EP1886733B1 - Reinigungsdüse - Google Patents
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- EP1886733B1 EP1886733B1 EP06016757A EP06016757A EP1886733B1 EP 1886733 B1 EP1886733 B1 EP 1886733B1 EP 06016757 A EP06016757 A EP 06016757A EP 06016757 A EP06016757 A EP 06016757A EP 1886733 B1 EP1886733 B1 EP 1886733B1
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- European Patent Office
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- cleaning nozzle
- pressurized water
- disk elements
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- B05B3/025—Rotational joints
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- B08B9/00—Cleaning hollow articles by methods or apparatus specially adapted thereto
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- B08B9/027—Cleaning the internal surfaces; Removal of blockages
- B08B9/04—Cleaning the internal surfaces; Removal of blockages using cleaning devices introduced into and moved along the pipes
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- B05B13/00—Machines or plants for applying liquids or other fluent materials to surfaces of objects or other work by spraying, not covered by groups B05B1/00 - B05B11/00
- B05B13/06—Machines or plants for applying liquids or other fluent materials to surfaces of objects or other work by spraying, not covered by groups B05B1/00 - B05B11/00 specially designed for treating the inside of hollow bodies
- B05B13/0627—Arrangements of nozzles or spray heads specially adapted for treating the inside of hollow bodies
- B05B13/0636—Arrangements of nozzles or spray heads specially adapted for treating the inside of hollow bodies by means of rotatable spray heads or nozzles
Definitions
- the invention relates to a cleaning nozzle according to the preamble of claim 1.
- a cleaning nozzle In these cleaning systems located at one end of a cleaning hose, a cleaning nozzle whose exact mechanical condition depends on the particular cleaning purpose. However, it is generally provided in these cleaning nozzles, that the pressurized water exits through specially arranged and possibly specially designed nozzle openings.
- said cleaning nozzles are rotatably mounted on the pressure hose.
- a torque is generated due to the jet pressure according to the "recoil principle", which causes the cleaning nozzle or a correspondingly provided nozzle head in rotational movement.
- the rotational speed of said rotational movement is dependent on the jet pressure of the pressurized water and therefore can not be influenced independently of the jet pressure.
- the cleaning effect in a conventional manner decreases with increasing speed and therefore an effective cleaning can be achieved only by means of a relatively slowly rotating nozzle head.
- An aforementioned cleaning nozzle is for example from the EP 0 645 191 A2 and has a housing in which a turbine is arranged in the flow path of the pressurized water flowing through the housing.
- the turbine is mounted on a shaft whose protruding from the housing end carries a nozzle head.
- the turbine is mounted in the housing by means of a Axialgleitlagers.
- the Axialgleitlager acts simultaneously as a friction brake, the braking effect by means of the fluid pressure of the pressurized water is controllable.
- the nozzle head is evidently due to fluid friction, i. by shearing a liquid, braked.
- the friction force is apparently constant and can not be changed. This causes a "starting torque", which must first be overcome in order to enable the nozzle head at all.
- the cleaning nozzle according to the invention provides, in particular, at least two disk elements arranged in the region of a cavity provided in a nozzle body and coming into mechanical / m contact in the flow direction of the pressurized water (ie preferably in the axial direction), which form a friction brake for throttling the rotational movement of the shaft the second of the at least two disc elements is embedded with the first disc element in a concentrically arranged circular recess of a sleeve body and wherein the sleeve body on the inside of the cavity forms an edge against which the pressurized water flowing through the cavity is forced or swirled, whereby the Increases contact pressure of at least two disc elements.
- the friction generated by the friction brake during rotation of the shaft, which counteracts the rotation, according to the invention is particularly caused or enhanced that the pressurized water on its way through the Druckwasserzu Kunststoffö réelle and the cavity in the region of the inner wall of the cavity projecting annular edge or Step of the sleeve body "breaks” or slightly at this edge swirled and thus increases the contact pressure of the two disc elements.
- the increase of the contact pressure is therefore continuously and precisely adjustable by changing the width of the edge in the radial direction.
- pressurized water flowing through the cleaning nozzle is radiated tangentially at at least one nozzle outlet opening in the circumferential direction of the nozzle head, thereby exerting a torque on the shaft.
- the cleaning nozzle according to the invention therefore does not require a turbine to drive the shaft.
- the one surface is relatively smooth or less rough and the other formed relatively rough.
- the sliding bearing formed by the two disc elements for the shaft is formed by a ceramic plain bearing, whereas the known nozzle has a plastic plain bearing.
- a preferred material for the two disc elements are both known oxidic and non-oxidic ceramic materials such as preferably alumina, silicon carbide or silicon nitride into consideration.
- the cleaning nozzle according to the invention also differs in the following further features of the known cleaning nozzle described above.
- the cleaning nozzle according to the invention operates without any "start-up", which would have to be overcome only to enable the nozzle head in rotation.
- a substantially laminar flow forms, whereas in the known nozzle due to the flow around the turbine shaft and the turbine blades turbulence or turbulence of the pressurized water occur.
- the rotary drive takes place in the cleaning nozzle according to the invention by means of the jet pressure on specially provided motive nozzle openings in rotation offset nozzle head, i. according to the "recoil principle", whereas the above-described known nozzle has a turbine drive.
- a named jet propulsion system is almost wear and maintenance free compared to a turbine drive and thus allows a relatively durable nozzle.
- the nozzle jet drive additionally causes an immediate cleaning effect, whereas the turbine drive of the known nozzle initially only initiates the rotation of the turbine and the turbine as a rotating part itself does not achieve a cleaning effect.
- this structural design allows use of the nozzle according to the invention in the high pressure region with pressures of 50 to 300 bar.
- the known nozzle is expressly suitable only for use in the low pressure range up to about 10 bar.
- the braking effect to be achieved on the nozzle head rotation by said sliding bearing which according to the invention fulfills both a sealing function and a braking function, and additionally reinforced by the opposite to the outlet direction of the motive nozzle openings arranged brake nozzle openings.
- the cleaning nozzle according to the invention is particularly advantageous for the internal cleaning of difficult to access channels or pipes used, said the rotational speed to achieve the most effective cleaning effect is precise and adjustable in particular with relatively low values.
- the cleaning nozzle according to the invention is relatively durable and has due to their structural design also emergency running properties. Because it can happen that contaminated pressure water flows through the nozzle and closes the water outlet at the nozzle head from the inside. The closing of a "brake nozzle" would then mean that the rotation increases to a considerable extent and thus increasingly heat up the disc elements due to the sliding friction. If the disk elements were not ceramic, i. For example, formed of plastic or similar material, there would be a risk of damage to the disc elements and thus ultimately the risk of blocking the entire rotation of the nozzle head. If, however, only a "driver nozzle" clogged, only the direction of rotation of the nozzle head would change, the rotation of the nozzle head would still be ensured.
- the Fig. 1 shows one in the EP 0 645 191 A2
- the nozzle has an approximately cylindrical housing 2, which is provided at its rear end with an external thread 3.
- the housing 2 has a continuous cylindrical interior 4, which merges at an end face 5 of the housing 2 in a bore 6 coaxial therewith.
- the nozzle further has a liquid inlet 11, which is formed by a through the bottom of a union nut 9 through bore with an internal thread 12.
- a turbine 13 which is designed as a cylindrical disc and in this representation has not visible turbine blades.
- the disc forming the turbine 13 is integrally in a turbine shaft 17 upper.
- pressurized water Via the liquid inlet 11 supplied pressurized water is introduced via obliquely arranged bores 32 so in an upstream of the turbine 13 antechamber 31 that the turbine 13 is set in rotation. Thereafter, the pressurized water enters a pressurized water chamber 33. From the pressurized water chamber 33, the pressurized water passes into a centrally located within the turbine shaft 17 pressurized water channel 34 and via the pressurized water channel 34 in a arranged in a nozzle head 37 Druckiganabloom 42, from which the pressurized water finally via nozzle-shaped liquid outlets 41, 44 is directed radially outward.
- the cleaning nozzle is formed in three parts in the present embodiment and consists of a central nozzle body 100, a pressurized water connector 102 and a rotatable shaft 106 arranged on a nozzle head 104.
- the central nozzle body 100 and the pressurized water connector 102 in the present embodiment in the Fig. 2 not visible points screwed together (releasably).
- these two parts can also be connected to one another in a manner that is familiar to the person skilled in the art in a detachable or non-detachable manner, for example by welding. Accordingly, the nozzle head 104 and the shaft 106 in the present case also in the Fig.
- Non-visible points screwed together can also be connected to other skilled in the art manner detachable or non-detachable, for example.
- the shaft 106 itself is rotatably supported in the central nozzle body 100, wherein the axis of rotation extends in the axial direction.
- an axially extending cylindrical cavity 107 is formed at the level of the central axis, by means of which pressure water from a pressure water inlet 102 arranged Druckwasserzu Fightingö réelle 113 is directed to the nozzle head 104 and at this laterally provided nozzle outlet openings 118 and formed at the level of the central axis central Nozzle outlet opening 120 is passed to the outside.
- the laterally provided nozzle outlet openings 118 on the one hand produce a cleaning effect directed essentially radially outwards and at the same time effect the rotational movement of the shaft 106 due to the aforementioned recoil effect.
- the axially centrally disposed nozzle outlet opening serves merely to achieve a cleaning effect on the front side of the nozzle head 104.
- the in the Fig. 2 shown cleaning nozzle has in particular a friction brake described above for throttling the rotational movement of the shaft 106 and arranged on the shaft 106 the nozzle head 104.
- the friction brake is composed of a first disk element 108, which is embedded in a corresponding circular recess or recess of the shaft 106 concentrically arranged with respect to the axis of rotation of the shaft 106, and a second disk element 110 which engages with the first disk element 108 is in mechanical contact and which is embedded in a likewise concentrically arranged circular recess or recess of a sleeve body 111, together.
- the two disc elements 108, 110 represent functionally also sliding bearing for the shaft 106 and are preferably made of ceramic material. Due to the surface roughness of this material, an optimal coefficient of friction arises upon rotation of the two ceramic discs 108, 110 on each other. Furthermore, the disc elements 108, 110 are frictionally embedded in said recesses or recesses so that they can not move or rotate in the recesses during rotation and thus upon rotation of the shaft 106, the maximum frictional force at the contact point of the two disc elements 108th , 110 is available.
- the sleeve body 111 is sealed off from the pressurized water connection piece 102 by means of an O-ring 112 in order to prevent possible pressurized water from being pressed between the outer wall of the sleeve body 111 and the opposite inner wall of the pressurized water connection piece 102. Nevertheless, occurring due to the never completely preventable pressing formed "excess" pressurized water is arranged by means of several on a concentric circle ( Fig. 3 ) Druckwasserab technologicalkanälen 114 discharged. At the same time prevents the O-ring 112 that the braking effect of the two disc elements 108, 110 is too large.
- the friction generated by the friction brake 108, 110 during the rotation of the shaft 106, which counteracts the rotation, according to the invention is particularly caused by the fact that the pressurized water on its way through the Druckwasserzu Kunststoffö réelle 113 and the cavity 107 in the region of the inner wall of the cavity 107 projecting annular edge or step 115 of the sleeve body 111 at this edge "breaks" or slightly swirled and thus increases the contact pressure of the two disc elements 108, 110.
- the increase of the contact pressure is therefore continuously and precisely adjustable by changing the width of the edge 115 in the radial direction.
- the drive of the nozzle head 104 via the jet-driven nozzle outlet openings 118, 120 the drive of the nozzle head 104 via the jet-driven nozzle outlet openings 118, 120.
- the braking of the rotational movement of the nozzle head 104 takes place within a hollow pressure piece, which is fed by a cylinder with flowing pressure water and is pressed against the shaft end of the drive head. This creates a friction torque which opposes the torque of the rotor head and there is a reduction in the speed.
- a brake body two ceramic discs are used, which lie flat on each other, so that during the rotation only slightly leak water can escape and these discs also serve as a sealing element. Thus, a required in the prior art high-pressure lip seal can be omitted.
- the two ceramic discs 108, 110 simultaneously act as a seal and as a brake.
- the desired speed according to the invention can be set precisely and finely over the pressure water flow conducted via the brake nozzle openings and the relatively slow rotation of the nozzle head is maintained over a wide pressure range of about 70-150 bar without loss of function.
- the two ceramic discs 108, 110 may be formed in one or more parts.
- the present rounded square shape prevents rotation of a ceramic disc, so that it is rotationally fixed relative to the nozzle housing.
- one surface is preferably relatively smooth and the other formed relatively rough, so that the static friction is not too large and a stick-slip of the two ceramic discs 108, 110 is effectively prevented against each other.
- the pressurized water passes through the radially centrally disposed Druckwasserzu Fightingö réelle 113, that is, on a straight path in the nozzle head 104.
- nozzle introduced the pressurized water through inclined holes at the inlet to set the turbine in rotation.
- the water penetrates only above the turbine, in the reinforced part of the shaft, via obliquely arranged brake holes at an angle of about 90 ° in the shaft.
- the introduced pressurized water flows through the two ceramic discs 108, 110 directly, whereas in in the Fig. 1 described nozzle the pressurized water flows through only the shaft, wherein the two sliding bearings are arranged outside the shaft.
- the sleeve body 111 described above is formed laterally flattened in a transition region 200 and engages in a corresponding non-circular recess 202 in the pressurized water connector 102 a.
- This flattening 200 prevents the sleeve body 111 from rotating relative to one another during the relative rotation of the two ceramic disks 108, 110, thereby reducing the frictional force between the two ceramic disks 108, 110.
- the end region 204 of the sleeve body 111 engages in the pressure water supply opening 113 of the pressurized water connection piece 102 and forms the annular edge already described in detail therein, which influences the contact pressure of the two ceramic disks 108, 110.
- the above-described O-ring 112 is indicated. Furthermore, openings of the concentrically arranged Druckwasserab technologicalkanäle 114 can be seen.
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Description
- Die Erfindung betrifft eine Reinigungsdüse gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Es sind Reinigungssysteme bekannt, mittels derer Abwasserkanäle oder Rohre, die aufgrund ihres geringen Querschnittes für Reinigungspersonal nicht oder schlecht zugänglich sind, unter Anwendung von Hochdruckwasserstrahlen gereinigt werden können. Dabei wird Druckwasser mit Drücken von bis zu 120 bar eingesetzt.
- Bei diesen Reinigungssystemen befindet sich an einem Ende eines Reinigungsschlauchs eine Reinigungsdüse, deren genaue mechanische Beschaffenheit von dem jeweiligen Reinigungszweck abhängt. Jedoch ist bei diesen Reinigungsdüsen generell vorgesehen, dass das Druckwasser durch speziell angeordnete und ggf. speziell ausgestaltete Düsenöffnungen austritt.
- Um eine umlaufende Reinigung einer Rohrinnenwand zu ermöglichen, sind die genannten Reinigungsdüsen an dem Druckschlauch drehbar gelagert. Durch schräge Anordnung einer oder mehrerer Düsenöffnungen im Umfangsbereich der Reinigungsdüse wird aufgrund des Strahldrucks nach dem "Rückstoßprinzip" ein Drehmoment erzeugt, welches die Reinigungsdüse bzw. einen entsprechend vorgesehenen Düsenkopf in Rotationsbewegung versetzt.
- Bekanntermaßen ist die Drehzahl der genannten Rotationsbewegung vom Strahldruck des Druckwassers abhängig und kann daher nicht unabhängig vom Strahldruck beeinflusst werden. Allerdings lässt die Reinigungswirkung in an sich bekannter Weise mit steigender Drehzahl nach und daher kann eine wirkungsvolle Reinigung nur mittels eines sich relativ langsam drehenden Düsenkopfes erzielt werden.
- Eine eingangs genannte Reinigungsdüse geht beispielsweise aus der
EP 0 645 191 A2 hervor und weist ein Gehäuse auf, bei dem im Strömungsweg des durch das Gehäuse durchströmenden Druckwassers eine Turbine angeordnet ist. Die Turbine ist auf einer Welle montiert, deren aus dem Gehäuse herausragendes Ende einen Düsenkopf trägt. - Um eine möglichst niedrige Drehzahl des Düsenkopfes bereitzustellen, insbesondere bei hohen Drücken des Druckwassers, ist die Turbine in dem Gehäuse mittels eines Axialgleitlagers gelagert. Das Axialgleitlager wirkt gleichzeitig als Reibungsbremse, deren Bremswirkung mittels des Flüssigkeitsdrucks des Druckwassers steuerbar ist.
- Diese selbsttätig die Drehzahl begrenzende Wirkung beruht bei dieser bekannten Reinigungsdüse offenbar auf dem Effekt, dass sich bei niedrigen Drücken zunächst in einem zwischen zwei Lagerflächen des Axialgleitlagers ausgebildeten Axialspalt infolge der durch die Düse strömenden Flüssigkeit eine Flüssigkeitsreibung einstellt, die mit zunehmendem Flüssigkeitsdruck in eine trockene Reibung übergeht. Dadurch ändert sich druckabhängig der Reibbeiwert, wobei oberhalb eines bestimmten Flüssigkeitsdrucks die Proportionalität zwischen Drehzahl und Flüssigkeitsdruck endet und statt dessen jenseits dieses Druckes die Drehzahl wieder zu sinken beginnt.
- Der Düsenkopf wird offenbar durch fluide Reibung, d.h. durch Scherung einer Flüssigkeit, gebremst. Dabei ist die Reibungskraft offenbar konstant und kann nicht verändert werden. Dies bewirkt ein "Anlaufmoment", welches erst überwunden werden muss, um den Düsenkopf überhaupt in Drehung zu versetzen.
- Es ist daher wünschenswert, eine eingangs beschriebene Reinigungsdüse bereitzustellen, welche eine vom Flüssigkeitsdruck unabhängige Beeinflussung der genannten Drehzahl des Düsenkopfes ermöglicht.
- Die erfindungsgemäße Reinigungsdüse sieht insbesondere wenigstens zwei im Bereich eines in einem Düsenkörper vorgesehenen Hohlraumes angeordnete und in Strömungsrichtung des Druckwassers (d.h. bevorzugt axialer Richtung) in mechanischen/m Kontakt tretende/stehende Scheibenelemente vor, welche eine Reibungsbremse zur Drosselung der Rotationsbewegung der Welle bilden, wobei das zweite der wenigstens zwei Scheibenelemente mit dem ersten Scheibenelement in eine konzentrisch angeordnete kreisförmige Aussparung eines Hülsenkörpers eingebettet ist und wobei der Hülsenkörper an der Innenseite des Hohlraums eine Kante bildet, an der das durch den Hohlraum hindurchströmende Druckwasser gegendrückt bzw. sich verwirbelt, wodurch sich der Anpressdruck der wenigstens zwei Scheibenelemente erhöht.
- Die mittels der Reibungsbremse bei der Rotation der Welle erzeugte Reibung, welche der Rotation entgegenwirkt, wird erfindungsgemäß insbesondere dadurch hervorgerufen bzw. verstärkt, dass das Druckwasser auf seinem Weg durch die Druckwasserzuführöffnung und den Hohlraum im Bereich der an der Innenwand des Hohlraums überstehenden ringförmigen Kante bzw. Stufe des Hülsenkörpers sich an dieser Kante "bricht" bzw. leicht verwirbelt und damit den Anpressdruck der beiden Scheibenelemente erhöht. Die Erhöhung des Anpressdrucks ist daher durch Veränderung der in radialer Richtung bestehenden Breite der Kante kontinuierlich und präzise einstellbar.
- Bei der erfindungsgemäßen Reinigungsdüse ist insbesondere vorgesehen, dass durch die Reinigungsdüse strömendes Druckwasser an wenigstens einer Düsenaustrittsöffnung in Umfangsrichtung des Düsenkopfes tangential abgestrahlt wird, um dadurch ein Drehmoment auf die Welle auszuüben. Die erfindungsgemäße Reinigungsdüse erfordert daher keine Turbine zum Antrieb der Welle.
- Bei den gegenüberliegenden bzw. aneinander zu liegen kommenden Flächen der beiden Scheibenelemente (Durchströmteile), bei denen es sich bevorzugt um Gleitscheiben handelt, ist bei einer vorteilhaften Ausführungsform die eine Oberfläche relativ glatt bzw. weniger rau und die andere relativ rau ausgebildet. Dadurch wird die Haftreibung begrenzt und ein Ruckgleiten der beiden Keramikscheiben gegeneinander wirksam verhindert.
- In einer weiteren Ausführungsform ist das durch die beiden Scheibenelemente auch gebildete Gleitlager für die Welle durch ein Keramikgleitlager gebildet, wohingegen die bekannte Düse ein Kunststoffgleitlager aufweist. Als bevorzugtes Material für die beiden Scheibenelemente kommen sowohl bekannte oxidische als auch nicht-oxidische keramische Materialien wie bevorzugt Aluminiumoxid, Siliziumcarbid oder Siliziumnitrid in Betracht.
- Die erfindungsgemäße Reinigungsdüse unterscheidet sich ferner in den folgenden weiteren Merkmalen von der eingangs beschriebenen bekannten Reinigungsdüse.
- Die erfindungsgemäße Reinigungsdüse arbeitet ohne jegliches "Anlaufmoment", welches erst überwunden werden müsste, um den Düsenkopf in Drehung zu versetzen.
- In dem Gehäuse der erfindungsgemäßen Reinigungsdüse bildet sich eine im Wesentlichen laminare Strömung aus, wohingegen bei der bekannten Düse aufgrund der Umströmung der Turbinenwelle und der Turbinenschaufeln Turbulenzen bzw. Verwirbelungen des Druckwassers auftreten.
- Der Rotationsantrieb erfolgt bei der erfindungsgemäßen Reinigungsdüse durch mittels des Strahldrucks an eigens vorgesehenen Treibdüsenöffnungen in Rotation versetzten Düsenkopf, d.h. nach dem "Rückstoßprinzip", wohingegen die vorbeschriebene bekannte Düse einen Turbinenantrieb hat.
- Ein genannter Düsenstrahlantrieb ist gegenüber einem Turbinenantrieb nahezu verschleiß- und wartungsfrei und ermöglicht demnach eine relativ langlebige Düse. Der Düsenstrahlantrieb bewirkt zusätzlich einen unmittelbaren Reinigungseffekt, wohingegen der Turbinenantrieb der bekannten Düse zunächst nur die Rotation der Turbine einleitet und die Turbine als rotierendes Teil selbst keinen Reinigungseffekt erzielt.
- Darüber hinaus ermöglicht dieser konstruktive Aufbau einen Einsatz der erfindungsgemäßen Düse im Hochdruckbereich mit Drücken von 50 bis 300 bar. Im Gegensatz dazu ist die bekannte Düse ausdrücklich nur zum Einsatz im Niederdruckbereich bis ca. 10 bar geeignet.
- Bei der erfindungsgemäßen Reinigungsdüse wird die zu erzielende Bremswirkung auf die Düsenkopfrotation durch das genannte Gleitlager, welches erfindungsgemäß sowohl eine Dichtfunktion als auch eine Bremsfunktion erfüllt, und durch die entgegen der Austrittsrichtung der Treibdüsenöffnungen angeordneten Bremsdüsenöffnungen zusätzlich verstärkt. Durch die genannte Kombination der verschiedenen Bremswirkungen wird im Ergebnis eine präzise Einstellung der Rotationsgeschwindigkeit des Düsenkopfes ermöglicht.
- Die erfindungsgemäße Reinigungsdüse ist besonders vorteilhaft zur Innenreinigung von schwer zugänglichen Kanälen oder Rohren einsetzbar, wobei die Rotationsgeschwindigkeit zur Erreichung eines möglichst wirksamen Reinigungseffektes präzise und insbesondere mit relativ niedrigen Werten einstellbar ist.
- Aufgrund der gegenüber dem Stand der Technik wesentlich vereinfachten und stabileren Bauweise ist die erfindungsgemäße Reinigungsdüse relativ langlebig und weist aufgrund ihres konstruktiven Aufbaus zudem Notlaufeigenschaften auf. Denn es kann vorkommen, dass verunreinigtes Druckwasser durch die Düse strömt und den Wasseraustritt am Düsenkopf von innen verschließt. Das Verschließen einer "Bremsdüse" würde dann bedeuten, dass die Rotation in erheblichem Maße zunimmt und sich damit aufgrund der Gleitreibung die Scheibenelemente vermehrt aufheizen. Wären die Scheibenelemente nicht aus Keramik, d.h. bspw. aus Kunststoff oder ähnlichem Material gebildet, bestünde die Gefahr einer Beschädigung der Scheibenelemente und damit letztlich die Gefahr der Blockierung der gesamten Rotation des Düsenkopfes. Würde hingegen nur eine "Treiberdüse" verstopft, würde sich lediglich die Drehrichtung des Düsenkopfes ändern, die Rotation des Düsenkopfes wäre allerdings dennoch sichergestellt.
- Die erfindungsgemäße Reinigungsdüse wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben, aus denen weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung hervorgehen. Insbesondere in den
Figuren 2 und3 werden für identische oder funktional gleiche Merkmale übereinstimmende Bezugszahlen verwendet. - Im Einzelnen zeigen
- Fig. 1
- eine Schnittansicht einer hier betroffenen Reinigungsdüse gemäß dem Stand der Technik;
- Fig. 2
- eine der
Fig. 1 entsprechende Schnittansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Reinigungsdüse; und - Fig. 3
- eine vergrößerte Explosionsdarstellung des in der
Fig. 2 im Schnitt zu ersehenden Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Reibungsbremse. - Die
Fig. 1 zeigt eine in derEP 0 645 191 A2 beschriebene Reinigungsdüse 1. Die Düse weist ein etwa zylindrisches Gehäuse 2 auf, welches an seinem rückwärtigen Ende mit einem Außengewinde 3 versehen ist. Das Gehäuse 2 besitzt einen durchgehend zylindrischen Innenraum 4, der an einer Stirnseite 5 des Gehäuses 2 in eine dazu koaxiale Bohrung 6 übergeht. In der koaxialen Bohrung 6 steckt eine aus PTFE (Polytetrafluorethylen) bestehende Bundbüchse 7, deren Bund in dem Innenraum 4 angeordnet ist. Die Düse weist ferner einen Flüssigkeitseinlass 11 auf, welcher durch eine durch den Boden einer Überwurfmutter 9 durchgehende Bohrung mit einem Innengewinde 12 gebildet ist. - In dem zylindrischen Innenraum 4 rotiert eine Turbine 13, welche als zylindrische Scheibe ausgebildet ist und in dieser Darstellung nicht sichtbare Turbinenschaufeln aufweist. An der Stirnseite 15 geht die die Turbine 13 bildende Scheibe einstückig in eine Turbinenwelle 17 Ober.
- Über den Flüssigkeitseinlass 11 zugeführtes Druckwasser wird über schräg angeordnete Bohrungen 32 so in eine der Turbine 13 vorgelagerte Vorkammer 31 eingeleitet, dass die Turbine 13 in Rotation versetzt wird. Danach gelangt das Druckwasser in eine Druckwasserkammer 33. Aus der Druckwasserkammer 33 gelangt das Druckwasser in einen innerhalb der Turbinenwelle 17 zentral verlaufenden Druckwasserkanal 34 und über den Druckwasserkanal 34 schließlich in eine in einem Düsenkopf 37 angeordnete Druckwasserabführkammer 42, aus der das Druckwasser schließlich über düsenförmige Flüssigkeitsauslässe 41, 44 radial nach außen geleitet wird.
- Die beim Betrieb dieser im Stand der Technik bekannten Reinigungsdüse 1 auftretenden Axialkräfte der Turbine werden von einem Axiallager 23 getragen, dessen eine Lagerfläche eine plane innenliegende Stirnfläche eines Bundes 8 und dessen andere Axiallagerfläche ein Ring 25 ist, der auf die Turbinenwelle 17 bis zu einer Schulter 19 aufgeschoben ist.
- Unter Bezugnahme auf die
Fig. 2 wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Reinigungsdüse beschrieben. Die Reinigungsdüse ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel dreiteilig ausgebildet und setzt sich aus einem zentralen Düsenkörper 100, einem Druckwasseranschlussstück 102 und einem auf einer drehbaren Welle 106 angeordneten Düsenkopf 104. Der zentrale Düsenkörper 100 und das Druckwasseranschlussstück 102 sind in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel an in derFig. 2 nicht sichtbaren Stellen miteinander (lösbar) verschraubt. Diese beiden Teile können allerdings auch auf andere dem Fachmann geläufige Weise lösbar oder nicht lösbar miteinander verbunden sein, bspw. durch Verschweißen. Entsprechend sind der Düsenkopf 104 und die Welle 106 vorliegend an ebenfalls in derFig. 2 nicht sichtbaren Stellen miteinander verschraubt, können jedoch auch auf andere dem Fachmann geläufige Weise miteinander lösbar oder nicht lösbar verbunden sein, bspw. durch Verschweißen. Die Welle 106 selbst ist allerdings in dem zentralen Düsenkörper 100 drehbar lagert, wobei die Drehachse in axialer Richtung verläuft. - In der Welle 106 ist in Höhe der Mittelachse ein axial verlaufender zylindrischer Hohlraum 107 ausgebildet, mittels dessen Druckwasser von einer an dem Druckwasseranschlussstück 102 angeordneten Druckwasserzuführöffnung 113 zum Düsenkopf 104 geleitet wird und an diesem an seitlich vorgesehenen Düsenaustrittsöffnungen 118 sowie einer in Höhe der Mittelachse ausgebildeten zentralen Düsenaustrittsöffnung 120 nach außen geleitet wird. Die seitlich vorgesehenen Düsenaustrittsöffnungen 118 erzeugen zum Einen einen im Wesentlichen nach radial außen gerichteten Reinigungseffekt und bewirken gleichzeitig die Drehbewegung der Welle 106 aufgrund des genannten Rückstoßeffektes. Die axial mittig angeordnete Düsenaustrittsöffnung hingegen dient in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel lediglich zur Erzielung eines Reinigungseffektes an der Frontseite des Düsenkopfes 104. Die Zuleitung des Druckwassers aus dem Hohlraum 107 zu den genannten Düsenaustrittsöffnungen 118, 120 erfolgt über entsprechende in den Düsenkopf 104 eingearbeitete Druckwasserkanäle 116, 119.
- Die in der
Fig. 2 dargestellte Reinigungsdüse weist insbesondere eine eingangs beschriebene Reibungsbremse zur Drosselung der Rotationsbewegung der Welle 106 bzw. des an der Welle 106 angeordneten Düsenkopfes 104 auf. Die Reibungsbremse setzt sich in dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem ersten Scheibenelement 108, welches in eine entsprechende kreisförmige, bezüglich der Drehachse der Welle 106 konzentrisch angeordnete Aussparung bzw. Ausnehmung der Welle 106 eingelagert ist sowie ein zweites Scheibenelement 110, welches sich mit dem ersten Scheibenelement 108 in mechanischem Kontakt befindet und welches in eine ebenfalls konzentrisch angeordnete kreisförmige Aussparung bzw. Ausnehmung eines Hülsenkörpers 111 eingebettet ist, zusammen. - Die beiden Scheibenelemente 108, 110 stellen funktionell auch Gleitlager für die Welle 106 dar und sind bevorzugt aus keramischem Material hergestellt. Aufgrund der Oberflächenrauigkeit dieses Materials stellt sich ein optimaler Reibwert bei Rotation der beiden Keramikscheiben 108, 110 aufeinander ein. Ferner sind die Scheibenelemente 108, 110 kraftschlüssig in die genannten Aussparungen bzw. Ausnehmungen eingebettet, damit sie sich während der Rotation nicht in den Aussparungen bewegen bzw. drehen können und somit bei einer Drehung der Welle 106 die maximale Reibungskraft an der Kontaktstelle der beiden Scheibenelemente 108, 110 zur Verfügung steht.
- Der Hülsenkörper 111 ist gegenüber dem Druckwasseranschlussstück 102 mittels eines O-Rings 112 abgedichtet, um möglichst zu verhindern, dass sich Druckwasser zwischen der Außenwand des Hülsenkörpers 111 und der gegenüberliegenden Innenwand des Druckwasseranschlussstücks 102 durchpresst. Dennoch auftretendes, aufgrund des niemals ganz zu verhindernden Durchpressens gebildetes "überschüssiges" Druckwasser wird mittels mehreren auf einem konzentrischen Kreis angeordneten (
Fig. 3 ) Druckwasserabführkanälen 114 abgeführt. Gleichzeitig verhindert der O-Ring 112, dass die Bremswirkung der beiden Scheibenelemente 108, 110 zu groß wird. - Die mittels der Reibungsbremse 108, 110 bei der Rotation der Welle 106 erzeugte Reibung, welche der Rotation entgegenwirkt, wird erfindungsgemäß insbesondere dadurch hervorgerufen bzw. verstärkt, dass das Druckwasser auf seinem Weg durch die Druckwasserzuführöffnung 113 und den Hohlraum 107 im Bereich der an der Innenwand des Hohlraums 107 überstehenden ringförmigen Kante bzw. Stufe 115 des Hülsenkörpers 111 sich an dieser Kante "bricht" bzw. leicht verwirbelt und damit den Anpressdruck der beiden Scheibenelemente 108, 110 erhöht. Die Erhöhung des Anpressdrucks ist daher durch Veränderung der in radialer Richtung bestehenden Breite der Kante 115 kontinuierlich und präzise einstellbar.
- Wie bereits beschrieben, erfolgt der Antrieb des Düsenkopfes 104 über die strahlgetriebenen Düsenaustrittsöffnungen 118, 120. Die Abbremsung der Rotationsbewegung des Düsenkopfes 104 erfolgt innerhalb eines hohlen Druckstücks, welches von einem Zylinder mit hindurchfließendem Druckwasser gespeist wird und gegen das Wellenende des Antriebskopfes gedrückt wird. Dadurch entsteht ein Reibmoment, welches dem Drehmoment des Rotorkopfes entgegensteht und es erfolgt eine Reduzierung der Drehzahl. Als Bremskörper werden zwei Keramikscheiben eingesetzt, welche plan aufeinander liegen, sodass während der Rotation nur geringfügig Leckwasser austreten kann und diese Scheiben gleichzeitig als Dichtelement dienen. Somit kann eine im Stand der Technik erforderliche Hochdruck-Lippendichtung entfallen.
- Die beiden Keramikscheiben 108, 110 wirken gleichzeitig als Dichtung und als Bremse. Dadurch kann die gewünschte Drehzahl erfindungsgemäß über den über die Bremsdüsenöffnungen geleiteten Druckwasserstrom präzise und fein eingestellt werden und die relativ langsame Rotation des Düsenkopfes bleibt über einen breiten Druckbereich von etwa 70 -150 bar ohne Funktionseinbußen erhalten.
- Die beiden Keramikscheiben 108, 110 können ein- oder mehrteilig ausgebildet sein. Eine bei den Keramikscheiben 108, 110 vorgesehene Federvorspannung verhindert wirksam das Eindringen von Schmutz. Die vorliegend abgerundete Vierkantform verhindert ein Verdrehen der einen Keramikscheibe, sodass diese gegenüber dem Düsengehäuse drehfest angeordnet ist.
- Bei den aneinander liegenden Flächen der beiden Keramikscheiben 108, 110 ist bevorzugt die eine Oberfläche relativ glatt und die andere relativ rau ausgebildet, damit die Haftreibung nicht zu groß wird und ein Ruckgleiten der beiden Keramikscheiben 108, 110 gegeneinander wirksam verhindert wird.
- Wie aus der
Fig. 2 ferner zu ersehen, gelangt das Druckwasser über die radial mittig angeordnete Druckwasserzuführöffnung 113, d.h. auf geradem Weg in den Düsenkopf 104. Im Gegensatz dazu wird bei der in derFig. 1 gezeigten Düse das Druckwasser über schräge Bohrungen am Einlass eingeleitet, um die Turbine in Rotation zu versetzen. Mit anderen Worten dringt das Wasser erst oberhalb der Turbine, und zwar im verstärkten Teil der Welle, über schräg angeordnete Bremsbohrungen in einem Winkel von etwa 90° in die Welle ein. - Bei der erfindungsgemäßen Reinigungsdüse durchströmt das eingeleitete Druckwasser die beide Keramikscheiben 108, 110 unmittelbar, wohingegen bei in der
Fig. 1 beschriebenen Düse das Druckwasser nur die Welle durchströmt, wobei die beiden Gleitlager außerhalb der Welle angeordnet sind. Durch diesen direkten "Kontakt" mit dem Druckwasser wird letztlich die genannte präzise Einstellbarkeit des Reibungseffektes ermöglicht. - Infolge der hohen Fließgeschwindigkeit des Druckwassers tritt ferner der an sich bekannte "Wasserstrahlpumpeneffekt", d.h. ein von der Fließgeschwindigkeit abhängiger Unterdruck auf, durch den die beiden Keramikscheiben 108, 110 sich zusätzlich gegenseitig ansaugen. Diese den Reibungseffekt verstärkende Ansaugwirkung fehlt bei der in der
Fig. 1 gezeigten Reinigungsdüse gänzlich, da die dortigen Gleitlager, wie gesagt, überhaupt nicht vom Druckwasser durchströmt werden. - In der
Fig. 3 ist das in derFig. 2 bereits gezeigte Druckwasseranschlussstück 102 und die in derFig. 2 ebenfalls gezeigten Teile der erfindungsgemäßen Reibungsbremse noch einmal in einer vergrößerten Explosivdarstellung dargestellt. Wie aus derFig. 3 insbesondere zu ersehen ist, ist der vorher beschriebene Hülsenkörper 111 in einem Übergangsbereich 200 seitlich abgeflacht ausgebildet und greift in eine entsprechende nicht kreisförmige Aussparung 202 in das Druckwasseranschlussstück 102 ein. Durch diese Abflachung 200 wird verhindert, dass sich der Hülsenkörper 111 bei der Relativdrehung der beiden Keramikscheiben 108, 110 zueinander mitdrehen würde und sich dadurch die Reibungskraft zwischen den beiden Keramikscheiben 108, 110 verringern würde. - Der gegenüber dem genannten Übergangsbereich 200 wiederum verjüngte Endbereich 204 des Hülsenkörpers 111 greift kraftschlüssig in die Druckwasserzuführöffnung 113 des Druckwasseranschlussstücks 102 ein und bildet dort die bereits ausführlich beschriebene ringförmige Kante, welche den Anpressdruck der beiden Keramikscheiben 108, 110 mit beeinflusst. In der
Fig. 3 ist zusätzlich der vorbeschriebene O-Ring 112 angedeutet. Ferner sind auch Öffnungen der konzentrisch angeordneten Druckwasserabführkanäle 114 zu ersehen.
Claims (13)
- Reinigungsdüse mit einem Düsenkörper (100) und mit einem auf einer an dem Düsenkörper drehbar gelagerten Welle (106) angeordneten Düsenkopf (104), sowie mit einem in dem Düsenkörper (100) im Wesentlichen axial verlaufenden und mit einer Druckwasserzuführung (102) verbundenen Hohlraum (107), mittels dessen über die Druckwasserzuführung (102) zugeführtes Druckwasser zum Düsenkopf (104) geleitet wird und in dem Düsenkopf (104) an wenigstens einer Düsenaustrittsöffnung (118) nach außen geführt wird, mit wenigstens zwei im Bereich des Hohlraumes (107) angeordneten und im Wesentlichen in Strömungsrichtung des Druckwassers in mechanischen Kontakt tretenden Scheibenelementen (108, 110), welche eine Reibungsbremse zur Drosselung der Rotationsbewegung der Welle (106) bilden, wobei das zweite (110) der wenigstens zwei Scheibenelemente mit dem ersten Scheibenelement (108) in eine konzentrisch angeordnete kreisförmige Aussparung eines Hülsenkörpers (111) eingebettet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Hülsenkörper (111) an der Innenseite des Hohlraums (107) eine Kante (115) bildet, an der das durch den Hohlraum (107) hindurchströmende Druckwasser gegendrückt bzw. sich verwirbelt, wodurch sich der Anpressdruck der wenigstens zwei Scheibenelemente (108, 110) erhöht.
- Reinigungsdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckwasser an der wenigstens einen Düsenaustrittsöffnung (118) in Umfangsrichtung des Düsenkopfes (104) tangential abgestrahlt wird, um dadurch ein Drehmoment auf die Welle (106) auszuüben.
- Reinigungsdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste (108) der wenigstens zwei Scheibenelemente in eine kreisförmige, bezüglich der Drehachse der Welle (106) konzentrisch angeordnete Aussparung der Welle (106) eingebettet ist.
- Reinigungsdüse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste (108) und/oder zweite (110) der wenigstens zwei Scheibenelemente kraftschlüssig eingebettet ist/sind.
- Reinigungsdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Scheibenelemente (108, 110) zusätzlich als Gleitlager für die Welle (106) fungieren.
- Reinigungsdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das eine der wenigstens zwei Scheibenelemente (108, 110) zumindest aufseiten der Kontaktfläche der beiden Scheibenelementen eine relativ glatte Oberfläche und das jeweils andere Scheibenelement zumindest auf Seiten der Kontaktfläche der beiden Scheibenelementen eine relativ raue Oberfläche aufweist.
- Reinigungsdüse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Scheibenelemente (108, 110) aus keramischem Material, bevorzugt Al2O3, hergestellt sind.
- Reinigungsdüse nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Hülsenkörper (111) gegenüber dem Düsenkörper (100) mittels eines Dichtrings (112) abgedichtet ist.
- Reinigungsdüse nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Hülsenkörper (111) und dem Düsenkörper (100) etwa durchtretendes Druckwasser mittels Druckwasserabführkanälen (114) zurückgeführt wird.
- Reinigungsdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anpressdruck der wenigstens zwei Scheibenelemente (108, 110) durch Veränderung der Breite der Kante (115) einstellbar ist.
- Reinigungsdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Scheibenelemente (108, 110) ein- oder mehrteilig ausgebildet sind.
- Reinigungsdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Scheibenelemente (108, 110) mechanisch gegeneinander federvorgespannt sind.
- Reinigungsdüse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der wenigstens zwei Scheibenelemente (108, 110) einen von der Kreisform abweichenden Verlauf der Außenfläche aufweist.
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