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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Sprühdüsen und insbesondere Sprühdüsen für Hochdruckreinigungsanwendungen.
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Sprühdüsen für Hochdruckreinigungsanwendungen
lenken gewöhnlich
eine flache Sprühflüssigkeitsausströmung gegen
eine Fläche,
die gereinigt werden soll. Die unter Druck ausströmende Flüssigkeit
prallt kraftvoll auf die Fläche
auf, um Schmutz oder sonstige Partikel auf dieser zu entfernen.
Falls eine gleichmäßige Reinigung
stattfinden soll, ist es erforderlich, dass der unter Druck ausströmende Flüssigkeitssprühstrahl über einem
gegebenen Bereich eine im Wesentlichen gleichmäßige Aufprallkraft aufweist.
Bis jetzt ist es schwierig gewesen, eine derartige Gleichmäßigkeit
der Kraft der austretenden Sprühpartikeln
auf Grund von Turbulenzen zu erreichen, die innerhalb des Düsenkörpers bei
der erforderlichen Geschwindigkeit des Flüssigkeitssprühstrahls
erzeugt werden. Ein weiteres Ziel bei der Entwicklung einer derartigen
Reinigungsvorrichtung ist es, einen hochwirksamen Reinigungseffekt
bei mit möglichst
geringem Verbrauch des Reinigungsfluids zu erreichen.
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US 4 223 841 beschreibt
eine Düse
zum Waschen von Vorderlichtern eines Kraftfahrzeugs mit einem Kanal,
der in Richtung auf das Auslassende zusammenläuft. Das Auslassende weist
eine besondere Gestalt auf, um dem Waschflüssigkeitssprühstrahl das
gewünschte
Sprühmuster
zu verleihen. Der Kanal kann ferner ein Schleuderelement enthalten,
um das austretende Fluid zu schleudern.
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Das
allgemeine Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen neuen und
verbesserten Düsenaufbau
zur Verwendung in Hochdrucksreinigungsanwendungen zu schaffen.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hochdrucksprühdüse mit verstärkter Aufprallkraft
des austretenden Sprühstrahls
zu schaffen.
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Eine
etwas speziellere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das
vorstehende durch die Schaffung eines Düsenaufbaus zu erreichen, der eine
bestimmte Innenflächenkonfiguration
aufweist, die Turbulenzen verringert, wenn das Fluid aus der Düse abgegeben
wird.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in einer Hochdrucksprühdüse eine
verbesserte Sprühstabilität in Seitenrichtung
zu schaffen.
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Diese
und weitere Aufgaben und Vorteile ergeben sich mit einer Hochdrucksprühdüse, die
eine besonderte strukturelle Einrichtung aufweist, die besseres
Verhalten als bekannte Systeme bietet.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist eine Hochdruckflüssigkeitssprühdüse geschaffen,
die aufweist: einen länglichen
Düsenkörper mit
einem stromaufwärts
liegenden Einlassende, in das Flüssigkeit
eingeleitet werden kann, und einem Auslassende, wobei sich ein in
Längsrichtung
verlaufender Flüssigkeitsströmungskanal
in dem Düsenkörper zwischen
dem Einlassende und dem Auslassende erstreckt, wobei der Längskanal
einen ersten zylindrischen Kanalabschnitt mit einem ersten Durchmesser,
einen zweiten zylindrischen Annäherungskanalabschnitt,
der sich über
eine vorbestimmte Länge hinweg
an einer Stelle stromabwärts
des ersten Kanalabschnitts erstreckt und einen Durchmesser aufweist,
der kleiner ist als der Durchmesser des ersten Kanalabschnitts,
wobei der Flüssigkeitsströmungskanal
eine Austrittsöffnung
in dem Auslassende des Körpers
aufweist, die kleiner als der Durchmesser des zweiten Annäherungskanalabschnitts
bemessen ist, um der aus der Austrittsöffnung uner Druck ausströmenden Flüssigkeit
ein vorbestimmtes Sprühmuster
zu verleihen, sowie eine gekrümmte Wand
enthält,
die einen gekrümmten Übergang
zwischen dem zweiten Annäherungskanalabschnitt
und der Austrittsöffnung
bildet, sowie eine Schulter aufweist, die einen gekrümmten Übergang
zwischen dem ersten Kanalabschnitt und dem zweiten Annäherungskanalabschnitt
bildet, wobei der zweite Annäherungskanalabschnitt
in Längsrichtung
eine Länge
aufweist, die anderthalb bis doppelt so groß wie der Durchmesser des zweiten
Annäherungskanalabschnitts
ist, so dass Flüssigkeit,
die durch den Längskanal
geleitet wird, auf de Weg von dem ersten Kanalabschnitt zu der Austrittsöffnung mit
den gekrümmten Übergängen kontinuierlich
zusammenläuft,
wodurch der unter hohem Druck stehenden Flüssigkeit ermöglicht wird,
ohne wesentliche Turbulenz durch die Düse geleitet und aus der Austrittsöffnung in
Form eines Hochdrucksprühmusters
mit einer im Wesentlichen gleichförmigen Aufprallkraft auf eine
Fläche,
auf die sie gerichtet ist, unter Druck abgegeben zu werden.
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Der
Lösungsansatz
weist in Bezug auf bekannte Düsengestaltungen
einen verminderten Durchmesser und eine erhöhte Länge auf. Diese Konfiguration
ermöglicht
eine größere Aufprellkraft und
eine gleichmäßigere Sprühstrahlverteilung
für ein
Fluid, das aus der Düse
abgegeben wird. Weitere Aufgaben und Vorteile erschließen sich
aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den
beigefügten
Zeichnungen.
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1 zeigt
eine teilweise aufgebrochene Ansicht einer Hochdruckreinigungsdüse, die
die Merkmale der vorliegenden Erfindung verwirklicht;
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2 zeigt
eine Querschnittsansicht, geschnitten in Axialrichtung durch die
in 1 veranschaulichte Düse;
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3 zeigt
eine Stirnansicht der in 2 veranschaulichten Düse und
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4 zeigt
eine Querschnittsansicht, geschnitten axial durch eine Hochdruckreinigungsdüse entsprechend
einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Allgemein
betrifft die vorliegende Erfindung einen Düsenaufbau, der eine verbesserte
Verteilung des aufprallenden Sprühstrahls
ergibt. Die Erfindung ist zur Verwendung in unterschiedlichen Hochdruckreinigungsanwendungen
vorgesehen, bei denen ein fluidisierter Sprühstrahl auf eine zu reinigende
Oberfläche
aufprallen soll. Gewöhnlich
ist der fluidisierte Sprühstrahl
durch Wasser oder durch sonstige geeignete Reinigungslösungen oder
Fluide gebildet.
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1 und 2 veranschaulichen
eine Hochdrucksprühdüse 10,
die die vorliegende Erfindung verkörpert. Die Düse 10 ist
zur Verwendung in einer Hochdruckreinigungsvorrichtung eingerichtet, um
einen unter Hochdruck stehenden fächerförmigen Wasserstrahl in Richtung
auf eine Oberfläche auszustoßen, die
gereinigt werden soll. Die Sprühdüse weist
einen Düsenkörper 12 auf,
der vorzugsweise in einem einzigen Stück aus Metall oder einem sonstigen
geeigneten Werkstoff ausgeführt
ist. Der Düsenkörper 12 enthält ein stromaufwärts anzuordnendes
Ende 14, das an eine Versorgungsleitung 16 unter
Verwendung von Schraubgewinden, beispielsweise des Schraubgewindes 18,
angeschlossen werden kann. Ein Düsenmundbereich 20 ist
an dem stromabwärts
zu liegenden Ende des Düsenkörpers angeordnet.
In der veranschaulichten Ausführungsform
weist der Düsenkörper 12 eine
um eine Längsachse 22 im Wesentlichen
symmetrische Form auf.
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Ein
Kanal oder Fluiddurchgang 24 ist durch den Düsenkörper 12 hindurchführend angeordnet und
in Form einer sich in Längsrichtung
erstreckenden Bohrung ausgebildet, die konzentrisch zu dem Düsenkörper über der
Achse 22 verläuft.
Der Durchmesser des Kanals 24 nimmt in Richtung auf den
Düsenmundbereich 20 im
Wesentlichen ab, um unterschiedliche Kanalabschnitte zu bilden.
Ein konischer Eintrittsbereich 26 ist an dem stromaufwärts befindlichen
Eingangsbereich des Düsenkörpers 12 angeordnet.
Der Eintrittsbereich 26 führt zu einem ersten zylindrischen
Abschnitt 28. Ein zylindrischer zweiter konischer Bereich 30 verbindet
den ersten zylindrischen Abschnitt 28 mit einem zweiten
zylindrischen Abschnitt 32, der einen kleineren Durchmesser
als der stromaufwärts
liegende oder erste zylindrische Abschnitt 28 aufweist.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält die Konfiguration des inneren
Kanals einen gerundeten Übergang
von den erweiterten zylindrischen Abschnitten zu einem Annäherungsabschnitt,
um bessere Verhaltenseigenschaften zu erzielen. In der beschriebenen
Ausführungsform
verbindet ein krummliniger Düsenhalsabschnitt 34 den zweiten
zylindrischen Abschnitt 32 mit einem Annäherungsabschnitt 36.
Der Annäherungsabschnitt oder
-bereich 36 endet wiederum an dem Düsenmundbereich 20.
Der Düsenhalsabschnitt 34 weist eine
gerundete oder mit einem Radius versehene Schulter, die in Richtung
auf den Annäherungsabschnitt
allmählich
schmäler
wird und dadurch eine Konfiguration einer glatten Übergangsfläche zwischen
dem zweiten zylindrischen Abschnitt 32 und dem Annäherungsabschnitt 36 bildet.
Der Annäherungsabschnitt 36 bildet
einen im Wesentlichen zylindrischen Bereich mit einem ausgewählten Durchmesser A,
der eine Wand definiert, die sich über eine Länge L hinweg erstreckt, wie
dies in 2 veranschaulicht ist.
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Um
eine turbulenzverminderte Strömung
in der Düse
zu bewirken, schneidet die Schulter 34 vorzugsweise die
Wand des Annäherungsbereichs
an einer Übergangsstelle,
die tangential zu dem Radius der Schulter 34 liegt, beispielsweise
an einem Übergangspunkt
T, wie er in 2 veranschaulicht ist. Dies
ergibt einen geglätteten Übergangspfad
des Fluids und verringert die Turbulenzströmung in dem Kanal. In der beschriebenen
Ausführungsform
ist das Verhältnis
des Durchmesser A des Annäherungsabschnitts 36 im
Vergleich zu dem Radius der Schulter 34 derart gewählt, dass
es zwischen ungefähr
0,23 und 0,25 beträgt.
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Entsprechend
einem Vorteil der vorliegenden Erfindung ist das Verhältnis des
Annäherungsdurchmessers
in Bezug auf die Annäherungslänge derart
gewählt,
um eine erhöhte
Fluidgeschwindigkeit herbeizuführen.
Dies bedeutet, dass der Annäherungsbereich
im Vergleich zu bekannten Ausgestaltungen einen verringerten Durchmesser
A aufweist, der in Verbindung mit einer vergrößerten Länge L des Annäherungsbereiches
verwendet wird. Beispielsweise ist die Länge L des Kanalabschnitts derart
gewählt,
dass sie zwischen ungefähr
anderthalb und zwei Mal so groß ist
wie der Durchmesser A des Annäherungsbereiches.
In der veranschaulichten Ausführungsform
ist die Annäherungslänge L im Verhältnis zu
dem Annäherungsdurchmesser
doppelt so groß.
Der geringfügig
verminderte oder abskallierte Durchmesser A im Vergleich zu der
Annäherungslänge L ergibt
eine erhöhte
Fluidgeschwindigkeit. Dieser Aufbau erhöht die Fluidgeschwindigkeit
und stabilisiert ferner den resultierenden Sprühstrahl. Für eine beispielhafte Sprühdüse mit einem
Sprühwinkel von
15° und
einer Sprühkapazität von 1,51
Liter (4 Gallonen) bei 275,8 kPa (40 Psi) kann im Unterschied zu
her kömmlichen
Sprühdüsen, die
einen Annäherungsdurchmesser
von 1,93 mm (0,076 Zoll) verwenden, ein Annäherungsbereich mit einem Durchmesser
von 1,6 mm (0,063 Zoll) verwendet werden.
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Das
distale Ende des Annäherungsbereichs 36 enthält eine
Annäherungsöffnung 38,
die einen Abschnitt eines Kreisbogens bildet. Der Winkel α der Annäherungsöffnung 38 in
Bezug auf die Mittelpunktachse 22 beträgt vorzugsweise zwischen 40° und 48°. Das Verhältnis zwischen
dem Annäherungsdurchmesser
A und dem Radius der Annäherungsöffnung 38 ist
derart gewählt,
um bei der vorstehend beschriebenen beispielhaften Sprühdüse ungefähr 1,5 zu
betragen.
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Der
Düsenmundbereich 20 ist
im Detail in den 2 und 3 veranschaulicht.
Der Mundbereich 20 ist durch zwei Rippen 40, 42 gebildet,
die in einer voneinander beabstandeten, zueinander parallelen Anordnung
angeordnet sind und sich an dem distalen Ende des Düsenkörpers 12 befinden.
Eine Nut 44 ist quer durch den Düsenkörper 12 verlaufend angeordnet
und unter einem rechten Winkel in Bezug auf die in Längsrichtung
verlaufende Mittelachse 22 eingerichtet. Die Nut weist
gerundete Seitenwände 46, 48 auf,
die in jedem Fall einem Abschnitt einer Kreisbogengestalt folgen.
Eine sich nach außen öffnende
nutartige Vertiefung 50 ist an einer zentralen Stelle in
der Nut 44 angeordnet. Die Vertiefung 50 weist
eine Basis 52 auf (vgl. 3), die
an ihren Enden abgerundet ist und plan ausgeführte Nutenwände 54, 56 festlegt.
Die Nutenwände 54, 56 sind
einander gegenüberliegend
in einer voneinander beabstandeten, zueinander parallelen Anordnung
eingerichtet.
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Die
Vertiefung 50 schneidet den in Längsrichtung verlaufenden Kanal 24 in
einem Bereich der gerundeten Wand der Annäherungsöffnung 38. Diese Anordnung
bildet einen Durchgang 58, der durch eine Kante 60 begrenzt
ist (vgl. 3). Die Kante 60 ist
kontinuierlich gekrümmt
und gleicht in einer ebenen Ansicht einer Ellipse. Sie ist durch
den Schnitt einer teilzylindrischen Basis 52 der Vertiefung 50,
mit der gekrümmten
Wand 38 der Annäherungsöffnung gebildet.
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In
einer bevorzugten Realisierung der Erfindung ist die Düse in Form
eines einstückigen
Teils aus gehärtetem
rostfreien Stahl hergestellt. Alternativ kann die Düse in Form
von zwei oder mehreren Teilen gefertigt sein, die derart gestaltet
sind, um aufeinander abgestimmt oder unter Presspassung zusammenzupassen,
wie dies bei der in 4 veranschaulichten Ausführungsform
der Fall ist. Wie dort veranschaulicht, enthält eine Hochdrucksprühdüse 100 einen
Düsenkörper 112,
der mit einer in Längsrichtung verlaufenden
Bohrung ausgebildet ist, die konzentrisch zu einer Mittelachse 122 verläuft, um
einen Kanal 124 zu bilden. In dieser Ausführungsform
ist der Kanal 124 mit einem ersten zylindrischen Abschnitt 128,
und einem zweiten zylindrischen Abschnitt 132 ausgebildet,
der sich im Wesentlichen von einem konischen Bereich 130 zu
dem distalen Ende des Düsenkörpers 112 erstreckt.
Der zylindrische Abschnitt 130 bildet eine zylindrische Öffnung,
die derart bemessen ist, um einen ringförmigen Einsatz 133 aufzunehmen.
Die Konfiguration der Innenfläche
des Einsatzes 133 umfasst eine gerundete Schulter 134, einen
Annäherungsabschnitt 136 wie
auch eine Annäherungsöffnung 138 sowie
weitere Bestandteile des Düsenmundbereiches 120,
wie sie vorstehend in Verbindung mit 1–3 beschrieben
sind. Die Größe, Dimensionen
und relative Anordnung der Schulter 134 und des Annäherungsabschnitts 136 sind
ebenfalls die gleichen, wie vorstehend in Verbindung mit den 1–3 beschrieben.
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In
der veranschaulichten Ausführungsform kann
der Einsatz 133 in der Öffnung 130 unter
Verwendung eines Flansches 139 in Stellung gehalten werden,
der an dem Ende des Düsenkörpers 112 angeordnet
ist. Beispielsweise kann der Einsatz aus Wolframkarbid oder einem
geeigneten Keramikwerkstoff hergestellt sein. Dies ist besonders
dann nützlich,
wenn die Düse
dazu vorgesehen ist, abreibende Flüssigkeiten oder dergleichen
zu versprühen.
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Um
eine Ankopplung der Sprühdüse an die Versorgungsleitung
zu bewerkstelligen, ist das Einlassende mit einer herkömmlichen
aufnehmenden Kupplung 62 gekoppelt, die an dem Ende der
Versorgungsleitung 16 angeordnet ist. Alternativ kann eine Schnelltrennkonfiguration
ohne weiteres verwendet werden, wie dies für einen Fachmann selbstverständlich ist.
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Im
Betrieb wird Fluid durch die Versorgungsleitung 16 und
zu dem stromaufwärts
liegendem Ende 14 in der durch den Pfeil in 1 angezeigten Richtung
geleitet. In Anbetracht der Tatsache, dass der Annäherungsdurchmesser
verringert ist, wird die Fluidgeschwindigkeit beim Durchgang durch
die Düse
erhöht.
Die erhöhte
Länge der
Annäherung
stabilisiert den Sprühstrahl.
Außerdem
reduziert die gerundete Schulter 34 und der Übergang
mit dem Annäherungsbereich
Turbulenzen, wenn das Fluid in den Annäherungsbereich 36 eintritt.
Das resultierende Sprühmuster
ist ein verhältnismäßig flaches
fächerförmiges Sprühmuster.
In dem Fall, dass der Wasserverbrauch und der Wasserdruck konstant bleiben,
wird die Strahlkraft in Bezug auf herkömmliche Flachstrahldüsen um die
Hälfte
erhöht.
Der resultierende Reinigungseffekt ist über dem Bereich von Strömungsraten
und Sprühwinkeln,
wie sie gewöhnlich
in Hochdruck-Wasch- oder -Reinigungsanwendungen verwendet werden,
deutlich erhöht,
und zwar um 130 bis 200% oder mehr im Vergleich zu herkömmlichen
Düsen.
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Um
eine zusätzliche
Stabilisierung der durch den Fluidkanal 34 hindurchtretenden
Flüssigkeit
zu erreichen, kann in Verbindung mit der Erfindung eine Leitschaufel
oder ein Leitflügel
oder ein Strömungsstabilisator
(nicht veranschaulicht) eingesetzt werden, wie dies für einen
Fachmann, an den sich diese Erfindung wendet, ohne weiteres verständlich ist. Gewöhnlich ist
ein derartiger Strömungsstabilisator in
Form eines Teils aus einem dünnen
Blech vorgesehen, das in Form einer „8-Gestalt" oder eines Kreuzes ausgebildet ist,
wenn es von dem stromaufwärts liegendem
Ende der Düse
aus betrachtet wird. Der Stabilisator kann in dem zylindrischen
Abschnitt 28 angeordnet sein und sich im Wesentlichen über dessen
Länge hinweg,
gegen den konischen Bereich 30 abgestützt erstrecken.
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Mit
der Erfindung können
in dem resultierenden Sprühmuster
vielfältige
Vorteile erreicht werden. Wenn beispielsweise bekannte Sprühdüsen ein
verhältnismäßig ungleichförmiges Sprühmuster
ergeben, wobei die Tendenz zur Streifenbildung oder dergleichen
auf der gereinigten Fläche
beobachtet wird, liefert die vorliegende Erfindung ein beständiges Sprühmuster
auf der Oberfläche.
Dies bedeutet, dass die auf die Fläche angewandte Aufprallkraft
auf Grund der für
eine gegebene Strömung
erhöhten
Annäherungslänge über der
gesamten Oberfläche
ausgeglichen wird. Der für
eine gegebene Strömung
verringerte Annäherungsdurchmesser
führt ferner
zu einer erhöhten
Geschwindigkeit des Fluids für
eine bestimmte eingesetzte Strömungsrate.
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Demgemäß ist eine
Hochdrucksprühdüse beschrieben,
die die vorerwähnten
Aufgaben löst. Während an
der Erfindung zahlreiche unterschiedliche Modifikationen und alternative
Konstruktionen vorgenommen werden können, sind bestimmte veranschaulichte
Ausführungsformen
der Erfindung in den Zeichnungen veranschaulicht und in größerer Einzelheit
beschrieben worden. Es sollte jedoch verständlich sein, dass keine Absicht
besteht, die Erfindung auf die beschriebenen speziellen Ausführungsformen
zu beschränken.