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Beschreibung
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Spritzkopf am Strahlrohr eines Hochdruckreinigungsgerätes Die Erfindung
betrifft einen Spritzkopf am Strahlrohr eines Hochdruckreinigungsgerätes mit einem
Düsenkörper, der an einem um eine Drehachse drehbar am Strahlrohr gelagerten Lagerkörper
gehalten ist und eine einen Punktstrahl erzeugende Düsenbohrung aufweist, die so
gerichtet ist, daß der von ihr abgegebene Punktstrahl nicht mit der Drehachse zusammenfällt.
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Mit Hochdruckreinigungsgeräten, die am Spritzkopf des handgeführten
Strahlrohres einen Punktstrahl erzeugen, kann eine zu reinigende Fläche nur dadurch
überstrichen werden, daß die Bedienungsperson das Strahlrohr entsprechend führt.
Dabei erhält man zwar im Aufprallbereich eine gute Reinigungswirkung, es besteht
aber die Gefahr, daß die zu reinigende Fläche nicht gleichmäßig überstrichen wird.
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Die Gleichmäßigkeit der Reinigung läßt sich durch die Verwendung von
Flachstrahldüsen verbessern, also von Düsen, die den Strahl auf fächern. Jedoch
erfahren dabei die Flüssigkeitsteilchen im Flachstrahl beim Durchfliegen der Luft
eine so große Abbremsung, daß bereits in geringer Entfernung vom Spritzkopf keine
ausreichende Reinigungswirkung mehr erzielbar ist.
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Es ist bereits bekannt, Düsenkörper für Punktstrahl oszillierend zu
lagern und dadurch den Punktstrah; in eine Schwingungsbewegung zu versetzen. Damit
gelingt es zwar, einen grösseren Bereich einer zu reinigenden Fläche mit einem Punktstrahl
zu überstreichen, jedoch ist eine solche oszillierende Lagerung der Düse in der
Konstruktion aufwendig. Außerdem verweilt der Strahl bei solchen Düsen in den Umkehrpunkten
unverhältnismäßig lange, so daß eine gleichmäßige Reinigungswirkung über den gesamten
aufgefächerten Strahl nicht erreichbar ist. Durch die oszillierende Bewegung und
die damit verbundenen Trägheitskräfte übertragen sich kurze Stöße auf das Strahlrohr,
das bei einem solchen oszillierenden Düsenkörper daher von der Bedienungsperson
nur schwer gehalten werden kann. Die Arbeit mit einem solchen Strahlrohr ist daher
sehr ermüdend.
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Es ist weiterhin ein Spritzkopf bekannt geworden, bei dem am Strahlrohr
ein Lagerkörper um eine Längsachse frei drehbar gelagert ist. Dieser trägt mindestens
eine Austrittsdüse, die außerhalb der Drehachse angeordnet ist und durch den Rückstoß
des abgegebenen Strahles ein Drehmoment auf den Laqerkörper überträgt. Dadurch bewegt
sich der Düsenkörper au einer Kreisbahn um die Drehachse, wodurch auch der Punktstrahl
kreisförmig abgelenkt wird. Diese Konstruktion erfordert jedoch
einen
sehr sperrigen Aufbau und es nicht möglich, den Strahl in beliebiger Richtung zu
lenken, da die Rückstoßkräfte von der Strahlrichtung abhängen. Nur wenn der Strahl
eine ausreichend große Komponente in Umfangsrichtung aufweist, kann die gewünschte
Drehung des Lagerkörpers erzielt werden.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Spritzkopf der erfindungsgemäßen
Art derart zu verbessern, daß er bei einem kleinen kompakten Aufbau eine vollkommen
gleichmäßige Abgabe eines Punktstrahles längs einen Kegelmantels ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird bei einem Spritzkopf der eingangs beschriebenen
Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Lagerkörper als in einem Gehäuse angeordneter
Turbinenläufer mit Turbinenschaufeln und Turbinenkanälen ausgebildet ist, da£ das
Gehäuse einen mit dem Strahlrohr verbundenen Einlaß und Umlenkelemente aufweist,
die die durch den Einlaß eintretende Reinigungsflüssigkeit gegen die Turbinenschaufeln
oder in die Turbinenkanäle einleiten, wobei die Turbinenschaufeln oder Turbinenkanäle
und die Umlenkelemente so ausgebildet sind, daß der Turbinenläufer um seine Drehachse
verdreht wird, daß die Düsenbohrung an ihrer Einlaßseite mit einem Sammelraum verbunden
ist, in den die Reinigungsflüssigkeit nach dem Durchgang durch die Turbinenschaufeln
oder Turbinenkanäle gelangt, und daß die Düsenbohrung gegenüber der Drehachse geneigt
ist.
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Die Verwendung eines gleichzeitig die Düsenbohrung tragenden Turbinenläufers
ermöglicht einen besonders kompakten Aufbau,
da durch die Ausbildung
als Turbine die strömende Bewegung der Reinigungsflüssigkeit besonders vorteilhaft
in eine Drehbewegung umgesetzt werden kann. überraschend ist dabei, daß die Druckverluste
für die Flüssigkeit wesentlich geringer sind als beispielsweise bei einem Antrieb
eines drehenden Lagerkörpers durch den Rückstoß des austretenden Punktstrahles,
so daß mit der vorgeschlagenen Konstruktion die Flüssigkeit mit fast unvermindertem
Druck aus der Düsenbohrung austreten kann.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Düsenbohrung unmittelbar in
den Turbinenläufer eingearbeitet ist, so daß der Turbinenläufer gleichzeitig den
Düsenkörper bildet. Dadurch ergibt sich eine besonders kompakte Ausgestaltung, denn
in dem Gehäuse müssen lediglich Umlenkelemente und der eine Baueinheit aus Turbinenläufer
und Düsenkörper bildende Lagerkörper angeordnet sein.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Sammelraum im Turbinenläufer
angeordnet. Auch dies trägt zur Konpaktheit des Spritzkopfes bei und verhindert
außerdem, daß komplizierte Dichtungsmaßnahmen erforderlich sind.
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Die Turbine kann axial oder radial angeströmt werden.
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Es ist günstig, wenn die Düsenbohrung in der Drehachse des Turbinenläufers
oder in geringem Abstand von dieser endet.
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Dadurch ergibt sich ein im wesentlichen exakt kegelmantelförmiger
Verlauf des Punktstrahles, wobei durch den Austritt in der Drehachse oder mit geringem
Abstand von dieser auch ein besonders ruhiger Lauf des Lagerkörpers erreicht werden
kann, der nicht durch seitliche Kräfte und Kippmomente beeinflußt wird. Besonders
vorteilhaft ist es, wenn der Turbinenläufer
einen den Turbinenschaufeln
oder Turbinenkanälen gegenüberliegenden, zur Drehachse konzentrischen Zapfen aufweist,
der in eine Öffnung im Gehäuse eintaucht und durch dessen Stirnseite die Düsenbohrung
austritt. Es ergibt sich damit im Gehäuse eine kleine zentrale öffnung, in der sich
der Zapfen mit der Auslaßöffnung der Düsenbohrung befindet, während das Gehäuse
ringsum geschlossen sein kann.
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Der Zapfen ist vorzugsweise gegenüber dem Gehäuse abgedichtet, beispielsweise
können in die Außenwand des Zapfens Umfangsnuten eingearbeitet sein, so daß sich
eine Labyrinthspaltdichtung bildet.
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Der Turbinenläufer kann im Gehäuse mittels eines Gleitlagers oder
vorzugsweise mittels eines Kugellagers gelagert sein.
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Eine besonders günstige Ausgestaltung eines solchen Kugellagers ergibt
sich, wenn dieses abwechselnd Stahlkugeln und Kunststoffkugeln enthält. Die Kunststoffkugeln
haben in einem solchen Kugellager selbstschmierende Eigenschaften, da sie kleine
Unebenheiten in den Stahlkugeln schließen und diese glätten. Außerdem können sich
Schmutzpartikelchen in die Kunststoffkugeln eindrücken, so daß sie auf diese Weise
den Betrieb des Kugellagers nicht mehr stören. Ein solches Kugellager hat somit
auch selbstreinigende Wirkung.
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Es wird darauf hingewiesen, daß ein solches Kugellager nicht nur in
der Anwendung in dem vorliegend beschriebenen Spritzkopf von Vorteil ist, sondern
daß die Konstruktion eines solchen Kugellagers von allgemeiner Bedeutung ist und
auch in anderen Geräten mit Vorteil eingesetzt werden kann. Die Erfindung
bezieht
sich daher auch auf ein solches Kugellager für andere Verwendungszwecke.
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Das Kugellager ist vorteilhaft als Schrägkugellager ausgebildet, es
ist auch die Verwendung von Axialkugellagern möglich.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind im Gehäuse Strömungswege
vorgesehen, durch die das Kugellager beidseitig von der Reinigungsflüssigkeit im
Gehäuse beaufschlagbar ist.
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Dadurch wird verhindert, daß das Kugellager von der Reinigungsflüssigkeit
durchströmt und das in ihm enthaltene Dauerschmierfett dadurch aus dem Kugellager
entfernt wird.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der Turbinenläufer einen
zum Einlaß hin offenen zylindrischen Hohlraum auf, in den ein die Turbinenkanäle
aufnehmender Einsatz eingeschoben ist. Dieser bildet zwischen sich und der Stirnwand
des zylindrischen Hohlraums den Sammelraum, während die Stirnwand die Düsenbohrung
aufnimmt oder einen die Düsenbohrung aufnehmenden Düsenkörper trägt. Dadurch wird
die Herstellung des Turbinenläufers wesentlich vereinfacht, insbesondere wenn der
Einsatz aus Kunststoff besteht.
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Es kann vorgesehen sein, daß längs des Umfanges des Einsatzes in diesem
gegenüber der Drehachsenrichtung in Umfangsrichtung geneigte Nuten eingearbeitet
sind, die zusammen mit der Innenwand des zylindrischen Hohlraums die Turbinenkanäle
bilden.
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Bei einer axial angeströmten Turbine können die Turbinenkanäle in
der der Düsenbohrung gegenüberliegenden Stirnseite des Turbinenläufers beginnen
und in Umfangsrichtung schräg bis zum Sammelraum verlaufen.
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Es ist dabei vorgesehen, daß die Umlenkelemente einen in dem Gehäuse
zwischen Einlaß und Turbinenläufer angeordneten Umlenkkörper umfassen, der an seiner
dem Turbinenläufer zugewandten Seite in Umfangsrichtung schräg aus ihm austretende
Anströmkanäle aufweist, die den Eintrittsöffnungen der Turbinenkanäle unmittelbar
gegenüberliegen.
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Um die nach dem Verlassen der Turbinenkanäle oder der Turbinenschaufeln
verwirbelnde Reinigungsflüssigkeit zu einem homogenen Punktstrahl auszuformen, ist
es günstig, wenn die Düsenbohrung sich vom Sammelraum bis zum Austrittsende stufenförmig
verengt. Ferner hat es sich als günstig erwiesen, wenn in die Düsenbohrung ein Gleichrichter
eingesetzt ist.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist eine die Drehzahl des
Turbinenläufers begrenzende Flüssigkeits- oder Wirbel strombremse vorgesehen.
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Dabei kann der Turb.'.nen).äuf er bei einer Flüssigkeitsbremse schaufelförmige
Bremselemente aufweisen, die in die Reinigungsflüssigkeit im Gehäuse eintauchen.
Das Gehäuse kann die Drehung der Reinigungsflüssigkeit um die Drehachse des Turbinenläufers
behindernde Bremsglieder tragen.
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Günstig ist es, wenn sich die Bremselemente des Turbinenläufers und
die Bremsglieder am Gehäuse mit geringem Abstand gegenüberliegen.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß die
Bremselemente an der einlaßseitigen Stirnseite des Turbinenläufers und die Bremsglieder
am auslaßseitigen Ende
des Umlenkelementes angeordnet sind. Die
Bremselemente und Bremsglieder verlaufen dabei vorzugsweise radial zur Drehachse.
Es kann auch vorgesehen sein, daß am Außenmantel des Turbinenläufers Bremselemente
angeordnet sind, denen Bremsglieder an der Innenwand des den Turbinenläuf er umgebenden
Gehäuses gegenüberliegen, welche vorzugsweise achsparallele Nuten in der Innenseite
des Gehäuses umfassen. Durch das Zusammenwirken der schaufelförmigen Bremselemente
und der achsparallelen Nuten werden in diesen Wirbel erzeugt, die die Drehgeschwindigkeit
begrenzen, wobei die Bremskräfte mit dem Quadrat der Drehgeschwindigkeit zunehmen,
so daß bei niedriger Drehzahl eine sehr geringe Bremswirkung auftritt, die sich
bei zunehmender Drehzahl so verstärkt, daß schließlich eine Stabilisierung eintritt.
Eine besonders günstige Drehzahl liegt beispielsweise zwischen 3000 und 7000 Umdrehungen
pro Minute.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß
der Turbinenläufer auf seiner der Düsenbohrung abgewandten Seite einen mittels einer
Spaltdichtung abgedichtet in einen Hohlraum im Gehäuse eintauchenden Lagerzapfen
aufweist, und daß der Hohlraum über eine Saugleitung mit einem Injektor in der von
der Reinigungsflüssigkeit durchströmten Zuflußleitung in Verbindung steht. Es gelingt
dadurch, die axial auf den Turbinenläufer wirkenden Kräfte im wesentlichen ins Gleichgewicht
zu bringen. Der Turbinenläufer ist normalerweise allseits von der unter Druck stehenden
Reinigungsflüssigkeit umgeben mit Ausnahme des durch die öffnung im Gehäuse nach
außen zeigenden Bereiches, in dem die Düsenbohrung austritt. Dadurch wirkt auf den
Turbinenläufer eine axiale Kraft, die diesen in Richtung auf die Düsenbohrung zu
verschieben.sucht. Diese Kraft kann dadurch ausgeglichen werden, daß der Lagerzapfen
in den Hohlraum
mit gegenüber dem Druck der Reinigungsflüssigkeit
herabgesetztem Druck mit einer geeigneten Querschnittsfläche eintaucht. Diese kann
vorzugsweise so gewählt werden, daß der Turbinenläufer bei einer bestimmten Strömungsgeschwindigkeit
der Reinigungsflüssigkeit, also einer bestimmten Injektorwirkung, vollständig im
Gleichgewicht steht.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß
der Spritzkopf noch mindestens eine weitere Düsenbohrung aufweist, und daß die aus
dem Strahlrohr in den Spritzkopf eintretende Reinigungsflüssigkeit wahlweise der
weiteren Düsenbohrung oder über den Turbinenläufer dessen Düsenbohrung zuführbar
ist. In diese weitere Düsenbohrung wird üblicherweise eine Flachstrahldüse eingesetzt,
so daß mit einem solchen Spritzkopf ein sich längs eines Regelmantels bewegender
Punktstrahl oder ein Flachstrahl erzeugt werden kann.
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Die Umschalteinrichtung, ein diese mit der weiteren Düsenbohrung verbindender
Kanal und die Düsenbohrung bzw. ein diese aufnehmender Düsenkörper können im Gehäuse
angeordnet sein, so daß sich für beide Düsenbohrungen ein gemeinsames Gehäuse ergibt.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Umschalteinrichtung eine Kammer
mit einem Einlaß und zwei Auslässen sowie einen freibeweglichen Ventilkörper umfaßt,
der durch verschiedene Orientierung im drucklosen Zustand wahlweise vor einem der
beiden Auslässe positionierbar ist und durch den Druck der Reinigungsflüssigkeit
anschließend abdichtend gegen diesen Auslaß gedrückt wird.
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Mit dem beschriebenen Spritzkopf kann in vorteilhafter Weise ein Punktstrahl
längs eines Kegelmantels bewegt werden, wobei durch diese Ausgestaltung gleichzeitig
ein Sog erzeugt wird, der die verspritzte Reinigungsflüssigkeit und von der gereinigten
Fläche abprallende Flüssigkeitsteilchen in Richtung der austretenden Flüssigkeit
mitreißt. Es wird dadurch der zusätzliche Vorteil erreicht, daß die Bedienungsperson
auch durch die von der zu reinigenden Fläche abprallende Flüssigkeit nicht erreicht
wird, da der Sog diese Flüssigkeitsteilchen wieder auf die zu reinigende Fläche
drückt, an der die Flüssigkeit schließlich abläuft.
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Mit diesem Spritzkopf läßt sich eine besonders günstige Reinigungswirkung
erzielen, denn der längs des Kegelmantels geführte Punktstrahl trifft auf die Fläche
als Punktstrahl mit fast unveränderter Energie auf. Führt die Bedienungsperson den
Strahl über die Fläche, wird jeder Bereich nacheinander zweimal überstrichen, wobei
eine völlig gleichmäßige Bewegung des Punktstrahles erfolgt, die zu keinen Vibrationen
des Strahlrohres führt.
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Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen,
daß der Turbinenläuf er über ein Getriebe mit einem die Düsenbohrung aufnehmenden,
drehbar im Gehäuse gelagerten Düsenkörper verbunden ist und seine Drehbewegung über
das Getriebe auf den Düsenkörper überträgt. Bei dieser Ausführung ist also der Lagerkörper
unterteilt in einen eigentlichen Turbinenläufer und einen drehbar gelagerten Düsenkörper,
wobei ein Getriebe zwischengeschaltet ist.
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Durch dieses Getriebe kann beispielsweise eine Untersetzung
der
Drehzahl des Düsenkörpers gegenüber der Drehzahl des Turbinenläufers erreicht werden.
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Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung
dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen: Figur
1 eine Längsschnittansicht durch ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines
Spritzkopfes; Figur 2 eine Schnittansicht längs Linie 2-2 in Figur 1; Figur 3 eine
Schnittansicht längs Linie 3-3 in Figur 1; Figur 4 eine Schnittansicht längs Linie
4-4 in Figur 1; Figur 5 eine Längsschnittansicht durch ein weiteres bevorzugtes
Ausführungsbeispiel eines Spritzkopf es; Figur 6 eine Schnittansicht längs Linie
6-6 in Figur 5; Figur 7 eine Schnittansicht längs Linie 7-7 in Figur 5; Figur 8
eine Längsschnittansicht eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispieles eines
Spritzkopfes;
Figur 9 eine Schnittansicht längs Linie 9-9 in Figur
8; Figur 10 eine Schnittansicht längs Linie 10-10 in Figur 8 und Figur 11 eine Längsschnittansicht
eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Spritzkopfes.
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Der in den Figuren 1 bis 4 dargestellte Spritzkopf ist auf das Ende
eines Strahlrohres 1 eines in der Zeichnung nicht dargestellten Hochdruckreinigungsgerätes
auf geschraubt.
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Bei Hochdruckreinigungsgeräten dieser Art ist das Strahlrohr üblicherweise
mittels eines flexiblen Hochdruckschlauches mit dem Hochdruckreinigungsgerät verbunden
und bildet einen Teil einer Handspritzpistole, mit der ein flüssiges Reinigungsmittel,
beispielsweise unter hohem Druck stehendes Wasser, dem gegebenenfalls eine Chemikalie
zugemischt ist, verspritzt werden kann.
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Der Spritzkopf in dem in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiel
weist ein zweiteiliges, zylindrisches Gehäuse 2 auf mit einem auf das Strahlrohr
1 aufgeschraubten Einlaßteil 3 und mit einem auf dieses aufgeschraubten Aus daß
teil 4. Über das Auslaßteil 4 ist eine Kunststoffkappe 5 geschoben.
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Das Einlaßteil 3 und das Auslaßteil 4 bilden zusammen einen zylindrischen
Hohlraum 6, der auf seiner dem Strahlrohr 1 zugewandten Seite über eine Öffnung
7 in der Stirnwand 8 mit dem Strahlrohr 1 in Verbindung steht. Auf der gegenüberliegenden
Seite befindet sich in der entsprechenden Stirnwand 9 eine zentrale Öffnung 10,
die nach außen bundförmig verlängert ist.
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In dem auslaßseitigen Teil des Hohlraumes 6 ist ein Turbinenläufer
11 um eine durch die Zylinderlängsachse gebildete Drehachse drehbar gelagert. Zu
diesem Zweck ist im Hohlraum 6 an die auslaßseitige Stirnwand 9 ein im Querschnitt
L-förmiger.
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Ring 12 angelegt, der den äußeren Ring 14 eines Schrägkugellagers
13 abstützt. Der innere Ring 15 des Schrägkugellagers umgibt eine zentrale Verlängerung
16 des Turbinenläufers 11, die in Form eines Drehzapfens 12 ausläuft, der in die
bundförmig verlängerte Öffnung 10 in der auslaufseitigen Stirnwand
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eintaucht. Die Abmessungen sind dabei so gewählt, daß zwischen dem Drehzapfen 17
und der Innenwand der Öffnung 10 eine Spaltdichtung entsteht, gegebenenfalls können
in die Außenwand des Drehzapfens 17 Umfangsnuten eingelassen sein, so daß eine Labyrinthdichtung
entsteht (in Figur 1 nicht dargestellt).
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Das Schrägkugellager 13 umfaßt vorzugsweise in abwechselnder Reihenfolge
Kugeln 18 aus Edelstahl und'aus Kunststoff, so daß ein selbstschmierendes und selbstreinigendes
Kugellager entsteht. Die Selbstschmierung erfolgt dabei durch die Kunststoffkugeln,
die Material liefern, mit dem Unebenheiten in den Edelstahlkugeln ausgefüllt werden
können. Außerdem können sich Verschmutzungen, beispielsweise ltetallspäne,in die
Kunststoffkugeln eindrücken, so daß sie nicht mehr störend in Erscheinung treten.
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Der Turbinenläuf er 11 umgibt auf seinem der Verlängerung 16 gegenüberliegenden
Ende einen zum Einlaßteil 3 hin offenen zylindrischen Hohlraum 19, aus dem eine
sich stufenförmig verengende Düsenbohrung 20 austritt. Diese Düsenbohrung 20 ist
gegenüber der Drehachse um einige Grad, beispielsweise um 100,geneigt und tritt
im Bereich der Stirnseite 21 des Drehzapfens 17 aus diesem aus. Der Austritt erfolgt
dabei entweder im Bereich der Drehachse selbst oder im geringen Abstand von dieser,
da auch der Durchmesser des Drehzapfens 17 gegenüber dem Durchmesser des Turbinenläufers
11 selbst gering ist.
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Dieser Durchmesser kann beispielsweise in der Größenordnung zwischen
4 und 10 mm liegen.
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In der Düsenbohrung 20 kann in dem Eintrittsbereich ein an sich bekannter
Gleichrichter angeordnet sein, der zur Homogenisierung der Strömung in der Düsenbohrung
beiträgt. Dieser
Gleichrichter ist in Figur 1 nicht dargestellt.
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In das offene Ende des Hohlraumes 19 ist ein kreiszylindrischer massiver
Kunststoffeinsatz eingesetzt, der in dem Hohlraum drehfest gehalten wird, beispielsweise
durch einen Preßsitz. Der Kunststoffeinsatz 22 schließt mit der freien Kante 23
des Turbinenläufers 11 ab und weist eine Höhe auf, die geringer ist als die Höhe
des Hohlraumes 19, so daß zwischen dem Kunststoffeinsatz 22 und der den Hohlraum
abschließenden Stirnwand 24 des Turbinenläufers 11 ein Sammelraum 25 gebildet wird,
aus dem die Düsenbohrung 20 austritt.
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Der Kunststoffeinsatz 22 weist längs seines Umfanges in Umfangsrichtung
schräg verlaufende Umfangsnuten 26 auf, die sich über seine ganze axiale Länge erstrecken
und somit Turbinenkanäle bilden, die von der Unterseite 27 des Kunststoffeinsatzes
22 bis in den Sammelraum 25 führen.
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Die Unterseite 27 ist mit radial verlaufenden, flügel- oder schaufelförmigen
Bremselementen 28 versehen, die einen innerhalb der Eintrittsöffnungen 29 der Umfangsnuten
26 liegenden Kranz bilden (Figur 2).
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In den einlaßseitigen Teil des Hohlraumes 6 ist ein Umlenkkörper eingesetzt,
der den einlaßseitigen Teil des Hohlraumes 6 gegenüber dem übrigen Hohlraum abschließt
und an seinem Umfang in Umfangsrichtung geneigte Umfangsnuten 31 aufweist, die zusammen
mit der Innenwand des Hohlraumes 6 Anströmkanäle 32 bilden. Die Anströmkanäle 32
und die Umfangsnuten 26 im Kunststoffeinsatz 22 befinden sich im gleichen Abs stand
von der Drehachse, die Auslässe der An strömkanäle 32 liegen den
Eintrittsöffnungen
29 der Umfangsnuten 26 in geringem Abstande gegenüber.
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Der drehfest mit dem Einlaßteil 3 verbundene Umlenkkörper 30 weist
auf seiner dem Turbinenläufer 11 zugewandten Seite ebenfalls einen Kranz von schaufelförmigen,
radial nach außen verlaufenden Bremsgliedern 33 auf, die den entsprechend ausgebildeten
Bremselementen 28 des Kunststoffeinsatzes 22 in geringem Abstand gegenüberliegen.
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Der Außendurchmesser des Turbinenläufers 11 ist geringfügig kleiner
als der Innendurchmesser des ihn aufnehmenden Hohlraumes 6, so daß sich zwischen
diesen beiden Teilen ein schmaler Ringspalt bildet, der sich im Bereich der Verlängerung
16 des Turbinenläufers 11 zu dem Kugellager 13 hin erweitert. In dem Ring 12 sind
aus diesem erweiterten Ringspalt zunächst axial verlaufende und dann radial verlaufende
Kanäle 34 bzw. 35 eingearbeitet, die in einen Ringraum 36 münden, der die Verlängerung
16 des Turbinenläufers 11 muf der gegenüberliegenden Seite des Kugellagers 13 umgibt.
Auf diese Weise stehen der Ringspalt auf der einen Seite des Kugellagers und der
Ringraum auf der anderen Seite des Kugellagers miteinander in Verbindung.
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Im Betrieb tritt durch das Strahlrohr 1 unter hohem Druck (z.B. 100
Bar) stehende Reinigungsflüssigkeit in den Hohlraum 6 ein. Im Umlenkkörper 30 wird
die Reinigungsflüssigkeit durch die schräggerichteten Anströmkanäle 32 hindurchgeleitet
und gelangt aus diesen in die ebenfalls schrägverlaufenden Umfa£igsnuten 26 des
Turbinenläufers 11. Durch die Schrägrichtung der Antrömkanäle und auch der Umfangsnuten
wird ein Drehmoment
auf den Turbinenläufer übertragen, so daß dieser
um seine Drehachse in Drehung versetzt wird. Die aus den Umfangsnuten 26 austretende
Reinigungsflüssigkeit wird im Sammelraum 25 gesammelt und von dort durch die Düsenbohrung
20 nach außen abgegeben. Dabei ist die Düsenbohrung so ausgebildet, daß ein Punktstrahl
entsteht, also ein Strahl, der über seine Länge im wesentlichen nicht auffächert.
Durch die Neigung der Düsenbohrung gegenüber der Drehachse tritt der Punktstrahl
dabei auf dem Mantel eines Kegels aus, dessen Spitze durch die Drehachse definiert
wird.
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Die Drehzahl des Turbinenläufers wird durch das Zusammenwirken der
Bremselemente 28 und der Bremsglieder 33 begrenzt, die gemeinsam als Flüssigkeitsbremse
wirken. Dabei ist vorteilhaft, daß die Bremswirkung vom Quadrat der Drehzahl abhängt
und somit bei niedrigen Drehzahlen gering ist.
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Die Druckverluste, die die Reinigungsflüssigkeit beim Durchströmen
dieses Spritzkopfes erfährt, sind außerordentlich gering, d.h. durch den Antrieb
des Turbinenläufers wird nur ein sehr kleiner Anteil der Bewegungsenergie der einströmenden
Reinigungsflüssigkeit verbraucht.
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Unter Druck stehende Reinigungsflüssigkeit, die durch den den Turbinenläufer
11 umgebenden Ringspalt zum Kugellager 13 gelangt, kann aus diesem kein Schmierfett
ausspülen, da das Kugellager über die beiden Kanäle 34 und 35 auch auf der gegenüberliegenden
Seite von der Reinigungsflüssigkeit beaufschlagt wird, so daß sich insgesamt keine
Strömung durch das Kugellager hindurch ergibt. Das Gehäuse ist im Bereich des
Drehzapfens
17 gegenüber dem Turbinenläufer effektiv abgedichtet, so daß durch diese Gleitsitzdichtung
nur ein sehr geringer Anteil der Reinigungsflüssigkeit austritt.
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Der Turbinenläufer ist bis auf die Düsenbohrung rotationssymmetrisch
aufgebaut, so daß sich bei dem Betrieb des Spritzkopfes kaum Unwuchten ergeben.
Dadurch läßt sich ein weitgehend vibrationsfreier Betrieb erreichen.
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Das in den Figuren 5 bis 7 dargestellte Ausführungsbeispiel eines
Spritzkopf es ist weitgehend gleich aufgebaut; einander entsprechende Teile tragen
daher dieselben Bezugszeichen.
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Unterschiede ergeben sich vor allen Dingen durch die Verwendung eines
Axialkugellagers 40 anstelle eines Schrägkugellagers. Dieses Kugellager umfaßt einen
auslaßseitigen Ring 41 und einen einlaßseitigen Ring 42, zwischen denen ein Kugelkranz
43 angeordnet ist. Die Ringe und der Kugelkranz umgeben die Verlängerung 16 des
Turbinenläufers 11 konzentrisch, wobei sich der auslaßseitige Ring 41 am Ring 12
und der einlaS-seitige Ring 42 an der Stirnwand 24 des Turbinenläufers 11 abstützt.
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Darüberhinaus tragen der Turbinenläufer 11 und der Umlenkkörper 30
an den einander zugewandten Seiten keine Bremselemente und Bremsglieder. Dagegen
ist auch bei diesem Ausführungsbeispiel eine Flüssigkeitsbremse vorgesehen, die
jedoch durch achsparallele Rippen 44 am Umfange des Turbinenläufers 11 und durch
achsparallele Nuten 45 in der den Turbinenläufer 11 umgebenden Innenwand des Gehäuses
2 gebildet werden. Die Rippen 44 sind sägezahnförmig ausgebildet, so daß eine steile
Kante 46 beim Vorbeilaufen an den Nuten 45 in diesen Flüssigkeitswirbel
erzeugt,
die zur Abbremsung des Turbinenläufers führen (Figur 7).
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In dem in Figur 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse
nicht von einer Kunststoffkappe überfangen, es wäre jedoch durchaus möglich, auch
hier eine entsprechende Kunststoffkappe vorzusehen.
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Im übrigen ergibt sich aufgrund des ähnlichen Aufbaus auch eine gleichartige
Betriebsweise.
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Bei dem in den Figuren 8 bis 10 dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel
eines Spritzkopfes ist ebenfalls ein ähnlicher Aufbau gewählt, entsprechende Teile
tragen daher auch in diesem Ausführungsbeispiel gleiche Bezugszeichen.
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Ein wesentlicher Unterschied des Ausführungsbeispiels der Figur 8
liegt darin, daß das Einlaßteil 3 des Gehäuses Teil eines Doppelgehäuses 50 ist,
das zwei getrennte Auslaßsysteme für die zugeführte Reinigungsflüssigkeit aufweist.
Zu diesem Zweck bildet das Doppelgehäuse 50 zusammen mit dem in dieses eingeschraubte
Auslaßteil 4 einen Hohlraum 6, in dem in der anhand der vorstehenden Beispiele erläuterten
Weise ein Turbinenläufer 11 drehbar gelagert ist, der durch den Zustrom der Reinigungsflüssigkeit
in Drehung versetzt wird und die Reinigungsflüssigkeit nach dem Durchströmen der
Turbinenkanäle über eine Düsenbohrung auf einen Kegelmantel abgibt.
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In dem in Figur 8 dargestellten Ausführungsbeispiel ist statt der
Kugellager 13 bzw. 40 ein Gleitlager 51 verwendet, so daß bei diesem Ausführungsbeispiel
auch der Ring 12 mit den Kanälen 34 und 35 wegfällt.
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Außerdem weist der Turbinenläufer 11 einen durch den Kunststoffeinsatz
22 und den Umlenkkörper 30 hindurchtretenden Lagerzapfen 52 auf, der in eine Lageröffnung
53 in der einlaufseitigen Stirnwand 8 eintaucht, dabei aber zwischen seiner Stirnfläche
54 und dem Boden 55 der Lageröffnung 53 eine Absaugkammer 56 freiläßt. Der Lagerzapfen
bildet in der Lageröffnung 53 eine Spaltdichtung, so daß die Absaugkammer 56 gegenüber
dem Hohlraum 6 weitgehend abgedichtet ist.
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Die Einlaßöffnung 7 für die Reinigungsflüssigkeit ist in dem Ausführungsbeispiel
der Figur 8 als Injektor 57 ausgebildet, der eine mit der Absaugkammer 56 verbundene
Saugleitung 58 umfaßt.
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Durch diese Konstruktion kann die über den Injektor 57 in den Hohlraum
6 einströmende Reinigungsflüssigkeit den Druck in der Absaugkammer 56 wesentlich
unter den Flüssigkeitsdruck im Hohlraum 6 erniedrigen, so daß die im Bereich der
Stirnfläche 54 nuf den Turbinenläufer wirkenden Axialkräfte geringer sind, als sie
es unter dem Einfluß des statischen Druckes der Reinigungsflüssigkeit im Hohlraum
6 wären. Dadurch ist es möglich, die auf den Turbinenläufer in axialer Richtung
wirkenden Druckkräfte auszugleichen. Während der Turbinenläufer allseits von der
unter hohem Druck stehenden Reinigungsflüssigkeit umgeben wird, fehlt eine solche
Druckbeaufschlagung im Bereich der auslaßseitigen Stirnseite 21. Durch die Herabsetzung
des Druckes in der Absaugkammer 56 kann diese fehlende Druckbeaufschlagung ausgeglichen
werden, so daß sich der Turbinenläufer weitgehend im Gleichgewicht befindet.
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Ein vollständiger Ausgleich kann für eine bestimmte Strömungsgeschwindigkeit
der Reinigungsflüssigkeit durch eine geeignete
geschwindigkeit
der Reinigungsflüssigkeit durch eine geeignete Wahl der Größe der Stirnfläche erreicht
werden.
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Eine solche Druckentlastung durch Vorsehen einer Absaugkammer und
eines Injektors kann auch bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen
Verwendung finden, dasselbe gilt für die abweichende Lagerung des Turbinenläufers.
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Das Doppelgehäuse 50 nimmt nun zusätzlich im Turbinenläuf er noch
einen zweiten Flüssigkeitskanal 59 auf, der parallel zum zylindrischen Hohlraum
6 verläuft und in einen Düsenkörper 60 mit einer Düsenbohrung 61 einmündet. Die
Düsenbohrung 61 verläuft parallel zur Drehachse des Turbinenläufers 11 und endet
im wesentlichen in derselben Ebene wie die Düsenbohrung 20 im Turbinenläufer. Düsenkörper
und Düsenbohrung sind so ausgebildet, daß sie einen aufgefächerten Flachstrahl erzeugen.
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In dem mit der Zuleitung verbundenen Ende des Doppelgehäuses 50 ist
eine Umschaltkammer 62 angeordnet, die über einen Einlaß 63 mit der Zuleitung und
über je einen Auslaß 64 bzw. 65 mit dem Injektor 57 bzw. dem Kanal 59 in Verbindung
steht. Im Inneren der Umschaltkammer 62 ist ein kugelförmiger Ventilkörper 66 frei
beweglich, der beim Andrücken gegen einen der beiden als Ventilsitz ausgebildeten
Auslässe 64 oder 65 diesen verschließen kann.
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Schaltet man die Zufuhr der Reinigungsflüssigkeit ab, d.h.
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macht man das Innere der Umschaltkammer 62 drucklos, dann kann sich
der Ventilkörper 66 frei in der Umschaltkammer 62 bewegen, so daß man durch entsprechende
Orientierung des Spritzkopfes erreichen kann, daß der Ventilkörper entweder im Bereich
des einen Auslassen 64 oder im Bereich des anderen Auslasses 65 liegt. Beim Einschalten
der Förderung der Reinigungsflüssigkeit wird dann der Ventilkörper durch die Reinigungsflüssigkeit
fest gegen den entsprechenden Auslaß gedrückt und verschließt diesen, so daß die
Reinigungsflüssigkeit durch den anderen Auslaß strömen muß.
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Es ist auf dieser Weise in einfacher Weise möglich, zwischen einem
Flachstrahl (über den Düsenkörper 60) oder einem längs eines Kegelmantels umlaufenden
Punktstrahl (durch den Turbinenläufer 11) umzuschalten.
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Auch hier ist darauf hinzuweisen, daß ein Doppelgehäuse 50 mit einer
Flachstrahldüse und einer Umschaltmöglichkeit auch in Kombination mit den vorstehend
beschriebenen Spritzköpfen Verwendung finden kann.
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Die Turbinenläufer können auch anders ausgestaltete Turbinen aufweisen,
beispielsweise können statt der Turbinenkanäle Turbinenschaufeln vorgesehen sein.
Die Anströmung kann anstatt in axialer Richtung auch in radialer Richtung erfolgen,
wie dies im Turbinenbau an sich bekannt ist.
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Die Herstellung wird erleichtert, wenn der Turbinenläufer im Rotorgehäuse
als Spritzteil mit den Nuten am Umfang so gestaltet ist, daß er ohne Nacharbeitung
aus einer geteilten Form herzustellen ist. Günstig ist es, wenn auch der Lagerkörper
ein
Spritzteil ist, das in entsprechender Weise hergestellt wird.
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Anstelle der erörterten Flüssigkeitsbremse oder einer Wirbelstrombremse
könnte auch eine Fliehkraftbremse Verwendung finden.
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Der in Figur 11 dargestellte Spritzkopf gleicht weitgehend dem der
Figur 1, gleiche Teile tragen dieselben Bezugszeichen.
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Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der Figur 1 ist bei diesem
Spritzkopf der Turbinenläufer unterteilt in eine Turbine 70, die im Gehäuse drehbar
gelagert ist, beispielsweise durch einen Achsstummel 71, der in den Umlenkkörper
30 eintaucht.
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Auf der gegenüberliegenden Seite ist die Turbine 70 über eine Turbinenwelle
72 mit einem Getriebe 73 verbunden, das am Gehäuse 2 gehalten ist. Eine aus dem
Getriebe 73 austretende Getriebewelle 74 ist drehfest mit einem Düsen;cörper 73
verbunden, der in der gleichen Weise drehbar im Gehäuse gelagert ist, wie dies bei
den vorhergehenden Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit dem Turbinenläufer
11 erläutert worden ist.
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Dieser Düsenkörper 75 nimmt die Düsenbohrung 20 auf und ist gleich
ausgebildet, wie der auslaßseitige Teil des Turbinenläufers 11 bei den oben beschriebenen
Ausführungsbeispielen.
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Durch diese Ausgestaltung wird der Turbinenläufer der vorstehend beschriebenen
Ausführungsbeispiele unterteilt in eine Turbine und einen drehbar gelagerten Düsenkörper,
zwischen die ein Getriebe zwischengeschaltet ist, das sich im Sammelraum 25 befindet.
Auf diese Weise ist es möglich, die Drehzahl des Düsenkörpers gegenüber der Drehzahl
der Turbine zu ändern. Das
Getriebe kann von außen verstellbar
sein, gegebenenfalls stufenlos.