TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine
Flüssigkeitsstrahldüse der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.
STAND DER TECHNIK
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Eine Flüssigkeitsstrahldüse der eingangs angegebenen Art ist
aus der deutschen veröffentlichten Beschreibung Nr.
42 13 226 bekannt. Bei dieser bekannten Düse weist die in
der stromaufwärtigen Seite der Stirnwand ausgebildete
Vertiefung eine ziemlich komplizierter Form auf, die teilweise
sphärische Oberflächen, teilweise "Seitenwände" in
Verlängerung dieser sphärischen Oberflächen umfaßt, wobei die
Übergänge zwischen den verschiedenen Oberflächen durch
scharfe Kanten gebildet sind.
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Die Form der aus der obigen Schrift bekannten Vertiefung ist
die Ursache für gewisse Nachteile sowohl im Hinblick auf die
Strömungsbedingungen als auch im Hinblick auf die
Herstellung der Düsen. Im Hinblick auf die Strömungsbedingungen ist
es vernünftig, anzunehmen, daß die komplizierte Form der
Vertiefung, insbesondere die genannten scharfen Kanten,
Turbulenzen in dem austretenden Flüssigkeitsstrahl erzeugen
werden und verhindern werden, daß die Abflachung des
Flüssigkeitsstrahles so allmählich wie möglich erfolgt. Im Hinblick
auf die Herstellung der Düse macht es die komplizierte Form
der Vertiefung unmöglich, sie mittels beispielsweise
Fräsabläufen herzustellen, sondern erfordert die Verwendung Von
speziell geformten Präge- oder Stanzwerkzeugen, die nur
verwendet werden können, wenn das Material der Düse es
seinerseits erlaubt, durch Stanz- oder Prägevorgänge geformt
zu werden.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es das Ziel der
vorliegenden Erfindung, eine Düse der eingangs angegebenen
Art zu schaffen, die sowohl im Hinblick auf
Strömungsbedingungen als auch Herstellung eine Verbesserung der oben
genannten Düse darstellt, und dieses Ziel wird durch eine Düse
nach der vorliegenden Erfindung, die zusätzlich die in dem
kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale
enthält, erreicht. Da die gemäß der Erfindung geformte
Vertiefung keine komplizierten Oberflächen mit scharfen Kanten
wie in den bekannten Düsen umfaßt, ist das Risiko von
Turbulenzen beträchtlich verringert, wodurch verbesserte
Möglichkeiten für eine allmähliche Abflachung des Strahls
geschaffen werden. In der Düse nach der Erfindung kann die
Vertiefung in der stromaufwärtigen Seite der Stirnwand durch einen
einfachen Fräs- oder Schleifprozeß unter Verwendung eines
Fräs- bzw. Schleifwerkzeuges mit einem abgerundeten Ende
geformt werden, das guer zu der Längsrichtung der Düse während
des Bearbeitungsablaufes hin und her bewegt werden kann.
Praktische Probeversuche mit der Düse nach der Erfindung
haben gezeigt, daß der Flüssigkeitsstrahl in einer solchen
Weise abflacht, daß er unter einem bestimmten Abstand von
der Mündung der Düse extrem dünn, ähnlich fast wie ein
Messerrand, wird - was bei einer Düse, bei der ein Risiko
von Turbulenzbildungen besteht, kaum möglich wäre.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Düse nach der Erfindung,
deren Wirkungen aus dem folgenden detaillierten Teil der
vorliegenden Beschreibung deutlich werden, sind in den
Ansprüchen 2-4 angegeben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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In dem folgenden detaillierten Teil der vorliegenden
Beschreibung wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die in
den Zeichnungen gezeigte exemplarische Ausführungsform einer
Flüssigkeitsstrahldüse nach der Erfindung näher erläutert,
in denen
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Figur 1 eine Teilschnittansicht entlang der Linie
1-1 in Figur 2 ist und die zunehmende
Abflachung des Flüssigkeitsstrahles verdeutlicht,
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Figur 2 eine Längsschnittansicht durch die gesamte
Flüssigkeitsstrahldüse ist und symbolisch
die Verbindung zwischen der Düse und den
übrigen Komponenten in dem
Hochdruckreiniger, von dem die Düse ein Teil darstellt,
zeigt,
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Figuren 3 und 4 die Düse aus Figur 2, gesehen von jeweils
der rechten und linken Seite in Figur 2,
zeigen, und
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Figur 5 eine Teilschnittansicht durch die in Figur 2
gezeigte Düse bei starker Vergrößerung
zeigt, der die geometrische Konstruktion der
Düsenöffnung und des sie umgebenden Bereichs
zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Die in der Zeichnung gezeigte Flüssigkeitsstrahldüse 1 zur
Verwendung in einem Hochdruckreiniger umfaßt in einer an
sich bekannten Art und Weise eine Einlaufkammer 2, deren
stromaufwärtige Seite wie in Figur 2 diagrammartig
dargestellt ausgelegt ist, Flüssigkeit unter Druck von der
Flüssigkeitspumpe 3 in einer Flüssigkeitsversorgungs- und
Steuereinheit 4 zu empfangen. An der stromabwärtigen Seite mündet
die Einlaufkammer 2 über eine Düsenöffnung 5 nach außen, so
daß ein Flüssigkeitsstrahl 6, wie in Figur 1, gezeigt
ausgestoßen werden kann.
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Wie aus Figur 1 erkennbar, verteilt sich der
Flüssigkeitsstrahl 6 in Form eines Flügels zunehmend nach außen, wobei
der Strahl allmählich breiter und dünner wird, wie dies
durch die Querschnittsansichten 6a-6d angezeigt ist. Bei der
Entfernung, in der die Querschnittsansicht 6d auftritt, ist
der Srahl 6 ziemlich dünn, und wenn er in solch einer Weise
gegen eine zu reinigende Oberfläche gerichtet wird, daß der
Flüssigkeitsstrahl die Oberfläche unter dieser Entfernung
trifft, wird eine sehr große Reinigungswirkung erzielt, die
vergleichbar ist mit derjenigen, die bei Verwendung eines
Metallschabers der gleichen Breite erreicht werden kann. Wenn
es dem Flüssigkeitsstrahl 6 ermöglicht wird, zu dem Ort
gemäß der Querschnittansicht 6d zu fließen, wird er
normalerweise unter Bildung einer großen Anzahl von kleinen
Tröpfchen zerfallen. Probeversuche haben gezeigt, daß der
gezeigte Flüssigkeitsstrahl 6d eine bedeutend größere
Reinigungswirkung zeigt als ein Strahl mit einer kreisförmigen
Querschnittsform, der die gleiche Massenfließgeschwindigkeit
aufweist.
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Um die in Figur 1 dargestellte Verteilung des
Flüssigkeitsstrahls 6 zu erreichen, ist es natürlich notwendig,
spezielle Maßnahmen zur Beeinflussung des Flüssigkeitsstrahls zu
ergreifen, bevor er die Düsenöffnung 5 verläßt.
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Die Düsenöffnung 5 befindet sich an einer Stirnwand 7 in der
Düse 1, und an der stromaufwärtigen Seite umfaßt diese
Stirnwand 7 eine ovale Vertiefung 8, deren Längsachse 9 sich
parallel zu der Schnittebene der Figur 2, jedoch unter rechten
Winkeln zu der Schnittebene in Figur 1, erstreckt. Wie aus
Figur 5 deutlich wird, besteht die Vertiefung 8 aus zwei
sphärischen Oberflächen 10, die über eine
Übergangsoberfläche 11, die einen Übergang zwischen den beiden sphärischen
Oberflächen 10 bildet, miteinander verbunden sind.
Vorzugsweise kann die Vertiefung 8 mittels eines kugelförmigen
Frässchneiders hergestellt werden, der zwischen den beiden
Positionen, die den sphärischen Oberflächen 10 entsprechen,
so bewegt wird, daß er die Übergangsoberflächen 11 erzeugt,
wenn er sich zwischen diesen bewegt.
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Die Vertiefung 8 ist symmetrisch, teils um die Längsachse 12
für die Düsenöffnung 5, teils um ihre eigene Längsachse 9
und teils um ihre eigene Querachse (nicht dargestellt), die
die Längsachse 12 in der Düsenöffnung 5 schneidet.
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In der dargestellten exemplarischen Ausführungsform weist
die stromaufwärtige Seite der Stirnwand 7 die Form einer
sphärischen Oberfläche 13 auf, deren Radius 14 der gleiche
ist wie der Radius im Rest der Einlaufkammer 2.
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In der stromabwärtigen Seite der Stirnwand 7 ist eine flache
Vertiefung 15 ausgebildet.
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Bezug nehmend auf die Figuren 1, 2 und 4 ist zu beachten,
daß der Flüssigkeitsstrahl 6 in solch einer Weise abgeflacht
wird, daß seine Hauptebene sich unter rechten Winkeln zu der
Längsachse 9 der in Figur 4 dargestellten Vertiefung 8
erstreckt. Die Ursache dafür liegt vermutlich darin, daß die
sphärischen Oberflächen 10, siehe Figur 5, der Bewegung des
Flüssigkeitsstrahles zwei entgegengesetzte und nach innen
gerichtete Komponenten hinzugeben, so daß der
Flüssigkeitsstrahl 6 nach Verlassen der Düsenöffnung 5 fast
augenblicklich eine ausgeprägte elliptische Querschnittsform aufweist,
wie dies in der Querschnittsansicht 6a gezeigt ist. Da an
diesem Ort noch ein bestimmter Impuls in den angegebenen
Komponenten vorhanden ist, wird der Flüssigkeitsstrahl sich
weiter abflachen, wie dies in Figur 1 dargestellt ist.
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Die Funktion der Vertiefung 15 auf der stromabwärtigen Seite
der Stirnwand 7 ist es nicht, den Flüssigkeitsstrahl zu
beeinflussen, sondern zu ermöglichen, die Düsenöffnung 5
ausreichend kurz sein zu lassen, um die gewünschte Wirkung zu
erreichen und gleichzeitig zu ermöglichen, daß die Stirnwand
7 die erforderliche mechanische Stärke aufweist, teilweise
um dem hohen internen Flüssigkeitsdruck zu widerstehen und
teilweise um der rauhen Behandlung, der Hochdruckreiniger
oft ausgesetzt sind, zu widerstehen, und um gleichzeitig die
Auslaßseite der Düsenöffnung 5 zu schützen.
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Eine Anzahl von praktischen Probeversuchen mit einem
Hochdruckreiniger mit einer Flüssigkeitsstrahldüse, die wie in
der Zeichnung dargestellt konstruiert war, wurden
durchgeführt. Während dieser Probeversuche wurden Düsen verwendet,
in denen die axiale Länge 16 der Düsenöffnung 5 zwischen 0,2
und 0,3 mal den Durchmesser 17 der Düsenöffnung aufwies, und
in denen die beiden sphärischen Oberflächen 10 einen Radius
18 besaßen, der zwischen 0,8 und 1,11 mal dem Durchmesser 17
der Düsenöffnung betrug, wobei dieser Durchmesser zwischen
1,36 und 1,82 mm variierte, während die Zentren der
Krümmunglg für die sphärischen Oberflächen 10 sich unter
einer Entfernung 20, die zwischen 0,2 und 0,3 mal dem
Durchmesser 17 der Düsenöffnung betrug, von deren Achse 12
befand.
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Während der Probeversuche wies die sphärische Oberfläche 13,
die die stromaufwärtige Seite der Stirnwand 7 bildet, einen
Radius 14 auf, der wie oben erwähnt, gleich dem Radius der
Einlaufkammer 2 war und zwischen 2 und 3 mal dem Durchmesser
17 der Düsenöffnung entsprach.
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Die Vertiefung 15 kann beispielsweise einen Durchmesser 21
zwischen 1 und 1 1/2 mal dem Durchmesser 17 der Düsenöffnung
aufweisen, und eine Tiefe 22 zwischen 1 und 2 mal der
axialen Länge 16 der Düsenöffnung aufweisen, möglicherweise ein
bißchen mehr, vorausgesetzt, daß der Flüssigkeitsstrahl 6
nicht beeinflußt wird.
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Die Flüssigkeitsstrahldüse 1 wird normalerweise aus dem
gleichen Material gemacht, das normalerweise für derartige Düsen
verwendet wird, beispielsweise Stahl, um in der Lage zu
sein, den hohen internen Drücken von der Größenordnung 100
bis 200 bar zu widerstehen, die in Hochdruckreinigern
auftreten können.
LISTE DER TEILE
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1 Flüssigkeitsstrahldüse
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2 Einlaufkammer
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3 Flüssigkeitspumpe
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4 Flüssigkeitsversorgungs- und Steuereinheit
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5 Düsenöffnung
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6 Flüssigkeitsstrahl
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6a-d Querschnittsansicht
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7 Stirnwand
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8 Vertiefung
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9 Längsachse
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10 sphärische Oberfläche
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11 Übergangsoberfläche
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12 Längsachse
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13 sphärische Oberfläche
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14 Radius
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15 Vertiefung
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16 Länge
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17 Durchmesser
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18 Radius
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19 Zentrum der Krümmung
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20 Entfernung
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21 Durchmesser
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22 Tiefe