DE69319865T2

DE69319865T2 - Öffnungsvorrichtung und Verfahren zur Erzeugung eines hochkohäsiven Flüssigkeitsstrahles

Info

Publication number: DE69319865T2
Application number: DE69319865T
Authority: DE
Inventors: Thomas A. West Trenton N.J. Ursic
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-12-16
Filing date: 1993-02-05
Publication date: 1998-12-24
Anticipated expiration: 2013-02-06
Also published as: EP0602301A1; CA2087556A1; EP0602301B1; CA2087556C; ATE168591T1; US5226597A; DE69319865D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen von Hochdruck-Fluid-Düsenstrahlen. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Düseneinheit zum Erzeugen eines hochkohäsiven Fluidstrahls, z. B. eines Wasserstrahls. Derartige Fluid- oder Wasserstrahlen werden heutzutage zum Schneiden verschiedener Materialien verwendet, eingeschlossen harter Materialien wie Steine oder Beton, und weichere Materialien wie beispielsweise Kunststoff und Leder.
In der Vergangenheit bestand ein Problem bei Vorrichtungen zum Erzeugen von Hochdruck-Fluid-Düsenstrahlen darin, daß die Kohäsivität des Strahls, d.h. die Konvergenz der Geschwindigkeitsvektoren des den Strahl bildenden Fluids, sich nur über eine relativ kleine Distanz erstreckte. Ist man in der Lage, einen in höherem Maße kohäsiven oder konvergierenden Fluidstrahl zu erzeugen, so ermäglicht dies feinere Fluidstrahlen und demgemäß ein genaueres Schneiden, außerdem die Fähigkeit, die Fluidstrahldüse in größerem Abstand von dem zu schneidenden Objekt anzuordnen, oder tiefer zu schneiden. Dies ist insbesondere wichtig im Bereich der Roboter beispielsweise dann, wenn ein Fluidstrahl der Kontur des zu schneidenden Objektes unmittelbar folgen muß, und zwar wegen des kleinen Abstandes, auf welchem der Fluidstrahl kohäsiv ist. Bei größerem Abstand vom Objekt wird der Fluidstrahl turbulenter, was zu einem breiteren Schnitt führt. Ist er zu turbulent, so wird die Schnittpräzision verringert oder die Fähigkeit, das Material überhaupt zu schneiden. Man hat festgestellt, daß ein Grund für das Fehlen der Kohäsivität des Schneidstrahles die Anwesenheit der Turbulenz stromaufwärts der Düse ist, aus welcher der Schneidstrahl austritt. Zusätzlich zu den genannten Problemen kann das Vorliegen von Turbulenz zu einem unerwünschten Benetzen des zu schneidenden Materiales führen.
Es wurden in der Vergangenheit zahlreiche Vorrichtungen zum Lösen des Problemes vorgeschlagen. Eine davon ist in US No. 3 997 111 dargestellt, in welcher eine lange Flüssigkeits-Kollimations-Vorrichtung stromaufwärts der Düsenöffnung angeordnet ist, und wobei die Strömungs-Kollimations-Kammer wenigstens hundert Mal größer als der Querschnitt der Düsenöffnung ist.
Bei einem anderen Vorschlag gemäß US 4 852 800 ist ein konvergierender Abschnitt stromaufwärts der Düse vorgesehen, um die Turbulenz stromaufwärts der Düse zu verringern und damit einen in stärkerem Maße konvergierenden Fluidstrahl stromaufwärts der Düse zu schaffen. Obwohl die genannten Vorrichtungen dazu beitragen, einen stärker kohäsiven Fluidstrahl aus der Fluidstrahldüse zu erzeugen, haben sie jedoch zahlreiche Nachteile. Die Kollimationskammer gemäß US 3 997 111 ist wegen ihrer Abmessungen und wegen ihres Gewichtes nachteilig. Die Vorrichtung gemäß US 4 852 800 verlangt Abwandlungen bezüglich der Kollimationskammer der Düse oder der Fluid-Zufuhrleitung durch Anordnen eines konischen Abschnittes stromaufwärts der Düse.
Bei einer im Handel erhältlichen Düsenstrahl-prod uzierenden Vorrichtung weist die Zufuhrleitung etwa 4,8 mm (3/16 Zoll) auf. Bei einer anderen Konstruktion ist die Zufuhrleitung etwa 6,4 mm (1/4 Zoll). Die größere Zufuhrleitung (6,4 mm - 1/4 Zoll) erzeugt weniger Turbulenz in der Düse als die Zufuhrleitung mit 4,8 mm (3/16 Zoll). Die größere Zufuhrleitung erzeugt somit einen mehr kohäsiven Fluidstrahl aus der Düse als jene Vorrichtung, die mit Zufuhrleitungen kleineren Durchmessers ausgestattet sind.
DE-A-29 03 733 beschreibt eine Vorrichtung zum Aufnehmen eines Fluids unter Druck und zum Erzeugen eines hoch-kohäsiven Fluidstrahls hiermit, umfassend:
- ein Gehäuse 2 zum Befestigen der Zufuhrleitung 1 zum Zuführen von unter Druck stehendem Fluid zum Gehäuse 2;
- das Gehäuse 2 hat einen Kanal 3b, durch welches Fluid strömt; Kanal 3b weist eine Öffnung auf, gebildet aus einer Öffnung in einem Düsenelement 14 zum Erzeugen des Fluidstrahles; das Düsenelement 14 weist eine stromaufwärtige Fläche auf; Kanal 3b weist ferner einen konvergierenden Abschnitt 5 auf, angeordnet stromaufwärts der Öffnung, zum Verringern der Turbulenz im Kanal stromaufwärts der Öffnung; der konvergierende Abschnitt 5 erstreckt sich zur stromabwärtigen Fläche des Düsenelementes 14 und erzeugt hierbei einen stärker kohäsiven Fluidstrahl stromabwärts der Öffnung; der konvergierende Abschnitt 5 ist im Gehäuse 2 angeordnet, das die Öffnung aufnimmt; das Gehäuse 2 ist von der Zufuhrleitung 1 getrennt. Alle diese vorbekannten Vorrichtungen haben sich insofern nicht als erfolgreich erwiesen, als sie nicht in der Lage waren, einen hoch-kohäsiven Fluidstrahl zu erzeugen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Düseneinheit zum Erzeugen eines hoch-kohäsiven Fluidstrahls zu schaffen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung eine solche Düseneinheit zum Erzeugen eines hoch-kohäsiven Fluidstrahls zu schaffen, die leicht und bequem an herkömmliche Hochdruck-Fluidzufuhrleitungen angeschlossen werden kann, ohne irgendwelche Abwandlungen an der Leitung, ausgenommen die Befestigung der Düseneinheit an der Zufuhrleitung statt der herkömmlichen Düseneinheit.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine solche Düseneinheit zum Erzeugen eines hoch-kohäsiven Fluidstrahls zu schaffen, die es ermöglicht, Vorrichtungen mit Zufuhrleitungen kleineren Durchmessers, z. B. mit der Zufuhrleitung von 4,8 mm (3/16 Zoll) nachträglich an der erfindungsgemäßen Vorrichtung anzukoppeln und damit diese Vorrichtungen in die Lage zu versetzen, kohäsivere Fluidstrahlen zu erzeugen.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Düseneinheit zu schaffen, wobei das Düsenelement im angeschraubten Gehäuse angeordnet ist, befestigt an einem Ende der Fluid-Zufuhrleitung.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Düseneinheit zu schaffen, die die vorbekannten Düseneinheiten verbessert, die ihrerseits Turbulenzverringerungsbereiche aufweisen, eingeschlossen die in US 4 852 800 gezeigte Vorrichtung.
Diese Aufgaben werden durch eine Vorrichtung bzw. durch ein Verfahren gemäß der unabhängigen Ansprüche gelöst.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Erfindung soll im folgenden in Einzelheiten in der nachstehenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden:
Fig. 1 ist ein Querschnitt durch die hochkohäsive Düseneinheit gemäß der Erfindung.
Fig. 2 ist eine Einzelheit aus dem Querschnitt durch die hochkohäsive Düseneinheit gemäß der Erfindung.
Fig. 3 ist ein Querschnitt durch eine vorbekannte Fluid-Düseneinheit und zeigt das Fluid-Geschwindigkeits-Profil sowie turbulente Wirbelströme, die in der Fluid-Zufuhrleitung durch die quadratische Endfläche der Düsenöffnung und das sich rasch bewegende Fluid durch die Düsenöffnung erzeugt werden.
Fig. 4 ist ein Querschnitt durch die hochkohäsive Düseneinheit gemäß der Erfindung und zeigt das Fluid-Geschwindigkeits-Profil sowie kleinere Wirbeiströme, die in der Vorrichtung erzeugt werden.
Fig. 5 ist ein Querschnitt durch einen Teil einer weiteren Ausführungsform der hochkohäsiven Düseneinheit gemäß der Erfindung und zeigt eine Abwandlung der Erfindung zur Steigerung der Turbulenzverringerung und zum weiteren Verbessern der Kohäsivität des Fluidstrahles.

EINZELBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Im folgenden soll auf die Zeichnungen eingegangen werden. Die hochkohäsive Düseneinheit gemäß der Erfindung ist in Fig. 1 dargestellt. Die herkömmliche Fluid-Zufuhrleitung ist mit 10 bezeichnet, und die Zufuhrleitungsbohrung zum Heranführen von Hochdruckfluid zur Düse ist mit 12 bezeichnet. Die Richtung der Fluidströmung ist mit Pfeil 14 gekennzeichnet.
Es ist ein Düsengehäuse 16 vorgesehen, das in einer Ausnehmung 17 ein Innengewinde aufweist, dem seinerseits ein an der Zufuhrleitung vorgesehenes Außengewinde 20 zugeordnet ist. Das Düsengehäuse 16 kann aus Metall sein. Es umfaßt einen konvergierenden Abschnitt 22, der in die Ausnehmung 17 mündet und die Zufuhrleitung 10 aufnimmt. Der konvergierende Abschnitt 22 verjüngt sich vorzugsweise, wobei sich das kleinere Ende an einen Düse 24 befindet. Die Düse 24 ist üblicherweise aus einem Saphir hergestellt, wegen dessen extremer Härte und Fähigkeit, größten Drücken des Fluids standzuhalten, die 50.000 psi übersteigen können. Die Öffnung ist vorzugsweise an einem Öffnungsträger 25 vorgesehen. Dieser kann ein flexibler Schutzträger sein, so wie in der entsprechenden Anmeldung Nr. 1824-3 der gleichzeitig mit dieser Anmeldung hinterlegten Anmeldung der Anmelderin enthalten. Stromabwärts der Düse 24 ist eine Düsenöffnung 26 vorgesehen, durch welche der Fluidstrahl austritt.
Wie in Fig. 2 gezeigt, hat die Öffnung typischerweise einen Querschnitt mit einem anfänglich geraden Abschnitt 28, gefolgt von einem divergierenden Abschnitt 30. Ein zusätzlicher geradliniger Abschnitt 32 des Trägers 25 weist einen größeren Durchmesser als der Abschnitt 28 auf und ist gleich dem größeren Durchmesser des divergierenden Abschnittes 30.
Gemäß einem Gedanken der Erfindung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Fläche 34 der Düse 24 um ein geringes Maß d in den konvergierenden Abschnitt 22 zu verlegen. Der Grund hierfür soll nachstehend erklärt werden.
Die Figuren 3 und 4 dienen dazu zu erläutern, warum die Erfindung Vorteile gegenüber den vorbekannten Vorrichtungen aufweist, bei welchen das Fluid der Öffnung durch eine im wesentlichen geradlinige Zufuhrleitung zugeführt wird. Wie oben erwähnt, ist es bereits bekannt, stromaufwärts der Öffnung einen konvergierenden Abschnitt vorzuschalten, wie in US 4 852 800 gezeigt. Dieses Dokument erfordert jedoch Abwandlungen bezüglich der Zufuhrleitung, und zwar deshalb, weil ein Kollimationskegel in der Zufuhrleitung selbst oder in einem besonderen Abschnitt vorgesehen werden muß, eingeschlossen den konvergierenden Abschnitt, der stromaufwärts der Düseneinheit anzuordnen ist. Die vorliegende Erfindung vermeidet die Notwendigkeit, die Zufuhrleitung abzuwandeln oder eine besondere Einrichtung stromaufwärts der Düseneinheit vorzusehen. Stattdessen schraubt der Benutzer ganz einfach die Düseneinheit gemäß der Erfindung an eine herkömmliche geradlinige Zufuhrleitung (Austausch der herkömmlichen Düseneinheit), um die Wirkungen zu erzielen, die durch einen konvergierend en Abschnitt stromaufwärts der Öffnung herbeigebracht werden.
Wie in Fig. 3 gezeigt, weisen herkömmliche Zufuhrleitungen 10' einen konstanten Innendurchmesser auf. Das Geschwind igkeitsprofil der Hochdruck-Fluidströmung 14' im Bereich der Düse 24' verläuft so, wie mit Bezugszeichen 36 bezeichnet. Wegen der im wesentlichen quadratischen Endkonfiguration der Düse 24' am Ende der Zufuhrleitungsbohrung 12' werden Wirbelströme erzeugt, gezeigt durch Ellipsen 38. Dies bedeutet, daß die Strömung im Bereich der stromaufwärtigen Öffnungsfläche turbulent ist, was die Kohtsivität oder das Maß der Kohäsivität des Fluidstrahls am Auslaß der Düse 26 verringert. Die in Fig. 3 gezeigte Düse 24' ist von einem festen Träger 25' in einem Gehäuse 16' getragen. Gehäuse 16' wird in die Zufuhrleitung 10' mittels zugeordneter Gewinde 18' und 20' verschraubt.
Bei der hoch-kohäsiven Düseneinheit gemäß der Erfindung, gezeigt in Fig. 4, nähert der konvergierende Abschnitt 22 das Geschwindigkeitsprofil 40 des Hochdruckfluids an. Aufgrund des kleineren Endquerschnittes des konvergierenden Abschnittes 22, etwa gleich dem Durchmesser der Saphirdüse 24, wird weniger Turbulenz erzeugt, dargestellt durch kleinere Wirbelströme 42. Die Verringerung der Turbulenz stromaufwärts der Düse 24 ermöglicht es, daß aus der Düse 26 ein in stärkerem Maße kohäsiver Fluidstrahl austritt.
Es hat sich ferner gezeigt, daß durch Anordnen der stromaufwärtigen Fläche 34 der Düseneinheit 24 in dem konvergierenden Abschnitt 22 um eine kleine Strecke d, so wie in Fig. 2 gezeigt, die Kohäsivität des Düsenstrahles nicht beeinträchtigt, sondern möglicherweise verbessert wird. Der kleine Abstand d kann etwa 0,2 mm (0,008 Zoll) betragen, jedoch weniger als 0,4 mm (0,015 Zoll). Dies geht vermutlich auf die Tatsache zurück, daß die stromaufwärtige Öffnungsfläche 34 in den Bereich laminarer Strömung des Fluids hineinragt, wodurch die Turbulenz des in die Öffnung eintretenden Fluids verringert und die Kohäsivität des hieraus austretenden Fluidstrahles gesteigert wird. Ragt die Fläche 34 zu weit in den konvergierenden Abschnitt 22 ein, so wird jedoch die Kohäsivität beeinträchtigt.
Aus Fig. 4 ergibt sich ein weiterer Vorteil der Erfindung, der darin besteht, daß sich die Öffnung näher am Ende des Gehäuses 16 befindet als bei der vorbekannten Anordnung gemäß Fig. 3. Hierdurch kann die Öffnung näher an der Arbeitsstelle angeordnet werden, was einen längeren, stärker kohäsiven Fluidstrahl zur Arbeitsstelle erzeugt. Bei der in Fig. 4 gezeigten Vorrichtung liegt die stromabwärtige Fläche der Öffnung 24 beispielsweise etwa 3,2 mm (1/8 Zoll) vom Ende des Düsengehäuses entfernt. Bei der Vorrichtung gemäß Fig. 3 beträgt dasselbe Maß etwa 9,5 mm (3/8 Zoll), was zu einem weniger kohäsiven Fluidstrahl führt, der auf die Arbeitsstelle aufgebracht wird.
Die vorliegende Erfindung bringt entscheidende Vorteile gegenüber der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung des Standes der Technik herbei, wie auch gegenüber jenen Vorrichtungen, die in US 4 852 800 und in US 3 997 111 beschrieben sind. Die vorliegende Erfindung schafft insbesondere eine Düseneinheit, die sich unmittelbar am Ende einer herkömmlichen Zufuhrleitung mit einer einzigen Schraubeinheit anschließen läßt. Die Anwendung der Erfindung verlangt keine Abwandlungen bezüglich des herkömmlich konstanten lnnendurchmessers von Zufuhrleitungen, die derzeit verwendet werden, und sie erfordert auch nicht eine besondere, vor der Öffnung zu montierender Einrichtung. Stattdessen montiert ein Benutzer ganz einfach die einzige Einheit gemäß der Erfindung an einer herkömmlichen Zufuhrleitung.
Die vorliegende Erfindung hat somit insofern Vorteile gegenüber US 4 852 800, als sie keine Abwandlung der Zufuhrleitung benötigt und an herkömmlichen Zufuhrleitungen konstanten 1 nnendurchmessers montiert werden kann, insbesondere an derzeit verwendeten Zufuhrleitungen mit einem kleineren Innendurchmesser von 4,76 mm (3/16 Zoll), so daß diesen Vorrichtungen bei Verwendung von Zufuhrleitungen kleinerer Durchmesser die Vorteile verliehen werden, die durch Zufuhrleitungen mit größeren Durchmessern erzielt werden.
Fig. 5 zeigt eine Abwandlung der Erfindung, die eine weitere Verringerung der Turbulenz und eine Verbesserung der Kohäsivität des Fluidstrahles erbringt. Wie in Fig. 5 gezeigt, endet ein sich verjüngender Abschnitt 22 in einer kugeligen Fläche 50. Die kugelige Fläche 50 kann eine Fläche sein, die aus einem besonderen Einsatz 52 des Gehäuses 16 gebildet ist, oder sie kann dem Gehäuse 16 beim Herstellen des sich verjüngenden Abschnittes 22 angeformt oder durch Bearbeitung hergestellt werden. Der becherförmige Abschnitt 52 kann durch Verkleben mit dem Gehäuse 16 verbunden werden, falls als getrennter Abschnitt ausgeführt. Abschnitt 52 kann aus einem Metall bestehen. Alternativ hierzu kann Abschnitt 52 aus einer Substanz hergestellt sein, die fließfähig ist, die jedoch anschließend zu einer festen Form aushärtet, oder die kugelige Gestalt kann später bearbeitet oder dem Abschnitt 52 angeformt werden. Abschnitt 52 kann aus einem geeigneten Thermoplastik oder aus klebendem Material hergestellt sein. Gemäß einer weiteren Abwandlung läßt sich Abschnitt 52 in einem einzigen Stück zusammen mit dem Düsenelement 24 ausformen, oder aus demselben harten Saphirmaterial wie das Düsenelement 24 herstellen.
Untersuchungen mit zahlreichen Verfahren des Haltens der Öffnung 24, gezeigt in Fig. 5, ohne Träger 25, beinhalteten das Anwenden von Klebstoffen und Epoxyharzen. Es hat sich gezeigt, daß gewisse klebstoffgebundene Öffnungen wesentlich bessere Strömungseigenschaften haben als solche, bei welchen kein Klebstoff verwendet wurde. Das sorgfältige Entfernen und Prüfen der Gestalt des ausgeformten Klebstoffs stromaufwärts der Öffnung erbrachte eine kugelige Gestalt. Der Erfinder nahm jedoch an, daß die verbesserte Strömung vielleicht auf die Anwendung des Klebstoffs zurückgeht, der jegliche Düsenschwingung absorbiert. Die Anwendung eines metallischen sphärischen Bechers stromaufwärts der Öffnung und die Montage der Düse ohne Klebstoff ergab jedoch identische Resultate gegenüber jenen mit Klebstoff, so daß die Absorption von Schwingungen nicht die verbesserten Ergebnisse gebracht haben dürfte. Stattdessen hat es den Anschein, daß die gerundete Gestalt der Fläche 15 die verbesserten Ergebnisse erbringt. Der Vorteil des Verwendens von Metall besteht darin, daß dieses über eine viel längere Zeitspanne dauerhaft ist, im Gegensatz zu Klebstoff, der in kurzer Zeit verschleißt Versuche mit Metallbechern haben gezeigt, daß die Metallbecher praktisch so lange halten, wie die Saphir-Düsen 24 selbst.
Unter Bezugnahme auf Fig. 5 wurde festgestellt, daß die bevorzugte Gestalt des becherförmigen Abschnittes 52 am Ende des sich verjüngenden Abschnittes 22 erzielt wurde durch Vorsehen eines becherförmigen Radius R, definiert durch die Tangentenpunkte A und B im sich verjüngenden Abschnitt 22 und durch die Tangentenpunkte C an der Fläche der Düse im Bereich der Öffnung in der Düse. Die Tangentenpunkte A, B und C des becherförmigen Abschnittes 52 sollten bei mäglichst sanftem Übergang in die entsprechenden Flächen des sich verjüngenden Abschnittes 22 und des Düsenelementes 24 übergehen. Dies begünstigt eine kontinuierliche, ununterbrochene Fluid- Strömung.
Es wurde ferner festgestellt, daß ein geringtügiges Aufrauhen der Becherfläche 50 durch Blasstrahlen die Kohäsivität des Fluidstrahles verbesserte. Dies geht offensichtlich auf die induzierte Turbulenz zurück, erzeugt durch die rauhe Fläche in der Grenzschicht des Fluids. Die Turbulenz Grenzschicht im Bereich der rauhen Fläche verhindert eine Fluidtrennung und die daraus folgende Hauptstrom-Turbulenz sowie Wirbelströme.
Es ist anzunehmen, daß der sphärische Becherabschnitt 52 eine verbesserte Fluid-Strahl-Kohäsivität durch weiteres Stabilisieren des Fluids stromaufwärts der Düse besorgt.
Die in Fig. 5 gezeigte Ausführungsform der Erfindung erbringt eine Verbesserung der Fluidstrahl-Kohäsivität bei sämtlichen bekannten Fluidstrahlerzeugenden Vorrichtungen, weil nämlich die sphärische Fläche im Bereich der stromaufwärtigen Fläche des Düsenelementes die Turbulenz weiterhin absenkt und die Kohäsivität des aus der Vorrichtung austretenden Düsenstrahles steigert. Diese Ausführungsform der Erfindung läßt sich somit mit der in den Figuren 1, 2 und 4 gezeigten Düse verwenden, desgleichen mit vorbekannten Vorrichtungen, so wie in Fig. 3 gezeigt, oder in US 4 852 800.
Die Erfindung wurde in der vorstehenden Beschreibung unter Bezugnahme auf spezielle beispielhafte Ausführungsformen beschrieben. Es versteht sich jedoch, daß zahlreiche Abwandlungen und Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, so wie durch die Ansprüche definiert. Demgemäß ist die Beschreibung lediglich zur Veranschaulichung als zur Einschränkung vorgesehen.
1. Vorrichtung zum Aufnehmen eines unter Druck stehenden Fluids und zum Erzeugen eines hoch-kohäsiven Fluidstrahles aus dieser, umfassend;
ein Gehäuse (16) zum Anschließen an eine Zufuhrleitung (10), die Fluid unter Druck dem Gehäuse (16) zuführt;
das Gehäuse (16) weist einen Kanal auf, durch welchen das Fluid hindurchströmt; der Kanal weist eine Düse (24) auf, die aus einer Öffnung in einem Düsenelement gebildet ist, um einen Fluidstrahl zu bilden; das Düsenelement weist eine stromaufwärtige Fläche auf; der Kanal umfaßt ferner einen konvergierenden Abschnitt (22), angeordnet stromaufwärts der Düse (24), zum Verringern der Turbulenz im Kanal stromaufwärts der Düse (24); der konvergierende Abschnitt (22) erstreckt sich zur stromaufwärtigen Fläche des Düsenelementes, und erzeugt hierbei einen in stärkerem Maße kohäsiven Fluidstrahl stromabwärts der Düse (24); der konvergierende Abschnitt (22) ist im Gehäuse (16) angeordnet und nimmt die Düse (24) auf; das Gehäuse (16) ist von der Zufuhrleitung (10) getrennt,
gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
es ist eine gerundete Fläche (50) zwischen dem konvergierenden Abschnitt (22) und dem stromaufwärtigen Teil der Öffnung des Düsenelementes vorgesehen; der gerundete Abschnitt (50) verbindet den konvergierenden Abschnitt (22) und den stromaufwärtigen Teil des Düsenelementes und erzeugt hiermit einen in höherem Maße kohäsiven Fluidstrahl stromabwärts des Düsenelementes (24).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhrleitung (10) einen Innendurchmesser aufweist, und daß der konvergierende Abschnitt (22) einen konischen Abschnitt aufweist, der sich von einem ersten Durchmesser aus verjüngt, der seinerseits im wesentlichen gleich dem Durchmesser der Zufuhrleitung (10) ist, zu einem zweiten, kleineren Durchmesser.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (24) ein Düsenelement aufweist, das einen Außendurchmesser hat, und daß der zweite Durchmesser etwa derselbe wie der genannte Außendurchmesser ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (16) eine Ausnehmung (17) aufweist, die zum konvergierenden Abschnitt (22) führt, und mit einem Innengewinde (18) zum Befestigen an der ein Außengewinde (20) tragenden Zufuhrleitung (10) hat.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Düsenelement eine stromaufwärtige Fläche aufweist, die sich in den konvergierenden Abschnitt (22) hineinerstreckt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Düsenelement in den konvergierenden Abschnitt (22) höchstens um 0,336 mm (= 0,015 Zoll) hineinerstreckt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend einen Austrittsdüsenkanal stromabwrts der Deise (24), durch welchen der Fluidstrahl austritt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gerundete Fläche an einer Stelle stromaufwärts des Düsenelementes beginnt, eine kontinuierliche Fläche mit dem konvergierenden Abschnitt bildet, und weiterhin eine kontinuierliche Fläche mit einer stromaufwärtigen Fläche des Düsenelementes bildet.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gerundete Fläche aus einem separaten Element des Gehäuses gebildet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gerundete Fläche aus Metall gebildet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gerundete Fläche eine gerauhte Fläche aufweist, um die Kohäsivität des Fluidstrahles weiterhin zu steigern.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gerundete Fläche aus einem Klebstoff gebildet ist, der dazu verwendet wird, das Düsenelement am Gehäuse (16) zu befestigen.
13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gerundete Fläche aus einem härtbaren Medium gebildet ist, das mit einer gerundeten Fläche ausgestattet ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gerundete Fläche einteilig mit dem Düsenelement hergestellt ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gerundete Fläche eine sphärische Fläche (50) umfaßt.
16. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sphärische Fläche einen solchen Krümmungsradius aufweist, daß sie eine Tangente an den konvergierenden Abschnitt (22) an einer Stelle stromaufwärts des Düsenelementes bildet, ferner eine Tangente an einer Stelle an einer stromaufwärtigen Fläche des Düsenelementes.
17. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der konvergierende Abschnitt (22) im Gehäuse (16) angeordnet ist, das die Düse aufnimmt, und daß das Gehäuse (16) ein von der Zufuhrleitung (10) getrenntes Teil ist.
18. Vorrichtung zum Aufnehmen eines unter Druck stehenden Fluids und zum Erzeugen eines hieraus austretenden, hochkohäsiven Fluidstrahles, umfassend:
ein Gehäuse (16) zum Anschließen an eine Zufuhrleitung (10) zum Heranführen von unter Druck stehendem Medium zum Gehäuse (16); das Gehäuse (16) weist einen Kanal auf, durch welchen Fluid strömt und der eine Düse (24) aufweist, gebildet aus einer Öffnung in einem Düsenelement zum Erzeugen des Fluidstrahles; das Düsenelement weist eine stromaufwärtige Fläche auf; der Kanal weist weiterhin einen konvergierenden Abschnitt (22) auf, vorgesehen stromaufwärts der Düse (24) zum Verringern der Turbulenz im Kanal stromaufwärts der Düse (24); der konvergierende Abschnitt (22) erstreckt sich zur stromaufwärtigen Seite des Düsenelementes, um damit einen stärker kohäsiven Fluidstrahl stromabwärts der Düse (24) zu bilden; der konvergierende Abschnitt (22) ist im Gehäuse (16) angeordnet, das die Düse (24) aufnimmt; das Gehäuse (16) ist ein von der Zufuhrleitung (10) getrenntes Teil;
gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
das Düsenelement weist eine stromaufwärtige Fläche auf, die sich in den konvergierenden Abschnitt (22) hineinerstreckt.
19. Verfahren zum Erzeugen eines hoch-kohäsiven Fluidstrahles, umfassend:
Aufnehmen von unter Druck stehendem Fluid in einer Zufuhrleitung (10);
Vorsehen eines Gehäuses (16) am Ende der Zufuhrleitung (10), mit einem Kanal, der eine Düse (24) aufweist, gebildet aus einer Öffnung in einem Düsenelement im Kanal; das Düsenelement weist eine stromaufwärtige Fläche auf;
Vorsehen eines konvergierenden Abschnittes (22) im Kanal im Gehäuse (16), das die Düse aufweist, stromaufwärts der Öffnung, zwecks Verringerns der Turbulenz im Fluid im Bereich der Düse (24), wobei der konvergierende Abschnitt (22) sich zur stromaufwärtigen Fläche des Düsenelementes erstreckt und damit einen in stärkerem Maße kohäsiven Fluidstrahl stromabwärts der Öffnung erzeugt, gekennzeichnet durch das Schaffen einer gerundeten Fläche (50) zwischen dem konvergierenden Abschnitt (22) und dem stromaufwärtigen Bereich der Öffnung des Düsenelementes, wobei die gerundete Fläche (50) sich an den konvergierenden Abschnitt (22) und den stromaufwärtigen Bereich des Düsenelementes anschließt und damit einen in höherem Maße kohäsiven Fluidstrahl stromabwärts der Düse erzeugt.
20. Verfahren nach Anspruch 19, weiter umfassend das Vorsehen der gerundeten Fläche (50) derart, daß ein kontinuierlicher Strom in den konvergierenden Abschnitt (22) eintritt und in der Nähe des stromaufwärtigen Bereiches des Düsenelementes endet, um damit eine kontinuierliche Fläche zwischen dem konvergierenden Abschnitt (22) und einer stromaufwärtigen Fläche des Düsenelementes zu bilden.
21. Verfahren nach Anspruch 19, wobei der Schritt des Vorsehens der gerundeten Fläche das Vorsehen einer sphärischen Fläche (50) umfaßt.
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Vorsehens einer sphärischen Fläche das Vorsehen einer sphärischen Fläche (50) mit einem solchen Krümmungsradius aufweist, daß die sphärische Fläche (50) eine Tangente an den konvergierenden Abschnitt (22) an einer Stelle stromaufwärts des Düsenelementes bildet sowie eine Tangente an einer Stelle an einer stromaufwärtigen Fläche des Düsenelementes.
23. Verfahren nach Anspruch 19, wobei der Schritt des Vorsehens einer gerundeten Fläche das Vorsehen eines Elementes beinhaltet, das eine vom Gehäuse (16) getrennte gerundete Fläche aufweist.
24. Verfahren nach Anspruch 19, weiterhin umfassend das Vorsehen einer aufgerauhten Fläche an der gerundeten Fläche.
25. Verfahren nach Anspruch 19, wobei der Schritt des Vorsehens einer gerundeten Fläche das Vorsehen eines Elementes beinhaltet, das die gerundete Fläche (50) enthält und das aus Metall besteht.
26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Vorsehens einer gerundeten Fläche das Vorsehen einer solchen gerundeten Fläche (50) beinhaltet, die ein im wesentlichen fließfähiges Medium umfaßt, das anschließend aushärtet, so daß sich die gerundete Fläche ergibt, oder das derart gestaltet ist, daß es die gerundete Fläche aufweist.
27. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die gerundete Fläche einteilig mit dem Düsenelement gebildet ist.
28. Verfahren zum Erzeugen eines hoch-kohäsiven Fluidstrahles, umfassend:
Aufnehmen von unter Druck stehendem Fluid in einer Zufuhrleitung (10);
Vorsehen eines Gehäuses (16) am Ende der Zufuhrleitung (10) mit einem Kanal und mit einer Düse (24), die gebildet ist durch eine Öffnung in einem Düsenelement im Kanal, wobei das Düsenelement eine stromaufwärtige Fläche aufweist;
Vorsehen eines konvergierenden Abschnittes (22) im Kanal im Gehäuse (16), enthaltend die Düse stromaufwärts der Öffnung zum Erzeugen von Turbulenz in dem Fluid in der Nähe der Düse (24), wobei sich der konvergierende Abschnitt (22) bis zur stromaufwärtigen Fläche des Düsenelementes erstreckt und damit einen in stärkerem Maße kohäsiven Fluidstrahl stromabwärts der Düse erzeugt,
dadurch gekennzeichnet, daß sich eine stromaufwärtige Fläche des Düsenelementes in den konvergierenden Abschnitt (22) hineinerstreckt.

Claims

1. Vorrichtung zum Aufnehmen eines unter Druck stehenden Fluids und zum Erzeugen eines hoch-kohäsiven Fluidstrahles aus dieser, umfassend:

ein Gehäuse (16) zum Anschließen an eine Zufuhrleitung (10), die Fluid unter Druck dem Gehäuse (16) zuführt;

das Gehäuse (16) weist einen Kanal auf, durch welchen das Fluid hindurchströmt; der Kanal weist eine Düse (24) auf, die aus einer Öffnung in einem Düsenelement gebildet ist, um einen Fluidstrahl zu bilden; das Düsenelement weist eine stromaufwärtige Fläche auf; der Kanal umfaßt ferner einen konvergierenden Abschnitt (22), angeordnet stromaufwärts der Düse (24), zum Verringern der Turbulenz im Kanal stromaufwärts der Düse (24); der konvergierende Abschnitt (22) erstreckt sich zur stromaufwärtigen Fläche des Düsenelementes, und erzeugt hierbei einen in stärkerem Maße kohäsiven Fluidstrahl stromabwärts der Düse (24); der konvergierende Abschnitt (22) ist im Gehäuse (16) angeordnet und nimmt die Düse (24) auf; das Gehäuse (16) ist von der Zufuhrleitung (10) getrennt,

gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

es ist eine gerundete Fläche (50) zwischen dem konvergierenden Abschnitt (22) und dem stromaufwärtigen Teil der Öffnung des Düsenelementes vorgesehen; der gerundete Abschnitt (50) verbindet den konvergierenden Abschnitt (22) und den stromaufwärtigen Teil des Düsenelementes und erzeugt hiermit einen in höherem Maße kohäsiven Fluidstrahl stromabwärts des Düsenelementes (24).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhrleitung (10) einen lnnendurchmesser aufweist, und daß der konvergierende Abschnitt (22) einen konischen Abschnitt aufweist, der sich von einem ersten Durchmesser aus verjüngt, der seinerseits im wesentlichen gleich dem Durchmesser der Zufuhrleitung (10) ist, zu einem zweiten, kleineren Durchmesser.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (24) ein Düsenelement aufweist, das einen Außendurchmesser hat, und daß der zweite Durchmesser etwa derselbe wie der genannte Außendurchmesser ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (16) eine Ausnehmung (17) aufweist, die zum konvergierenden Abschnitt (22) führt, und mit einem Innengewinde (18) zum Befestigen an der ein Außengewinde (20) tragenden Zufuhrleitung (10) hat.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Düsenelement eine stromaufwärtige Fläche aufweist, die sich in den konvergierenden Abschnitt (22) hineinerstreckt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Düsenelement in den konvergierenden Abschnitt (22) höchstens um 0,336 mm (= 0,015 Zoll) hineinerstreckt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend einen Austrittsdüsenkanal stromabwärts der Düse (24), durch welchen der Fluidstrahl austritt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gerundete Fläche an einer Stelle stromaufwärts des Düsenelementes beginnt, eine kontinuierliche Fläche mit dem konvergierenden Abschnitt bildet, und weiterhin eine kontinuierliche Fläche mit einer stromaufwärtigen Fläche des Düsenelementes bildet.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gerundete Fläche aus einem separaten Element des Gehäuses gebildet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gerundete Fläche aus Metall gebildet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gerundete Fläche eine gerauhte Fläche aufweist, um die Kohäsivität des Fluidstrahles weiterhin zu steigern.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gerundete Fläche aus einem Klebstoff gebildet ist, der dazu verwendet wird, das Düsenelement am Gehäuse (16) zu befestigen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gerundete Fläche aus einem härtbaren Medium gebildet ist, das mit einer gerundeten Fläche ausgestattet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gerundete Fläche einteilig mit dem Düsenelement hergestellt ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gerundete Fläche eine sphärische Fläche (50) umfaßt.

16. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sphärische Fläche einen solchen Krümmungsradius aufweist, daß sie eine Tangente an den konvergierenden Abschnitt (22) an einer Stelle stromaufwärts des Düsenelementes bildet, ferner eine Tangente an einer Stelle an einer stromaufwärtigen Fläche des Düsenelementes.

17. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der konvergierende Abschnitt (22) im Gehäuse (16) angeordnet ist, das die Düse aufnimmt, und daß das Gehäuse (16) ein von der Zufuhrleitung (10) getrenntes Teil ist.

18. Vorrichtung zum Aufnehmen eines unter Druck stehenden Fluids und zum Erzeugen eines hieraus austretenden, hochkohäsiven Fluidstrahles, umfassend:

ein Gehäuse (16) zum Anschließen an eine Zufuhrleitung (10) zum Heranführen von unter Druck stehendem Medium zum Gehäuse (16); das Gehäuse (16) weist einen Kanal auf, durch welchen Fluid strömt und der eine Düse (24) aufweist, gebildet aus einer Öffnung in einem Düsenelement zum Erzeugen des Fluidstrahles; das Düsenelement weist eine stromaufwärtige Fläche auf; der Kanal weist weiterhin einen konvergierenden Abschnitt (22) auf, vorgesehen stromaufwärts der Düse (24) zum Verringern der Turbulenz im Kanal stromaufwärts der Düse (24); der konvergierende Abschnitt (22) erstreckt sich zur stromaufwärtigen Seite des Düsenelementes, um damit einen stärker kohäsiven Fluidstrahl stromabwärts der Düse (24) zu bilden; der konvergierende Abschnitt (22) ist im Gehäuse (16) angeordnet, das die Düse (24) aufnimmt; das Gehäuse (16) ist ein von der Zufuhrleitung (10) getrenntes Teil;

gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

das Düsenelement weist eine stromaufwärtige Fläche auf, die sich in den konvergierenden Abschnitt (22) hineinerstreckt.

19. Verfahren zum Erzeugen eines hoch-kohäsiven Fluidstrahles, umfassend:

Aufnehmen von unter Druck stehendem Fluid in einer Zufuhrleitung (10);

Vorsehen eines Gehäuses (16) am Ende der Zufuhrleitung (10), mit einem Kanal, der eine Düse (24) aufweist, gebildet aus einer Öffnung in einem Düsenelement im Kanal; das Düsenelement weist eine stromaufwärtige Fläche auf;

Vorsehen eines konvergierenden Abschnittes (22) im Kanal im Gehäuse (16), das die Düse aufweist, stromaufwärts der Öffnung, zwecks Verringerns der Turbulenz im Fluid im Bereich der Düse (24), wobei der konvergierende Abschnitt (22) sich zur stromaufwärtigen Fläche des Düsenelementes erstreckt und damit einen in stärkerem Maße kohäsiven Fluidstrahl stromabwärts der Öffnung erzeugt, gekennzeichnet durch das Schaffen einer gerundeten Fläche (50) zwischen dem konvergierenden Abschnitt (22) und dem stromaufwärtigen Bereich der Öffnung des Düsenelementes, wobei die gerundete Fläche (50) sich an den konvergierenden Abschnitt (22) und den stromaufwärtigen Bereich des Düsenelementes anschließt und damit einen in höherem Maße kohäsiven Fluidstrahl stromabwärts der Düse erzeugt.

20. Verfahren nach Anspruch 19, weiter umfassend das Vorsehen der gerundeten Fläche (50) derart, daß ein kontinuierlicher Strom in den konvergierenden Abschnitt (22) eintritt und in der Nähe des stromaufwärtigen Bereiches des Düsenelementes endet, um damit eine kontinuierliche Fläche zwischen dem konvergierenden Abschnitt (22) und einer stromaufwärtigen Fläche des Düsenelementes zu bilden.

21. Verfahren nach Anspruch 19, wobei der Schritt des Vorsehens der gerundeten Fläche das Vorsehen einer sphärischen Fläche (50) umfaßt.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Vorsehens einer sphärischen Fläche das Vorsehen einer sphärischen Fläche (50) mit einem solchen Krümmungsradius aufweist, daß die sphärische Fläche (50) eine Tangente an den konvergierenden Abschnitt (22) an einer Stelle stromaufwärts des Düsenelementes bildet sowie eine Tangente an einer Stelle an einer stromaufwärtigen Fläche des Düsenelementes.

23. Verfahren nach Anspruch 19, wobei der Schritt des Vorsehens einer gerundeten Fläche das Vorsehen eines Elementes beinhaltet, das eine vom Gehäuse (16) getrennte gerundete Fläche aufweist.

24. Verfahren nach Anspruch 19, weiterhin umfassend das Vorsehen einer aufgerauhten Fläche an der gerundeten Fläche.

25. Verfahren nach Anspruch 19, wobei der Schritt des Vorsehens einer gerundeten Fläche das Vorsehen eines Elementes beinhaltet, das die gerundete Fläche (50) enthält und das aus Metall besteht.

26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Vorsehens einer gerundeten Fläche das Vorsehen einer solchen gerundeten Fläche (50) beinhaltet, die ein im wesentlichen fließfähiges Medium umfaßt, das anschließend aushärtet, so daß sich die gerundete Fläche ergibt, oder das derart gestaltet ist, daß es die gerundete Fläche aufweist.

27. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die gerundete Fläche einteilig mit dem Düsenelement gebildet ist.

28. Verfahren zum Erzeugen eines hoch-kohäsiven Fluid strahles, umfassend:

Aufnehmen von unter Druck stehendem Fluid in einer Zufuhrleitung (10);

Vorsehen eines Gehäuses (16) am Ende der Zufuhrleitung (10) mit einem Kanal und mit einer Düse (24), die gebildet ist durch eine Öffnung in einem Düsenelement im Kanal, wobei das Düsenelement eine stromaufwärtige Fläche aufweist;

Vorsehen eines konvergierenden Abschnittes (22) im Kanal im Gehäuse (16), enthaltend die Düse stromaufwärts der Öffnung zum Erzeugen von Turbulenz in dem Fluid in der Nähe der Düse (24), wobei sich der konvergierende Abschnitt (22) bis zur stromaufwärtigen Fläche des Düsenelementes erstreckt und damit einen in stärkerem Maße kohäsiven Fluidstrahl stromabwärts der Düse erzeugt,

dadurch gekennzeichnet, daß sich eine stromaufwärtige Fläche des Düsenelementes in den konvergierend en Abschnitt (22) hineinerstreckt.