WO1990011134A1 - Düseneinrichtung für einen hochdruck-flüssigkeitsstrahl - Google Patents

Düseneinrichtung für einen hochdruck-flüssigkeitsstrahl Download PDF

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Edi Mark
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Edi Mark
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    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B13/00—Machines or plants for applying liquids or other fluent materials to surfaces of objects or other work by spraying, not covered by groups B05B1/00 - B05B11/00
    • B05B13/02—Means for supporting work; Arrangement or mounting of spray heads; Adaptation or arrangement of means for feeding work
    • B05B13/04—Means for supporting work; Arrangement or mounting of spray heads; Adaptation or arrangement of means for feeding work the spray heads being moved during spraying operation
    • B05B13/0405—Means for supporting work; Arrangement or mounting of spray heads; Adaptation or arrangement of means for feeding work the spray heads being moved during spraying operation with reciprocating or oscillating spray heads

Definitions

  • the present invention relates to a nozzle device for a high-pressure liquid jet, for use in a device by means of which materials can be removed, roughened or cleaned.
  • Such devices are used in particular in civil engineering and in tunnel construction. Here they are used, for example, when renovating concrete structures. Damage to the concrete structures erected in earlier decades, such as bridges and viaducts, is becoming increasingly evident, which would require renovation, since otherwise they would even have to be demolished and rebuilt after some time. For this purpose, the outer damaged concrete layer must be removed and, if necessary, the iron reinforcement exposed and freed from rust in order to be able to apply a new concrete layer or a new concrete covering.
  • breakers were used first.
  • the iron reinforcement was then cleaned of rust by sandblasting. This way of working has some serious disadvantages. On the one hand, the workload is very large. On the other hand, only a qualitatively inadequate result can be achieved with the breakup carried out in this way, especially as a result of the blows and vibrations damaging the iron reinforcement and the solid Concrete are almost inevitable.
  • the water nozzle stops briefly at the end of its transverse movement before it moves back again. In the course of this transverse movement, the water nozzle is also set in a pendulum motion at right angles to it.
  • regular holes are repeatedly shot in the concrete.
  • the aforementioned oscillation of the nozzle also leads to an uneven removal, since as a result the nozzle head is not constantly at the same distance from the material surface to be processed. This is smaller in the middle of the pedal movement than at the two ends. Due to these disadvantages, it is often hardly possible to apply the new concrete layer in a satisfactory manner, with the closure of any holes.
  • the object of the invention is therefore to create a nozzle device which does not have the disadvantages of the known nozzle devices.
  • the nozzle device according to the invention corresponds to the characterizing features in patent claim 1.
  • the flow channel of the nozzle is advantageously angled and the rotatably mounted nozzle body can be set into a repetitive partial rotary movement by means of lifting movements of a toothed rack by means of a toothed ring around it.
  • the nozzle body should be able to be set into a rotation superimposing the partial rotary movement.
  • the nozzle head is always kept at the same distance from the material surface to be processed and the high-pressure liquid jet never comes to a standstill, extremely uniform removal is guaranteed. Thanks to the nozzle device according to the invention, the iron reinforcement can also be completely exposed and derusted.
  • FIG. 3 shows a side view of the drive of the nozzle according to FIG. 2.
  • the nozzle 1 consists of a nozzle body 2 which is rotatably mounted in a housing 3 with low friction about its longitudinal axis.
  • the flow channel 4 is compensate ⁇ angles in the range of the nozzle head 5 to 30 *.
  • the nozzle 1 can be connected to a line coming from a high-pressure pump.
  • the housing 3 has a lateral opening 7 through which a toothed ring 8 leading around the nozzle body 2 is accessible from the outside.
  • the nozzle 1 is driven by a motor 9, for example an electric motor.
  • the motor 9 is connected to an eccentric 10 which swings about the axis of rotation of the motor 9 and has a reciprocating movement on a rack 11 coupled to it, i.e. a lifting movement, as is indicated in FIG. 2 by dashed lines at 12.
  • the toothed rack 11 engages on the ring gear 8 on the circumference of the nozzle body 2 and, by means of its lifting movements, sets it in a repeating partial rotary movement. Because of the angled flow channel 4 on the nozzle head 5, the emerging liquid jet carries out a repetitive, arc-shaped pivoting movement.
  • the essentially of the engine 9, the eccentric 10 and the Rack 11 existing drive can be moved as a whole along guide rails 13 and connected to a cylinder 14. Thanks to this cylinder 14, the nozzle 1 can be set into a rotation that overlaps the partial rotary movement. This is done by the cylinder 14 indirectly displacing the toothed rack 11 longitudinally as it continues to carry out its lifting movements, as is indicated by dashed lines in FIG. 2 with 15. The nozzle 1 can thus be rotated about its axis while it continues to perform its repetitive movements. As a result, the direction of the emerging liquid jet can be changed.
  • the nozzle device described above is intended in particular for installation in a suitable device for removing concrete. It is expedient to work with water which is brought to a pressure of approximately 1,200 bar by a high-pressure pump.
  • the nozzle device can now be controlled so that a predetermined concrete surface is traversed.
  • the nozzle 1 is first moved in a straight line along one side of the rectangular concrete surface to be machined, which performs rapid arc-shaped pivoting movements.
  • the high-pressure liquid jet impinging on the concrete surface draws to a certain extent arcs which are connected to one another at one end in the form of a zigzag line.
  • the nozzle 1 When the nozzle 1 has reached the end of said side, it is controlled so that it pivots on a line that runs parallel to the first line and moves back in the opposite direction. This will be so long repeated until the entire concrete surface was traversed in a loop.
  • the described rotation of the nozzle 1 by means of the cylinder 14 acting indirectly on the toothed rack 11 serves to rotate the nozzle 1 by 180 ° while it is turning at the ends of the loops.
  • the nozzle 1 travels line by line.
  • This method of operation ensures that the high-pressure liquid jet never stops. This avoids the risk of holes in the concrete that are difficult to close.
  • the nozzle 1 also moves in always constant distance from the concrete surface and thus ensures a uniform Ab ⁇ support. Since the liquid jet is also bent by 30 *, it can be below the iron reinforcement and completely expose and remove any concrete residue and rust.

Landscapes

  • Perforating, Stamping-Out Or Severing By Means Other Than Cutting (AREA)
  • Nozzles (AREA)
  • Cleaning By Liquid Or Steam (AREA)

Abstract

Die Düse (1) besteht aus einem drehbar in einem Gehäuse (3) gelagerten Düsenkörper (2). Der Strömungskanal (4) ist im Bereich des Düsenkopfes (5) abgewinkelt. Seitlich am Gehäuse (3) ist eine Öffnung (7) angebracht, durch welche ein um den Düsenkörper (2) herumführender Zahnkranz (8) zugänglich ist. An einem Anschluss (6) ist die Düse (1) an eine von einer Hochdruckpumpe kommende Leitung anschliessbar. Der Antrieb besteht aus einem Motor, der über einen Exzenter an einer Zahnstange eine Hubbewegung erzeugt. Diese Zahnstange greift am Zahnkranz (8) an und versetzt dadurch den Düsenkörper (2) in eine sich wiederholende Teil-Drehbewegung. Der abgebogene Flüssigkeitsstrahl führt dadurch sich wiederholende bogenförmige Schwenkbewegungen durch. Die Zahnstange ist zusätzlich mit einem Linearantrieb verbunden, durch welchen der Düsenkörper um 180° gedreht werden kann. Schleifenförmig kann die zu bearbeitende Fläche abgefahren werden, wobei der Flüssigkeitsstrahl sich zu einer Zickzacklinie ergänzende Bögen auf diese zeichnet. An den Enden der Schleifen kann die Düse (1) gedreht und parallel zum ersten bearbeiteten Flächen-Streifen zurückgefahren werden.

Description

Düseneinrichtung für einen Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Düseneinrichtung für einen Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl, zur Verwendung in einer Vor¬ richtung, mittels welcher Materialien abgetragen, aufgerauht oder gereinigt werden können.
Solche Vorrichtungen gelangen insbesondere im Hoch- und Tiefbau und im Tunnelbau zum Einsatz. Hier werden sie beispielsweise bei der Sanierung von Betonbauwerken herangezogen. Es zeigen sich an in früheren Jahrzehnten errichteten Betonbauwerken, wie Brücken und Viadukten, zunehmend Schäden, die der Sanierung bedürfen, da sie sonst nach einiger Zeit sogar einen Abbruch und Neubau des betreffenden Bauwerkes erforderlich machen würden. Zu diesem Zweck muss die äussere schadhafte Betonschicht entfernt und gegebenenfalls die Eisenbewehrung freigelegt und von Rost be¬ freit werden, um eine neue Betonschicht oder einen neuen Beton¬ belag aufbringen zu können.
Zum Abtragen des schadhaften Betons verwendete man zuerst Auf¬ brechhämmer. Die Eisenbewehrung wurde dann durch Sandstrahlen vom Rost befreit. Diese Arbeitsweise hat einige gravierende Nachteile. Einerseits ist der Arbeitsaufwand sehr gross. Ander¬ seits ist mit dem so durchgeführten Aufbrechen nur ein qualita¬ tiv mangelhaftes Ergebnis zu erzielen, zumal durch die Schläge und Vibrationen Schäden an der Eisenbewehung und dem festen Beton nahezu unvermeidbar sind.
Es wurde daher versucht, eine Lösung dieses Problems zu finden, indem der Abtrag mittels eines mit hohem Druck und hoher Ge¬ schwindigkeit auf die Betonoberfläche gerichteten Wasserstrahles bewerkstelligt wurde. Zu diesem Zweck hat man Maschinen ent¬ wickelt, die sich langsam auf Rädern fortbewegen, welche auf ihrer Vorderseite eine sich quer zur Fahrtrichtung an einer Schiene hin- und herbewegende Wasserdüse aufweisen und aus Si¬ cherheitsgründen ferngesteuert werden.
Die Wasserdüse hält jeweils am Ende ihrer Querbewegung kurz an, bevor sie sich wieder zurückbewegt. Die Wasserdüse wird zudem im Verlauf dieser Querbewegung rechtwinklig dazu in eine Pendelbe¬ wegung versetzt. Infolge der sehr grossen Kraft des Wasserstrah¬ les, kommt es wegen des technisch bedingten kurzen Anhaltens der Wasserdüse am Ende der Querbewegung immer wieder vor, dass re¬ gelrechte Löcher in den Beton geschossen werden. Das erwähnte Pendeln der Düse führt ausserdem zu einem unebenen Abtrag, da dadurch der Düsenkopf nicht konstant den gleichen Abstand von der zu bearbeitenden Material-Oberfläche hat. Dieser ist ja in der Mitte der Pedelbewegung kleiner als an den beiden Enden. Durch diese Nachteile ist es oft kaum mehr möglich, die neue Betonschicht in befriedigender Weise aufzubringen unter Schlies¬ sung allfällig vorhandener Löcher. Es ist deshalb vorauszusehen, dass an so sanierten Betonbauwerken in absehbarer Zeit neue Schäden auftreten. Aus diesen Gründen sah man sich gezwungen, dieses Arbeitsverfahren grösstenteils einzustellen. Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Düseneinrichtung zu schaffen, die die Nachteile der bekannten Düseneinrichtungen nicht aufweist.
Die erfindungsgemässe Düseneinrichtung entspricht den kenn¬ zeichnenden Merkmalen im Patentanspruch 1.
Vorteilhaft ist dabei nach den Patentansprüchen 2 bis 8 der Strömungskanal der Düse abgewinkelt und der drehbar gelagerte Düsenkörper über einen um ihn herumführenden Zahnkranz mittels Hubbewegungen einer Zahnstange in eine sich wiederholende Teil-Drehbewegung versetzbar. Darüberhinaus sollte der Düsen¬ körper in eine die Teil-Drehbewegung überlagernde Drehung ver¬ setzbar sein.
Dadurch, dass der Düsenkopf stets in gleichem Abstand von der zu bearbeitenden Material-Oberfläche gehalten wird und der Hoch¬ druck-Flüssigkeitsstrahl nie zum Stillstand kommt, ist ein äusserst gleichmässiger Abtrag gewährleistet. Dabei kann dank der erfindungsgemässen Düseneinrichtung auch die Eisenbewehrung vollständig freigelegt und entrostet werden.
Nachfolgend wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine Schnittdarstellung der Düse,
Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf den Antrieb der Düse, teilweise im Schnitt, und
Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht des Antriebs der Düse nach Fig. 2.
Die Düse 1 besteht aus einem Düsenkörper 2, der in einem Gehäuse 3 reibungsarm um seine Längsachse drehbar gelagert ist. Der Strömungskanal 4 ist im Bereich des Düsenkopfes 5 um 30* abge¬ winkelt. Am Anschluss 6 ist die Düse 1 an eine von einer Hoch¬ druckpumpe kommende Leitung anschliessbar. Das Gehäuse 3 weist eine seitliche Öffnung 7 auf, durch die ein um den Düsenkörper 2 herumführender Zahnkranz 8 von aussen zugänglich ist.
Der Antrieb der Düse 1 erfolgt mittels einem Motor 9, beispiels¬ weise einem Elektromotor. Der Motor 9 ist mit einem Exzenter 10 verbunden, der um die Drehachse des Motors 9 schwingt und an ei¬ ner an ihm gekoppelten Zahnstange 11 eine hin- und hergehende Bewegung, d.h. eine Hubbewegung, erzeugt, wie dies in der Fig. 2 gestrichelt mit 12 angedeutet wird.
Die Zahnstange 11 greift am Zahnkranz 8 am Umfang des Düsenkör¬ pers 2 an und versetzt diesen durch ihre Hubbewegungen in eine sich wiederholende Teil-Drehbewegung. Wegen dem abgewinkelten Strömungskanal 4 am Düsenkopf 5 führt der austretende Flüssig¬ keitsstrahl eine sich wiederholende bogenförmige Schwenkbewegung durch.
Der im wesentlichen aus dem Motor 9, dem Exzenter 10 und der Zahnstange 11 bestehende Antrieb ist als Ganzes entlang von Führungsschienen 13 verschiebbar und mit einem Zylinder 14 ver¬ bunden. Dank diesem Zylinder 14 ist die Düse 1 in eine, die Teil-Drehbewegung überlagernde, Drehung versetzbar. Dies ge¬ schieht, indem der Zylinder 14 mittelbar die Zahnstange 11, während diese weiter ihre Hubbewegungen durchführt, längsver¬ schiebt, wie dies in der Fig. 2 gestrichelt mit 15 angedeutet wird. Die Düse 1 kann also, während sie weiterhin ihre sich wiederholende Bewegungen durchführt, um ihre Achse gedreht werden. Das führt dazu, dass die Richtung des austretenden Flüssigkeitsstrahls geändert werden kann.
Die vorgehend beschriebene Düseneinrichtung ist insbesondere für den Einbau in eine geeignete Vorrichtung zum Abtragen von Beton gedacht. Zweckmässig wird dabei mit Wasser gearbeitet, das durch eine Hochdruckpumpe auf einen Druck von ungefähr 1'200 bar ge¬ bracht wird. In dieser Vorrichtung kann nun die Düseneinrichtung so gesteuert werden, dass eine vorgegebene Betonfläche abgefah¬ ren wird. Dazu wird die Düse 1 zuerst in gerader Linie entlang einer Seite der zu bearbeitenden rechteckigen Betonfläche be¬ wegt, wobei diese schnelle bogenförmige Schwenkbewegungen durch¬ führt. Der auf der Betonfläche auftreffende Hochdruck- Flüssig¬ keitsstrahl zeichnet dabei gewissermassen Bögen, die in Form einer Zickzacklinie jeweils an ihrem einen Ende miteinander verbunden sind. Ist nun die Düse 1 am Ende der besagten Seite angelangt, wird sie so gesteuert, dass sie auf eine Linie schwenkt, die parallel zur ersten Linie verläuft und in entge¬ gengesetzter Richtung zurückbewegt. Dieses wird so lange wiederholt, bis schleifenformig die ganze Betonfläche abgefahren wurde.
Die beschriebene Drehung der Düse 1 mittels dem mittelbar auf die Zahnstange 11 wirkenden Zylinder 14 dient dazu, die Düse 1, während diese an den Enden der Schleifen eine Kurve fährt, um 180° zu drehen. Die Düse 1 fährt so Linie um Linie ab.
Durch diese, von der erfindungsge ässen Düseneinrichtung ermög¬ lichten Arbeitsweise, ist sichergestellt, dass der Hochdruck- Flüssigkeitsstrahl nie stillsteht. Dadurch ist die Gefahr, dass schwer zu schliessende Löcher im Beton entstehen, vermieden. Die Düse 1 bewegt sich auch in stets gleichbleibenden Abstand von der Betonfläche und gewährleistet somit einen gleichmässigen Ab¬ trag. Da der Flüssigkeitsstrahl zudem um 30* abgebogen wird, kann er unter die Eisenbewehrung reichen und diese vollständig freilegen und von Betonresten und Rost befreien.

Claims

Patentansprüche
1. Düseneinrichtung für einen Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl, zur Verwendung in einer Vorrichtung, mittels welcher Mate¬ rialien abgetragen, aufgerauht oder gereinigt werden kön¬ nen, gekennzeichnet durch Mittel, durch welche der auf der zu bearbeitenden Material-Oberfläche auftreffende Hoch¬ druck-Flüssigkeitsstrahl in eine sich wiederholende bogen¬ förmige Schwenkbewegung versetzbar ist, wobei der Düsenkopf (5) einen annähernd konstanten Abstand von der Material- Oberfläche beibehält.
2. Düseneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (4) der senkrecht auf die zu be¬ arbeitende Material-Oberfläche gerichteten Düse (1), bei¬ spielsweise um 30°, abgewinkelt ist.
3. Düseneinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der den Strömungskanal (4) umgebende Düsenkörper (2) um seine Längsachse drehbar gelagert ist und daher in eine sich wiederholende Teil-Drehbewegung versetzbar ist.
4. Düseneinrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Mittel, durch welche der Düsenkörper (2) in eine, die Teil-Drehbewegung überlagernde, Drehung versetzbar ist.
5. Düseneinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkörper (2) in einem Gehäuse (3) drehbar ge¬ lagert ist.
6. Düseneinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkörper (2) mit einer Angriffsfläche versehen ist, an welcher der Düsenkörper in eine Teil-Drehbewegung und in eine Drehung setzbar ist.
7. Düseneinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Angriffsfläche ein um den Düsenkörper (2) herum¬ führender Zahnkranz (8) ist.
8. Düseneinrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Zahnstange (11), die am Umfang des Düsenkörpers (2) an¬ greift um diesen in eine Teil-Drehbewegung und in eine Drehung zu versetzen.
9. Düseneinrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen Exzenter (10), der um die Drehachse eines Antriebs¬ motors schwingt und der an der mittelbar oder unmittelbar an ihn gekoppelten Zahnstange (11) eine hin- und hergehende Bewegung, d.h. eine Hubbewegung (12), erzeugt, wodurch der Düsenkörper (2) in eine sich wiederholende Teil-Drehbewe¬ gung versetzbar ist.
10. Düseneinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnstange (11) mittelbar oder unmittelbar mit einem Linearantrieb, beispielsweise ein Zylinder (14), verbunden ist, mittels dem der Düsenkörper (2) in eine, die Teil-Drehbewegung überlagernde, Drehung versetzbar ist.
PCT/CH1990/000061 1989-03-17 1990-03-12 Düseneinrichtung für einen hochdruck-flüssigkeitsstrahl WO1990011134A1 (de)

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