DE19617685C2 - Kegelstrahldralldüse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kegelstrahldralldüse zum Zerstäuben von Flüssig­ keiten mit einem oder mehreren Zulaufkanälen für die zu zerstäubende Flüssigkeit, welche in eine Drallkammer führen, aus deren Düsenöffnung die zerstäubte Flüssigkeit austritt, wobei die Drallkammer in axialer Richtung aus mindestens zwei Segmenten aufgebaut ist, und die Zulaufkanäle so längs einer Umfangslinie eines zylindrischen Einlaufsegments versetzt angeordnet sind, daß die Flüssigkeit aus den Zulaufkanälen in die Drallkammer tangential einströmen kann.

Eine derartige Kegelstrahldralldüse ist aus der US 3,433,420 bekannt.

Die US 3,762,651 offenbart eine Wassertropfvorrichtung mit einer ersten zylindrischen Kammer, welche an einem Ende einen konischen Bereich auf­ weist mit einer axialen Wasserentkomm-Mündung.

Die GB 2 008 981 A offenbart eine Wassersprühdüse, bei der Wasser aus der Düse in Form eines Sprays austritt, welches die Form eines Hohlkegels hat.

Die DE 935 495 offenbart einen Druckzerstäuberbrenner für flüssigen Brenn­ stoff mit einer Wirbelkammer vor der Brennerdüse und mindestens zwei in axialer Richtung hintereinanderliegenden, in die Wirbelkammer tangential ein­ mündenden Kanälen.

Die DE 44 07 779 A1 offenbart eine Sprühdüse zur Erzeugung von Sprühnebel im Niederdruckverfahren, welche aus einem Gehäuse mit einem darin einge­ bauten, eine Drallmischkammer bildenden Strömungskörper besteht, der mit einem zapfenförmigen Ende einer Düsenöffnung zugeordnet ist.

Die DE 32 43 230 C2 offenbart eine Drallkörperdüse zur Zerstäubung von unter Druck stehenden Flüssigkeiten, bei welcher der Düsenkörper ein zum Anschluß der Speiseleitung der auszuspritzenden Flüssigkeit geeignetes Gehäuse und eine die Flüssigkeit durch das Gehäuse leitende Bohrung aufweist und der Düsenkopf aus einer mit der zentralen Bohrung in Verbindung stehen­ den Wirbelkammer, einem Drallkörper und einem auf der zentralen Bohrung gegenüberliegenden Seite der Wirbelkammer angeordneten austauschbaren Düsenplättchen besteht.

Die DT 25 24 856 A1 offenbart eine Flüssigkeitseinspritzdüse mit einem Ge­ häuse, welches eine Öffnung aufweist, durch die die Flüssigkeit gespritzt wird, mit einem beweglichen Zapfen, der innerhalb einer Bohrung im Gehäuse ange­ ordnet und der ein stromabwärts gelegenes Ende aufweist, welches die Öff­ nung verschließen kann, um die durch die Öffnung ausgespritzte Flüssigkeit abzustoppen, wobei die Düse eine Flüssigkeitsverwirbelungseinrichtung auf­ weist, mit der der Flüssigkeit, die an der Bohrung am Zapfen vorbei und zu der Öffnung strömt, eine Wirbelbewegung erteilt wird.

Die DE 36 05 026 A1 offenbart eine Düse zum Absprühen von Hochdruck­ flüssigkeit, deren Düsenbohrung am Austrittsbereich einen zylindrischen Bohrungsabschnitt aufweist.

Bekannte Kegelstrahldralldüsen nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 werden unter einem hohen Vordruck der zu zerstäubenden Flüssigkeit, der bei Wasser beispielsweise in der Größenordnung von 10 bar liegt, betrieben, um eine homogene Tröpfchenverteilung in der zerstäubten Flüssigkeit zu erhalten.

Dieser hohe Vordruck macht es erforderlich, daß die in Kontakt mit der Flüssigkeit kommenden Teile der Vorrichtung aus teurem korrosionsbe­ ständigem Werkstoff angefertigt werden müssen. Außerdem sind bei hohen Vordrücken die durch Druckvariation des Vordrucks erreichten Regelungsmöglichkeiten für den Durchfluß durch die Vor­ richtung gering.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kegelstrahldralldüse der gattungsgemäßen Art zu schaffen, die unter niedrigem Vordruck arbeitet.

Diese Aufgabe wird bei einer Kegelstrahldralldüse der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sich an das zylindrische Einlauf­ segment ein in radialer Richtung konisch sich erweiterndes Segment an­ schließt, so daß am Übergang zwischen den Segmenten eine rückspringende Fläche vorliegt, wobei der Kantenwinkel an der rückspringenden Fläche größer als 4° ist, um eine turbulenzerzeugende rückspringende Fläche bereitzustellen.

Durch die turbulenzerzeugenden rückspringenden Flächen und dadurch, daß die Flüssigkeit maximalen Drall beim Einströmen in die Drallkammer erhält, wird ein hoher Turbulenzgrad für die in der Drallkammer strömende Flüssig­ keit erreicht. Damit läßt sich die Kegelstrahldralldüse mit niedrigem Vordruck betreiben und die mit der Flüssigkeit in Berührung kommenden Teile können aus billigem korrosionsbeständigem Werkstoff gebaut werden. Außerdem weist die erfindungsgemäße Kegelstrahldralldüse umfangreiche Regelungs­ möglichkeiten auf, die es erlauben, den optimalen Durchfluß durch die Vor­ richtung und eine für die jeweilige vorgesehene Anwendung der Kegelstrahl­ dralldüse wünschenswerte optimale Tröpfchengröße bei einem bezüglich der Tröpfchengröße engen Tropfenspektrum der zer­ stäubten Flüssigkeit zu erzeugen. Durch individuelle Form­ gebung der einzelnen Drallkammersegmente kann die für die Anwendung der Erfindung optimale Tröpfchengröße in der zer­ stäubten Flüssigkeit eingestellt werden.

Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind zusätzliche turbulenzerzeugende rücksprin­ gende Flächen in der Drallkammer durch eine gewindeartige Ausformung der Innenwände einiger oder aller Segmente der Drallkammer vorhanden.

Eine weitere Erhöhung des Turbulenzgrades läßt sich dadurch erreichen, daß direkt an der der Düsenöffnung nächstliegenden Mündungskante des der Düsenöffnung nächstliegenden Zulauf­ kanals eine rückspringende Fläche liegt.

Besonders wirksam sind die rückspringenden Flächen bezüglich der Förderung von turbulenter Strömung, wenn der Krümmungs­ radius einer rückspringenden Fläche kleiner ist als etwa ein Zehntel der den Flüssigkeitswirbeln in der Drallkammer zugeordneten Prandtlschen Mischungslänge. Die Mischungslänge l ist dabei näherungsweise durch die Strahl­ breite b des in die Drallkammer einströmenden Flüssigkeits­ strahls über die Beziehung l = α.b mit einer experimen­ tellen Konstante α bestimmt, wobei insbesondere α in der Größenordnung von 0,1 liegt. Ist der Krümmungsradius insbe­ sondere kleiner als etwa ein Hundertstel der Mischungslänge, dann wird ein sehr hoher Turbulenzgrad erzeugt.

Weiterhin besonders günstig für die Turbulenzförderung in der Strömung ist es, wenn der Kantenwinkel an einer rückspringen­ den Fläche größer als 6° ist, wodurch die Erzeugung von Ablösewirbeln in der strömenden Flüssigkeit erleichtert wird.

Bei einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung weist die Drallkammer mindestens ein sich konisch erweiterndes Segment auf, wodurch in der Drall­ kammer eine eine homogene Tröpfchenbildung unterstützende Filterwirkung bezüglich der Tröpfchengröße erzielt wird.

Die Zulaufkanäle für Flüssigkeit in die Drallkammer können an den Mündungen verstellbare Schieber aufweisen, durch die die Mündungen der Zulaufkanäle in die Drallkammer insbesondere teilweise abgedeckt werden können. Dadurch wird der Turbu­ lenzgrad der in die Drallkammer einströmenden Flüssigkeit erhöht.

Der Turbulenzgrad der aus den Zulaufkanälen in die Drall­ kammer einströmenden Flüssigkeit wird auch dadurch erhöht, daß die Mündungen der Zulaufkanäle in die Drallkammer einen elliptischen Querschnitt aufweisen.

Verbesserte Möglichkeiten der Durchflußsteuerung von Flüssig­ keit durch die Kegelstrahldralldüse ergeben sich, wenn die Mündungen der Zulaufkanäle in axialer Richtung gestaffelt angeordnet sind.

In einer besonders günstigen Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung erfolgt, zusätzlich zur Variation des Vordrucks, die Durchflußregelung durch die Kegel­ strahldralldüse mittels einer in die Drallkammer hinein­ reichenden axial verschieblichen Ventilnadel. Dadurch läßt sich der Durchfluß in einem größeren Bereich und auch genauer regeln.

Zur Erzielung einer homogenen Tröpfchenverteilung ist es vor­ teilhaft, wenn die Ventilnadel eine konische Stirnfläche auf­ weist, welche den Turbulenzgrad der umströmenden Flüssigkeit fördert.

Für regelbare Anwendungen besonders vorteilhaft ist es, wenn die Ventilnadelbewegung in axialer Richtung über eine Motor­ einheit gesteuert ist. Die Steuerung der Motoreinheit selbst erfolgt durch eine Steuerungs- und Regelungseinheit. In besonderen Anwendungen läßt sich die Motoreinheit mittels Ausgabengrößen der Vorrichtung, von der die erfindungsgemäße Vorrichtung ein Teil ist, steuern, so daß der Durchfluß durch die Kegelstrahldralldüse geregelt wird, wodurch wiederum die Ausgabengrößen der Vorrichtung, von der die erfindungsgemäße Vorrichtung ein Teil ist, geregelt werden, so daß insgesamt eine Rückkopplungswirkung erzielt ist.

Es zeigen

Fig. 1 den schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Drallkammer;

Fig. 3 einen Längsriß eines Teils einer Drallkammer, die Mündungen von Zulaufkanälen in die Drallkammer zeigend;

Fig. 4 einen Längsriß einer Drallkammer;

Fig. 5 die Definition von Kantenwinkel und Krümmungs­ radius an einer rückspringenden Fläche;

Fig. 6 eine schematische Abbildung einer strukturierten Innenwand in der Drallkammer und

Fig. 7 ein Blockdiagramm für eine rückkopplungsgeregelte Vorrichtung, die die Kegelstrahldralldüse umfaßt.

Eine in Fig. 1 dargestelltes und als Ganzes mit 10 bezeich­ netes Ausführungsbeispiel einer Kegelstrahldüse weist ein Gehäuse 12 mit einem Gehäuseboden 14 und darauf aufstehenden Gehäusewänden 16 auf, wodurch zwischen den Gehäusewänden 16 und dem Gehäuseboden 14 ein zylindrischer Hohlraum 18 ge­ bildet ist. Der Gehäuseboden 14 weist auf der den Gehäuse­ wänden 16 abgewandten Seite einen Gehäusebodenansatz 20 auf.

Der Gehäuseboden weist in seinem Zentrum eine zylindrische Öffnung 22 auf, die in eine im Gehäusebodenansatz 20 liegende kegelförmige Auslaßöffnung 24 übergeht, wobei der zylin­ drische Hohlraum 18, die zylindrische Öffnung 22 und die Aus­ laßöffnung 24 koaxial zu einer Achse 26 angeordnet sind.

Die zylindrische Öffnung 22 in dem Gehäuseboden 14 weist eine ringförmige Ausnehmung 28 auf, wodurch im Gehäuseboden 14 eine Zentrierung entsteht, in der eine Düsenplatte 30 sitzt. Die Düsenplatte 30 ist aus korrosionsbeständigem Material, beispielsweise Edelstahl. Die Düsenplatte 30 weist auf ihrer dem Hohlraum 18 zugewandten Seite eine Öffnung auf, die einen ersten Teil einer mehrere Segmente umfassenden Drallkammer 32 bildet. Durch eine Düsenöffnung 34 in der Düsenplatte 30 tritt die zerstäubte Flüssigkeit aus der Drallkammer 32 in die Auslaßöffnung 24.

An den Gehäuseboden 14 und die Düsenplatte 30 schließt sich im Hohlraum 18 ein Düsenkörperelement 36 an, das aus korro­ sionsbeständigem Material, beispielsweise Edelstahl, ange­ fertigt ist. In seinem Zentrum weist das Düsenkörperelement 36 eine Öffnung koaxial zur Achse 26 auf, die einen zweiten Teil der Drallkammer 32 bildet. Der zweite Teil der Drall­ kammer 32, welcher im Düsenkörperelement 36 liegt, geht in den ersten Teil der Drallkammer 32, welcher in der Düsen­ platte 30 liegt, über. Den Aufbau der Drallkammer 32 zeigt Fig. 4 und wird untenstehend detaillierter erläutert.

Der im Düsenkörperelement 36 liegende Teil der Drallkammer 32 umfaßt ein Einlaufsegment 38, welches durch eine zylindrische Öffnung auf der dem Gehäuseboden 14 abgewandten Seite des Düsenkörperelements 36 gebildet ist.

Das Düsenkörperelement 36 weist an seiner dem Gehäuseboden 14 abgewandten Seite den Gehäusewänden 16 zugewandt angeordnete Ausnehmungen 44 auf. Innerhalb des Düsenkörperelements 36 verlaufen Zulaufkanäle 40 zwischen den Ausnehmungen 44 und dem Einlaufsegment 38 der Drallkammer 32 in einem Winkel zur Achse 26. Die Zulaufkanäle münden in das Einlaufsegment 38 über drallkammerseitige Mündungen 42 und weisen in einer Innenwand der Ausnehmungen 44 liegende Mündungen 46 auf, so daß Flüssigkeit über die Ausnehmungen 44 durch die Zulauf­ kanäle 40 in die Drallkammer 32 einströmen kann.

Die drallkammerseitigen Mündungen 42 der Zulaufkanäle 40 sind, wie in Fig. 2 gezeigt, längs einer Umfangslinie des Zylindersegments 38 versetzt angeordnet und zwar so, daß die Wandung eines Zulaufkanals 40 an einer Mündung 42 und die Wandung des zylindrischen Einlaufsegments 38 die gleiche Tangentialfläche aufweisen.

Die drallkammerseitigen Mündungen 42 der Zulaufkanäle 40 sind ferner in axialer Richtung gestaffelt angeordnet (Fig. 3). Bei einer Variante eines Ausführungsbeispiels weisen die Mündungen 42 einen elliptischen Querschnitt 72 auf, wobei die elliptische Mündungsöffnung insbesondere durch die Länge der kleinen Halbachse 74 charakterisiert ist.

Die drallkammerseitigen Mündungen 42 sind mit an Schienen 80 verschiebbaren Schiebern 82 versehen, durch die die Mündungen 42 insbesondere teilweise abgedeckt werden können. Die Schieber 82 sind über Halteelemente 84 an den Schienen 80 feststellbar. Die Schienen 80 und die Schieber 82 sind außer­ dem so im Düsenkörperelement 36 angeordnet, daß sie nicht in die Drallkammer 32 hineinreichen.

Auf der dem Gehäuseboden 14 abgewandten Seite des Düsenkör­ perelements 36 sitzt im Hohlraum 18 ein Filter 48, das in seinem Zentrum eine zylindrische Öffnung 50 koaxial zur Achse 26 aufweist.

An ihrem dem Gehäuseboden 14 abgewandten Ende weisen die Gehäusewände 16 eine Ausnehmung auf. Dadurch entsteht eine ringförmige Auflagefläche, auf der eine Deckelplatte 54 sitzt. Die Deckelplatte 54 umfaßt einen ausragenden Stutzen 56. Die Deckelplatte 54 mit ihrem Stutzen 56 weist eine zylindrischen Kanal 58 koaxial zur Achse 26 auf.

Zwischen dem Filter 48 und der Deckelplatte 54 ist ein Scheibenelement 59 angeordnet, dessen Höhe kleiner ist als die lichte Höhe zwischen der der Deckelplatte 54 zugewandten Seite des Filters 48 und der dem Filter 48 zugewandten Seite der Deckelplatte 54, und dessen Durchmesser ist kleiner als der Innendurchmesser des Hohlraums 18. Dadurch entsteht zwischen Scheibenelement 59 und Deckelplatte 54 und zwischen einer Stirnkante des Scheibenelements 59 und den Gehäuse­ wänden 16 ein Hohlraum, durch den Flüssigkeit dem Filter 48 zufließen kann.

In der Drallkammer 32 ist eine Ventilnadel 60 angeordnet, welche im Einlaufsegment 38 in axialer Richtung verschieblich ist. Die Ventilnadel 60 weist eine konische Spitze 68 auf, welche zum Gehäuseboden 14 zeigt. Durch die Umfangslinie der Basis des Konus der konischen Spitze 68 ist ein Steuerkante 66 gebildet. Durch die Ventilnadel 60 werden die zwischen der Steuerkante 66 und der dem Gehäuseboden 14 abgewandten Seite des Düsenkörperelements 36 liegenden drallkammerseitigen Mündungen 42 der Zulaufkanäle in das Einlaufsegment 38 abge­ deckt (Fig. 3).

Die Ventilnadel 60 weist einen Ventilnadelschaft 62 auf, der durch die zylindrische Öffnung 50 im Filter 48, durch eine Öffnung im Scheibenelement 59 und durch den zylindrischen Kanal 58 in der Deckelplatte verläuft. Die axiale Ver­ schiebung der Ventilnadel erfolgt über diesen Ventilnadel­ schaft 62. In der Öffnung 50 sind zwischen dem Filter 48 und dem Ventilnadelschaft 62 Dichtungen 64 angeordnet, so daß keine Flüssigkeit durch die Öffnung im Scheibenelement 59 in die Öffnung 50 im Filter 48 gelangen kann. Die Dichtungen 64 sind so angeordnet, daß die Ventilnadel 60 im Einlaufsegment 38 in Richtung Deckelplatte 54 bis zu einer Höhe verschieb­ lich ist, bei der sie keine drallkammerseitigen Mündungen 42 der Zulaufkanäle 40 abdeckt.

Das Einlaufsegment 38 weist auf seiner dem Filter 48 zuge­ wandten Seite eine ringförmige Ausnehmung auf, in der ein Dichtungselement 70, vorzugsweise ein O-Ring, zwischen der Ventilnadel 60 und dem Einlaufsegment 38 angeordnet ist. Dadurch wird verhindert, daß Flüssigkeit aus dem Filter 48 über denjenigen Teil der Öffnung 50, der aufgrund der Ver­ schieblichkeit der Ventilnadel 60 im Einlaufsegment 38 keine Dichtung zwischen dem Filter 48 und dem Ventilnadelschaft 62 aufweist, direkt in das Einlaufsegment 38 gelangen kann.

Die Drallkammer 32 umfaßt, wie in Fig. 4 gezeigt, mehrere Segmente. In der gezeigten Variante eines Ausführungsbei­ spiels umfaßt die Drallkammer das zylindrische Einlaufsegment 38, auf das ein in radialer Richtung senkrecht zur Achse 26 konisch sich erweiterndes Segment 88 folgt. Auf das konisch sich erweiternde Segment 88 folgt ein zylindrisches Segment 90, das einen größeren Durchmesser aufweist als das zylin­ drische Einlaufsegment 38. Auf das zylindrische Segment 90 folgt ein in radialer Richtung konisch sich erweiterndes Segment 92. Das Düsenkörperelement umfaßt die Segmente 38, 88, 90 und 92 der Drallkammer.

Auf das konisch sich erweiternde Segment 92 folgt ein zylin­ drisches Segment 94, das einen größeren Durchmesser aufweist als das zylindrische Segment 90. Auf das Segment 94 folgt ein konisch zusammenlaufendes Segment 96, das in der Düsenöffnung 34 mündet. Die Segmente 94 und 96 werden von der Düsenplatte 30 umfaßt.

Am Übergang vom Einlaufsegment 38 zum konisch sich erweitern­ den Segment 88 sowie beim Übergang vom zylindrischen Segment 90 zum konisch sich erweiternden Segment 92 liegen rück­ springende Flächen 98 vor.

Diese rückspringenden Flächen 98 sind, wie in Fig. 5 gezeigt, durch einen Kantenwinkel 100 und einen Krümmungsradius 102 charakterisiert. Der Kantenwinkel 100 ist dabei als der spitze Winkel zwischen einem zur Achse 26 koaxial-symmetrisch liegenden Flächenelement 104 und dem rückspringenden Flächen­ element 98 definiert. Der Krümmungsradius 102 ergibt sich als der Radius eines Kreises 106, dessen Mittelpunkt auf der Winkelhalbierenden 108 des Flächenelements 104 und des Flächenelements 98 so liegt, daß er die beiden Flächen­ elemente 98 und 104 tangential berührt.

In einer Variante einer Ausführungsform (Fig. 6) weist das zylindrische Segment 90 auf seiner Innenwand 110 eine ge­ windeartige Struktur auf, die aus dreieckförmigen Erhebungen 112 auf der Innenwand 110 gebildet ist. Die dreieckförmigen Erhebungen 112 weisen eine Flanke 114 und eine Flanke 116 auf, wobei die Flanken 114 und 116 aneinander stoßen. Durch die Flanken 116 weist die Innenwand 110 des Segments 90 rück­ springende Flächen 98 auf. Insbesondere können ein, oder mehrere oder alle Segmente der Drallkammer 32 eine Innenwand­ struktur aufweisen.

Die zu zerstäubende Flüssigkeit wird mit einem Vordruck, der beispielsweise in der Größenordnung yon 3 bar liegt, durch die zylindrische Öffnung 58 in der Deckelplatte 54 in die Kegelstrahldralldüse 10 eingeführt. Die Flüssigkeit strömt in axialer Richtung durch den Stutzen 56 und wird beim Eintritt in den Hohlraum 18 in radialer Richtung umgelenkt. Durch den Hohlraum zwischen dem Scheibenelement 59 und den Gehäuse­ wänden 16 strömt sie dem Filter 48 zu und durchläuft an­ schließend das Filter 48. Das Flüssigkeitsfilter 48 hat die Aufgabe, Festkörperteilchen aus der Flüssigkeit auszufiltern, um Beschädigungen oder Verstopfungen in den Zulaufkanälen 40 und der Drallkammer 32 zu vermeiden.

Über die Ausnehmungen 44 gelangt die Flüssigkeit in die Zulaufkanäle 40 und strömt durch die Zulaufkanäle 40 in die Drallkammer 32. Die Anordnung der drallkammerseitigen Mün­ dungen 42 auf dem Kreisumfang des Einlaufsegments 38 (Fig. 2) sorgt dafür, daß die Flüssigkeit beim Einströmen in die Drallkammer maximalen Drall erhält.

Über die axiale Stellung der Ventilnadel 60 erfolgt durch die Bedeckung von drallkammerseitigen Mündungen 42 eine Durch­ flußregelung von Flüssigkeit durch die Kegelstrahldralldüse 10. Eine zusätzliche Flüssigkeitsdurchflußsteuerung kann durch die Variation des Vordrucks erfolgen, mit dem die Flüssigkeit der Kegelstrahldralldüse 10 zugeführt wird.

Durch die elliptische 72 Formgebung der drallkammerseitigen Mündungen 42 und durch teilweises Abdecken der Mündungen 42 durch die Schieber 82 wird der Turbulenzgrad der in die Drallkammer einströmenden Flüssigkeit erhöht. Ebenfalls turbulenzfördernd für die sie umströmende Flüssigkeit wirkt die konische Spitze 68 der Ventilnadel 60.

Der Übergang von dem Einlaufsegment 38 zu dem konisch sich erweiternden Segment 88 weist eine rückspringende Fläche 98 auf. Eine solche rückspringende Fläche 98 wirkt ebenfalls turbulenzfördernd, insbesondere dann, wenn der zugehörige Kantenwinkel 100 größer als ungefähr 6° ist und wenn der Krümmungsradius 102 kleiner als ein Zehntel und insbesondere kleiner als ein Hundertstel der Mischungslänge ist. Die Mischungslänge ist dabei wesentlich durch die Strahlbreite der aus den Zulaufkanälen 40 in die Drallkammer 32 ein­ strömenden Flüssigkeit bestimmt. Bei durch Schieber 82 nicht abgedeckten Mündungen 42 ist die Strahlbreite durch die Länge der kleinen Halbachse 74 bzw. bei teilweise abgedeckten Mündungen 42 durch die Länge des nicht abgedeckten Teils der Mündungen 42 bestimmt. Vorteilhafterweise liegt die Mündungs­ kante eines Zulaufkanals 40 direkt an dem Übergang von dem Einlaufsegment 38 zum Segment 88.

Beim Übergang vom Segment 90 zum Segment 92 liegt ebenfalls eine turbulenzfördernde rückspringende Fläche 98 vor.

Durch die turbulente Strömung der Flüssigkeit in der Drall­ kammer wird eine homogenere Tröpfchenverteilung in der zer­ stäubten Flüssigkeit erreicht.

Die konisch sich erweiternden Segmente 88 und 92 besitzen eine Filterwirkung bezüglich der Tröpfchengröße in der Flüssigkeit, da in den Segmenten eine Beschleunigung von Flüssigkeitsteilchen in axialer Richtung bewirkt wird. Durch diese Beschleunigung bleiben größere Teilchen gegenüber kleineren zurück und außerdem lösen sich kleinere Flüssig­ keitsteilchen von der Wand. Dadurch wird eine homogenere Tröpfchenverteilung erreicht.

Die Höhe der Drallkammersegmente 88, 90, 92, 94 und 96 in axialer Richtung, die Größe der Kantenwinkel an den rück­ springenden Flächen 98, die Durchmesser der Segmente der Drallkammer 32 und der Durchmesser bzw. bei elliptischer Formgebung die Länge der großen und kleinen Halbachse, und die Stafflungshöhe der Zulaufkanäle 40, welche in das Ein­ laufsegment 38 münden, sind so dimensioniert, daß sich im Kegelstrahl der zerstäubten Flüssigkeit die optimale Tröpfchengröße ergibt.

In einer Variante eines Ausführungsbeispiels ist, wie in Fig. 7 in einem Blockschaltbild angedeutet, die axiale Bewegung der Ventilnadel 60 über den Ventilnadelschaft 62 durch eine Motoreinheit 118 gesteuert. Der aus der Kegelstrahldralldüse 10 austretende Kegelstrahl der zerstäubten Flüssigkeit wird einer Vorrichtung 120 zugeführt. Es kann sich dabei bei­ spielsweise um die einer Kraftstoff-Zerstäubungsvorrichtung nachgeschalteten Elemente eines Verbrennungsmotors handeln.

Von dem Flüssigkeitsdurchfluß durch die Kegelstrahldralldüse abhängige charakteristische Größen der als Ganzes einschließ­ lich Kegelstrahldralldüse mit 122 bezeichnete Vorrichtung werden durch einen Meßfühler 124 registriert. Bei einem Ver­ brennungsmotor kann es sich dabei beispielsweise um den An­ teil von Gasen wie Kohlenmonoxid oder Kohlenoxid in den Aus­ puffgasen handeln. Die vom Meßfühler 124 registrierte Meß­ größe bzw. registrierten Meßgrößen werden an eine Steuer- und Regelungseinheit 126 weitergegeben, welche über eine Pumpe 128 den Vordruck in der über Leitungen 130 der Kegelstrahl­ dralldüse 10 zugeführte Flüssigkeit und/oder über die Motor­ einheit 118 die axiale Bewegung der Ventilnadel 60 steuert, wodurch der Flüssigkeitsdurchfluß durch die Kegelstrahldrall­ düse 10 geregelt wird. Dadurch wird eine Rückkopplungswirkung erzielt. Die Vorrichtung 122 läßt sich damit in ihrer opti­ malen Betriebsweise betreiben.

Es können auch mehrere Kegelstrahldralldüsen 132, die die gleichen oder verschiedene Flüssigkeiten zerstäuben, mit einer Vorrichtung 120 verbunden sein.

Claims (12)

1. Kegelstrahldralldüse zum Zerstäuben von Flüssigkeiten mit einem oder mehreren Zulaufkanälen (40) für die zu zerstäubende Flüssigkeit, welche in eine Drallkammer (32) führen, aus deren Düsenöffnung (34) die zer­ stäubte Flüssigkeit austritt, wobei die Drallkammer (32) in axialer Rich­ tung aus mindestens zwei Segmenten (38, 88, 90, 92, 94, 96) aufgebaut ist, und die Zulaufkanäle (40) so längs einer Umfangslinie eines zylindri­ schen Einlaufsegments (38) versetzt angeordnet sind, daß die Flüssigkeit aus den Zulaufkanälen (40) in die Drallkammer (32) tangential ein­ strömen kann, dadurch gekennzeichnet, daß sich an das zylindrische Einlaufsegment (38) ein in radialer Richtung konisch sich erweiterndes Segment (88) anschließt, so daß am Übergang zwischen den Segmenten (38, 88) eine rückspringende Fläche (98) vorliegt, wobei der Kanten­ winkel (100) an der rückspringenden Fläche (98) größer als 4° ist, um eine turbulenzerzeugende rückspringende Fläche (98) bereit­ zustellen.

2. Kegelstrahldralldüse nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zusätzliche turbulenzerzeugende rück­ springende Flächen (98) durch eine gewindeartige Aus­ formung der Innenwand einiger oder aller Segmente der Drallkammer (32) vorhanden sind.

3. Kegelstrahldralldüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß unmittelbar an der der Düsenöffnung (34) nächstliegenden Mündungskante des der Düsenöffnung (34) nächstliegenden Zulaufkanals eine rückspringende Fläche (98) liegt.

4. Kegelstrahldralldüse nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius (102) einer rückspringenden Fläche (98) kleiner ist als etwa ein Zehntel der den Flüssigkeits­ wirbeln in der Drallkammer (32) zugeordneten Mischungs­ länge und insbesondere kleiner ist als ein Hundertstel der Mischungslänge.

5. Kegelstrahldralldüse nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kantenwinkel (100) an einer rückspringenden Fläche (98) größer ist als 6°.

6. Kegelstrahldralldüse nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drallkammer (32) mindestens ein sich konisch erweiterndes Segment (88) aufweist.

7. Kegelstrahldralldüse nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zulaufkanäle (40) an ihren Mündungen (42) in die Drallkammer (32) ver­ stellbare Schieber (82) zum teilweisen Abdecken der einzelnen Mündungen aufweisen.

8. Kegelstrahldralldüse nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungen (42) der Zulaufkanäle (40) in die Drallkammer (32) einen elliptischen Querschnitt (72) aufweisen.

9. Kegelstrahldralldüse nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungen (42) der Zulaufkanäle (40) in die Drallkammer (32) in axialer Richtung gestaffelt angeordnet sind.

10. Kegelstrahldralldüse nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Durchflußrege­ lung durch die erfindungsgemäße Vorrichtung mittels einer in die Drallkammer (32) hineinreichenden axial verschieb­ lichen Ventilnadel (60) erfolgt.

11. Kegelstrahldralldüse nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ventilnadel (60) eine die Turbulenz der umströmenden Flüssigkeit fördernde konische Stirnfläche (68) aufweist.

12. Kegelstrahldralldüse nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Motoreinheit (118) die axiale Bewegung der Ventilnadel (60) steuert.