werden.
Von der vorliegenden Erfindung sind auch solche Ausführungsformen erfaßt, bei denen kein linearer Sprühbalken, sondern anders geformte Sprüheinheiten verwendet werden. Diese können in einer Ebene, etwa in S- oder Z-Form oder auch im Raum als Spirale ausgebildet sein, womit sich für Springbrunnen oder ähnliche Wasserspiel individuell regelbare Fontänen unter Verwendung nur einer einzigen Pumpe erzeugen lassen.
Der Sprühbalken bzw. die Düsen können so eingestellt werden, daß diese nur ca. 10 bis 20 cm hoch spritzen, so daß die in ein Betonwerk eingelassenen Sprühbalken auch dazu benutzt werden können, um eine Fahrbahnbewässerung durchführen zu können, etwa zum Austesten von Aquaplaning-Verhalten.
Eine Gesamtanlage kann aus mehreren nebeneinander angeordneten Sprühbalken 37 modulartig zusammengesetzt werden, beispielsweise in Variationen zu einem Mehrfachen einer 2 m großen Breite, d.h. es können 4 m, 6 m, 8 m etc. Fahrbahnabschnitte mit einer Sprühbalkenanordnung versehen werden. Die einzelnen Sprühbalken lassen sich beispielsweise durch einen Flansch zu einem Gesamtbalken verbinden.

Claims (6)

  1. Mischdüse für fluide Medien, insbesondere Wasser-Luft-Gemische, mit einer Flüssigkeitsdüse (2), die in den Innenraum eines äußeren Düsenkörpers (29) mündet, der im Abstand zur Flüssigkeitsdüse (2) eine sich längsaxial verjüngende Zone (26) aufweist, innerhalb der ein Drosselkörper (1) zur Verwirbelung des fluiden Gemisches angeordnet ist, wobei der Auslaß der Flüssigkeitsdüse (2) als Ventilsitz für den längsaxial über eine Spindel (6, 5) verschiebbaren Drosselkörper (1, 35) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselkörper (1, 35) mittels eines Elektromotors (7) längsaxial verschiebbar ist und daß die Antriebsspindel (6) des Elektromotors (7) mit einer drehgesicherten Hülse (5) verbunden ist, die unter Zwischenschaltung einer elastischen Kupplung (4) über eine Verbindungswelle (3) mit dem Drosselkörper (1) verbunden ist.
  2. Mischdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (7) mit einem Meßgeber (8) zur Lagebestimmung des Drosselkörpers (1) verbunden ist.
  3. Sprüheinheit, die mittels einer einzigen Pumpe (27) mit einem fluiden Medium über eine gemeinsame Zufuhrleitung (21) versorgt wird, gekennzeichnet durch mehrere Mischdüsen (20) nach einem der Ansprüche 1 oder 2.
  4. Sprüheinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß diese als Sprühbalken (21, 37) ausgebildet ist.
  5. Sprüheinheit nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischdüsen (20, 29) getrennt steuer- oder regelbar sind.
  6. Sprüheinheit nach einem der Ansprüche 4 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sprühbalken ein Vierkantrohr (21) aufweist, in dem mehrere Mischdüsen (20, 29) in einer Reihe hintereinander montiert sind.
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