Die Erfindung betrifft eine Punktstrahl-Rotationsdüse nach dem Oberbegriff
von Anspruch 1.
Rotationsdüsen der in Rede stehenden Art sind seit längerem bekannt
(US-PS 36 45 451, DE-PS 24 15 146 u. a.). Der Turbinenläufer treibt dabei
über ein Untersetzungsgetriebe, das zumeist als Planetengetriebe ausgeführt
ist, eine Düsenspitze bzw. einen Düsenkopf mit einer relativ langsamen
Drehzahl an. Die Düsenspitze bzw. der Düsenkopf tritt durch eine in einer
Stirnplatte des Gehäuses angeordnete, zum Turbinenläufer koaxiale Öffnung
zapfenartig aus. Der von der Düsenspitze gebildete Zapfen ist dadurch gegenüber
dem Gehäuse gegen den Austritt von unter Druck stehender Flüssigkeit,
insbesondere von Wasser abgedichtet, daß hier ein relativ enger Spalt
vorliegt, also eine Art Spaltdichtung realisiert ist. Mitunter ist zusätzlich
noch auf der Innenseite des Gehäuses um die Düsenspitze herum ein
elastischer Dichtungsring, meist ein üblicher O-Ring, gelegt. Die bekannten
Rotationsdüsen dieser Art sind hinsichtlich der Wasserführung für hohe Strömungsgeschwindigkeiten
und hinsichtlich der Abdichtung für hohe Drücke in
erheblichem Maße verbesserungsfähig. Außerdem sind die bekannten Konstruktionen
unter den Anforderungen einer modernen Produktion in großen Stückzahlen
zu kompliziert aufgebaut und zu teuer.
Im übrigen sind bekannt auch Punktstrahl-Rotationsdüsen mit einer direkt mit
dem Turbinenläufer gekuppelten Düsenspitze (DE-OS 31 50 879, DE-PS 34 19 964).
Hier rotiert die Düsenspitze mit sehr hoher Drehzahl, so daß sie gegenüber
dem Gehäuse ausschließlich durch eine Spaltdichtung im Wasseraustritt abgedichtet
sein kann, da zusätzliche Abdichtungsmaßnahmen zu einer zu starken,
unkontrollierten Bremswirkung führen würden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte, eingangs erläuterte
Punktstrahl-Rotationsdüse mit Getriebe hinsichtlich der Wasserführung und abdichtungstechnisch,
insbesondere hinsichtlich der Abdichtung der Düsenspitze
am Wasseraustritt zu verbessern, konstruktiv zu vereinfachen und kostenmäßig
zu optimieren.
Die zuvor aufgezeigte Aufgabe ist durch die Merkmale des kennzeichnenden
Teils von Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist erkannt worden, daß das
vorhandene Untersetzungsgetriebe die antriebstechnischen Voraussetzungen
bietet, um am Wasseraustritt eine Dichtung zu verwirklichen, die weder
Spaltdichtung noch O-Ring-Dichtung ist. Vielmehr wird erfindungsgemäß eine
Stirnkantendichtung verwirklicht, die abdichtungstechnisch und verschleißtechnisch
optimale Eigenschaften hat. Durch geschickte Gestaltung der erfindungsgemäßen
Rotationsdüse ist diese Stirnkantendichtung auch noch
selbstverstärkend ausführbar, so daß bei sich erhöhendem Druck der Flüssigkeit,
insbesondere des Wassers, auch der an der Stirnkante, der Dichtungskante
des Dichtungselements, zur Verfügung stehende Druck ansteigt. Besonders
zweckmäßig ist es, wenn das Dichtungselement dabei aus einem verschleißarmen
und insbesondere mit selbstschmierenden Eigenschaften ausgestatteten
Kunststoff besteht, beispielsweise aus Polyacetal, Polyamid, PTFE-unterstütztem
Polypropylen oder Polyamid, reinem Polytetrafluoräthylen oder auch
derartigen Kunststoffen mit entsprechenden Beimischungen wie Graphit od. dgl.
Besonders bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen
Lehre sowie alternative Lösungen der zuvor aufgezeigten Aufgabe, denen
selbständige Bedeutung zukommt, ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Besondere Bedeutung kommt den Merkmalen von Anspruch 9 zu, durch die erreicht
wird, daß der Strahl schon vor Eintritt in den Wasser-Strömungskanal in der
Düsenspitze in einer relativ langen Beruhigungsstrecke beruhigt wird. Außerdem
wird dadurch erreicht, daß das Planetengetriebe nicht oder jedenfalls
nicht mehr wesentlich von Wasser durchströmt wird, was eine sehr starke Tubulenzbildung
im Wasser zur Folge hatte und auch den Strömungswiderstand in
der Rotationsdüse unnötig erhöhte.
Von selbständiger und erheblicher Bedeutung ist auch die Lösung mit den Merkmalen
von Anspruch 19. Die in diesem Anspruch und den nachfolgenden Ansprüchen
geschilderte besondere Gestaltung des Turbinenläufers führt zu einer perfekten
Anlaufcharakteristik und optimalen, an die jeweiligen Anforderungen leicht anpaßbaren
Rotationseigenschaften.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß im Inneren der Rotationsdüse ein
erheblicher Rückdruck auftritt, jedenfalls dann, wenn man die zuvor behandelten
besonderen Gestaltungen und Anordnungen des Turbinenläufers wählt. Der
Lösung dieses Problems dienen die Merkmale des Anspruchs 26.
Weitere unabhängige Lehren der Erfindung, die letztlich zu einer Vereinfachung
des Gesamtaufbaus und zur Optimierung der Flexibilität beitragen, finden sich
in den Ansprüchen 29 und folgende sowie 32 und 33.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Ausführungsbeispiele darstellenden
Zeichnung in allen Einzelheiten erläutert. Dabei werden auch weitere bevorzugte
Ausgestaltungen noch im Detail beschrieben. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Hochdruck-Reinigungslanze mit
Punktstrahl-Rotationsdüse,
Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Punktstrahl-
Rotationsdüse im Schnitt,
Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Punktstrahl-
Rotationsdüse im Schnitt,
Fig. 4 in einer Draufsicht ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel
eines Turbinenläufers einer Punktstrahl-Rotationsdüse gemäß der
Erfindung und
Fig. 5 ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Planetengetriebes
einer Punktstrahl-Rotationsdüse der Erfindung, ebenfalls in
einer Draufsicht.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Hochdruck-Reinigungslanze 1, an deren Kopf eine
Punktstrahl-Rotationsdüse 2 angebracht, insbesondere angeschraubt ist.
Die Hochdruck-Reinigungslanze 1 umfaßt, wie üblich, ein abgewinkeltes Sprührohr
3 mit einem dem Berührungsschutz dienenden Zusatzhandgriff 4 und einer
Ventilpistole 5, an die dann am hochdruckseitigen Ende ein Hochdruckschlauch 6
angekuppelt ist. Der Hochdruckschlauch 6 führt zu einem nicht weiter dargestellten
Hochdruckreinigungsgerät mit Pumpe, Chemikalienvorrat, ggf. Heizvorrichtung
usw. Die Erfindung betrifft die in Fig. 1 dargestellte Punktstrahl-
Rotationsdüse 2.
Fig. 2 zeigt eine Schnittdarstellung der Punktstrahl-Rotationsdüse 2 aus
Fig. 1. Es handelt sich hier um eine Punktstrahl-Rotationsdüse 2 für ein
Wasserstrahl-Hochdruckreinigungsgerät. Diese Punktstrahl-Rotationsdüse 2
weist zunächst ein druckfestes Gehäuse 7 auf, das insbesondere aus Metall
besteht. Das Gehäuse 7 ist hier kreiszylindrisch ausgeführt und weist an
einer Stirnseite einen Wassereintritt 8 und an der anderen Stirnseite einen
Wasseraustritt 9 auf. Der Wassereintritt 8 ist als Gewindestutzen mit Innengewinde
zum Einschrauben einer Filterpatrone und mit Außengewinde zum Einschrauben
in das Sprührohr 3 ausgestaltet. Der Wasseraustritt 9 befindet
sich in einem besonders ausgestalteten, axialen Mittelbereich einer das Gehäuse
7 verschließenden Stirnplatte 10, die gleichfalls aus Metall besteht
und im Gehäuse 7 mittels eines in eine Nut 11 eingesetzten Sprengrings 12
festgelegt ist. Die Stirnplatte 10 ist gegenüber dem Gehäuse 7 über ein in
eine Nut 13 eingelegtes, umlaufendes Dichtungselement 14, hier einen O-Ring,
abgedichtet.
Das unter hohem Druck durch den Wassereintritt 8 in das Gehäuse 7 eintretende
Wasser wird im Gehäuse 7 bei möglichst geringem Druckverlust so umgelenkt,
daß eine Rotationsbewegung bestimmter Teile erzeugt werden kann. Dazu kann
das Gehäuse 7 selbst mit entsprechend ausgestalteten Kanälen versehen sein.
Herstellungstechnisch und anwendungstechnisch zweckmäßiger ist es aber, wenn,
wie im hier dargestellten und bevorzugten Ausführungsbeispiel gezeigt, im
Gehäuse 7 ein stationärer, vorzugsweise aus Kunststoff bestehender Wasserlenkkörper
15 vorgesehen ist. Der Wasserlenkkörper 15 weist in bestimmter
Weise verteilte Strömungskanäle 16 für das Wasser auf, die so gerichtet sind,
daß sie passend in radialer Richtung auf die Turbinenschaufeln 17 eines Turbinenläufers
18 treffen, der im Wasserlenkkörper 15 drehbar gelagert ist.
Der Wasserlenkkörper 15 und der Turbinenläufer 18 bestehen vorzugsweise aus
einem verschleißarmen Kunststoff.
Im Gehäuse 7 drehbar gelagert ist ferner ein Düsenkörper 19, der im hier dargestellten
Ausführungsbeispiel aus Metall besteht. Zur drehbaren Lagerung
des Düsenkörpers 19 dient ein extrem leichtlaufendes Kugellager 20, das
gleichzeitig für eine Fixierung des Düsenkörpers 19 in radialer Richtung im
Gehäuse 7 sorgt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel besteht das Kugeldrucklager
20 aus einer in der Stirnplatte 10 eingelassenen Lagerschale 21,
einer komplementären, im Düsenkörper 18 eingelassenen Lagerschale 22 und
einem dazwischen liegenden Kugellagerring 23 mit Kugeln aus weitestgehend
verschleißfestem Material. Am Düsenkörper 19 ist eine Düsenspitze 24 ausgebildet,
die einen geneigt und exzentrisch zur Rotationsachse liegenden Wasser-
Strömungskanal 25 aufweist, der im Wasseraustritt 9 mündet. Die um die
Rotationsachse rotierende Düsenspitze 24 erzeugt einen entsprechend rotierenden,
aus dem Wasser-Strömungskanal 25 mit hohem Druck austretenden Punktstrahl.
Zwischen dem Turbinenläufer 17 und der Düsenspitze 24 bzw. dem Düsenkörper
19 ist ein Getriebe 26 angeordnet, das im hier dargestellten Ausführungsbeispiel
in der im Stand der Technik üblichen Weise als Planetengetriebe
mit Sonnenrad 27, Planetenräder 28 und Außenrad 29 ausgeführt ist. Der
Düsenkörper 19 stellt hier gleichzeitig den Planetenradträger 30 für die Planetenräder
28 des Planetengetriebes 26 dar. Durch das Planetengetriebe 26
wird die hohe Drehzahl des Turbinenläufers 17 auf eine wesentlich geringere
Drehzahl der Düsenspitze 24 heruntergesetzt und gleichzeitig wird die an der
Düsenspitze 24 zur Verfügung stehende Kraft erhöht.
Die Düsenspitze 24 befindet sich vollständig innerhalb des Gehäuses 7, weist
also keinen zapfenartig in den Wasseraustritt 9 abdichtend eintretenden Teil
auf. Vielmehr wird die Abdichtung der Düsenspitze 24 gegenüber dem Gehäuse 7
im Bereich des Wasseraustritts 9 dadurch erzielt, daß an der Innenseite des
Gehäuses 7 um den Wasseraustritt 9 herum eine Dichtungsfläche 31 ausgebildet
ist und die Düsenspitze 24 von einem hülsenartigen Dichtungselement 32 mit
an der Dichtungsfläche 31 stumpf anstoßender Dichtungskante 33 umgeben ist.
Auf der von der Dichtungsfläche 31 abgewandten Seite des Dichtungselements 32
ist ein elastischer Dichtungsring 34 angeordnet, der das Dichtungselement 32
mit einer geringen, aber ausreichenden Anfangskraft gegen die Dichtungsfläche
31 drückt. Der Dichtungsring 34 kommt einerseits an der Düsenspitze 24
abdichtend zur Anlage, liegt andererseits am Dichtungselement 32 abdichtend
an. Das Dichtungselement 32 besteht aus verschleißarmem Kunststoff mit vorzugsweise
selbstschmierenden Eigenschaften, z. B. Polyacetal, Polyamid, Polytetrafluoräthylen
od. dgl.. An der Düsenspitze 24 befindet sich im Abstand von
der Dichtungsfläche 31 eine zu der Dichtungsfläche 31 parallele Abstützfläche
35 für das Dichtungselement 32 bzw. hier für den Dichtungsring 34.
Durch den im Betrieb auftretenden hohen Wasserdruck wird der Düsenkörper 19
geringfügig in Richtung der Stirnplatte 10 bewegt, so daß die Dichtungskraft
an der Dichtungsfläche 31 sich mit zunehmendem Wasserdruck selbst erhöht.
Der elastische Dichtungsring 34, der nur auf Druck beansprucht wird, wirkt
hier als Druckausgleichselement, ist selber aber im übrigen keinerlei Verschleiß
ausgesetzt, da er sich gemeinsam mit dem Dichtungselement 32 und der
Düsenspitze 24 dreht. Die in Fig. 2 dargestellte Konstruktion zeichnet sich
also durch eine vorzüglich wirksame Stirnkantendichtung der Düsenspitze 24
im Bereich des Wasseraustritts 9 aus, wobei diese Stirnkantendichtung sogar
selbstverstärkende Eigenschaften aufweist.
Generell gilt im übrigen, daß das hülsenartige Dichtungselement auch integraler
Teil des Düsenkörpers bzw. der Düsenspitze sein kann, das Dichtungselement
muß also nicht zwingend ein separates Teil sein. Dann müßte die Dichtungsfläche
unmittelbar an der insoweit mit entsprechend größerem Durchmesser
versehenen Düsenspitze angeordnet bzw. ausgebildet sein. Diese Konstruktion
hätte allerdings den Nachteil, daß bei der Auswahl des Materials für die
Düsenspitze verschleiß- und gleittechnische Aspekte mit berücksichtigt werden
müßten.
Während die bei Punktstrahl-Rotationsdüsen ohne Getriebe verwirklichte
Spaltabdichtung große Toleranzprobleme mit sich bringt, hat die erfindungsgemäße
stirnseitige Abdichtung insoweit keinerlei Schwierigkeiten. Die Dichtungsfläche
31 kann insbesondere dabei an der Stirnplatte 10 ausgebildet
sein. Will man materialmäßig bei der Stirnplatte 10 keine Beschränkungen
hinnehmen, so kann die Dichtungsfläche 31 ohne weiteres als Auflage- oder
Einlagekörper, als Beschichtung, Plattierung od. dgl. an der Stirnplatte 10
ausgeführt sein. Dadurch läßt sich die Gleitreibung der Dichtungskante 33
des Dichtungselements 32 auf der Dichtungsfläche 31 minimieren, ohne die
Abdichtung zu beeinträchtigen.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Dichtungselement
32 allein durch die am Innenumfang auftretende Haftreibung von der Düsenspitze
24 mitgenommen. Je nach dem Druckzustand im Gehäuse 7 kann sich
eine Gleichgewichtssituation einstellen, bei der das Dichtungselement 32 mit
einer etwas langsameren Geschwindigkeit dreht als der Düsenkörper 19. Es
gibt dann eine Dreh-Relativbewegung zwischen dem Dichtungselement 32 und dem
Düsenkörper 19, die verschleißmäßig negativ auf den Dichtungsring 34 wirken
kann. Da dieser Dichtungsring normalerweise als O-Ring aus Gummi ausgeführt
sein soll, ist dieser Verschleiß schädlich. Dieses Problem beseitigt das
Ausführungsbeispiel nach Fig. 3, und zwar dadurch, daß das hülsenartige Dichtungselement
32 an dem von der Dichtungsfläche 31 abgewandten Ende mindestens
einen, vorzugsweise zwei Mitnehmerzapfen 36 und der Düsenkörper 19 eine zu
den Mitnehmerzapfen 36 korrespondierende Mitnehmernut 37 aufweist und das
Dichtungselement 32 durch die in die Mitnehmernut 37 eingreifenden Mitnehmerzapfen
36 drehfest mit dem Düsenkörper 19 gekuppelt ist. Die drehfeste
Kupplung gewährleistet, daß der Dichtungsring 34 nur auf Druck, nicht aber
durch eine Drehbewegung verschleißmäßig beansprucht wird.
Man kann den Düsenkörper 19 insgesamt aus Metall herstellen, wie das in
Fig. 2 gezeigt ist, man kann aber auch, herstellungstechnisch einfacher und
wesentlich kostengünstiger, die Düsenspitze 24 als vom Düsenkörper 19 getrenntes
Bauteil ausführen und fest in den Düsenkörper 19 einsetzen, der seinerseits
dann aus Kunststoff bestehen kann. Der Einsatz erfolgt im in Fig. 3
dargestellten Ausführungsbeispiel in Form eines Preßsitzes. Man kann den Düsenkörper
19 aber insoweit auch um die in eine Spritzform eingelegte Düsenspitze
24 aus Metall herumspritzen.
Wesentliche Bedeutung kommt der in Fig. 3 erkennbaren Lehre zu, wonach der
Wasser-Strömungskanal 25 in der Düsenspitze 24 durch einen koaxial zur Mittelachse
der Düsenspitze 24 angeordneten, im Düsenkörper 19 oder in einem
gesonderten, in den Düsenkörper 19 eingesetzten Strahlführungskörper 38 ausgebildeten
Beruhigungskanal 39 in Richtung des Wassereintritts 8 bis jenseits
des Getriebes 26 in den Bereich des Turbinenläufers 18 verlängert ist. Diese
Maßnahme hat den großen Vorteil, daß das Wasser innerhalb der Rotationsdüse 2
vor Eintritt in den eigentlichen Wasser-Strömungskanal 25 in der Düsenspitze
24 schon eine Beruhigungsstrecke erheblicher Länge laminar durchströmt,
wodurch die Strahlqualität ganz erheblich verbessert ist. Gleichzeitig wird
mit dieser direkten strömungsmäßigen Verbindung zwischen dem Bereich des Turbinenläufers
18 und der Düsenspitze 24 erreicht, daß das Planetengetriebe 26
nicht, jedenfalls nicht bestimmungsgemäß, von Wasser durchströmt wird. Jedenfalls
wird durch das Planetengetriebe 26 unweigerlich strömendes Wasser
gezwungen, am Strahlführungskörper 38 in Richtung des Wassereintritts 8 zurückzuströmen
und dann in das hintere Ende des Beruhigungskanals 39 einzutreten.
Das Auftreten unnötiger Turbulenzen und die damit verbundene Verschlechterung
des Wirkungsgrads ist sehr merklich.
Weiter werden störende Turbulenzen dadurch vermieden, daß der Strahlführungskörper
38 im dargestellten Ausführungsbeispiel gegenüber dem Düsenkörper 19
abgedichtet ist. Wenn an der Übergangsstelle zwischen Strahlführungskörper 38
und Düsenspitze 24 noch seitlich Wasser einströmen könnte, was bei anderen
Konstruktionen durchaus denkbar ist, würde die gute Strahlqualität am Austritt
des Beruhigungskanals 39 zum Teil wieder zunichte gemacht.
Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Strahlführungskörper 38 konkret
als gerades Rohrstück ausgeführt, besteht insbesondere auch aus verschleißarmem
Kunststoff und ist tief in den Düsenkörper 19 versenkt. Konstruktiv
sehr elegant ist dabei die Lösung, daß der Strahlführungskörper 38 koaxial
durch die zu diesem Zweck hohle Lagerachse des Sonnenrades 27 des Planetengetriebes
26 geführt ist. Das Sonnenrad 27 des Planetengetriebes 26 ist
dabei im dargestellten Ausführungsbeispiel integraler Bestandteil des Turbinenläufers
18, nämlich einstückig mit diesem ausgebildet. Durch die mittige
Bohrung tritt dann der Strahlführungskörper 38 hindurch.
Für die Beeinflussungsmöglichkeiten des Punktstrahls, also für die Strahlqualität
und für die Strahlform ist auch noch von Bedeutung, daß im Inneren
des Beruhigungskanals 39 ein Strahlformerelement 40 angeordnet ist. Im hier
dargestellten Ausführungsbeispiel gilt, daß das Strahlformerelement 40 als
im Querschnitt kreuzförmiges bzw. allgemein sternförmiges, vorzugsweise in
Längsrichtung des Beruhigungskanals 39 verschiebbares Einsatzstück ausgeführt
ist, wobei das Strahlformerelement 40 etwa gleich lang wie der Beruhigungskanal
39 ist. Durch Vorschieben oder Zurückziehen des Einsatzstücks gegenüber
dem Beruhigungskanal 39 und auch durch Auswechseln des hier dargestellten,
kreuzförmigen Strahlformerelements 40 gegen ein dreisternförmiges
Strahlformerelement läßt sich der austretende Punktstrahl in weiten Grenzen
beeinflussen. Man erkennt im einzelnen im übrigen diese Details auch aus
Fig. 5.
Im dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel gilt im übrigen,
daß das dem Wassereintritt 8 zugewandte Ende des Beruhigungskanals 39 etwa
in Höhe der dem Wassereintritt 8 zugewandten Stirnfläche des Turbinenläufers
18 liegt. Bei dieser Anordnung wird das Wasser nach Durchströmen der
Turbinenschaufeln 17 des Turbinenläufers 18 zunächst mit einer axialen Strömungskomponente
in Richtung des Wassereintritts 8 strömen und dann erst umgelenkt
und in den Beruhigungskanal 39 hineingeleitet. Das hat strömungstechnisch
einen günstigen Einfluß. Diese günstige Situation im Bereich des
Turbinenläufers 18 wird noch dadurch verbessert, daß im Wasserlenkkörper 15
und innerhalb des Turbinenläufers 18 eine großvolumige Umlenk- und Beruhigungskammer
41 ausgebildet ist. Trotz relativ turbulenzarmer Strömung in der
Umlenk- und Beruhigungskammer 41 ist das Auftreten von Pulsationen nicht
auszuschließen, wofür im hier dargestellten Ausführungsbeispiel Vorsorge
getroffen ist dadurch, daß im Wasserlenkkörper 15, insbesondere an dem dem
Wassereintritt 8 zugewandten Ende, eine von der Umlenk- und Beruhigungskammer
41 ausgehende Pulsationsdämpfungskammer 42 ausgebildet ist.
Nach einer weiteren Lehre, der insoweit auch eigenständige Bedeutung zukommt,
ist der Turbinenläufer 18 mit seinen Turbinenschaufeln 17 bei der dargestellten
Rotationsdüse 2 in ganz besonders geschickter Weise ausgestaltet.
Die besondere Ausgestaltung des Turbinenläufers 18 bezieht sich einerseits
auf eine möglichst optimale Krafteinleitung des aus den Strömungskanälen 16,
die wie ein Dreistern auf dem Umfang des Wasserlenkkörpers 15 verteilt sind,
austretenden Wassers in die Turbinenschaufeln 17, andererseits auf eine möglichst
turbulenzarme Strömung durch die Turbinenschaufeln 17 und schließlich
auf eine konstruktiv und herstellungstechnisch besonders einfache Bauweise.
Insoweit gilt zunächst, in Fig. 4 besonders deutlich erkennbar, daß der Turbinenläufer
18 mit in radialer Richtung geneigt angeströmten Turbinenschaufeln
17 versehen ist und die Turbinenschaufeln 17 jeweils eine im wesentlichen
radial angeströmte, vorzugsweise bezüglich der Anströmrichtung konkav
gebogene Anströmfläche 43 aufweisen. Selbstverständlich korrespondiert zu
dieser Lage der Anströmflächen 43 eine radial geneigte Ausrichtung der Strömungskanäle
16 im Wasserlenkkörper 15.
Auffallend bei dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Zeichnung ist es, daß
die Turbinenschaufeln 17 als äußerer Ring 44 des Turbinenläufers 18 angeordnet
sind und die Breite des äußeren Ringes 44 vorzugsweise nur ca. ein Drittel des
Radius des Turbinenläufers 18 beträgt. Während nun aber beim in Fig. 2 dargestellten
Ausführungsbeispiel die Turbinenschaufeln 17 nach innen hin gewissermaßen
"geschlossen" sind und das Wasser, der dortigen Konstruktion gemäß,
axial aus dem Turbinenläufer 18 heraus in Richtung des Planetengetriebes 26
strömt, ist bei dem in den Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiel eine
gänzlich andere Konstruktion realisiert. Hier strömt das Wasser aus den
Turbinenschaufeln 17 im wesentlichen radial heraus, trifft aber auf einen inneren
Ring 45 aus vorzugsweise keilförmig ausgeführten Strömungsleitsegmenten
46. Auch die Breite des inneren Ringes 45 beträgt vorzugsweise nur ca. ein
Drittel des Radius des Turbinenläufers 18. Wie man aus Fig. 4 deutlich sieht,
ist der innere Ring 45 vom äußeren Ring 44 lediglich durch einen dünnen Spalt
getrennt.
Ständen die Strömungsleitsegmente 46 in Fluchtrichtung zu den Turbinenschaufeln
17, so stellten sie lediglich Verlängerungen der Turbinenschaufeln 17
dar und wären weitgehend ohne besonderen Effekt. Nun gilt aber hier, daß die
gleiche Anzahl von Strömungsleitsegmenten 46 und Turbinenschaufeln 17 vorgesehen
sind und die Strömungsleitsegmente 46 in den Lücken zwischen je zwei
Turbinenschaufeln 17 angeordnet, also gegenüber den Turbinenschaufeln 17 auf
Lücke gesetzt sind. Fig. 3 zeigt dazu im übrigen noch, daß die Turbinenschaufeln
17 und die Strömungsleitsegmente 46 von einer scheibenförmigen Grundplatte
47, vorzugsweise zum Wassereintritt 8 hin, abragen.
Die zuvor erläuterte Konstruktion hat nun den besonderen Effekt, daß zwar
Wasser in begrenztem Maße zwischen den Turbinenschaufeln 17 und den Strömungsleitsegmenten
46 hindurchtreten kann, dafür ist der erwähnte dünne Spalt
wesentlich, daß aber zunächst die Kanäle zwischen zwei Turbinenschaufeln 17
für das Wasser gewissermaßen als Sackgassen wirken. Dadurch ergibt sich bei
geringem Wasserdurchfluß gleichwohl ein hervorragendes Anlaufverhalten des
Turbinenläufers 18.
Es hat sich nun aber gezeigt, daß allein die Spalte zwischen den Turbinenschaufeln
17 und den Strömungsleitsegmenten 46 für eine Wasserströmung ausreichender
Größenordnung nicht hinreichen. Jedenfalls darf man die Spalte auch nicht
zu breit werden lassen, will man das gute Anlaufverhalten bei geringem Wasserstrom
nicht beeinträchtigen. Hier zeigt nun Fig. 3 den bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel verwirklichten, optimalen Kompromiß, der dadurch gekennzeichnet
ist, daß das Strömungsleitsegment 46 den Strömungskanal zwischen
zwei Turbinenschaufeln 17 in der Breite im wesentlichen blockiert, daß aber
die Höhe der Strömungsleitsegmente 46 geringer ist als die Höhe der Turbinenschaufeln
17. Hier hat man bei geringer Spaltweite den optimalen Anlaufeffekt
und gleichzeitig einen wesentlich vergrößerten Strömungsquerschnitt für das
Wasser. Das Wasser muß also sozusagen an der Stirnseite der Strömungsleitsegmente
46 hochlaufen, bis es an der Oberseite durch den dort vorgesehenen
Durchflußquerschnitt strömen kann. Gleichzeitig wird das Wasser auch in den
vom Getriebe 26 abgewandten Bereich des Turbinenläufers 18 gezwungen, was
der Anordnung des offenen Endes des Beruhigungskanals 39 im dargestellten
Ausführungsbeispiel entspricht.
Die zuvor dargelegte Strömungsrichtung des Wassers axial zunächst in Richtung
des Wassereintritts 8, die für die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform
charakteristisch ist, macht es empfehlenswert, daß auf der vom Getriebe
26 abgewandten Seite des Turbinenläufers 18 zwischen dem Turbinenläufer
18 und dem Wasserlenkkörper 15 bzw. dem Gehäuse 7 ein weiteres Kugeldrucklager
48 angeordnet und in axialer Orientierung eingebaut ist. Auch im
hier dargestellten Ausführungsbeispiel gilt für dieses Kugeldrucklager 48,
daß es in radialer Richtung fixiert ist, nämlich durch Einrastung am Wasserlenkkörper
15.
Wie auch das Kugellager 20 besteht das Kugeldrucklager 48 aus drei Teilen,
nämlich zwei Lagerschalen 49, 50 und einem Kugellagerring 51. Hinsichtlich
des Herstellungsaufwandes ist es natürlich optimal, wenn alle Lagerschalen
21, 22, 49, 50 identisch sind, also ein einziger Typ Lagerschale an allen
Stellen verwendet werden kann. Das ist im hier dargestellten Ausführungsbeispiel
der Fall. Das dargestellte Ausführungsbeispiel zeichnet sich
im übrigen noch dadurch aus, daß aus anderem Grunde erforderliche Distanz-,
Abdeck- oder Stützringe auch in der Form einer Lagerschale vorgesehen sein
können, man also als solche Ringe auch entsprechende Lagerschalen verwendet.
Fig. 3 und Fig. 5 lassen im Zusammenhang eine weitere Lehre der Erfindung erkennen,
der ebenfalls selbständige Bedeutung zukommt und die dadurch gekennzeichnet
ist, daß am vorzugsweise aus verschleißarmem Kunststoff bestehenden
Planetenradträger 30 des Planetengetriebes 26 die Lagerbereiche der Planetenräder
28 voneinander trennende Trennsegmente 52 ausgebildet sind. Konstruktiv
gilt hierbei, daß die Trennsegmente 52 auf den vom Planetenradträger 30
abgewandten Oberseiten mit Rastnasen 53 zum Aufrasten eines Schutzringes 54
versehen sind. Der Schutzring 54 ist, wie zuvor erwähnt, eine solche Kunststoff-
Lagerschale. Durch die Trennsegmente 52 wird einerseits eine Möglichkeit
der Kraftübertragung durch das Planetengetriebe 26 in axialer Richtung
geschaffen, ohne die Drehbarkeit der Planetenräder 28 zu beeinträchtigen,
andererseits werden die Planetenräder 28 regelrecht eingebettet und schließlich
wird der für Strömung von Wasser durch das Planetengetriebe 26 zur Verfügung
stehende Strömungsquerschnitt auf den minimal möglichen Wert reduziert.
Hinsichtlich des Planetengetriebes 26 gibt es noch eine weitere bevorzugte
Ausführungsform, die in den Fig. 3 und 5 gut zu erkennen ist. Es gilt nämlich
insoweit, daß das Außenrad 29 des Planetengetriebes 26 als gesondertes,
vom Wasserlenkkörper trennbares, aber im Gehäuse 7 fixiertes Teil ausgeführt
ist. Konkret gilt hier, daß das Außenrad 29 des Planetengetriebes 26 als auf
den Wasserlenkkörper 15 stirnseitig aufsteckbarer, die Außenkontur des Wasserlenkkörpers
15 fortsetzender Ring ausgeführt ist. Im Gegensatz zu dem in
Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel, bei dem das Außenrad 29 nicht auswechselbar
war, ist das Außenrad 29 beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3
völlig auswechselbar, und zwar ohne andere Teile zu beeinträchtigen. Dadurch
läßt sich die Laufcharakteristik des Planetengetriebes 26 verändern, insbesondere
läßt sich das Übersetzungsverhältnis verändern. Gleichzeitig ist das
Außenrad 29 hinsichtlich der Außenkontur eine Verlängerung des Wasserlenkkörpers
15, so daß ein aus Wasserlenkkörper 15, Außenrad 29 und Stirnplatte 10
gebildeter, völlig geschlossener Außenmantel gebildet ist. So läßt sich die
komplizierte Mechanik der beanspruchten Rotationsdüse 2 ohne weiteres vormontieren
und als Block dann erst später in das Gehäuse 7 einschieben. Das ist
natürlich herstellungstechnisch ein ganz erheblicher Vorteil.
Die dargestellte Konstruktion der erfindungsgemäßen Rotationsdüse 2 erlaubt
es, daß alle Teile der Rotationsdüse 2 mit Ausnahme des Gehäuses 7, der
Stirnplatte 10, einiger oder aller Kugeln der Kugellager 20, 48, der Düsenspitze
24 und der O-Ringe 14, 34 aus einem verschleißarmen Kunststoff, insbesondere
aus Polyacetal, Polyamid od. dgl., bestehen. Damit ist ein Durchbruch
zu einer höchst effektiven, sehr preisgünstigen Fertigungstechnik gelungen.
Hinsichtlich des Turbinenläufers 18 bedarf es noch der Erwähnung, daß durch
die Höhe der Strömungsleitsegmente 46 in Relation zur Gesamthöhe des Turbinenläufers
18 die Wirksamkeit der Krafteinleitung in die Turbinenschaufeln 17
ebenso gezielt beeinflußt werden kann wie die Durchflußrate des Wassers.