EP2543442A2

EP2543442A2 - Sprühdüse und Verfahren zum Erzeugen wenigstens eines rotierenden Sprühstrahls

Info

Publication number: EP2543442A2
Application number: EP12172234A
Authority: EP
Inventors: Hermann Lange; Siegmar Pelz
Original assignee: Lechler GmbH
Current assignee: Lechler GmbH
Priority date: 2011-07-08
Filing date: 2012-06-15
Publication date: 2013-01-09
Also published as: CN102861684A; DE102011078857A1; US20130008974A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sprühdüse zum Erzeugen wenigstens eines rotierenden Sprühstrahls mit einem Gehäuse (14) mit einem Fluideinlass und einem an dem Gehäuse drehbar gelagerten Rotor (20) mit wenigstens einer Austrittsöffnung (22, 24, 26) für zu versprühendes Fluid, wobei zwischen dem Gehäuse und dem Rotor ein Drallraum (40) ausgebildet ist und wobei das zu versprühende Fluid mittels wenigstens eines in der vorgesehenen Drehrichtung des Rotors geneigten Einlasskanals (52) in den Drallraum eingeleitet wird, bei der der Einlasskanal an seinem, in den Drallraum mündenden Ende, eine Erweiterung (54) aufweist, wobei die Erweiterung des Endes des Einlasskanals an der entgegen der Drehrichtung angeordneten Seite des in den Drallraum mündenden Endes des Einlasskanals angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sprühdüse zum Erzeugen wenigstens eines rotierenden Sprühstrahls mit einem Gehäuse mit einem Fluideinlass und einem an dem Gehäuse drehbar gelagerten Rotor mit wenigstens einer Austrittsöffnung für zu versprühendes Fluid, wobei zwischen dem Gehäuse und dem Rotor ein Drallraum ausgebildet ist und wobei das zu versprühende Fluid mittels wenigstens eines in der vorgesehenen Drehrichtung des Rotors geneigten Einlasskanals in den Drallraum eingeleitet wird.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Erzeugen wenigstens eines rotierenden Sprühstrahls mittels einer Sprühdüse.
Aus der deutschen Patentschrift DE 100 06 864 B4 ist eine Reinigungsdüse bekannt, mit der ein rotierender Sprühstrahl erzeugt werden kann. Die Sprühdüse weist ein schaftförmiges Gehäuse auf, das abschnittsweise von einem Rotor umgeben ist, der auf dem Gehäuse drehbar gelagert ist. Zwischen dem Gehäuse und dem Rotor ist ein Drallraum ausgebildet, in den das Fluid mittels eines geneigten Einlasskanals eingeleitet wird. Dadurch wird der Rotor in Drehung versetzt. Um bei steigendem Flüssigkeitsdruck eine Drehzahl des Rotors nicht immer weiter ansteigen zu lassen, ist eine Austrittsöffnung des Rotors für zu versprühendes Fluid in einen Winkel von weniger als 90° zu der vorgesehenen Drehrichtung des Rotors ausgerichtet. Sobald sich der Rotor dreht und Flüssigkeit durch die Austrittsöffnung austritt, verursacht die austretende Flüssigkeit somit eine Bremswirkung auf den Rotor. Dadurch kann verhindert werden, dass bei steigendem Flüssigkeitsdruck die Drehzahl des Rotors nicht immer weiter ansteigt.
Mit der Erfindung sollen eine Sprühdüse und ein Verfahren zum Erzeugen wenigstens eines rotierenden Sprühstrahls verbessert werden.
Erfindungsgemäß ist hierzu eine Sprühdüse zum Erzeugen wenigstens eines rotierenden Sprühstrahls mit einem Gehäuse mit einem Fluideinlass und einem an dem Gehäuse drehbar gelagerten Rotor mit wenigstens einer Austrittsöffnung für zu versprühendes Fluid vorgesehen, wobei zwischen dem Gehäuse und dem Rotor ein Drallraum ausgebildet ist und wobei das zu versprühende Fluid mittels wenigstens eines in der vorgesehenen Drehrichtung des Rotors geneigten Einlasskanals in den Drallraum eingeleitet wird, bei der der Einlasskanal an seinem, in den Drallraum mündenden Ende, eine Erweiterung aufweist. Vorzugsweise ist die Erweiterung des Endes des Einlasskanals an der entgegen der Drehrichtung angeordneten Seite des in den Drallraum mündenden Endes des Einlasskanals angeordnet.
Durch diese Maßnahmen kann erreicht werden, dass die Drehgeschwindigkeit des Rotors bei steigendem Flüssigkeitsdruck nicht immer weiter bzw. nicht mehr so stark ansteigt, ohne dass hierzu die Ausrichtung der Austrittsöffnung am Rotor von Bedeutung wäre. Die Anordnung und Ausrichtung der Austrittsöffnung oder mehrerer Austrittsöffnungen ist damit im Wesentlichen beliebig und dennoch kann der sogenannte Wischeffekt bei rotierenden Düsen vermieden werden. Dieser Wischeffekt, der bei einer zu schnellen Rotation des Rotors auftritt, bezeichnet das zu schnelle Überfahren einer zu reinigenden oder zu beschichtenden Stelle mit dem Sprühstrahl, so dass keine ausreichende Reinigungs- oder Beschichtungswirkung mehr erzielt werden kann. Die Verweildauer des Sprühstrahles auf einer zu reinigenden oder beschichtenden Fläche ist dann zu gering, um noch den angestrebten Effekt zu erzielen. Bei konventionellen rotierenden Reinigungsdüsen führt eine Erhöhung des Fluiddrucks zwar zu einem Sprühstrahl mit höherem Impuls und für sich gesehen höherer Reinigungskraft, aufgrund des Wischeffekts kann aber keine befriedigende Reinigungswirkung mehr erzielt werden. Bei der erfindungsgemäßen Sprühdüse verursacht die vorzugsweise Anordnung der Erweiterung des Endes des Einlasskanals an der entgegen der Drehrichtung angeordneten Seite des Mündungsbereichs des Einlasskanals, dass sich der in die Drallkammer eintretende Fluidstrahl mit steigendem Flüssigkeitsdruck entgegen der Drehrichtung aufweitet und dadurch in der Drallkammer Bewegungskomponenten der Flüssigkeit erzeugt, die entgegen der Drehung des Rotors wirken und dadurch den Rotor bremsen. Dadurch kann die immer weitere Erhöhung der Drehzahl des Rotors mit steigendem Flüssigkeitsdruck verhindert oder verringert werden. Die Gestaltung und Anordnung der Austrittsöffnung oder mehrerer Austrittsöffnungen an dem Rotor kann hingegen bei der erfindungsgemäßen Düse beliebig gewählt werden, da der drehzahlbegrenzende Effekt durch die Erweiterung des Endes des Einlasskanals erzielt wird, der in den Drallraum zwischen dem Gehäuse und dem Rotor mündet.
Vorteilhafterweise erstreckt sich die Erweiterung etwa über die Hälfte des Umfangs des Endes des Einlasskanals. Der wenigstens eine Einlasskanal kann als in Drehrichtung des Rotors geneigte Bohrung ausgebildet sein. Die Bohrung kann einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen und die Erweiterung sichelförmig ausgebildet sein. Die Erweiterung kann als Abschnitt einer Bohrung ausgebildet sein, die den gleichen Querschnitt wie der Einlasskanal aufweist aber unter anderem Winkel als der Einlasskanal angeordnet ist.
Auf diese Weise kann die Erweiterung vergleichsweise einfach ausgebildet werden, indem lediglich mit ein- und demselben Bohrer zwei Bohrungen bzw. Bohrungsabschnitte ausgeführt werden, jeweils unter anderem Winkel zur Mittellängsachse des Düsengehäuses.
In Weiterbildung der Erfindung sind fünf gleichmäßig um die Mittellängsachse des Gehäuses und des Rotors angeordnete Einlasskanäle vorgesehen.
Mit fünf gleichmäßig um die Mittellängsachse des Gehäuses und des Rotors angeordneten Einlasskanälen kann ein großer freier Durchlassquerschnitt bereitgestellt werden, der die erfindungsgemäße Sprühdüse wenig verstopfungsempfindlich macht.
In Weiterbildung der Erfindung ist der Rotor an wenigstens einer Lagerfläche am Gehäuse drehbar gelagert, wobei die Lagerfläche beabstandet von dem in den Drallraum mündenden Ende des wenigstens einen Einlasskanals angeordnet ist.
Auf diese Weise ist die Lagerfläche vollständig getrennt von den Einlasskanälen in den Drallraum und dadurch ist die erfindungsgemäße Sprühdüse wenig verstopfungsempfindlich ausgebildet. Die Lagerung des Rotors am Gehäuse ist vorteilhafterweise als hydrodynamische Lagerung oder flüssigkeitsgeschmierte Lagerung ausgebildet. Das zu versprühende Fluid tritt dann in den Lagerspalt zwischen Gehäuse und Rotor ein und sorgt unmittelbar nach Beaufschlagung der Sprühdüse mit zu versprühendem Fluid für einen im Wesentlichen reibungsfreien Lauf des Rotors auf dem Gehäuse.
In Weiterbildung der Erfindung ist das Gehäuse schaftförmig ausgebildet und abschnittsweise von dem Rotor umgeben, wobei ein dem Fluideinlass gegenüberliegendes Ende des Gehäuses mit einer Abtropfspitze versehen ist.
Das Vorsehen einer Abtropfspitze kann Anbackungen an der Düse verhindern. Wenn die Flüssigkeitszufuhr zu der erfindungsgemäßen Sprühdüse abgeschaltet wird, so können Anhaftungen von Flüssigkeit an der Düse schnell und zentral über die Abtropfspitze abperlen, um dadurch Anbackungen oder Ablagerungen an der Düse zu verhindern.
In Weiterbildung der Erfindung ist eine Mittellängsachse eines aus der wenigstens einen Austrittsöffnung am Rotor austretenden Sprühstrahls so angeordnet, dass der austretende Sprühstrahl mittels seines Rückstoßes eine Drehung des Rotors entweder beschleunigt oder nicht beeinflusst.
Bei Ausrichtung des Austrittskanals an der Austrittsöffnung bzw. der Mittellängsachse des austretenden Sprühstrahls senkrecht zu einer Drehrichtung des Rotors trägt das aus der Austrittsöffnung austretende Fluid nicht zu einer Drehung des Rotors bei und behindert diese auch nicht. Bei einer Ausrichtung des Austrittskanals an der Austrittsöffnung bzw. der Mittellängsachse des austretenden Sprühstrahls entgegen der Drehrichtung des Rotors führt das austretende Fluid sogar zu einer Beschleunigung der Drehung des Rotors. Tatsächlich kommt es auf das Drehmoment an, das durch den Rückstoß des austretenden Sprühstrahls auf den Rotor wirkt. Dieses Drehmoment wird durch Geschwindigkeit und Menge der austretenden Flüssigkeit und den Hebelarm der Rückstoßkraft bestimmt. Dieser Hebelarm ist definiert durch einen Abstand zwischen der Drehachse des Rotors und einem Schnittpunkt zwischen einer Mittellängsachse des austretenden Sprühstrahls und einer sich vom Drehpunkt aus in radialer Richtung erstreckenden Linie, wobei sich diese Linie und die Mittellängsachse des Sprühstrahls in einem rechten Winkel schneiden. Mit anderen Worten entspricht der Hebelarm einem Abstand zwischen der Mittellängsachse des Sprühstrahls und einer hierzu parallelen Gerade, die die Drehachse des Rotors schneidet. Bei der erfindungsgemäßen Sprühdüse kann dadurch die bei einem bestimmten Flüssigkeitsdruck wünschenswerte Drehzahl des Rotors auch durch die Ausrichtung der Austrittsöffnungen am Rotor bzw. der Sprühstrahlen eingestellt werden. Auch kann die Ausrichtung der Austrittsöffnungen bzw. der Sprühstrahlen so gewählt werden, dass sie zu einer optimalen Reinigungswirkung führt, da die Drehzahl des Rotors im Wesentlichen unabhängig ist von der Ausrichtung der Austrittsöffnungen.
Das der Erfindung zugrundeliegende Problem wird auch durch ein Verfahren zum Erzeugen wenigstens eines rotierenden Sprühstrahls mittels einer Sprühdüse mit einem Gehäuse, das relativ zu einer Zuleitung für zu versprühendes Fluid stillsteht, und einem an dem Gehäuse drehbar gelagerten Rotor mit wenigstens einer Austrittsöffnung für zu versprühendes Fluid gelöst, bei dem folgende Schritte vorgesehen sind: Einleiten wenigstens eines Fluidstrahls in einen Drallraum zwischen Gehäuse und Rotor, wobei eine Mittellängsachse des Fluidstrahls um einen Winkel in der vorgesehenen Drehrichtung des Rotors geneigt ist, um den Rotor in Drehung zu versetzen, wobei bei einem ersten Fluiddruck in der Zuleitung der Winkel der Mittellängsachse eine erste Größe aufweist und bei einem zweiten Fluiddruck in der Zuleitung, der größer ist als der erste Fluiddruck, der Winkel der Mittellängsachse eine zweite Größe aufweist, die kleiner ist als die erste Größe.
Auf diese Weise kann bei steigendem Fluiddruck eine Bewegungskomponente des Fluidstrahls in Drehrichtung, die also den Rotor in Drehung versetzt, verringert werden, so dass der mit steigendem Fluiddruck ansteigende Impuls des Fluidstrahls, der in die Drallkammer eintritt, kompensiert werden kann. Dadurch wird verhindert, dass eine Drehzahl des Rotors mit steigendem Fluiddruck immer weiter ansteigt oder der Anstieg der Drehzahl kann begrenzt werden. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass die Drehzahl des Rotors dadurch im Wesentlichen unabhängig ist von der Ausrichtung der Austrittsöffnungen und von der Fluidmenge und Fluidgeschwindigkeit in der Austrittsöffnung am Rotor. Die Austrittsöffnungen können dadurch so ausgebildet und angeordnet werden, dass eine optimale Reinigungs- oder Beschichtungswirkung erzielt wird.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Sprühdüse gemäß einer bevorzugten Ausführungsform,
Fig. 2: die Sprühdüse der Fig. 1 von oben,
Fig. 2a: eine abschnittsweise und schematische Schnittansicht auf die Schnittebene 2A-2A in Fig. 2,
Fig. 3: eine Darstellung der Sprühdüse der Fig. 1 in auseinandergezogener Darstellung,
Fig.4: eine Darstellung eines Gehäuseabschnitts der Sprühdüse der Fig. 1 mit schematisch angedeuteten, austretenden Fluidstrahlen,
Fig. 5: den Gehäuseabschnitt der Fig. 4 mit schematisch angedeuteten, austretenden Fluidstrahlen bei gegenüber der Fig. 4 höherem Fluiddruck,
Fig. 6: eine Seitenansicht der Sprühdüse der Fig. 1,
Fig. 7: eine Ansicht auf die Schnittebene A-A in Fig. 6,
Fig. 8: eine Seitenansicht der Sprühdüse der Fig. 1 in gegenüber der Fig. 6 anderer Drehstellung des Rotors und
Fig. 9: eine Ansicht auf die Schnittebene B-B in Fig. 8.

Die Darstellung der Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Sprühdüse 10, wobei die Sprühdüse in der linken Hälfte der Fig. 1 in einer Seitenansicht und in der rechten Hälfte der Fig. 1 in einer Schnittansicht dargestellt ist. Die Schnittebene verläuft dabei in einer parallel zur Zeichenfläche angeordneten Ebene, die eine Mittellängsachse 12 der Düse enthält. Die erfindungsgemäße Sprühdüse 10 weist ein Gehäuse 14 auf, das einen ersten Gehäuseabschnitt 16 aufweist, der in der Darstellung der Fig. 4 oben angeordnet ist, und einen zweiten Gehäuseabschnitt 18, der in der Darstellung der Fig. 1 unten angeordnet ist. Die Sprühdüse 10 weist weiter einen Rotor 20 auf, der drehbar auf dem Gehäuse 14 gelagert ist und dieses abschnittsweise umgibt.
Der Rotor 20 ist mit mehreren Austrittsöffnungen 22, 24 und 26 versehen. Die Austrittsöffnung 22 ist in Bezug auf den Umfang des Rotors 20 etwa gegenüberliegend der beiden Austrittsöffnungen 24 und 26 am Rotor 20 angeordnet.
Wie in der rechten Hälfte der Fig. 1 zu erkennen ist, ist der zweite Gehäuseabschnitt 18 in ein passendes Innengewinde am ersten Gehäuseabschnitt 16 eingeschraubt. Das Gehäuse 14 bildet durch die beiden Gehäuseabschnitte 16, 18 dadurch einen Schaft aus, der den Rotor 20 unverlierbar und drehbar lagert. Zur Lagerung des Rotors 20 weist der erste Gehäuseabschnitt 16 eine kreiszylindrische Lagerfläche 28 auf, die etwa mittig mit einer umlaufenden Nut 30 versehen ist, die einen kreisabschnittsförmigen Querschnitt aufweist. Gegenüber der kreiszylindrischen Lagerfläche 28 ist eine ebenfalls kreiszylindrische Lagerfläche 32 am Rotor 20 angeordnet. Die Nut 30 wird über eine oder mehrere Durchgangsbohrungen 34 aus dem Innenraum des Gehäuseabschnitts 14 heraus mit Fluid gespeist, so dass sich unmittelbar nach Beaufschlagen der Sprühdüse 10 mit unter Druck stehendem Fluid zwischen den Lagerflächen 28, 32 ein Fluidfilm ausbildet, der dann für eine im Wesentlichen reibungsfreie Lagerung des Rotors 20 sorgt.
An seinem in Fig. 1 unteren Ende ist der Rotor 20 ebenfalls mit einer kreiszylindrischen Lagerfläche 36 versehen, die ebenfalls einer kreiszylindrischen Lagerfläche 38 am unteren Gehäuseabschnitt 18 gegenüberliegt. Ein Lagerspalt zwischen den Lagerflächen 36, 38 wird aus einem Drallraum 40 zwischen Gehäuse 14 und Rotor 20 heraus mit Fluid beaufschlagt. Unmittelbar nach dem Beaufschlagen der Sprühdüse 10 mit unter Druck stehendem Fluid dringt dadurch Fluid in den Lagerspalt zwischen den Lagerflächen 36, 38 und sorgt dadurch auch im Bereich der in Fig. 1 unteren Lagerung des Rotors 20 am Gehäuse 14 für eine im Wesentlichen reibungsfreie Lagerung.
Der zweite Gehäuseabschnitt 18 weist unterhalb des Rotors einen umlaufenden Vorsprung 42 auf, dessen Oberseite als Anschlagfläche für den Rotor 20 dient und dadurch verhindert, dass der Rotor 20 nach unten von dem Gehäuse 14 herunterrutscht. Im Betrieb der Sprühdüse 20 wird ein Spalt zwischen dem Rotor 20 und der Oberseite des umlaufenden Vorsprungs 42 ebenfalls mit unter Druck stehendem Fluid versorgt, so dass zwischen dem zweiten Gehäuseabschnitt 18 und dem Rotor 20 ein hydrodynamisches und dadurch im Wesentlichen reibungsfreies Axialdrucklager gebildet ist.
Der zweite Gehäuseabschnitt 18 ist mittig mit einer Abtropfspitze 44 versehen. Mittels dieser Abtropfspitze 44 wird nach dem Abschalten der Fluidzufuhr zu der Sprühdüse 10 an der Außenseite des Gehäuses 14 und dem Rotor 20 anhaftendes Wasser gezielt abgeleitet und kann dadurch abtropfen. Ablagerungen oder Anbackungen durch Fluidrückstände auf der Außenseite der Sprühdüse 10 werden dadurch weitgehend verhindert.
Der erste Gehäuseabschnitt 14 ist mit einem Innengewinde 46 zum Einschrauben einer Fluidzuleitung versehen. Unmittelbar unterhalb bzw. stromabwärts des Innengewindes 46 weist die Außenseite des ersten Gehäuseabschnitts 16 einen umlaufenden Vorsprung 48 auf, der größer ist als der Innendurchmesser des Rotors 20. Im montierten Zustand der Sprühdüse 10 kann der Rotor 20 dadurch weder nach oben noch nach unten von dem Gehäuse 14 herunterrutschen.
Zur Montage der dreiteiligen Sprühdüse 10 wird zunächst der Rotor 20 in der Darstellung der Fig. 1 von unten her auf die Lagerfläche 28 am ersten Gehäuseabschnitt 16 aufgeschoben. Von unten her wird dann der zweite Gehäuseabschnitt 18 in den Rotor 20 eingeführt und mit dem ersten Gehäuseabschnitt 16 verschraubt, bis die beiden Lagerflächen 36, 38 einander gegenüberliegen.
Der erste Gehäuseabschnitt 16 weist eine Einlasskammer 50 auf, die stromabwärts des Innengewindes 46 angeordnet ist. Von der Einlasskammer 50 gehen die radialen Bohrungen 34 aus, die die Nut 30 in der Lagerfläche 28 am ersten Gehäuseabschnitt 16 mit Flüssigkeit versorgen. Ausgehend von der Einlasskammer 50 sind in dem ersten Gehäuseabschnitt 14 insgesamt fünf Einlasskanäle 52 vorgesehen, die die Einlasskammer 50 mit der Drallkammer 40 zwischen dem Gehäuse 14 und dem Rotor 20 verbinden. Die Einlasskanäle 52 sind dabei in der vorgesehenen Drehrichtung des Rotors 20 geneigt, so dass das Fluid in der Drallkammer 40 in der vorgesehenen Drehrichtung des Rotors 20 umläuft, diesen dadurch mitnimmt und in Drehung versetzt.
Das an der Mündung in die Drallkammer 40 liegende Ende des Einlasskanals 52 ist mit einer in Fig. 1 lediglich abschnittsweise zu erkennenden Erweiterung 54 versehen, die an der entgegen der Drehrichtung angeordneten Seite des in den Drallraum mündenden Endes des Einlasskanals angeordnet ist, sich aber auch ausgehend von der Mitte der Seite über einen Winkel von mehr als 90° in beide Umfangsrichtungen erstreckt. Lediglich die Mitte, in Umfangsrichtung gesehen, an der die größte radiale Erstreckung der Erweiterung 54 auftritt, ist also an der entgegen der Drehrichtung liegenden Seite des in den Drallraum 40 mündenden Endes der Einlasskanäle 52 angeordnet. Bei steigendem Druck des Fluids verändert sich durch diese Erweiterung die Richtung des aus dem Einlasskanal 52 in die Drallkammer 40 eintretenden Fluidstrahles dahingehend, dass der Winkel, um den dieser Fluidstrahl in Drehrichtung des Rotors 20 geneigt ist, sich verringert. Dies deshalb, da mit steigendem Druck der Fluidstrahl auch die Erweiterung vollständig ausfüllt und sich durch die Erweiterung einseitig in einer Richtung erweitert, die nicht in der Drehrichtung des Rotors liegt und diesem gegebenenfalls entgegengesetzt ist. Im Ergebnis verringert sich die Bewegungskomponente der aus den Einlasskanälen 52 in die Drallkammer 40 eintretenden Fluidstrahlen, die in Drehrichtung des Rotors 20 gerichtet ist, mit steigendem Flüssigkeitsdruck. Dadurch wird verhindert, dass trotz des steigenden Flüssigkeitsdrucks die Drehzahl des Rotors 20 immer weiter ansteigt.
Die Darstellung der Fig. 2 zeigt eine Ansicht der Sprühdüse 10 der Fig. 1 von oben, also in den ersten Gehäuseabschnitt 16 des Gehäuses 14 hinein. Zu erkennen ist, dass insgesamt fünf Einlasskanäle 52 gleichmäßig um die Mittellängsachse 12 der Sprühdüse 10 angeordnet sind und diese Einlasskanäle 52 in Drehrichtung des Rotors 20 geneigt sind. Die vorgesehene Drehrichtung des Rotors 20 ist mittels eines gekrümmten Pfeiles 56 angedeutet.
Zu erkennen ist in der Darstellung der Fig. 2 auch die Austrittsöffnung 26 im oberen Bereich des Rotors 20.
Die Darstellung der Fig. 2A zeigt schematisch und abschnittsweise eine Ansicht auf die Schnittebene 2A-2A in Fig. 2. Fig. 2A dient lediglich zur Verdeutlichung des Verlaufs des Einlasskanals 52 sowie der Anordnung der Erweiterung 54 an dem in den Drallraum 40 mündenden Ende des Drallkanals 52. Wie in Fig. 2A zu erkennen ist, sind die Einlasskanäle 52 in Drehrichtung des Rotors 20 geneigt. Die Drehrichtung des Rotors 20 ist wieder durch den Pfeil 56 angedeutet. An dem Ende des Einlasskanals 52, das in den Drallraum 40 mündet und das in Fig. 2A unten angeordnet ist, ist die Erweiterung 54 vorgesehen, deren in radialer Richtung des Einlasskanals größte Erstreckung auf der entgegen der Drehrichtung 56 angeordneten Seite des Einlasskanals 52 angeordnet ist. Die Erweiterung läuft dann zu beiden Seiten aus und erstreckt sich dadurch etwa über die Hälfte des Umfangs des Einlasskanals 52 an seinem in den Drallraum 40 mündenden Ende. Die Erweiterung 54 ist als Bohrungsabschnitt ausgebildet und mit demselben kreisförmigen Durchmesser ausgebildet, wie der Einlasskanal 52. Die Erweiterung 54 wird aber als Bohrungsabschnitt unter anderem Winkel als der Einlasskanal 52 eingebracht.
Wie bereits erläutert wurde und wie anhand der Fig. 4 und 5 zu erkennen ist, verändert sich durch das Vorsehen der Erweiterung 54 mit dem Druck des zu versprühenden Fluids die Form und Ausrichtung eines Fluidstrahles, der aus den Einlasskanälen 52 in die Drallkammer 40 eintritt.
Die Darstellung der Fig. 3 zeigt die Sprühdüse 10 der Fig. 1 im auseinandergezogenen Zustand. Zu erkennen sind der erste Gehäuseabschnitt 16, der zweite Gehäuseabschnitt 18 und der Rotor 20. In der Darstellung der Fig. 3 sind die Einlasskanäle 52 zu erkennen, die tangential zur Mittellängsachse 12 der Düse 10 versetzt und in Drehrichtung des Rotors 20 geneigt sind. An dem in Fig. 3 sichtbaren und in den Drallraum 40 zwischen dem Gehäuse 14 und dem Rotor 20 mündenden Ende ist jeweils die Erweiterung 54 angeordnet. Die Einlasskanäle 52 mit den Erweiterungen 54 sind in einer kegeligen Andrehung des ersten Gehäuseabschnitts 16 angeordnet. Die Einlasskanäle 52 mit den Erweiterungen 54 sind so ausgebildet und angeordnet, dass ein leicht aufgefächerter Strahl aus diesen austritt und auf die Innenwandung des Rotors 20 trifft und diesen dadurch in Rotation versetzt.
Anhand der Darstellungen der Fig. 1 und Fig. 3 ist auch zu erkennen, dass die Austrittsöffnung 22 im Rotor 20 als Verschneidung einer umlaufenden Nut mit kreisabschnittsförmigem Querschnitt auf der Innenseite des Rotors 20 und einem Einschnitt eines Scheibenfräsers von der Außenseite des Rotors 20 her gebildet ist.
Der Drallraum wird einerseits durch die kegelige Andrehung an dem ersten Gehäuseabschnitt 16, in die die Einlasskanäle 52 münden, und andererseits eine kegelige Andrehung 60 am zweiten Gehäuseabschnitt 18 gebildet, die der kegeligen Andrehung am ersten Gehäuseabschnitt 16 gegenüberliegt.
In der Darstellung der Fig. 4 ist lediglich der erste Gehäuseabschnitt 16 dargestellt, und schematisch ist die Form von Fluidstrahlen 62A angedeutet, die aus den Einlasskanälen 52 austreten und in den Drallraum 40 eintreten. Fig. 4 zeigt den Zustand bei einem ersten Fluiddruck. Zu erkennen ist, dass die Fluidstrahlen 62A nur schwach aufgefächert sind und einen etwa ovalen Querschnitt aufweisen. Eine Mittelachse 64A der Fluidstrahlen 62A ist in der Projektion der Fig. 4 in einem ersten Winkel zur Mittellängsachse 12 des Gehäuseabschnitts 16 angeordnet.
Die Darstellung der Fig. 5 zeigt wieder den ersten Gehäuseabschnitt 16 und die Fluidstrahlen 62B bei einem zweiten Fluiddruck, der größer ist als der erste Fluiddruck gemäß Fig. 4. Die Fluidstrahlen 62B sind nun stärker aufgefächert, weisen aber immer noch einen etwa ovalen Querschnitt auf. Zu erkennen ist aber, dass sich ein Winkel zwischen der Mittellängsachse 12 des ersten Gehäuseabschnitts 16 und einer Mittelachse 64B der Fluidstrahlen 62B gegenüber dem entsprechenden Winkel in Fig. 4 verringert hat. Die Komponente in Drehrichtung des Rotors 20 ist bei dem niedrigeren Fluiddruck gemäß Fig. 4 somit größer als die Komponente in Drehrichtung des Rotors 20 bei dem höheren Fluiddruck gemäß Fig. 5. Trotz des durch den höheren Fluiddruck stärkeren Impulses der Fluidstrahlen 62B bei dem höheren Druck wird dadurch das auf den Rotor 20 wirkende Drehmoment nicht erhöht oder nicht wesentlich erhöht, so dass bei steigendem Fluiddruck keine immer weiter ansteigende Drehzahl des Rotors 20 zu beobachten ist. Dieser Effekt wird, wie erläutert wurde, durch die Erweiterungen 54 an dem in den Drallraum 40 mündenden Ende der Einlasskanäle 52 verursacht.
Die Darstellung der Fig. 6 zeigt die Sprühdüse 10 der Fig. 1 in einer Seitenansicht und einer ersten Drehstellung, in der die Austrittsöffnung 22 zu erkennen ist.
Fig. 7 zeigt eine Ansicht auf die Schnittebene A-A in Fig. 6. Zu erkennen ist, dass die Austrittsöffnung 22 so ausgerichtet ist, dass ihre Mittelachse 66 senkrecht zu einer Drehrichtung des Rotors 20 und tangential versetzt in einer Drehrichtung des Rotors 20 angeordnet ist, wobei die Drehrichtung des Rotors 20 durch den gekrümmten Pfeil 56 angedeutet ist. Aus der Austrittsöffnung 22 in Form eines Sprühstrahles austretendes Fluid trägt somit durch die Rückstoßkraft zu einer Drehung des Rotors 20 bei, da die Mittelachse 66, die in diesem Fall einer Mittellängsachse eines aus der Austrittsöffnung 22 austretenden Sprühstrahls entspricht, in einem Abstand X zu einer parallelen Gerade 67 angeordnet ist, die die Drehachse 12 des Rotors 20 schneidet. Der Abstand X entspricht dem Hebelarm, mit dem die Rückstoßkraft des aus der Austrittsöffnung 22 austretenden Sprühstrahls ein Drehmoment auf den Rotor 20 erzeugt.
Die Darstellung der Fig. 8 zeigt die Sprühdüse 10 der Fig. 1 in einer Seitenansicht in einer zweiten Drehstellung des Rotors 20, die von der Drehstellung der Fig. 6 verschieden ist. Zu erkennen sind in dieser Ansicht die beiden Austrittsöffnungen 24 und 26. Die Austrittsöffnung 24 erzeugt einen in Fig. 8 nach unten gerichteten Sprühstrahl, wohingegen die Austrittsöffnung 26 einen in der Darstellung der Fig. 8 nach oben gerichteten Sprühstrahl erzeugt. Zusammen mit der Austrittsöffnung 22 kann mit der erfindungsgemäßen Sprühdüse 10 damit ein Winkel von etwa 180° Sprühwinkel abgedeckt werden. Da der Rotor 20 um die Mittellängsachse 12 rotiert, kann dadurch beispielsweise der gesamte Innenraum eines die Sprühdüse 10 umgebenden Tanks gereinigt werden.
Die Darstellung der Fig. 9 zeigt eine Ansicht auf die Schnittebene B-B in Fig. 8. In Fig. 9 ist zu erkennen, dass eine Mittelachse 68 der Austrittsöffnung 26, wie auch eine Mittelachse der in Fig. 9 nicht zu erkennenden Austrittsöffnung 24, exakt radial zur Mittellängsachse 12 der Sprühdüse 10 ausgerichtet ist. Die aus den Austrittsöffnungen 24, 26 austretenden Sprühstrahlen tragen somit nicht zu einer Drehung des Rotors 20 bei, bremsen diesen aber auch nicht ab. Die Ausrichtung und Anordnung der Austrittsöffnungen 24, 26, 22 kann bei der erfindungsgemäßen Sprühdüse 10 im Wesentlichen beliebig und so gewählt werden, dass ein optimales Reinigungsergebnis erreicht wird. Die Drehzahlkontrolle des Rotors 20 wird, wie erläutert wurde, über die spezielle Formgebung der Einlasskanäle 52 mit den Erweiterungen 54 erzielt.

Claims

Sprühdüse zum Erzeugen wenigstens eines rotierenden Sprühstrahls mit einem Gehäuse (14) mit einem Fluideinlass und einem an dem Gehäuse (14) drehbar gelagerten Rotor (20) mit wenigstens einer Austrittsöffnung (22, 24, 26) für zu versprühendes Fluid, wobei zwischen dem Gehäuse (14) und dem Rotor (20) ein Drallraum (40) ausgebildet ist und wobei das zu versprühende Fluid mittels wenigstens eines in der vorgesehenen Drehrichtung des Rotors (20) geneigten Einlasskanals (52) in den Drallraum (40) eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlasskanal (52) an seinem, in den Drallraum (40) mündenden Ende eine Erweiterung (54) aufweist.
Sprühdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erweiterung (54) des Endes des Einlasskanals (52) an der entgegen der Drehrichtung des Rotors (20) angeordneten Seite des in den Drallraum (40) mündenden Endes des Einlasskanals (52) angeordnet ist.
Sprühdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Erweiterung (54) etwa über die Hälfte des Umfangs des Endes des wenigstens einen Einlasskanals (52) erstreckt.
Sprühdüse nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Einlasskanal (52) als in Drehrichtung des Rotors (20) geneigte Bohrung ausgebildet ist.
Sprühdüse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung einen kreisförmigen Querschnitt aufweist und die Erweiterung (54) sichelförmig ausgebildet ist.
Sprühdüse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Erweiterung (54) als Abschnitt einer Bohrung ausgebildet ist, die den gleichen Querschnitt wie der Einlasskanal (52) aufweist aber unter anderem Winkel als der Einlasskanal (52) angeordnet ist.
Sprühdüse nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass fünf gleichmäßig um die Mittellängsachse (12) des Gehäuses (14) und des Rotors (20) angeordnete Einlasskanäle (52) vorgesehen sind.
Sprühdüse nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (20) an wenigstens einer Lagerfläche am Gehäuse (14) drehbar gelagert ist, wobei die Lagerfläche beabstandet von dem in den Drallraum (40) mündenden Ende des wenigstens einen Einlasskanals (52) angeordnet ist.
Sprühdüse nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (14) schaftförmig ausgebildet und abschnittsweise von dem Rotor (20) umgeben ist, wobei ein dem Fluideinlass gegenüberliegendes Ende des Gehäuses (14) mit einer Abtropfspitze (44) versehen ist.
Sprühdüse nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mittellängsachse eines aus der wenigstens einen Austrittsöffnung (22, 24, 26) am Rotor (20) austretenden Sprühstrahls so angeordnet ist, dass ein austretender Sprühstrahl mittels seines Rückstoßes eine Drehung des Rotors (20) entweder beschleunigt oder nicht beeinflusst.
Verfahren zum Erzeugen wenigstens eines rotierenden Sprühstrahls mittels einer Sprühdüse (10) mit einem Gehäuse (14), das relativ zu einer Zuleitung für zu versprühendes Fluid stillsteht, und einem an dem Gehäuse (14) drehbar gelagerten Rotor (20) mit wenigstens einer Austrittsöffnung (22, 24, 26) für zu versprühendes Fluid mit folgenden Schritten: Einleiten wenigstens eines Fluidstrahls in einen Drallraum (40) zwischen Gehäuse (14) und Rotor (20), wobei eine Mittellängsachse (64A, 64B) des Fluidstrahls um einen Winkel in der vorgesehenen Drehrichtung des Rotors (20) geneigt ist, um den Rotor (20) in Drehung zu versetzen, wobei bei einem ersten Fluiddruck in der Zuleitung der Winkel der Mittellängsachse eine erste Größe aufweist und bei einem zweiten Fluiddruck in der Zuleitung, der größer ist als der erste Fluiddruck, der Winkel der Mittellängsachse eine zweite Größe aufweist, die kleiner ist als die erste Größe.