EP3993909B1

EP3993909B1 - Reinigungsvorrichtung und verfahren zum antreiben einer reinigungsvorrichtung

Info

Publication number: EP3993909B1
Application number: EP20730609.3A
Authority: EP
Inventors: Richard Collins
Original assignee: GEA Tuchenhagen GmbH
Current assignee: GEA Tuchenhagen GmbH
Priority date: 2019-07-05
Filing date: 2020-06-03
Publication date: 2025-04-30
Anticipated expiration: 2040-06-03
Also published as: WO2021004699A1; EP3993909A1; DE102019118257A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Reinigungsvorrichtung zum Reinigen eines Behälters, insbesondere einen Orbitalreiniger, und ein Verfahren zum Antreiben einer Reinigungsvorrichtung.
Reinigungsvorrichtungen der eingangs genannten Art sind allgemein bekannt. Sie werden beispielsweise in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie zur hygienischen und insbesondere sterilen Reinigung von Behältern eingesetzt.
Sogenannte Orbitalreiniger arbeiten dabei auf der Basis von zwei rotierenden Achsen, einer vertikalen und einer horizontalen Achse, um welche eine Rundstrahldüse derart rotiert, dass ein hochkonzentrierter Strahl von Wasser oder Reinigungsmittel mit hoher Aufschlagkraft eine intensive Reinigung der Oberflächen von Tanks und Behältern gewährleistet.
Der Antrieb solcher Reinigungsvorrichtungen erfolgt zumeist durch das einströmende Fluid, insbesondere Reinigungsmittel, selbst. Dabei ist ein Rotor derart in dem Strömungspfad des in die Reinigungsvorrichtung einströmenden Fluids angeordnet, dass der Rotor in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit angetrieben wird. Durch die Rotation des Rotors wird die Reinigungsvorrichtung und insbesondere ein Düsenkopf für eine solche Reinigungsvorrichtung, um eine erste Achse herum angetrieben.
In diesem Zusammenhang zeigt US 8 814 061 B1 eine Reinigungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine verbesserte Reinigungsvorrichtung anzugeben.
Die Erfindung löst die vorstehend genannte Aufgabe durch eine Reinigungsvorrichtung gemäß Anspruch 1.
Insbesondere schlägt die Erfindung eine Reinigungsvorrichtung der eingangs genannten Art vor, umfassend: ein Gehäuse mit einem Fluideinlass zum Einlassen eines Fluids, insbesondere Reinigungsmittels, einen Rotor, welcher relativ zu dem Gehäuse rotatorisch um eine erste Rotationsachse antreibbar ist, einen Düsenkopf mit einem Fluidauslass zum Abgeben des Fluids, insbesondere Reinigungsmittels, wobei der Düsenkopf an dem Rotor drehbar um eine zweite Rotationsachse montiert ist, einen Strömungskanal zur fluidleitenden Verbindung von dem Fluideinlass und dem Fluidauslass, eine Passage, welche fluidleitend dazu eingerichtet ist, einen Teil des strömenden Fluids zu dem Rotor zu leiten, um ein Antriebsdrehmoment aufzubringen und den Rotor rotatorisch anzutreiben, und eine Antriebseinheit, welche antriebsseitig mit dem Rotor und abtriebsseitig mit dem Düsenkopf gekoppelt und dazu eingerichtet ist, das Antriebsdrehmoment des Rotors auf den Düsenkopf zu übertragen.
Die Erfindung umfasst die Erkenntnis, dass bei den Reinigungsvorrichtungen der eingangs genannten Art durch die Anordnung des Rotors im Strömungspfad die Gestaltungsvielfalt bei solchen Reinigern eingeschränkt ist. Die Erfindung umfasst weiterhin die Erkenntnis, dass die Anordnung des Rotors im Strömungspfad turbulente Strömungen bzw. Strömungsstörungen bedingt, so dass der Antrieb des Düsenkopfes beeinträchtigt wird. Die Erfindung umfasst in diesem Zusammenhang die Erkenntnis, dass durch den Antrieb des Düsenkopfes in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit diese Turbulenzen und Strömungsstörungen zu einer Diskontinuität und Beeinträchtigung der Steuerung des Düsenkopfes führen.
Ein Vorteil der Erfindung liegt insbesondere darin, dass eine Passage, welche fluidleitend dazu eingerichtet ist, einen Teil des strömenden Fluids zu dem Rotor zu leiten, einen zuverlässigen Antrieb des Rotors ermöglicht und zugleich eine Beeinträchtigung bzw. die Entstehung von Turbulenzen des strömenden Fluids zwischen dem Fluideinlass und dem Fluidauslass vermeidet. Ferner ermöglicht eine solche Passage vorteilhaft die Erzeugung eines druckgesteuerten Antriebsdrehmoments, welches somit nicht länger allein durch die Fließgeschwindigkeit des strömenden Fluids gesteuert wird. Somit wird die Gestaltungsvielfalt einer solchen vorteilhaften Reinigungsvorrichtung erhöht und die Steuerbarkeit des Antriebs in Abhängigkeit von dem Druck ermöglicht.
Erfindungsgemäß weist der Rotor oder das Gehäuse mindestens einen Wälzkörper auf, wobei das Gehäuse oder der Rotor mindestens eine koaxial zu dem Rotor angeordnete Wälzfläche aufweist, und der Teil des strömenden Fluids derart zu dem Rotor geleitet wird, dass der Wälzkörper durch das Fluid entlang der Wälzfläche bewegt wird. Somit wird durch Antreiben eines Wälzkörpers entlang einer koaxial zu dem Rotor angeordneten Wälzfläche ein Antriebsdrehmoment auf den Rotor aufgebracht. Ein solcher Wälzkörper ist bevorzugt derart mit dem Rotor gekoppelt, dass der Wälzkörper entlang der Wälzfläche und somit um die erste Rotationsachse herumbewegt wird, sodass der Rotor relativ zu dem Gehäuse um die erste Rotationsachse rotiert.
Vorzugsweise ist die Wälzfläche durch eine, insbesondere rotationssymmetrische, um die erste Rotationsachse herum ausgebildete Innenwand des Gehäuses ausgebildet, welche sich in axialer Richtung erstreckt. Alternativ ist die Wälzfläche durch eine, insbesondere rotationssymmetrische, um die erste Rotationsachse herum ausgebildete Aussenwand des Rotors ausgebildet. Somit kann in beiden Fällen eine kompakte Bauform gewährleistet werden und der Wälzkörper innerhalb des Gehäuses derart rotieren, dass ein Antriebsdrehmoment auf den Rotor aufgebracht wird. Die Innenwand erstreckt sich dabei zumindest entlang eines Teils des Wälzkörpers in axialer Richtung, sodass dieser entlang der Innenwand, welche die Wälzfläche ausbildet, geführt bewegt wird. Dabei kann der mindestens eine Wälzkörper bevorzugt radial innerhalb der Wälzfläche angeordnet sein. Auf diese Weise wird bei gegebener Baugröße der Vorrichtung ein höheres Drehmoment erreicht, als bei einer alternativen, ebenfalls bevorzugten Ausführungsform, bei der der mindestens eine Wälzkörper radial ausserhalb der Wälzfläche angeordnet ist, so dass sich die Wälzfläche zwischen dem mindestens einen Wälzkörper und der Rotationsachse befindet.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Abstand der Wälzfläche zu der Rotationsachse nicht konstant, sodass die Wälzfläche mindestens einen ersten Abschnitt aufweist, in welchem der Abstand sinkt und mindestens einen zweiten Abschnitt aufweist, in welchem der Abstand steigt. Somit wird neben der Bewegung des Wälzkörpers in Umfangsrichtung ferner eine Bewegung des Wälzkörpers in radialer Richtung erzeugt, welche abhängig vom Abstand der Wälzfläche zu der Rotationsachse ist. Somit führt eine Bewegung des Wälzkörpers in radialer Richtung ebenso zu einer Bewegung des Wälzkörpers in Umfangsrichtung entlang der Wälzfläche.
Vorzugsweise weist der Rotor eine Mehrzahl von Wälzkörpern auf und die Wälzfläche eine Mehrzahl von ersten Abschnitten, in welchen der Abstand sinkt und eine Mehrzahl von zweiten Abschnitten auf, in welchen der Abstand steigt, wobei jeweils ein erster Abschnitt benachbart zu einem zweiten Abschnitt angeordnet ist. In dem zweiten Abschnitt führt eine Bewegung des Wälzkörpers radial nach außen somit gleichzeitig zu einer Bewegung in Umfangsrichtung. Anschließend kann dabei ein benachbarter Wälzkörper durch das strömende Fluid radial nach außen angetrieben werden, sodass auch dieser in einem definierten Bereich in Umfangsrichtung bewegt wird. Die so aufeinanderfolgende Bewegung in Umfangsrichtung der Mehrzahl der Wälzkörper bedingt dabei eine Rotation des Rotors um die erste Rotationsachse herum.
Vorzugsweise ist der Abstand der Wälzfläche zu der Rotationsachse als eine Funktion A = sin α beschreibbar. Somit findet eine gleichmäßige Zu- und Abnahme des Abstandes der Wälzfläche von der Rotationsachse und somit eine gleichmäßige Bewegung des Wälzkörpers in radialer Richtung zwischen einer maximal ausgelenkten und einer maximal eingelenkten Position in radialer Richtung statt.
Bevorzugt ist die Passage fluidleitend mit einem zumindest teilweise durch den Strömungskanal gebildeten Druckraum für unter Druck stehendes Fluid verbunden. Auf diese Weise kann unter Druck stehendes Fluid besonders einfach in die Passage gelangen.
Alternativ oder ergänzend kann die Passage fluidleitend mit einem zumindest teilweise durch einen Innenraum des Rotors gebildeten Druckraum für unter Druck stehendes Fluid verbunden sein.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Antriebseinheit: eine Antriebswelle zum Antreiben des Düsenkopfes, welche koaxial zu der zweiten Rotationsachse angeordnet und derart mit dem Rotor gekoppelt ist, dass die Antriebswelle mit dem Rotor um die erste Rotationsachse angetrieben wird, und eine relativ zu der ersten und zweiten Rotationsachse stationäre Aufnahme, wobei die Antriebswelle derart mit der stationären Aufnahme in Eingriff steht, dass das Antriebsdrehmoment des Rotors auf die Antriebswelle übertragen wird und die Antriebswelle um die zweite Achse rotiert. Somit wird durch die Rotation des Rotors sowie der mit dem Rotor gekoppelten Antriebswelle um die erste Rotationsachse herum zugleich ein Drehmoment auf die Antriebswelle der Antriebseinheit aufgebracht, welches die Antriebswelle um die zweite Rotationsachse herum derart antreibt, dass der Düsenkopf um die erste Rotationsachse und die zweite Rotationsachse herum rotatorisch angetrieben wird.
Vorzugsweise weist die stationäre Aufnahme ein stationäres Kegelrad auf, welches koaxial zur ersten Rotationsachse angeordnet und rotorseitig verjüngend ausgebildet ist, und die Antriebswelle ein Antriebs-Kegelrad zur drehmomentübertragenden Koppelung mit dem stationären Kegelrad auf, welches koaxial zur zweiten Rotationsachse angeordnet und in Richtung der ersten Rotationsachse verjüngend ausgebildet ist. Somit ist die Antriebseinheit nach Art eines Kegelradgetriebes ausgebildet, welches die erste Rotationsachse und eine zweite winkelig zu der ersten Rotationsachse angeordnete Rotationsachse umfasst, welche einen gemeinsamen Schnittpunkt besitzen. Die Kraftübertragung erfolgt durch das erste und das Antriebs-Kegelrad. Ein solches Kegelrad weist bevorzugt eine Außenverzahnung auf, wobei die Zähne des Antriebs-Kegelrads an den Zähnen des stationären Kegelrads entlangwälzen bzw. entlanggleiten. Das Gleiten bzw. Wälzen wird durch die Relativbewegung des Antriebs-Kegelrads relativ zu dem stationären Kegelrad erzeugt. Das stationäre Kegelrad ist bevorzugt ein Tellerrad und das Antriebs-Kegelrad ist bevorzugt ein Ritzel. Die Kegelräder stehen derart miteinander in Eingriff, dass sowohl eine Relativbewegung des Antriebs-Kegelrads um die erste Rotationsachse in einer ersten Drehrichtung als auch in einer zweiten Drehrichtung die Übertragung des Antriebsdrehmoments des Rotors um die erste Rotationsachse auf die Antriebswelle bedingt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Strömungskanal eine erste Querschnittsfläche auf und die Passage eine zweite Querschnittsfläche auf, wobei die zweite Querschnittsfläche kleiner als die erste Querschnittsfläche ist. Somit kann die Fließgeschwindigkeit des Fluids in der Passage durch die im Vergleich zur ersten Querschnittsfläche kleinere zweite Querschnittsfläche erhöht werden. Somit kann auch bei einer vergleichsweise langsamen Strömung des Fluids in dem Strömungskanal eine schnellere Rotationsbewegung des Düsenkopfes um die erste und zweite Rotationsachse erzeugt werden.
Ferner kann die erste Querschnittsfläche des Strömungskanals kleiner sein als die zweite Querschnittsfläche der Passage, sodass die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids hoch sein kann und eine vergleichsweise langsame Rotation des Düsenkopfes um die erste Achse und die zweite Achse erzeugt wird.
Vorzugsweise weist das Gehäuse einen koaxial zu der ersten Rotationsachse angeordneten zylindrischen Abschnitt auf, welcher einen Abschnitt des Strömungskanals ausbildet, und wobei das stationäre Kegelrad an einem rotorseitigen Ende des zylindrischen Abschnitts ausgebildet ist. Somit wird die stationäre Aufnahme durch den zylindrischen Abschnitt ausgebildet, welcher rotorseitig das stationäre Kegelrad aufweist. Die Bauform des Gehäuses wird somit kompakter gestaltet, da ein Teil des Strömungskanals, nämlich der Teil des Strömungskanals, welcher den Fluideinlass aufweist und mit einer Zuführleitung koppelbar ist, die stationäre Aufnahme ausbildet. Dieser Teil des Strömungskanals ist dabei herkömmlicherweise stationär ausgebildet, da eine sichere fluidleitende Kopplung zu der Zuführleitung gewährleistet sein muss.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Rotor einen Käfig zum Führen des Wälzkörpers in radialer Richtung auf, welcher koaxial zur ersten Rotationsachse angeordnet ist und dazu eingerichtet ist, mit dem Wälzkörper um die erste Rotationsachse zu rotieren. Somit ist die Mehrzahl der Wälzkörper miteinander gekoppelt und in radialer Richtung geführt. Eine Bewegung jeweils eines Wälzkörpers in Umfangsrichtung bedingt somit eine Bewegung in Umfangsrichtung aller Wälzkörper, welche durch den Käfig geführt werden. Das Bewegen jeweils eines Wälzkörpers radial nach außen durch einen Teil des strömenden Fluids bedingt somit gleichermaßen eine Relativbewegung in Umfangsrichtung aller Wälzkörper.
Vorzugsweise ist der Käfig zumindest teilweise an dem Gehäuse aufgenommen und der Wälzkörper durch den Käfig derart geführt, dass der Wälzkörper in radialer Richtung zwischen dem Käfig und der Wälzfläche bewegbar ist. Somit wird eine geführte Bewegung des Wälzkörpers in radialer Richtung sichergestellt.
Weiter bevorzugt weist der Käfig eine Mehrzahl von Aufnahmen auf, welche entlang eines äußeren Umfangs des Käfigs angeordnet und dazu eingerichtet sind, jeweils einen Wälzkörper zumindest teilweise aufzunehmen und in radialer Richtung zu führen. Durch solche Aufnahmen, welche den Wälzkörper in radialer Richtung führen, kann die Mehrzahl von Wälzkörpern derart durch den Käfig aufgenommen werden, dass sie innerhalb der Aufnahmen in radialer Richtung zwischen der Wälzfläche und einer inneren Kontaktfläche der jeweiligen Aufnahme bewegbar sind. Bevorzugt ist die Passage dabei mit zumindest einer Aufnahme fluidleitend verbunden, sodass ein Teil des strömenden Fluids zwischen dem Wälzkörper und einer inneren Kontaktfläche der Aufnahme eingeleitet wird und derart auf den Wälzkörper trifft, dass dieser radial nach außen gedrückt wird.
Vorzugsweise sind die Wälzkörper zylindrisch ausgebildet und die Aufnahme korrespondierend zu den Wälzkörpern jeweils teilzylindrisch ausgebildet. Eine solche zylindrische Ausbildung verhindert ein Verkanten des Wälzkörpers innerhalb der Aufnahme.
Vorzugsweise weisen die Aufnahmen jeweils eine dem Gehäuse abgewandte Öffnung auf, welche fluidleitend mit der Passage verbindbar ist. Somit kann ein Teil des strömenden Fluids durch die Öffnung derart zwischen dem Wälzkörper und einer inneren Kontaktfläche der Aufnahme eingeleitet werden, dass der Wälzkörper radial nach außen gedrückt wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Rotor ferner ein Abdeckelement, welches dazu eingerichtet ist, die Öffnungen zu verschließen, und wobei das Abdeckelement eine Mehrzahl von Kanälen aufweist, welche fluidleitend mit der Passage verbindbar sind. Somit kann in Abhängigkeit von den Kanälen eines solchen Abdeckelements ein definiertes Einströmen zumindest eines Teils des strömenden Fluids in die Aufnahme für die Wälzkörper gewährleistet werden, sodass der jeweilige Wälzkörper in der Aufnahme radial nach außen bewegt wird.
Weiter bevorzugt ist in einem solchen Abdeckelement zumindest ein Abströmkanal ausgebildet, aus welchem das in der Aufnahme befindliche Fluid abfließen kann, nachdem der jeweilige Wälzkörper radial nach außen bewegt wurde.
Die Erfindung wurde vorstehend in Bezug auf einen ersten Aspekt beschrieben.
Die Erfindung betrifft ferner in einem zweiten Aspekt ein Verfahren zum Antreiben einer Reinigungsvorrichtung, insbesondere einer Reinigungsvorrichtung der vorstehend beschriebenen Art.
Die Erfindung löst die vorstehend beschriebene Aufgabe in einem zweiten Aspekt durch den Gegenstand des Anspruchs 17.
Insbesondere schlägt die Erfindung ein Verfahren zum Antreiben einer Reinigungsvorrichtung vor, insbesondere ein Verfahren zum Antreiben einer Reinigungsvorrichtung der vorstehend beschriebenen Art, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:

Einlassen eines Fluids, insbesondere Reinigungsmittels, in ein Gehäuse,
Leiten eines Teils des strömenden Fluids zu einem Rotor,
Antreiben des Rotors durch den Teil des strömenden Fluids um eine erste Rotationsachse relativ zu dem Gehäuse,
Bereitstellen einer Antriebseinheit, welche antriebsseitig mit dem Rotor und abtriebsseitig mit einem Düsenkopf gekoppelt ist,
Übertragen des Drehmoments des Rotors auf den Düsenkopf durch die Antriebseinheit, und
Abgeben des Fluids durch einen Fluidauslass des Düsenkopfes.

Das erfindungsgemäße Verfahren und seine möglichen Fortbildungen weisen Merkmale bzw. Verfahrensschritte auf, die sie insbesondere dafür geeignet machen, für eine Reinigungsvorrichtung gemäß dem vorherigen Aspekt und den jeweiligen Fortbildungen verwendet zu werden.
Für weitere Vorteile, Ausführungsvarianten und Ausführungsdetails dieses weiteren Aspekts und seiner möglichen Fortbildungen wird auf die zuvor erfolgte Beschreibung zu den entsprechenden Merkmalen und Fortbildungen der Reinigungsvorrichtung verwiesen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen:

Figur 1:: eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung;
Figur 2:: ein Gehäuse für die Reinigungsvorrichtung gemäß Figur 1 in einer perspektivischen Ansicht;
Figur 3:: ein Käfig für die Reinigungsvorrichtung gemäß Figur 1 in einer perspektivischen Ansicht;
Figur 4:: ein Abdeckelement für die Reinigungsvorrichtung gemäß Figur 1 in einer perspektivischen Ansicht;
Figur 5:: einen Wälzkörper für die Reinigungsvorrichtung gemäß Figur 1 in einer perspektivischen Ansicht;
Figur 6:: ein Kegelrad für die Reinigungsvorrichtung gemäß Figur 1 einer perspektivischen Ansicht.

Die in Figur 1 gezeigte Reinigungsvorrichtung 100 umfasst ein Gehäuse 110, einen Rotor 120 mit einer erste Rotationsachse 122 und einen Düsenkopf 130 mit einer zweiten Rotationsachse134.
Das Gehäuse 110 weist einen Fluideinlass 112 zum Einlassen von Fluid aus.
Der Rotor 120 ist relativ zu dem Gehäuse 110 rotatorisch um die erste Rotationsachse 122 antreibbar und weist eine Vielzahl von Wälzkörpern 124 auf, welche mit dem Gehäuse 110 in Wälzkontakt stehen.
Der Düsenkopf 130 ist an dem Rotor 120 drehbar um die zweite Achse 134 montiert. Der Düsenkopf 130 weist einen Fluidauslass 132 zum Auslassen von Fluid auf.
Die Reinigungsvorrichtung 100 umfasst ferner einen Strömungskanal 140 zur fluidleitenden Verbindung von dem Fluideinlass 112 und dem Fluidauslass 132.
Weiterhin umfasst die Reinigungsvorrichtung 100 eine Passage 142, welche bevorzugt fluidleitend mit einem durch den Strömungskanal 140 gebildeten Druckraum für unter Druck stehendes Fluid verbunden ist und dazu eingerichtet ist, einen Teil des strömenden Fluids zu dem Rotor 120 zu leiten, um ein Antriebsdrehmoment aufzubringen und den Rotor 120 rotatorisch um die erste Rotationsachse 122 anzutreiben. Ergänzend oder alternativ kann die Passage 142 fluidleitend mit einem durch einen Innenraum des Rotors 120 gebildeten Druckraum für unter Druck stehendes Fluid verbunden sein.
Die Reinigungsvorrichtung 100 umfasst ferner eine Antriebseinheit 150, welche antriebsseitig mit dem Rotor 120 und abtriebsseitig mit dem Düsenkopf 130 gekoppelt und dazu eingerichtet ist, das Antriebsdrehmoment des Rotors 120 auf den Düsenkopf 130 zu übertragen.
Bevorzugt umfasst die Antriebseinheit 150 eine Antriebswelle 152 zum Antreiben des Düsenkopfes 130, welche koaxial zu der zweiten Rotationsachse 134 angeordnet ist. Die Antriebswelle 152 ist derart mit dem Rotor 120 gekoppelt, dass die Antriebswelle 152 mit dem Rotor 120 um die erste Rotationsachse 122 angetrieben wird.
Die Antriebseinheit 150 umfasst ferner eine in Bezug auf die erste und zweite Rotationsachse 122, 134 stationäre Aufnahme 154. Die Antriebswelle 152 steht dabei derart mit der stationären Aufnahme 154 in Eingriff, dass das Antriebsdrehmoment des Rotors 120 auf die Antriebswelle 152 übertragen wird und die Antriebswelle 152 um die zweite Rotationsachse 134 rotiert.
Die stationäre Aufnahme 154 ist an dem Gehäuse 110 an einem rotorseitigen Endabschnitt angeordnet. Die stationäre Aufnahme 154 weist ein stationäres Kegelrad 156 auf, und die Antriebseinheit 150 weist ferner ein Antriebs-Kegelrad 158 auf, welches an der Antriebswelle 152 angeordnet ist. Das stationäre Kegelrad 156 ist drehmomentübertragend mit dem Antriebs-Kegelrad 158 gekoppelt. Das Antriebs-Kegelrad 158 ist dabei derart mit der Antriebswelle 152 gekoppelt, dass das Antriebsdrehmoment des Rotors 120 von dem stationären Kegelrad 156 auf das Antriebs-Kegelrad 158 und schließlich auf die Antriebswelle 152 übertragen wird, so dass der Düsenkopf 130 um die erste Rotationsachse 122 und die zweite Rotationsachse 134 rotiert.
Die Reinigungsvorrichtung 100 weist ferner einen Käfig 160 zum Führen des mindestens einen Wälzkörpers 124 auf, welcher dem Rotor 120 zugeordnet und koaxial zur ersten Rotationsachse 122 angeordnet ist. Bevorzugt ist der Käfig 160 zum Führen des mindestens einen Wälzkörpers 124 in radialer Richtung eingerichtet.
Der Käfig 160 ist teilweise in dem Gehäuse 110 aufgenommen und dazu eingerichtet mit dem mindestens einen Wälzkörper 124 um die erste Rotationsachse 122 zu rotieren.
Die Wälzkörper 124 werden in dem Käfig 160 derart geführt, dass der mindestens eine Wälzkörper 124 in radialer Richtung zwischen dem Käfig 160 und dem Gehäuse 110 bewegbar ist.
Die Reinigungsvorrichtung 100 umfasst ferner ein Abdeckelement 170, welches dazu eingerichtet ist, den Käfig 160 zumindest abschnittsweise abzudecken bzw. zu verschließen. Das Abdeckelement 170 ist fluidleitend mit dem Strömungskanal 140 und insbesondere der Passage 142 verbindbar.
Die Reinigungsvorrichtung 100 umfasst ferner ein erstes Paar Lagerringe 180, welche dazu eingerichtet sind, den Rotor 120 an dem Gehäuse 110 drehbar um die erste Rotationsachse 122 zu lagern. Die Reinigungsvorrichtung umfasst ferner einen zweiten Lagerring 182 und einen dritten Lagerring 184, welche dazu eingerichtet sind, den Düsenkopf 130 und die Antriebswelle 152 drehbar um die zweite Rotationsachse 134 an dem Rotor 120 zu lagern.
Die Figuren 2 bis 6 zeigen Detaildarstellungen des Gehäuses 110, des Käfigs 160, des Abdeckelements 170, des Wälzkörpers 124 sowie eines Teils der Antriebseinheit 150 der Reinigungsvorrichtung gemäß Figur 1.
Wie insbesondere Figur 2 zeigt, umfasst das Gehäuse 110 eine Innenwand 114, welche eine Wälzfläche 116 für den mindesten einen Wälzkörper 124 (vgl. Figur 1) ausbildet. Gemäß der bevorzugten, in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsform ist der mindestens eine Wälzkörper 124 radial innerhalb der Wälzfläche 116 angeordnet. Alternativ, aber nicht dargestellt ist der mindestens eine Wälzkörper 124 radial ausserhalb der Wälzfläche 116 angeordnet, so dass sich die Wälzfläche 116 zwischen dem mindestens einen Wälzkörper 124 und der Rotationsachse 122 befindet.
Die Wälzfläche 116 umfasst eine Mehrzahl von ersten Abschnitten 116a, in welchen der Abstand der Wälzfläche 116 zur ersten Rotationsachse 122 sinkt und eine Mehrzahl von zweiten Abschnitten 116b, in welchen der Abstand der Wälzfläche 116 zu der ersten Rotationsachse 122 steigt. Dabei ist jeweils ein erster Abschnitt 116a benachbart zu einem zweiten Abschnitt 116b angeordnet, so dass sich die Änderung des Abstandes der Wälzfläche 116 von der ersten Rotationsachse 122 ändert und die Änderung sich zyklisch wiederholt.
Das Gehäuse 110 weist ferner einen koaxial zur ersten Rotationsachse 122 angeordneten zylindrischen Abschnitt 118 auf, welcher einen Abschnitt des Strömungskanals 140 (vgl. Figur 1) ausbildet. An dem zylindrischen Abschnitt 118 ist an einem im montierten Zustand rotorseitigen Ende die stationäre Aufnahme 154 der Antriebseinheit 150 mit dem stationären Kegelrad 156 (vgl. Figur 1) ausgebildet.
Ferner ist an dem zylindrischen Abschnitt 118 die Passage 142 ausgebildet, welche sich hin zu der Innenfläche 114 des Gehäuses 110 erstreckt und dazu eingerichtet ist, einen Teil des innerhalb des Strömungskanals 140 (vgl. Figur 1) strömenden Fluids in das Gehäuse 110 und derart zu dem Wälzkörper 124 (vgl. Figur 1) zu leiten, dass dieser entlang der Wälzfläche 116 eine Wälzbewegung ausführt.
Durch die benachbart zueinander angeordneten ersten und zweiten Abschnitte 116a, b bedingt eine Wälzbewegung des Wälzkörpers 124 (vgl. Figur 1) in Umfangsrichtung zugleich eine Bewegung in radialer Richtung.
Figur 3 zeigt den Käfig 160, welcher dazu eingerichtet ist, die Wälzkörper 124 (vgl. Figur 1) in radialer Richtung in dem Gehäuse 110 (vgl. Figur 1 und 2) zu führen. Der Käfig 160 ist im montierten Zustand dem Rotor 120 (vgl. Figur 1) zugeordnet und koaxial zur ersten Rotationsachse 122 angeordnet.
Der Käfig 160 weist eine Mehrzahl von vorzugsweise teilzylindrischen Aufnahmen 162 auf, welche entlang eines äußeren Umfangs des Käfigs 160 angeordnet und dazu eingerichtet sind, jeweils einen Wälzkörper 124 (vgl. Figur 1 und 5) zumindest teilweise aufzunehmen und in radialer Richtung derart zu führen, dass die Wälzkörper 124 zwischen dem Käfig 160 und der Wälzfläche 116 in radialer Richtung geführt und bewegbar sind. Die Aufnahmen 162 sind korrespondierend zu den Wälzkörpern 124 (vgl. Figur 5) teilzylindrisch ausgebildet und weisen jeweils einen geraden Wandabschnitt 164 auf, durch welchen die Wälzkörper 124 in radialer Richtung geführt werden. Bevorzugt ist die Zahl der Wälzkörper 124 ungleich der Zahl der durch die Abschnitte 116a und 116b gebildeten zugeordneten Täler in der Wälzfläche 116.
Die Aufnahmen 162 weisen jeweils eine im montieren Zustand von dem Gehäuse 110 abgewandte Öffnung 166 auf, welche fluidleitend mit der Passage 142 (vgl. Figur 1 und 2) verbindbar ist. Die Aufnahmen 162 sind entlang des äußeren Umfangs gleichmäßig verteilt angeordnet.
Der Käfig 160 weist ferner eine zentral ausgebildete zylindrische Öffnung 168 auf, welche dazu eingerichtet ist, den zylindrischen Abschnitt 118 des Gehäuses 110 (vgl. Figur 1 und 2) zumindest abschnittsweise aufzunehmen.
Wie insbesondere Figur 4 zeigt, ist das Abdeckelement 170 als Scheibe ausgebildet, welche im montierten Zustand koaxial zur ersten Rotationsachse 122 angeordnet ist.
Das Abdeckelement 170 weist eine Mehrzahl von Kanälen 172 auf, welche in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnet sind und im montierten Zustand fluidleitend mit der Passage 142 (vgl. Figur 1) verbindbar sind, um einen Teil des strömenden Fluids zu den Wälzkörpern 124 (vgl. Figur 1) zu leiten.
Das Abdeckelement 170 weist ferner eine weitere zentrale zylindrische Öffnung 174 (zweite zylindrische Öffnung) auf, welche dazu eingerichtet ist, den zylindrischen Abschnitt 118 des Gehäuses 110 zumindest abschnittsweise aufzunehmen.
Figur 5 zeigt den Wälzkörper 124 in einer perspektivischen Ansicht. Im montierten Zustand wird in jeder der Aufnahmen 162 (vgl. Figur 3) ein solcher Wälzkörper 124 in axialer Richtung bewegbar aufgenommen.
Durch das Fluid, welches durch die Kanäle 172 in die Aufnahmen 162 einströmt (vgl. Figur 3 und 4), und durch die Passage 142 (vgl. Figur 2) zu dem Wälzkörper 124 geleitet wird, wird der Wälzkörper 124 radial nach außen gedrückt. Der Wälzkörper 124 wird dabei derart mit der Wälzfläche 116 (vgl. Figur 2) in Kontakt gebracht, dass jeder der Wälzkörper 124 von einer Position, in welcher er im ersten Abschnitt 116a der Wälzfläche 116 (vgl. Figur 2) in Kontakt ist, entlang des zweiten Abschnitts 116b bewegt wird, so dass sich der Wälzkörper 124 radial nach außen bewegt. Durch diese Bewegung kann der Wälzkörper 124 dem Druck ausweichen, welcher durch das einströmende Fluid aufgebracht wird.
Durch diese Ausweichbewegung radial nach außen wälzt jeweils ein Wälzkörper 124 folglich entlang des zweiten Abschnitts 116b bis zu einem Punkt, in welchem der Abstand der Kontaktfläche 116 zu der Rotationsachse 122 maximal ist. Anschließend führt die radial nach außen gerichtete Bewegung eines weiteren Wälzkörpers 124 zur Fortführung dieser Wälzbewegung. Diese Bewegung wiederholt sich, so dass es zu einer anhaltenden Wälzbewegung in Abhängigkeit des Drucks des durch den Strömungskanal 140 strömenden Fluids kommt.
Figur 6 zeigt das Antriebs-Kegelrad 158, welches eine Außenverzahnung 158a aufweist. Die Außenverzahnung 158a steht zur Übertragung des Antriebsdrehmoments mit dem stationären Kegelrad 156 der stationären Aufnahme 154 (vgl. Figur 1 und 2) in Eingriff.
Das Antriebs-Kegelrad 158 ist dazu eingerichtet, im montierten Zustand gemeinsam mit dem Rotor 120 um die erste Rotationsachse 122 und somit um die stationäre Aufnahme 154 herum zu rotieren (vgl. Figur 1). Durch die Neigung der Außenverzahnung 158a bedingt die Rotationsbewegung um die erste Rotationsachse 122 gleichzeitig eine Rotation des Antriebs-Kegelrades 158 um die zweite Rotationsachse 134.
Im montierten Zustand ist das zweite Kegel 158 dabei derart mit der Antriebswelle 152 (vgl. Figur 1) gekoppelt, dass die Antriebswelle 152 gemeinsam mit dem Antriebs-Kegelrad 158 um die zweite Rotationsachse 134 rotiert.
Somit wird mittels der Wälzkörper 124 eine Rotationsbewegung des Rotors 120 um die erste Rotationsachse 122 bewirkt, welche mittels der Antriebseinheit 150 auf die Antriebswelle 152 übertragen wird, so dass der Düsenkopf 130 um die ersten Rotationsachse 122 und die zweite Rotationsachse 134 rotiert und das strömende Fluid durch den Fluidauslass 132 in radialer Richtung um die erste und die zweite Rotationsachse 122, 134 zum Reinigen in einem Behälter verteilt wird (vgl. Figur 1).

Bezugszeichenliste

100: Reinigungsvorrichtung
110: Gehäuse
112: Fluideinlass
114: Innenwand
116: Wälzfläche
116a: erster Abschnitt
116b: zweiter Abschnitt
118: zylindrischen Abschnitt
120: Rotor
122: erste Rotationsachse
124: Wälzkörper
130: Düsenkopf
132: Fluidauslass
134: zweite Rotationsachse
140: Strömungskanal
142: Passage
150: Antriebseinheit
152: Antriebswelle
154: stationäre Aufnahme
156: Antriebs-Kegelrad
158: stationäres Kegelrad
160: Käfig
162: teilzylindrische Aufnahme
164: gerader Wandabschnitt
166: Öffnung
168: erste zentrale zylindrische Öffnung
170: Abdeckelement
172: Mehrzahl von Kanälen
174: zweite zentrale zylindrische Öffnung
180: erster Lagerring
182: zweiter Lagerring
184: dritter Lagerring

Claims

Reinigungsvorrichtung (100) zum Reinigen eines Behälters, insbesondere Orbitalreiniger, umfassend:
- ein Gehäuse (110) mit einem Fluideinlass (112) zum Einlassen eines Fluids, insbesondere Reinigungsmittels,

- einen Rotor (120), welcher relativ zu dem Gehäuse (110) rotatorisch um eine erste Rotationsachse (122) antreibbar ist,

- einen Düsenkopf (130) mit einem Fluidauslass (132) zum Abgeben des Fluids, insbesondere Reinigungsmittels, wobei der Düsenkopf (130) an dem Rotor (120) drehbar um eine zweite Rotationsachse (134) montiert ist,

- einen Strömungskanal (140) zur fluidleitenden Verbindung von dem Fluideinlass (112) und dem Fluidauslass (132),

- eine Passage (142), welche dazu eingerichtet ist, einen Teil des strömenden Fluids zu dem Rotor (120) zu leiten, um ein Antriebsdrehmoment aufzubringen und den Rotor (120) rotatorisch anzutreiben, und

- eine Antriebseinheit (150), welche antriebsseitig mit dem Rotor (120) und abtriebsseitig mit dem Düsenkopf (130) gekoppelt und dazu eingerichtet ist, das Antriebsdrehmoment des Rotors (120) auf den Düsenkopf (130) zu übertragen,

dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (120) oder das Gehäuse (110) mindestens einen Wälzkörper (124) aufweist,

wobei das Gehäuse (110) oder der Rotor (120) mindestens eine koaxial zu dem Rotor (120) angeordnete Wälzfläche (116) aufweist, und der Teil des strömenden Fluids derart zu dem Rotor (120) geleitet wird, dass der Wälzkörper (124) durch das Fluid entlang der Wälzfläche (116) bewegt wird.
Reinigungsvorrichtung (100) nach Anspruch 1,
wobei die Wälzfläche (116) durch eine, insbesondere rotationssymmetrische, um die erste Rotationsachse (122) herum ausgebildete Innenwand (114) des Gehäuses (110) oder einer Außenwand des Rotors (120) ausgebildet wird, welche sich in axialer Richtung erstreckt, wobei der Wälzkörper (124) radial innerhalb der Wälzfläche (116) oder radial ausserhalb der Wälzfläche (116) angeordnet sein kann.
Reinigungsvorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2,
wobei der Abstand der Wälzfläche (116) zu der ersten Rotationsachse (122) nicht konstant ist, sodass die Wälzfläche (116) mindestens einen ersten Abschnitt (116a) aufweist, in welchem der Abstand sinkt und mindestens einen zweiten Abschnitt (116b) aufweist, in welchem der Abstand steigt.
Reinigungsvorrichtung (100) nach Anspruch 3,
wobei der Rotor (120) eine Mehrzahl von Wälzkörpern (124) aufweist, und

wobei die Wälzfläche (116) eine Mehrzahl von ersten Abschnitten (116a) aufweist, in welchen der Abstand sinkt und eine Mehrzahl von zweiten Abschnitten (116b) aufweist, in welchen der Abstand steigt, und jeweils ein erster Abschnitt (116a) benachbart zu einem zweiten Abschnitt (116b) angeordnet ist.
Reinigungsvorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei der Abstand der Wälzfläche (116) zu der ersten Rotationsachse (122) als eine Funktion A = sin (α) beschreibbar ist.
Reinigungsvorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei die Passage (142) fluidleitend mit einem zumindest teilweise durch den Strömungskanal (140) und/oder mit einem zumindest teilweise durch einen Innenraum des Rotors (120) gebildeten Druckraum für unter Druck stehendes Fluid verbunden ist.
Reinigungsvorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei die Antriebseinheit (150) umfasst:
- eine Antriebswelle (152) zum Antreiben des Düsenkopfes (130), welche koaxial zu der zweiten Rotationsachse (134) angeordnet und derart mit dem Rotor (120) gekoppelt ist, dass die Antriebswelle (152) mit dem Rotor (120) um die erste Rotationsachse (122) angetrieben wird, und

- eine relativ zu der ersten und zweiten Rotationsachse (134) stationäre Aufnahme (154),
wobei die Antriebswelle (152) derart mit der stationären Aufnahme (154) in Eingriff steht, dass das Antriebsdrehmoment des Rotors (120) auf die Antriebswelle (152) übertragen wird und die Antriebswelle (152) um die zweite Rotationsachse rotiert.
Reinigungsvorrichtung (100) nach Anspruch 7,
wobei die stationäre Aufnahme (154) ein stationäres Kegelrad (158) aufweist, welches koaxial zur ersten Rotationsachse (122) angeordnet und rotorseitig verjüngend ausgebildet ist, und

die Antriebseinheit (150) ein Antriebs-Kegelrad (156) zur Drehmoment übertragenden Kopplung mit dem stationären Kegelrad (158) aufweist, welches koaxial zur zweiten Rotationsachse (134) an der Antriebswelle (152) angeordnet und in Richtung der ersten Rotationsachse (122) verjüngend ausgebildet ist.
Reinigungsvorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei der Strömungskanal (140) eine erste Querschnittsfläche aufweist und die Passage (142) eine zweite Querschnittsfläche aufweist, und die zweite Querschnittsfläche kleiner als die erste Querschnittsfläche ist.
Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 8,
wobei das Gehäuse (110) einen koaxial zu der ersten Rotationsachse (122) angeordneten zylindrischen Abschnitt (118) aufweist, welcher einen Abschnitt des Strömungskanals (140) ausbildet, und

wobei das stationäre Kegelrad (158) an einem rotorseitigen Ende des zylindrischen Abschnitts (118) ausgebildet ist.
Reinigungsvorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei die Reinigungsvorrichtung ferner einen Käfig (160) zum Führen des Wälzkörpers (124) in radialer Richtung aufweist, welcher dem Rotor (120) zugeordnet und koaxial zur ersten Rotationsachse (122) angeordnet ist, und

wobei der Käfig (160) dazu eingerichtet ist, mit dem Wälzkörper (124) um die erste Rotationsachse (122) zu rotieren.
Reinigungsvorrichtung (100) nach Anspruch 11,
wobei der Käfig (160) zumindest teilweise in dem Gehäuse (110) aufgenommen ist und der Wälzkörper (124) durch den Käfig (160) derart geführt ist, dass der Wälzkörper (124) in radialer Richtung zwischen dem Käfig (160) und der Wälzfläche (116) bewegbar ist.
Reinigungsvorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei der Käfig (160) eine Mehrzahl von Aufnahmen (162) aufweist, welche entlang eines äußeren Umfangs des Käfigs (160) angeordnet und dazu eingerichtet sind, jeweils einen Wälzkörper (124) zumindest teilweise aufzunehmen und in radialer Richtung zu führen.
Reinigungsvorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei die Wälzkörper (124) zylindrisch ausgebildet sind und die Aufnahmen (162) korrespondierend zu den Wälzkörpern (124) jeweils teilzylindrisch ausgebildet sind.
Reinigungsvorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei die Aufnahmen (162) jeweils eine dem Gehäuse (110) abgewandte Öffnung (166) aufweisen, welche fluidleitend mit der Passage (142) verbindbar ist.
Reinigungsvorrichtung (100) nach Anspruch 15,
wobei die Reinigungsvorrichtung ferner ein Abdeckelement (170) umfasst, welches dem Rotor (120) zugeordnet und dazu eingerichtet ist, die Öffnungen (166) zu verschließen, und

wobei das Abdeckelement (170) eine Mehrzahl von Kanälen aufweist, welche fluidleitend mit der Passage (142) verbindbar sind.
Verfahren zum Antreiben einer Reinigungsvorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
- Einlassen eines Fluids, insbesondere Reinigungsmittels, in das Gehäuse (110),

- Leiten eines Teils des strömenden Fluids zu dem Rotor (120) derart, dass der Wälzkörper (124) durch das Fluid entlang der Wälzfläche (116) bewegt wird,

- Antreiben des Rotors (120) durch den Teil des strömenden Fluids um die erste Rotationsachse (122) relativ zu dem Gehäuse (110),

- Bereitstellen der Antriebseinheit (150), welche antriebsseitig mit dem Rotor (120) und abtriebsseitig mit dem Düsenkopf (130) gekoppelt ist,

- Übertragen des Drehmoments des Rotors (120) auf den Düsenkopf (130) durch die Antriebseinheit (150), und

- Abgeben des Fluids durch den Fluidauslass (132) des Düsenkopfes (130).