EP3513877B1

EP3513877B1 - Düsenvorrichtung zum ausbringen von fluiden

Info

Publication number: EP3513877B1
Application number: EP19020022.0A
Authority: EP
Inventors: Michael Layher
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-01-21
Filing date: 2019-01-15
Publication date: 2020-09-16
Anticipated expiration: 2039-01-15
Also published as: DE102018000528A1; EP3513877A1

Description

Anwendungsgebiet:

Die Erfindung betrifft eine rotierende Düsenvorrichtung zur räumlichen Ausbringung von Fluiden mit definierbarer Strahl Charakteristik.
Genauer eine rein Fluid getriebene Düsenvorrichtung, welche durch seine geometrische Gestaltung eine sehr genaue Geschwindigkeitsregulierung und zugleich gleichmäßige taumelfreie Drehbewegung aufweist.

Stand der Technik:

Gewöhnlich bestehen solche rotierenden Düsenvorrichtungen aus einem Verbinderteil, Rotorteil und Halteteil. Durch das Verbinderteil ist die Düsenvorrichtung mit einem Rohrsystem verbunden, welches diese mit dem zu versprühenden Fluid versorgt. Das Rotorteil ist drehbar von Verbinder- und Halteteil gelagert. Mittels dem zu versprühende Medium wird das Rotorteil der Düsenvorrichtung in eine rotierende Bewegung gebracht, genauer durch die Position der eigentlichen Düsen auf dem Rotorteil.
Die eigentlichen Düsen, sind Öffnungen im Folgenden Düsenöffnungen genannte, die in dem Rotorteil ausgebildet sind, oder Öffnungen an holen Stiften welche in das Rotorteil eingebracht sind. Durch die Gestaltung dieser Öffnungen werden verschieden Strahlcharakteristika, so genannte Sprühbilder definiert, wie z.B. Flachstrahl (Fächerförmig austretende Fluidströme) oder Vollstrahl und mittels deren Anordnung auf dem Rotorteil, bei dessen Rotation, unterschiedliche räumliche Sprüh-Abdeckungen, wie z.B.: 360°, 270°auf- oder abwärts oder 180° auf- oder abwärts, erzeugt werden können.
Üblicherweise kommen Düsenvorrichtungen wie diese zum Einsatz bei definiert räumlichen Ausbringen von Fluiden in biologisch-, chemisch-technischen Prozessen sowie prozessrelevanten Schritten wie Reinigung, Sterilisation, Beölung und Trennmittelbeaufschlagung der Innenseite von Tanks oder ähnlichen Behältern.
Um diese Aufgaben in zufriedenstellender Qualität und möglichst kurzer Zeit zu erfüllen, ist eine gleichmäßige Drehbewegung mit kontrollierbarer Geschwindigkeit des Rotorteils erforderlich, dabei möglichst Unabhängig von Druck und Durchflussmenge des zu versprühenden Fluides. Die Drehgeschwindigkeit sollte aus diesem Grund anpassbar und auf die Strahlcharakteristik der Düsenöffnungen keinen Einfluss haben.
Ein Beispiel für die beschriebenen Düsenvorrichtungen ist in EP 2 448 681 B1 zu finden. Hierbei ist das Rotorteil, der so genannte Düsenkopf oder Düsenkörper, drehbar auf Verbinder- und Halteteil gelagert und das Lagerelement wird zum Betrieb der Düsenvorrichtung mittels einem Federstecker mit einem Rohrsystem zur Fluidversorgung verbunden. Um den Düsenkopf in Rotationsrichtung zu versetzen sind auch hier die eigentlichen Düsen seitlich in radiale Richtung versetzt. Eine Regulierung der Geschwindigkeit steht bei dieser Düsenvorrichtung nicht im Fokus und ist hierbei bestenfalls durch definierte Reibflächen an den Gleitlagern des Rotorteils möglich. Die Hauptintension dieser Düsenvorrichtung ist ein Hygienisch unbedenkliches Design.
Aus der DE100 06 864 B4 ist eine rotierende Tankreinigungsdüse bekannt. Die Düse weist einen zylindrischen Düsenkörper mit einem Fluidantrieb auf, durch einen seitlich in radialer Richtung versetzten Düsenmund. Durch welchen das Reinigungsfluid fächerförmig in die Umgebung austritt und dabei ein Antriebsmoment zum Abbremsen des Düsenkörpers erzeugt.
Der Düsenkörper ist drehbar auf einem Fluideinlassteil gelagert welches eine Drallerzeugungseinrichtung aufweist, in dem das Fluid von der Einlassöffnung durch zentrische Bohrungen in seitliche Nuten geleitet wird. Diese Nuten sind Helix artig auf dem Umfang des Fluideinlassteils im Zwischenraum von demselben und dem Düsenkörper ausgebildet. Dadurch wird eine rotierende Strömung auf der Innenseite des Düsenkörpers erzeugt, welche auf Grund von Reibeffekten den Düsenkörper antreibt. Diesem Antrieb ist das Antriebsmoment des Düsenmundes im Düsenkörper entgegengesetzt, wodurch eine hemmende Wirkung auf die Rotation desselben erzielt wird.
Die Düse hat sich in der Praxis für die Verwendung von Fluiden mit Wasserähnlichen Eigenschaften bewehrt jedoch hat das Erzeugen des Bremsmoments mit dem Düsenkörper zur Folge, dass dieser bezüglich seiner Rotationsachse nicht im mechanischen Gleichgewicht liegen kann was real eine taumelnde Rotationsbewegung bedingt. Um dies auf ein düsenfunktionsfähiges Minimum zu beschränken, ist es unabdingbar die Gleitlager auf denen der Düsenkörper gelagert ist, bezüglich der Abmessungen eng zu tolerieren.
Somit die Funktion der Düse für partikelbehaftete und verschmutzte Reinigungsfluide sehr problematisch oder nicht gegeben. Dies trifft auch für die Verwendung von Medien mit höherer Viskosität, wie zum Beispiel Öle, sowie Medien mit sehr geringer Viskosität, wie Gase und Dämpfe zu.
Ferner hat die Entkopplung der gegensätzlichen Momente den Nachteil, dass die Gestaltung der Düsenmünder auf dem Düsenkörper beschränkt ist. Diese Düsenmünder müssen so dimensioniert und gestaltet sein, dass das im Betrieb entstehende Drehmoment auf Medieneigenschaften und Betriebsparameter abgestimmt ist. Die Wahl und Realisierung einer bestimmten Strahlcharakteristik ist dabei nur sehr eingeschränkt möglich.
Da die rotierende Antriebsströmung Helix artig von der Drallerzeugungseinrichtung wegströmt, entsteht ein nicht unerheblicher Druck auf das Gleitlager, das der Drallerzeugungseinrichtung abgewandt ist. Um diese und zusätzlich durch die real taumelnde Rotationsbewegung, auf das Lager induzierte Reibung auf ein funktionsfähiges Maß zu reduzieren ist es notwendig eine definierte Reibfläche zwischen Düsenkörper und diesem Lager auszubilden.
Die aus DE 10 2011 078 857 A1 bekannte Sprühdüse weist einen analogen Aufbau auf, in welchem über eine Einlasskammer [50] eines Gehäuses [14], das zu versprühende Fluid über Einlasskanäle [52] in eine Drallkammer [40] zwischen Gehäuse [14] und Rotor [20] geleitet wird. Die Gestaltung dieser Einlasskanäle ist so ausgeführt, dass Erweiterungen an deren Ende in Richtung der Drallkammer ausgebildet ist. Das zu versprühende Fluid strömt durch diese Kanäle in Fluidstrahlen in die Drallkammer, wo diese ebenso nur eine helixartige Drehströmung erzeugen.
Diese Erweiterungen sollen die Bewegungskomponenten der Strömung bei höheren Drücken dahingegen verändert, dass weniger Energie in die Rotation des Rotors umgesetzt wird. Diese strömungstechnische Energieverlagerung bedingt eine erhöhte Druckbeaufschlagung der Lageranordnung zwischen Rotor und Gehäuse vorwiegend gegenüberliegend den Einlasskanälen, was diese nur durch einen Anstieg der Reibung in ihren Lagerflächen aufnehmen kann.
Nach der Lehre der Technischen Mechanik verihndert dies zu einem erheblichen Teil den Anstieg der Rotation des Rotors, bedingt hingegen die gleichen Nachteile wie DE100 06 864 B4 .
Weiter Beispiele wobei Düsenvorrichtung aus Verbinder-, Halte und Rotorteil bestehen sind bekannt von CH-699 422 B1 und FR-2 500 334-A1 , hierbei wird ebenfalls die Rotation durch in die radiale Richtung geneigt sitzende Düsenöffnungen im Rotorteil erzeugt.
Ebenso die Düsenvorrichtung bekannt aus CA 1 239 761 A wobei hierbei Über eine Größendifferenz gegenüber, außermittig sitzender Düsen eine gewisse Geschwindigkeitsregulierung, ausschließlich am Rotor, ermöglichen soll. Diese Art von Geschwindigkeitsregulierung bedingt ein extremes Taumeln des Rotors. Zur Kompensation der Taumelbewegung und der möglichen Realisierung einer ausreichend stabilen Rotation, sind hierbei verhältnismäßig großflächige Lageranordnungen in axialer sowie in radialer Richtung des Rotors nötig, was zu einer verschleißrelevanten Reibung führt.
Des Weiteren sind aus der US-PS 1 480 507 und der WO 97/21493 Düsenvorrichtungen, hier Rasensprenger, bekannt. Hierbei wird mittels einer Drallerzeugungseinrichtung im Rotorteilinnenraum eine rotierende Strömung erzeugt jedoch sind Drehgeschwindigkeitsregulierende Gegeneinrichtungen nicht vorgesehen.
Weiterhin ist eine Wascheinrichtung für einen Tank bekannt, bei der drehbar eine Düseneinrichtung gelagert ist. Die Düseneinrichtung weist eine Vielzahl von schräg verlaufenden Kanälen auf, aus denen die Sprühflüssigkeit austritt. Alle Kanäle sind in die gleiche Richtung schräg verlaufende ausgebildet. Durch den durch die austretenden Flüssigkeitsstrahlen gebildeten Rückstoß erfolgt ein Drehantrieb der Düseneinrichtung ( US 4,030,513 , WO 98/09685 und US 4 715 538 A ).
Ebenfalls bekannt ist ein Düsenkopf mit hydrostatischen Lagerung, bei dem die Rotation des Düsenkopfs durch den Rückstoß der aus 2 exzentrisch angeordneten Antriebsdüsen austretenden Strahlung bewirkt wird ( DE 20 2008 010 110 U1 ).
Ferner ist aus DE 10 2015 003559 A1 ein rotierender Reiniger bekannt bei welchem außermittig sitzenden Austrittsöffnungen die Rotationsbewegung erzeugen, von Innen gespeist durch eine spezifischen Fluidverteiler.

Nachteile des Standes der Technik:

Ausgehend davon entsteht bei der Rotation der bekannten Düsenvorrichtungen an bestimmten Stellen durch die Gestaltung der einzelnen Teile der Düsenvorrichtung mechanisch Reibung, welche die Geschwindigkeit der Düsenvorrichtung im Betrieb bremst und somit eine Regulierung der Drehgeschwindigkeit in einem gewissen Bereich ermöglicht. Da dieser Bereich im Wesentlichen durch geometrisch vorgegebene Reibflächen bestimmt wird beschränkt sich die optimale Geschwindigkeitsregulierung lediglich auf ein kleines Feld der Betriebsparameter des Düsensystems. Was einer Nichteignung für viele Anwendung gleichkommt.
So ist der Einsatz dieser bekannten Antriebsmechanismen problematisch oder sogar unmöglich für Fluide mit Gas ähnlicher Charakteristik wie Dämpfe oder Heißluft (bei Sterilisation ein häufiger Anwendungsfall) oder Fluiden mit höherer Viskosität wie Ölen oder gelartigen Medien, da hierbei durch bestimmtes Schmierverhalten der zu versprühenden Medien die notwendige Reibung negativ beeinflusst wird.
Ferner verursacht Das Reiben von dieser bestimmten geometrischen Flächen Materialabrieb welcher für das Einsatzgebiet des Düsensystems hinderlich oder sogar schädlich sein kann. Da die dabei entstehenden Partikel in das zu versprühende Medium gelangen und dieses verunreinigen oder für folgende Prozesse problematisch sein können.
Durch die Reibung entsteht Wärme, welche wiederum Einfluss auf das Rotationsverhalten der Düsenvorrichtung hat da die Reibung unter anderem auch von Materialpaarung und reibenden Flächen abhängt und im Extremfall die Rotation komplett verhindert. Diese Wärmeentwicklung kann zusätzlich prozessrelevante Grenzen überschreiten und somit eine Gefahr für den Prozess sein kann oder zur nicht Eignung für bestimmte Anwendungen wie bei Anwendungen im ATEX-Bereich führen.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Düsenvorrichtung nach dieser Art ist die Tatsache, dass das Rotorteil sehr häufig nicht reversibel in der Düsenvorrichtung eingebaut werden kann, weil die Reibflächen definiert sein müssen um eine bestimmte Rotation zu gewährleisten. Dies birgt eine Fehlerquelle beim Zerlegen und Wiederzusammenbau der Düsenvorrichtung zu Wartungszwecken.

Aufgabe der Erfindung:

Aufgabe der Erfindung ist es, eine gleichmäßige Drehbewegung eines rotierenden Düsensystems mit konstanter, kontrollierter Geschwindigkeit, nahezu druckunabhängig, nur und nur durch das zu versprühende Fluid getrieben, gesteuert und reguliert zu gewährleisten. Wobei das Rotorteil eine mechanisch stabile, nicht taumelnde Rotationsbewegung aufweist um eine nahezu uneingeschränkte Realisierung bestimmter Strahlcharakteristik zu gewährleisten und die Rotation unabhängig von mechanischer Reibung zwischen Bestandteilen der Düsenvorrichtung ist.

Lösung der Aufgabe:

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst.

Vorteile der Erfindung:

Die im folgenden beschriebene erfindungsgemäße Düsenvorrichtung kann aus für den Anwendungszweck geeigneten Materialen wie Metall, Kunststoff, Keramik und Glas oder aus Mischungen dieser gefertigt sein und über eine Verschraubung, Verschweißung oder mit Hilfe eines Federsteckers in Verbindung mit Durchgangsbohrungen an ein Verrohrungssystem angeschlossen sein. Ebenso hat die Viskosität der zu versprühenden Medien keinen signifikanten Einfluss auf das Drehverhalten wodurch diese Düsenvorrichtung für den Einsatz von kritischen Medien wie Dampf oder hochviskosen Ölen besonders gut geeignet ist, sowie für fremdkörperempfindliche Anwendungen, da sie nahezu kein mechanischer Abrieb gewährleistet.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen:

Die vorliegende Erfindung betrifft ein rotierende Sprühvorrichtung, welches durch Das zu versprühende Fluid angetrieben wird. In dem das Fluid in das vorzugsweise rotationssymmetrische Anströmteil meist über ein Lagerelement durch eine Rohrleitung eingeleitet wird. Auf dem Umfang Anströmteil sind wenigstens zwei außermittige, jeweils in entgegengesetzte radiale Richtung geneigte Öffnungen ausgebildet, deren Ausrichtungsachse die Rotationsachse des Rotorteils nicht schneiden. Durch diese Öffnungen strömt das Fluid strahlförmig in den wenigstens einen Zwischenraum zwischen Rotorteil und Anströmteil, wo es auf die Innenseite des Rotorteils tangential auftrifft und in wenigstens zwei sich unterscheidenden Richtungen abgelenkt werden.
Wodurch das einströmende Fluid in dem wenigstens einen Zwischenraum zwischen Rotorteil und Anströmteil wenigstens zwei Strömungen ausbildet, welche sich in Intensität und Richtung unterscheiden und durch Mitnahmeeffekte das Rotorteil in Rotation versetzten. Die Drehgeschwindigkeit und Drehrichtung dieser Rotation wird durch den Unterschied dieser wenigstens zwei Strömungen bestimmt und kontrolliert. Sie induzieren ein resultierendes Moment auf das Rotorteil, welches über die möglichen Betriebsparameter, wie Druck, Massen- bzw. Volumenstrom, Einströmcharakteristik usw., nahezu konstant ist, weil diese Strömungen von denselben Parametern abhängen.
Dies bietet die Möglichkeit die eigentlichen Düsen auf dem Rotorteil zentrisch, das heißt deren Achse bezüglich der Ausrichtung der Düsenöffnungen schneidet die Rotationsachse bezüglich des Rotorteils. So sind die eigentlichen Düsen selbst von dem Rotationsverhalten entkoppelt und können ausschließlich für eine definierte Strahlcharakteristik und Dimension, Größe in Abhängigkeit von Durchfluss, ausgebildet werden.
Es sind strömungsverursachenden Öffnungen radialsymmetrisch im Anströmteil so ausgebildet, dass der aus ihnen austretende Fluidstrahl stets auf die Innenwand des rotierenden Rotorteils trifft und die eigentlichen Düsen nur durch die entstehende Fluidströmungen durchströmt werden. Das Rotorteil selbst hat so eine mechanisch stabile nicht taumelnde Rotation im Betrieb und ist bei erfindungsgemäßer Ausführung rein fluidisch gelagert. Was Reibung und Verschleiß auf ein zu vernachlässigendes Minimum reduziert. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:

Fig.1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Düsenvorrichtung in a, Seitendarstellung und b, perspektivischer Darstellung
Fig. 2 die Düsenvorrichtung Fig.1 in einer Perspektivischen Explosionsdarstellung
Fig. 3 die Düsenvorrichtung nach Fig. 1 und Fig. 2 , in teilweise längs geschnittener Darstellung
Fig. 4 die Düsenvorrichtung nach Fig. 1 bis Fig. 3 in einer Querschnittsdarstellung, geschnitten entlang der Linie A-A, gesehen in die Richtung der Pfeile,
Fig. 5 die Düsenvorrichtung nach Fig. 1 bis Fig. 3 in einer Querschnittsdarstellung, geschnitten entlang der Linie B-B, gesehen in die Richtung der Pfeile,
Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Düsenvorrichtung in Seitendarstellung
Fig. 7 die erfindungsgemäße Düsenvorrichtung Fig. 6 an ein Verrohrungssystem angeschlossen und in perspektivischer Darstellung,
Fig. 8 die Düsenvorrichtung nach Fig. 6 und Fig. 7 , in längs geschnittener Darstellung
Fig. 9 die Düsenvorrichtung nach Fig. 6 bis Fig. 8 in einer Querschnittsdarstellung, geschnitten entlang der Linie A-A, gesehen in die Richtung der Pfeile,
Fig. 10 die Düsenvorrichtung nach Fig. 6 bis Fig. 8 in einer Querschnittsdarstellung, geschnitten entlang der Linie B-B, gesehen in die Richtung der Pfeile,
Fig. 11 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Düsenvorrichtung in Seitendarstellung
Fig. 12 die Düsenvorrichtung nach Fig. 11 in Seitenansicht um 90° gedreht
Fig. 13 die Düsenvorrichtung nach Fig. 11 bis Fig. 12 in einer Querschnittsdarstellung, geschnitten entlang der Linie A-A, gesehen in die Richtung der Pfeile,
Fig. 14 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Düsenvorrichtung in Seitendarstellung
Fig. 15 die Düsenvorrichtung nach Fig. 14 in Seitenansicht um 90° gedreht
Fig. 16 die Düsenvorrichtung nach Fig. 14 bis Fig. 15 in einer Querschnittsdarstellung, geschnitten entlang der Linie A-A, gesehen in die Richtung der Pfeile

Ausführungsbeispiel

In den Fig. 1 .bis Fig. 3 ist eine erfindungsgemäße Düsenvorrichtung 1 veranschaulicht, die zur Erzeugung fächerförmiger, radial nach außen gerichteter Strahlen, so genannter Flachstrahlen dient. Die Düsenvorrichtung weist ein Rotorteil 2 das gemäß Fig. 1 und Fig. 3 zwischen einem Anströmteil 3 und einem Lagerelement 4 angeordnet und an diesen drehbar gelagert ist.
Das Rotorteil weist ein im zylindrisch ausgedehntes, bezüglich einer Drehachse 5 im wesentlichen rotationssymmetrischen Körper 6 auf, der einen Zwischenraum 46 begrenzt, welcher sich in zwei zylindrisch ausgedehnte Zwischenräume 7 und 8 unterteilt. Die Zwischenräume 7 und 8 sind durch eine radial nach Innen ausgebildeten Vorsprung 9 voneinander weitestgehend geteilt. Der Zwischenraum 7 wird von den Rotorteilinnenflächen 10a und 10b, die durch eine radial nach Innen ausgebildeten Vorsprung 11 unterteilt sind, sowie der zylindrischen Anströmteilaußenfläche 12 begrenzt. Der Zwischenraum 8 wird von den Rotorteilinnenflächen 13a und 13b, die durch eine Radial nach Innen ausgebildeten Vorsprung 14 unterteilt sind, sowie der zylindrischen Anströmteilaußenfläche 12 begrenzt. Die radial nach Innen ausgebildeten Vorsprünge 11 und 14 haben vorzugsweise einen größeren Innendurchmesser gegenüber der radial nach Innen ausgebildete Vorsprung 9, der vorzugsweise den.
Die eigentlichen Düsen 15 sind radialsymmetrisch verteilte längs der Drehachse 5 vorzugsweise längliche Öffnungen auf der Rotorteilaußenseite 17 zur Rotorteilinnenfläche 10a, deren Ausrichtung 18 gemäß Fig. 4 die Drehachse 5 schneiden. Analog hierzu sind die Eigentlichen Düsen 16 radialsymmetrisch verteilte längs der Drehachse 5 vorzugsweise längliche Öffnungen auf der Rotorteilaußenseite 17 zur Rotorteilinnenfläche 13a, deren Ausrichtung 19 gemäß Fig. 5 die Drehachse 5 schneiden. Die zylindrischen Rotorteilinnenflächen 20a und 20b, sowie der Vorsprung 9 haben vorzugsweise den gleichen kleinsten Innenradius und weisen einen Abstand zur Anströmteilaußenfläche 12 auf, wodurch eine fluidische Lagerung im Betrieb erzeugt wird. Die gesamte Außenkontur von Rotorteil 2 ist vorzugsweise grat- und Kantenfrei sein.
Zur drehbaren Lagerung des Rotorteils 2 dient das Anströmteil 3, welches an einem Ende mit ein Fluideinlass 22 versehen ist der durch eine Axialbohrung 21 gebildet ist. Es ist bezüglich der Drehachse 5 rotationsymmetrisch ausgebildet und weist auf der dem Fluideinlass 22 abgewandten Seite eine ringförmige Lagerfläche 23 auf, die als Vorsprung gegenüber der Anströmteilaußenfläche 12 ausgebildet ist zur axialen Lagerung des Rotorteils 2 dient.
Quer zur Anströmteilaußenfläche 12 im Anströmteil 3 wenigstens eine ausgebildete seitliche Öffnung 24 in wenigstens eine Richtung 28 gegen die radiale Richtung 29 geneigt, mit wenigstens einem Fluideinlass 22 und wenigstens eine weitere ausgebildete seitliche Öffnung 25 in wenigstens eine weitere Richtung 30 in dieselbe radiale Richtung 29 geneigt, mit wenigstens einem Fluideinlass 22 verbunden sind. Die Ausrichtungsachsen 26 und 27 dieser Öffnungen 24 und 25 schneiden die Drehachse 5 nicht, gemäß Fig. 4 und Fig. 5 .
Vorzugsweise sind die Ausrichtungsachsen 26 der Öffnungen 24 bezüglich der Drehachse 5 radialsymmetrisch sowie im montierten Zustand der Düsenvorrichtung 1 auf der Höhe der Rotorteilinnenfläche 10b bezüglich längs der Drehachse 5 angeordnet.
Analog hierzu, sind vorzugsweise die Ausrichtungsachsen 27 der Öffnungen 25 bezüglich der Drehachse 5 radialsymmetrisch sowie im montierten Zustand der Düsenvorrichtung 1 auf der Höhe der Rotorteilinnenfläche 13b bezüglich längs der Drehachse 5 angeordnet
Um ein Leerlaufen der Düsenvorrichtung nach Beendigung Betrieb zu gewährleisten ist die Fluideinlass 22 bildende Bohrung 21 als Sackloch ausgebildet und endet vorzugsweise auf der Unterkante 31 der Öffnungen 25 im Anströmteil, gemäß Fig. 2 .
Nach dem Vorsprung 32 ist das dem Fluideinlass 22 abgewandte Ende des Anströmteils in Rundlicher Weise ausgebildet und ist Teil der Außenkontur der Düsenvorrichtung 1. Auf der Seite des Fluideinlass 22 ist ein Außengewinde 33 für die Schraubverbindung 34 mit dem Lagerelement 4 ausgebildet und endet mit einer vorsprungartig ausgebildeten Schulter 35 zur Anströmteilaußenfläche 12.
Im montierten Zustand ist der Rotor axial durch die rundlich ausgebildete Lagerelementaußenfläche 36 gesichert und drehbar fluidisch gelagert. Das Lagerelement 4 ist bezüglich der Drehachse 5 rotationsymmetrisch ausgebildet und hat gemäß Fig.3 ein ausgebildetes Innengewinde 37 zum Verbinden mit einer Verrohrung, worauf eine konische Innenfläche 38 zum weitgehend strömungsstörungsfreien als Übergang zum ausgebildeten Innengewinde 37 folgt. Auf der dem zur Verbindung mit einer Verrohrung dienenden Innengewinde 37 zugewandten Seite, ist das Lagerelement 4 mit einer äußeren zylindrischen Mantelfläche 39 versehen, die von den Schlüsselflächen 40 unterbrochen wird, welche gespiegelt bezüglich der Drehachse 5 und vorzugsweise im Abstand in Dimension einer genormten Schlüsselweite zueinander ausgebildet sind. Von der Mantelfläche 39 ist ein rundlich konisch ausgebildeter Übergang 41 zur zylindrischen Außenfläche 42 auf der dem zur Verbindung mit dem Anströmteil 4 dienenden Innengewinde 37 zugewandten Seite.
Zur Anpassung auf den jeweiligen Anwendungsprozess kann die Düsenvorrichtung 1 aus fluid- und anwendungsbedingungskompatiblen Werkstoffen oder Kombinationen aus solchen, wie Metall, Kunststoff, Keramik oder Glas sein.
Die Funktionsweise der insoweit beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungsform Düsenvorrichtung 1 in Fig.1 - Fig. 5 ist wie folgt:
Das zu versprühende Fluid gelangt über das Lagerelement 4 in den Fluideinlass 22, von wo zunächst ein Teil des Fluides durch die dem Fluideinlass näher Öffnungen 24 als Fluidstrahlen in den Zwischenraum 7 zwischen Rotorteil 2 und Anströmteilaußenfläche 12 strömen. Diese in den Zwischenraum 7 einströmende Fluidstrahlen treffen, da die Ausrichtungsachsen 26 die Drehachse 5 nicht schneiden und die Öffnungen 24 gegen die radiale Richtung geneigt sind, tangential vorzugsweise auf die Rotorteilinnenfläche 10b und werden an derselben abgelenkt. Durch die hierbei auftretenden Impulsübertragungs- und Mitnahmeeffekte wird auf das Rotorteil 2 einwirkendes Drehmoment erzeugt.
Der nicht durch die Öffnungen 24 strömende Teil des zu versprühenden Fluides strömt als Fluidstrahlen durch die Öffnungen 25 in den Zwischenraum 8. Da die Ausrichtungsachsen 27 die Drehachse 5 nicht schneiden und die Öffnungen 25 entgegen der Richtung der Öffnungen 24 gegen dieselbe radiale Richtung geneigt sind, treffen diese Fluidstrahlen, tangential vorzugsweise auf die Rotorteilinnenfläche 13b und werden an derselben abgelenkt. Hierbei treten analog Impulsübertragungs- und Mitnahmeeffekte auf, die ein weiteres auf das Rotorteil 2 einwirkendes Drehmoment dem ersten Drehmoment entgegenwirkend erzeugen.
Drehrichtung und Drehgeschwindigkeit des Rotorteil 2 wird vorwiegend durch die Differenz dieser Drehmomente bestimmt, welche vorwiegend durch die Summe des kleinsten frei durchströmten Querschnitts der Öffnungen 24 oder 25 mit gleicher Neigung in die radiale Richtung und durch deren Abstand zum Fluideinlass 22 entlang der Drehachse 5 bestimmt wird.
Vorzugsweise sind die Rotorinnenflächen 10b und 13b, welche von den aus den Öffnungen 24 bzw. 25 austretenden Fluidstrahlen primär getroffen werden ohne Düsenöffnungen, wie 15 und 16, versehen um eine mögliche lichte Öffnungsüberdeckung von Rotorteil 2 und Anströmteil 3, was im Betrieb der Düsenvorrichtung zu einem so genannten hydraulischen Kurzschluss führen kann, zu verhindern. Die Rotorinnenflächen 10b und 13b können mit mitnahmeeffektunterstützenden Oberflächenbeschaffenheiten oder Einbauten, wie Längsrippen versehen sein.
Das in die Zwischenräume 7 und 8 gelangte Fluid tritt durch die Öffnungen 15 und 16 durch deren längliche Ausbildung als fächerartige Flachstrahlen in die Umgebung aus. Dabei bilden die austretenden Flachstrahlen in Summe gemeinsam eine Spritzabdeckung von 360° bezüglich entlang der Drehachse 5 was bei Rotation des Rotorteils 2 zu einer gesamträumlichen Verteilung des zu versprühenden Fluides mit gleichmäßiger Sprühcharakteristik führt.
In Fig. 6 bis Fig. 10 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Düsenvorrichtung veranschaulicht. Soweit Übereinstimmungen mit der vorstehenden beschriebenen Düsenvorrichtung in Bau und/oder Funktion bestehen, wird unter Zugrundelegung gleicher Bezugszeichen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen.
Das in Fig. 6 bis Fig. 10 dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Düsenvorrichtung 1 unterscheidet sich von der in Fig.1 bis Fig. 5 dargestellten insbesondere dadurch, dass die Schraubverbindungen 34 von Anströmteil 3 und Lagerelement 4, durch weiterführen des Fluideinlasses 22 über das zu verbindende Ende einer Verrohrung 43 und das Innengewinde 37 zum Verbinden mit einer Verrohrung 49 durch eine Stiftsicherung mittels eines Federsteckers 44, der in einer deckungsgleichen Durchgangsbohrung von Anströmteil 2 am Fluideinlass 22 und einer zu Verrohrung 43 steckt, ersetzt wurde. Das Lagerelement 4 wurde auf ein die fluidlagerbildente Ringfläche 36 besitzenden Ring 45 reduziert, dieser umschließt mit Spiel die Anströmteilaußenfläche 12 und wird bezüglich entlang der Drehachse 5 von Federstecker 44 gehalten.
Anstatt der nach Innen ausgebildeten Vorsprünge 11 und 14 gehen die Rotorteilinnenflächen 10a, 10b, 13a und 13b übergangsfrei ineinander über. Der nach Innen ausgebildete Vorsprung 9 besitzt hierbei einen größeren kleinsten Innenradius im Verhältnis zu den Rotorinnenflächen 20a und 20b, wodurch die Zwischenräume 7 und 8 den einen Zwischenraum 46 mit einem weitestgehend gemeinsamen offenen Querschnitt unterteilen.
Die Düsenöffnungen 15 und 16 ersetzten die Düsenöffnungen 47, diese sind bezüglich ihrer Ausrichtungsachsen 48 rotationssymmetrisch und bezüglich der Drehachse 5 radial sowie axial in regelmäßigen und/oder stochastischen Abständen angeordnet, im Rotorteil 2 ausgebildet. Beim Durchströmen einer Düsenöffnung 47 tritt das zu versprühende Fluid als kompakter Strahl, so genanntem Vollstrahl in die Umgebung aus.
Die im Anströmteil 3 als Sackloch ausgebildete Bohrung 21 läuft an dem Fluideinlass 22 abgewendeten Ende konisch auf Durchgangsbohrungen 48 mit zugehörigen Ausrichtungsachsen 50 zu, welche durch die rundliche Anströmteilaußenfläche 49 ins frei führen.
Der Vorteil der in Fig.6 bis Fig. 10 dargestellten Ausführungsform der Düsenvorrichtung 1 liegt darin, dass diese gewindelos, also glattwandig ausgebildet und spaltarm, insbesondere ohne Labyrinthspalten montiert werden können und Alle vorhandenen Spalten und Nischen vom Fluid durchströmt werden, wodurch sich Partikel oder Dergleichen kaum festsetzten und nach Abstellen der Fluidzufuhr in den Fluideinlass 22 auch keine Anhäufungen des zu versprühenden Fluides zurückbleiben können, was der Einhaltung von Richtlinien der Hygiene Standards wie z. B.: 3A und FC entspricht. Dies ermöglicht insbesondere die Anwendungen im Pharma- und Lebensmittelbereich.
In Fig. 11 bis Fig. 16 sind weitere Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Düsenvorrichtung veranschaulicht. Soweit Übereinstimmungen mit der vorstehenden beschriebenen Düsenvorrichtung in Bau und/oder Funktion bestehen, wird unter Zugrundelegung gleicher Bezugszeichen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen.
Das in Fig. 11 bis Fig. 13 dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Düsenvorrichtung unterscheidet sich von dem in Fig. 6 bis Fig. 10 dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die Lageranordnung 52 die Sicherung des Rotorteils 2 nur mittels einem Federstecker 44 ohne Lagerelement 4 gewährleistet.
In der in Fig. 14 bis Fig. 16 dargestellten sind Lagerelement 4 und Anströmteil 3 als ein und dasselbe Teil 53 gefertigt. Dies ist realisierbar wenn die komplette Düsenvorrichtung in einem additiven Fertigungsverfahren hergestellt wird.

Claims

Düsenvorrichtung (1) zum räumlichen Ausbringen von Fluiden und von demselben getrieben, wobei die Düsenvorrichtung ein Anströmteil (3), über das ein zu versprühendes Fluid in die Düsenvorrichtung gelangt, ein Rotorteil (2), das im Verhältnis zum Anströmteil (3) drehbar angeordnet ist, und dieses im Verhältnis zu dem selben einschließt und ein Lagerelement (4), das angrenzend an Anströmteil (3) und Rotorteil (2) zur drehbaren Lagerung von Rotorteil (2) dient, umfasst,
wobei im Anströmteil (3) wenigstens eine mit einem Fluideinlass (21) verbundene seitliche Öffnung (24) ausgebildet ist, die in einem Querschnitt senkrecht zu der durch die Lagerung gebildete Drehachse in wenigstens eine Richtung (28) gegenüber der radialen Richtung geneigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Anströmteil (3) wenigstens eine weitere mit einem Fluideinlass (21) verbundene seitliche Öffnung (25) ausgebildet ist, die in einem Querschnitt senkrecht zu der Drehachse in eine andere gegensätzliche Richtung gegenüber der radialen Richtung geneigt ist, aus welchen Öffnungen (24, 25) das zu versprühende Fluid in dem wenigstens einen Zwischenraum (7, 8, 46) zwischen dem Rotorteil (2) und dem Anströmteil (3) in wenigstens zwei separierten Strömungen entgegengesetzter Richtung (28, 30), getrennt wenigstens zwei separierte Bereiche (10a, 13a) des Rotorteils (2), anströmt.
Düsenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine seitliche gegenüber der radialen Richtung geneigte Öffnung (24) und wenigstens eine weitere seitliche gegenüber derselben radiale Richtung geneigte Öffnung (25) auf im Verhältnis zueinander unterschiedlichen Ebenen bezüglich der Drehachse (5) des Rotorteils (2) im Anströmteil (3) ausgebildet sind
Düsenvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Öffnungen (24, 25) gleichsinnig gegenüber der radialen Richtung geneigt, im Anströmteil (3) vorgesehen sind, die vorzugsweise in Umfangsrichtung äquidistant und gleichsinnig angeordnet sind.
Düsenvorrichtung nach den vorherigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine gleichsinnig in eine Richtung (28) gegen die radiale Richtung (29) geneigte Öffnung (24) im Anströmteil (3) in einen Zwischenraum (7) zwischen dem Rotorteil (2) und dem Anströmteil (3) mündet, der separiert von einem weiteren Zwischenraum (8) zwischen Rotorteil (2) und Anströmteil (3) ist, in den die wenigstens eine gleichsinnig in die entgegengesetzte Richtung (30) gegenüber der radialen Richtung geneigte Öffnungen (25) im Anströmteil (3) mündet.
Düsenvorrichtung nach den vorherigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass im Anströmteil (3) ausgebildete Öffnungen (24, 25, 48) weitestgehend keine lichte Abdeckung im Verhältnis zu im Rotorteil (2) ausgebildeten Düsenöffnungen (15, 16, 47) vorgesehen sind.
Düsenvorrichtung nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtungsachsen der Düsenöffnungen (15, 16) die wenigstens eine Drehachse (5) bezüglich des Rotorteils (2) schneiden.
Düsenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Anströmteil (3) wenigstens eine weitere ausgebildete mit einem Fluideinlass (22) verbundene Öffnung (48), deren Ausrichtung (50) die wenigstens eine Drehachse bezüglich des Rotorteils (2) schneidet, vorgesehen ist.
Düsenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Anströmteil (3) mittels wenigstens einer Stecksicherung (51) in Verbindung mit wenigstens einem Federstecker (44) mit einer Verrohrung (43) lösbar verbunden wird.
Düsenvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lageranordnung (52) durch den Federstecker (44) in Verbindung von Anströmteil (3) und Rotorteil (2) gebildet wird.
Düsenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Anströmteil (3) und Lagerelement (4) als ein und dasselbe Teil (53) gefertigt ist.