DE3915210A1 - Zweistoff-flachstrahlduese zur zerstaeubung von fluessigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zweistoff-Flachstrahl­ düse nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Flachstrahldüsen zur Zerstäubung von Flüssigkeiten arbeiten in der Regel in einem Druckbereich von 1 - 6 bar, und zwar bezüglich des Gas- wie auch des Flüssigkeitsdruckes. Es soll hierdurch im gesamten Druckbereich eine gleichmäßige Flüssigkeitsverteilung (wobei angestrebt wird, dem Ideal einer sogenannten Rechteckcharakteristik möglichst nahezu­ kommen) bei möglichst feinem Tropfenspektrum gewährleistet sein. Die in Rede stehenden Düsen kommen überall da zur An­ wendung, wo es um das Auftragen von feinstverteilten Flüs­ sigkeiten geht, ferner bei der Kühlung von Walzwerkserzeug­ nissen (Stranggußkühlung), der Kühlung von Gasen und anderem mehr.

Eine Düse der eingangs bezeichneten Art ist durch die WO 85 02 132 bekannt geworden. Der Nachteil dieser bekannten Düse ist in der komplizierten Form des Düsenmundstückes zu sehen, welches fertigungstechnisch nur schwierig zu realisieren ist. Das Mundstück der bekannten Düse ist außerdem durch einen von außen angebrachten Prallteller gekennzeichnet, wodurch die Notwendigkeit einer weiteren Bohrung mit Gewinde, einer Dicht­ fläche und einer Dichtung entsteht.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zweistoff-Flachstrahldüse zu schaffen, die einerseits mit Methoden der spanabhebenden Fer­ tigung in einfacher Weise herstellbar ist und andererseits eine noch gleichmäßigere Flüssigkeitsverteilung als die be­ kannte Düse und ein extrem feines Tropfenspektrum gewährleistet.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe bei einer Zweistoff- Flachstrahldüse der eingangs bezeichneten Art durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merk­ male gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen der Erfin­ dung können den Patentansprüchen 2 - 10 entnommen werden.

Zur näheren Erläuterung und Veranschaulichung der Erfindung dienen Ausführungsbeispiele, die in der Zeichnung dargestellt und nachstehend ausführlich beschrieben sind. Es zeigt:

Fig. 1 eine Ausführungsform einer Zweistoff-Flachstrahl­ düse zur Zerstäubung von Flüssigkeiten im vertikalen Längsschnitt,

Fig. 2 und 3 weitere Ausführungsformen einer Zweistoff-Flach­ strahldüse, in Darstellung entsprechend Fig. 1,

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 1, 2 und 3,

Fig. 5 eine andere Ausführungsform, in Darstellung ent­ sprechend Fig. 4, und

Fig. 6 den Gegenstand nach Fig. 1 bzw. 2 bzw. Fig. 3, in Draufsicht gesehen.

Es bezeichnet 10 einen Mischkopf, in dem innen eine Mischkammer 11 ausgebildet ist. Der Mischkopf besitzt ein hierzu koaxiales Gewinde 12, in das ein erster Anschluß 13 eingeschraubt ist. Der erste Anschluß 13 dient zur Zuführung eines gasförmigen Mediums, z. B. Luft, in die Mischkammer 11. Er ist zu diesem Zweck mit einer abgesetzten Bohrung 14 versehen, die in ihrem oberen Teil ein Gewinde 15 aufweist, in das eine entsprechende Luftzuführungsleitung (nicht gezeigt) eingeschraubt werden kann.

Des weiteren besitzt der Mischkopf 10 eine abgesetzte Gewinde­ bohrung 16, die zu der Gewindebohrung 12 im rechten Winkel steht. In die Gewindebohrung 16 ist ein zweiter Anschluß 17 eingeschraubt, der demgemäß senkrecht zu dem ersten Anschluß 13 angeordnet ist und der Zuführung eines flüssigen Mediums, z.B. Wasser, in die Mischkammer 11 dient. Auch der zweite Anschluß 17 besitzt eine abgesetzte Bohrung 18, die an ihrem Eingang er­ weitert ausgeführt ist und dort ein Gewinde 19 aufweist. In das Gewinde 19 kann eine geeignete Flüssigkeitszuführungsleitung (nicht gezeigt) eingeschraubt werden.

An der dem ersten Anschluß 13 gegenüberliegenden Seite des Mischkopfes 10 schließt sich an diesen - koaxial zur Mischkam­ mer 11 - ein Verbindungsstück 20 an, welches rohrförmig ausge­ bildet ist. Das Verbindungsstück 20 ragt in den Mischkopf 10 von unten hinein und ist mit diesem bei 21 verschweißt. Am unteren Ende ist an das Verbindungsstück 20 ein insgesamt mit 22 beziffertes Mundstück mittels einer Überwurfmutter 23 lös­ bar befestigt. Hierzu besitzt das Verbindungsstück 20 eine Er­ weiterung 24 mit einem Außengewinde 25. Das zylindrische Mund­ stück 22 ist bei 26 abgesetzt und wirkt dort mit einem ent­ sprechenden Absatz 27 der Überwurfmutter 23 zusammen. Den Düsenaustritt bildet ein Schlitz 28 mit veränderlicher Breite, der in das Mundstück 22 eingefräst oder erodiert sein kann.

Wie des weiteren aus Fig. 1, 2 und 3 hervorgeht, ist in der abgesetzten Bohrung 18 des zweiten Anschlusses 17 ein Dosier­ einsatz 29 angeordnet, vorzugsweise eingepreßt. Der Dosier­ einsatz 29 kann - alternativ - in die Bohrung 18 auch einge­ steckt sein, muß dann aber - z.B. durch ein geeignetes Nut/ Federsystem gegen Verdrehung gesichert sein. Er kann dann zu Reinigungszwecken demontiert werden. Nach einer weiteren Alternative ist es auch denkbar, den Dosiereinsatz 29 ein­ stückig zusammen mit dem zweiten Anschluß 17 auszubilden bzw. zu fertigen. Im letzteren Fall muß dann der gesamte zweite Anschluß 17 in den Mischkopf 10 eingepreßt oder eingelötet sein, um die richtige Position des Dosiereinsatzes 29 in bezug auf die Mischkammer 11 zu gewährleisten.

Der Dosiereinsatz 29 weist eine zur Bohrung 18 des zweiten Anschlusses 17 koaxiale Bohrung 30 auf, die jedoch als Sack­ lochbohrung ausgeführt ist. Die Sacklochbohrung 30 mündet an ihrem Ende in zwei seitliche Querbohrungen 31 und 32 aus (vgl. hierzu Fig. 4 und 5).

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 sind die beiden Querboh­ rungen 31, 32 als eine durchgehende Bohrung ausgeführt und stehen im rechten Winkel zu der mit 33 bezifferten gemeinsamen Längsachse von Mischkopf 10, Verbindungsstück 20 und Mundstück 22. Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 dagegen sind die bei­ den dort mit 31 a und 32 a bezeichneten Querbohrungen schräg nach oben, d.h. entgegen der Strömungsrichtung 34 der bei 13 zugeführten Gaskomponente, gerichtet und hierbei symmetrisch zu der gemeinsamen Längsachse 33 von Mischkopf 10, Verbindungs­ stück 20 und Mundstück 22 angeordnet. Hierbei bilden die bei­ den Querbohrungen 31 a und 32 a jeweils einen Winkel α von 45° zur der Längsachse 33, stehen also zueinander in einem Winkel von 90°.

Durch die Querbohrungen 31, 32 bzw. 31 a, 32 a wird der durch die Bohrungen 18 und 30 in Pfeilrichtung 35 zugeführte Flüs­ sigkeitsstrom beidseitig im rechten Winkel umgelenkt und innerhalb der Mischkammer 11 gegen deren zylindrische Wandung geleitet. Die Flüssigkeit prallt von den Wänden der Misch­ kammer 11 zurück, wird dabei zerstäubt und intensiv mit der bei 13 in Pfeilrichtung 34 zugeführten Gaskomponente vermischt. Durch die kinetische Energie des Gasstromes wird anschließend das entstandene Gas-Flüssigkeitsgemisch in Pfeilrichtung 34 aus der Mischkammer 11 in das Verbindungsstück 20 und von dort zum Mundstück 22 transportiert, wo es schließlich durch den Düsenaustritt 28 als fächerförmiger Flachstrahl ins Freie tritt.

Das an seinem Ende bei 36 abgerundete Mundstück 22 besitzt eine zylindrische, bei 37 abgesetzte Bohrung 38, die in ihrem düsenaustrittsseitigem Endbereich in eine kugelförmige Ab­ rundung 39 übergeht.

Innerhalb der Mundstücksbohrung 38 ist eine Blende angeordnet, die bei der Ausführungsform nach Fig. 1 als Scheibe ausgebil­ det und mit 40 beziffert ist. Die Blende 40 liegt hierbei auf dem Absatz 37 auf und wird auf der Rückseite durch ein rohrförmiges Zwischenstück 41 fixiert, welches sich seiner­ seits an dem stirnseitigen Ende des Verbindungsstücks 33 ab­ stützt. In die Blende 40 ist eine zentrische kreisförmige Durchtrittsöffnung 42 eingearbeitet, die scharfkantig ausge­ bildet ist. Der Sinn dieses aus Blende 40 und Zwischenstück 41 gebildeten Einsatzes ist es, durch Abreißen der Gas-Flüssig­ keitsströmung an der scharfen Kante der Durchtrittsöffnung 42 den Gemischstrom umzulenken, so daß am Düsenaustritt 28 der gewünschte große Strahlwinkel zustande kommt. Die in Fig. 1 realisierte zweiteilige Ausführung des Einsatzes aus Blende 40 und Zwischenstück 41 zeichnet sich durch die Möglichkeit einer einfachen Fertigung aus. Als wichtig ist bei der Blende 40 noch zu erwähnen, daß der Durchmesser der Durchtrittsöffnung 42 kleiner ist als der bzw. die Durchmesser der Mundstücks­ bohrung 38.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 dagegen ist der dort insge­ samt mit 43 bezeichnete Einsatz einstückig ausgeführt, d. h. Blende und Zwischenstück bilden dort ein gemeinsames topf­ förmiges Bauteil. Bezüglich der auch hier mit 42 bezifferten Durchtrittsbohrung der Blende bzw. des Einsatzes 43 gilt das zur Ausführungsform nach Fig. 1 gesagte.

Eine weitere Besonderheit der Ausführungsform nach Fig. 2 be­ steht noch darin, daß das dort insgesamt mit 20 a bezeichnete Verbindungsstück zwischen Mischkopf 10 und Mundstück 22 zwei­ teilig ausgebildet ist. Das heißt, es besteht aus einem Rohr­ teil 44 und einem sich daran in Strömungsrichtung 34 an­ schließenden Endteil 45, welches mit dem Rohrteil 44 bei 46 verschweißt ist. Die zweiteilige Ausführung des Verbindungs­ stücks 20 a nach Fig. 2 kann gegenüber der einteiligen Aus­ führung des Verbindungsstücks 20 nach Fig. 1 fertigungstech­ nische Vorteile erbringen.

Was die Länge des Verbindungsstücks 20 bzw. 20 a anbelangt, so kann diese - je nach Anwendungszweck und Einbauverhält­ nissen - verschieden groß gewählt werden.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist das dort mit 20 b be­ zifferte Verbindungsstück - ähnlich wie bei der Ausführungs­ form nach Fig. 1 - einteilig ausgebildet, weist jedoch eine wesentlich geringere Länge als das Verbindungsstück 20 nach Fig. 1 auf. Eine weitere Besonderheit der Ausführungsform nach Fig. 3 besteht darin, daß der Dosiereinsatz 29 b weiter in die Mischkammer 11 des Mischkopfes 10 hineinragt als bei den Ausführungsformen nach Fig. 1 und 2. Während dort die Querbohrungen 31, 32 bzw. 31 a, 32 a die durchgehende Längs­ achse 33 der gesamten Düse schneiden, sind aber bei der Aus­ führungsform nach Fig. 3 die Querbohrungen 31 b, 32 b nicht in der durch die Längsachse 33 bezeichneten Düsenmitte ange­ ordnet. Hiermit soll deutlich gemacht werden, daß die Quer­ bohrungen 31 b, 32 b an verschiedenen Stellen entlang der mit 47 bezifferten Achse des Dosiereinsatzes 29 b angeordnet wer­ den können.

Durch die beschriebenen Maßnahmen - entsprechend weites Hinein­ ragen des Dosiereinsatzes 29 b in die Mischkammer 11 einerseits und Anordnung der Querbohrungen 31 b, 32 b an verschiedenen Stellen der Achse 47 des Dosiereinsatzes 29 b andererseits - kann erreicht werden, daß die am Düsenaustritt 28 ins Freie gelangende zerstäubte Flüssigkeit einen symmetrischen Ver­ teilungscharakter erhält.

Aus Fig. 6 ist nun eine weitere Besonderheit erkennbar, die allen bisher beschriebenen Ausführungsformen gemeinsam ist. Es handelt sich hierbei um eine mit 48 bezeichnete konische Ausdrehung an der düsenaustrittsseitigen Stirnfläche 49 der Überwurfmutter 23. Die konische Ausdrehung 48 umgibt ring­ förmig den Düsenaustrittsschlitz 28. Hierdurch wird gewisser­ maßen eine beidseitige (radiale) Verlängerung der bogen­ förmigen, in Fig. 1-3 mit 50 bezifferten Begrenzungskante des Düsenaustrittsschlitzes 28 erreicht. Hierdurch ist eine Führung des bei 28 austretenden Gas-Flüssigkeitsstromes ge­ geben, die zu einer scharfen Begrenzung des Sprühfächers und damit zu einer wünschenswerten Konstanz des Strahlwinkels führt.

Claims (10)

1. Zweistoff-Flachstrahldüse zur Zerstäubung von Flüssigkeiten bei gleichmäßiger Flüssigkeitsverteilung (sog. Rechteck­ charakteristik), mit einem innen eine Mischkammer (11) bildenden Mischkopf (10), der einen ersten Anschluß (13) für ein gasförmiges Medium und einen zweiten Anschluß (17) für die zu zerstäubende Flüssigkeit besitzt, mit einem sich in Strömungsrichtung (34) daran anschließenden - vorzugsweise rohrförmigen - Verbindungsstück (20, 20 a, 20 b) und mit einem am austrittsseitigen Ende am Verbindungs­ stück - vorzugsweise mittels einer Überwurfmutter (23) - lösbar befestigten, den Düsenaustritt (28) bildenden Mund­ stück (22), dessen düsenaustrittsseitiges Ende (36) abge­ rundet ausgebildet ist und - als Düsenaustritt - einen Schlitz (28) mit veränderlicher Breite aufweist, wobei am Mischkopf (10) der erste Anschluß (13) für die Gaszuführung koaxial zur gemeinsamen Längsachse (33) von Mischkopf (10), Verbindungsstück (20, 20 a, 20 b) und Mundstück (22) und der zweite Anschluß (17) für die Flüssigkeitszuführung senk­ recht zu dieser Längsachse (33) gerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem zweiten, der Flüssig­ keitszuführung dienenden Anschluß (17) ein zylinderförmiger, in die Mischkammer (11) hineinragender Dosiereinsatz (29, 29 a, 29 b) angeordnet ist, der eine zylindrische Sackloch­ bohrung (30) aufweist, die - etwa in der Mitte der Misch­ kammer (11) - beidseitig in je eine im Winkel (α) zu der Längsachse (33) stehende Querbohrung (31, 32; 31 a, 32 a) ausmündet, und daß das Mundstück (22) eine abgesetzte zylindrische Bohrung (38) mit gewölbtem Boden (39) auf­ weist und daß auf dem Bohrungsabsatz (37) eine Blende (40, 43) mit scharfkantiger zentrischer Durchtrittsöffnung (42) sitzt, deren Innendurchmesser kleiner als der Durch­ messer der abgesetzten Mundstücksbohrung (38) ist.

2. Zweistoff-Flachstrahldüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beidseitigen Querbohrun­ gen (31, 32) als eine durchgehende Bohrung ausgebildet sind, die senkrecht oder im wesentlichen senkrecht zu der gemeinsamen Längsachse (33) von Mischkopf (10), Verbin­ dungsstück (20, 20 a, 20 b) und Mundstück (22) angeordnet ist (Fig. 4).

3. Zweistoff-Flachstrahldüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Querbohrungen (31 a, 32 a) schräg nach oben, d. h. entgegen der Strömungsrich­ tung (34) der am ersten Anschluß (13) zugeführten Gas­ komponente, gerichtet und hierbei symmetrisch zu der ge­ meinsamen Längsachse (33) von Mischkopf (10), Verbindungs­ stück (20, 20 a, 20 b) und Mundstück (22) angeordnet sind (Fig. 5).

4. Zweistoff-Flachstrahldüse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Querbohrungen (31 a, 32 a) zueinander in einem Winkel (2 α) von 90° oder im wesentlichen 90° stehen (Fig. 5).

5. Zweistoff-Flachstrahldüse nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Dosiereinsatz (29, 29 a, 29 b) als Separatteil ausgebildet und in den in den Misch­ kopf (10) eingepreßt ist.

6. Zweistoff-Flachstrahldüse nach einem oder mehreren der An­ sprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Dosiereinsatz (29, 29 a, 29 b) mit dem zweiten Anschluß (17) ein gemeinsames Bauteil bil­ det und der zweite Anschluß (17) in den Mischkopf (10) ein­ gepreßt oder eingelötet ist.

7. Zweistoff-Flachstrahldüse nach einem oder mehreren der An­ sprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Dosiereinsatz (29, 29 a, 29 b) als Separatteil ausgebildet und in den in den Mischkopf (10) eingeschraubten zweiten Anschluß (17) eingesteckt und durch ein Nut/Federsystem gegen Verdrehen gesichert ist.

8. Zweistoff-Flachstrahldüse nach einem oder mehreren der vor­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende als Scheibe (40) ausgebildet ist, die einerseits am Absatz (37) der Mund­ stücksbohrung (38) anliegt und andererseits von einem in der Mundstücksbohrung (38) angeordneten rohrförmigen Zwischenstück (41) gehalten wird, das sich in rückwärtiger Richtung an der austrittsseitigen Stirnfläche des Ver­ bindungsstücks (20) abstützt (Fig. 1).

9. Zweistoff-Flachstrahldüse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Blende (43) topfförmig ausgebildet ist, wobei sie mit ihrem die Durchtritts­ öffnung (42) enthaltenden Boden am Absatz (37) der Mund­ stücksbohrung (38) anliegt und sich mit ihrem rückwärtigen (Topf-) Rand an der austrittsseitigen Stirnfläche des Ver­ bindungsstücks (20 a, 45; 20 b) abstützt (Fig. 2 und 3).

10. Zweistoff-Flachstrahldüse nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Befestigung des Mund­ stücks (22) am Verbindungsstück (20, 20 a, 45, 20 b) dienende Überwurfmutter (23) an ihrer düsenaustrittsseitigen Stirn­ fläche (49) eine konische Ausdrehung (48) aufweist, die eine beidseitige (radiale) Verlängerung der bogenförmigen Begrenzungskante (50) des Düsenaustrittsschlitzes (28) bildet.