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Die
Erfindung betrifft eine Ultrahochdruck-Flachstrahldüse.
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Zahlreiche
Arbeiten, wie z.B. das Schneiden, das Reinigen, das Fräsen und
Einkerben, können durchgeführt werden
durch Verwendung eines Strahls aus einem unter Druck stehenden Fluid,
in der Regel Wasser, der durch positive Hochdruck-Verdrängerpumpen
oder andere geeignete Einrichtungen erzeugt wird. Diese Pumpen setzen
ein Fluid unter Druck mittels eines darin enthaltenen Hubkolbens,
der das Fluid aus einem Einlassbereich während eines Ansaug-Takts in
eine Druckkammer ansaugt und während
eines Pump-Takts gegen das Fluid drückt, wodurch das unter Druck
gesetzte Fluid aus der Druckkammer in eine Auslasskammer gedrückt wird,
in der es in einem Sammelrohr gesammelt wird. Das unter Druck stehende
Fluid wird dann durch die Düse
einer Vorrichtung gepresst, wodurch ein Ultrahochdruck-Strahl erzeugt
wird, der zur Durchführung
einer speziellen Arbeit, beispielsweise zum Schneiden eines Metallbleches
oder zur Reinigung einer Oberfläche,
beispielsweise auf Flugzeug-Teilen, eingesetzt werden kann. Diese
Strahlen können
Drucke von wenigstens 3870 bar (55 000 psi) erreichen.
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Aus
dem Stand der Technik sind zahlreiche Druckschriften bekannt, die
Düsen betreffen,
jedoch nicht für
Ultrahochdruck-Fluid-Arbeiten geeignet sind. So sind Düsen etwa
aus der
DE 4017594
A1 , der
US 409700 ,
der
DE 8412354 U1 ,
der
DE 2457990 A1 ,
der
US 4349947 und der
US 3843055 bekannt. Ein
Verfahren zur Herstellung einer Düse und Verwendung derselben
bei quasi statischem Druck von 800 bis 5000 bar ist aus de deutschen
Offenlegungsschrift
DE
3624271 A1 bekannt. Aus dieser letzt genannten Druckschrift
ist auch eine Ultra-Hochdruck-Düse
bekannt, wie auch aus der
EP 0430858
A2 .
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Früher wurden
solche Ultra-Hochdruck-Fluid-Arbeiten durchgeführt durch Verwendung von Düsen, die
eine Säule
aus einem unter Druck stehenden Fluid mit einem kreisförmigen Querschnitt
erzeugen. Das Drehen eines solchen runden Strahls ist äquivalent
zur Bewegung eines Punktes. Infolgedessen kann ein runder Strahl
gut geeignet sein für
die direkte Verwendung bei bestimmten Arbeiten, beispielsweise beim
Ausschneiden von ungleichmäßigen Formen,
wie z.B. einem Rautenmuster. Für
andere Arbeiten, bei spielsweise beim Reinigen, erfordern runde Strahlen
verhältnismäßig komplizierte
Anwendungsverfahren und erzielen keine optimalen Ergebnisse.
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So
ist es beispielsweise bei der Reinigung einer Oberfläche erwünscht und
häufig
erforderlich, eine Materialschicht von einer darunterliegenden Oberfläche zu entfernen,
ohne die darunterliegende Oberfläche
zu beschädigen.
Häufig
ist es auch erforderlich, eine zu 100 % saubere Oberfläche zu erzeugen.
Um eine Oberfläche
mit einem runden Strahl zu reinigen, muss der runde Strahl oder
Punkt in einem kreisförmigen
Muster bewegt werden, um so zu versuchen, die gesamte Oberfläche zu reinigen.
Ein solches Verfahren ergibt jedoch ein Muster, bei dem einige Bereiche
auf der zu reinigenden Oberfläche mehrfach
getroffen werden, während
andere Bereiche mit verschiedenen Formen von dem Strahl überhaupt
nicht getroffen werden. Die Folge davon ist, daß die Oberfläche nicht
zu 100 % sauber ist und daß die
darunterliegende Oberfläche
beschädigt
und ungleichmäßig (uneben)
sein kann.
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Es
besteht daher ein Bedarf für
ein verbessertes Verfahren zur Reinigung von Oberflächen und zur
Durchführung
anderer Ultrahochdruck-Fluid-Arbeiten.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Düse bereitzustellen, die einen
Ultrahochdruck-Fluid-Strahl erzeugt, mit dem eine Materialschicht
gleichmäßig von
einer darunterliegenden Oberfläche
entfernt werden kann, ohne die darunterliegende Oberfläche zu beschädigen und
die einfach in der Herstellung ist und reproduzierbare Ergebnisse
liefert.
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Diese
Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst.
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Diese
und weitere Ziele der Erfindung werden, wie aus den nachstehenden
Ausführungen
hervorgeht, mit einer Ultrahochdruck-Flachstrahl-Düse erreicht.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform
hat die Düse
eine innere Oberfläche,
die durch eine konische Bohrung definiert ist, die sich von einem
ersten Ende der Düse
bis zu einem zweiten Ende der Düse erstreckt.
Als Folge davon ist das erste Ende mit einer Eintrittsöffnung verse hen,
durch die ein Volumen des unter Druck stehenden Fluids in die Düse eintreten
kann, und das zweite Ende ist mit einer Austrittsöffnung versehen,
durch welche das unter Druck stehende Fluid nach dem Passieren des
Rumpfes der Düse
austreten kann. Das zweite Ende der Düse ist außerdem mit einem keilförmigen Schlitz
(Kerbe) ausgestattet, der sich von seinem breitesten Punkt an dem
zweiten Ende in Richtung auf das erste Ende der Düse erstreckt,
wobei er die Austrittsöffnung schneidet
(kreuzt). Infolgedessen ist die Gestalt der Austrittsöffnung definiert
durch den Schnittpunkt zwischen der konischen Bohrung und dem keilförmigen Schlitz
(Kerbe). Die Gestalt der Austrittsöffnung bewirkt, daß das unter
Druck stehende Fluid die Düse in
Form eines Flachstrahls mit einem im wesentlichen linearen Auftrefffläche verlässt, deren
Breite entsprechend den Änderungen
der geometrischen Gestalt der Düse
variiert ist. Zu Erläuterungszwecken
kann die Auftrefffläche
als schmales Rechteck oder als Oval mit einem sehr hohen Aspektverhältnis von
beispielsweise 100:1, das eine Hauptachse und eine Nebenachse aufweist,
angesehen werden. Dieser Flachstrahl kann über eine zu reinigende Oberfläche in Richtung
der Nebenachse der Auftrefffläche
geführt
werden, um eine Materialschicht selektiv zu entfernen. Alternativ
kann der Flachstrahl über
eine Oberfläche,
die geschnitten werden soll, in Richtung der Hauptachse der Auftrefffläche geführt werden, um
dadurch eine Scher-Schneidekraft zu erzeugen. Ein solcher Flach-
strahl kann besonders gut geeignet sein zum Schneiden von Fasermaterialien,
obgleich er auch einen genauen, geraden Schnitt in einem harten
Material erzeugen kann.
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Die
Energieverteilung des Flachstrahls kann gesteuert werden durch Änderung
des Innenwinkels der konischen Bohrung und des Winkels des keilförmigen Schlitzes
(Kerbe). Dies ist vorteilhaft, weil verschiedene Energieverteilungen
für eine
spezielle Aufgabe (Arbeit) besser geeignet sein können als
andere. So kann es beispielsweise im Zusammenhang mit der Reinigung,
wie sie oben erläutert
wurde, wie angenommen wird, zweckmäßig sein, einen Flachstrahl
mit einer gleichmäßigen Energieverteilung
zu haben, die durch korrekte Einstellung der geometrischen Form
der Düse
erzielt werden kann.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
ist auch die äußere Oberfläche der
Düse konisch,
so daß das
zweite Ende eine im wesentlichen kreisförmige ebene Oberfläche hat.
Außerdem
ist der keilförmige
Schlitz (Kerbe) so auf den Durchmesser der kreisförmigen ebenen
Oberfläche
ausgerichtet (gefluchtet), daß der
resultierende Flachstrahl vertikal ausgerichtet ist auf (fluchtet
mit) eine Längsachse
der Düse.
Bei einer anderen Ausführungsform
kann der keilförmige
Schlitz (Kerbe) so versetzt sein, daß er nicht auf den Durchmesser
der Oberfläche
des zweiten Endes ausgerichtet ist (nicht damit fluchtet), so daß ein „Seitenfeuer"-Flachstrahl entsteht,
der aus der Düse
in einem rechten Winkel zur Längsachse der
Düse austritt.
Ein solcher Seitenfeuer-Flachstrahl kann auch erzeugt werden durch
Schleifen des keilförmigen
Schlitzes (Kerbe) unter einem Winkel relativ zur Längsachse
der Düse,
so daß die
Achse der Düse
nicht in der Ebene des Schlitzes (der Kerbe) liegt.
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Bei
einer noch anderen alternativen Ausführungsform kann der keilförmige Schlitz
(Kerbe) unter einem Winkel, bezogen auf die Längsachse der Düse, vorliegen,
so daß die
Achse der Düse
in der Ebene des Schlitzes (der Kerbe) liegt. Dadurch entsteht ein „gewinkelter" Flachstrahl.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform,
wie sie hier erläutert
wird, ist die Düse
in einem Aufnahmekegel so montiert, daß dann, wenn ein Volumen des
unter Druck stehenden Fluids die Düse passiert, der Aufnahmekegel
gegen die Düse
drückt,
wodurch bewirkt wird, daß die
Innenwände
der Düse
in der Nähe
der und bei der Austrittsöffnung
in einem Druckbeanspruchungs-Zustand vorliegen. Dieser Zustand erhöht die Beständigkeit
der Düse
gegen Ermüdung
und Verschleiß.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
wird die Düse
hergestellt durch maschinelles Ausheben einer konischen Bohrung
aus einem Rohling aus geglühtem
(vergütetem)
rostfreiem Stahl. Die innere Oberfläche der Düse wird oberflächenbehandelt durch
Einpressen einer kegelförmigen
Form in die konische Bohrung, wodurch Maschinenbearbeitungsmarkierungen
eliminiert werden und die Qualität
der inneren Oberfläche
verbessert wird. Der Teil wird dann wärmebehandelt, wobei vorher
oder nachher die äußere Oberfläche der
Düse oberflächenbehandelt
werden kann. Wenn der Teil einmal wärmebehandelt worden ist, wird
ein keilförmiger
Schlitz (Kerbe) aus dem zweiten Ende der Düse maschinell ausgehoben bis
zu einer ausreichenden Tiefe, so daß die Gestalt der Austrittsöffnung definiert
ist durch die Überkreuzung
der konischen Bohrung mit dem keilförmigen Schlitz (Kerbe).
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Die
Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen:
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1 ein
Beispiel für
ein Muster, wie es mit einem kreisförmigen Strahl gemäß Stand
der Technik erzeugt wird, wenn dieser in Drehung versetzt und über eine
Oberfläche
geführt
wird;
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2 eine
Querschnittsansicht einer Düse, die
eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung erläutert;
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3 eine
Querschnittsansicht der Düse
gemäß 2,
die in einem Aufnahmekegel montiert ist;
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4a–c Diagramme,
welche den Einfluss der Änderung
des inneren Kegelwinkels der Dose gemäß 2 auf die
Energieverteilung eines resultierenden Flachstrahls erläutern;
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5a–c Diagramme,
welche den Einfluss der Änderung
des äußeren Keilwinkels
der Düse
gemäß 2 auf
die Gestalt des resultierenden Flachstrahls erläutern;
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6a–c ebene
Bodenansichten, die alternative Ausführungsformen der Düse gemäß 2 erläutern;
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7a–c Diagramme,
die Front- und Seitenansichten von drei alternativen Ausführungsformen der
Düse gemäß 2 und
die resultierenden Flachstrahlen erläutern; und
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8 eine
ebene Draufsicht auf einen Schleifaufsatz (eine Schleifbearbeitungsvorrichtung), wie
sie zur Herstellung der Düse
gemäß 2 verwendet
wird.
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Verschiedene
Arbeiten, wie z.B. das Schneiden, Reinigen, Fräsen und Einkerben, können durchgeführt werden
unter Verwendung eines Ultrahochdruck-Fluid-Strahls. Solche Strahlen
können
erzeugt werden durch positive Hochdruck-Verdränger-umpen (nicht dargestellt)
und sie können
Drucke von bis zu 3870 bar (55 000 psi) und mehr erreichen. Das
durch die Pumpe erzeugte, unter Druck stehende Fluid wird in der
Regel in einem Sammelrohr gesammelt, aus dem das Fluid durch die
Düse einer
Vorrichtung (nicht dargestellt) geführt wird, wodurch ein Ultrahochdruck-Strahl
erzeugt wird, der zur Durchführung einer
speziellen Arbeit verwendet werden kann.
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Nach
dem derzeitigen Stand der Technik wird in der Regel ein unter Druck
stehendes Fluid mit einem kreisförmigen
Querschnitt verwendet. Obgleich kreisförmige Strahlen für bestimmte
Anwendungszwecke vorteilhaft sind, beispielsweise zum Schneiden
von komplexen Formen, stellt ein sich bewegender kreisförmiger Strahl
einen sich bewegenden Punkt dar und er unterliegt deshalb starken
Beschränkungen
im Zusammenhang mit anderen Arbeiten, wie z.B. beim Reinigen. Die
derzeitige Praxis bei der Reinigung einer Oberfläche mit einem kreisförmigen Strahl
besteht darin, kreisförmige
Strahlen in Rotation zu versetzen und sie entlang einer Oberfläche zu führen, wobei
das in 1 dargestellte Muster 11 erhalten wird.
Wie in 1 dargestellt, gibt es unter anderem verschiedene
geformte Bereiche (Flächen),
wie z.B. Rhomben (Rauten) 13, Halbmonde (Sicheln) 15 und
Dreiecke 17, die von dem sich drehenden und sich fortbewegenden
Strahlen (nicht dargestellt) niemals getroffen werden. Außerdem gibt es,
wie in 1 bei der Ziffer 19 dargestellt, mehrere Bereiche
auf der Oberfläche,
die von den Strahlen mehrfach getroffen werden. Als Folge davon
wird die Oberfläche
nicht vollständig
oder nicht gleichmäßig gereinigt,
was zu einer beschädigten
Oberfläche führt.
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Die 2 und 3 erläutern eine
bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Eine Düse 12 weist ein erstes
Ende 14, ein zweites Ende 16, eine äußere Oberfläche 18 und
eine innere Oberfläche 20 auf.
Die innere Oberfläche 20 ist
definiert durch eine konische Bohrung 22, die sich von dem
ersten Ende 14 bis zu dem zweiten Ende 16 erstreckt,
wodurch eine Eintrittsöffnung 24 und
eine Austrittsöffnung 26 in
dem ersten Ende 14 bzw. in dem zweiten Ende 16 erzeugt
werden. Ein keilförmiger
Schlitz (Kerbe) 28 erstreckt sich von dem zweiten Ende 16 in
Richtung auf das erster Ende 14 bis zu einer solchen Tiefe 44,
daß der
Schlitz (die Kerbe) 28 und die konische Bohrung 22 einander überschneiden
(kreuzen). Die Gestalt der Austrittsöffnung 26 ist deshalb
definiert durch die Überkreuzung
zwischen der konischen Bohrung 22 und dem keilförmigen Schlitz
(Kerbe) 28. Wenn ein Volumen des unter Druck stehenden
Fluids die Düse 12 passiert
und aus der Austrittsöffnung 26 austritt,
bewirkt die Gestalt der Austrittsöffnung 26, daß das unter
Druck stehende Fluid in Form eines Flachstrahls mit einer im wesentlichen
linearen Auftrefffläche
aus der Düse
austritt.
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Wie
in 3 erläutert,
ist die Düse 12 bei
einer bevorzugten Ausführungsform
innerhalb eines Aufnahmekegels 30 montiert (befestigt),
der eine Düsenmutter 31 aufweist.
Wenn das Fluid den Aufnahmekegel 30 und die Düse 12 passiert,
drückt
der Aufnahmekegel 30 gegen die Düse 12, wodurch die
innere Oberfläche 20 der
Düse 12 in
der Nähe
der und an der Austrittsöffnung 26 in
einen Druckbeanspruchungs-Zustand versetzt wird. Dadurch, daß die Düse 12 eher
im komprimierten Zustand als im gespannten Zustand vorliegt, ist
sie beständiger
gegen Ermüdung
und Verschleiß.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die äußere Oberfläche 18 der
Düse 12 konisch,
so daß das
zweite Ende 16 eine im wesentlichen kreisförmige ebene
Oberfläche 45 aufweist,
wie in 6a dargestellt. Der keilförmige Schlitz
(Kerbe) 28 ist ausgerichtet auf (fluchtet mit) den Durchmesser
der kreisförmigen
Oberfläche 45,
so daß er
durch das Zentrum 47 des zweiten Endes 16 hindurchgeht.
Als Folge davon tritt der Flachstrahl des unter Druck stehenden
Fluids aus der Düse 12 in
einer Richtung aus, die im wesentlichen ausgerichtet ist auf (fluchtet
mit) die Längsachse 50 der
Düse 12.
Dieser Flachstrahl kann als „gerader" Flachstrahl 49 bezeichnet
werden, wie in 7a dargestellt. Ein gerader
Flachstrahl 49 kann für
verschiedene Anwendungszwecke nützlich sein,
beispielsweise bei der Reinigung oder bei der Entfernung eines Überzugs
(Beschichtung), wie nachstehend näher erläutert.
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Bei
einer anderen Ausführungsform,
wie sie in 6b dargestellt ist, ist der
keilförmige
Schlitz (Kerbe) 28 so versetzt, daß er nicht mehr ausgerichtet
ist auf (fluchtet mit) den Durchmesser der kreisförmigen Oberfläche 45 des
zweiten Endes 16. Als Folge davon tritt der Flachstrahl
aus der Düse 12 unter einem
Winkel, bezogen auf die Längsachse 50 der Düse 12,
aus. Ein solcher Flachstrahl kann als „Seitenfeuer"-Flachstrahl 51 bezeichnet
werden, wie in 7b dargestellt. Seitenfeuer-Flachstrahlen 51 können auch
erzeugt werden durch Einschleifen des keilförmigen Schlitzes (Kerbe) 28 unter
einem Winkel relativ zur Längsachse 50 der
Düse 12,
so daß die Achse 50 der
Düse 12 nicht
in der Ebene des Schlitzes (Kerbe) 28 liegt. Seitenfeuer-Flachstrahlen 51 können bei
verschiedenen Verwendungszwecken nützlich sein, beispielsweise
wenn es erforderlich ist, eine Reinigung oder Entfernung von Mörtelschlamm aus
den Seiten eines engen, tiefen Bereiches, beispielsweise einer Fuge
zwischen zwei Betonblöcken, durchzuführen.
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Bei
einer weiteren alternativen Ausführungsform,
wie sie in 7c dargestellt ist, kann der
keilförmige
Schlitz (Kerbe) 28 unter einem Winkel relativ zur Längsachse 50 der
Düse 12 vorliegen,
so daß die Achse 50 der
Düse 12 in
der Ebene des Schlitzes (der Kerbe) 28 liegt. Dadurch entsteht
ein „gewinkelter" Flachstrahl 53,
der, wie angenommen wird, für verschiedene
Anwendungszwecke nützlich
ist.
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Wie
vorstehend erläutert,
liegt das aus der Düse 12 austretende,
unter Druck stehende Fluid in Form eines Flachstrahls mit einer
im wesentlichen linearen Auftrefffläche vor, deren Breite variiert
bei Änderungen
der geometrischen Form der Düse.
Zu Erläuterungszwecken
kann die Auftrefffläche
als schmales Rechteck oder als Oval mit einem sehr hohen Aspektverhältnis von
beispielsweise 100:1, das eine Hauptachse und eine Nebenachse aufweist,
angesehen werden. Die geometrische Form des Flachstrahls kann gesteuert
werden durch Einstellung der geometrischen Form der Düse, wobei
verschiedene geometrische Formen mehr erwünscht sind je nach der durchzuführenden
Arbeit. So ist es beispielsweise bei der Reinigung häufig erwünscht, eine
Materialschicht von einer darunterliegenden Oberfläche selektiv
zu entfernen, ohne die darunterliegende Oberfläche zu beschädigen. Es
ist auch erwünscht
und häufig
erforderlich, eine zu 100 % saubere Oberfläche zu erzeugen. Durch Führen des
Flachstrahls, der gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
der Düse 12,
wie sie hier erläutert
ist, erzeugt wird, über
eine zu reinigende Oberfläche
in Richtung der Nebenachse der Auftrefffläche des Flachstrahls, ist es
möglich, eine
Materialschicht gleichmäßig und
vollständig
zu entfernen, wobei dadurch die mit der Rotation und der Verschiebung
eines kreisförmigen
Strahls verbundenen Probleme vermieden werden. Es ist für den Fachmann
auf diesem Gebiet klar, daß eine
Reihe von Düsen 12 ausgerichtet
sein kann und gemeinsam bewegt werden kann über eine Oberfläche, um eine
größere Fläche schneller
und wirksamer zu reinigen. Alternativ kann der Flachstrahl über eine
zu schneidende Oberfläche
in Richtung der Hauptachse der Auftrefffläche geführt werden, wodurch eine Scher-Schneidekraft erzeugt
wird. Ein solcher Flachstrahl kann besonders gut geeignet sein zum
Schneiden von Fasermaterialien, obgleich er auch einen genauen,
geraden Schnitt in einem harten Material erzeugen kann.
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Wie
in den 4a–c dargestellt, kann die geometrische
Form der Düse 12 geändert werden,
um die resultierende geometrische Form und die Energieverteilung
des Flachstrahls zu steuern. So ist es beispielsweise, wie bei der
oben dargestellten Reinigung erläutert,
zweckmäßig, eine
gleichmäßige Energieverteilung
entlang der Breite des Flachstrahls zu haben, die in einer gleichmäßigen Verteilung
der Energie über
die zu reinigende Oberfläche
resultiert. Bei einer bevorzugten Ausführungsform, wie sie in 4a dargestellt
ist, beträgt
der Innenwinkel 34a der konischen Bohrung 22 90° zur Erzielung
einer gleichmäßigen Energieverteilung 36a des
Flachstrahls, so daß die
Energie im Zentrum 40a und an den Enden 42a des
Flachstrahls die gleiche ist. Bei einer anderen Ausführungsform,
wie sie in 4b dargestellt ist, beträgt der Innenwinkel 34b der
konischen Bohrung 22 weniger als 90°, beispielsweise 60°, wodurch
eine Energieverteilung 36b resultiert, die in einem Zentrum 40b des
Flachstrahls konzentriert ist und zu den Enden 42b des
Flachstrahls hin abnimmt. Bei einer anderen alternativen Ausführungsform,
wie sie in 4c dargestellt ist, ist der
Innenwinkel 34c der konischen Bohrung 22 größer als 90°, er beträgt beispielsweise
105°, was
zu einer Energieverteilung 36c führt, die an den Enden 42c des Flachstrahls
konzentriert ist und minimal ist im Zentrum 40c des Flachstrahls.
Jede dieser Konfigurationen hat ihre eigenen Anwendungsbereiche.
So ist beispielsweise die gleichmäßige Energieverteilung, wie
sie in 4a dargestellt ist, bevorzugt
für viele Reinigungsarbeiten,
weil sie gleichmäßig entlang
ihrer Breite auf die zu reinigende Oberfläche einwirkt.
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Wie
in den 5a–c dargestellt, können Änderungen
des äußeren Winkels 33 des
keilförmigen Schlitzes
(Kerbe) 28 vorgenommen werden zur Steuerung der Gestalt
und Dicke des Flachstrahls. Wie in 5a dargestellt,
ergibt ein kleiner Keilwinkel 33a einen weitwinkligen Flachstrahl 35,
während
ein großer
Keilwinkel 33c, wie in 5 dargestellt,
einen engwinkligen Flachstrahl 37 ergibt. Obgleich nicht dargestellt,
nimmt die Dicke des Flachstrahls auch zu mit steigendem Keilwinkel.
Auch hier haben die unterschiedlichen Konfigurationen verschiedene
Anwendungsbereiche, wobei beispielsweise ein engwinkliger Flachstrahl,
wie er beispielsweise erzeugt wird durch den breitwinkligen Keilwinkel
in Fig. Sc, in bezug auf die Energiezuführung zu einem Ziel stärker konzentriert
ist, was erforderlich sein kann, wenn der Abstand zwischen der Düse 12 und
der zu reinigenden Oberfläche
groß ist.
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Die
Düse 12 wird
hergestellt durch maschinelles Bearbeiten eines Rohlings 64 aus
irgendeiner beliebigen hochfesten Metalllegierung, beispielsweise
aus gehärtetem
(vergütetem)
Stahl. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Düse 12 hergestellt
aus einem rostfreien Stahl Carpenter Custom 455. Die konische Bohrung 22 wird
maschinell aus dem Rohling ausgehoben, danach wird die innere Oberfläche 20 durch
Hineinpressen einer kegelförmigen
Form (nicht dargestellt) in die konische Bohrung 22 oberflächenbehandelt,
wodurch die Maschinenbearbeitungsmarkierungen eliminiert werden
und die Qualität
der inneren Oberfläche 20 verbessert
wird. Die Düse 12 wird
dann bei einer gegebenen Temperatur für eine gegebene Zeitspanne
wärmebehandelt, um
die Festigkeit des Materials zu erhöhen. Die richtige Temperatur
und die richtige Zeitdauer hängen
ab von dem verwendeten Material und sind dem Fachmann auf diesem
Gebiet bekannt. So wird beispielsweise bei einer bevorzugten Ausführungsform,
bei der die Düse
aus Carpenter Custom 455 besteht, die Düse 4 h lang bei 482°C (900°F) behandelt
und dann an der Luft abgekühlt.
Die äußere Oberfläche 18 der Düse 12 kann
oberflächenbehandelt
werden, bevor oder nachdem die Düse
wärmebehandelt
worden ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die äußere Oberfläche 18 konisch,
so daß die
zweite Fläche 16 eine
im wesentlichen kreisförmige
ebene Oberfläche 45 hat.
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Der
keilförmige
Schlitz (Kerbe) 28 wird dann aus dem Rohling 64 oder
der Düse 12 maschinell ausgehoben
in dem zweiten Ende 16 bis zu einer ausreichenden Tiefe,
so daß der
Schlitz (die Kerbe) 28 die durch die konische Bohrung 22 geschaffene Austrittsöffnung 26 kreuzt
(schneidet). Wie in 8 dargestellt, umfasst der Schleifaufsatz
(die Schleifbearbeitungsvorrichtung) 59 zwei Diamant-Abrichtwerkzeuge 60,
die so positioniert sein können,
daß sie
den gewünschten
Winkel erzeugen, so daß dann, wenn
die Abrichtwerkzeuge 60 gegen ein Schleifrad 62 drücken, sie
den gleichen Winkel auf dem Rand des Schleifrades 62 erzeugen.
Einige der Rohlinge 64 sind auf einem Türmchen 66 befestigt,
der sowohl seitlich als auch in Längsrichtung bewegt werden kann,
um den Rohling auf das Schleifrad 62 auszurichten. Wenn
das Schleifrad 62 gegen den Rohling 64 drückt, um
den keilförmigen
Schlitz (Kerbe) 28, dessen Winkel dem gewünschten
Winkel zwischen den Abrichtwerkzeugen und dem Schleifrad entspricht,
zu erzeugen, werden Schmiermittel verwendet, um die Apparatur zu
kühlen
und eine Beschädigung
zu verhindern, wobei das Verfahren und die Notwendigkeit desselben
für den
Fachmann auf diesem Gebiet selbstverständlich sind.
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Zum
Kalibrieren des Systems wird ein erster Rohling 64 verwendet.
Ein Operator für
den Schleifaufsatz 59 schleift einen keilförmigen Schlitz (Kerbe) 28 in
den Rohling und dann wird das Türmchen 66 um
90° gedreht,
um die Ausrichtung des keilförmigen
Schlitzes (Kerbe) 28 auf die konische Bohrung 22 zu
prüfen.
Diese Inspektion erfolgt mittels eines Mikroskops (nicht dargestellt).
Wenn der keilförmige
Schlitz (Kerbe) 28 nicht richtig ausgerichtet ist, werden
Einstellungen durch Bewegen des Türmchens 66 durchgeführt. Wenn
einmal die gewünschte Ausrichtung
erzielt ist, können
mehrere Düsen 12 sehr
schnell hergestellt werden durch Befestigen mehrerer Rohlinge 64 auf
dem Türmchen 66 und
Einschleifen des keilförmigen
Schlitzes (Kerbe) 28 mittels des Schleifrades 62.
Außerdem
sind unterschiedliche Tiefen des keilförmigen Schlitzes (Kerbe) 28 erwünscht, je
nach der vorgesehenen Arbeit und Größe der Düse, bestimmt durch den Durchmesser der
Düse 12.
Die gewünschte
Tiefe wird kalibriert und überprüft durch
Messung der Länge
einer Hauptachse der Austrittsöffnung 26,
die eine ovale Gestalt hat wegen der Überschneidung (Überkreuzung)
des keilförmigen
Schlitzes (Kerbe) 28 und der konischen Bohrung 22.
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Eine
Düse zur
Erzeugung eines Ultrahochdruck-Fluid-Flachstrahls wurde vorstehend
dargestellt und beschrieben. Aus den vorstehenden Angaben ergibt
sich, daß,
obgleich bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung hier zu Erläuterungszwecken
beschrieben worden sind, verschiedene Modifikationen vorgenommen
werden können,
ohne daß dadurch
der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird. Die Erfindung
ist auf die hier beschriebenen Ausführungsformen nicht beschränkt, sondern
wird durch die folgenden Patentansprüche definiert.