EP2051816B1

EP2051816B1 - Flexible düse zum austrag einer flüssigkeit und geräte mit einer solchen düse

Info

Publication number: EP2051816B1
Application number: EP99952285A
Authority: EP
Inventors: Reiner HÄUFELE; Johann Katzer; Wolfgang Lindermeir; Lothar Mitzlaff
Original assignee: Gardena Manufacturing GmbH
Current assignee: Gardena Manufacturing GmbH
Priority date: 1998-08-07
Filing date: 1999-08-09
Publication date: 2009-09-16
Anticipated expiration: 2019-08-09
Also published as: ES2331103T3; EP2051816A2; WO2000007734A3; DE59915082D1; WO2000007734A2; DE19835484A1; AU6461099A; ATE442912T1

Description

Die Erfindung betrifft eine Düse zum Austrag einer Flüssigkeit sowie Geräte mit einer solchen Düse.
Aus der DE 30 44 310 C2 ist eine Duscharmatur bekannt, bei welcher mehrere Düsen aus gummielastischem Material düseneintrittsseitig starr montiert sind und mit ihren düsenaustrittsseitigen Endabschnitten in Öffnungen in einer verdrehbaren Gehäuseplatte geführt sind. Bei Verdrehung der Gehäuseplatte werden die Düsenaustrittsabschnitte gegenüber den Düseneintritten unter elastischer Deformation verkippt und dadurch die Strahlrichtungen verändert. Die Düsenform ist aus einem rohrzylindrischen Düsenaustrittsabschnitt und einem hohlkegelstumpfförmigen Düseneintrittsabschnitt zusammengesetzt, die entlang einer kreisförmigen Mantellinie ineinander übergehen.
Die Strahlformung der individuellen Strahlen der einzelnen Düsen ist bei dem vorgesehenen Einsatzfall einer Duscharmatur von nachrangiger Bedeutung. Für Einsatzfälle, wo eine gute Strahlbündelung und eine große Reichweite individueller Strahlen der einzelnen Düsen von Bedeutung ist, beispielsweise bei Beregnungseinrichtungen, sind die Strahlformungseigenschaften der bekannten Düse nicht ausreichend. Die Verkippung ist durch die Gefahr des Abknickens der Düse auf kleine Kippwinkel begrenzt
Aus der WO 95/17262 A2 ist eine Beregnungseinrichtung bekannt, bei welcher eine Gruppe von einzelnen gummielastischen Düsen kollektiv verstellbar ist und in geringer Entfernung von den Düsenaustritten die individuellen Strahlen zu den einzelnen Düsen sich zu einem gemeinsamen Strahl vereinigen. Durch das explizite Ziel, die individuellen Strahlen zu einem gemeinsamen Strahl zusammenzufügen, ist eine enge Bündelung der einzelnen Teilstrahlen weder erforderlich noch erwünscht. Die Düsen sind rohrförmig ausgebildet und zeigen keine besonders ausgeprägte Strahlbündelung der einzelnen Teilstrahlen.
Aus der US-4 449 669 ist eine selbstregulierende Düse bekannt geworden, die einen elastischen Austrittskörper hat, der sich in einem eintrittsseitigen Flanschbereich so verformt, dass er den Querschnitt bei höherem Druck verengt und dadurch den an sich bei höherem Druck größeren Wasserdurchlass reduziert. Die Düse hat einen im Mittelbereich verringerten Wandstärkenabschnitt, um die Flanschverbiegung zu ermöglichen.
Die US-A-3 612 409 beschreibt eine Düse aus elastischem Material, die in einem an sich zylindrischen Düsenkörper eine sich zur Öffnung hin verjüngende Bohrung hat. Zweck dieser Düsenausbildung ist die leichtere Anbringbarkeit an einem Schlauchende.
Die GB-A-895 880 beschreibt eine selbstschließende Ventilanordnung, die sich an eine Düse anschließt. Durch Heranziehen der Düse an das Ventilgehäuse wird ein Ventilkörper abgehoben und die Durchströmung freigegeben. Um dies zu ermöglichen, ist ein elastischer Balg vorgesehen, der sich an die Düse anschließt. Diese kann dabei selbst aus Metall, Kunststoff oder Gummi bestehen.
Die US-A-5 011 084 beschreibt eine elastische Düse mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen, bei der durch seitlichen Druck zwischen zwei Fingern der Strömungskanalquerschnitt und die Strahlform beeinflußbar sind. Dazu ist der Düsenquerschnitt mit einer X-förmigen Faltung versehen. Diese Düsenform eignet sich nicht für große Tragweiten, weil die zusammenfaltbare Querschnittsform den Strahl schnell auffächern läßt.
Aufabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine vielseitig einsetzbare Düse zum Austrag einer Flüssigkeit insbesondere mit veränderbaren Strahlparametern und/oder mit guter Strahlwurfweite sowie ein Gerät mit einer solchen Düse anzugeben.
Erfindungsgemäße Düsen sind im Anspruch 1, Geräte mit solchen Düsen in den Ansprüchen 26 und 28 definiert. Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.
Die Ausweisung eines speziell auf eine Veränderbarkeit der Strahlparameter Strömungsquerschnitt und/oder Umlenkung der Hauptströmungsrichtung hin ausgebildeten Mittelbereichs zwischen einem Eintrittsbereich und Austrittsbereich ermöglicht vorteilhafterweise die Verankerung der Düse mit einem Fußbereich in einem Gehäuse und/oder die von der Veränderung der vorgenannten Parameter unabhängige Strahlformung durch den Austrittsbereich und dabei dennoch eine hohe Flexibilität der Strahlausrichtung oder der Beeinflussung des Flüssigkeitsdurchflusses. Von besonderer Bedeutung ist die Unabhängigkeit der Strahlformung von der Beeinflussung der genannten Strahlparameter insbesondere für die Veränderung der Strahlrichtung einer Düse durch Umlenkung der Hauptströmungsrichtung im Mittelbereich gegenüber einem im Ausgangszustand der Düse vorzugsweise geraden Verlauf der Hauptströmungsrichtung.
Die Richtungsänderung der Hauptströmungsrichtung erfolgt dabei bevorzugt zumindest annähernd ausschließlich, insbesondere zu mehr als 90 % der Richtungsänderung des ausgestoßenen Strahls im Mittelbereich. Der Mittelbereich kann hierfür und für die Abklemmung vorteilhafterweise eine geringere Quersteifigkeit als der Austrittsbereich, insbesondere eine geringere Biegesteifigkeit für eine im Bereich des Düsenaustritts angreifende Umlenkkraft aufweisen. Beispielsweise kann der Mittelbereich durch Versteifungsmittel, insbesondere innen und/oder außen anliegende Versteifungshülsen oder dergleichen formstabilisiert sein. Mittelbereich und Austrittsbereich können aus verschiedenen Materialien bestehen in der Weise, daß der Austrittsbereich aus formstabilerem Material hergestellt ist, wobei die Düse aber dennoch vorteilhafterweise als Gußteil, insbesondere Spritzgußteil nach an sich bekannten Herstellungsverfahren hergestellt sein kann. Vorteilhaft ist insbesondere bei materialhomogener Ausführung der Düse eine Erhöhung der Düsenwandstärke beim Übergang vom Mittelbereich zum Austrittsbereich, so daß eine Formstabilisierung des Austrittsbereich durch die höhere der Wandstärke erzielt wird. Eine Formstabilität des Austrittsbereichs kann auch durch die in einem Gerät zur Umlenkung der Strahlrichtung eingesetzten Mittel erfolgen, indem diese als Führung für den Austrittsbereich ausgebildet sind.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform zeigt der Düsenkanal im Mittelbereich in Hauptströmungsrichtung eine kontinuierlich abnehmende Querschnittsfläche, welche bevorzugt einen degressiv abnehmenden Verlauf zeigt und vorteilhafterweise stufenlos in den Querschnitt des Düsenkanals im Austrittsbereich übergeht. Dabei soll der kleinste Querschnitt des Düsenkanals im Mittelbereich nicht kleiner und der größte Düsenkanalquerschnitt im Mittelbereich wenigstens um das 3-fache größer sein als der kleinste Düsenkanalquerschnitt im Austrittsbereich. Vorzugsweise ist der Mittelbereich so geformt und dimensioniert, daß auch bei einer Umlenkung der Hauptströmungsrichtung um bis zu 45 ° die kleinste Querschnittsfläche über den gesamten Verlauf des Mittelbereichs entlang der dann gekrümmten Hauptströmungsrichtung nicht kleiner als und die größte Querschnittsfläche des Mittelbereichs wenigstens doppelt so groß wie die kleinste Querschnittsfläche des Düsenkanals im Austrittsbereich wird. Die Düse ist zumindest im Mittelbereich und Austrittsbereich im Ausgangszustand bevorzugt rotationssymetrisch bezüglich der dann geraden Hauptströmungsrichtung.
Zur Umlenkung der Hauptströmungsrichtung wird bevorzugt eine am Austrittsbereich oder am Übergang von Mittelbereich zu Austrittsbereich ansetzende Kraft angewandt, welche bei Ausbildung der umlenkenden Mittel als Führung für den Austrittsbereich zugleich eine definierte veränderte Ausrichtung des Austrittsbereich erzwingen. Ein besonders vorteilhaftes Krümmungsverhalten der Düse im Mittelbereich mit besonders geringer Knickneigung ergibt sich bei einer Ausbildung des Mittelbereichs mit einer in Hauptströmungsrichtung stufenlos abnehmenden Wandstärke insbesondere in Verbindung mit der bereits geschilderten kontinuierlichen Abnahme der Querschnittsfläche im Mittelteil in Hauptströmungsrichtung. Für eine Querschnittsveränderung des Düsenkanals durch quer zur Hauptströmungsrichtung einwirkende Klemmvorrichtungen bis hin zur vollständigen Abschnürung des Düsenkanals ist vorzugsweise in einem Abschnitt des Mittelbereichs, insbesondere in einem dem Eintrittsbereich zugewandten Abschnitt des Mittelbereichs eine Position in Hauptströmungsrichtung mit bezüglich des Mittelbereichs relativ großer Querschnittsfläche vorgesehen. Eine größere Querschnittsfläche ist bei gleicher Querschnittsform mit einer größeren Umfangsfläche des Düsenkanalabschnitts verbunden, was sich nach Rücksetzung der Klemmvorrichtung günstig auf die schnelle und zuverlässige Aufweitung des Düsenkanals durch den Flüssigkeitsdruck auch nach längerem Abklemmzustand auswirkt. Die Querschnittsfläche beträgt in dem zur Abklemmung vorgesehenden Abschnitt im Ausgangszustand der Düse vorteilhafterweise wenigstens das 3-fache, insbesondere wenigstens das 6-fache der kleinsten Querschnittsfläche des Düsenkanals im Austrittsbereich.
Der Mittelteil der Düse erstreckt sich vorzugsweise über wenigstens 20 %, insbesondere wenigstens 33 % der gesamten Düsenkanallänge. Im Übergangsbereich vom Fußteil der Düse, welcher auch den Eintrittsbereich umfaßt, ist vorteilhafterweise eine Einkerbung im Verlauf der Außenkontur der Düse vorgesehen, mit welcher die Düse selbsthaltend in eine Gehäuseöffnung einsetzbar ist.
Die zirkulare Strömungskomponenten behindernde Ausbildung eines Beruhigungsbereichs macht sich die Erkenntnis zunutze, daß die Strahlbündelung insbesondere durch solche zirkularen Strömungskomponenten der Flüssigkeitsbewegung beeinträchtigt wird, und beseitigt wesentliche Einflußquellen solcher Strömungskomponenten.
Eine wesentliche zirkulare Strömung tritt typischerweise bereits im Eintrittsbereich des Düsenkanals auf und ist insbesondere von Bedeutung bei Anordnungen, bei welchen der Hauptstrom der Flüssigkeitszufuhr im Innern eines Geräts quer zur Ausrichtung des Düsenkanals gerichtet ist und die Flüssigkeit zum Einströmen in den Düsenkanal einen Richtungswechsel von etwa zwischen 45° und 135°erleidet. Ein solcher Richtungswechsel führt zu ungleichmäßiger Strömung und Wirbeln mit zirkularen Bewegungskomponenten, die sich bis zum Düsenaustritt fortsetzen können, insbesondere auch durch einen strahlformend ausgebildeten Düsenaustrittsbereich.
Eine vorteilhafte Maßnahme gemäß der Erfindung sieht daher vor, im Verlauf des Düsenkanals vor einem Austrittsbereich, der insbesondere zur Strahlformung vorgesehen sein und bevorzugt eine zylindrische Form aufweisen kann, einen Beruhigungsbereich vorzusehen, der behindernd für zirkulare Strömungen ausgeführt wird. Insbesondere sollen zirkulare Bewegungskomponenten senkrecht zur Hauptströmungsrichtung des Düsenkanals vermindert werden. Dies erfolgt mit einem geringen Aufwand und guter Wirkung vorteilhafterweise dadurch, daß im Querschnitt des Düsenkanals der Raum für freie Kreisbewegungen in Ebenen senkrecht zur Hauptströmungsrichtung verkleinert wird, vorzugsweise durch Gestaltung des Querschnitts des Düsenkanals in der Art, daß die größte freie Kreisfläche innerhalb der Querschnittsfläche wesentlich kleinber sind als die gesamte Querschnittsfläche, insbesondere kleiner als 20% der Querschnittsfläche. Solche zirkularen Bewegungen, die sich der Bewegung in Hauptströmungsrichtung überlagern, werden dadurch wirkungsvoll vermindert. Durch den Einsatz von zur Hauptströmungsrichtung im wesentlichen parallelen Leitflächen werden solche unerwünschten zirkularen Bewegungskomponenten der Flüssigkeit weitgehend unterdrückt, ohne daß der Strömungswiderstand in Hauptströmungsrichtung nennenswert erhöht wird.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, daß von den Wänden zur Mitte des Düsenkanals hin ausgerichtete Leitelemente mit zur Hauptströmungsrichtung parallelen Leitflächen im Beruhigungsbereich angeordnet sind. Vorzugsweise gehen diese Leitelemente von der Wand des Düsenkanals aus und sind mit dieser verbunden, wodurch die Leitelemente auch bei geringer Materialstärke mechanisch stabil angeordnet sind.
Der durch die Leitelemente segmentierte Querschnitt des Düsenkanals kann dabei auch die an sich gebräuchliche kreisrunde Form aufweisen. Die Leitelemente sind vorzugsweise an den einander und der Mitte des Düsenkanals zugewandten Kanten beabstandet, so daß in der Mitte des Düsenkanals ein lichter Innenraum frei bleibt. Der lichte Innenraum, der vorteilhafterweise in direkter Verlängerung des bevorzugt zylindrischen Düsenkanalabschnitts des Düsenaustrittsbereichs liegt, begünstigt die ungehinderte Strömung in Hauptströmungsrichtung, kann aber durch Beschränkung seines freien Radius zirkulare Strömungen in seinem Bereich weitgehend vermeiden. Die Fläche des freien Kreisquerschnitts des lichten Innenraums liegt vorteilhafterweise zwischen dem 1-fachen und dem 20-fachen, vorzugsweise zwischen dem 2-fachen und dem 10-fachen Wert der kleinsten Querschnittsfläche des Düsenkanals im Düsenaustrittsbereich.
Der Düsenaustrittsbereich umfaßt vorteilhafterweise einen zylindrischen, insbesondere kreiszylindrischen Düsenabschnitt, wie an sich aus dem Stand der Technik bekannt. Die Länge dieses Düsenabschnitts ist vorteilhafterweise wesentlich größer als der Durchmesser des zylindrischen Abschnitts und liegt vorzugsweise zwischen 5% und 60%, insbesondere zwischen 15% und 35% der gesamten Länge des Düsenkanals. Der Düsenkanal hat vorzugsweise seine kleinste Querschnittsfläche in diesem zylindrischen Düsenkanalabschnitt.
Die Querschnittsfläche des Düsenkanals nimmt vorzugsweise in Hauptströmungsrichtung beständig ab, bis sie an dem zylindrischen Düsenkanalabschnitt des Düsenaustrittsbereichs ihren kleinsten Wert erreicht. Die Abnahme des Querschnitts erfolgt vorteilhafterweise mit möglichst geringer Störung der Strömung. Hierzu wird die Krümmung der Mantellinien der Düsenkanalwand auf einen Mindestkrümmungsradius von 2 mm zu kleineren Werten hinbegrenzt und/oder die Richtungsänderung der Mantellinien an gekrümmten Abschnitten, repräsentiert durch Tangenten, auf weniger als 15° auf je 5% der Düsenkanallänge in Hauptströmungsrichtung beschränkt. Hierdurch kann die Entstehung neuer Strömungswirbel an Querschnittsverengungen weitgehend vermieden werden. Die Entstehung neuer Strömungswirbel soll insbesondere in Hauptströmungsrichtung nach dem Beruhigungsbereich vermieden werden. Der Beruhigungsbereich des Düsenkanals beginnt vorteilhafterweise an oder nahe der Eintrittsöffnung in die Düse. Der lichte Innenraum ist bevorzugt mit weitgehend gleichbleibendem Querschnitt, d.h. gleichbleibenden Abständen der Leitelemente in Hauptströmungsrichtung ausgeführt.
Vorteilhafterweise ist zwischen dem Beruhigungsbereich und dem Düsenaustrittsbereich noch ein Mittelbereich vorgesehen, welcher vorzugsweise eine geringere Quersteifigkeit der Düsenkanalwand zeigt. Die geringere Quersteifigkeit des Mittelbereichs bewirkt zum einen, daß bei einer evtl. späteren gegen die Hauptströmungsrichtung in Ausgangsposition geneigten Ausrichtung des Düsenaustrittsbereichs die Richtungsänderung vornehmlich in dem Mittelbereich erfolgt und insbesondere der strahlformende Düsenaustrittsbereich weitgehend unverformt bleibt, und zum anderen, daß in diesem Mittelbereich eine gezielte Abschnürung des Düsenkanals durch seitlich angewandte Kräfte vereinfacht wird. Ersteres ist insbesondere von Bedeutung für Anwendungen, bei welchen eine Strahlrichtungsvariation und/oder bei mehreren Düsen eine individuell verschiedene Strahlausrichtung der einzelnen Düsen bei parallel ausgerichteten festen Düseneingängen beabsichtigt ist. Letzteres ist beispielsweise vorteilhaft für eine gezielte Abstellung des Flüssigkeitsaustrags aus einer Düse.
Für die bevorzugte Ausführung der Düse als einstückiges Gußteil, insbesondere als Spritzgußteil, sieht eine weitere erfindungsgemäße Maßnahme vor, eine Trennstelle des mehrteiligen Werkzeugs und damit eine an der Trennstelle unvermeidliche, mehr oder weniger ausgeprägte Gußnaht an eine Position innerhalb des Düsenkanals in Hauptströmungsrichtung vor den zylindrischen Düsenkanalabschnitt zu legen. Die quer zur Hauptströmungsrichtung verlaufende Trennstelle des Gußwerkzeugs führt dann zu einer ringförmigen Gußnaht an der Wand des Düsenkanals. Eine solche Störstelle des Wandverlaufs des Düsenkanals ist an sich unerwünscht, vermeidet aber gegenüber der Alternative, die Trennstelle an den Düsenaustritt zu verlegen, den bei einer solchen Alternative wesentlich gravierenden Nachteil einer Gußnaht mit einer mehr oder weniger ausgeprägten regelmäßigen Gußhaut am Strahlaustritt, die die im strahiformenden Düsenaustrittsabschnitt, insbesondere einem zylindrischen Düsenkanalabschnitt aufgeprägte Strahlbündelung wieder unkontrolliert beeinträchtigt. Sie kann insbesondere auch eine Winkelabweichung zwischen dem Stiel und der Düsenachse verursachen. Eine manuelle Nachbearbeitung zur Beseitigung einer Gußnaht am Düsenaustritt ist wirtschaftlich und technisch nicht sinnvoll. Durch die Verlagerung einer solchen störenden Gußnaht in Hauptströmungsrichtung vor den strahlformenden Düsenaustrittsbereich wird der Einfluß der Störstelle so gering wie möglich gehalten. Insbesondere wird die Führung der Flüssigkeit in dem strahlformenden Düsenkanalabschnitt des Düsenaustrittsbereichs und die Strahlablösung nicht mehr beeinträchtigt, da der Düsenaustritt von einer Trennstelle und damit einer Gußnaht frei bleiben kann.
Die Gußnaht der Wand des Düsenkanals bzw. die dieser zugrundeliegende Trennstelle des Werkzeugs liegen vorzugsweise an einer Position, wo die Querschnittsfläche des Düsenkanals zwischen dem 1,5-fachen und dem 4-fachen, insbesondere zwischen dem 2-fachen und dem 3-fachen der kleinsten Querschnittsfläche des Düsenaustrittsbereichs beträgt. Der Werkzeugteil, der vom Düsenende den späteren Düsenausgangskanal bildend sich zum gegenüberliegenden Werkzeug bis zur Trennstelle erstreckt, zeigt im wesentlichen die Form eines von einem Fußpunkt ausgehenden Stifts, der sich an seinem dem Fußpunkt abgewandten Ende aufweitet. Durch Fortführung der Düsenwand des Düsenaustritts in eine zur Düsenendfläche übergehende Rundung mit einem Krümmungsradius von mehr als 5% des Durchmessers des Düsenaustritts, wenigstens aber 0,1 mm, können im zur Herstellung der Düse vorgesehenen Werkzeug auftretende mechanische Spannungen verteilt und auf unschädliche Werte begrenzt werden. Eine saubere Strahlablösung von der Düsenwand ist, insbesondere bei Krümmungsradien von weniger als 1 mm, dabei nicht beeinträchtigt.
Da der Stift des Werkzeugs in der fertig gegossenen Düse sich einerseits am Fußpunkt an der Düsenendfläche abstützt und andererseits die dem Fußpunkt abgewandte Aufweitung des Stifts den engeren zylindrischen Düsenkanalabschnitt hintergreift, muß die Düse von dem Werkzeugstift zwangsentformt werden. Das gummielastische Düsenmaterial ermöglicht bei den genannten bevorzugten Querschnittsflächenverhältnissen von Trennstelle und engstem Düsendkanalquerschnitt eine solche Zwangsentformung ohne Gefahr der Beschädigung von Düse oder Werkzeug.
Die erfindungsgemäße Düse ist gemäß einer ersten vorteilhaften Verwendung in einem Gerät zum Austrag einer Flüssigkeit einsetzbar, bei welchem der Düsenaustritt gegenüber einem fest angeordneten Düseneintritt elastisch umgebogen ist, um eine bestimmte Ausrichtung des austretenden Strahls zu erzielen. Vorzugsweise enthält das Gerät eine Mehrzahl solcher Düsen, so daß ein Düsenfächer mit unterschiedlichen und vorzugsweise veränderlichen Strahlausrichtungen erzeugbar ist.
Eine weitere vorteilhafte Anwendung einer erfindungsgemäßen Düse sieht ein Gerät zum Austrag einer Flüssigkeit vor, bei welchem Vorrichtungen zum Abschnüren des Düsenkanals zwischen Düseneintritt und Düsenaustritt vorgesehen sind. Auf diese Weise läßt sich mit geringem Aufwand und zuverlässig ein Absperren des Wasseraustritts aus der Düse erreichen. Vorzugsweise sind wieder eine Mehrzahl von Düsen in dem Gerät vorgesehen.
Die vorstehend und in den Ansprüchen beschriebenen Maßnahmen sind sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen vorteilhaft realisierbar.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen und Bezugnahme auf die Abbildungen noch eingehend veranschaulicht. Dabei zeigt:

Fig. 1: eine Seitenansicht einer Düse
Fig. 2.: einen Längsschnitt durch die Düse der Fig. 1
Fig. 3: einen Blick in den Düsenkanal vom Düseneintritt her
Fig. 4: eine umgelenkte Düse
Fig. 5: eine abgeklemmte Düse

Der Düsenkörper erstreckt sich von einem in eine Platte P integrierten Fußteil F unter zunehmender Verschlankung in Hauptströmungsrichtung H bis zur Düsenendfläche FE. Im Bereich des Fußteils F weist die äußere Kontur der Düse eine Einkerbung K auf, welche zum Eingriff in eine Gehäuseöffnung mit beidseitigem Übergreifen des Randes einer solchen Gehäuseöffnung vorgesehen ist. Die Einkerbung kann zur zuverlässigeren Abdichtung der Gehäuseöffnung durch den eingesetzten Düsenkörper noch eine umlaufende Rippe T aufweisen. Die Platte P kann vorteilhafterweise eine Mehrzahl von Düsen in vorzugsweise linearer Anordnung miteinander verbinden. Durch den Düseneintritt DE einströmende Flüssigkeit wird im Verlauf der Düse durch den enger werdenden Innenquerschnitt beschleunigt und tritt als eng gebündelter Strahl durch den Düsenaustritt DA in Hauptströmungsrichtung H aus der Düse aus.
Aus dem Längsschnitt durch die Düse nach Fig. 2 wird der für die Erfindung wesentliche innere Aufbau der Düse an einem beispielhaften Aufbau ersichtlich. Der sich im Düseninneren vom Düseneintritt zum Düsenaustritt erstreckende, flüssigkeitsführende Düsenkanal sei als rotationssymmetrisch bezüglich einer Mittelachse angenommen. Der Querschnitt des Düsenkanals verengt sich vom Düseneintritt DE her kontinuierlich bis zu einem kreiszylindrischen Düsenkanalabschnitt ZK eines Düsenaustrittsbereichs DA. Der Düsenkanal hat in diesem Abschnitt ZK seinen kleinsten Querschnitt. Die Verengung des Düsenkanalquerschnitts erfolgt ohne abrupte Übergänge, so daß die Erzeugung von die Strahlbündelung störenden Bewegungskomponenten der Flüssigkeit innerhalb des Düsenkanals minimiert wird. Die in der Zeichenebene liegenden Mantellinien der Wandung WI des Düsenkanals sind überwiegend durch mehrere im wesentlichen gerade Abschnitte gebildet, welche bei nur geringen Winkeländerungen bezüglich ihrer Neigung gegen die Hauptströmungsrichtung H mit großzügigen Krümmungsradien ineinander übergehen. Die Mantellinien laufen in Richtung des Düseneingangs geschwungen in einen zur unteren Plattenebene parallelen Ausrichtung aus. Für die Führung der Mantellinien ist eine große Variationsmöglichkeit im Detail gegeben.
In einem beim Düseneintritt DE beginnenden, im skizzierten Beispiel als Beruhigungsbereich B ausgeführten Eintrittsbereich sind mehrere Leitelemente LE in Form von Lamellen, die sich von der Düsenkanalwand in Richtung der Düsenkanalmitte erstrecken, vorgesehen. Die Leitelemente LE segmentieren den Strömungsraum des Düsenkanals und behindern zirkulare Bewegungsanteile der Flüssigkeit in Ebenen senkrecht zur Hauptströmungsrichtung, die sich durch Überlagerung mit der Bewegung in Hauptströmungsrichtung in Form von spiralförmigen Bewegungsmustern ausdrücken können. Durch die quer zu Strömungslinien solcher zirkularen Bewegungskomponenten verlaufenden Lamellen wird der Großteil solcher zirkularer Strömungen unterbunden. Die Lamellen führen nicht bis zur Mitte des Düsenkanals, sondern sind untereinander und von diesem beabstandet und begrenzen einen lichten Innenraum IR mit einem im Querschnitt freien Kreisdurchmesser DI, der wesentlich kleiner ist als der Durchmesser des Düseneintritts DE. Die Länge des Beruhigungsbereichs B beträgt vorzugsweise wenigstens 20% der gesamten Länge des Düsenkanals von Düseneintritt bis zum Düsenaustritt.
Ein Düsenaustrittsbereich A umfaßt einen zylindrischen, insbesondere kreiszylindrischen Düsenkanalabschnit ZK welcher maßgeblich die Strahlformung beeinflußt. Am Düsenaustritt DA geht die Wandung WI des Düsenkanals in eine Rundung R über, welche zu der Düsenendfläche FE führt. Durch die Rundung R werden mechanische Spannungen am zur Herstellung bevorzugt benutzten Spritzgußwerkzeug im Bereich des Düsenaustritts verteilt und Spitzenbelastungen vermieden. Die Strahlablösung beim Verlassen des Düsenaustritts erweist sich als unkritisch, so daß die Rundung R die Strahlformung nicht erkennbar beeinträchtigt.
Die Düse weist zwischen dem Eintrittsbereich E und dem Düsenausstrittsbereich A einen Mittelbereich M auf, in welchem die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit durch die kontinuierliche Querschnittsverengung in Hauptströmungsrichtung stetig zunimmt. Zwischen Eintrittsbereich, Mittelbereich und Austrittsbereich können jeweils kurze Übergänge vorgesehen sein, in welchen die spezifischen Eigenschaften der genannten Bereiche ineinander überführt werden. In dem mittleren Bereich M zeigt die Düse eine Wandstärke, die in Hauptströmungsrichtung vorzugsweise stufenlos abnimmt und beim Übergang in den anschließendem Austrittsbereich wieder zunimmt. Bei einer Auslenkung des Austrittsbereichs zur Ablenkung des Strahls von der Mittelachse der Ausgangsposition der Düse findet eine Verformung des Düsenkörpers primär in dem Mittelbereich stattfindet, wogegen der zylindrische Düsenkanalabschnitt ZK des Düsenaustrittsbereichs A bei einer solchen Auslenkung im wesentlichen unverformt bleibt und daher die Strahlformung durch die Auslenkung nicht nennenswert beeinflußt wird. Der Fußbereich der Düse ist bei einer Auslenkung des Düsenendes zur Strahlablenkung als fest in einem Gehäuse verankert betrachtet.
In Figur 4 ist die in Figur 2 in Ausgangsstellung dargestellte Düse in einer Position mit umgelenkter Strahlaustrittsrichtung skizziert. Am Austrittsbereich ansetzende Umlenkmittel UM sind als Führung für den Austrittsbereich zumindest in Richtung der Umlenkung ausgebildet. Die Richtungsänderung der Hauptströmungsrichtung im Strahlaustritt nach H' findet im wesentlichen ausschließlich in dem Mittelbereich statt, wogegen der Austrittsbereich wegen der Führung durch die Umlenkmittel und/oder die höhere Wandstärke des Austrittsbereichs im wesentlichen unverformt bleibt und daher seine vorteilhaften Strahlformungseigenschaften beibehält. Die Querschnittsfläche des Düsenkanals bleibt auch in den bei der Umbiegung des Mittelbereichs von der Kreisform elliptisch verformten Querschnitten größer als die Querschnittsfläche in dem strahlformenden Austrittsbereich, so daß der Durchfluß im wesentlichen unverändert durch den Querschnitt des Austrittsbereichs bestimmt bleibt.
Figur 5 zeigt einen Düse der in der Figur 2 skizzierten Art, bei welcher in einem dem Eintrittsbereich E zugewandten Abschnitt des Mittelbereichs eine außen ansetzende und quer zur Hauptströmungsrichtung wirkende Klemmvorrichtung KV den Düsenkanal vollständig abschnürt. Zur Regulierung des Durchflusses können auch Zwischenstellungen der Klemmvorrichtung möglich sein. Nach längerer Abschnürung des Düsenkanals reicht unter Umständen die Elastizität des Düsenmaterials zur Rückstellung nicht aus. Der Druck der Flüssigkeit wirkt dann aber gleichfalls in Richtung der Wiederherstellung des ursprünglichen Düsenkanalquerschnitts, wobei die Rückstellkraft durch die größere Wandfläche in einem Bereich mit im Ausgangszustand größerer Querschnittfläche höher ist und damit eine Aufweitung des Düsenkanals nach Rücksetzung der Klemmvorrichtung schneller und zuverlässiger erfolgt als an Positionen mit im Ausgangszustand kleinerer Querschnittsfläche.
Die Düse ist bevorzugt als materialhomogenes Spritzgußteil aus gummielastischem Material hergestellt. Beim Gußvorgang mit dem mehrteiligen Gußwerkzeug sind mehr oder weniger stark ausgeprägte Gußnähte, die sich auch in unregelmäßigen Gußhäuten fortsetzen können, an Trennstellen des Werkzeugs kaum zu vermeiden. Eine vorteilhafte Gestaltung eines Spritzgußwerkzeugs zur Herstellung einer Düse der skizzierten Art sieht eine Trennstelle des Werkzeugs zwischen einem ersten, den Düseneintritt formenden Werkzeugteil und einem zweiten, den Düsenaustrittsbereich mit dem zylindrischen Düsenkanalabschnitt ZK formenden Werkzeugteil innerhalb des Düsenkanals an einer Position in Hauptströmungsrichtung vor dem zylindrischen Düsenkanalabschnitt ZK vor. Die Position ist in der Skizze nach Fig. 2 als resultierende Gußnaht GN eingetragen. Durch die Lage der Gußnaht GN vor dem strahlformenden zylindrischen Düsenkanalabschnitt ZK kann der nachteilige Einfluß einer solchen Gußnaht auf die Strahlformung gering gehalten werden. Im weiteren Düsenkanalverlauf einschließlich des Düsenaustritts DA tritt dann keine solche Gußnaht bzw. Trennstelle zwischen zwei Werkzeugteilen mehr auf. Die gegossene Düse wird durch Zwangsentformung entgegen der Hauptströmungsrichtung H von dem zweiten Werkzeugteil abgezogen, wobei sich beim Abziehen der zylindrische Kanalabschnitt ZK unter elastischer Dehnung über die Aufweitung des zweiten Werkzeugteils ziehen läßt, ohne dieses dadurch zu beschädigen oder selbst beschädigt zu werden. Eine Nachbearbeitung der gegossenen Düse ist nicht erforderlich.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern im Rahmen fachmännischen Könnens in mancherlei Weise abwandelbar. Insbesondere kann der Verlauf des Düsenkanals von der skizzierten Form der Mantellinien in vielerlei Weise abweichen.

Claims

Düse zur Abgabe-eines Flüssigkeitsstrahls mit einem sich von einem Düsenaustritt (DA) entlang einer Hauptströmungsrichtung (H) erstreckenden Düsenkanal (ZK), wobei die Düse in Hauptströmungsrichtung (H) nacheinander einen Eintrittsbereich (E), einen Mittelbereich (M) und einen Austrittsbereich (A) umfaßt, und wobei sie im Mittelbereich aus elastischem insbesondere gummielastischem Material besteht dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelbereich in seinem Verlauf sowohl zu seiner Querschnittsveränderung als auch zu einer Umlenkung der Strömungsrichtung vorgesehen ist und dass Einrichtungen (KV, UM) zur Querschnittsveränderung und/oder Änderung der Strömungsrichtung vorgesehen sind, die an der Düse angreifen.
Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelbereich (M) eine geringere Quersteifigkeit aufweist als der Austrittsbereich.
Düse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Austrittsbereich (A) durch Versteifungsmittel formstabilisiert ist.
Düse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Austrittsbereich (A) und Mittelbereich (M) aus verschiedenen Materialien bestehen.
Düse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Querschnittsfläche des Düsenkanals im Mittelbereich (M) in strömungsrichtung kontinuierlich verringert.
Düse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche des Düsenkanals bis zu einer Umlenkung der Strömungsrichtung von 45 ° sich in Strömungsrichtung kontinuierlich verringert.
Düse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche des Düsenkanals im Mittelbereich (M) bis zu einer Umlenkung der Strömungsrichtung um 45° größer ist als die kleinste Querschnittsfläche des Düsenkanals (ZK) im Austrittsbereich (A).
Düse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke (WI)der Düse beim Übergang vom Mittelbereich (M) zum Austrittsbereich (A) zunimmt.
Düse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelbereich (M) sich über wenigstens 20 %, insbesondere wenigstens 33 % der Düsenkanallänge erstreckt.
Düse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Querschnittsfläche des Düsenkanals im Mittelbereich (M) in Strömungsrichtung degressiv verringert.
Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abklemmbereich im Mittelbereich (M) vorgesehen ist, dessen Düsenkanal-Querschnittsfläche im nicht geklemmten Zustand mindestens das 3-fache, vorzugsweise mindestens das 6-fache der kleinsten Querschnittsfläche des Düsenkanals (ZK) im Austrittsbereich (A) beträgt.
Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenkontur der Düse im Fußbereich der Düse eine umlaufende Einkerbung (K) aufweist.
Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zum Austragen, der Flüssigkeit in Form eines gebündelten Strahls ein sich von einem Düseneintritt (DE) zu einem Düsenaustritt (DA) erstreckenden Düsenkanal, dessen Strömungsquerschnitt sich in Hauptströmungsrichtung verengt, vorgesehen ist, der vor einem Düsenaustrittsbereich (DA) einen Beruhigungsbereich (B) aufweist, der behindernd für zirkuläre Strömungen im Düsenkanal ausgeführt ist.
Düse nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Beruhigungsbereich (B) von den Wänden (WI) des Düsenkanals zu dessen Mitte hin gerichtete Leitelemente (LE) mit zur Hauptströmungsrichtung (H) parallelen Leitflächen aufweist.
Düse nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenkanten der Leitelemente (LE) voneinander und vom Zentrum des Düsenkanals beabstandet sind und einen lichten Innenraum (IR) freilassen.
Düse nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die kleinste Querschnittsfläche des lichten Innenraums (IR) zwischen dem 1-fachen und dem 20-fachen, insbesondere zwischen dem 2-fachen und 10-fachen der kleinsten Querschnittsfläche des Düsenkanals (ZK) im Düsenaustrittsbereich (A) liegt.
Düse nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantellinien der Düsenkanalwand (WI) zwischen Beruhigungsbereich (B) und Düsenaustritt (DA) keinen Krümmungsradius kleiner als 2 mm aufweisen.
Düse nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantellinien der Düsenkanalwand zwischen Beruhigungsbereich (B) und Düsenaustritt (DA) keine Richtungsänderung von mehr als 15° auf je 5% der Düsenkanallänge zeigen.
Düse nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenaustrittsbereich (DA) einen zylindrischen Düsenkanaiabschnitt umfaßt, dessen Querschnittsfläche die kleinste Querschnittsfläche des Düsenkanals bildet.
Düse nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Düsenkanalabschnitt (ZK) zwischen 5% und 60%, insbesondere zwischen 15% und 35% der Düsenkanallänge einnimmt.
Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass zum Austragen einer Flüssigkeit in Form eines gebündelten Strahls ein sich von einem Düseneintritt zu einem Düsenaustritt erstreckender Düsenkanal vorgesehen ist, der über eine Rundung mit einem Krümmungsradius (R) mit wenigstens o,1 mm in die Düsenendfläche (FE) übergeht.
Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus gummielastisch verformbarem Material besteht.
Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 22, gekennzeichnet durch ihre Ausführung als Gussteil.
Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass zum Austragen einer Flüssigkeit in Form eines gebündelten Strahls ein sich von einem Düseneintritt (DE) zum Düsenaustritt (DA) erstreckender Düsenkanal, dessen Strömungsquerschnitt sich in Hauptströmungsrichtung (H) verengt und in einem zylindrischen Düsenkanalabschnitt im Düsenaustrittsbereich endet, vorgesehen ist, wobei die Düse als Gussteil aus gummielastisch verformbarem Material besteht und eine quer zur Hauptströmungsrichtung (H) verlaufende Gussnaht (GN) innerhalb des Düsenkanals in Hauptströmungsrichtung (H) vor dem zylindrischen Düsenkanalabschnitt vorgesehen ist.
Düse nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche des Düsenkanals bei der Gussnaht (GN) wenigstens das 1,1-fache, vorzugsweise wenigstens das 1,5-fache der Querschnittsfläche des zylindrischen Düsenkanals (ZK) beträgt.
Gerät zum Austragen einer Flüssigkeit mit einer Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 25, bei welchem Vorrichtungen zum Abschnüren des Düsenkanals zwischen Düseneintritt (DE) und Düsenaustritt (DA) vorgesehen sind.
Gerät nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtungen an einem dem Eintrittsbereich zugewandten Abschnitt des Mittelbereichs (M) ansetzen.
Gerät zum Austragen einer Flüssigkeit mit einer Düse nach einem der Ansprüche 1 bis 25, bei welchem der Düsenaustritt (DA) elastisch abgebogen ist.
Gerät nach Anspruch 28 mit unterschiedlich ausgerichteten Austrittsöffnungen.
Gerät nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtungen der Austrittsbereiche veränderbar sind.