EP3302815B1

EP3302815B1 - Drallkörper sowie kegeldüse mit einem solchen drallkörper

Info

Publication number: EP3302815B1
Application number: EP17739597.7A
Authority: EP
Inventors: Andreas LÁZÁR; Marc UTZENRATH
Original assignee: Swedex Industrieprodukte GmbH
Current assignee: Swedex Industrieprodukte GmbH
Priority date: 2016-07-14
Filing date: 2017-07-14
Publication date: 2021-10-27
Anticipated expiration: 2037-07-14
Also published as: DE202016103825U1; EP3302815A1; WO2018011427A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Drallkörper, insbesondere zur Verwendung in einer Kegeldüse, wie etwa einer Vollkegeldüse oder einer Hohlkegeldüse, um ein durchströmendes Fluid in Rotation zu versetzen, mit einem zylindrischen Basisabschnitt, der eine zylindrische Außenfläche definiert, wobei sich an beide stirnseitigen Enden des Basisabschnitts jeweils ein kegelförmig zulaufender und eine kegelartige Stirnfläche definierender Endabschnitt anschließt, und wobei in der zylindrischen Außenfläche des Drallkörpers mehrere schräg zu einer Mittelachse des Drallkörpres verlaufende Drallkanäle gleicher Geometrie mit gleichmäßigem Versatz entlang des Umfangs des Drallkörpers ausgebildet sind und jeder Drallkanal in beide kegelartigen Stirnflächen mündet.
Dralldüsen zur Zerstäubung von Flüssigkeiten werden seit langem in vielen technischen Gebieten verwendet. Beispielsweise werden solche Düsen zu Lackierungs-, Bewässerungs- und Reinigungszwecken eingesetzt. Bei einer Dralldüse wird die zu versprühende Flüssigkeit zunächst innerhalb der Düse in Rotation versetzt. Grundsätzlich gibt es hierfür zwei unterschiedliche gängige Methoden. Bei einer ersten Methode befindet sich innerhalb der Drallkammer des Düsengehäuses einer Dralldüse ein Drallkörper, während eine zweite Methode ohne einen solchen Drallkörper auskommt und anstatt dessen tangentiale Eintritte in die Drallkammer vorgesehen sind.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die erste Methode, bei der die zu versprühende Flüssigkeit durch wenigstens einen Drallkanal an der Außenfläche eines zylindrischen Drallkörpers strömt, der schräg zu einer Mittellängsachse des Drallkörpers verläuft, wodurch eine Rotationsströmung entsteht. Die in Rotation versetzte Flüssigkeit tritt dann aus dem wenigstens einen endseitig offenen Drallkanal aus, in eine Austrittskammer ein und verlässt die Dralldüse von dort über eine in Strömungsrichtung trichterförmig aufgeweitete Austrittsöffnung des Düsengehäuses. Eine derartig ausgebildete Dralldüse, bei der die zu versprühende Flüssigkeit den Drallkörper nur durch den oder die in dessen Außenfläche ausgebildeten Drallkanäle durchströmt, bewirkt, dass die Flüssigkeit nicht den vollständigen Düsenaustrittsdurchmesser ausfüllt. Denn zum einen wirkt auf die in Rotation versetzte Flüssigkeit eine Fliehkraft und zum anderen führt die Rotationsströmung zu einem Druckgefälle zwischen der Wandung der Austrittskammer und der Mittellängsachse des Drallkörpers. Somit bildet sich ein relativ dünner hohlkegelartiger Flüssigkeitsfilm aus, der unmittelbar nach der Düsenaustrittsöffnung in einzelne feine Tropfen zerfällt. Solche Dralldüsen nennt man auch Hohlkegeldüsen, deren Hohlkegelspray dazu führt, dass eine besprühte Fläche lediglich ringförmig mit der versprühten Flüssigkeit bedeckt ist.
Es sind jedoch auch sogenannte Vollkegeldüsen bekannt. Bei solchen Dralldüsen ist eine besprühte Fläche vollständig, also auch innerhalb einer ringförmigen Kontur, mit einer versprühten Flüssigkeit bedeckt. Um dies zu erreichen, schlägt die DE 20 2015 001 520 U1 vor, eine stromabwärts gelegene Stirnfläche eines Drallkörpers mit den zuvor beschriebenen Merkmalen zusätzlich mit einer mittig zum Drallkörper angeordneten Ausnehmung zu versehen, wobei die Ausnehmung den wenigstens einen Drallkanal abschnittsweise schneidet. Dadurch kann Flüssigkeit von jedem Drallkanal in die Ausnehmung gelangen. Somit wird auch der Bereich der Austrittskammer, der die Mittellängsachse umgibt, mit Flüssigkeit beaufschlagt, so dass ein zu starkes Druckgefälle zwischen einem Randbereich der Austrittskammer und dem Bereich um die Mittellängsachse vermieden werden kann.
Dementsprechend bildet sich bei der aus der DE 20 2015 001 520 U1 bekannten Dralldüse ein Vollkegelspray mit gleichmäßiger Flüssigkeitsverteilung aus.
Die beiden Stirnflächen des zylindrischen Drallkörpers aus der DE 20 2015 001 520 U1 sind als plane Stirnflächen ausgebildet, auf denen sich nach einer Beendigung eines Sprühvorgangs Flüssigkeitsreste sammeln können. Hierbei werden die Bereiche der planen Stirnflächen, auf denen sich Flüssigkeitsreste sammeln können, als "Totflächen" und die von den Flüssigkeitsresten einnehmbaren, an die Totflächen angrenzenden Räume als "Toträume" bezeichnet. Die sich auf den Totflächen beziehungsweise in den Toträumen befindlichen Flüssigkeitsreste können mit ihrer zunehmenden Verweildauer zu einer Korrosion der Düsenkomponenten führen. Zudem können sich je nach Art der zu versprühenden Flüssigkeit bei einer Verdunstung des Wasseranteils derselbigen Ablagerungen von Kalk und/oder sonstigen festen Bestandteilen auf den Totflächen ausbilden, die mangels ausreichender Flüssigkeitsströmung im Bereich der Totflächen beziehungsweise Toträumen nicht mehr abgelöst werden können und die Dralldüse im Laufe der Zeit verstopfen.
Eine Kegeldüse mit einem Drallkörper der eingangs genannten Art ist aus der DE 94 11 591 U1 bekannt. Der Drallkörper besitzt hier einen zylindrischen Basisabschnitt, an deren beide stirnseitige Enden jeweils ein kegelförmiger Endabschnitt anschließt. In dem Drallkörper sind mehrerer Drallkanäle ausgebildet, welche sich entlang des zylindrischen Basisabschnitts bis in die kegelförmigen Endabschnitte erstrecken. Der Drallkörper ist in einem Mantelrohr angeordnet, und in diesem Mantelrohr ist dem Drallkörper vorgeschaltet eine Blende vorgesehen. Diese dient dazu, zwischen der Blende und dem Drallkörper einen Wirbelring zu erzeugen, der die Mediumteilchen von innen nach außen zieht. US 2015/0202636 A1 offenbart einen Drallkörper für eine Vollkegeldüse aus dem Stand der Technik.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Drallkörper der eingangs genannten Art so auszugestalten, dass auf den Einsatz einer vorgeschalteten Blende im eingebauten Zustand verzichtet werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass genau zwei Drallkanäle in der zylindrischen Außenfläche des Drallkörpers mit 180° Versatz zueinander ausgebildet sind und jeweils in die beiden Stirnflächen münden.
Erfindungsgemäß sind in der zylindrischen Außenfläche des Drallkörpers genau zwei einander diametral gegenüber liegende Drallkanäle ausgebildet. Es hat sich gezeigt, dass auf den Einsatz einer Blende verzichtet werden kann, wenn die Anzahl der Drallkanäle auf zwei begrenzt und der Querschnitt der Drallkanäle entsprechend groß gewählt wird, um den erforderlichen Durchlass zu gewährleisten.
Die beiden Drallkanäle sind identisch ausgebildet und angeordnet und besitzen zweckmäßigerweise über ihre Länge eine konstante Neigung gegenüber der Mittelachse des zylindrischen Basisabschnitts.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Drallkörper von einer zentralen Mittelbohrung, die sich entlang seiner Mittelachse erstreckt, durchsetzt. Ein solcher Drallkörper mit einer zentralen Mittelbohrung, der in eine Kegeldüse eingesetzt wird, ermöglicht die Ausbildung eines Vollkegelsprühbilds mit einer gleichmäßigen Flüssigkeitsverteilung stromabwärts einer Austrittsöffnung der Kegeldüse. Denn die zentrale Mittelbohrung sorgt dafür, dass nicht nur Randbereiche, sondern auch ein zentraler Bereich einer Austrittskammer der Kegeldüse mit Flüssigkeit beaufschlagt wird. Um ein möglichst gleichmäßiges Sprühbild zu erhalten, kann der Durchmesser der Mittelbohrung so gewählt werden, dass er in einem bevorzugten Verhältnis zu den Abmessungen des wenigstens einen Drallkanals steht. Zudem trägt die Mittelbohrung zu einem möglichst vollständigen Abschließen von in der Düse zurückbleibenden Flüssigkeitsresten nach einer Beendigung eines Sprühvorgangs bei.
Alternativ wird gemäß einer Ausführungsform nicht Teil der vorliegenden Erfindung zur Erzeugung eines Vollkegelsprühbilds ein Drallkörper eingesetzt, der eine solche zentrale Mittelbohrung nicht aufweist. Erfindungsgemäß ist die Neigung der Drallkanäle so gewählt, dass sich die beiden offenen axialen Enden jedes Drallkanals in Umfangsrichtung überlappen und somit eine untere Endöffnung eines Drallkanals sichtbar ist, wenn man axial durch die obere Endöffnung des Drallkanals schaut. Dabei ist der Neigungswinkel der Drallkanäle bevorzugt so gewählt, dass wenigstens 50%, insbesondere wenigstens 60% und bevorzugt wenigstens 70% der unteren Endöffnung des Drallkanals sichtbar ist, wenn man axial durch die obere Endöffnung des Drallkanals schaut. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass ein Drallkörper mit derart ausgebildeten Drallkanälen geeignet ist, ein Vollkegelsprühbild oder -spray zu erzeugen, ohne dass eine zentrale Mittelbohrung den Drallkörper entlang seiner Mittellängsachse durchsetzt. Erfindungsgemäß ist der Drallkörper als Vollkörper ausgebildet, der an seinen Enden kegelspitzenförmig zuläuft.
Dabei ist der Spitzenwinkel der Stirnflächen bzw. der kegelförmigen Endabschnitte in Weiterbildung der Erfindung größer als 90°, insbesondere größer als 100° und bevorzugt größer als 115° und beträgt insbesondere 118°. Ferner ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass das Verhältnis zwischen dem Durchmesser des Basisabschnitts und der axialen Länge des Drallkörpers im Bereich von 0,6 bis 1,5, insbesondere im Bereich von 0,7 bis 1,3 und bevorzugt im Bereich von 0,8 bis 1,2 liegt. Bei einem speziellen Ausführungsbeispiel beträgt der Durchmesser einer Serie von Drallkörpern 9 mm und 6 mm, wobei die Höhe jeweils einheitlich 7,5 mm beträgt.
Zur Erzeugung eines hohlkegelförmigen Sprühbildes kann der gleiche Drallkörper verwendet werden. Es ist lediglich erforderlich, den Winkel, den die Drallkanäle mit der Mittellängsachse einschließen, im Vergleich zu dem Drallkörper, der für die Erzeugung eines Vollkegelsprühbildes ausgelegt ist, um wenigstens 15°, insbesondere 15 bis 20° zu vergrößern.
Es ist in technischer und fertigungstechnischer Hinsicht von Vorteil, wenn die Drallkanäle die gleiche Geometrie aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besitzen die Drallkanäle einen Querschnitt, der an seinem radial innen gelegenen Ende einen kreisabschnittsförmigen oder halbrunden Endabschnitt, also einen (etwa) halbrunden Endabschnitt aufweisen. Dabei kommt es nicht darauf an, dass dieser Endabschnitt exakt halbrund ist. Vielmehr ist wesentlich, dass er durch einen Fräser vorgegebenen Durchmessers herstellbar ist. Beispielsweise kann der Endabschnitt auch einen Kreisflächenabschnitt von weniger als 180° abdecken. Ebenso kann sich an einen halbrunden Endabschnitt, welcher eine Kreisfläche von 180° abdeckt, radial außenseitig ein geradliniger Querschnittsabschnitt anschließen, wobei die Länge des geradlinigen Querschnittsabschnitts maximal 30%, insbesondere maximal 20% und bevorzugt maximal 10% des Radius des halbrunden Endabschnitts beträgt. Mit anderen Worten sollte der geradlinige Querschnittsabschnitt im Vergleich zu dem halbrunden Endabschnitt eine geringe Länge besitzen.

Ein spezieller Drallkörper dieser Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Basiskörpers 9 mm beträgt und die Neigung der Drallkanäle gegenüber der Mittelachse in Abhängigkeit von der Gesamtfläche der Drallkanäle gemäß nachstehender Tabelle gewählt ist:

Fläche der Drallkanäle in [mm²]	Winkelneigung (α) in [°]
23,64	53°-62°
21,64	49°-57°
19,95	46°-53°
18,17	42°-49°
15,77	38°-46°
14,17	35°-42°
11,87	32°-39°
11,87	28°-36°
8,16	24°-32°
6,16	21°-28°
4,34	18°-25°
2,19	14°-21°
0,38	10°-18°

Ein weiterer solcher Drallkörper ist dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Basiskörpers 6 mm beträgt und die Neigung der Drallkanäle gegenüber der Mittelachse in Abhängigkeit von der Gesamtfläche der Drallkanäle gemäß nachstehender Tabelle gewählt ist:

Fläche der Drallkanäle in [mm²] Winkelneigung (α) in [°]

11,72 38°-46°

9,77 35°-42°

7,66 32°-39°

5,94 28°-36°

3,87 24°-32°

1,99 21°-28°

0,38 18°-25°
Bevorzugt beträgt das Verhältnis der Summe der Querschnittsflächen aller Drallkanäle zu der Querschnittsfläche der Austrittsöffnung einer Kegeldüse, in der der erfindungsgemäße Drallkörper verwendet wird, 1 ± (0,2 bis 0,3). Vorteilhafterweise hat bei einem Durchmesser der Austrittsöffnung einer Kegeldüse, in der der Drallkörper verwendet wird, von 0,1 bis 6 mm jeder Drallkanal eine in radialer Richtung gemessene Tiefe zwischen 0,5 mm und 1,5 mm. Generell hängt die optimale Tiefe der Drallkanäle insbesondere von der genauen Art und Größe der jeweiligen Kegeldüse ab. Zweckmäßigerweise ist zumindest ein Teil der einen Drallkanal begrenzenden Flächen gekrümmt.
Ferner kann in einer oder jeder kegelartigen Stirnfläche des Drallkörpers zumindest eine Sammelnut ausgebildet sein, die ausgehend von dem freien axialen Endbereich des jeweiligen kegelförmig zulaufenden Endabschnitts in Richtung eines Drallkanals verläuft und in diesen mündet. Eine solche Sammelnut ist vorteilhaft, da sie das Abfließen von Flüssigkeit in Richtung der endseitigen Öffnungen der Drallkanäle und in diese hinein unterstützt. Beispielsweise kann die Sammelnut ausgehend von dem Ende des freien axialen Endbereichs, also ausgehend von einer Kegelspitze oder einer Kegelstumpfdeckfläche des jeweiligen Endabschnitts, in Richtung des Drallkanals verlaufen und in diesen münden. Zweckmäßigerweise windet sich die Sammelnut spiralförmig um den jeweiligen kegelförmig zulaufenden Endabschnitt. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass die Sammelnut entlang einer beliebigen anderen Route in Richtung des Drallkanals verläuft. Im Falle mehrerer Drallkanäle ist es auch möglich, dass jeweils eine Sammelnut in einen Drallkanal mündet. Die eine Sammelnut oder die mehreren Sammelnuten sind bevorzugt in die jeweilige kegelartige Stirnfläche hineingefräst.
Die zuvor erwähnte Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß auch durch eine Kegeldüse mit einem Düsengehäuse und einem Drallkörper, wie beispielsweise dem zuvor beschriebenen Drallkörper, gelöst. Hierbei ist der Drallkörper innerhalb des Düsengehäuses angeordnet, wobei das Düsengehäuse eine Austrittskammer mit einer Austrittsöffnung aufweist und sich die Austrittskammer stromabwärts des Drallkörpers befindet, wobei der Drallkörper zumindest einen kegelförmig zulaufenden Endabschnitt aufweist, dessen Kegelspitze oder Kegelstumpfdeckfläche in Richtung der Austrittskammer weist. Die Abmessungen des wenigstens einen Drallkanals können vorteilhaft derart gewählt sein, dass sie in einem bestimmten Verhältnis zu der Abmessung der Austrittsöffnung sowie, falls vorhanden, zu dem Durchmesser einer Mittellängsbohrung des Drallkörpers stehen. Hierdurch kann insbesondere ein gleichmäßiges Sprühbild der Kegeldüse erreicht werden.
Mit dem oben beschriebenen Drallkörper wird also ein Drallkörper bereitgestellt, der die im einleitenden Teil beschriebenen Nachteile der vorbekannten Drallkörper gerade nicht aufweist.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Drallkörpers sowie einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kegeldüse unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen deutlich. Darin ist:

Figur 1: eine schematische Seitenansicht eines Drallkörpers gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figur 2: eine perspektivische schematische Ansicht des Drallkörpers aus Figur 1;
Figur 3: eine schematische Draufsicht auf den Drallkörper aus den Figuren 1 und 2;
Figur 4: eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie IV-IV in Figur 3;
Figur 5: eine schematische Seitenansicht eines Drallkörpers gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figur 6: eine schematische Seitenansicht eines Drallkörpers gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figur 7: eine perspektivische schematische Ansicht des Drallkörpers aus Figur 6;
Figur 8: eine schematische Draufsicht auf den Drallkörper aus den Figuren 6 und 7;
Figur 9: eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie IX-IX in Figur 8;
Figur 10: eine schematische Seitenansicht eines Drallkörpers gemäß einer vierten Ausführungsform nicht Teil der vorliegenden Erfindung;
Figur 11: eine perspektivische schematische Ansicht des Drallkörpers aus Figur 10;
Figur 12: eine schematische Draufsicht auf den Drallkörper aus den Figuren 10 und 11;
Figur 13: eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie XIII-XIII in Figur 12;
Figur 14: eine schematische Seitenansicht eines Drallkörpers gemäß einer fünften Ausführungsform nicht Teil der vorliegenden Erfindung;
Figur 15: eine perspektivische schematische Ansicht des Drallkörpers aus Figur 14;
Figur 16: eine schematische Draufsicht auf den Drallkörper aus den Figuren 14 und 15
Figur 17: eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie XVII-XVII in Figur 16;
Figur 18: eine schematische Schnittansicht einer Kegeldüse gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figur 19: eine schematische Seitenansicht eines Drallkörpers gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figur 20: eine perspektivische Draufsicht des Drallkörpers aus Figur 19;
Figur 21: eine weitere perspektivische Draufsicht des Drallkörpers aus Figur 19;
Figur 22: den Drallkörper aus Figur 19 in Draufsicht;
Figur 23: eine schematische perspektivische Ansicht eines Drallkörpers gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figur 24: den Drallkörper aus Figur 23 in Seitenansicht;
Figur 25: den Drallkörper aus Figur 23 in perspektivischer Ansicht von schräg unten; und
Figur 26: den Drallkörper aus Figur 23 in Draufsicht.

Die Figuren 1 bis 4 zeigen unterschiedliche schematische Ansichten eines Drallkörpers 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welcher insbesondere in einer Kegeldüse, wie etwa einer Vollkegeldüse oder einer Hohlkegeldüse, verwendet werden kann, um ein durchströmendes Fluid in Rotation zu versetzen. Der Drallkörper 1 weist einen zylindrischen Basisabschnitt 2 auf, der eine zylindrische Außenfläche 3 definiert,
wobei sich an beiden stirnseitigen Enden 4, 5 des Basisabschnitts 2 jeweils ein kegelförmig zulaufender und eine kegelartige Stirnfläche 6, 7 definierender Endabschnitt 8, 9 anschließt. Die freien axialen Enden der Endabschnitte 8, 9 sind hierbei jeweils durch eine Kegelspitze 10 gebildet. In der zylindrischen Außenfläche 3 des Basisabschnitts 2 sind zwei schräg zu einer Mittellängsachse L des Drallkörpers 1 verlaufende Drallkanäle 11 gleicher Geometrie einander diametral gegenüberliegend ausgebildet. Die Drallkanäle 11 gehen jeweils endseitig von dem Basisabschnitt 2 zu den beiden Endabschnitten 8, 9 über, um in die beiden kegelartigen Stirnflächen 6, 7 zu münden. Sie sind also endseitig offen und enden in einem Bereich 12, 13, in dem der jeweilige Endabschnitt 8, 9 in den Basisabschnitt 2 übergeht. Die Drallkanäle 11 enden in dieser ersten Ausführungsform daher bereits weit vor den Kegelspitzen 10 der Endabschnitte 8, 9. Beide Drallkanäle 11 weisen einen Querschnitt mit einer rechteckigen Grundform auf, wobei die die Drallkanäle 11 begrenzenden Flächen 14 sind leicht gekrümmt ausgebildet sind. In dieser ersten Ausführungsform hat jeder Drallkanal 11 eine in radialer Richtung gemessene Tiefe von 1,0 mm. Es sollte klar sein, dass die Drallkanäle 11 in einer anderen Ausführungsform jede beliebige Tiefe aufweisen können.
Figur 5 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Drallkörpers 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform lediglich darin, dass in der zweiten Ausführungsform in der kegelartigen Stirnfläche 6 zusätzlich eine Sammelnut 15 ausgebildet ist, die ausgehend von dem freien axialen Endbereich 16 des kegelförmig zulaufenden Endabschnitts 8 in Richtung eines der beiden Drallkanäle 11 verläuft und in diesen mündet. Hierbei windet sich die Sammelnut 15 spiralförmig um den kegelförmig zulaufenden Endabschnitt 8. Auch wenn die Sammelnut 15 in der Ausführungsform der Figur 2 nicht ganz bis zum Ende des freien axialen Endbereichs 16 verläuft, wodurch der Endabschnitt 8 eine Kegelspitze 10 aufweist, ist es grundsätzlich auch möglich, dass die Sammelnut 15 bis zum Ende des freien axialen Endbereichs 16 verläuft. Ebenso ist es in anderen hier nicht dargestellten Ausführungsformen möglich, dass mehrere Sammelnuten 15 in der kegelartigen Stirnfläche 6 und/oder eine oder mehrere Sammelnuten 15 in der kegelartigen Stirnfläche 7 ausgebildet sind.
Die Figuren 6 bis 9 zeigen unterschiedliche schematische Ansichten eines Drallkörpers 1 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform lediglich darin, dass in der dritten Ausführungsform der Drallkörper 1 zusätzlich eine zentrale Mittelbohrung 17 aufweist, die den Drallkörper 1 koaxial zu der Mittellängsachse L durchsetzt, weshalb die Endabschnitte 8, 9 keine Kegelspitze 10, sondern vielmehr eine kegelstumpfartige Form aufweisen.
Die Figuren 10 bis 13 zeigen unterschiedliche schematische Ansichten eines Drallkörpers 1 gemäß einer vierten Ausführungsform nicht Teil der vorliegenden Erfindung. Die vierte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform in zwei Punkten. Zum einen weisen in der vierten Ausführungsform die beiden Drallkanäle 11 keine rechteckige Grundform wie in der ersten Ausführungsform, sondern eine dreieckige Grundform auf. Wie insbesondere aus der Figur 12 zu erkennen ist, sind auch in der vierten Ausführungsform die die Drallkanäle 11 begrenzenden Flächen 14 gekrümmt. Zum anderen enden die Drallkanäle 11 nach ihrem Übergang von dem Basisabschnitt 2 zu den beiden Endabschnitten 8, 9 nicht in einem Bereich 12, 13, in dem der jeweilige Endabschnitt 8, 9 in den Basisabschnitt 2 übergeht, wie dies in der ersten Ausführungsform der Fall ist. Vielmehr münden die beiden Drallkanäle 11 endseitig jeweils in die freien axialen Endbereiche 16, 18 der kegelförmig zulaufenden Endabschnitte 8, 9. Die beiden Drallkanäle 11 erstrecken sich in der vierten Ausführungsform daher deutlich weiter in Richtung der freien axialen Enden 10 der Endabschnitte 8, 9 als dies in den ersten drei Ausführungsformen der Fall ist.
Die Figuren 14 bis 17 zeigen unterschiedliche schematische Ansichten eines Drallkörpers 1 gemäß einer fünften Ausführungsform nicht Teil der vorliegenden Erfindung. Die fünfte Ausführungsform unterscheidet sich von der vierten Ausführungsform lediglich darin, dass in der fünften Ausführungsform der Drallkörper 1 zusätzlich eine zentrale Mittelbohrung 17 aufweist, die den Drallkörper 1 koaxial zu der Mittellängsachse L durchsetzt, weshalb die Endabschnitte 8, 9 keine Kegelspitze 10, sondern vielmehr eine kegelstumpfartige Form aufweisen.
Die Figur 18 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Kegeldüse 19 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Kegeldüse 19 umfasst ein Düsengehäuse 20 mit zumindest einem länglichen, stromaufwärts gelegenen Gehäuseabschnitt 21 und einem länglichen, stromabwärts gelegenen Gehäuseabschnitt 22, wobei die beiden Gehäuseabschnitte 21, 22 rohrartig ausgebildet und an ihren einander zuweisenden, stirnseitigen Enden miteinander verbunden sind, so dass sie einen gemeinsamen Strömungskanal 23 der Kegeldüse 19 definieren. Während der Strömungskanal 23 in einem an den stromaufwärts gelegenen Gehäuseabschnitt 21 angrenzenden Endabschnitt 24 des stromabwärts gelegenen Gehäuseabschnitts 22 als Drallkammer 25 ausgebildet ist, geht er in dem Endabschnitt 26 des stromabwärts gelegenen Gehäuseabschnitts 22, der dem Endabschnitt 24 gegenüberliegt, in eine in Strömungsrichtung S trichterförmig aufgeweitete Austrittsöffnung 27 des Düsengehäuses 20 über. Ein Drallkörper 1 befindet sich innerhalb der Drallkammer 25 und ist dort hinein gepresst. Stromabwärts des Drallkörpers 1 ist der Strömungskanal 23 als Austrittskammer 28 ausgebildet, die sich zwischen dem Drallkörper 1 und der Austrittsöffnung 27 befindet.
Der in der Figur 18 dargestellte Drallkörper 1 entspricht im Wesentlichen dem Drallkörper 1 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Insbesondere weist der Drallkörper 1 einen zylindrischen Basisabschnitt 2 auf, wobei sich an beiden stirnseitigen Enden 4, 5 des Basisabschnitts 2 jeweils ein kegelförmig zulaufender und eine kegelartige Stirnfläche 6, 7 definierender Endabschnitt 8, 9 anschließt. Die Kegelspitze 10 des Endabschnitts 8 weist in Richtung der Austrittskammer 28. In der zylindrischen Außenfläche 3 des Basisabschnitts 2 sind zwei schräg zu einer Mittellängsachse L des Drallkörpers 1 verlaufende Drallkanäle 11 gleicher Geometrie einander diametral gegenüberliegend ausgebildet. Die Drallkanäle 11 gehen jeweils endseitig von dem Basisabschnitt 2 zu den beiden Endabschnitten 8, 9 über, um in die beiden kegelartigen Stirnflächen 6, 7 zu münden. Der in der Figur 18 dargestellte Drallkörper 1 unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform lediglich darin, dass in der ersten Ausführungsform der Basisabschnitt 2 bei gleicher Breite kürzer als in der Figur 18 ausgebildet ist. Selbstverständlich ist der in der Figur 18 dargestellte Drallkörper 1 nur beispielhaft aufzufassen. Vielmehr kann jeder beliebige erfindungsgemäße Drallkörper 1 in eine Kegeldüse 19, wie sie in der Figur 18 beispielhaft gezeigt ist, eingesetzt werden.
Während des Betriebs der Kegeldüse 19 strömt eine zu versprühende Flüssigkeit durch die beiden Drallkanäle 11 des Drallkörpers 1, wodurch eine Rotationsströmung entsteht. Die in Rotation versetzte Flüssigkeit tritt dann aus den endseitig offenen Drallkanälen 11 aus, in die Austrittskammer 28 ein und verlässt die Kegeldüse 19 von dort über die Austrittsöffnung 27 des Düsengehäuses 20. Stromabwärts der Düsenaustrittsöffnung 27 bildet sich im Falle des vorliegenden Drallkörpers 1 ein Hohlkegelspray aus.
Die nach einer Beendigung des Sprühvorgangs innerhalb der Austrittsöffnung 27 und/oder der Austrittskammer 28 zurückbleibenden Flüssigkeitsreste können aufgrund von Kapillarkräften und in Abhängigkeit von der Lage des Drallkörpers 1 auch aufgrund der Schwerkraft entlang der kegelartigen Stirnfläche 6 des stromabwärts gelegenen Endabschnitts 8 und in die beiden in die kegelartige Stirnfläche 6 mündenden Drallkanäle 11 abfließen. Erst durch den kegelförmig zulaufend ausgebildeten Endabschnitt 8 wird also ermöglicht, dass die Flüssigkeitsreste optimal abfließen können. Somit gibt es bei der erfindungsgemäßen Kegeldüse 19 keine unerwünschten Totflächen beziehungsweise Toträume.
Obwohl sich in den zuvor beschriebenen Ausführungsformen des Drallkörpers 1 an beiden stirnseitigen Enden 4, 5 des Basisabschnitts 2 jeweils ein kegelförmig zulaufender Endabschnitt 8, 9 anschließt, kann es selbstverständlich auch Ausführungsformen geben, bei denen sich nur an einem stirnseitigen Ende 4, 5 des Basisabschnitts 2 ein kegelförmig zulaufender Endabschnitt 8, 9 anschließt.
In den Figuren 19 bis 22 ist eine alternative sechste Ausführungsform eines Drallkörpers 1 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Es handelt sich hierbei um einen Drallkörper 1, dessen Basisabschnitt 2 einen Durchmesser von 6 mm aufweist und der eine Höhe von 7,5 mm besitzt. Bei dieser Ausführungsform beträgt der Spitzenwinkel γ der kegelförmig ausgebildeten Endabschnitte 8,9 etwa von 118°. Hieraus ergibt sich eine relativ flache Ausgestaltung des Drallkörpers 1 und hier insbesondere des Basisabschnitts 2.
Die Drallkanäle 11 besitzen einen Querschnitt, der mittels eines Fräsers hergestellt ist. Entsprechend besitzen die Drallkanäle 11 an ihrem radial innen gelegenen Ende einen halbrund ausgebildeten Endabschnitt 11a, an den sich außenseitig ein geradliniger Querschnittsabschnitt 11b anschließt, dessen Länge jedoch relativ gering ist und hier etwa 25% des Radius des halbrunden Endabschnitts beträgt.
Insbesondere die Figur 22 lässt gut erkennen, dass der Neigungswinkel a, den die Drallkanäle 11 mit der Mittelachse L des Drallkörpers 1 einschließen, relativ gering ist, so dass die obere Endöffnung und die untere Endöffnung jedes Drallkanals 11 einander in Umfangsrichtung überlagern, so dass man von oben betrachtet in der Axialrichtung des Drallkörpers 1 durch die Drallkanäle 11 schauen kann. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Neigungswinkel α so gewählt, dass mehr als 60% der unteren Endöffnung durch die obere Endöffnung erkennbar ist. Auf diese Weise lassen sich mit dem Drallkörper 1 vollkeglige Sprühbilder erzeugen, obwohl der Drallkörper 1 keine axiale Mittelbohrung aufweist.
Die Figuren 23 bis 26 zeigen eine siebte Ausführungsform eines Drallkörpers 1 gemäß der vorliegenden Erfindung, der im Wesentlichen zu der zuvor beschriebenen Ausführungsform korrespondiert. Lediglich der Durchmesser des Basisbereichs 2 ist mit 9 mm größer gewählt, die Höhe von 7,5 mm ist jedoch beibehalten. Ferner ist der Querschnitt der Drallkanäle 11 nahezu halbkreisförmig gewählt, wobei der überspannte Winkelbereich etwa 175° beträgt. Ein geradliniger Querschnittsabschnitt 11b wie bei der vorherigen Ausführungsform fehlt.

Bezugszeichenliste

1: Drallkörper
2: Basisabschnitt
3: zylindrische Außenfläche
4: stirnseitiges Ende des Basisabschnitts
5: stirnseitiges Ende des Basisabschnitts
6: kegelartige Stirnfläche
7: kegelartige Stirnfläche
8: kegelförmig zulaufender Endabschnitt
9: kegelförmig zulaufender Endabschnitt
10: Kegelspitze
11: Drallkanal
11a: Endabschnitt
11b: Querschnittsabschnitt
12: Bereich, in dem ein Endabschnitt in den Basisabschnitt übergeht
13: Bereich, in dem ein Endabschnitt in den Basisabschnitt übergeht
14: Fläche
15: Sammelnut
16: freier axialer Endbereich
17: Mittelbohrung
18: freier axialer Endbereich
19: Kegeldüse
20: Düsengehäuse
21: stromaufwärts gelegener Gehäuseabschnitt
22: stromabwärts gelegener Gehäuseabschnitt
23: Strömungskanal
24: Endabschnitt des stromabwärts gelegenen Gehäuseabschnitts
25: Drallkammer
26: Endabschnitt des stromabwärts gelegenen Gehäuseabschnitts
27: Austrittsöffnung
28: Austrittskammer

α: Neigungswinkel
γ: Spitzenwinkel

Claims

Drallkörper (1) zur Verwendung in einer Vollkegeldüse um ein durchströmendes Fluid in Rotation zu versetzen, mit einem zylindrischen Basisabschnitt (2), der eine zylindrische Außenfläche (3) definiert, wobei sich an beide stirnseitigen Enden (4, 5) des Basisabschnitts (2) jeweils ein kegelförmig zulaufender und eine kegelartige Stirnfläche (6, 7) definierender Endabschnitt (8, 9) anschließt, und wobei in der zylindrischen Außenfläche (3) des Drallkörpers (1) zwei schräg zu einer Mittelachse (L) des Drallkörpers (1) verlaufende Drallkanäle (11) gleicher Geometrie mit gleichmäßigem Versatz entlang des Umfangs des Drallkörpers (1) ausgebildet sind und jeder Drallkanal (11) in beide kegelartigen Stirnflächen (6, 7) mündet, wobei die Drallkanäle (11) über ihre Länge eine konstante Neigung gegenüber der Mittelachse (L) des zylindrischen Basisabschnitts (2) besitzen und die Neigung der Drallkanäle (11) so gewählt ist, dass sich die beiden offenen axialen Enden jedes Drallkanals in Umfangsrichtung überlappen und somit eine untere Endöffnung eines Drallkanals (11) sichtbar ist, wenn man axial durch die obere Endöffnung des Drallkanals (11) schaut, dadurch gekennzeichnet, dass genau zwei Drallkanäle (11) in der zylindrischen Außenfläche (3) des Drallkörpers (1) mit 180° Versatz zueinander ausgebildet sind und jeweils in die beiden Stirnflächen (6, 7) münden, dass der Neigungswinkel der Drallkanäle (11) so gewählt ist, dass wenigstens 70% der unteren Endöffnung des Drallkanals (11) sichtbar ist, wenn man axial durch die obere Endöffnung des Drallkanals (11) schaut, dass die Drallkanäle (11) an ihrem radial innen gelegenen Ende einen halbrund ausgebildeten Endabschnitt (11a) aufweisen und sich radial außen an den halbrunden Endabschnitt (11a) ein gradliniger Querschnittsabschnitt (11b) anschließt, wobei die Länge des gradlinigen Querschnittabschnitts (11b) maximal 30% des Radius des halbrunden Endabschnitts beträgt.
Drallkörper (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Spitzenwinkel der kegelförmigen Endabschnitte (8, 9) größer als 90°, insbesondere größer als 100° und bevorzugt größer als 115° ist und insbesondere 118° beträgt.
Drallkörper (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen dem Durchmesser des Basisabschnitts (2) und der axialen Länge des Drallkörpers (1) im Bereich von 0,6 bis 1,5, insbesondere im Bereich von 0,7 bis 1,3 und bevorzugt im Bereich von 0,8 bis 1,2 liegt.
Drallkörper (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des geradlinigen Querschnittsabschnitts (11b) maximal 20% und bevorzugt maximal 10% des Radius des halbrunden Endabschnitts (11a) beträgt.
Drallkörper (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Basiskörpers (2) 9 mm beträgt und die Neigung (a) der Drallkanäle (11) gegenüber der Mittelachse (L) in Abhängigkeit von der Gesamtfläche der Drallkanäle (11) gemäß nachstehender Tabelle gewählt ist: Fläche der Drallkanäle in [mm²] Winkelneigung (α) in [°] 23,64 53°-62° 21,64 49°-57° 19,95 46°-53° 18,17 42°-49° 15,77 38°-46° 14,17 35°-42° 11,87 32°-39° 11,87 28°-36° 8,16 24°-32° 6,16 21°-28° 4,34 18°-25° 2,19 14°-21° 0,38 10°-18°
Drallkörper (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Basiskörpers (2) 6 mm beträgt und die Neigung der Drallkanäle (11) gegenüber der Mittelachse (L) in Abhängigkeit von der Gesamtfläche der Drallkanäle (11) gemäß nachstehender Tabelle gewählt ist: Fläche der Drallkanäle in [mm²] Winkelneigung (α) in [°] 11,72 38°-46° 9,77 35°-42° 7,66 32°-39° 5,94 28°-36° 3,87 24°-32° 1,99 21°-28° 0,38 18°-25°
Drallkörper (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der einen Drallkanal (11) begrenzenden Flächen (14) gekrümmt ist.
Drallkörper (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Drallkanal (11) nach seinem Übergang von dem zylindrischen Basisabschnitt (2) zu jedem kegelförmig zulaufenden Endabschnitt (8, 9) in einem Bereich (12, 13) endet, in dem der kegelförmig zulaufende Endabschnitt (8, 9) in den zylindrischen Basisabschnitt (2) übergeht.
Drallkörper (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer oder jeder kegelartigen Stirnfläche (6, 7) des Drallkörpers (1) zumindest eine Sammelnut (15) ausgebildet ist, die ausgehend von dem freien axialen Endbereich (16, 18) des jeweiligen kegelförmig zulaufenden Endabschnitts (8, 9) in Richtung eines Drallkanals (11) verläuft und in diesen mündet und insbesondere dass sich die Sammelnut (15) spiralförmig um den jeweiligen kegelförmig zulaufenden Endabschnitt (8, 9) windet.
Kegeldüse (19) mit einem Düsengehäuse (20) und einem Drallkörper (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, der innerhalb des Düsengehäuses (20) angeordnet ist, wobei das Düsengehäuse (20) eine Austrittskammer (28) mit einer Austrittsöffnung (27) aufweist und sich die Austrittskammer (28) stromabwärts des Drallkörpers (1) befindet.