EP2435190B1

EP2435190B1 - Rotordüse für ein hochdruckreinigungsgerät

Info

Publication number: EP2435190B1
Application number: EP10721790.3A
Authority: EP
Inventors: Johann Georg Wesch; Kai Trautwein
Original assignee: Alfred Kaercher SE and Co KG
Current assignee: Alfred Kaercher SE and Co KG
Priority date: 2009-05-25
Filing date: 2010-05-21
Publication date: 2015-09-30
Anticipated expiration: 2030-05-21
Also published as: EP2435190A1; BRPI1012027A2; WO2010136412A1; RU2491995C1; ES2551163T3; CN102448616A; RU2011153014A; US20120138706A1; CN102448616B; DE102009023647A1; BRPI1012027B1; US8820659B2; PL2435190T3; DK2435190T3

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotordüse für ein Hochdruckreinigungsgerät mit den Merkmalen des Oberbegriffes von Patentanspruch 1.
Aus der DE 41 29 026 C1 sind Rotordüsen bekannt mit einem Gehäuse, das mindestens einen tangential in das Gehäuse einmündenden Einlass für eine Flüssigkeit aufweist und das in einer Stirnwand mit einer pfannenförmigen, zentral durchbrochenen Vertiefung versehen ist, und mit einem im Gehäuse angeordneten, einen Durchgangskanal aufweisenden und sich mit einem kugeligen Ende in der pfannenförmigen Vertiefung abstützenden Düsenkörper, dessen Längsachse zur Längsachse des Gehäuses geneigt ist. Flüssigkeit im Gehäuse ist durch die über den mindestens einen Einlass in das Gehäuse einströmende Flüssigkeit um die Längsachse des Gehäuses in Rotation versetzbar. Der Düsenkörper läuft zusammen mit der rotierenden Flüssigkeit um und legt sich dabei mit einer Anlagefläche an seinem Umfang an die Innenwand des Gehäuses an. Mit derartigen Rotordüsen kann ein auf einem Kegelmantel umlaufender kompakter Flüssigkeitsstrahl erzeugt werden, der beispielsweise zu Reinigungszwecken auf eine zu reinigende Fläche gerichtet werden kann. Hierzu kann der Einlass des Gehäuses mit einem Hochdruckreinigungsgerät verbunden werden, so dass dem Gehäuse unter hohem Druck stehende Flüssigkeit zugeführt werden kann. In dem Gehäuse befindet sich der Düsenkörper, der nur einseitig an der pfannenförmigen Vertiefung gelagert ist und sich im Übrigen im Gehäuse um die Längsachse des Gehäuses bewegen kann. Der Düsenkörper weist einen Durchgangskanal auf, durch den die Flüssigkeit die durchbrochene Vertiefung des Gehäuses passieren kann. Die Längsachse des Düsenkörpers ist gegenüber der Längsachse des Gehäuses geneigt. Durch die tangential in das Gehäuse eintretende Flüssigkeit wird der Düsenkörper in die pfannenförmige
Vertiefung gedrückt, die ein Lager für den Düsenkörper ausbildet, und zugleich wird der Düsenkörper in Rotation um die Gehäuselängsachse versetzt. Dies hat zur Folge, dass der austretende Flüssigkeitsstrahl ebenfalls die gewünschte kreisförmige Bewegung beschreibt, so dass bei einem mit Punktstrahldüsen vergleichbaren Druck eine verhältnismäßig große Fläche mit Flüssigkeit beaufschlagt werden kann.
Die Zuführung der unter Druck stehenden Flüssigkeit über den tangential in das Gehäuse einmündenden Einlass stellt sicher, dass im Gehäuse befindliche Flüssigkeit um die Längsachse des Gehäuses in Rotation versetzt wird und dadurch auch der Düsenkörper um die Gehäuselängsachse rotiert, indem sich innerhalb des Gehäuses eine rotierende Flüssigkeitssäule ausbildet. Der mindestens eine tangentiale Einlass bildet allerdings für die Flüssigkeit einen Strömungswiderstand aus, der zu Strömungsverlusten führt. Um den Strömungswiderstand zu verringern, könnte der Durchmesseer des mindestens einen tangentialen Einlasses vergrößert werden. Dies hat dann aber zur Folge, dass sich die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit im Bereich des mindestens einen tangentialen Einlasses verringert, und dies wiederum kann zur Folge haben, dass der Düsenkörper nicht in allen Fällen zuverlässig in Rotation um die Gehäuselängsachse versetzbar ist. Insbesondere das so genannte "Anlaufverhalten" des Düsenkörpers kann beeinträchtigt werden. Unter dem Anlaufverhalten wird das Ingangsetzen der Rotation des Düsenkörpers verstanden. Bevor dem Gehäuse unter Druck stehende Flüssigkeit zugeführt wird, befindet sich der Düsenkörper relativ zur Innenwand des Gehäuses in Ruhe, er führt also noch keine Umlaufbewegung um die Gehäuselängsachse aus. Erfolg nun die Zuführung von unter Druck stehender Flüssigkeit über den mindestens einen tangentialen Einlass, so muss zunächst die Haftreibung zwischen dem Düsenkörper und der Innenwand des Gehäuses überwunden werden, um den Düsenkörper in Rotation versetzen zu können. Es muss somit zunächst eine verhältnismäßig große anfängliche Reibungskraft überwunden werden, um den Düsenkörper zu bewegen. Führt der Düsenkörper dann eine Rotationsbewegung aus, so ist für das Reibungsverhalten des Düsenkörpers an der Innenwand des Gehäuses die Gleitreibung verantwortlich, die üblicherweise geringer ist als die anfängliche Haftreibung. Dies hat zur Folge, dass für die Aufrechterhaltung einer Rotationsbewegung des Düsenkörpers um die Gehäuselängsachse eine geringere Kraft erforderlich ist als für das Ingangsetzen der Bewegung.
Falls nun der Strömungsquerschnitt des mindestens einen tangentialen Einlassses vergrößert wird, um Strömungsverluste im Bereich des Einlasses zu verringern, so wird dadurch die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit im Bereich des Einlasses reduziert, und dies wiederum kann zur Folge haben, dass die von der Flüssigkeit auf den Düsenkörper ausgeübte Kraft nicht ausreicht, um den Düsenkörper in Rotation um die Gehäuselängsachse zu versetzen.
Aus der US 5,598,975 A ist eine Rotordüse für ein Hochdruckreinigungsgerät bekannt mit den Merkmalen des Oberbegriffes von Patentanspruch 1. Bei dieser Rotordüse kommt ein Düsenkörper zum Einsatz, an dessen Außenseite ein Lagerring drehbar angeordnet ist. Der Lagerring weist eine Nut auf, die einen Wälzring aufnimmt. Der Wälzring bildet eine Anlagefläche, mit der der Düsenkörper an einem profilierten Ringbereich der Innenwand des Gehäuses anliegt. Der Wälzring und/oder der Ringbereich sind elastisch verformbar, so dass beim Ablauf des Wälzrings an dem Ringbereich eine die Drehzahl des Düsenkörpers vermindernde Verformungsarbeit geleistet wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Rotordüse der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass Strömungsverluste im Bereich der Rotordüse verringert werden können, ohne dass dadurch der Betrieb der Rotordüse, insbesondere das Anlaufverhalten des Düsenkörpers, merklich beeinträchtigt wird.
Diese Aufgabe wird durch eine Rotordüse mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.
Durch die von der Kreisform abweichende Außenkontur im hinteren Endbereich des Düsenkörpers kann auf den Düsenkörper von der im Gehäuse rotierenden Flüssigkeit wirksamer eine Kraft übertragen werden, durch die der Düsenkörper um die Gehäuselängsachse in Rotation versetzt wird. Dies wiederum macht es möglich, den Strömungsquerschnitt des mindestens einen tangential in das Gehäuse einmündenden Einlasses zu vergrößern, ohne dass dadurch der Betrieb der Rotordüse und insbesondere das Anlaufverhalten des Düsenkörpers nachteilig beeinflusst wird. Durch die Vergrößerung des Strömungsquerschnitts des mindestens einen Einlasses wird zwar die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit im Bereich des Einlasses reduziert, dies hat jedoch aufgrund der von der Kreisform abweichenden Außenkontur im hinteren Endbereich des Düsenkörpers keine Beeinträchtigung von dessen Anlaufverhalten zur Folge. Der Düsenkörper wird vielmehr von der im Gehäuse um dessen Längsachse strömenden Flüssigkeit auch bei vergrößertem Strömungsquerschnitt des mindestens einen tangentialen Einlasses zuverlässig von der rotierenden Flüssigkeit in Drehung versetzt.
Durch die von der Kreisform abweichende Außenkontur im hinteren Endbereich des Düsenkörpers können somit Strömungsverluste der Flüssigkeit im Bereich der Rotordüse verringert werden und dennoch ist sichergestellt, dass von der Rotordüse zuverlässig ein unter hohem Druck stehender, auf einem Kegelmantel umlaufender Reinigungsstrahl erzeugt werden kann.
Wie erwähnt, liegt der um die Gehäuselängsachse umlaufende Düsenkörper mit einer Anlagefläche an der Innenwand des Gehäuses an. Erfindungsgemäß wird die Anlagefläche von einem Ringwulst ausgebildet, der mit dem Düsenkörper drehfest verbunden ist.
Von Vorteil ist es, wenn sich der Bereich des Düsenkörpers mit von der Kreisform abweichender Außenkontur bis unmittelbar an das hintere Ende des Düsenkörpers erstreckt. Es hat sich gezeigt, dass dies eine besonders wirksame Kraftübertragung von der um die Gehäuselängsachse rotierenden Flüssigkeit auf den Düsenkörper ermöglicht.
In seinem Bereich mit von der Kreisform abweichender Außenkontur weist der Düsenkörper eine unrunde Gestalt auf, die eine wirksame Kraftübertragung von der rotierenden Flüssigkeit auf den Düsenkörper ermöglicht. Der Düsenkörper kann in diesem Bereich beispielsweise eine ovale Gestalt aufweisen oder auch eine wellenförmige Außenkontur.
Als besonders wirkungsvoll hat sich eine Ausgestaltung erwiesen, bei der der Düsenkörper im Bereich mit von der Kreisform abweichender Außenkontur eckig ausgestaltet ist. In diesem Bereich kann der Düsenkörper beispielsweise sternförmig ausgebildet sein oder auch in Form eines Mehrkantes, insbesondere eines Vierkantes oder Sechskantes. Die Bereitstellung von Kanten im Bereich der Außenkontur des Düsenkörpers ermöglicht eine besonders effiziente Übertragung von Kräften von der um die Gehäuselängsachse rotierenden Flüssigkeit auf den Düsenkörper, so dass dieser der Bewegung der Flüssigkeit folgt und ebenfalls um die Gehäuselängsachse umläuft.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Düsenkörper in seinem hinteren Endbereich nach außen abstehende Rippen auf. Die Rippen verleihen dem Düsenkörper eine von der Kreisform abweichende Außenkontur.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn zumindest einige Rippen in einer Radialebene bezogen auf die Längsachse des Düsenkörpers verlaufen. Der Düsenkörper kann beispielsweise mehrere in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilte Rippen aufweisen, die jeweils radial ausgerichtet sind.
Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass zumindest einige Rippen senkrecht zu einer Radialebene bezogen auf die Längsachse des Düsenkörpers verlaufen. Unter einer Radialebene wird hierbei eine Ebene verstanden, die bezogen auf die Längsachse des Düsenkörpers in Radialrichtung ausgerichtet ist.
Bevorzugt sind mehrere Rippen parallel zueinander ausgerichtet.
Die im Gehäuse um dessen Längsachse rotierende Flüssigkeit kann nicht nur zur Folge haben, dass der Düsenkörper entsprechend der Flüssigkeit um die Gehäuselängsachse rotiert. Die um die Längsachse des Gehäuses rotierende Flüssigkeit kann insbesondere im vorderen Bereich des Düsenkörpers, mit dem dieser in der zentralen, pfannenförmigen Vertiefung gelagert ist, als Drehantrieb für den Düsenkörper um dessen Längsachse wirken, so dass dieser in Eigenrotation um seine eigene Längsachse versetzt wird. Die Eigenrotation um die Längsachse des Düsenkörpers überlagert sich der Umlaufbewegung des Düsenkörpers auf dem Kegelmantel des Gehäuses. Die Eigenrotation führt dazu, dass auch der auf dem Düsenkörper austretende Flüssigkeitsstrahl um seine Längsachse in Rotation gelangt. Sobald die entsprechend in Umfangsrichtung beschleunigten Flüssigkeitsteilchen den Düsenkörper verlassen, kann daher der Flüssigkeitsstrahl auffächern. Dies kann zur Folge haben, dass die Reinigungswirkung des Flüssigkeitsstrahls bereits in kurzem Abstand vom Düsenkörper nachlässt. Um die Eigenrotation des Düsenkörpers gering zu halten, ist es von Vorteil, wenn der Düsenkörper in seinem dem vorderen, kugeligen Ende zugewandten Endbereich eine kreisförmige Außenkontur aufweist. Durch die kreisförmige Außenkontur wird die Übertragung von Kräften von der im Gehäuse rotierenden Flüssigkeit auf den Düsenkörper im vorderen Bereich des Düsenkörpers reduziert. Die Gefahr, dass der Flüssigkeitsstrahl nach Verlassen des Düsenkörpers auffächert, wird dadurch gering gehalten. Bei einer derartigen Ausgestaltung weist der Düsenkörper somit in seinem hinteren Endbereich eine von der Kreisform abweichende Außenkontur auf, die das Anlaufverhalten des Düsenkörpers verbessert, und in seinem vorderen Endbereich weist der Düsenkörper eine kreisförmige Außenkontur auf, die die "Eigenrotation des Düsenkörpers um seine eigene Längsachse gering hält.
Eine zylindrische Ausgestaltung des Düsenkörpers in seinem vorderen Endbereich ist von besonderem Vorteil.
Bevorzugt erstreckt sich der Bereich mit kreisförmiger Außenkontur über mindestens die Hälfte der Gesamtlänge des Düsenkörpers. Bei einer derartigen Ausgestaltung weist der Düsenkörper in seinem hinteren Endbereich eine von der Kreisform abweichende Außenkontur auf. Dieser Bereich erstreckt sich aber allenfalls über die Hälfte der Gesamtlänge des Düsenkörpers.
Vorzugsweise ist der Bereich mit von der Kreisform abweichender Außenkontur des Düsenkörpers bezogen auf dessen Längsachse kürzer als der Bereich mit kreisförmiger Außenkontur.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass sich der Bereich mit von der Kreisform abweichender Außenkontur in Längsrichtung des Düsenkörpers über einen Bereich von maximal 40 % der Gesamtlänge des Düsenkörpers erstreckt. Es hat sich gezeigt, dass dadurch ein besonders gutes Anlaufverhalten bei verhältnismäßig geringer Eigenrotation des Düsenkörper erzielbar ist.
Es ist günstig, wenn sich an den Ringwulst in Längsrichtung des Düsenkörpers zu beiden Seiten Bereiche mit von der Kreisform abweichender Außenkontur anschließen. Der Ringwulst ist bei einer derartigen Ausgestaltung im Abstand zum hinteren Ende des Düsenkörpers angeordnet, und sowohl im Bereich zwischen dem Ringwulst und dem hinteren Ende des Düsenkörpers als auch in dem an den Ringwulst in Richtung auf das vordere Ende des Düsenkörpers anschließenden Bereich weist der Düsenkörper eine von der Kreisform abweichende Außenkontur auf. Dadurch kann auf den Düsenkörper zu beiden Seiten des Ringwulstes, d.h. zu beiden Seiten der Anlagefläche, eine verhältnismäßig große Kraft von der um die Gehäuselängsachse rotierenden Flüssigkeit übertragen werden. Es hat sich gezeigt, dass dadurch das Anlaufverhalten des Düsenkörpers verbessert werden kann.
Der Ringwulst kann beispielsweise von einem mit dem Düsenkörper reibschlüssig verbundenen O-Ring gebildet werden, der in einer den Düsenkörper umgebenden Ringnut angeordnet ist.
Der Ringwulst, insbesondere der O-Ring, ist vorzugsweise aus einem gummielastischen Material gefertigt.
Die voranstehend erläuterte Eigenrotation des Düsenkörpers um dessen eigene Längsachse kann verringert werden, indem der Düsenkörper in seinem hinteren Endbereich ein fliehkraftverstärkendes Masseelement aufweist. Aufgrund seiner Umlaufbewegung um die Längsachse des Gehäuses unterliegt der Düsenkörper einer Fliehkraft, die den Düsenkörper senkrecht zur Gehäuselängsachse beaufschlagt und gegen die Innenwand des Gehäuses drückt. Dadurch wird die Eigenrotation des Düsenkörpers um seine eigene Längsachse behindert. Die auf den Düsenkörper einwirkende Fliehkraft kann verstärkt werden, indem die Masse des Düsenkörpers in seinem hinteren Endbereich erhöht wird. Es ist deshalb günstig, wenn er in diesem Endbereich ein Masseelement aufweist, beispielsweise einen Metallkörper.
Bevorzugt kommt ein kugelförmiges Masseelement zum Einsatz, beispielsweise eine Metallkugel, insbesondere eine Stahlkugel.
Die dem Gehäuse über den mindestens einen tangentialen Einlass zugeführte Flüssigkeit kann das Gehäuse nur dadurch verlassen, dass sie durch den Durchgangskanal des Düsenkörpers hindurchströmt und anschließend die durchbrochene Vertiefung an der Stirnwand des Gehäuses passiert. Günstigerweise erstreckt sich der Durchgangskanal in axialer Richtung durch den Düsenkörper hindurch. Die Flüssigkeit kann somit am hinteren Ende des Düsenkörpers in den Durchgangskanal eintreten und diesen am vorderen Ende des Düsenkörpers verlassen. Es hat sich gezeigt, dass durch einen derartigen Durchgangskanal die Reinigungswirkung der Rotordüse verbessert wird. Der Durchgangskanal weist eine verhältnismäßig große Länge auf. Dadurch werden Turbulenzen der Flüssigkeitsströmung beruhigt. Derartige Turbulenten können zu einer Auffächerung des aus dem Düsenkörper herausströmenden Flüssigkeitsstrahls führen. Durch die verhältnismäßig große Länge des Durchgangskanals wird die Gefahr von Turbulenzen verringert.
Besonders günstig ist es, wenn im Durchgangskanal ein Gleichrichter angeordnet ist, denn dadurch können Turbulenzen im Flüssigkeitsstrahl besonders wirkungsvoll beruhigt werden. Der Gleichrichter kann parallel zur Längsachse des Düsenkörpers verlaufende Wände aufweisen, die den Durchgangskanal diametral durchgreifen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Gleichrichter zwei senkrecht aufeinander stehende, parallel zum Durchgangskanal verlaufende und diesen diametral durchsetzende Wände aufweist.
Günstigerweise ist im hinteren Endbereich des Durchgangskanals ein fliehkraftverstärkendes Masseelement angeordnet, das von der Flüssigkeit umströmbar ist. Das Masseelement kann in den Durchgangskanal eingepresst sein. Dies erleichtert die Montage des Düsenkörpers.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn im Durchgangskanal ein Gleichrichter angeordnet ist, der sich in Richtung auf das vordere, kugelige Ende des Düsenkörpers an das Masseelement anschließt. Bei einer derartigen Ausgestaltung kann die Flüssigkeit den Düsenkörper axial durchströmen, wobei sie am hinteren Ende des Düsenkörpers in den Durchgangskanal eintritt und zunächst das bevorzugt kugelförmige oder zylinderförmige Masseelement umströmt. Anschließend durchströmt die Flüssigkeit den sich in Richtung auf das vordere Ende des Düsenkörpers an das Masseelement anschließenden Gleichrichter. Der Gleichrichter hat eine Beruhigung des Flüssigkeitsstrahls zur Folge, indem Turbulenzen innerhalb des Flüssigkeitsstrahls abgeschwächt werden. Es kann eine praktisch turbulenzfreie Flüssigkeitsströmung erzielt werden, so dass die Gefahr besonders gering ist, dass der Flüssigkeitsstrahl bei Verlassen des Düsenkörpers auffächert.
Die nachfolgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen:

Figur 1:: einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Rotordüse mit einem Gehäuse, in dem ein Düsenkörper angeordnet ist;
Figur 2:: eine Seitenansicht des Düsenkörpers mit in Längsrichtung geschnittenem Gehäuse;
Figur 3:: eine Schnittansicht längs der Linie 3-3 in Figur 1 und
Figur 4:: eine Schnittansicht längs der Linie 4-4 in Figur 1.

In der Zeichnung ist schematisch eine Rotordüse 10 für ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Hochdruckreinigungsgerät dargestellt, die auf ein Strahlrohr 12 des Hochdruckreinigungsgerätes aufgeschraubt ist. Das Strahlrohr 12 ist in der Zeichnung nur ausschnittsweise wiedergegeben, da es dem Fachmann an sich bekannt ist. Es umfasst einen Rohrabschnitt 13, an dessen in der Zeichnung nicht dargestelltes, der Rotordüse 10 abgewandtes Ende in üblicher Weise der Druckschlauch des Hochdruckreinigungsgerätes angeschlossen werden kann, sowie einen Verbindungsabschnitt 14 mit einem Außengewinde 16 zur lösbaren Verbindung des Strahlrohrs 12 mit der Rotordüse 10.
Die Rotordüse 10 weist ein Gehäuse 20 auf mit einem ersten Gehäuseteil 21 und einem zweiten Gehäuseteil 22, die einen Innenraum 24 definieren. Das erste Gehäuseteil 21 hat einen kegelstumpfförmigen vorderen Gehäuseabschnitt 26 mit einer Stirnwand 28 und einem Mantel 30, sowie einen hinteren Gehäuseabschnitt 32, der sich einstückig an den vorderen Gehäuseabschnitt 26 anschließt und hohlzylindrisch ausgebildet ist. Es trägt ein Innengewinde 34, in das der Verbindungsabschnitt 14 des Strahlrohrs 12 mit seinem Außengewinde 16 eingeschraubt ist. In Richtung auf die Stirnwand 28 schließt sich an das Innengewinde 34 ein zylindrischer Dichtungsabschnitt 36 an, der über eine bezogen auf die Längsachse 38 des Gehäuses 20 radial nach innen gerichtete Schulter 40 in den im Wesentlichen kegelstumpfförmigen Innenraum 24 übergeht.
Das zweite Gehäuseteil 22 ist in Form einer Abschlussplatte 42 ausgestaltet, die den Innenraum 24 in axialer Richtung begrenzt und einerseits an der Schulter 40 und andererseits am freien Ende 44 des Strahlrohrs 12 anliegt. In die der Stirnwand 28 abgewandte Richtung schließt sich an die Abschlußplatte 42 ein das Strahlrohr 12 in Umfangsrichtung umgebender Dichtring 46 an, der eine flüssigkeitsdichte Verbindung des Strahlrohrs 12 mit der Rotordüse 10 gewährleistet.
Die Abschlussplatte 42 weist mehrere, vorzugsweise vier, in Umfangsrichtung in gleichmäßigem Abstand zueinander angeordnete tangentiale Einlässe 48 auf, über die Flüssigkeit, die der Rotordüse 10 über das Strahlrohr 12 von einem Hochdruckreinigungsgerät zugeführt wird, in den Innenraum 24 eintreten kann. Aufgrund der tangentialen Ausrichtung der Einlässe 48 weist die in den Innenraum 24 eintretende Flüssigkeit eine bezogen auf die Längsachse 38 tangential ausgerichtete Richtungskomponente auf. Dadurch wird im Innenraum 24 Flüssigkeit um die Längsachse 38 des Gehäuses 20 in Rotation versetzt.
Die Stirnwand 28 des vorderen Gehäuseabschnitts 26 weist eine zentrale Durchbrechung 50 auf, die sich in die der Abschlussplatte 42 abgewandte Richtung konisch erweitert. Innenseitig ist die zentrale Durchbrechung 50 von einem pfannenförmigen Lagerring 52 umgeben, der außenseitig einen Dichtring 54 trägt und dadurch gegenüber dem vorderen Gehäuseabschnitt 26 abgedichtet ist.
Im Lagerring 52 stützt sich das kugelige vordere Ende 56 eines Düsenkörpers 60 ab. Dieser ist mehrteilig ausgestaltet. Er umfasst eine Düse 62, die das vordere Ende 56 des Düsenkörpers 60 ausbildet, sowie einen Düsenträger 64 mit einem sich in axialer Richtung entlang der Längsachse 66 des Düsenkörpers 60 erstreckenden Durchgangskanal 68, in den die Düse 62 mit einem fluchtend zum Durchgangskanal 68 ausgerichteten Düsenkanal 70 eingepresst ist und der sich in seinem der Düse 62 abgewandten Endbereich stufig erweitert. Im Bereich der Erweiterung ist in den Durchgangskanal 68 ein fliehkraftverstärkender Massekörper in Form einer Stahlkugel 72 eingepresst. An die Stahlkugel 72 schließt sich im Durchgangskanal 68 in Richtung der Düse 62 ein Gleichrichter 74 an, der zwei senkrecht aufeinander stehende, parallel zur Längsachse 66 des Düsenkörpers 60 verlaufende und den Durchgangskanal 68 diametral durchsetzende Wände 75, 76 aufweist.
Die Stahlkugel 72 kann im Durchgangskanal 68 von Flüssigkeit umströmt werden, so dass diese, nachdem sie den Gleichrichter 74 und die Düse 62 passiert hat, durch den Lagerring 52 und die zentrale Durchbrechung 50 hindurchströmen und dadurch die Rotordüse 10 verlassen kann.
Der Düsenträger 64 weist einen vorderen Umfangsbereich 78 mit kreisförmiger Außenkontur und einen sich daran anschließenden hinteren Umfangsbereich 80 mit von der Kreisform abweichender Außenkontur auf. Die von der Kreisform abweichende Außenkontur des hinteren Umfangsbereichs 80 wird mittels außenseitig vom Düsenträger 64 abstehender Rippen 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89 gebildet. Dies wird insbesondere aus Figur 3 deutlich. Die Rippen 82 und 86 stehen sich hierbei diametral gegenüber und sind jeweils radikal ausgerichtet bezogen auf die Längsachse 66 des Düsenkörpers 60. In entsprechender Weise stehen sich die Rippen 84 und 88 diametral gegenüber und sind radial ausgerichtet. Im Gegensatz hierzu sind die Rippen 83 und 89 fluchtend zueinander und parallel zu den Rippen 84 und 88 ausgerichtet, und die Rippen 85 und 87 sind ebenfalls fluchtend zueinander und parallel zu den Rippen 84 und 88 ausgerichtet. Der Abstand der Rippen 85 und 87 zu den Rippen 84 bzw. 88 ist identisch mit dem Abstand, den die Rippen 83 und 89 zu den Rippen 84 bzw. 88 aufweisen.
In Höhe der Rippen 82 bis 89 weist der Düsenträger 64 im hinteren Umfangsbereich 80 eine in Umfangsrichtung umlaufende Ringnut 91 auf, in der ein O-Ring 92 reibschlüssig und dadurch drehfest gehalten ist. Bezogen auf die Längsachse 66 des Düsenkörpers 60 steht der O-Ring in radialer Richtung über die Rippen 82 bis 89 hervor. Er bildet eine Anlagefläche aus, mit der der Düsenkörper 60 an die Innenwand 94 des Gehäuses 20 anlegbar ist. Wie insbesondere aus den Figuren 1 und 2 deutlich wird, erstrecken sich die Rippen 82 bis 89 in axialer Richtung zu beiden Seiten des O-Rings 92, wobei sie bis zu dem dem vorderen Ende 56 abgewandten hinteren Ende 96 des Düsenkörpers 60 verlaufen.
In axialer Richtung erstrecken sich die Rippen 82 bis 89 über weniger als die Hälfte der Gesamtlänge des Düsenkörpers 60. Im dargestellten Ausführungbeispiel beträgt die Länge der Rippen 82 bis 89 weniger als 40 % der Gesamtlänge des Düsenkörpers 60, beispielsweise 30 % bis 35 % der Gesamtlänge.
Wie bereits erläutert, wird im Betrieb der Rotordüse 10 über das Strahlrohr 12 unter hohem Druck stehende Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, von einem Hochdruckreinigungsgerät zugeführt. Die Flüssigkeit gelangt über die tangentialen Einlässe 48 in den Innenraum 24 des Gehäuses 20 und kann den Innenraum über den Durchgangskanal 68, den Düsenkanal 70, den Lagerring 52 und daran anschließend über die zentrale Durchbrechung 50 verlassen. Der Innenraum 24 ist im Betrieb der Rotordüse 10 mit Flüssigkeit gefüllt, die von der über die tangentialen Einlässe 48 einströmenden Flüssigkeit um die Längsachse 38 des Gehäuses 20 in Drehung versetzt wird. Es bildet sich somit im Innenraum 24 eine um die Längsachse 38 rotierende Flüssigkeitssäule aus. Die rotierende Flüssigkeitssäule nimmt den sich mit seinem kugeligen vorderen Ende 56 im Lagerring 52 abstützenden Düsenkörper 60 mit, so dass dieser ebenfalls um die Längsachse 38 des Gehäuses 20 rotiert. Der Düsenkörper 60 liegt über den drehfest am Düsenkörper 60 gehaltenen O-Ring 92 an der Innenwand 94 des Gehäuses 20 an. Die Längsachse 66 des Düsenkörpers 60 ist somit zur Längsachse 38 des Gehäuses 20 geneigt. Der hintere Umfangsbereich 80 des Düsenkörpers 60 befindet sich aufgrund der Neigung des Düsenkörpers 60 zumindest in Höhe der Stahlkugel 72 auf nur einer Seite der Längsachse 38 des Gehäuses 20, wohingegen der vordere Umfangsbereich 78 sich sowohl auf der einen Seite als auch auf der gegenüberliegenden anderen Seite der Längsachse 38 erstreckt. Dies wird aus den Figuren 3 und 4 deutlich. Figur 3 zeigt eine Schnittansicht senkrecht zur Längsachse 38 des Gehäuses 20 in Höhe der Stahlkugel 72, und Figur 4 zeigt eine Schnittansicht senkrecht zur Längsachse 38 des Gehäuses 20 ungefähr in der Mitte des vorderen Umfangsbereichs 78.
Aufgrund der Neigung des Düsenkörpers 60 relativ zur Längsachse 38 des Gehäuses 20 wird der hintere Umfangsbereich 80 in Höhe der Stahlkugel sowohl auf seiner bezogen auf die Längsachse 38 radialen Außenseite 98 als auch auf seiner bezogen auf die Längsachse 38 radialen Innenseite 99 von Flüssigkeit mit gleicher Strömungsrichtung umströmt. Die Geschwindigkeitsvektoren der den hinteren Umfangsbereich 80 in Höhe der Stahlkugel 72 umströmenden Flüssigkeit sind in Figur 3 durch die Pfeile 101 und 102 veranschaulicht. Der Pfeil 101 zeigt den Geschwindigkeitsvektor der Flüssigkeit, die den hinteren Umfangsbereich 80 auf der radialen Außenseite 98 umströmt, und der Pfeil 102 zeigt den Geschwindigkeitsvektor der Flüssigkeit, die den hinteren Umfangsbereich 80 an der radialen Innenseite 99 umströmt. An der radialen Außenseite 98 weist die Flüssigkeit eine höhere Geschwindigkeit auf als an der radialen Innenseite, die Richtung der Geschwindigkeiten stimmt aber überein. Dies hat zur Folge, dass im hinteren Umfangsbereich 80, der sich durch eine von der Kreisform abweichende Außenkontur auszeichnet, von der um die Längsachse 38 des Gehäuses 20 rotierenden Flüssigkeitssäule eine beachtliche Kraft auf den Düsenkörper 60 übertragen werden kann, so dass dieser der Umlaufbewegung der Flüssigkeitssäule um die Längsachse 38 folgt.
In Figur 4 sind die Strömungsverhältnisse der den Düsenkörper 60 umströmenden Flüssigkeit veranschaulicht, wie sie im vorderen Umfangsbereich 78 vorliegen. Der vordere Umfangsbereich 78 weist einen verhältnismäßig kurzen Abstand zum Lagerring 52 auf. Trotz seiner Neigung zur Längsachse 38 weist daher der Düsenkörper 60 zu beiden Seiten der Längsachse 38 Umfangsbereiche auf, die jeweils von der um die Längsachse 38 rotierenden Flüssigkeit umströmt werden. Der Pfeil 104 symbolisiert den Geschwindigkeitsvektor der Flüssigkeit, die den vorderen Umfangsbereich 78 an einer ersten Seite umströmt, und der Pfeil 105 symbolisiert den Geschwindigkeitsvektor der Flüssigkeit, die den vorderen Umfangsbereich 78 auf der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite umströmt. Es wird deutlich, dass die Geschwindigkeitsvektoren 104 und 105 einander entgegengerichtet sind. Die den Düsenkörper 60 im vorderen Umfangsbereich 78 umströmende Flüssigkeit hat deshalb die Tendenz, den Düsenkörper 60 zu einer Eigenrotation um seine eigene Längsachse 66 anzutreiben. Da jedoch der vordere Umfangsbereich 78 im Gegensatz zum hinteren Umfangsbereich 80 eine kreisförmige Außenkontur aufweist, wird im vorderen Umfangsbereich 78 von der um die Längsachse 38 des Gehäuses 20 rotierenden Flüssigkeit nur eine verhältnismäßig geringe Kraft auf den Düsenkörper 60 übertragen. Dieser weist daher eine verhältnismäßig geringe Eigenrotation auf. Da er jedoch im hinteren Umfangsbereich 80 von der um die Längsachse 38 rotierenden Flüssigkeit sowohl innenseitig als auch außenseitig mit Kräften in gleicher Richtung beaufschlagt wird, die aufgrund der unrunden Außenkontur in diesem Bereich eine beträchtliche Größe aufweisen, wird der Düsenkörper 60 zuverlässig zu einer Umlaufbewegung um die Längsachse 38 angetrieben, ohne dass diese Kräfte eine Eigenrotation des Düsenkörpers 60 zur Folge haben.
Die Umlaufbewegung des Düsenkörpers 60 um die Längsachse 38 hat zur Folge, dass aus dem Gehäuse 20 der Rotordüse 10 ein kompakter Reinigungsstrahl austritt, der auf einem Kegelmantel umläuft. Dieser kompakte Reinigungsstrahl ist für Reinigungszwecke besonders geeignet.

Claims

Rotordüse (10) für ein Hochdruckreinigungsgerät mit einem Gehäuse (20), das mindestens einen tangential in das Gehäuse (20) einmündenden Einlass (48) für eine Flüssigkeit aufweist und das in einer Stirnwand (28) mit einer pfannenförmigen, zentral durchbrochenen Vertiefung versehen ist, und mit einem im Gehäuse (20) angeordneten, einen Durchgangskanal (68) aufweisenden und sich mit einem kugeligen Ende (56) in der pfannenförmigen Vertiefung abstützenden Düsenkörper (60), dessen Längsachse (66) zur Längsachse (38) des Gehäuses (20) geneigt ist, wobei Flüssigkeit im Gehäuse (20) durch die über den mindestens einen Einlass (48) in das Gehäuse (20) einströmende Flüssigkeit um die Längsachse (38) des Gehäuses (20) in Rotation versetzbar ist und der Düsenkörper (60) zusammen mit der rotierenden Flüssigkeit umläuft und sich dabei mit einer Anlagefläche an seinem Umfang an die Innenwand (94) des Gehäuses (20) anlegt, und wobei der Düsenkörper (60) in einem dem vorderen, kugeligen Ende (56) abgewandten hinteren Endbereich (80) eine von der Kreisform abweichende Außenkontur aufweist und die Anlagefläche von einem Ringwulst (92) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringwulst (92) mit dem Düsenkörper (60) drehfest verbunden ist.
Rotordüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Bereich (80) des Düsenkörpers (60) mit von der Kreisform abweichender Außenkontur bis unmittelbar an das hintere Ende (96) des Düsenkörpers (60) erstreckt.
Rotordüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkörper (60) im Bereich (80) mit von der Kreisform abweichender Außenkontur eckig ausgestaltet ist.
Rotordüse nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkörper (60) in seinem hinteren Endbereich (80) nach außen abstehende Rippen (82 bis 89) aufweist.
Rotordüse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige Rippen (82, 84, 86, 88) in einer Radialebene bezogen auf die Längsachse (66) des Düsenkörpers (60) verlaufen.
Rotordüse nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige Rippen (83, 85, 87, 89) senkrecht zu einer Radialebene bezogen auf die Längsachse (66) des Düsenkörpers (60) verlaufen.
Rotordüse nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkörper (60) in einem dem vorderen, kugeligen Ende (56) zugewandten Endbereich (78) eine kreisförmige Außenkontur aufweist.
Rotordüse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Bereich (78) mit kreisförmiger Außenkontur über mindestens die Hälfte der Gesamtlänge des Düsenkörpers (60) erstreckt.
Rotordüse nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den Ringwulst (92) in Längsrichtung des Düsenkörpers (60) zu beiden Seiten Bereiche mit von der Kreisform abweichender Außenkontur anschließen.
Rotordüse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringwulst von einem O-Ring (92) gebildet wird, der in einer den Düsenkörper (60) umgebenden Ringnut (91) angeordnet ist, und der mit dem Düsenkörper (60) reibschlüssig verbunden ist.
Rotordüse nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkörper (60) in einem hinteren Endbereich (80) ein fliehkraftverstärkendes Masseelement (72) aufweist.
Rotordüse nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Durchgangskanal (68) des Düsenkörpers (60) in axialer Richtung durch den Düsenkörper (60) hindurch erstreckt.
Rotordüse nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Durchgangskanal (68) ein Gleichrichter (74) angeordnet ist.
Rotordüse nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass in einem hinteren Endbereich des Durchgangskanals (68) ein fliehkraftverstärkendes Masseelement (72) angeordnet ist, das von der Flüssigkeit umströmbar ist.
Rotordüse nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Gleichrichter (74) in Richtung auf das vordere, kugelige Ende (56) des Düsenkörpers (60) an das Masseelement (72) anschließt.