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Strahlgerät für das Druckluftstrahlen
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Die Erfindung betrifft ein Strahlgerät für das Druckluftstrahlen,
mit einer Strahldüse mit einem Strahlmittelanschluß und mit einem Strahimittelaustritt
sowie mit einem die Strahldüse umgebenden Strahlgehäuse mit einem Druckluftanschluß,
wobei zwischen der Strahldüse und dem Strahlgehäuse ein mit dem Druckluftanschluß
in Verbindung stehender Druckluftraum vorgesehen ist und der Druckluft raum einen
sich an den Strahlmittelaustritt der Strahldüse anschließenden Strahlgerätaustritt
aufweist.
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Beim Druckluftstrahlen, das früher auch als Sandstrahlen bezeichnet
worden
ist und heute gelegentlich auch als Freistrahlen bezeichnet wird, wird regelmäßig
ein Strahlmittel mit einem Tragluftstrom aus einer Strahldüse gegen eine zu.behandelnde
Oberfläche geblasen, und zwar mit einer verhältnismäßig großen Austrittsgeschwindigkeit,
die bis zu ca. 100 m/sec, bei - im Rahmen der Erfindung vorzugsweise einzusetzenden
- venturiartigen Strahldüsen sogar bis zu ca. 200 m/sec betragen kann.
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Strahlgeräte für das Druckluftstrahlen sind (aus der Praxis) in verschiedenen
Ausführungsformen bekannt, bei denen überlichweise Strahlmittel und Tragluftstrom
durch eine einzige Schlauchleitung dem Strahlgerät zugeleitet werden. Weil dabei
der Tragluftstrom sowohl den Transport des Strahlmittels zum Strahlgerät als auch
die Beschleunigung des Strahlmittels in der Strahldüse bewirkt, lassen sich dabei
die Austrittsgeschwindigkeit und die je Zeiteinheit austretende Menge des Strahlmittels
allenfalls gemeinsam, auf keinen Fall aber voneinander unabhängig beeinflussen.
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Um eine wirkungsvolle und voneinander unabhängige Beeinflussung von
Austrittsgeschwindigkeit und Menge des Strahlmittels zu ermöglichen, ist ein Strahlgerät
des eingangs beschriebenen Aufbaus bekannt (vgl. auch die Patentanmeldung P 27 06
525.4-14), bei dem neben dem durch Tragluft geförderten Strahlmittel dem Strahlgerät
zusätzlich Druckluft zugeführt wird, mit der die Austrittsgeschwindigkeit des Strahlmittels
erhöht werden kann. Dieses Strahlgerät hat sich an sich vorzüglich bewährt. Es hat
sich aber gezeigt, daß einerseits eine weitere Erhöhung der Austrittsgeschwindigkeit
des Strahlmittels wünschenswert ist, daß andererseits die Austrittsgeschwindigkeit
des Strahlmittels in einem unerwünscht breiten Bereich schwankt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Strahlgerät des
eingangs erläuterten Aufbaus so auszugestalten und weiterzubilden,
daß
eine hohe und gleichmäßige Austrittsgeschwindigkeit des Strahlmittels erreicht wird,
- wobei eine bestimmte Austrittsgeschwindigkeit des Strahlmittels und die Strömungsverhältnisse
innerhalb des aus dem Strahlgerät austretenden Strahlmittel/Luft -Gemisches leicht
einstellbar sein sollen.
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Das erfindungsgemäße Strahlgerät, bei dem die zuvor aufgezeigte Aufgabe
gelöst ist, ist zunächst und im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß im Druckluftraum
eine Düsenplatte mit einer Strahldüsenausnehmung und einer Mehrzahl von Druckluftdfisen
vorgesehen ist und die Düsenplatte die Strahldüse umgibt und im wesentlichen orthogonal
zur Strahlrichtung angeordnet ist. Damit geht die Erfindung von der Erkenntnis aus,
daß bei dem bekannten Strahlgerät, von dem die Erfindung ausgeht, der Strahlmittelstrom
mantelförmig von dem zusätzlichen Druckluftstrom umgeben ist und daß infolgedessen
vor allem die Strahlmittelpartikel im Randbereich des Strahlmittelstroms durch den
zusätzlichen Druckluftstrom beschleunigt werden, während die Strahlmittelpartikel
im Kernbereich des Strahlmittelstroms nur eine geringe zusätzliche Beschleunigung
erfahren. Wesentlich für die erfindungsgemäß angeordnete und ausgebildete Düsenplatte
ist vor allem, daß die Druckluftdüsen so angeordnet sind, daß sie die zusätzliche
Druckluft in das Innere des Strahlmittelstroms lenken. Das führt zu einer intensiven
gegenseitigen Durchsetzung von Strahlmittel und zusätzlicher Druckluft mit dem Ergebnis,
daß die Austrittsgeschwindigkeit des Strahlmittels weiter vergrößert wird und außerdem
wesentlich gleichmäßiger ist, d.h. daß eine wesentlich schmalere Geschwindigkeitsverteilung
auftritt.
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Im einzelnen gibt es verschiedene Möglichkeiten, das erfindungsgemäße
Strahlgerät auszugestalten und weiterzubilden, was im folgenden nur beispielhaft
erläutert werden soll.
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Bei dem erfindungsgemäßen Strahlgerät kann die Düsenplatte den Druckluftraum
- bis auf die Druckluftdüsen - absperren. Es ist jedoch auch möglich, daß einerseits
zwischen der Strahldüse und der Düsenplatte und/oder andererseits zwischen dem Strahlgehäuse
und der Düsenplatte vorzugsweise kreisringförmige Durchtrittsflächen offen bleiben,
so daß die zusätzliche Druckluft einerseits über die Druckluftdüsen und andererseits
über die kreisringförmigen Durchtrittsflächen aus dem Druckluftraum austreten kann.
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Die Druckluftdüsen können bei dem erfindungsgemäßen Strahlgerät auf
einem zur Strahldüse konzentrischen Kreis oder auf mehreren zur Strahldüse konzentrischen
Kreisen vorgesehen sein, wobei der Abstand zwischen den einzelnen auf einem Kreis
vorgesehenen Druckluftdüsen gleich sein kann. Bei dieser Ausführungsform ergibt
sich ein weitgehend rotationssymmetrisches Profil des Druckluftstromes und des aus
dem Strahlgerät austretenden Strahlmittel/Luft-Gemisches. Es besteht aber auch die
Möglichkeit, die Druckluftdüsen auf mindestens einer die Strahldüse beliebig umgebenden
Linie vorzusehen - und damit ein beliebiges Profil des Druckluftstromes und des
aus dem Strahlgerät austretenden Strahlmittel/Luft-Gemisches zu realisieren. Ein
beliebiges Profil des Druckmittelstromes und des aus dem Strahlgerät austretenden
Strahlmittel/Luft -Gemisches läßt sich auch dadurch erreichen, daß Druckluftdüsen
mit unterschiedlichen Druckluftdüsenquerschnitten vorgesehen werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Strahlgerät kann das Profil des Druckluftstromes
und des aus dem Strahlgerät austretenden Strahlmittel/Luft-Gemisches auch über die
Richtung der Druckluftdüsenachsen festgelegt werden. Wird dafür Sorge getragen,
daß sich die Druckluftdüsonachsen (in einem gemeinsamen Schnittpunkt) auf der Strahldüsenachse
schneiden, so führt das zu einem rotationsymmetrischen Profil des Druckluftstromes
und des aus dem Strahlgerät austretenden Strahlmittel/Luft-Gemisches. Es besteht
aber auch
die Möglichkeit, dafür Sorge zu tragen, daß die einzelnen
Druckluftdüsenachsen die Strahldüsenachse in verschiedenen Schnittpunkten schneiden
- wobei sich also die Druckluftdüsenachsen nicht (in einem gemeinsamen Schnittpunkt)
auf der Strahldüsenachse schneiden. Schließlich besteht insoweit auch die Möglichkeit,
in dem erfindungsgemäßen Strahlgerät eine Düsenplatte vorzusehen, die so ausgeführt
ist, daß mindestens eine Druckluftdüsenachse die Strahldüsenachse nicht schneidet.
Bei dieser Ausführungsform kann also ein mehr oder weniger starker Drall erzeugt
oder einem anderweitig erzeugten mehr oder weniger starken Drall entgegengegewirkt
werden. Die Erzeugung eines Dralls gibt die Möglichkeit, auch bei einem verhältnismäßig
großem Querschnitt des aus dem Strahlgerät austretenden Strahlmittel/Luft-Gemisch
einerseits eine hohe, andererseits eine weitgehend gleichmäßige Austrittsgeschwindigkeit
zu erreichen. Außerdem kann der Drall zu besonderen Effekten auf der Oberfläche
führen, die unter Einsatz des erfindungsgemäßen Strahlgerätes behandelt wird.
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Bei einem erfindungsgemäßen Strahlgerät, bei dem die Druckluftddsen
auf mehreren zur Strahldüse konzentrischen Kreisen vorgesehen sind und die Druckluftdüsenachsen
die Strahldüsenachse nicht schneidet, kann es vorteilhaft sein, die Druckluftdüsenachsen
der auf einem Kreis vorgesehenen Druckluftdüsen entgegengesetzt zu den Druckluftdüsenachsen
der auf einem anderen Kreis vorgesehenen Druckluftdüsen zu richten. Das führt dazu,
daß es im Wechselwirkungsbereich zwischen dem Strahlmittel und der Druckluft zu
einer sehr intensiven Durchmischung von Strahlmittel und Druckluft und damit zu
einer weitgehend gleichmäßigen Austrittsgeschwindigkeit innerhalb des aus dem Strahlgerät
austretenden Strahlmittel/Luft -Gemisches kommt, das aber gleichwohl in dem aus
dem Strahlgerät austretenden Strahlmittel/Luft-Gemisch die durch die Druckluftddsen
erzeugten Drallströmungen weitgehend kompensiert sind.
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Es ist nicht erforderlich, daß bei dem erfindungsgemäßen Strahlgerät
die Druckluftdüsen unter allen Umständen als Düsen im üblichen Sinn ausgeführt sind,
sie können vielmehr auch durch einfache zylindrische Bohrungen realisiert werden.
Vorzugsweise sind die Druckluftdüsen jedoch zumindest teilweise in Richtung der
Druckluftdüsenachsen konvergierend ausgebildet, - so daß dadurch die hindurchtretende
Druckluft gleichsam eine scharfe Bündelung erfährt. Im übrigen empfiehlt es sich,
die Länge der Druckluftdüsen nicht kleiner als deren Austrittsdurchmesser zu wählen.
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Bei der bisher beschriebenen Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Strahlgerätes sind zwei Beschleunigungsstrecken realisiert. Eine erste Beschleunigungsstrecke
(für das Strahlmittel) ist durch die Strahldüse gegeben. Eine zweite Beschleunigungsstrecke
(für die zusätzliche Druckluft) liegt in Form des Druckluftraumes und der daran
anschließenden Druckluftdüsen vor. Nun kann es zweckmäßig sein, bei dem erfindungsgemäßen
Strahlgerät gleichsam noch eine dritte Beschleunigungsstrecke zu verwirklichen,
und zwar für das Strahlmittel/Luft-Gemisch. Dazu empfiehlt es sich, in das Strahlgehäuse
- in Strahlrichtung gesehen - hinter der Düsenplatte noch eine Beschleunigungsdüse
einzusetzen.
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Insgesamt können bei dem erfindungsgemäßen Strahlgerät die Austrittsgeschwindigkeit
des aus dem StraBlgerät austretenden Strahlmittel/Luft-Gemisches und die Strawigsverhältnisse
innerhalb des aus dem Strahlgerät austretenden Strahlmittel/Luft-Gemisches in extrem
weiten Grenzen durch einfache Maßnahmen festgelegt werden.
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Darin ist zusammengefaßt der durch die Erfindung erreichte Vorteil
zu sehen.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich Ausführungsbeispiele
darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigt
Fig. 1 eine bevorzugte
Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Strahlgerätes und Fig. 2 verschiedene Ausführungsformen
von in dem Strahlgerät nach bis 5 Fig. 1 einsetzbaren Düsenplatten, jeweils mit
einer - in Strahlungsrichtung gesehen - hinter der Düsenplatte vorgesehenen Beschleunigungsdüse.
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Das in Fig. 1 dargestellte Strahlgerät ist für das Druckluftstrahlen
bestimmt und weist zunächst eine Strahldüse 1 mit einem Strahlmittelanschluß 2 und
mit einem Strahlmittelaustritt 3 sowie ein die Strahldüse 1 umgebendes Strahlgehäuse
4 mit einem Druckluftanschluß 5 auf. Zwischen der Strahldüse 1 und dem Strahlgehäuse
4 ist ein mit dem Druckluftanschluß 5 in Verbindung stehender Druckluftraum 6 vorgesehen.
Der Druckluftraum 6 weist einen sich an den Strahlmittelaustritt 3 der Strahldüse
1 anschließenden StrahlgerXtaustritt 7 auf.
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Erfindungsgemäß ist im Druck luftraum 6 des Strahlgerätes eine Düsenplatte
8 mit einer Strahldüsenausnehmung 9 und einer Mehrzahl von Druckluftdüsen 10 vorgesehen.
Die Düsenplatte 8 umgibt die Strahldüse 1 und ist im wesentlichen orthogonal zur
Strahlrichtung 11 angeordnet.
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In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Strahlgerätes sind die Druckluftdüsen 10 auf einem zur Strahldüse 1 konzentrischen
Kreis vorgesehen. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Druckluftdüsen auf
mehreren zur Strahldüse konzentrischen Kreisen oder auf mindestens einer die Strahldüse
beliebig umgebenden Linie vorzusehen. Auch zeigen die Figuren insoweit bevorzugte
Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Strahlgerätes, als alle Druckluftdüsen gleiche
Druckluftdüsenquerschnitte
aufweisen. Auch hier besteht insoweit
die Möglichkeit einer Abänderung, als die Druckluftdüsen mit unterschiedlichen Druckluftdüsenquerschnitten
ausgeführt sein können.
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Wie die Figuren 1 bis 3 zeigen, können sich bei dem erfindungsgemaßen
Strahlgerät die Druckluftdüsenachsen 12 (in einem gemeinsamen Schnittpunkt 13) auf
der Strahldüsenachse 14 schneiden. (Die Strahldüsenachse 14 fällt mit der Strahlrichtung
11 zusammen). Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Düsenplatte 8 so aus zu
führen, daß, wie dies die Figuren 4 und 5 zeigen, die einzelnen Druckluftdüsenachsen
12 die Strahldüsenachse 14 in verschiedenen Schnittpunkten 15, 16 schneiden. Nicht
dargestellt ist, daß die Düsenplatte auch so ausgeführt sein kann, daß mindestens
eine Druckluftdüsenachse die Strahldüsenachse nicht schneidet.
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In Bezug auf die Düsenplatte 8 des erfindungsgemäßen Strahlgerätes
und die in der Düsenplatte 8 verwirklichten Druckluftdüsen 10 zeigen die Figuren
insoweit eine bevorzugte Ausführungsform, als die Druckluftdüsen 10 teilweise in
Richtung der Druckluftdüsenachsen 12 konvergierend ausgebildet sind und als die
Länge der Druckluftdüsen 10 nicht kleiner ist als deren Austrittsdurchmesser.
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Nicht dargestellt ist in den Figuren, daß die Düsenplatte des erfindungsgemäßen
Strahlgerätes mehrteilig ausgeführt sein kann, so daß - durch eine Drehung der Düsenplattenteile
zueinander - unterschiedliche Druckluftdüsenguerschnitte eingestellt werden können
(Blendenprinzip).
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Im übrigen zeigen die Figuren insoweit eine bevorzugte AusfUhrungsform
eines erfindungsgemäßen Strahlgerätes, als in das Strahlgehäuse 4 - in Strahlrichtung
11 gesehen - hinter der Düsenplatte 8 noch eine Beschleunigungsdüse 17 eingesetzt
ist.
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In den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 1, 2 und 4 liegen der
gemeinsame Schnittpunkt 13 der Druckluftdüsenachsen 12 bzw.
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die Schnittpunkte 15, 16 der Druckluftdüsenachsen 12 mit der Strahldüsenachse
14 innerhalb der Beschleunigungsdüse 17, während in den Ausführungsbeispielen nach
den Figuren 3 und 5 der gemeinsame Schnittpunkt 13 der Druckluftdüsenachsen 12 bzw.
die Schnittpunkte 15, 16 der Druckluftdüsenachsen 12 mit der Strahldüsenachse 14
außerhalb der Beschleunigungsdüse 17 liegen.