WO2021004699A1 - Reinigungsvorrichtung und verfahren zum antreiben einer reinigungsvorrichtung - Google Patents

Reinigungsvorrichtung und verfahren zum antreiben einer reinigungsvorrichtung Download PDF

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WO2021004699A1
WO2021004699A1 PCT/EP2020/065362 EP2020065362W WO2021004699A1 WO 2021004699 A1 WO2021004699 A1 WO 2021004699A1 EP 2020065362 W EP2020065362 W EP 2020065362W WO 2021004699 A1 WO2021004699 A1 WO 2021004699A1
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rotor
rotation
cleaning device
fluid
axis
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PCT/EP2020/065362
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Inventor
Richard Collins
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Gea Tuchenhagen Gmbh
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    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B3/00—Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements
    • B05B3/02—Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements with rotating elements
    • B05B3/04—Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements with rotating elements driven by the liquid or other fluent material discharged, e.g. the liquid actuating a motor before passing to the outlet
    • B05B3/0409—Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements with rotating elements driven by the liquid or other fluent material discharged, e.g. the liquid actuating a motor before passing to the outlet with moving, e.g. rotating, outlet elements
    • B05B3/0418—Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements with rotating elements driven by the liquid or other fluent material discharged, e.g. the liquid actuating a motor before passing to the outlet with moving, e.g. rotating, outlet elements comprising a liquid driven rotor, e.g. a turbine
    • B05B3/0422—Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements with rotating elements driven by the liquid or other fluent material discharged, e.g. the liquid actuating a motor before passing to the outlet with moving, e.g. rotating, outlet elements comprising a liquid driven rotor, e.g. a turbine with rotating outlet elements
    • B05B3/0445—Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements with rotating elements driven by the liquid or other fluent material discharged, e.g. the liquid actuating a motor before passing to the outlet with moving, e.g. rotating, outlet elements comprising a liquid driven rotor, e.g. a turbine with rotating outlet elements the movement of the outlet elements being a combination of two movements, one being rotational
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
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    • B08B9/00—Cleaning hollow articles by methods or apparatus specially adapted thereto 
    • B08B9/08—Cleaning containers, e.g. tanks
    • B08B9/093—Cleaning containers, e.g. tanks by the force of jets or sprays
    • B08B9/0936—Cleaning containers, e.g. tanks by the force of jets or sprays using rotating jets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
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    • B05B1/00—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means
    • B05B1/34—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to influence the nature of flow of the liquid or other fluent material, e.g. to produce swirl
    • B05B1/3402—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to influence the nature of flow of the liquid or other fluent material, e.g. to produce swirl to avoid or to reduce turbulencies, e.g. comprising fluid flow straightening means
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    • B05B15/00—Details of spraying plant or spraying apparatus not otherwise provided for; Accessories
    • B05B15/60—Arrangements for mounting, supporting or holding spraying apparatus
    • B05B15/65—Mounting arrangements for fluid connection of the spraying apparatus or its outlets to flow conduits

Definitions

  • the invention relates to a cleaning device for cleaning a container, in particular an orbital cleaner, and a method for driving a cleaning device.
  • Cleaning devices of the type mentioned are generally known. They are used, for example, in the food and beverage industry for hygienic and, in particular, sterile cleaning of containers.
  • So-called orbital cleaners work on the basis of two rotating axes, a vertical and a horizontal axis, around which a round jet nozzle rotates in such a way that a highly concentrated jet of water or cleaning agent with high impact ensures intensive cleaning of the surfaces of tanks and containers.
  • Such cleaning devices are mostly driven by the inflowing fluid, in particular cleaning agent itself.
  • a rotor is arranged in the flow path of the fluid flowing into the cleaning device in such a way that the rotor is driven as a function of the flow velocity.
  • the cleaning device and in particular a nozzle head for such a cleaning device, is driven around a first axis.
  • the invention solves the above-mentioned object by a cleaning device according to claim 1.
  • the invention proposes a cleaning device of the type mentioned at the outset, comprising: a housing with a fluid inlet for admitting a fluid, in particular cleaning agent, a rotor which rotates relative to the housing is drivable about a first axis of rotation, a nozzle head with a fluid outlet for dispensing the fluid, in particular cleaning agent, wherein the nozzle head is mounted on the rotor rotatably about a second axis of rotation, a flow channel for fluid-conducting connection of the fluid inlet and the fluid outlet, a passage which fluid-conducting is set up to conduct part of the flowing fluid to the rotor in order to apply a drive torque and to drive the rotor rotationally, and a drive unit which is coupled to the rotor on the drive side and to the nozzle head on the driven side and is set up for this purpose is to transmit the drive torque of the rotor to the nozzle head.
  • the invention includes the knowledge that in the cleaning devices of the type mentioned at the outset, the arrangement of the rotor in the flow path restricts the design variety in such cleaners.
  • the invention further includes the knowledge that the arrangement of the rotor in the flow path causes turbulent flows or flow disturbances, so that the drive of the nozzle head is impaired.
  • the invention includes the knowledge that, as a result of the drive of the nozzle head, depending on the flow speed, these turbulences and flow disturbances lead to a discontinuity and impairment of the control of the nozzle head.
  • One advantage of the invention lies in the fact that a passage which is fluidly configured to conduct part of the flowing fluid to the rotor enables reliable drive of the rotor and at the same time impairs or creates turbulence in the flowing fluid between the Fluid inlet and the fluid outlet avoids. Furthermore, such a passage advantageously enables a pressure-controlled drive torque to be generated, which is therefore no longer solely due to the Flow rate of the flowing fluid is controlled. The design variety of such an advantageous cleaning device is thus increased and the controllability of the drive as a function of the pressure is made possible.
  • the rotor or the housing has at least one rolling element, the housing or the rotor having at least one rolling surface arranged coaxially to the rotor, and the part of the flowing fluid being guided to the rotor in such a way that the rolling element passes through the fluid is moved along the rolling surface.
  • a drive torque is thus applied to the rotor by driving a rolling element along a rolling surface arranged coaxially to the rotor.
  • Such a rolling element is preferably coupled to the rotor in such a way that the rolling element is moved along the rolling surface and thus around the first axis of rotation, so that the rotor rotates around the first axis of rotation relative to the housing.
  • the rolling surface is preferably formed by an, in particular rotationally symmetrical, inner wall of the housing that is formed around the first axis of rotation and extends in the axial direction.
  • the rolling surface is formed by an, in particular rotationally symmetrical, outer wall of the rotor that is formed around the first axis of rotation.
  • the inner wall extends at least along part of the rolling element in the axial direction, so that the latter is moved in a guided manner along the inner wall which forms the rolling surface.
  • the at least one rolling element can preferably be arranged radially inside the rolling surface.
  • the distance between the rolling surface and the axis of rotation is not constant, so that the rolling surface has at least one first section in which the distance decreases and has at least one second section in which the distance increases.
  • a movement of the rolling element in the radial direction is also generated, which is dependent on the distance between the rolling surface and the axis of rotation.
  • a movement of the rolling element in the radial direction also leads to a movement of the rolling element in the circumferential direction along the rolling surface.
  • the rotor preferably has a plurality of rolling elements and the rolling surface has a plurality of first sections in which the distance decreases and a plurality of second sections in which the distance increases, a first section in each case being arranged adjacent to a second section.
  • a movement of the roller body radially outwards thus simultaneously leads to a movement in the circumferential direction.
  • an adjacent rolling element can be driven radially outward by the flowing fluid so that it is also moved in a defined area in the circumferential direction.
  • the successive movement in the circumferential direction of the plurality of rolling elements causes the rotor to rotate about the first axis of rotation.
  • the passage is preferably connected in a fluid-conducting manner to a pressure space for pressurized fluid that is at least partially formed by the flow channel. In this way, fluid under pressure can get into the passage particularly easily.
  • the passage can be connected in a fluid-conducting manner to a pressure space for pressurized fluid, which is at least partially formed by an interior of the rotor.
  • the drive unit comprises: a drive shaft for driving the nozzle head, which is arranged coaxially to the second axis of rotation and is coupled to the rotor in such a way that the drive shaft with the rotor is driven about the first axis of rotation, and one relative to the first and second axis of rotation stationary receptacle, wherein the drive shaft is in engagement with the stationary receptacle in such a way that the drive torque of the rotor is transmitted to the drive shaft and the drive shaft rotates about the second axis.
  • the stationary receptacle preferably has a stationary bevel gear, which is arranged coaxially to the first axis of rotation and is tapered on the rotor side, and the drive shaft has a bevel drive gear for torque-transmitting coupling with the stationary bevel gear, which is arranged coaxially to the second axis of rotation and in the direction of the first axis of rotation is tapered.
  • the drive unit is thus designed in the manner of a bevel gear, which comprises the first axis of rotation and a second axis of rotation which is arranged at an angle to the first axis of rotation and which have a common point of intersection. The power is transmitted through the first and the drive bevel gear.
  • Such a bevel gear preferably has an external toothing, the teeth of the drive bevel gear rolling or sliding along the teeth of the stationary bevel gear.
  • the sliding or rolling is generated by the relative movement of the drive bevel gear relative to the stationary bevel gear.
  • the stationary bevel gear is preferably a ring gear and the drive bevel gear is preferably a pinion.
  • the bevel gears mesh with one another in such a way that both a relative movement of the drive bevel gear around the first axis of rotation in a first direction of rotation and in a second direction of rotation cause the drive torque of the rotor to be transmitted around the first axis of rotation to the drive shaft.
  • the flow channel has a first cross-sectional area and the passage has a second cross-sectional area, the second cross-sectional area being smaller than the first cross-sectional area.
  • the flow rate of the fluid in the passage can thus be increased by the second cross-sectional area, which is smaller than the first cross-sectional area.
  • the first cross-sectional area of the flow channel can be smaller than the second cross-sectional area of the passage, so that the flow velocity of the fluid can be high and a comparatively slow rotation of the nozzle head about the first axis and the second axis is generated.
  • the housing preferably has a cylindrical section which is arranged coaxially to the first axis of rotation and which forms a section of the flow channel, and wherein the stationary bevel gear is formed at an end of the cylindrical section on the rotor side.
  • the stationary receptacle is thus formed by the cylindrical section which has the stationary bevel gear on the rotor side.
  • the design of the The housing is thus made more compact, since a part of the flow channel, namely the part of the flow channel which has the fluid inlet and can be coupled to a supply line, forms the stationary receptacle.
  • This part of the flow channel is conventionally designed to be stationary, since a reliable fluid-conducting coupling to the supply line must be ensured.
  • the rotor has a cage for guiding the rolling element in the radial direction, which is arranged coaxially to the first axis of rotation and is set up to rotate with the rolling element about the first axis of rotation.
  • the majority of the rolling elements are thus coupled to one another and guided in the radial direction.
  • a movement of one rolling element in each case in the circumferential direction thus requires a movement in the circumferential direction of all of the rolling elements which are guided through the cage.
  • the movement of one rolling element in each case radially outward through a part of the flowing fluid thus equally causes a relative movement in the circumferential direction of all rolling elements.
  • the cage is preferably at least partially received on the housing and the rolling element is guided through the cage in such a way that the rolling element can be moved in the radial direction between the cage and the rolling surface. This ensures a guided movement of the rolling element in the radial direction.
  • the cage also preferably has a plurality of receptacles which are arranged along an outer circumference of the cage and are designed to at least partially receive a rolling element and to guide it in the radial direction.
  • a rolling element e.g., a rolling element which guide the rolling elements in the radial direction
  • the plurality of rolling elements can be received by the cage in such a way that they can be moved within the receptacles in the radial direction between the rolling surface and an inner contact surface of the respective receptacle.
  • the passage is preferably connected in a fluid-conducting manner to at least one receptacle, so that part of the flowing fluid is introduced between the rolling element and an inner contact surface of the receptacle and strikes the rolling element in such a way that it is pressed radially outward.
  • the rolling elements are preferably designed to be cylindrical and the receptacle is designed to be partially cylindrical, corresponding to the rolling elements. Such a cylindrical design prevents the rolling element from tilting within the receptacle.
  • the receptacles preferably each have an opening facing away from the housing, which can be connected to the passage in a fluid-conducting manner. Thus, part of the flowing fluid can be introduced through the opening between the rolling element and an inner contact surface of the receptacle in such a way that the rolling element is pressed radially outward.
  • the rotor further comprises a cover element, which is designed to close the openings, and wherein the cover element has a plurality of channels which can be connected to the passage in a fluid-conducting manner.
  • At least one discharge channel is formed in such a cover element, from which the fluid located in the receptacle can flow after the respective rolling element has been moved radially outward.
  • the invention also relates to a method for driving a cleaning device, in particular a cleaning device of the type described above.
  • the invention achieves the object described above in a second aspect through the subject matter of claim 18.
  • the invention proposes a method for driving a cleaning device, in particular a method for driving a cleaning device of the type described above, the method comprising the steps:
  • the method according to the invention and its possible developments have features or method steps that make them particularly suitable for being used for a cleaning device according to the previous aspect and the respective developments.
  • FIG. 1 a sectional view of a cleaning device according to the invention
  • FIG. 2 a housing for the cleaning device according to FIG. 1 in a perspective view
  • FIG. 3 a cage for the cleaning device according to FIG. 1 in a perspective view
  • FIG. 4 a cover element for the cleaning device according to FIG. 1 in a perspective view
  • FIG. 5 a rolling element for the cleaning device according to FIG. 1 in a perspective view
  • FIG. 6 a bevel gear for the cleaning device according to FIG. 1, a perspective view.
  • the cleaning device 100 shown in FIG. 1 comprises a housing 110, a rotor 120 with a first axis of rotation 122 and a nozzle head 130 with a second axis of rotation 34.
  • the housing 110 has a fluid inlet 112 for admitting fluid.
  • the rotor 120 can be driven in rotation about the first axis of rotation 122 relative to the housing 110 and has a plurality of rolling elements 124 which are in rolling contact with the housing 110.
  • the nozzle head 130 is rotatably mounted on the rotor 120 about the second axis 134.
  • the nozzle head 130 has a fluid outlet 132 for discharging fluid.
  • the cleaning device 100 further comprises a flow channel 140 for the fluid-conducting connection of the fluid inlet 112 and the fluid outlet 132. Furthermore, the cleaning device 100 comprises a passage 142, which is preferably connected in a fluid-conducting manner to a pressure space for pressurized fluid formed by the flow channel 140 and is designed to guide part of the flowing fluid to the rotor 120 in order to apply a drive torque and the To drive the rotor 120 rotationally about the first axis of rotation 122. Additionally or alternatively, the passage 142 can be connected in a fluid-conducting manner to a pressure space for pressurized fluid, which is formed by an interior space of the rotor 120.
  • the cleaning device 100 further comprises a drive unit 150 which is coupled on the drive side to the rotor 120 and on the driven side to the nozzle head 130 and is set up to transmit the drive torque of the rotor 120 to the nozzle head 130.
  • the drive unit 150 preferably comprises a drive shaft 152 for driving the nozzle head 130, which is arranged coaxially with the second axis of rotation 134.
  • the drive shaft 152 is coupled to the rotor 120 in such a way that the drive shaft 152 is driven with the rotor 120 about the first axis of rotation 122.
  • the drive unit 150 further comprises a receptacle 154 which is stationary with respect to the first and second rotational axes 122, 134.
  • the drive shaft 152 is in engagement with the stationary receptacle 154 in such a way that the drive torque of the rotor 120 is transmitted to the drive shaft 152 and the drive shaft 152 rotates about the second axis of rotation 134.
  • the stationary receptacle 154 is arranged on the housing 110 at an end section on the rotor side.
  • the stationary receptacle 154 has a stationary bevel gear 156
  • the drive unit 150 furthermore has a drive bevel gear 158 which is arranged on the drive shaft 152.
  • the stationary bevel gear 156 is coupled to the drive bevel gear 158 in a torque-transmitting manner.
  • the drive bevel gear 158 is coupled to the drive shaft 152 in such a way that the drive torque of the rotor 120 is transmitted from the stationary bevel gear 156 to the drive bevel gear 158 and finally to the drive shaft 152, so that the nozzle head 130 about the first axis of rotation 122 and the second rotation axis 134 rotates.
  • the cleaning device 100 also has a cage 160 for guiding the at least one rolling element 124, which is assigned to the rotor 120 and is coaxial with the first Axis of rotation 122 is arranged.
  • the cage 160 is preferably designed to guide the at least one rolling element 124 in the radial direction.
  • the cage 160 is partially received in the housing 110 and is configured to rotate with the at least one rolling element 124 about the first axis of rotation 122.
  • the rolling elements 124 are guided in the cage 160 in such a way that the at least one rolling element 124 can be moved in the radial direction between the cage 160 and the housing 110.
  • the cleaning device 100 further comprises a cover element 170 which is set up to cover or close the cage 160 at least in sections.
  • the cover element 170 can be connected to the flow channel 140 and in particular the passage 142 in a fluid-conducting manner.
  • the cleaning device 100 further comprises a first pair of bearing rings 180, which are designed to mount the rotor 120 on the housing 110 so as to be rotatable about the first axis of rotation 122.
  • the cleaning device further comprises a second bearing ring 182 and a third bearing ring 184, which are designed to mount the nozzle head 130 and the drive shaft 152 on the rotor 120 so as to be rotatable about the second axis of rotation 134.
  • Figures 2 to 6 show detailed representations of the housing 110, the cage 160, the cover element 170, the roller body 124 and part of the drive unit 150 of the cleaning device according to Figure 1.
  • the housing 110 comprises an inner wall 114 which forms a rolling surface 116 for the at least one rolling element 124 (see FIG. 1).
  • the at least one rolling element 124 is arranged radially inside the rolling surface 116.
  • the at least one rolling element 124 is arranged radially outside of the rolling surface 116, so that the rolling surface 116 is located between the at least one rolling element 124 and the axis of rotation 122.
  • the rolling surface 116 comprises a plurality of first sections 1 16a, in which the distance between the rolling surface 116 and the first axis of rotation 122 decreases, and a plurality of second sections 1 16b, in which the distance between the rolling surface 1 16 and the first axis of rotation 122 increases.
  • a first section 116a is arranged adjacent to a second section 116b, so that the change in the distance between the rolling surface 116 and the first axis of rotation 122 changes and the change is repeated cyclically.
  • the housing 110 further has a cylindrical section 118 which is arranged coaxially to the first axis of rotation 122 and which forms a section of the flow channel 140 (see FIG. 1).
  • the stationary receptacle 154 of the drive unit 150 with the stationary bevel gear 156 (cf. FIG. 1) is formed on the cylindrical section 118 at an end on the rotor side in the assembled state.
  • the passage 142 is formed on the cylindrical section 118, which extends towards the inner surface 114 of the housing 110 and is designed to transfer part of the fluid flowing within the flow channel 140 (see FIG. 1) into the housing 1 10 and in such a way to lead to the rolling element 124 (see FIG. 1) that it executes a rolling movement along the rolling surface 116.
  • FIG. 3 shows the cage 160, which is set up to guide the rolling elements 124 (see. Figure 1) in the radial direction in the housing 110 (see. Figures 1 and 2).
  • the cage 160 is assigned to the rotor 120 (see FIG. 1) and is arranged coaxially to the first axis of rotation 122.
  • the cage 160 has a plurality of preferably partially cylindrical receptacles 162, which are arranged along an outer circumference of the cage 160 and are designed to each receive a rolling element 124 (see FIGS. 1 and 5) at least partially and to guide them in the radial direction in such a way that that the rolling elements 124 between the cage 160 and the rolling surface 116 are guided and movable in the radial direction.
  • the receptacles 162 are designed to correspond to the rolling elements 124 (cf. FIG. 5) as part-cylindrical and each have a straight wall section 164 through which the rolling elements 124 are guided in the radial direction.
  • the number of rolling elements 124 is preferably not equal to the number of associated valleys formed by sections 116a and 116b in rolling surface 116.
  • the receptacles 162 each have an opening 166 facing away from the housing 110 in the assembled state, which opening can be connected to the passage 142 (see FIGS. 1 and 2) in a fluid-conducting manner.
  • the receptacles 162 are arranged evenly distributed along the outer circumference.
  • the cage 160 also has a centrally formed cylindrical opening 168 which is set up to receive the cylindrical section 118 of the housing 110 (see FIGS. 1 and 2) at least in sections.
  • the cover element 170 is designed as a disk which, in the assembled state, is arranged coaxially to the first axis of rotation 122.
  • the cover element 170 has a plurality of channels 172, which are arranged evenly distributed in the circumferential direction and can be connected in a fluid-conducting manner to the passage 142 (see FIG. 1) in the assembled state in order to convey part of the flowing fluid to the rolling elements 124 (see 1) to direct.
  • the cover element 170 also has a further central cylindrical opening 174 (second cylindrical opening), which is set up to receive the cylindrical section 1 18 of the housing 1 10 at least in sections.
  • FIG. 5 shows the roller body 124 in a perspective view.
  • a rolling element 124 is received in each of the receptacles 162 (see FIG. 3) such that it can be moved in the axial direction.
  • the fluid which flows through the channels 172 into the receptacles 162 (see FIGS. 3 and 4) and is guided through the passage 142 (see FIG. 2) to the rolling element 124, the rolling element 124 is pressed radially outward.
  • the rolling element 124 is brought into contact with the rolling surface 116 (see FIG. 2) in such a way that each of the rolling elements 124 comes into contact from a position in which it is in contact in the first section 116a of the rolling surface 116 (see FIG. 2) is, is moved along the second section 1 16b, so that the roller body 124 moves radially outward.
  • the rolling element 124 can evade the pressure that is applied by the inflowing fluid.
  • FIG. 6 shows the drive bevel gear 158, which has an external toothing 158a.
  • the external toothing 158a is in engagement with the stationary bevel gear 156 of the stationary receptacle 154 (see FIGS. 1 and 2) in order to transfer the drive torque.
  • the drive bevel gear 158 is designed to rotate in the assembled state together with the rotor 120 about the first axis of rotation 122 and thus about the stationary receptacle 154 (see FIG. 1). Due to the inclination of the external toothing 158a, the rotational movement about the first rotational axis 122 simultaneously causes a rotation of the drive bevel gear 158 about the second rotational axis 134.
  • the second cone 158 is coupled to the drive shaft 152 (cf. FIG. 1) in such a way that the drive shaft 152 rotates together with the drive bevel gear 158 about the second axis of rotation 134.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine 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 fluidleitend 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. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Antreiben einer Reinigungsvorrichtung.

Description

Reinigungsvorrichtung und Verfahren zum Antreiben einer Reinigungsvorrichtung
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 insbeson- dere 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.
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 Dü- senkopfes 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.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Rotor oder das Gehäuse mindes- tens 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 zumin- dest 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 a 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 einge- lenkten 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 Außenverzah- nung 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 Relativbewe- gung 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 wer- den.
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 einerweiteren 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 korrespon- dierend 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 Auf- nähme 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 18.
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 ver- wendet 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 1 10, einen Rotor 120 mit einer erste Rotationsachse 122 und einen Düsenkopf 130 mit einer zweiten Rotationsachsel 34.
Das Gehäuse 1 10 weist einen Fluideinlass 1 12 zum Einlassen von Fluid aus.
Der Rotor 120 ist relativ zu dem Gehäuse 1 10 rotatorisch um die erste Rotationsachse 122 antreibbar und weist eine Vielzahl von Wälzkörpern 124 auf, welche mit dem Gehäuse 1 10 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 1 12 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 Rotations- achse 134 rotiert.
Die stationäre Aufnahme 154 ist an dem Gehäuse 1 10 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 1 10 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 1 10 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 1 10 drehbar um die erste Rotationsachse 122 zu lagern. Die Reinigungsvorrichtung umfasst ferner einen zweiten Lager- ring 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 1 10, 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 1 10 eine Innenwand 1 14, welche eine Wälzfläche 1 16 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 1 16 angeordnet. Alternativ, aber nicht dargestellt ist der mindestens eine Wälzkörper 124 radial ausserhalb der Wälzfläche 1 16 angeordnet, so dass sich die Wälzfläche 1 16 zwischen dem mindestens einen Wälzkörper 124 und der Rotationsachse 122 befindet.
Die Wälzfläche 1 16 umfasst eine Mehrzahl von ersten Abschnitten 1 16a, in welchen der Abstand der Wälzfläche 1 16 zur ersten Rotationsachse 122 sinkt und eine Mehrzahl von zweiten Abschnitten 1 16b, in welchen der Abstand der Wälzfläche 1 16 zu der ersten Rotationsachse 122 steigt. Dabei ist jeweils ein erster Abschnitt 1 16a benachbart zu einem zweiten Abschnitt 1 16b angeordnet, so dass sich die Änderung des Abstandes der Wälzfläche 1 16 von der ersten Rotationsachse 122 ändert und die Änderung sich zyklisch wie- derholt.
Das Gehäuse 1 10 weist ferner einen koaxial zur ersten Rotationsachse 122 angeordneten zylindrischen Abschnitt 1 18 auf, welcher einen Abschnitt des Strömungskanals 140 (vgl. Figur 1 ) ausbildet. An dem zylindrischen Abschnitt 1 18 ist an einem im montierten Zustand rotorseitigen Ende die stationäre Aufnahme 154 der Antriebseinheit 150 mit dem stationä- ren Kegelrad 156 (vgl. Figur 1) ausgebildet.
Ferner ist an dem zylindrischen Abschnitt 1 18 die Passage 142 ausgebildet, welche sich hin zu der Innenfläche 1 14 des Gehäuses 1 10 erstreckt und dazu eingerichtet ist, einen Teil des innerhalb des Strömungskanals 140 (vgl. Figur 1) strömenden Fluids in das Gehäuse 1 10 und derart zu dem Wälzkörper 124 (vgl. Figur 1) zu leiten, dass dieser entlang der Wälzfläche 1 16 eine Wälzbewegung ausführt.
Durch die benachbart zueinander angeordneten ersten und zweiten Abschnitte 1 16a, 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 1 10 (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 1 16 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 1 16a und 1 16b gebildeten zugeordneten Täler in der Wälzfläche 1 16. Die Aufnahmen 162 weisen jeweils eine im montieren Zustand von dem Gehäuse 1 10 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 1 18 des Gehäuses 1 10 (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 1 18 des Gehäuses 1 10 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 1 16 (vgl. Figur 2) in Kontakt gebracht, dass jeder der Wälzkörper 124 von einer Position, in weicher er im ersten Abschnitt 1 16a der Wälzfläche 1 16 (vgl. Figur 2) in Kontakt ist, entlang des zweiten Abschnitts 1 16b 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 1 16b bis zu einem Punkt, in welchem der Abstand der Kontaktfläche 1 16 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).
Bezuqszeichenliste
100 Reinigungsvorrichtung
1 10 Gehäuse
1 12 Fluideinlass
1 14 Innenwand
1 16 Wälzfläche
1 16a erster Abschnitt
1 16b zweiter Abschnitt
1 18 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

Ansprüche
1 . Reinigungsvorrichtung (100) zum Reinigen eines Behälters, insbesondere Orbitalreiniger, umfassend:
- ein Gehäuse (1 10) mit einem Fluideinlass (1 12) zum Einlassen eines Fluids, insbesondere Reinigungsmittels,
einen Rotor (120), welcher relativ zu dem Gehäuse (1 10) rotatorisch um eine erste Rotationsachse (122) antreibbar ist,
einen Düsenkopf (130) mit einem Fluidauslass (132) zum Abgeben des Flu- ids, 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 (1 12) 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.
2. Reinigungsvorrichtung (100) nach Anspruch 1 ,
wobei der Rotor (120) oder das Gehäuse (1 10) mindestens einen Wälzkörper (124) aufweist,
wobei das Gehäuse (1 10) oder der Rotor (120) mindestens eine koaxial zu dem Rotor (120) angeordnete Wälzfläche (1 16) aufweist, und der Teil des strömenden Fluids derart zu dem Rotor (120) geleitet wird, dass der Wälzkörper (124) durch das Fluid entlang der Wälzfläche (1 16) bewegt wird.
3. Reinigungsvorrichtung (100) nach Anspruch 2,
wobei die Wälzfläche (1 16) durch eine, insbesondere rotationssymmetrische, um die erste Rotationsachse (122) herum ausgebildete Innenwand (1 14) des Gehäuses (1 10) oder einer Außenwand des Rotors (120) ausgebildet wird, welche sich in axialer Richtung erstreckt, wobei der Wälzkörper (124) radial innerhalb der Wälzfläche (1 16) oder radial ausserhalb der Wälzfläche (1 16) angeordnet sein kann.
4. Reinigungsvorrichtung (100) nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Abstand der Wälzfläche (1 16) zu der ersten Rotationsachse (122) nicht konstant ist, sodass die Wälzfläche (1 16) mindestens einen ersten Abschnitt (1 16a) aufweist, in welchem der Abstand sinkt und mindestens einen zweiten Abschnitt (1 16b) aufweist, in welchem der Abstand steigt.
5. Reinigungsvorrichtung (100) nach Anspruch 4,
wobei der Rotor (120) eine Mehrzahl von Wälzkörpern (124) aufweist, und wobei die Wälzfläche (1 16) eine Mehrzahl von ersten Abschnitten (1 16a) aufweist, in welchen der Abstand sinkt und eine Mehrzahl von zweiten Abschnitten (1 16b) aufweist, in welchen der Abstand steigt, und jeweils ein erster Abschnitt (1 16a) benachbart zu einem zweiten Abschnitt (1 16b) angeordnet ist.
6. Reinigungsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei der Abstand der Wälzfläche (1 16) zu der ersten Rotationsachse (122) als eine Funktion A = sin (a) beschreibbar ist.
7. 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.
8. 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 Auf- nähme (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.
9. Reinigungsvorrichtung (100) nach Anspruch 8, 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 übertragen- den 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.
10. 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.
1 1 . Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 9,
wobei das Gehäuse (1 10) einen koaxial zu der ersten Rotationsachse (122) angeordneten zylindrischen Abschnitt (1 18) aufweist, welcher einen Abschnitt des Strömungskanals (140) ausbildet, und
wobei das stationäre Kegelrad (158) an einem rotorseitigen Ende des zylindrischen Abschnitts (1 18) ausgebildet ist.
12. 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.
13. Reinigungsvorrichtung (100) nach Anspruch 12,
wobei der Käfig (160) zumindest teilweise in dem Gehäuse (1 10) 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 (1 16) bewegbar ist.
14. 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.
15. 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.
16. 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.
17. Reinigungsvorrichtung (100) nach Anspruch 16,
wobei die Reinigungsvorrichtung ferner ein Abdeckelement (170) umfasst, welches dem Rotor (120) zugeordnet und dazu eingerichtet ist, die Öffnungen (166) zu ver- schließen, und
wobei das Abdeckelement (170) eine Mehrzahl von Kanälen aufweist, welche fluidleitend mit der Passage (142) verbindbar sind.
18. Verfahren zum Antreiben einer Reinigungsvorrichtung,
insbesondere einer Reinigungsvorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
Einlassen eines Fluids, insbesondere Reinigungsmittels, in ein Gehäuse
(1 10),
Leiten eines Teils des strömenden Fluids zu einem Rotor (120),
- Antreiben des Rotors (120) durch den Teil des strömenden Fluids um eine erste Rotationsachse (122) relativ zu dem Gehäuse (1 10),
Bereitstellen einer Antriebseinheit (150), welche antriebsseitig mit dem Rotor (120) und abtriebsseitig mit einem Düsenkopf (130) gekoppelt ist,
Übertragen des Drehmoments des Rotors (120) auf den Düsenkopf (130) durch die Antriebseinheit (150), und
Abgeben des Fluids durch einen Fluidauslass (132) des Düsenkopfes (130).
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