STRAHLDÜSE
Die Erfindung betrifft eine Strahldüse zum Abstrahlen von Oberflächen mit einem Strahlmittel.
Zur Reinigung von Oberflächen sind Strahlverfahren bekannt, bei denen ein Strahl eines Trägergases, beispielsweise Druckluft, der ein festes oder flüssi¬ ges Strahlmittel mitführt, mit Hilfe einer Strahldüse auf die zu reinigende Oberfläche gerichtet wird, so daß an der Oberfläche haftende Verunreinigun- gen oder Verkrustungen durch die kinetische Energie der Partikel des auftref¬ fenden Strahlmittels entfernt werden. Als Strahlmittel sind z. B. Sand oder vergleichbare Granulate gebräuchlich. Es sind jedoch auch Strahlverfahren bekannt, bei denen mit Leichtstrahlmitteln mit einer Dichte von weniger als 2,5 g/cm3, mit wasserlöslichen Strahlmitteln wie Salzen oder Zucker oder aber mit sublimierbaren Strahlmitteln, insbesondere mit Trockeneis gearbei¬ tet wird. Diese Verfahren haben den Vorteil, daß das gebrauchte Strahlmittel leicht fortgespült werden kann oder einfach verdampft. Ein Nachteil besteht jedoch darin, daß im allgemeinen sehr hohe Stahlgeschwindigkeiten benötigt werden, damit eine ausreichende Reinigungswirkung erzielt wird.
Zur Erzielung hoher Strahlgeschwindigkeiten ist es bekannt, die Strahldüse als Laval-Düse auszubilden, mit der das Trägergas und damit auch das Strahlmittel auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt werden kann.
Insbesondere bei den Strahlverfahren, bei denen mit sehr hohen Strahlge¬ schwindigkeiten gearbeitet wird, ist jedoch die hohe Geräuschentwicklung, die mehr als 100 oder gar mehr als 130 db betragen kann, ein erheblicher Nachteil. Die Verwendung herkömmlicher Schalldämpfer an der Strahldüse hat bisher nicht den gewünschten Erfolg gebracht.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Strahldüse zu schaffen, die bei ge¬ gebener Reinigungswirkung eine geringere Geräuschentwicklung aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Strahldüse mehrere Austrittskanäle aufweist, die von einer gemeinsamen Hauptleitung ausgehen.
Erfindungsgemäß wird somit die Strömung aus Trägergas und Strahlmittel in mehrere Teilströme aufgeteilt, die aus den einzelnen Austrittskanälen austre¬ ten und dann auf die zu reinigende Oberfläche treffen. Anstelle einer einzigen starken Schallquelle bilden nun die Mündungen der Austrittskanäle mehrere schwächere Schallquellen, und es zeigt sich, daß der Geräuschpegel, der von diesen mehreren schwächeren Schallquellen gemeinsam erzeugt wird, deut¬ lich kleiner ist als der Geräuschpegel einer einzigen Strahldüse mit gleichem Gesamtquerschnitt. Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Strahldü¬ se kann somit die Geräuschbelästigung und die Gefahr von Gesundheitsschä- den, insbesondere Hörschäden, beträchtlich reduziert werden. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Möglichkeit geschaffen wird, durch geeignete Gestaltung und Anordnung der als Düsen wirkenden Aus¬ trittskanäle die Stahlgeometrie nach Wunsch zu beeinflussen.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Ein Strahlverfahren, bei dem die erfindungsgemä- J3e Strahldüse verwendet wird, ist Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 14.
Bevorzugt sind die einzelnen Austrittskanäle als Konvergent-Divergent-Düsen, insbesondere als Laval-Düsen ausgebildet. Die Austrittskanäle können in ei¬ nem gemeinsamen Düsenblock ausgebildet sein oder als einzelne Düsen, die von einem gemeinsamen Grundkörper vorspringen.
Um eine wirksame Geräuschminderung zu erreichen, sollten die auslaßseiti- gen Mündungen der einzelnen Austrittskanäle deutlich voneinander getrennt sein, und zwischen benachbarten Mündungen sollte jeweils ein Abstand be¬ stehen, der mindestens 10 % des Mündungsdurchmessers beträgt.
Die einzelnen Austrittskanäle, im folgenden auch als Einzeldüsen bezeichnet, können verteilt in einer gemeinsamen Ebene oder auch räumlich verteilt an¬ geordnet sein. Sie können parallel zueinander orientiert sein oder je nach An¬ wendungszweck auch konvergierend oder divergierend sein. Bei räumlich ver¬ teilter Anordnung ist es auch möglich, daß die Düsen in einer Richtung diver- gieren und in der dazu senkrechten Richtung konvergieren. Durch geeignete Wahl der Düsenanordnung läßt sich so je nach Anwendungszweck die Strahl¬ leistung auf ein eng begrenztes Gebiet fokussieren oder aber auf eine größere,
runde oder gegebenenfalls auch längliche Querschnittsfläche verteilen, so daß eine höhere Effizienz beim Abstrahlen größerer Oberflächen erreicht wird. Ebenso läßt sich das Strahlprofil dadurch günstig beeinflussen, daß die Ein¬ zeldüsen unterschiedliche Geometrien aufweisen, insbesondere unterschiedli- che Querschnitte und/oder unterschiedliche Längen.
In einer zweckmäßigen Ausführungsform erweitert sich die Hauptleitung in¬ nerhalb der Strahldüse zu einer Düsenvorkammer, von der die einzelnen Aus¬ trittskanäle abgehen. Hierdurch wird eine gute Verteilung des Trägergases und des Strahlmittels auf die verschiedenen Austrittskanäle erreicht. Außer¬ dem wird so erreicht, daß die Partikel des Strahlmittels innerhalb der Düsen¬ vorkammer noch eine relativ geringe Geschwindigkeit haben und erst in den einzelnen Austrittskanälen beschleunigt werden, so daß die Partikel nicht da¬ durch vorzeitig zerschlagen werden, daß sie schon innerhalb der Strahldüse mit hoher Geschwindigkeit auf Hindernisse auftreffen.
Um eine starke Geräuschminderung zu erreichen, insbesondere bei hohen Strahlgeschwindigkeiten, sollte der Querschnitt der einzelnen Austrittskanäle bzw. der Querschnitt der Engstelle im Fall von konvergent- divergenten Aus- trittskanälen nicht zu groß sein und vorzugsweise weniger als 50 mm2, insbe¬ sondere weniger als 20 mm2 betragen. Die Anzahl der Austrittskanäle liegt vorzugsweise zwischen 3 und 30.
Bei Kaltstrahlverfahren, bei denen beispielsweise mit Trockeneis als Strahl- mittel gearbeitet wird, besteht bei kleinem Querschnitt der Einzeldüsen die Gefahr, daß diese Düsen aufgrund der im Trägergas mitgeführten Feuchtig¬ keit vereisen und verstopfen. Dem kann durch Beheizung der Strahldüse ent¬ gegengewirkt werden, beispielsweise mit Hilfe eines Wärmemantels, der von einem heißen Wärmemedium durchströmt wird, durch Beheizung der Strahl- düse mit einem Brenner, einer elektrischen Heizung oder dergleichen.
Eine weitere zweckmäßige Maßnahme besteht darin, daß die Strahldüse als ganzes oder auch die Einzeldüsen einzeln oder zu mehreren von einer zylind¬ rischen oder als Venturirohr ausgebildeten Hülse umgeben sind. Durch die aus den Einzeldüsen austretenden Strahlen wird dann Umgebungsluft ange¬ saugt, die durch die Hülse strömt und die Strahldüse temperiert. Zugleich trägt dieser Luftstrom durch Bildung einer Gleitschicht zwischen dem Düsen-
strahl und der ruhenden Umgebungsluft zu einer erhöhten Wirksamkeit der Strahlvorrichtung bei. Der radiale Abstand zwischen der Innenwand der Hülse und dem Rand der Mündungen der am weitesten außen liegenden Austritts¬ kanäle sollte wenigstens 20 % des Mündungsdurchmessers der Einzeldüsen betragen.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeich¬ nung näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 einen Längsschnitt durch eine Strahldüse gemäß einem Aus¬ führungsbeispiel der Erfindung;
Figur 2 eine Seitenansicht einer Strahldüse gemäß einem anderen
Ausführungsbeispiel;
Figur 3 einen Schnitt längs der Linie III - III in Figur 2;
Figur 4 eine Strahldüse gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel in einer Ansicht von oben;
Figur 5 einen Schnitt längs der Linie V - V in Figur 4;
Figur 6 eine Seitenansicht der Strahldüse nach Figur 4; und
Figur 7 eine teilweise aufgeschnittene Ansicht einer Strahldüse ge¬ mäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
Die in Figur 1 gezeigte Strahldüse weist einen Düsenblock 10 auf, der durch zwei aneinander geflanschte Teile 12, 14 gebildet wird. Eine Hauptleitung 16, die über eine nicht gezeigte Leitung mit einer Trägergas-Druckquelle und ei¬ ner Quelle für ein Strahlmedium, beispielsweise Trockeneis, verbunden ist, tritt axial in den Düsenblock 10 ein und erweitert sich im Inneren des Düsen- blockes zu einer Düsenvorkammer 18, von der mehrere, im gezeigten Beispiel drei, Austrittskanäle 20 abgehen. Die Austrittskanäle 20 münden in einer Stirnfläche des Düsenblockes 10, die der Hauptleitung 16 gegenüberliegt und
sind jeweils als Laval-Düse ausgebildet. Im gezeigten Beispiel sind die Aus¬ trittskanäle 20 divergierend in einer gemeinsamen Ebene angeordnet.
Die Einlaßöffnungen der Austrittskanäle 20 in der Wand der Düsenvorkam- mer 18 sind so verrundet, daß Prallflächen vermieden werden, an denen die Partikel des Strahlmittels zerschlagen werden könnten. Vorzugsweise ist die Düsenvorkammer insgesamt konvex ausgebildet, und ihr Querschnitt ist an der weitesten Stelle vorzugsweise größer als die Hüllkurve um die Einlasse der Austrittskanäle 20.
Das mit dem Strahlmedium versetzte Trägergas, das über die Hauptleitung 16 in die Düsenvorkammer 18 eintritt, verteilt sich auf die Austrittskanäle 20 und wird dort nach dem Laval-Prinzip auf hohe Geschwindigkeit, vorzugswei¬ se auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt, so daß extrem schnelle Strah- len mit hoher Reinigungswirkung aus den einzelnen Austrittskanälen 20 aus¬ treten. Stromabwärts der Mündungen der Austrittskanäle 20 vejüngen sich diese Strahlen kegelförmig und bilden zusammen einen Strahlfächer, mit dem dann eine zu reinigende Werkstückoberfläche überstrichen werden kann. Die einzelnen Austrittskanäle 20 sind deutlich voneinander getrennt, und an der Stirnfläche des Düsenblockes 10 bestehen zwischen den auslaßseitigen Mün¬ dungen der Austrittskanäle 20 Zwischenräume 22, die im gezeigten Beispiel größer sind als der Mündungsdurchmesser der einzelnen Austrittskanäle. Im allgemeinen, insbesondere bei konvergierender Anordnung der Austrittskanä¬ le, sollten die Zwischenräume 22 mehr als 8 %, vorzugsweise mindestens 10 % des Mündungsdurchmessers betragen, damit eine vorzeitige Vereinigung der austretenden Strahlen vermieden wird.
Die Mündungen der Austrittskanäle 20 wirken schalltechnisch wie getrennte Schallquellen, deren Geräuschpegel sich additiv überlagern. Da jedoch der Durchmesser der einzelnen Austrittskanäle 20 relativ klein ist und an der engsten Stelle beispielsweise nur 20 mm2 beträgt, ist die von einem einzelnen Austrittskanal erzeugte Geräuschentwicklung relativ klein, und auch der ins¬ gesamt entstehende Geräuschpegel bleibt relativ niedrig. Wäre statt dessen nur ein einziger Austrittskanal mit einem Querschnitt von 60 mm2 an der Engstelle vorhanden, so wäre die Geräuschentwicklung wesentlich größer, da die Schallemission mit zunehmendem Düsenquerschnitt überproportional zu¬ nimmt.
In den Düsenblock 10 ist außerdem ein Wärmemantel eingearbeitet, von dem in Figur 1 mehrere senkrecht zur Zeichenebene zwischen den Austrittskanä¬ len 20 verlaufende Kanäle 24 zu erkennen sind, die von einem heißen Wärme¬ medium durchströmt werden und die Austrittskanäle 20 insbesondere im Be- reich der Engstellen beheizen und so eine Vereisung der Austrittskanäle ver¬ hindern.
Figur 2 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der Strahldüse, mit einem Düsenblock 10, der ähnlich wie beim Ausführungsbeispiel nach Figur 1 eine Strahlleitung und eine Düsenvorkammer bildet. Die Austrittskanäle 20 wer¬ den hier jedoch durch Einzeldüsen 26 gebildet, die in der Form eines Igels räumlich divergierend von einer Stirnwand 28 des Düsenblockes vorspringen, und beispielsweise in entsprechende Gewindebohrungen des Düsenblockes 10 eingeschraubt sind. Im gezeigten Beispiel sind insgesamt sieben Einzeldüsen 26 vorhanden, nämlich eine zentrale Einzeldüse, die von sechs in gleichmäßi¬ gen Winkelabständen angeordneten Einzeldüsen umgeben ist. Dieses zweidi¬ mensionale Verteilungsmuster ist deutlicher in Figur 3 zu erkennen.
Figuren 4 bis 6 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem der Düsen- block 10 einen annähernd rechteckigen länglichen Querschnitt hat und die Einzeldüsen 26 und dementsprechend die Austrittskanäle 20 in zwei paralle¬ len Reihen auf Lücke versetzt angeordnet sind. In der Ansicht gemäß Figur 4 sind die Einzeldüsen 26 parallel zueinander orientiert, während, wie Figur 6 zeigt, die Einzeldüsen der beiden Reihen in der dazu senkrechten Richtung leicht konvergieren, so daß sich die abgegebenen Strahlen annähernd zu einer linienförmigen Strahlzone vereinigen.
Figur 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Strahldüse, die nach dem gleichen Prinzip wie die Ausführungsform nach Figuren 2 und 3 ausgebildet ist, jedoch mit dem Unterschied, daß sich die Einzeldüsen 26a, 26b in ihrer Länge und in ihrem Querschnitt unterscheiden. Außerdem ist die gesamte Strahldüse hier von einer als Venturi-Rohr ausgebildeten Hülle 30 umgeben, die koaxial zur Strahlleitung und zur Haupt-Abstrahlrichtung der Strahldüsen 26a, 26b angeordnet ist, und den Düsenkörper 10 mit Abstand umgibt. Die von den Einzeldüsen abgegebenen Strahlen erzeugen in der Hülle 30 eine in der Zeich¬ nung aufwärts gerichtete Luftströmung, die zum einen die Geschwindigkeits¬ differenz zwischen den aus den Einzeldüsen austretenden Strahlen und der
Umgebungsluft mindert und so die Wirksamkeit der Düse steigert und die zum anderen dazu führt, daß die Einzeldüsen stets von einer Luftströmung mit Umgebungstemperatur umspült werden. Dies wirkt bei Verwendung von Trockeneis als Strahlmittel einer Vereisung der Einzeldüsen entgegen.