DE3844614C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Punktstrahl-Rotationsdüse nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Rotationsdüsen der in Rede stehenden Art sind seit längerem bekannt (DE-PS 24 15 146). Der Turbinenläufer treibt dabei über ein Untersetzungsgetriebe, das zumeist als Planetengetriebe ausgeführt ist, eine Düsenspitze bzw. einen Düsen­ kopf mit einer relativ langsamen Drehzahl an. Die Düsenspitze bzw. der Düsen­ kopf tritt durch eine in einer Stirnplatte des Gehäuses angeordnete, zum Tur­ binenläufer koaxiale Öffnung zapfenartig aus. Die bekannte Rotationsdüse ist hinsichtlich der Wasserführung für hohe Strömungsgeschwindigkeiten in erhebli­ chem Maße verbesserungsfähig. Außerdem ist die bekannte Konstruktion unter den Anforderungen einer modernen Produktion in großen Stückzahlen zu kompliziert aufgebaut und zu teuer.

Im übrigen sind bekannt auch Punktstrahl-Rotationsdüsen mit einer direkt mit dem Turbinenläufer gekuppelten Düsenspitze (DE-OS 31 50 879, DE-OS 34 19 964).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte, eingangs erläuterte Punktstrahl-Rotationsdüse mit Getriebe hinsichtlich der Wasserführung zu ver­ bessern, konstruktiv zu vereinfachen und kostenmäßig zu optimieren.

Die zuvor aufgezeigte Aufgabe ist durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst. Dadurch wird erreicht, daß der Strahl schon vor Eintritt in den Wasser-Strömungskanal in der Düsenspitze in einer relativ langen Beruhi­ gungsstrecke beruhigt wird. Gleichzeitig wird aber erreicht, daß das Getriebe nicht mehr so stark wie bisher und vor allem nicht mehr funktionsnotwendig von Wasser durchströmt, aber auch nicht kompliziert von Wasser umströmt wird.

Besonders bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lehre ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung in allen Einzelheiten erläutert. Dabei werden auch weitere bevorzug­ te Ausgestaltungen noch im Detail beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Hochdruck-Reinigungslanze mit Punktstrahl-Rotationsdüse und

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Punktstrahl-Rota­ tionsdüse im Schnitt.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Hochdruck-Reinigungslanze 1, an deren Kopf eine Punktstrahl-Rotationsdüse 2 angebracht, insbesondere angeschraubt ist. Die Hochdruck-Reinigungslanze 1 umfaßt, wie üblich, ein abgewinkeltes Sprüh­ rohr 3 mit einem dem Berührungsschutz dienenden Zusatzhandgriff 4 und einer Ventilpistole 5, an die dann am hochdruckseitigen Ende ein Hochdruckschlauch 6 angekuppelt ist. Der Hochdruckschlauch 6 führt zu einem nicht weiter darge­ stellen Hochdruckreinigungsgerät mit Pumpe, Chemikalienvorrat, ggf. Heiz­ vorrichtung usw. Die Erfindung betrifft die in Fig. 1 dargestellte Punkt­ strahl-Rotationsdüse 2.

Fig. 2 zeigt eine Schnittdarstellung der Punktstrahl-Rotationsdüse 2 aus Fig. 1. Es handelt sich hier um eine Punktstrahl-Rotationsdüse 2 für ein Wasserstrahl-Hochdruckreinigungsgerät. Diese Punktstrahl-Rotationsdüse 2 weist zunächst ein druckfestes Gehäuse 7 auf, das insbesondere aus Metall besteht. Das Gehäuse 7 ist hier kreiszylindrisch ausgeführt und weist an einer Stirnseite einen Wassereintritt 8 und an der anderen Stirnseite einen Wasseraustritt 9 auf. Der Wassereintritt 8 ist als Gewindestutzen mit Innen­ gewinde zum Einschrauben einer Filterpatrone und mit Außengewinde zum Ein­ schrauben in das Sprührohr 3 ausgestaltet. Der Wasseraustritt 9 befindet sich in einem besonders ausgestalteten, axialen Mittelbereich einer das Ge­ häuse 7 verschließenden Stirnplatte 10, die gleichfalls aus Metall besteht und im Gehäuse 7 mittels eines in eine Nut 11 eingesetzten Sprengrings 12 festgelegt ist. Die Stirnplatte 10 ist gegenüber dem Gehäuse 7 über ein in eine Nut 13 eingelegtes, umlaufendes Dichtungselement 14, hier einen O-Ring abgedichtet.

Das unter hohem Druck durch den Wassereintritt 8 in das Gehäuse 7 eintre­ tende Wasser wird im Gehäuse 7 bei möglichst geringem Druckverlust so um­ gelenkt, daß eine Rotationsbewegung bestimmter Teile erzeugt werden kann. Dazu kann das Gehäuse 7 selbst mit entsprechend ausgestalteten Kanälen ver­ sehen sein. Herstellungstechnisch und anwendungstechnisch zweckmäßiger ist es aber, wenn, wie hier gezeigt, im Gehäuse 7 ein stationärer Wasserlenk­ körper 15 vorgesehen ist. Der Wasserlenkkörper 15 weist in bestimmter Weise verteilte Strömungskanäle 16 für das Wasser auf, die so gerichtet sind, daß die passend in radialer Richtung auf die Turbinenschaufeln 17 eines Turbinen­ läufers 18 treffen, der im Wasserlenkkörper 15 drehbar gelagert ist. Der Wasserlenkkörper 15 und der Turbinenläufer 18 bestehen vorzugsweise aus einem verschleißarmen Kunststoff.

Im Gehäuse 7 drehbar gelagert ist ferner ein Düsenkörper 19, der hier aus Metall besteht. Zur drehbaren Lagerung des Düsenkörpers 19 dient ein extrem leichtlaufendes Kugellager 20, das gleichzeitig für eine Fixierung des Düsen­ körpers 19 in radialer Richtung im Gehäuse 7 sorgt. Im dargestellten Aus­ führungsbeispiel besteht das Kugellager 20 aus einer in der Stirnplatte 10 eingelassenen Lagerschale 21, einer komplementären, im Düsenkörper 18 einge­ lassenen Lagerschale 22 und einem dazwischen liegenden Kugellagerring 23 mit Kugeln aus weitestgehend verschleißfestem Material. Am Düsenkörper 19 ist eine Düsenspitze 24 ausgebildet, die einen geneigt und exzentrisch zur Rotationsachse liegenden Wasser-Strömungskanal 25 aufweist, der im Wasser­ austritt 9 mündet. Die um die Rotationsachse rotierende Düsenspitze 24 er­ zeugt einen entsprechend rotierenden, aus dem Wasser-Strömungskanal 25 mit hohem Druck austretenden Punktstrahl.

Zwischen dem Turbinenläufer 17 und der Düsenspitze 24 bzw. dem Düsenkörper ist ein Getriebe 26 vorgesehen, das im hier dargestellten Ausführungsbei­ spiel wie im Stand der Technik als Planetengetriebe mit Sonnenrad 27, Pla­ netenräder 28 und Außenrad 29 ausgeführt ist. Der Düsenkörper 19 stellt hier gleichzeitig den Planetenträger 30 für die Planetenräder 28 des Getriebes 26 dar. Durch das Getriebe 26 wird die hohe Drehzahl des Turbinenläufers 17 auf eine geringe Drehzahl der Düsenspitze 24 heruntergesetzt und gleichzei­ tig wird die an der Düsenspitze 24 zur Verfügung stehende Kraft erhöht. Bei einem Planetengetriebe ist leicht eine hohe Untersetzung zu erreichen, bei anderen Getrieben ist die Untersetzung geringer.

Die Düsenspitze 24 befindet sich vollständig innerhalb des Gehäuses 7, weist also keinen zapfenartig in den Wasseraustritt 9 abdichtend eintretenden Teil auf. Vielmehr wird die Abdichtung der Düsenspitze 24 gegenüber dem Gehäuse 7 im Bereich des Wasseraustritts 9 dadurch erzielt, daß an der Innenseite des Gehäuses 7 um den Wasseraustritt 9 herum eine Dichtungsfläche 31 ausge­ bildet ist und die Düsenspitze 24 von einem hülsenartigen Dichtungselement 32 mit an der Dichtungsfläche 31 stumpf anstoßender Dichtungskante 33 umgeben ist.

Auf der von der Dichtungsfläche 31 abgewandten Seite des Dichtungselements 32 ist ein elastischer Dichtungsring 34 angeordnet, der das Dichtungselement 32 mit einer geringen, aber ausreichenden Anfangskraft gegen die Dichtungs­ fläche 31 drückt. Der Dichtungsring 34 kommt einerseits an der Düsenspitze 24 abdichtend zur Anlage, liegt andererseits am Dichtungselement 32 abdichtend an. Das Dichtungselement 32 besteht aus verschleißarmen Kunststoff mit vor­ zugsweise selbstschmierenden Eigenschaften, z. B. Polyacetal, Polyamid, Poly­ tetrafluoräthylen od. dgl. An der Düsenspitze 24 befindet sich im Abstand von der Dichtungsfläche 31 eine zu der Dichtungsfläche 31 parallele Abstütz­ fläche 35 für das Dichtungselement 32 bzw. hier für den Dichtungsring 34.

Im Bereich des Düsenkörpers 19, des Kugellagers 20, der Düsenspitze 24 und des Dichtungselements 32 herrscht im Betrieb an sich ein allseitiger Druck­ ausgleich. Lediglich für die senkrecht zur Längsachse liegende Querschnitts­ fläche der Düsenspitze 24 gilt dies nicht. Die Differenz der Querschnitts­ flächen von Düsenspitze 24 und Wasser-Strömungskanal 25 ist nicht druckaus­ geglichen, so daß aus dem im Gehäuse 7 herrschenden Wasserdruck eine in axi­ aler Richtung aus dem Gehäuse heraus gerichtete Kraft auf die zuvor genann­ ten Teile resultiert. Die Wirkungsrichtung dieser Kraft ist gerade so, daß sie die Andruckkraft des Dichtungselements 32 an der im wesentlichen senk­ recht zur Längsachse liegenden Dichtungsfläche 31 verstärkt. Die Dichtkraft der hier realisierten Stirnkantendichtung wächst also von selbst wunschge­ mäß mit ansteigendem Wasserdruck. Der elastische Dichtungsring 34, der nur auf Druck beansprucht wird, wirkt hier als Druckausgleichselement, ist sel­ ber aber im übrigen keinerlei Verschleiß ausgesetzt, da er sich gemeinsam mit dem Dichtungselement 32 und der Düsenspitze 24 dreht. Die dargestellte Konstruktion zeichnet sich also durch eine vorzüglich wirksame Stirnkanten­ dichtung der Düsenspitze 24 im Bereich des Wasseraustritts 9 aus, wobei diese Stirnkantendichtung sogar selbstverstärkende Eigenschaften aufweist.

Generell gilt im übrigen, daß das hülsenartige Dichtungselement auch inte­ graler Teil des Düsenkörpers bzw. der Düsenspitze sein kann, das Dichtungs­ element muß also nicht zwingend ein separates Teil sein. Dann müßte die Dich­ tungsfläche unmittelbar an der insoweit mit entsprechend größerem Durchmesser versehenen Düsenspitze angeordnet bzw. ausgebildet sein. Diese Konstruktion hätte allerdings den Nachteil, daß bei der Auswahl des Materials für die Düsenspitze verschleiß- und gleittechnische Aspekte mit berücksichtigt wer­ den müßten.

Je nach dem Druckzustand im Gehäuse 7 kann sich eine Gleichgewichtssituation einstellen, bei der das Dichtungselement 32 mit einer etwas langsameren Ge­ schwindigkeit dreht als der Düsenkörper 19. Es gibt dann eine Dreh-Relativ­ bewegung zwischen dem Dichtungselement 32 und dem Düsenkörper 19, die ver­ schleißmäßig negativ auf den Dichtungsring 34 wirken kann. Da dieser Dich­ tungsring normalerweise als O-Ring aus Gummi ausgeführt sein soll, ist die­ ser Verschleiß schädlich. Dieses Problem beseitigt das Ausführugsbeispiel nach Fig. 2, und zwar dadurch, daß das hülsenartige Dichtungselement 32 an dem von der Dichtungsfläche 31 abgewandten Ende mindestens einen, hier zwei Mitnehmerzapfen 36 und der Düsenkörper 19 eine zu den Mitnehmerzapfen 36 korrespondierende Mitnehmernut 37 aufweist und das Dichtungselement 32 durch die in die Mitnehmernut 37 eingreifenden Mitnehmerzapfen 36 drehfest mit dem Düsenkörper 19 gekuppelt ist. Die drehfeste Kupplung gewährleistet, daß der Dichtungsring 34 nur auf Druck, nicht aber durch eine Drehbewegung verschleißmäßig beansprucht wird.

In Fig. 2 ist nun gezeigt, daß der Wasser-Strömungskanal 25 in der Düsen­ spitze 24 durch einen koaxial zur Mittelachse der Düsenspitze 24 angeordne­ ten, im Düsenkörper 19 oder in einem gesonderten, in den Düsenkörper 19 ein­ gesetzten Strahlführungskörper 38 ausgebildeten Beruhigungskanal 39 in Rich­ tung des Wassereintritts 8 bis jenseits des Getriebes 26 in den Bereich des Turbinenläufers 18 verlängert ist. Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß das Wasser innerhalb der Rotationsdüse 2 vor Eintritt in den eigentlichen Wasser- Strömungskanal 25 in der Düsenspitze 24 schon eine Beruhigungsstrecke er­ heblicher Länge laminar durchströmt, wodurch die Strahlqualität ganz erheb­ lich verbessert ist. Gleichzeitig wird mit dieser direkten strömungsmäßigen Verbindung zwischen dem Bereich des Turbinenläufers 18 und der Düsenspitze 24 erreicht, daß das Getriebe 26 nicht, jedenfalls nicht bestimmungsgemäß, von Wasser durchströmt wird. Jedenfalls wird durch das Getriebe 26 unweiger­ lich strömendes Wasser gezwungen, am Strahlführungskörper 38 in Richtung des Wassereintritts 8 zurückzuströmen und dann in das hintere Ende des Beruhi­ gungskanals 39 einzutreten. Das Auftreten unnötiger Turbulenzen und die da­ mit verbundene Verschlechterung des Wirkungsgrads ist sehr merklich, das wird hiermit vermieden.

Weiter werden störende Turbulenzen dadurch vermieden, daß der Strahlführungs­ körper 38 im dargestellten Ausführungsbeispiel gegenüber dem Düsenkörper 19 abgedichtet ist. Wenn an der Übergangsstelle zwischen Strahlführungskör­ per 38 und Düsenspitze 24 noch seitlich Wasser einströmen könnte, was bei anderen Konstruktionen durchaus denkbar ist, würde die gute Strahlqualität am Austritt des Beruhigungskanals 39 zum Teil wieder zunichte gemacht.

Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Strahlführungskörper 38 konkret als gerades Rohrstück ausgeführt, besteht insbesondere auch aus ver­ schleißarmem Kunststoff und ist tief in den Düsenkörper 19 versenkt. Kon­ struktiv sehr elegant ist dabei die Lösung, daß der Strahlführungskörper 38 koaxial durch die zu diesem Zweck hohle Lagerachse des Sonnenrades 27 des Planetengetriebes 26 geführt ist. Das Sonnenrad 27 des Planetengetriebes 26 ist dabei im dargestellten Ausführungsbeipiel integraler Bestandteil des Turbinenläufers 18, nämlich einstückig mit diesem ausgebildet. Durch die mittige Bohrung tritt dann der Strahlführungskörper 38 hindurch. Bei an­ deren Getrieben 26 wäre es entsprechend eine Lösung, wenn der Strahlfüh­ rungskörper 38 die Mittelachse bilden würde.

Für die Beeinflussungsmöglichkeiten des Punktstrahls, also für die Strahl­ qualität und für die Strahlform ist auch noch von Bedeutung, daß im Inneren des Beruhigungskanals 39 ein Strahlformerelement 40 angeordnet ist. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel gilt, daß das Strahlformerelement 40 als im Querschnitt kreuzförmiges bzw. allgemein sternförmiges, vorzugsweise in Längsrichtung des Beruhigungskanals 39 verschiebbares Einsatzstück ausge­ führt ist, wobei das Strahlformerelement 40 etwa gleich lang wie der Beruhi­ gungskanal 39 ist. Durch Vorschieben oder Zurückziehen des Einsatzstücks ge­ genüber dem Beruhigungskanal 39 und auch durch Auswechseln des hier darge­ stellten, kreuzförmigen Strahlformerelements 40 gegen ein dreisternförmiges Strahlformerelement läßt sich der austretende Punktstrahl in weiten Grenzen beeinflussen.

Im dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel gilt im übri­ gen, daß das dem Wassereintritt 8 zugewandte Ende des Beruhigungskanals 39 etwa in Höhe der dem Wassereintritt 8 zugewandten Stirnfläche des Turbinen­ läufers 18 liegt. Bei dieser Anordnung wird das Wasser nach Durchströmen der Turbinenschaufeln 17 des Turbinenläufers 18 zunächst mit einer axialen Strö­ mungskomponente in Richtung des Wassereintritts 8 strömen und dann erst um­ gelenkt und in den Beruhigungskanal 39 hineingeleitet. Das hat strömungs­ technisch einen günstigen Einfluß. Diese günstige Situation im Bereich des Turbinenläufers 18 wird noch dadurch verbessert, daß im Wasserlenkkörper 15 und innerhalb des Turbinenläufers 18 eine großvolumige Umlenk- und Beruhi­ gungskammer 41 ausgebildet ist. Trotz relativ turbulenzarmer Strömung in der Umlenk- und Beruhigungskammer 41 ist das Auftreten von Pulsationen nicht auszuschließen, wofür im hier dargestellten Ausführungsbeispiel Vorsorge getroffen ist dadurch, daß im Wasserlenkkörper 15, insbesondere an dem dem Wassereintritt 8 zugewandten Ende, eine von der Umlenk- und Beruhigungskam­ mer 41 ausgehende Pulsationsdämpfungskammer 42 ausgebildet ist.

Claims (11)

1. Punktstrahl-Rotationsdüse für Hochdruckreinigungsgeräte und andere Geräte mit unter hohem Druck austretendem Flüssigkeitsstrahl, mit einem druckfesten Gehäuse (7) mit einem Wassereintritt (8) und einem Wasseraustritt (9), einem im Gehäuse (7) angeordneten, gegenüber dem Gehäuse (7) drehbaren Turbinenläu­ fer (18), einem im Gehäuse (7) drehbar gelagerten, zur Rotationsachse des Tur­ binenläufers (18) koaxialen, vom Turbinenläufer (18) drehangetriebenen Düsen­ körper (19) mit einer Düsenspitze (24) und einem zwischen Turbinenläufer (18) und Düsenkörper (19) vorgesehenen Getriebe (26), wobei die Düsenspitze (24) im Bereich des Wasseraustritts (9) gegenüber dem Gehäuse (7) abgedichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasser-Strömungskanal (25) in der Düsenspitze (24) durch einen koaxial zur Mittelachse der Düsenspitze (24) angeordneten, im Düsenkörper (19) oder in einem gesonderten, in den Düsenkör­ per (19) eingesetzten Strahlführungskörper (38) ausgebildeten Beruhigungska­ nal (39) in Richtung des Wassereintritts (8) bis jenseits des Getriebes (26) in den Bereich des Turbinenläufers (18) verlängert ist.

2. Rotationsdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlfüh­ rungskörper (38) gegenüber dem Düsenkörper (19) abgedichtet ist.

3. Rotationsdüse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlführungskörper (38) als gerades, insbesondere aus verschleißarmem Kunst­ stoff ausgeführtes Rohrstück ausgeführt ist.

4. Rotationsdüse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlfüh­ rungskörper (38) die Mittelachse des Getriebes (26) bildet.

5. Rotationsdüse nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlführungskörper (38) koaxial durch die zu diesem Zweck hohle Lagerachse des Sonnenrades (27) des als Planetengetriebe ausgeführten Getriebes (26) geführt ist.

6. Rotationsdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren des Beruhigungskanals (39) ein Strahlformerelement (40) angeordnet ist.

7. Rotationsdüse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlfor­ merelement (40) als im Querschnitt kreuzförmiges bzw. allgemein sternförmi­ ges, vorzugsweise in Längsrichtung des Beruhigungskanals (39) verschiebbares Einsatzstück ausgeführt ist.

8. Rotationsdüse nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlformerelement (40) etwa gleich lang wie der Beruhigungskanal (39) ist.

9. Rotationsdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Wassereintritt (8) zugewandte Ende des Beruhigungskanals (39) etwa in Höhe der dem Wassereintritt (8) zugewandten Stirnfläche des Turbinenläufers (18) liegt.

10. Rotationsdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Wasserlenkkörper (15) und innerhalb des Turbinenläufers (18) eine großvolu­ mige Umlenk- und Beruhigungskammer (41) ausgebildet ist.

11. Rotationsdüse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Wasserlenk­ körper (15) , insbesondere an dem dem Wassereintritt (8) zugewandten Ende, ei­ ne von der Umlenk- und Beruhigungskammer (41) ausgehende Pulsationsdämpfungs­ kammer (42) ausgebildet ist.