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Die Erfindung betrifft eine Düse, mit einer Düsenöffnung und einer mit der Düsenöffnung kommunizierenden Zuleitung zum Zuleiten eines Fluids, Insbesondere betrifft die Erfindung eine Hochdruckspüldüse für die Kanalrohrinspektion/-sanierung. Schließlich betrifft die Erfindung eine Kanalrohrinspektionseinheit mit einer Kamera und einer Hochdruckspüldüse.
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Insbesondere werden bei der Kanalrohrinspektion Spüldüsen verwendet, die die Möglichkeit bieten, an Schiebesystemen eine maximale Vortriebskraft und Reichweite zu erreichen. Des Weiteren wird eine Reinigungsleistung erzielt, die es (je nach Verschmutzungsgrad) ermöglicht, Grund- und Anschlussleitungen in nur einem Arbeitsschritt zu überprüfen und zu reinigen.
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Für die Inspektion ist es notwendig, von Zeit zu Zeit die Kameralinse zu reinigen, ohne dass die Inspektionseinheit dem Rohr entnommen werden muss. Hierfür wäre eine zuschaltbare Düse wünschenswert, die den Wasserstrahl in einem unteren Betriebsdruckbereich auf die Kameralinse richtet.
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Die Verwendung eines elektrisch betriebenen Ventils für die Steuerung einer solchen Reinigungsdüse ist angesichts zunehmend kleiner Baugrößen und des hohen Aufwands für die Spannungsversorgung kaum sinnvoll.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Düse zu schaffen, die automatisch bei an der Düse anliegendem hohem Druck schließt und bei geringem Druck geöffnet ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Düse mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.
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Das grundlegende Funktionsprinzip der Düse beruht auf der Ausnutzung eines Druckunterschiedes zwischen der Oberseite und der Unterseite des in der Zuleitung angeordneten elastischen Sperrkörpers. Die Oberseite des Sperrkörpers ist der Pumpe zugewandt, während die Unterseite des Sperrkörpers der Düsenöffnung zugewandt ist.
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Zwischen Ober- und Unterseite des Sperrkörpers ist am Randbereich zumindest ein kleiner Verbindungskanal angeordnet, durch den das Fluid mit hoher Geschwindigkeit in Richtung der Düsenöffnung fließt. Durch das auf der Unterseite schnell zur Düsenöffnung fließende Wasser ergibt sich ein signifikanter Druckunterschied zwischen Ober- und Unterseite des Sperrkörpers (Bernoulli).
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Durch den mit steigendem Wasserdruck analog ansteigenden Druckunterschied zwischen der Ober- und der Unterseite des Sperrkörpers und der daraus in Richtung der Düsenöffnung gerichteten Kraft wird der Sperrkörper nach unten in Richtung der Düsenöffnung soweit elastisch verformt bis dessen untere Fläche schließlich dem die Düsenöffnung umgebenden Auflager aufliegt und die Düsenöffnung somit verschließt.
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Durch die Geometrie von Widerlager und Auflager, insbesondere deren Abstand zueinander, lässt sich der Umschaltdruck einstellen. Der Umschaltdruck in diesem Sinne ist der von außen an der Düse anliegende Druck bei dem die Düse umschaltet.
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Durch das der Düsenöffnung vorgelagerte Auflager ergibt sich eine relativ große Oberfläche auf der Unterseite des Sperrkörpers, der nach dem Verschließen der Düsenöffnung nur noch dem äußeren Atmosphärendruck und nicht mehr dem inneren Druck der Düse ausgesetzt ist. Durch den so erreichten effektiven Flächenunterschied zwischen Ober- und Unterseite entsteht eine zur Düsenöffnung gerichtete Kraft. Bis zum Abfall des Wasserdrucks unter einen Schwellenwert wird somit die Unterseite des elastischen Sperrkörpers gegen das Auflager gedrückt und verschließt die Düsenöffnung.
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Aufgrund des somit entstandenen Flächenunterschiedes zwischen Ober- und Unterseite ergibt sich auch bei exakt gleichem Druck auf Ober- und Unterseite des Sperrkörpers, also wenn der Fluidfluss zum Stillstand gekommen ist, immer eine zur Düsenöffnung gerichtete resultierende Kraft, welche die Unterseite des Sperrkörpers gegen das Auflager drückt.
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Wird der Fluiddruck in der Düse unter dem Schwellenwert verringert oder ganz auf Null gesenkt, fällt die auf den Sperrkörper einwirkende Kraft ab. Der elastische Sperrkörper kehrt aufgrund seiner Elastizität wieder in seine Ausgangsposition zurück und gibt die Düsenöffnung wieder frei. Der Zyklus kann von vorn beginnen.
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Neben dem direkten Einbau in ein Spüldüsengehäuse ist auch der Einbau einer Patrone denkbar, die die Düse aufweist und so bei Verschleiß einfach ausgewechselt werden kann.
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Die Erfindung betrifft also ein Düse, mit einer Düsenöffnung, einer mit der Düsenöffnung kommunizierenden Zuleitung zum Zuleiten eines Fluids, einem in der Zuleitung angeordneten elastischen Sperrkörper, einem den Sperrkörper lagernden Widerlager, und einem zwischen dem Widerlager und der Düsenöffnung angeordneten, die Düsenöffnung umgebenden Auflager, wobei der Sperrkörper unterhalb eines vorbestimmten in Richtung der Düsenöffnung auf den Sperrkörper wirkenden Drucks den Fluidfluss von der Zuleitung durch einen zwischen Widerlager und dem Auflager gebildeten Zwischenraum zur Düsenöffnung zulassend und bei Erreichen oder Überschreiten eines vorbestimmten auf den Sperrkörper wirkenden Drucks durch elastische Verformung eines Teilbereichs des Sperrkörpers den Fluidfluss von der Zuleitung durch Kontaktieren des Auflagers unterbrechend eingerichtet ist.
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Bevorzugt ist der Sperrkörper in der Zuleitung achsparallel angeordnet.
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Das Widerlager nimmt insbesondere einen Teilbereich des Sperrkörpers entlang dessen Umfangs auf.
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Bevorzugt sind die dem Sperrkörper zugewandte Oberfläche des Auflagers und die dem Auflager zugewandte Oberfläche des Widerlagers parallel zueinander angeordnet.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Sperrkörper insbesondere im Querschnitt der Düse mittig in der Zuleitung angeordnet.
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Die Düse weist weiter bevorzugt einen zwischen dem Sperrkörper und der die Zuleitung bildenden Wandung verbleibenden Spalt auf, der mit dem zwischen dem Widerlager und dem Auflager gebildeten Zwischenraum und der Düsenöffnung kommunizierend eingerichtet ist.
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Als alternative Ausgestaltung ist wenigstens ein den Sperrkörper in Richtung der Düsenöffnung durchziehender, mit dem zwischen dem Widerlager und dem Auflager gebildeten Zwischenraum und der Düsenöffnung kommunizierender Kanal vorgesehen.
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Der Sperrkörper ist nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung in einem das Widerlager aufweisenden Käfig angeordnet.
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Weiter sind der Sperrkörper und das Widerlager bevorzugt miteinander verbunden. Besonders bevorzugt sind der Sperrkörper und das Widerlager einstückig ausgebildet, wobei sich der das eigene Widerlager aufweisende Sperrkörper in diesem Fall am Boden der Düse abstützt. Das Widerlager kann beispielsweise ein am Sperrkörper angeformter, sich von diesem axial erstreckender Ring sein.
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Erfindungsgemäß wird auch eine Hochdruckspüldüse bereitgestellt mit wenigstens einer entgegen der Vorschubrichtung gerichteten Vortriebsdüse, die wenigstens eine in Vorschubrichtung gerichtete Düse nach der Erfindung aufweist.
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Schließlich wird eine Kanalrohrinspektionseinheit beansprucht, die eine Kamera und eine Hochdruckspüldüse aufweist, wobei die in Vorschubrichtung gerichtete Düse auf die Linse der Kamera gerichtet ist.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von in den beigefügten Zeichnungen dargestellten, besonders bevorzugt ausgestalteten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine geschnittene Ansicht (A) und eine Draufsicht (B) auf ein erstes Ausführungsbeispiel nach der Erfindung;
- 2 eine geschnittene Ansicht (A) und eine Draufsicht (B) auf ein zweites Ausführungsbeispiel nach der Erfindung;
- 3 eine Draufsicht auf die Düse gemäß erstem und zweitem Ausführungsbeispiel ohne Sperrkörper;
- 4 eine geschnittene Ansicht (A) und eine Draufsicht (B) auf ein drittes Ausführungsbeispiel nach der Erfindung
- 5 eine geschnittene Ansicht (A) und eine Draufsicht (B) auf ein viertes Ausführungsbeispiel nach der Erfindung;
- 6 eine Draufsicht auf die Düse gemäß drittem und viertem Ausführungsbeispiel ohne Sperrkörper;
- 7 das vierte Ausführungsbeispiel bei geöffneter Düsenöffnung;
- 8 das vierte Ausführungsbeispiel bei geschlossener Düsenöffnung;
- 9 eine Kanalrohrinspektionseinheit mit einer Kamera und einer erfindungsgemäß ausgestalteten Hochdruckspüldüse; und
- 10 eine als Patrone ausgebildete Düse nach der Erfindung.
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1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel nach der Erfindung in einer geschnittenen Ansicht (A) und in Draufsicht (B).
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Die Düse 10 weist eine Zuleitung 30 zum Zuleiten eines Fluids zu einer Düsenöffnung 20 auf, wobei in der Zuleitung 30 ein elastischer Sperrkörper 40 angeordnet ist, der an der Wandung der Zuleitung 30 dichtend anliegt.
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Der Sperrkörper 40 ist auf einem in Richtung der Düsenöffnung 20 vorgesehenen Widerlager 50 gelagert, wobei unterhalb des Widerlagers 50 ein zwischen dem Widerlager 50 und der Düsenöffnung 20 angeordnetes, die Düsenöffnung 20 umgebendes Auflager 60 angeordnet ist.
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Der elastische Sperrkörper 40 weist im gezeigten Beispiel zwei in Richtung der Düsenöffnung 20 den Sperrkörper 40 durchziehende, mit einem zwischen dem Widerlager 50 und dem Auflager 60 gebildeten Zwischenraum 70 und der Düsenöffnung 20 kommunizierende Kanäle 45 auf.
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Unterhalb eines vorbestimmten in Richtung der Düsenöffnung 20 auf den Sperrkörper 40 wirkenden Drucks erlaubt der Sperrkörper 40 den Fluidfluss von der Zuleitung 30 durch die Kanäle 45 und den zwischen Widerlager 50 und dem Auflager 60 gebildeten Zwischenraum 70 zur Düsenöffnung 20.
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Bei Erreichen oder Überschreiten eines vorbestimmten auf den Sperrkörper 40 wirkenden Drucks wird der durch das Widerlager 50 zurückgehaltene Sperrkörper 40 in einem Teilbereich elastisch verformt, wobei die elastische Verformung des Teilbereichs des Sperrkörpers 40 den Fluidfluss von der Zuleitung 30 zur Düsenöffnung 20 durch Kontaktieren des Auflagers 60 unterbricht.
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2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel in einer geschnittenen Ansicht (A) und in einer Draufsicht (B), das sich vom ersten Ausführungsbeispiel dadurch unterscheidet, dass die fluidale Kommunikation zwischen dem Zufluss 30 und der Düsenöffnung 20 nicht durch in den Sperrkörper 40 eingebrachte Kanäle 45,sondern durch den vom Sperrkörper 40 und der Wandung des Zuflusses 30 gebildeten Zwischenraum 35 erfolgt.
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3 zeigt eine Draufsicht auf die Düse 10 gemäß erstem und zweitem Ausführungsbeispiel ohne Sperrkörper 40. Insbesondere ist zu erkennen, dass der Boden der Düse 10 zwei vom Zwischenraum 70 durchbrochene Ringhälften aufweist, die als Widerlager 50 für den Sperrkörper 40 dienen. Das Widerlager 50 umgibt das Auflager 60 konzentrisch, das wiederum die Düsenöffnung 20 umgibt.
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4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel nach der Erfindung in einer geschnittenen Ansicht (A) und in Draufsicht (B).
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Bei diesem Beispiel ist der Sperrkörper 40 in einem Kä55 angeordnet, wobei der Zwischenraum zwischen dem Sperrkörper 40, im Besonderen zwischen dem Kä55 und der Wandung des Zuflusses 30 gebildet ist. Durch diese Ausgestaltung wird eine sichere Führung und Positionierung des Sperrkörpers 40 in der Düse 10 sichergestellt.
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5 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel nach der Erfindung in einer geschnittenen Ansicht (A) und in Draufsicht (B).
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6 zeigt - ähnlich wie 3 - eine Draufsicht auf die Düse gemäß drittem und viertem Ausführungsbeispiel ohne Sperrkörper. Insbesondere ist zu erkennen, dass der Boden der Düse 10 einen als Widerlager 50 ausgebildeten Ring aufweist. Dieser Ring kann einzeln gefertigt oder insbesondere auch an den Sperrkörper 40 angeformt und mit diesem einstückig ausgebildet sein. In jedem Fall muss im Boden der Düse 10 ein Zwischenraum 70 vorgesehen sein, der den Fluidfluss von außerhalb des ringförmigen Widerlagers 50 nach innerhalb des ringförmigen Widerlagers 50 ermöglicht. Wie zuvor umgibt das Widerlager 50 das Auflager 60 konzentrisch, das wiederum die Düsenöffnung 20 umgibt.
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In den gezeigten Darstellungen kann der Schaltdruck jeweils durch Höhe des Rings bzw. der ringförmigen Hälften individuell eingestellt werden. Dieses kann beispielsweise durch einfachen Austausch des in 6 dargestellten Rings erfolgen.
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7 und 8 verdeutlichen die beiden Schaltzustände der beanspruchten Düse 10. 7 zeigt den geöffneten Zustand, bei der die Fluidkommunikation vom Zulauf 30 durch den Spalt 35 und den Zwischenraum 70 zur Düsenöffnung 20 intakt ist. In diesem Zustand, bei einem auf den Sperrkörper 40 wirkenden geringen Druck, ist die Düse 10 geöffnet und gibt über die Düsenöffnung Fluid ab.
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In dem in 8 gezeigten Zustand wirkt seitens der Zuleitung 30 ein hoher Druck auf den Sperrkörper 40, der in einem Teilbereich elastisch verformt wird und die Düsenöffnung 20 verschließend dem Auflager 60 vollständig dichtend aufliegt.
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Desweiteren zeigt 9 eine besonders bevorzugt ausgestaltete Kanalrohrinspektionseinheit 300 mit einer Kamera 200 und einer Hochdruckspüldüse 100, die eine Mehrzahl von Düsen 10 aufweist, die in Vorschubrichtung auf die Linse der Kamera 200 gerichtet sind.
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Die Hochdruckspüldüse 100 ist dabei so ausgestaltet, dass entgegen der Vorschubrichtung ausgerichtete Spüldüsen vorgesehen sind, die Verkrustungen und Verschmutzungen von der Rohrwandung spülen und gegebenenfalls für den Vorschub der Einheit sorgen. Hierfür wird an die Hochdruckspüldüse 100 ein hoher Fluiddruck angelegt, der sowohl die Spüldüsen als auch die erfindungsgemäß eingerichteten Düsen 10 versorgt. Bei hohem Druck werden allein die Spüldüsen mit Fluid versorgt.
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Bei niedrigem an der Hochdruckspüldüse 100 anliegenden Fluiddruck hingegen geben zusätzlich zu den Spüldüsen die erfindungsgemäß eingerichteten Reinigungsdüsen 10 Fluid ab und reinigen dabei die Linse der Kamera 200.
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Schließlich zeigt 10 eine als Patrone ausgebildete Düse 10, die einfach, beispielsweise mittels einer Schraubverbindung, im Gehäuse einer Spüldüse 100 angeordnet und mit diesem verbunden werden kann. Diese Ausgestaltung ermöglicht speziell die einfache Fertigung einer Spüldüse und den schnellen Austausch von aufgrund häufigen Gebrauchs verbrauchter Düsen.
