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Die
Erfindung betrifft eine Vollkegelsprühdüse, insbesondere zum Zerstäuben von
niedrigviskosen Flüssigkeiten
für die
Kühlung
in Knüppel- oder Vorblockstranggussanlagen,
mit einem Mundstück, mit
einer Austrittskammer und einer von der Austrittkammer ausgehenden
Austrittsöffnung
mit kleinerem Querschnitt als die Austrittskammer, wobei eine Eintrittsöffnung in
die Austrittskammer einen kleineren Querschnitt als die Austrittskammer
aufweist und wobei ein Fluidstrahl parallel zu einer Mittellängsachse der
Düse in
die Austrittskammer eintritt und die Austrittsöffnung mittig zur Mittellängsachse
angeordnet ist.
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Aus
der europäischen
Patentschrift
EP 1243343
B1 ist eine Zweistoff vollkegelsprühdüse bekannt, die für die Kühlung in
Stranggussanlagen vorgesehen ist. Ein Mundstück dieser Düse weist eine Austrittskammer
mit einer von der Austrittskammer ausgehenden Austrittsöffnung mit
kleinerem Querschnitt als die Austrittskammer auf. In der Austrittskam mer,
die durch eine Bohrung im Mundstück
gebildet ist, ist ein Dralleinsatz angeordnet, mit dem das Gas-Flüssigkeitsgemisch
vor dem Erreichen der Austrittsöffnung
in Rotation versetzt wird, so dass es dann unter Druck kegelförmig aus
dem Mundstück austreten
kann. Der Dralleinsatz weist mehrere Bohrungen oder am Umfang angeordnete
Einfräsungen auf,
die gleichmäßig über den
Umfang verteilt sind. Stromaufwärts
des Dralleinsatzes und gegebenenfalls durch ein Verlängerungsrohr
vom Mundstück getrennt,
ist eine Mischkammer vorgesehen, in der ein Gasstrom und ein Flüssigkeitsstrom
senkrecht aufeinanderprallen und dadurch vermischt werden. Durch
die ausgeprägte
Rotation des Gas-Flüssigkeitsgemisches
vor dem Erreichen der Austrittsöffnung
können
andere als kreisförmige
Sprühkegelformen
nicht in zufriedenstellender Weise geformt werden.
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Aus
der internationalen Patentveröffentlichung
WO 99/25481 A1 ist eine Schlitzdüse
für die Kühlung in
Stranggussanlagen vorgesehen. Mit dieser Schlitzdüse soll
eine ovale Sprühkegelform
erreicht werden. Hierzu weist ein Mundstück eine Austrittskammer mit
einer Austrittsöffnung
auf, die einen kleineren Querschnitt als die Austrittskammer hat, wobei
die Austrittsöffnung
einen ovalen Querschnitt aufweist. Stromaufwärts der Austrittsöffnung ist
in der Austrittskammer ein Quersteg angeordnet, der zu beiden Seiten
lediglich jeweils eine kreissegmentförmige Eintrittsöffnung freilässt, die
symmetrisch zur Mitte der Austrittskammer angeordnet sind. Dadurch treten
lediglich an den Seiten der Austrittskammer Flüssigkeitsströme durch
den Quersteg hindurch. Die Wandung der Austrittskammer ist im Bereich
der Austrittsöffnung
so geformt, dass die Flüssigkeitsströme an bzw.
unmittelbar vor der Austrittsöffnung aufeinandertreffen,
und zwar in einem Bereich zwischen 60° und 130°. Dadurch werden die Vorraussetzungen
geschaffen, dass durch das Aufprallen der beiden Flüssigkeitsströme Flüssigkeitstropfen
entstehen, die die Austrittsöffnung
mit besonders hoher kinetischer Energie verlassen.
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Generell
besteht bei Stranggussanlagen und insbesondere bei Knüppel- oder Vorblockstranggussanlagen
das Bedürfnis,
einen Vollkegelsprühstrahl für die Kühlung der
Stranggussprodukte zu erzeugen, dessen Form bei gleichmäßiger Flüssigkeitsverteilung
von der Kreisform abweichen kann. Dies deshalb, da bei Knüppel- oder
Vorblockstranggussanlagen die Stranggussprodukte im Unterschied
zu Brammen mit sehr flachem Rechteckquerschnitt ein Seitenverhältnis von
1:1 bis etwa 2,5:1 haben. Dadurch sind die Strangformate auch bereits
kurz nach dem Verlassen der Kokille wesentlich stabiler als Brammen,
die von 0,8 m bis zu 3,5 m breit sind. Daher kann bei Knüppel- oder
Vorblockstranggussanlagen der Abstand der Führungsrollen nach dem Austritt
aus der Kokille größer gewählt werden,
als dies bei Brammenstranggussanlagen der Fall ist. Bedingt durch
den größeren Rollenabstand
müssen
zum Teil mehrere Kühldüsen eingesetzt
werden, um den gesamten Raum zwischen zwei voneinander beabstandeten
Führungsrollen
zu kühlen.
Dies führt
bei einer vorgegebenen, aufzubringenden Wassermenge zu kleineren
Düsenquerschnitten
und dadurch zu erhöhter
Verstopfungsgefahr. Wird der Zwischenraum zwischen zwei Führungsrollen
nicht vollständig
durch einen Sprühstrahl
abgedeckt, kann es in dem nicht durch den Sprühstrahl abgedeckten Bereich
zu einer Wiedererwärmung
der Strangschale des Stranggussprodukts kommen, wodurch Risse in
der Strangschale entstehen können.
Aufgrund des größeren Rollenabstandes
wären daher
Sprühdüsen mit
ovalem Sprühkegel
wünschenswert,
um mit einer einzigen Sprühdüse die Oberfläche des
Stranggussprodukts im Zwischenraum zwischen zwei Führungsrollen
vollständig
abdecken zu können
und gleichzeitig in Querrichtung des Stranggussprodukts im Wesentlichen
lediglich das Stranggussprodukt selbst zu besprühen.
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Die
deutsche Patentschrift
DE
31 31 070 C2 beschreibt eine Zweistoffsprühdüse mit einem
Mundstück
mit einer Austrittskammer, wobei die Austrittskammer eine Austrittsöffnung mit
kleinerem Querschnitt als die Austrittskammer aufweist. Der Austrittskammer
vorgeschaltet ist eine Zerstäubungskammer,
in der ein Pralltisch angeordnet ist, auf den ein eintretender Fluidstrahl
auftreffen soll. Der Fluidstrahl tritt senkrecht zur Mittellängsachse
der Austrittskammer in die Zerstäubungskammer
ein. Ein Luftstrahl wird senkrecht zum Fluidstrahl in die Zerstäubungskammer
eingeleitet und trifft etwa auf Höhe des Pralltisches auf den
Fluidstrahl auf. Der auf den Pralltisch auftreffende Fluidstrahl
wird durch den Aufprall aufgerissen und durch den Luftstrahl weiter
fein verteilt und durch die Austrittsöffnung ausgegeben.
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Aus
der europäischen
Patentschrift
EP 1
047 504 B1 ist eine Sprühdüse zum Kühlen eines
Stranggussproduktes bekannt, die eine Austrittskammer mit einer
von der Austrittskammer ausgehenden Austrittsöffnung aufweist, wobei die
Austrittsöffnung
und eine Eintrittsöffnung
in die Austrittskammer jeweils einen kleineren Querschnitt als die
Austrittskammer aufweisen. Ein Fluidstrahl tritt parallel zu einer
Mittellängsachse
der Düse
in die Austrittskammer ein und die Austrittsöffnung ist mittig zur Mittellängsachse
angeordnet. Der Fluidstrahl muss vor dem Eintreten in die Austrittskammer
eine Blende passieren, die an gegenüberliegenden Seiten lediglich
zwei schmale, kreisabschnittsförmige
Bereiche freilässt,
durch die das Fluid in die Austrittskammer einströmen kann. Diese
Blende soll das zugeführte
Fluid in zwei Teilstrahlen aufteilen, die dann am Ende der Austrittskammer
unter einem Winkel aufeinandertreffen. Hierzu ist das im Bereich
der Austrittsöffnung
gelegene Ende der Austrittskammer kegelartig gestaltet, so dass
die durch die Blende aufgeteilten Fluidteilströme unmittelbar vor der Austrittsöffnung unter
einem Winkel aufeinandertreffen, dadurch aufbrechen und eine mehr
oder weniger feine Tropfenverteilung annehmen.
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Aus
der deutschen Offenlegungsschrift
DE 2 252 218 A ist eine Zweistoffdüse bekannt,
bei der ein Fluidstrahl konzentrisch zur Mittellängsachse der Düse in eine
Kammer eintritt und am Ende dieser Kammer auf eine kreisrunde Aufprallfläche aufprallt. Die
Aufprallfläche
ist konzentrisch zur Mittellängsachse
angeordnet und an einem Körper
angeordnet, der mittels sich radial erstreckender Stege in der Düse gehalten
ist. In die Kammer wird gleichzeitig Luft tangential und senkrecht
zur Mittellängsachse der
Düse eingeleitet.
Das durch das Aufprallen auf die Aufprallfläche und die tangential in die
Kammer eingeleitete Luft verteilte Fluid gelangt dann durch einen
Zwischenraum zwischen der Innenwand der Kammer und der Außenwand
des Körpers
mit der Aufprallfläche
zur Austrittsöffnung.
Die Stege, die von der Aufprallfläche radial ausgehen, teilen
diesen Zwischenraum in drei Abschnitte.
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Mit
der Erfindung soll eine Vollkegelsprühdüse, insbesondere zum Zerstäuben von
niedrigviskosen Flüssigkeiten
für die
Kühlung
in Knüppel- oder Vorblockstranggussanlagen
geschaffen werden, bei der eine homogene Flüssigkeitsverteilung bei geringer
Verstopfungsempfindlichkeit realisiert ist.
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Erfindungsgemäß ist hierzu
eine Vollkegelsprühdüse, insbesondere
zum Zerstäuben
von niedrigviskosen Flüssigkeiten
für die
Kühlung
in Knüppel- oder
Vorblockstranggussanlagen, mit einem Mundstück mit einer Austrittskammer
und einer von der Austrittkammer ausgehenden Austrittsöffnung mit kleinerem
Querschnitt als die Austrittskammer vorgesehen, bei der eine Eintrittsöffnung in
die Austrittskammer einen kleineren Querschnitt als die Austrittskammer
aufweist, bei der ein Fluidstrahl parallel zu einer Mittellängsachse
der Düse
in die Austrittskammer eintritt und die Austrittskammer mittig zur
Mittellängsachse
angeordnet ist und bei der stromabwärts der Eintrittsöffnung in
der Austrittskammer ein als Quersteg ausgebildetes Vorzerstäuberelement
angeordnet ist, das einen auf Höhe
des Querstegs liegenden Querschnitt der Austrittskammer in zwei
Hälften teilt
und auf das ein Fluidstrahl nach dem Eintreten in die Austrittskammer
wenigstens teilweise auftrifft.
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Mit
einer solchen Düse
ist es möglich,
einen Vollkegelsprühstrahl
mit von einer kreisrunden Form abweichenden, insbesondere ovalen
Querschnittsform mit gleichmäßiger Verteilung
zu erzeugen, wobei das stegartige Vorzerstäuberelement einerseits das
Durchschlagen einer eintretenden Fluidströmung zur Austrittsöffnung verhindert
und andererseits für ein
gründliches
Aufreißen
des Fluidstrahls sorgt. Da in der Austrittskammer keine ausgeprägte Rotation der
Fluidstrahlen mehr auftritt, können
nicht kreisrunde Querschnittsformen eines Vollkegelstrahls mit gleichmäßiger Verteilung
erzeugt werden. Dadurch wird eine gleichmäßige Fluidverteilung im Sprühkegel bei
formbarem Querschnitt des Sprühkegels,
und gleichzeitig werden große
Durchlassquerschnitte in der Sprühdüse erreicht,
die für
eine geringe Verstopfungsgefahr sorgen.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist am Übergang der Eintrittsöffnung in
die Austrittskammer eine schlagartige Querschnittserweiterung eines
Strömungskanals,
vorgesehen.
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Durch
eine solche schlagartige Querschnittserweiterung wird die Strömungsgeschwindigkeit
verringert, wodurch es zu einem Druckabfall kommt, so dass die Randbedingungen
geschaffen sind, um den eintretenden Fluidstrahl in der Austrittskammer
aufzureißen.
Beispielsweise ist die Eintrittsöffnung
in einer Blende vorgesehen und weist einen Radius von 2,5 mm auf.
Die Austrittskammer kann dann beispielsweise einen Radius von etwa
6 mm aufweisen, wobei auch bereits bei einer geringe ren Querschnittserweiterung,
beispielsweise lediglich auf das Doppelte, ein ausreichender Effekt
auftreten kann.
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In
Weiterbildung der Erfindung erfolgt eine Bestimmung des ausgegebenen
Fluidvolumenstroms mittels des Querschnitts der Eintrittsöffnung.
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Auf
diese Weise kann ein ausgegebener Fluidvolumenstrom in einfacher
Weise durch Verändern der
Eintrittsöffnung
angepasst werden, ohne das Sprühbild
der Sprühdüse wesentlich
zu beeinträchtigen.
Vorteilhafterweise wird die Eintrittsöffnung innerhalb einer Blende
vorgesehen, so dass durch Austauschen der Blende ein unterschiedlicher
Fluidvolumenstrom realisiert werden kann.
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In
Weiterbildung der Erfindung erfolgt eine Formung des Sprühkegels
mittels der Austrittsöffnung
und gegebenenfalls mittels eines sich an die Austrittsöffnung anschließenden Austrittskegels.
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Durch
unterschiedliche Formung der Austrittsöffnung und gegebenenfalls eines
Austrittskegels im Düsengehäuse lassen
sich dadurch für
eine spezielle Anwendung erforderliche Sprühkegelformen realisieren. Der
Austrittskegel bzw. Austrittskegelstumpf im Mundstückgehäuse kann
dabei eine beliebig geformte, von der Kreisform abweichende Querschnittsform
haben. Da bei der erfindungsgemäßen Düse das Aufreißen und
Zerstäuben
eines eintretenden Fluidstrahls im Vorzerstäuber und der Austrittskammer
erfolgt, kann die Form der Austrittsöffnung verändert werden, ohne eine Flüssigkeitsverteilung innerhalb
des Sprühkegels
durch Veränderung
der Form der Austrittsöffnung
grundlegend zu verändern.
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In
Weiterbildung der Erfindung weist die Austrittsöffnung eine ovale Querschnittsform
auf und vorteilhafterweise schließt sich in Austrittsrich tung
an die Austrittsöffnung
ein sich erweiternder Austrittskegel mit ovalem Querschnitt an.
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Auf
diese Weise lässt
sich ein für
die Kühlung
in Knüppel-
oder Vorblockstranggussanlagen besonders vorteilhafter Vollkegelstrahl
mit ovalem Querschnitt erzielen. Im Unterschied zu bekannten Sprühdüsen mit
ovalem Sprühkegel
ist dabei eine sehr regelmäßige Sprühkegelform
erreichbar, da auch in den Randbereichen des ovalen Sprühkegels keine
Verzerrungen durch wesentliche Rotationsenergie der Sprühtropfen
um eine Mittelachse der Düse auftritt.
Als oval oder als ovale Form wird dabei eine ellipsenartige Form
verstanden, darüber
hinaus aber auch eine ovale Form im strengen Sinn, das heißt zwei
durch gerade Linien miteinander verbundene Halbkreise.
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In
Weiterbildung der Erfindung erstreckt sich das stegartige Vorzerstäuberelement
mit seiner Längsrichtung
im Wesentlichen senkrecht zu einem eintretenden Fluidstrahl durch
die Austrittskammer, wobei die Längsrichtung
relativ zu einer längeren Achse
der ovalen Austrittsöffnung
in einem Winkel zwischen 0° und
360°, insbesondere
90°, angeordnet ist.
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Überraschenderweise
hat sich gezeigt, dass auch bei Vorsehen einer ovalen Austrittsöffnung das Vorzerstäuberelement
in unterschiedlichen Winkellagen zu einer Längsachse der Austrittsöffnung angeordnet
werden kann. Als besonders vorteilhaft hat sich dabei überraschenderweise
eine Anordnung des stegartigen Vorzerstäuberelements in einem Winkel von
90° zur
längeren
Achse der ovalen Austrittsöffnung
erwiesen.
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In
Weiterbildung der Erfindung weist die Austrittskammer in einer Ebene
senkrecht zur Austrittsrichtung einen ovalen Querschnitt auf.
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Eine
solche ovale Formgebung der Austrittskammer kann beispielsweise
dazu dienen, dass Einsetzen des Vorzerstäuberelements in lediglich einer, vordefinierten
Stellung zu ermöglichen.
Eine Längsachse
einer solchen ovalen Austrittskammer kann dabei parallel oder auch
senkrecht zur längeren
Achse einer ovalen Austrittsöffnung
angeordnet sein.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist die Eintrittsöffnung in einer Blende vorgesehen,
die in ein Mundstückgehäuse eingesetzt
ist.
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Auf
diese Weise kann die Größe der Eintrittsöffnung durch
Auswechseln der Blende verändert werden,
beispielsweise um die Sprühdüse auf den vorgesehenen
Einsatzzweck abzustimmen.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist das stegartige Vorzerstäuberelement
an einem U-Bügel
vorgesehen, der in ein Mundstückgehäuse eingesetzt
ist.
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Auf
diese Weise kann durch Auswechseln des U-Bügels beispielsweise eine Distanz
zwischen Vorzerstäuberelement
und Eintrittsöffnung
sowie Austrittsöffnung
verändert
werden, um die Düse
an einen vorgesehenen Einsatzzweck anzupassen.
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In
Weiterbildung der Erfindung sind die Blende und der U-Bügel an einem
einstückigen
Einsatzteil vorgesehen.
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Auf
diese Weise kann die Düse
aus wenigen und insbesondere lediglich zwei Einzelteilen aufgebaut
werden, nämlich
dem Mundstückgehäuse mit der
Austrittskammer und der Austrittsöffnung und dem Einsatzteil
mit der Blende mit der Eintrittsöffnung
und dem U-Bügel
mit dem Vorzerstäuberelement.
Darüber
hinaus kann ein exakter Abstand zwischen Vorzerstäuberelement
und Eintrittsöffnung
sichergestellt werden.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist das Vorzerstäuberelement als Steg mit rechteckartigem Querschnitt
ausgebildet, wobei eine Schmalseite des Rechtecks der Eintrittsöffnung zugewandt
ist.
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Die
Schmalseite des Rechtecks bildet dadurch eine Prallfläche für wenigstens
einen Teil des durch die Eintrittsöffnung eintretenden Fluidstrahls. Ist
die Schmalseite schmaler als die Eintrittsöffnung, wird ein eintretender
Fluidstrahl in drei Teilströme aufgeteilt.
Ein erster Teilstrom prallt auf das Vorzerstäuberelement auf, zwei weitere
Teilströme
passieren das Vorzerstäuberelement
auf der rechten bzw. linken Seite. Das Vorzerstäuberelement kann genauso breit
sein wie die Eintrittsöffnung,
so dass dann keine Aufteilung in Teilstrahlen mehr stattfindet sondern
der gesamte eintretende Fluidstrahl auf das Vorzerstäuberelement
aufprallt.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist das stegartige Vorzerstäuberelement
als ein sich quer durch die Austrittskammer erstreckender Rundstab
ausgebildet.
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Auf
diese Weise wird ein sehr einfacher und dabei wirkungsvoller Aufbau
erreicht. Ein Rundstab kann durch Vorsehen einer einfachen Bohrung
im Mundstückgehäuse in dieses
eingesetzt und fixiert werden.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist eine der Eintrittsöffnung zugewandte
Prallfläche
des stegartigen Vorzerstäuberelements
zur Eintrittsöffnung
hin nach außen
gekrümmt,
eben oder als Innenfläche
einer Einsenkung im Vorzerstäuberelement
ausgebildet.
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Auf
diese Weise kann das Aufreißen
des eintretenden Fluidstrahls am Vorzerstäuberelement beeinflusst werden.
Die Einsenkung kann eine Kegelform oder auch eine Kugelform aufweisen.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist die Austrittsöffnung in einem Kammergrund
der Austrittskammer angeordnet, wobei die Innenwände der Austrittskammer in
einer gedachten Mitte der Austrittsöffnung in einem Winkel aufeinandertreffen,
der zwischen 140° und
180°, insbesondere
zwischen 170° und
180°, liegt.
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Eine
solche Ausbildung des Kammergrunds trägt zu einer gleichmäßigen Fluidverteilung
im Sprühstrahl
und zu einer Formbarkeit des Sprühstrahlquerschnitts
durch Änderung
der Form der Austrittsöffnung
bei.
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Der
Kammergrund kann dabei kugelförmig oder
eben ausgebildet sein und die Seitenwände der Austrittskammer können senkrecht
zum ebenen Kammergrund oder in einem Winkel von weniger als 90° auf den
ebenen Kammergrund angeordnet sein. Die Seitenwände können in einer Schnittansicht
gekrümmt
oder gerade ausgebildet sein.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist der Kammergrund durch Verschieben
eines Bohrers oder Fräsers,
insbesondere eines Kugelkopfbohrers in wenigstens einer seitlichen
Richtung gebildet.
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Auf
diese Weise lässt
sich beispielsweise ein ovaler Querschnitt der Austrittskammer erreichen.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist stromaufwärts der Eintrittskammer eine
Mischkammer für Flüssigkeit
und Gas vorgesehen.
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Auf
diese Weise lässt
sich die erfindungsgemäße Vollkegelsprühdüse als Zweitstoffdüse einsetzen,
beispielsweise zum Versprühen
eines Luft-/Wassergemisches.
Die Mischkammer kann dabei für
einen Eintritt eines Flüssigkeitsstroms
senkrecht zu einem Gasstrom ausgebildet sein, wobei eine Strömungsrichtung
von der Mischkammer zum Mundstück
im Wesentlichen senkrecht zur Eintrittsrichtung des Flüssigkeitsstroms
in die Mischkammer liegt.
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Auf
diese Weise wird eine gleichmäßige Vermischung
des Gasstroms und des Flüssigkeitsstroms
erreicht.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist zwischen Mischkammer und Mundstück ein Verlängerungsrohr vorgesehen.
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Auf
diese Weise kann das Mundstück
der erfindungsgemäßen Vollkegelsprühdüse auch
bei beengten Platzverhältnissen,
beispielsweise bei Stranggussanlagen, nahe an die mit dem Sprühstrahl zu
beaufschlagende Stelle herangebracht werden.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Die Zeichnungen
zeigen dabei unterschiedliche Ausführungsformen der Erfindung
mit jeweils unterschiedlichen Einzelmerkmalen. Im Rahmen der Erfindung
können
dabei auch einzelne Einzelmerkmale aus unterschiedlichen Ausführungsformen
untereinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu
verlassen. In den Zeichnungen zeigen:
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1 Eine
perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vollkegelsprühdüse mit ovalem Sprühkegel,
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2 eine
Schnittansicht der Sprühdüse der 1,
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3 eine
weitere perspektivische Ansicht der Sprühdüse der 1, wobei
an und für
sich nicht sichtbare Bestandteile der Sprühdüse in 3 gestrichelt
angedeutet sind,
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4 eine
Draufsicht auf die Seite der Sprühdüse der 1 mit
der Austrittsöffnung,
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5 eine
Seitenansicht des Mundstücks der
Sprühdüse der 1,
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6 eine
Schnittansicht entlang der Linie VI-VI der 5,
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7 eine
Draufsicht auf das Mundstück
der Sprühdüse der 1 von
der der Austrittsöffnung
gegenüberliegenden
Seite,
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8 eine
perspektivische Darstellung des Einsatzteils mit Vorzerstäuberelement
der Sprühdüse der 2,
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9 eine
weitere Ausführungsform
eines Einsatzteils,
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10 eine
weitere Ausführungsform
eines Einsatzteils,
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11 eine
weitere Ausführungsform
eines Einsatzteils,
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12 eine
weitere Ausführungsform
eines Einsatzteils,
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13 eine
alternative Ausführungsform
eines Mundstücks
für eine
erfindungsgemäße Sprühdüse,
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14 eine
weitere alternative Ausführungsform
eines Mundstücks
für eine
erfindungsgemäße Sprühdüse,
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15 eine
Seitenansicht der Sprühdüse der 1 in
Verbindung mit einer Mischkammer,
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16 eine
Schnittansicht der Anordnung der 15,
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17 eine
Schnittansicht einer alternativen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sprühdüse und
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18 eine
Seitenansicht einer erfinungsgemäßen Sprühdüse mit Mischkammer
und Verlängerungsrohr.
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Die
perspektivische Ansicht der 1 zeigt eine
erfindungsgemäße Sprühdüse 10 mit
einem einteiligen Mundstückgehäuse 12.
In einer Stirnseite des Mundstückgehäuses 12 ist
ein Austrittskegel 14 zu erkennen, der sich an eine in 1 nicht
erkennbare, ovale Austrittsöffnung
anschließt.
Der Austrittskegel 14 hat eine im Grundsatz ebenfalls ovale
Querschnittsform, wobei dies in der Ansicht der 1 nicht
ohne weiteres zu erkennen ist und durch die am Übergang der Stirnseite zur
Seitenfläche
des Mundstückgehäuses 12 vorgesehene
Fase 16 auch die seitlichen Enden des Austrittskegels abgeschnitten werden.
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Das
Mundstückgehäuse 12 ist
von allgemein zylindrischer Form und weist an seinem hinteren, für einen
Anschluss an eine Fluidzuleitung vorgesehenen Ende, einen umlaufenden
Flansch 18 auf. Der Flansch 18 ist seitlich mit
Abflachungen 20 versehen, wobei in der Ansicht der 1 lediglich
eine Abflachung zu erkennen ist, die gegenüberliegende gleichartige Abflachung
aber verdeckt ist.
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In 1 ist
ein von der Sprühdüse 10 erzeugter
Sprühkegel
gestrichelt angedeutet. Wie zu erkennen ist, weist dieser Sprühkegel eine
gleichmäßige, ovale
Form auf.
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In
der Schnittansicht der 2 ist das Mundstückgehäuse 12 und
die durch eine Bohrung im Mundstückgehäuse 12 realisierte
Austrittskammer 22 zu erkennen. Eine ovale bzw. ellipsenförmige Austrittsöffnung 24 ist
an einem stirnseitigen Ende der Austrittskammer 22 angeordnet
und geht in den Austrittskegel 14 über. An einem der Austrittsöffnung 24 gegenüberliegenden
Ende der Austrittskammer 22 ist eine Eintrittsöffnung 26 vorgesehen.
Die Eintrittsöffnung 26 weist
einen kreisförmigen
Querschnitt auf und ist mittels einer Bohrung in einem Einsatzteil 28 realisiert,
das in die Austrittskammer 22 eingesetzt ist.
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Das
Einsatzteil 28 weist eine ringförmige Blende 30, in
der die Eintrittsöffnung 26 vorgesehen ist,
und einen U-artigen Bügel 32 auf,
der von der ringförmigen
Blende 30 ausgeht und sich in Richtung auf die Austrittsöffnung 24 zu
in die Austrittskammer 22 hineinerstreckt.
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Gegenüberliegend
der Eintrittsöffnung 26 ist an
dem Einsatzteil 28 ein Quersteg 34 vorgesehen. Der
Quersteg 34 bildet ein Vorzerstäuberelement, auf das ein durch
die Eintrittsöffnung 26 eintretender Fluidstrahl
aufprallt.
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Die
perspektivische Ansicht der 3 zeigt ebenfalls
die Sprühdüse 10 der 1,
wobei an und für
sich nicht sichtbare Teile gestrichelt dargestellt sind. Es ist
in 3 zu erkennen, dass der U-Bügel 32 des Einsatzteiles 28 eine
lediglich geringe Dicke aufweist, so dass, in Eintrittsrichtung
gesehen, zu beiden Seiten des U-Bügels 32 Bereiche der
Austrittskammer 22 frei sind, in die sich ein Fluidstrom ausbreiten
kann. Ein durch die kreisförmige
Eintrittsöffnung 26 eintretender
Fluidstrahl prallt somit auf den Quersteg 34 und wird dadurch
in drei Teilströme aufgeteilt.
Ein erster Teilstrom wird durch den Aufprall auf den Quersteg 34 aufgerissen.
Ein zweiter und dritter Teilstrom gehen jeweils rechts bzw. links
an den Quersteg 34 vorbei in die Austrittskammer 22 hinein.
Da der U-Bügel 32 lediglich
einen kleinen Teil des Querschnitts der Austrittskammer 22 einnimmt, tritt
am Ausgang der Blende 30 eine schlagartige Querschnittserweiterung
auf, so dass ein durch die Eintrittsöffnung 26 eintretender
Fluidstrahl einen erheblichen Druckabfall erfährt und in Folge dessen aufgerissen
wird. Auch die an dem Quersteg 34 vorbeige henden Teile
des Fluidstrahls werden somit aufgerissen und es kann ein gleichmäßiges Sprühbild der
Sprühdüse 10 realisiert
werden.
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In 3 ist
weiter die Form der Austrittskammer 22 zu erkennen, die
durch seitliches Verschieben eines Kugelkopfbohrers entsteht. Ein
die Austrittsöffnung 24 umgebender
Grund der Austrittskammer 22 ist somit aus zwei Viertelkugelflächensegmenten
und einem zwischen diesen angeordneten Halbzylinderflächensegment
aufgebaut. An einem gedachten Mittelpunkt der Austrittsöffnung 24 stoßen die
Seitenwandungen der Austrittskammer 22 somit in einem Winkel
von 0° aufeinander.
Es ist dabei festzustellen, dass der Zerstäubungseffekt bei der erfindungsgemäßen Düse nicht
durch das Aufeinanderprallen von Flüssigkeitsstrahlen im Bereich
der Austrittsöffnung erzielt
wird, sondern dass die Zerstäubung
der eintretenden Fluidstrahlen bereits nach dem Passieren der Blende 30 bzw.
beim Auftreffen auf den Quersteg 34 des Vorzerstäuberelements
auftritt. Die Gestaltung des Kammergrundes ist bei der erfindungsgemäßen Düse somit
für die
Funktion der Düse
von untergeordneter Bedeutung, die Gestaltung des Kammergrunds kann
aber selbstverständlich
die Flüssigkeitsverteilung
innerhalb des erzeugten Sprühkegels
beeinflussen.
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Die
Ansicht der 4 zeigt das Mundstückgehäuse 12 der
Sprühdüse der 1 von
der Seite der Austrittsöffnung 24.
Gut zu erkennen ist in dieser Ansicht die ovale bzw. ellipsenähnliche
Form der Austrittsöffnung 24.
Auch die sich von der Austrittsöffnung
weg nach außen
erweiternde ebenfalls ovale Querschnittsform des Austrittskegels 14 ist
in der 4 gut zu erkennen. Der Austrittskegel 14 und
die Austrittsöffnung 24 können beispielsweise
durch Einschneiden mit einem geeigneten Fräser in das Mundstückgehäuse 12 ausgebildet
werden.
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In
der Seitenansicht der 5 ist die zylindrische Außenform
des Mundstückgehäuses 12 zu
erkennen. Die an und für
sich nicht sichtbare Aus trittskammer 22 ist in 5 gestrichelt
angedeutet. In der Ansicht der 5 ist die
Austrittskammer 22 mit ihrer schmalen Seite dem Betrachter
zugewandt. Die Austrittsöffnung 24 und
der Austrittskegel 14 sind in der Darstellung der 5 dahingegen
mit ihrer breiten Seite dem Betrachter zugewandt. Es ist somit festzustellen,
dass die Längsachse
des ovalen Querschnitts der Austrittskammer 22 und die
Längsachse der
ovalen bzw. ellipsenartigen Austrittöffnung 24 und des
Austrittskegels 14 senkrecht zueinander angeordnet sind.
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In
der Ansicht der 5 sind gestrichelt weiterhin
zwei gegenüberliegende
Absätze 36 an
dem, der Austrittsöffnung 24 gegenüberliegenden
Ende der Austrittskammer 22 zu erkennen. Diese Absätze 36 entstehen
durch den Übergang
von der kreisförmigen
Eingangsbohrung 38 im Mundstückgehäuse 12 auf den ovalen
Querschnitt der Austrittskammer 22. Dieser Absatz 36 dient
als Auflage für
das in 2 dargestellte Einsatzteil 28 und speziell
für die
ringartige Blende 30 des Einsatzteiles 28.
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Die
Schnittansicht der 6 zeigt einen Schnitt entlang
der Linie VI-VI in 5. In dieser Ansicht ist die
breitere Seite der Austrittskammer 22 dem Betrachter zugewandt.
Aufgrund dessen gehen in der Ansicht der 6 die Seitenwände der
Austrittskammer 22 bündig
in die Seitenwände
der Eingangsbohrung 38 über.
Das Einsatzteil 28, das in 2 dargestellt
ist, liegt somit lediglich über
einen Teil seines Umfang auf den Absätzen 36 auf.
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Die
Ansicht der 7 zeigt das Mundstückgehäuse 12 von
der Seite der Eingangsbohrung 38 her. Gut zu erkennen sind
die jeweils sichelartig ausgebildeten Absätze 36 für die Fixierung
des Einsatzteiles 28. Gut zu erkennen ist auch die Anordnung der
im Querschnitt ovalen Austrittskammer 22 mit ihrer längeren Achse
senkrecht zur längeren
Achse der ovalen bzw. ellipsenförmigen
Austrittsöffnung 24.
Zusammen mit 2 und 7 ist zu
erkennen, dass das Einsatzteil 28 so in die Austrittskammer 22 eingesetzt
wird, dass die Blende 30 auf den Absätzen 36 aufliegt und
sich dann der Quersteg 34 parallel zur längeren Achse
der Austrittskammer 22 und somit senkrecht zur längeren Achse
der Austrittsöffnung 24 erstreckt.
Aufgrund des ovalen Querschnitts der Austrittskammer 22 kann
das Einsatzteil 28 in lediglich zwei, um 180° verdrehten
Stellungen in das Mundstückgehäuse 12 eingesetzt
werden.
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Die
perspektivische Ansicht der 8 zeigt das
Einsatzteil 28 der 2 detaillierter.
Zu erkennen ist, dass das Einsatzteil 28 einstückig und
beispielsweise aus einem abschnittsweise beidseitig abgefrästen Zylinder
aufgebaut ist. Eine Bohrung parallel zur Längsachse dieses Zylinders bildet
die Eintrittsöffnung 26 und
lässt den
U-Bügel 32 und
den Quersteg 34 entstehen. Die Bearbeitungsvorgänge können selbstverständlich auch
umgekehrt ablaufen, so dass erst die Bohrung eingebracht wird und
dann Segmente des Zylinders abgefräst werden. In der Ansicht der 8 ist
zu erkennen, dass ein Bohrer mit kegelförmiger Spitze verwendet wurde,
so dass eine Prallfläche 40,
die eine der Eintrittsöffnung 26 zugewandte
Seitenfläche
des Querstegs 34 bildet, mit einer kegelabschnittsförmigen Einsenkung
versehen ist. Diese Einsenkung der Prallfläche 40 dient dazu, das
Aufreißen
des auf den Quersteg 34 aufprallenden Teilstrahls zu kontrollieren.
Alternativ kann beispielsweise eine kugelabschnittsförmige Einsenkung,
eine ebene Prallfläche
oder eine zur Eintrittsöffnung 26 hin
nach außen
gekrümmte
Prallfläche vorgesehen
sein.
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Das
Einsatzteil 28 der 8 stellt
einen exakten Abstand zwischen der Prallfläche 40 des Querstegs 34 und
der Eintrittsöffnung 26 sicher.
Da das Einsatzteil 28 lediglich in das Mundstückgehäuse 12 eingesetzt
wird, lässt
sich das Sprühverhalten
der Düse
durch einfaches Auswechseln des Einsatzteiles 28 verändern.
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Die
perspektivische Ansicht der 9 zeigt ein
Einsatzteil 42 gemäß einer
alternativen Ausführungsform.
Das Einsatzteil 42 weist einen Quersteg 44 mit
gegenüber
dem übrigen
U-Bügel
geringerer Dicke auf. In Folge dessen wird die Größe der Prallfläche, auf
die ein durch die Blende eintretender Fluidstrahl auftritt verringert
und querschnittsmäßig größere Teilstrahlen
passieren den Quersteg 44 zu beiden Seiten. Auf diese Weise
kann das Sprühbild
der erfindungsgemäßen Sprühdüse beeinflusst
werden.
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Eine
weitere alternative Ausführungsform zeigt
die perspektivische Ansicht der 10. Das Einsatzteil 46 weist
hier einen U-Bügel
auf, der im Bereich des Querstegs eine verringerte Breite aufweist,
so dass zwischen dem rechten und dem linken Ende des Querstegs 48 und
der Innenwandung der Austrittskammer jeweils ein Zwischenraum verbleibt. Auch
dadurch kann das Sprühbild
der erfindungsgemäßen Sprühdüse beeinflusst
werden.
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Die
perspektivische Ansicht der 11 zeigt eine
weitere Ausgestaltung eines Einsatzteiles 48. Hier nimmt
die Dicke eines Querstegs 50 in Richtung von der Eintrittsöffnung weg
ab, so dass ein schneidenartiger Quersteg 50 entsteht.
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Die
perspektivische Ansicht der 12 zeigt eine
weitere Ausführungsform
eines Einsatzteiles 52. Ein Quersteg 54 ist hier
auf seiner, der Eintrittsöffnung
in der Blende abgewandten Seite abgerundet ausgebildet und die der
Eintrittsöffnung
zugewandte Prallfläche 56 ist
rechteckförmig
und eben ausgebildet.
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Die
Schnittansicht der 13 zeigt eine mögliche alternative
Ausführungsform
eines Mundstückgehäuses 58.
Ein Kammergrund 60 ist hier eben ausgebildet und die Seitenwände einer
Austrittskammer 62 laufen in einem Winkel von weniger als
90° auf
den ebenen Kammergrund 60 zu. Das Mundstückgehäuse 58 kann
beispielsweise durch seitliches Verschieben eines sogenannten versetzten Bohrers,
das heißt
eines Bohrers mit gekrümmt
auf eine Spitze zulaufenden Seitenflächen, hergestellt werden.
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Die
Schnittansicht der 14 zeigt eine weitere alternative
Ausführungsform
eines Mundstückgehäuses 64.
Ein Kammergrund 66 ist eben ausgebildet und die Seitenwände einer
Austrittskammer 68 laufen im rechten Winkel auf den ebenen
Kammergrund 66 zu.
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In
der Seitenansicht der 15 ist die Sprühdüse 10 der 1 an
einem Mischkammergehäuse 70 befestigt.
Das Mundstückgehäuse 12 wird hierbei
mittels einer Überwurfmutter 72 an
einem Außengewinde
des Mischkammergehäuses 70 befestigt.
Das Mischkammergehäuse 70 weist
einen ersten Einlass 74 für Flüssigkeit, beispielsweise Wasser und
einen zweiten Einlass 76 für Gas, beispielsweise Druckluft
auf. Wie in der Schnittansicht der 16 zu erkennen
ist, wird ein Wasserstrahl quer zu einer Längsachse einer Mischkammer 78 eingeleitet
und auf einer, der Eintrittsdüse
gegenüberliegenden
Seite der Mischkammer 38 ist eine kegelförmige Prallfläche vorgesehen.
Durch den Anschluss 76 wird Druckluft im rechten Winkel
zu dem Flüssigkeitsstrahl in
die Mischkammer 78 eingeleitet, so dass in der Mischkammer
eine innige Vermischung zwischen Gas und Flüssigkeit auftritt und als Fluidgemisch
in das Mundstückgehäuse 12 eintritt.
Wie bereits erläutert
wurde, passiert das Fluidgemisch dann die Eintrittsöffnung in
der Blende des Einsatzteiles und ein Teil des Fluidstrahles prallt
auf den Quersteg des Einsatzteiles. Durch die schlagartige Querschnittserweiterung
am Übergang
von der Blende in die Austrittskammer wird der eintretende Fluidstrahl
aufgerissen. Letztendlich tritt das verwirbelte Fluid dann aus der Austrittsöffnung 24 aus.
Die erfindungsgemäße Sprühdüse 10 wird
in der Ausführungsform
der 15 und 16 somit
als Zweistoffsprühdüse betrieben,
sie ist aber in gleicher Weise als Einstoffsprühdüse geeignet.
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Ein
Fluidvolumenstrom durch die Austrittsöffnung 24 wird bei
der erfindungsgemäßen Sprühdüse 10 durch
die Größe der Eintrittsöffnung in
der Blende des Einsatzteiles bestimmt. Die Austrittsöffnung 24 und
der sich an die Austrittsöffnung 24 anschließende Austrittskegel 14 sind
dann für
die Formung des Sprühkegels
verantwortlich. Die erfindungsgemäße Sprühdüse kann daher mit unterschiedlichen
Formen von Austrittsöffnungen
und Austrittskegeln hergestellt werden, so dass sich die für einen
vorgesehenen Anwendungszweck benötigte
Sprühkegelform realisieren
lässt.
Da der ausgegebenen Fluidvolumenstrom durch die Eintrittsöffnung in
der Blende bestimmt wird, führt
eine solche Anpassung der Form der Austrittsöffnung nicht zu einer Veränderung
des ausgegebenen Fluidvolumenstroms. Umgekehrt kann der ausgegebene
Fluidvolumenstrom durch Veränderung
der Blende angepasst werden, ohne die Form des ausgegebenen Sprühkegels
zu wesentlich verändern.
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Weiterhin
ist festzuhalten, dass die erfindungsgemäße Sprühdüse 10 große Durchtrittsquerschnitte
aufweist und somit wenig verstopfungsempfindlich ist. Der bei der
Sprühdüse 10 erzeugte
Vollsprühkegel
mit ovalem Querschnitt wird mittels einer einzigen Austrittsöffnung 24 erzeugt
und auch die Blende weist eine einzige und somit im Querschnitt groß bemessene
Eintrittsöffnung
auf.
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Die
Schnittansicht der 17 zeigt eine weitere Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Sprühdüse 80.
Die Sprühdüse 80 weist
eine ovale Austrittsöffnung 82 und
eine Austrittskammer 84 mit ovalem Querschnitt auf. Eine
längere
Achse der ovalen Austrittskammer 84 ist senkrecht zu einer
längeren
Achse der ovalen Austrittsöffnung 82 angeordnet. Ebenfalls
senkrecht zur längeren
Achse der Austrittsöffnung 82 ist
ein Rundstab 86 in der Austrittskammer 84 angeordnet.
Der Rundstab 86 dient als Vorzerstäuberelement und ist in eine
Bohrung, die ein Mundstückgehäuse 88 durchsetzt,
eingesetzt. In ein der Austrittsöffnung 82 gegenü berliegendes
Ende der Austrittkammer 84 ist eine ringförmige Blende 90 mit
einer zentralen Eintrittsöffnung
eingesetzt. Ein Fluidstrahl tritt durch die Eintrittsöffnung 92 hindurch und
prallt auf den Rundstab 86 auf. Durch den Aufprall und
durch die schlagartige Querschnittserweiterung am Übergang
von der Blende 90 in die Austrittskammer 84 wird
der eintretende Fluidstrahl aufgerissen, so dass nach dem Austritt
durch die Austrittsöffnung 82 ein
Vollsprühkegel
mit ovaler Querschnittsform erzeugt werden kann.
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Auch
die Sprühdüse 80 ist
wenig verstopfungsempfindlich und einfach herzustellen, da der Rundstab 86 und
die Blende 90 als einfache Drehteile herstellbar sind.
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Die
Ansicht der 18 zeigt die Sprühdüse 10 der 15,
der das ebenfalls in 15 gezeigte Mischkammergehäuse 70 vorgeschaltet
ist. Zwischen Mischkammergehäuse 70 und
Sprühdüse 10 ist
ein Verlängerungsrohr 92 angeordnet.
Mittels des Verlängerungsrohrs 92 kann
die Sprühdüse unter räumlich beengten
Verhältnissen
nahe an die vorgesehene Sprühstelle,
beispielsweise zwischen Führungsrollen
einer Stranggussanlage, angeordnet werden.