CH653921A5

CH653921A5 - Vollkegelduese zum verspruehen von fluessigkeit.

Info

Publication number: CH653921A5
Application number: CH3564/81A
Authority: CH
Inventors: Dieter Kroeger; Wolfgang Nieuwkamp; Werner Raissle
Original assignee: Lechler Gmbh & Co Kg
Priority date: 1980-06-28
Filing date: 1981-06-01
Publication date: 1986-01-31
Also published as: JPS5738959A; GB2078548A; BE888970A; IT8121872A0; NL8102366A; JPS6357115B2; DE3024472A1; GB2078548B; FR2485399B1; FR2485399A1; IT1138387B; DK194281A; DE3024472C2; NL187054B; SE8103682L; US4426041A; SE449450B; NL187054C

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vollkegeldüse zum Versprühen von Flüssigkeit, mit zylindrischer Wirbelkammer, tangential in diese einmündendem Flüssigkeitszulauf und die axiale Fortsetzung der Wirbelkammer bildendem Düsenaustritt mit zum Flüssigkeitszulauf senkrechter Ausströmrichtung.

Es ist allgemein bekannt, im Gehäuse von Düsen Dralleinsätze anzuordnen, um die zu versprühende Flüssigkeit, bevor sie die Düse am Düsenaustritt verlässt, in Rotation zu versetzen. Dralleinsätze von Vollkegeldüsen besitzen üblicherweise neben Randbohrungen auch eine Mittelbohrung. Hierdurch wird die Flüssigkeitsströmung innerhalb des Düsengehäuses in axiale und radiale Strömungskomponenten unterteilt. Bei höheren Flüssigkeitsvordrücken kommt es nun zu einer wesentlichen Verstärkung des Einflusses der axialen Strömungskomponente. Die Verstärkung bewirkt eine Verkleinerung der Strahlwinkel. Durch den Dralleinsatz wird ausserdem der Innenraum des Düsengehäuses stark verkleinert bzw. eingeengt, mit der Folge, dass es zu Verstopfungen im Innern des Düsengehäuses kommen kann. Ein Dralleinsatz stellt schliesslich ein zusätzliches, genau zu bearbeitendes Präzisionsteil dar und bedingt somit einen entsprechenden Herstellungs-, Montage- und Kostenaufwand.

Durch die DE-OS 2 604 264 ist bereits eine Düse bekannt geworden, bei der eine Flüssigkeitsrotation innerhalb des Düsengehäuses ohne separaten Dralleinsatz, vielmehr nur durch tangentialen Flüssigkeitszulauf erreicht wird. Es handelt sich hierbei um eine Düse nach der Gattung der sog. L-Düsen, bei denen die Richtung des Flüssigkeitszulaufs im rechten Winkel zur Richtung des Flüssigkeitsaustritts steht. Normalerweise ergibt sich durch die konstruktiven Mass2

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nahmen einer L-Düse aber kein Vollkegelstrahl, sondern vielmehr ein Hohlkegelstrahl, der für einige Anwendungsfälle, bei denen es auf eine möglichst gleichmässige Flächenbe-sprühung ankommt (z.B. bei der Kühlung von Walzstahl), nicht geeignet ist. Man hat nun versucht, durch gezackte bzw. gezahnte Gestaltung des Düsenmundstücks ein annähernd kegelförmiges Muster des austretenden Flüssigkeitsstrahles zu erzeugen, jedoch ist dies dadurch nur unvollkommen gelungen, indem eine sehr ungleichmässige Flüssigkeitsverteilung über dem Kegelquerschnitt in Kauf genommen werden musste. Die DE-OS 2 604 264 schlägt eine verbesserte Lösung vor, wonach die Wirbelkammer innerhalb des Düsengehäuses einen stromabwärts ansteigenden bzw. angehobenen Boden und der Auslasskanal eine in ihrer Mitte verengte sowie allmählich nach der Endöffnung zu geöffnete bzw. sich öffnende Seitenwand zur Erleichterung der Bildung eines vollen kegel- bzw. konusförmigen Sprüh- bzw. Zerstäubungsmusters aufweisen soll.

Eine Vollkegeldüse der eingangs bezeichneten Art ist ferner durch die sowjetische PS 589 030 bekannt geworden. Bei dieser bekannten L-Düse ist zur Erzeugung eines Vollkegelstrahles in den Boden der Wirbelkammer eine kreuzschlitzförmige Vertiefung eingearbeitet. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einer Düse der eingangs bezeichneten Gattung eine noch bessere Strömungsbeeinflussung durch besondere Gestaltung des Wirbelkammerbodens zu erreichen. Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der dem Düsenaustritt gegenüberliegende Wirbelkammerboden mehrere einzelne Vertiefungen und/oder Erhebungen zur Beeinflussung der Flüssigkeitsströmung aufweist.

Durch die Erfindung können in vorteilhafter Weise grosse freie Querschnitte innerhalb des Düsengehäuses geschaffen werden, wodurch eine Verstopfungsgefahr, zumindest nahezu, vermieden werden kann. Die freien Querschnitte werden nur von der Grösse der Zulauf- bzw. Austrittsbohrung bestimmt. Die erfindungsgemässen Massnahmen ermöglichen ferner einen gleichbleibenden Strahlwinkel bei verschiedenen Drücken, weil bei der erfindungsgemässen Gestaltung keine Aufteilung der Strömung innerhalb der Düse in eine äussere Radialkomponente und eine mittlere Axialkomponente erfolgt.

Die in einfacher Weise, z.B. durch Spritzgiessen (bei Herstellung des Wirbelkammerbodens als Kunststoffteil) oder durch Mehrfachfräsen im Durchlaufverfahren (bei Herstellung des Wirbelkammerbodens als Metallteil), zu fertigenden erfindungsgemässen Einzelerhebungen bzw. -Vertiefungen haben gegenüber dem bekannten Stand der Technik ferner den Vorteil, dass - sollte es in seltenen Fällen doch einmal zu einer Verstopfung der Freiräume im Wirbelkammerboden kommen - bei Fortsetzung der Strömung wieder mit selbsttätiger Freispülung der eventuell eingetretenen Verstopfung gerechnet werden kann. Im übrigen entsteht solange keine Verengung des Durchflussquerschnittes im Düsengehäuse durch eventuelle Verstopfungen, wie die Verstopfungen die Höhe der Erhebungen auf dem Wirbelkammerboden nicht übersteigen. Dies bedeutet, dass - selbst bei gewisser Verstopfung der Freiräume im Wirbelkammerboden - ein Aussetzen des Spritzvorganges niemals auftritt. Diese Tatsache ist für die Aufrechterhaltung von Betriebsverhält-nissen und zur Vermeidung von grösseren Störfällen in Verfahren und Anlagen, in denen die erfindungsgemässen Düsen zur Anwendung kommen, entscheidend.

Grundsätzlich ist es denkbar, dass die einzelnen Vertiefungen und/oder Erhebungen in willkürlicher Anordnung auf dem Wirbelkammerboden verteilt sind. Es wird jedoch, insbesondere aus Herstellungsgründen bevorzugt, dass die einzelnen Vertiefungen und/oder Erhebungen in regelmässi653 921

ger geometrischer Zuordnung zueinander angeordnet sind. Nach einer diesbezüglich möglichen Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die einzelnen Vertiefungen und/oder Erhebungen in mehreren zueinander senkrechten Reihen und in gleichmässigen Abständen zueinander angeordnet sind.

Eine aus Gründen einer besonders einfachen und kostensparenden Herstellung des betreffenden Wirbelkammerbodens bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dagegen dadurch aus, dass die einzelnen Vertiefungen und/oder Erhebungen durch Bearbeitung des Wirbelkammerbodens senkrecht zu dessen Oberfläche mittels Stirnfräser erzeugt sind.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Grundgedankens der Erfindung wird vorgeschlagen, die Vertiefungen und/oder Erhebungen polyederförmig, vorzugsweise blockförmig oder pyramidenförmig oder pyramidenstumpfför-mig, auszubilden. Auch eine prismenförmige Gestaltung der einzelnen Vertiefungen oder Erhebungen ist denkbar. Im Hinblick auf eine möglichst wirtschaftliche und einfache spanabhebende Fertigung werden jedoch vorwiegend die oben als bevorzugt bezeichneten geometrischen Formen der erfindungsgemässen Erhebungen bzw. Vertiefungen angestrebt.

Bei Ausbildung des Wirbelkammerbodens als Kunststoffspritzteil ist es aber auch möglich, die Vertiefungen und/ oder Erhebungen kegelförmig oder kegelstumpfförmig auszubilden, wobei die einzelnen Kegel jeweils kreisförmigen, nierenförmigen, elliptischen oder ovalen Querschnitt aufweisen können. Auch eine Rechteckform mit abgerundeten Ek-ken ist bei Herstellung der Erhebungen bzw. Vertiefungen durch Kunststoffspritzen denkbar.

Um eine Änderung der Strömungsverhältnisse je nach Bedarf zu erreichen bzw. ein Auswechseln eventuell verstopfter Wirbelkammerböden zu ermöglichen, wird in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, den Wirbelkammerboden lösbar mit dem die Wirbelkammer bildenden Düsengehäuse zu verbinden. Eine diesbezüglich bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist gekennzeichnet durch ein den Wirbelkammerboden bildendes scheibenförmiges Teil, welches mittels eines Befestigungsflansches an der rückwärtigen Stirnfläche des Düsengehäuses lösbar befestigt werden kann.

Nach einem weiteren Ausgestaltungsmerkmal der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Abstand (A) der tangential in die Wirbelkammer einmündenden Flüssigkeitszulaufbohrung bzw. -bohrungen von dem der Zulaufbohrung am nächsten liegenden Punkt des den Wirbelkammerboden bildenden Teils etwa ein Zehntel des in Axialrichtung der Wirbelkammer gemessenen Durchmessers der Flüssigkeitszulaufbohrung bzw. -bohrungen beträgt. Hierdurch ist eine optimale Beeinflussung der in die Wirbelkammer einströmenden Flüssigkeit durch die erfindungsgemässe unregelmässige Wirbelkammerbodengestaltung gewährleistet. Bei grösserem Abstand würde die einströmende Flüssigkeit ungenügend, bei kleinerem Abstand zu stark beeinflusst werden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung können den abhängigen Ansprüchen sowie - anhand eines Ausführungsbeispieles - der Zeichnung und der nachstehenden Zeichnungsbeschreibung entnommen werden. Es zeigt: Fig. 1 eine Vollkegeldüse im vertikalen Längsschnitt (Schnitt I-I nach Fig. 2),

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1, Fig. 3 eine andere Ausführungsform eines Wirbelkammerbodens, im Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 4, und Fig. 4 den Gegenstand aus Fig. 3, in Seitenansicht.

In Fig. 1 und 2 bezeichnet 10 das Gehäuse der gezeigten Vollkegeldüse. Das Gehäuse 10 besitzt einen seitlich angeformten Flüssigkeitszulauf 11 mit sich von aussen nach in3

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nen verengender Flüssigkeitszulaufbohrung 12. Ein Gewinde 13 dient zum Anschluss einer (nicht gezeigten) Flüssigkeitszulaufleitung. Innerhalb des Düsengehäuses 10 ist eine zylindrische Wirbelkammer 14 ausgebildet, in die die Flüssigkeitszulaufbohrung 12 tangential einmündet. Am unteren Ende der in Fig. 1 gezeigten Düsendarstellung ist ein mit 15 beziffertes Düsenmundstück angeformt, welches sich aussen konisch verengt und innen einen sich zunächst verengenden und anschliessend wieder erweiternden Düsenaustritt 16 bildet. Innerhalb des Düsengehäuses 10 wird also die bei 11 tangential einströmende Flüssigkeit in Rotation versetzt und um 90° umgelenkt, bis sie in Pfeilrichtung 17 den Düsenaustritt 16 als Vollkegelstrahl verlässt.

Fig. 1 macht weiterhin deutlich, dass das Düsengehäuse 10 an seinem rückwärtigen Ende von einem insgesamt mit 18 bezeichneten scheibenförmigen Teil verschlossen ist. Das scheibenförmige Teil 18 ist beidseitig abgesetzt ausgebildet, wobei die Absätze einen Befestigungsflansch 19 bilden. Ferner werden durch die Absätze beidseitig des scheibenförmigen Teils 18 zylindrische Flächen 20,21 gebildet, deren Durchmesser dem Innendurchmesser der Wirbelkammer 14 entspricht, so dass die zylindrischen Flächen 20,21 zur Zentrierung des scheibenförmigen Teils 18 im Düsengehäuse 10 dienen. Das scheibenförmige Teil 18 besitzt zwei Stirnflächen 22 und 23, die somit beide den hitneren stirnseitigen Abschluss (Wirbelkammerboden) der Wirbelkammer 14 bilden können. Bei dem in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiel dient die mit 23 bezifferte Stirnseite des scheibenförmigen Teils 18 als Wirbelkammerboden. Der Wirbelkammerboden 23 ist insgesamt ebenflächig ausgebildet, wobei er sich senkrecht zur Düsenlängsachse 24 erstreckt. Es besitzt jedoch mehrere einzelne Vertiefungen 25, die in mehreren zueinander senkrechten Reihen und in gleichmässigen Abständen zueinander angeordnet sind. Die untereinander im wesentlichen gleich ausgebildeten Vertiefungen 25 besitzen bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine Blockform. Es sind jedoch auch andersartige Gestaltungen der Vertiefungen 25 denkbar. Es ist auch denkbar, anstelle der einzelnen Vertiefungen 25 entsprechende einzelne Erhebungen auf dem Wirbelkammerboden anzuordnen. Auch eine Gestaltung des Wirbelkammerbodens mit einzelnen Vertiefungen und Erhebungen erscheint möglich.

Wie weiterhin aus Fig. 1 hervorgeht, beträgt der mit A bezeichnete Abstand der in die Wirbelkammer 14 einmündenden Flüssigkeitszulaufbohrung 12 vom Wirbelkammerboden 23 etwa ein Zehntel des Einmündungsdurchmessers d der Flüssigkeitszulaufbohrung 12. Aufgrund dieser Zuordnung von Flüssigkeitszulaufbohrung 12 und Wirbelkammerboden 23 wirken sich die einzelnen Vertiefungen 25 optimal hinsichtlich der angestrebten Erzeugung eines Vollkegelstrahles aus.

Die bereits oben erwähnte andere Stirnfläche 22 des scheibenförmigen Teils 18 ist dagegen völlig eben ausgebildet, d.h. sie weist keinerlei Erhebungen oder Vertiefungen auf. Benutzt man nun wahlweise diese Stirnfläche 22 als Wirbelkammerboden, so lässt sich dadurch wahlweise ein Hohlkegelstrahl mit derselben Düse erzielen. Zur lösbaren Befestigung des in beschriebener Weise auswechselbaren bzw. drehbaren scheibenförmigen Teils 18 können z.B., wie durch strichpunktierte Linien 26 angedeutet, geeignete Befestigungsschrauben dienen.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 und 4 ist ein den Wirbelkammerboden 23a bildendes zylindrisches Bauteil mit 18a bezeichnet. Bei dem gezeigten Beispiel sind insgesamt drei Erhebungen 27 vorgesehen, die durch Einfräsung mittels Stirnfräser erzeugt sind. Die hierzu erforderlichen Fräserpositionen sind in strichpunktierten Linien angedeutet und mit 28 beziffert. Fig. 3 macht deutlich, dass die drei Einfräsungen 28 auf einem gemeinsamen Teilkreis 29 liegen und in Umfangsrichtung desselben gleichmässige Winkelabstände von 1205 zueinander aufweisen. Des weiteren ist bei dem in Fig. 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispiel noch eine vierte Einfräsung (strichpunktierte Kreislinie 30) vorgenommen, durch die die vorher noch bestehenden Materialverbindungen zwischen den einzelnen Erhebungen 27 weggenommen werden.

Es muss jedoch betont werden, dass die Erfindung in keiner Weise auf die in Fig. 3 und 4 gewählte Darstellung festgelegt sein soll. So werden in der Praxis in Umfangsrichtung häufig mehr als (die in Fig. 3 gezeigten) nur drei Einfräsungen vorgenommen werden, um eine grössere Anzahl von Erhebungen bzw. Vertiefungen zu erzeugen. Ausserdem brauchen die Einfräsungen grundsätzlich nicht auf einem gemeinsamen Teilkreis (29) liegen und müssen auch nicht unbedingt gleiche Abstände in Umfangsrichtung aufweisen. Auch muss der Durchmesser des gemeinsamen Teilkreis (29) - wenn ein solcher gewählt wird - nicht unbedingt kleiner als der Durchmesser des Wirbelkammerbodens 23a sein; er kann auch gleich oder grösser sein. Für viele Fälle dürfte es auch nicht unbedingt erforderlich sein, ausser den in Umfangsrichtung liegenden Einfräsungen (28) noch eine zusätzliche zentrische Einfräsung (30) anzubringen. So wäre es durchaus denkbar, die Materialbrücken im Zentrum des Wirbelkammerbodens stehenzulassen und auf diese Weise räumlich voneinander getrennte Vertiefungen (28) zu erzeugen.

Eine Bearbeitung des Wirbelkammerbodens 23a durch Einfräsungen gleichen Durchmessers, in gleichmässigen Winkelabständen und auf einem gemeinsamen Teilkreis (29) hat jedoch wesentliche fertigungstechnische Vorteile gegenüber einer möglichen geometrisch unregelmässigen Bearbeitung, insbesondere wenn man die Bearbeitung auf einer Rundtisch-Fräseinheit vornimmt (taktmässige Bearbeitung).

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

653 921 PATENTANSPRÜCHE

1. Vollkegeldüse zum Versprühen von Flüssigkeit, mit zylindrischer Wirbelkammer (14), tangential in diese einmündendem Flüssigkeitszulauf (11) und die axiale Fortsetzung der Wirbelkammer (14) bildendem Düsenaustritt (16) mit zum Flüssigkeitszulauf (11) senkrechter Ausströmrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass der dem Düsenaustritt (16) gegenüberliegende Wirbelkammerboden (23) mehrere einzelne Vertiefungen (25) und/oder Erhebungen zur Beeinflussung der Flüssigkeitsströmung aufweist.

2. Vollkegeldüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Vertiefungen und/oder Erhebungen in regelmässiger geometrischer Zuordnung zueinander angeordnet sind.

3. Vollkegeldüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Vertiefungen und/oder Erhebungen in mehreren zueinander senkrechten Reihen und in gleichmässigen Abständen zueinander angeordnet sind (Fig. 1 und 2).

4. Vollkegeldüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Vertiefungen und/oder Erhebungen durch Bearbeitung des Wirbelkammerbodens senkrecht zu dessen Oberfläche mittels Stirnfräser erzeugt sind (Fig. 3 und 4).

5. Vollkegeldüse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einfräsungen (28) am Umfang eines Teilkreises (29) angeordnet sind, dessen Durchmesser kleiner als der Aussendurchmesser des Wirbelkammerbodens (23a) ist (Fig. 3).

6. Vollkegeldüse nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einfräsungen (28) in Umfangsrich-tung des Wirbelkammerbodens (23a) in gleichmässigen Abständen angeordnet sind.

7. Vollkegeldüse nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche Einfräsung (30) im Mittelpunkt des Wirbelkammerbodens (23a) angeordnet ist.

8. Vollkegeldüse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (25) und/oder Erhebungen polyederförmig, vorzugsweise blockförmig oder pyramidenförmig oder pyramidenstumpfförmig, ausgebildet sind.

9. Vollkegeldüse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen und/oder Erhebungen kegelförmig oder kegelstumpfförmig ausgebildet sind.

10. Vollkegeldüse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (25) bzw. Erhebungen, zumindest aber die überwiegende Anzahl derselben, untereinander gleich gross ausgebildet sind.

11. Vollkegeldüse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wirbelkammerboden (23) lösbar mit dem die Wirbelkammer (14) bildenden Düsengehäuse (10) verbunden ist.

12. Vollkegeldüse nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch ein den Wirbelkammerboden (23) bildendes scheibenförmiges Teil (18), welches mittels eines Befestigungsflansches (19) an der rückwärtigen Stirnfläche des Düsengehäuses (10) lösbar befestigt ist.

13. Vollkegeldüse nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das scheibenförmige Teil (18) in zwei um 180c um seine Querachse gedrehten Positionen an dem Düsengehäuse (10) befestigbar ist, derart, dass wahlweise jede der beiden Stirnflächen (23 bzw. 22) des scheibenförmigen Teils als Wirbelkammerboden dienen kann.

14. Vollkegeldüse nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der den äusseren Rand des scheibenförmigen Teils (18) bildende Befestigungsflansch (19) gegenüber den beiden Stirnflächen (22,23) des scheibenförmigen Teils beidseitig abgesetzt ist. derart, dass sich beidseitig des Befestigungsflansches je eine Zylinderfläche (20,21) erstreckt, deren Durchmesser jeweils dem Innendurchmesser der Wirbelkammer (14) entspricht und die zur Zentrierung des scheibenförmigen Teils (18) gegenüber dem Düsengehäuse (10) dient.

15. Vollkegeldüse nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine (22) der beiden Stirnflächen (22,23) des scheibenförmigen Teils (18) ebenflächig ausgebildet ist, d.h. keine Vertiefungen bzw. Erhebungen aufweist.

16. Vollkegeldüse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (A) der tangential in die Wirbelkammer (14) einmündenden Flüssigkeitszulaufbohrung (12) bzw. -bohrungen von dem der Zu-laufbohrung (12) am nächsten liegenden Punkt des den Wirbelkammerboden (23) bildenden Teils (18) etwa ein Zehntel des in Axialrichtung der Wirbelkammer gemessenen Durchmessers (d) der Flüssigkeitszulaufbohrung bzw. -bohrungen beträgt (Fig. 1).

17. Vollkegeldüse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wirbelkammerboden (23), einschliesslich der Erhebungen und/oder Vertiefungen (25), bzw. das den Wirbelkammerboden bildende scheibenförmige Teil (18) als Kunststoffspritzteil ausgebildet ist.

18. Vollkegeldüse nach einem der Ansprüche 1-16, dadurch gekennzeichnet, dass der Wirbelkammerboden (23), einschliesslich der Erhebungen und/oder Vertiefungen (25), bzw. das den Wirbelkammerboden bildende scheibenförmige Teil (18) aus Metall besteht und durch Fräsen bearbeitet ist.