Derartige
Vorrichtungen werden beispielsweise zum Erzeugen eines Löschmittelstrahls
oder auch zum Erzeugen eines Abreinigungsstrahls eingesetzt. Im
Zusammenhang mit einer Abreinigungsvorrichtung dient der erzeugte
Hochdruckstrahl zum Lösen
von auf der Oberfläche
eines zu reinigenden Körpers
anhaftenden Stoffes oder von daran anhaftenden Gegenständen. Die
Abreinigung erfolgt infolge des auf die zu reinigende Oberfläche gerichteten Hochdruckstrahls
auf mechanischem Wege. Eine solche Abreinigungsvorrichtung ist aus
WO 2005/095057 A1 bekannt. Die in diesem Dokument beschriebene und
in Bezug genommene Reinigungsanlage verfügt über einen als Düsenbalken
bezeichneten Rotor mit mindestens zwei aneinander bezüglich seiner
Drehachse gegenüberliegenden
Druckleitungen, die sich von der Drehachse des Düsenbalkens in radialer Richtung
nach außen
erstrecken. An den Düsenbalken
angeformt ist eine Hohlwelle. Die Hohlwelle ist drehbar gelagert
und an eine Drehdurchführung
angeschlossen. Die Drehdurchführung ist
mit ihrer anderen Seite an eine von einer Hochdruckpumpe beaufschlagte
Zuführleitung
angeschlossen. In Rotation wird der Rotor dieser vorbekannten Anlage
entweder durch den durch die Hochdruckpumpe erzeugten Druck und
durch eine geneigte Ausrichtung der Längsachse der Austrittsöffnungen
der Druckleitungen und sodann aufgrund der Rückstoßkraft oder durch einen zusätzlichen
motorischen Antrieb. Löscheinrichtungen
zum Erzeugen eines rotierenden Hochdruckstrahls sind prinzipiell gleichermaßen aufgebaut
wie die vorbeschriebene Abreinigungsanlage.
Der
Druck des erzeugten Strahls einer solchen Vorrichtung, wie vorbeschrieben,
ist abhängig von
dem durch die Hochdruckpumpe zum Zuführen der Flüssigkeit bereitgestellten Druckes.
Um den notwendigen Druck herbeizustellen, werden sehr leistungsfähige Hochdruckpumpen
benötigt.
Die
im Zusammenhang mit den vorbeschriebenen Vorrichtungen benötigten Drehdurchführungen
müssen
ausgelegt sein, um dem durch die Hochdruckpumpe bereitgestellten
Druck standzuhalten, was wiederum besonders hohe Anforderungen an die
Dichtigkeit der Drehdurchführungen
stellt. Zur Gewährung
einer ausreichenden Dichtigkeit ist es notwendig, dass die eingesetzten
Dichtungen mit entsprechender Vorspannung an dem jeweils bewegten
Element anliegen. Diese Drehdurchführungen sind daher verschleißträchtig. Des
Weiteren bedingt eine solche Konzeption der Drehdurchführung, dass eine
bestimmte Kraft benötigt
wird, damit die beiden drehbar gegeneinander gelagerten Elemente
einer solchen Drehdurchführung
gegeneinander bewegt werden können.
Dieses bedingt Reibungsverluste bei der gewünschten Rotation des Rotors.
Darüber hinaus
ist es bei einem Einsatz von Höchstleistungspumpen
zum Erzeugen des gewünschten
Hochdruckstrahls notwendig, dass die der Pumpe zugeführte Flüssigkeit
frei von Schwebstoffen jeder Art ist. Daher befinden sich an der
Eingangsseite einer solchen Pumpe Filtereinrichtungen, die zum Gewährleisten
eines bestimmungsgemäßen Betriebes
der Pumpe regelmäßig gereinigt
werden müssen.
In
WO 2005/095057 A1 ist neben der vorbeschriebenen Reinigungsanlage
eine weitere Reinigungsanlage beschrieben, bei der eine Druckerzeugung
ausschließlich
durch die Rotationsbewegung des Rotors fliehkraftbedingt erfolgt.
Diese Anlage kann mit einer drucklosen Flüssigkeitszufuhr betrieben werden,
so dass die Anforderungen an eine Drehdurchführung deutlich geringer sind.
Nachteilig ist bei dieser Anlage jedoch, dass mit dieser Anlage in
Folge der sich drehenden Zuführleitung
kein Hochdruckstrahl erzeugt werden kann, da die Flüssigkeit bereits
in der Zuführleitung
fliehkraftbedingt nach außen
beschleunigt und daher nicht zu der Druckleitung in dem Rotor gelangen
kann. Dieses gelingt nur, wenn anstelle der vorgesehenen drucklosen
Flüssigkeitszufuhr
eine Hochdruckflüssigkeitszufuhr
eingerichtet wird.
Ausgehend
von dem eingangs diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung
daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Erzeugen eines
rotierenden Hochdruckstrahls vorzuschlagen, mit der die zu der Drehdurchführung beschriebenen Nachteile
vorbekannter Hochdruckstrah lerzeugungsvorrichtungen vermieden sind
und bei der der Hochdruckstrahl ohne der Notwenigkeit des Einsatzes
einer konventionellen Hochdruckpumpe bereitgestellt werden kann.
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
eine eingangs genannte, gattungsgemäße Vorrichtung, bei der die
Zuführleitung
gegenüber dem
Rotor drehentkoppelt angeordnet ist und mit ihrer Austrittsöffnung in
eine Eingangskammer des Rotors hineinragt, in die die zumindest
eine Druckleitung des Rotors mit ihrer Eintrittsöffnung mündet.
Bei
dieser Vorrichtung zum Erzeugen eines rotierenden Hochdruckstrahls
ist die Zuführleitung zum
Zuführen
der Flüssigkeit
an den Rotor bzw. die dem Rotor zugeordnete zumindest eine Druckleitung drehentkoppelt
bezüglich
des Rotors angeordnet. Die drehentkoppelte Zuführleitung ist bis zu dem Rotor
geführt
und ragt mit ihrer Austrittsöffnung
in eine Eingangskammer des Rotors. Damit befindet sich die Drehdurchführung bei
dieser Vorrichtung letztendlich innerhalb des Rotors. Die zugeführte Flüssigkeit,
beispielsweise das zugeführte
Wasser kann quasi drucklos dem Rotor zugeführt werden, was aufgrund der
Drehentkopplung der Zuführleitung
gegenüber dem
Rotor ohne weiteres möglich
ist. In die Eingangskammer des Rotors mündet die zumindest eine Druckleitung
des Rotors mit ihrer Eintrittsöffnung. Üblicherweise
wird man den Rotor mit mehreren, mit jeweils gleichem Winkelabstand
zueinander angeordneten Druckleitungen ausstatten.
Der
Rotor selbst ist motorisch angetrieben. Aufgrund der radialen Erstreckung
der Druckleitungen wird in diesen fliehkraftbedingt entsprechend
der Drehgeschwindigkeit des Rotors ein Druck aufgebaut, mit der
Folge, dass an der Austrittsöffnung
der Druckleitungen die Flüssigkeit
mit dementsprechendem Druck austreten kann. In Folge der Drehentkopplung
der Zuführleitung
rotiert diese bei einem Antrieb des Rotors grundsätzlich nicht.
Bei dieser Vorrichtung erfolgt eine Druckbeaufschlagung der Flüssigkeit
erst innerhalb jeder einzelnen Druckleitung. Da die Druckerzeugung
eine Folge der Rotation des Rotors ist, braucht zur Druckerzeugung
lediglich der Rotor mit den Druckleitungen angetrieben zu werden.
Die zum Antreiben des Rotors benötigte Leistung
zum Erzeugen eines Hochdruckstrahls ist verglichen mit derjenigen
Leistung, die benötigt
wird, um mit einer Hochdruckpumpe denselben Druck aufzubauen, deutlich
geringer. Die dem Rotor zugeführte
Flüssigkeit
braucht nicht schwebstofffrei zu sein. Vielmehr kann dieser in Abhängigkeit
von dem Einsatzzweck der Hochdruckerzeugungsvorrichtung der Flüssigkeit
ein Abrasivstoff beigemengt sein, wenn die Vorrichtung als Abreinigungsvorrichtung,
beispielsweise im Rahmen einer Entzunderungsanlage eingesetzt wird.
Nicht
unwesentlich ist bei dieser Vorrichtung auch, dass eine Erhöhung der
Anzahl der Druckleitungen in dem Rotor letztendlich keine allenfalls
nur eine geringe Erhöhung
der für
die Druckerzeugung benötigten
Leistung zur Folge hat. Die fliehkraftbedingte Druckbeaufschlagung
der Flüssigkeit
in den Druckleitungen ist abhängig
von der Rotationsgeschwindigkeit des Rotors und damit der Druckleitungen
und der Länge
der Druckleitungen in radialer Richtung bezogen auf die Drehachse
des Rotors. Damit ist der Druck, mit dem der Flüssigkeitsstrahl aus jeder Druckleitung
austritt abhängig
von der Umdrehungsgeschwindigkeit des Austritts der Druckleitung.
Die
zweckmäßigerweise
als Rohr ausgebildete Zuführleitung,
die mit ihrer Austrittsöffnung
in die Eingangskammer des Rotors hineinragt, ist zentrisch zur Drehachse
des Rotors angeordnet. Die Zuführleitung
mündet
somit in den Rotor an derjenigen Stelle, an der die Drehgeschwindigkeit
am kleinsten ist. Folglich herrscht im Bereich der Drehachse des
Rotors und insbesondere in seiner Eingangskammer kein bzw. nur ein
sehr geringer Druck. Eine Abdichtung des Rotors gegenüber der
drehentkoppelten Zuführleitung
ist daher mit einfachen Mitteln möglich. In der Eingangskammer
steht die zugeführte
Flüssigkeit nur
mit geringem Druck an, beispielsweise nur mit der durch die Zuführleitung
bedingten Flüssigkeitssäule. Dieser
Druck braucht letztendlich nur so groß zu sein, dass die über die
Zuführleitung
zugeführte Flüssigkeit
in die Druckleitungen des Rotors einfließen kann.
Die
Druckverhältnisse
innerhalb der Eingangskammer des Rotors und damit der auf eine Drehabdichtung
wirkende Druck ändert
sich auch bei einem Betrieb des Rotors mit sehr hohen Drehzahlen,
beispielsweise 10.000 U/min. oder mehr nicht nennenswert. Eine Druckerzeugung
erfolgt somit bei dieser Vorrichtung erst nachdem die Flüssigkeit
die Drehdurch führung
passiert hat. Ein Betrieb des Rotors mit hohen Drehzahlen gestattet
die Ausbildung eines rotierenden Hochdruckstrahls auch mit Drücken, die
mit Hochdruckpumpen nicht oder nur mit Höchstleistungspumpen bereitgestellt
werden könnten.
Aus diesem Grunde eignet sich diese Vorrichtung besonders als Abreinigungsvorrichtung
zum Abreinigen einer Oberfläche
mittels eines auf die Oberfläche
gestrahlten flüssigen
oder flüssigkeitsbasierten
Reinigungsmittels.
Nachfolgend
ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme
auf die beigefügten
Figuren beschrieben. Es zeigen:
1:
eine zum Teil geschnittene Seitenansicht einer Vorrichtung zum Erzeugen
eines rotierenden Hochdruckstrahls und
2:
eine Unteransicht des Rotors der Vorrichtung der 1.
Eine
Vorrichtung 1 zum Erzeugen eines rotierenden Hochdruckflüssigkeitsstrahls
ist konzipiert als Abreinigungsanlage, um geglühte und/oder warmumgeformte
Metallbänder
von der daran anhaftenden Zunderschicht zu befreien. Mithin handelt
es sich bei der Anlage, in die die Vorrichtung 1 integriert
ist, um eine Entzunderungsanlage. Der Übersicht halber sind in der 1 eine
Haube und eine Absaugeinrichtung nicht dargestellt.
Die
Vorrichtung 1 zum Erzeugen des gewünschten flüssigen Hochdruckstrahls zum
Entzundern eines an der Vorrichtung 1 vorbeibewegten Metallbandes
umfasst einen Rotor 2 zum Erzeugen mehrerer einzelner,
unter einem hohen Druck austretender Flüssigkeitsstrahlen. Als Flüssigkeit
zum Entzundern wird Wasser eingesetzt, dem bei Bedarf ein Abrasivstoff,
beispielsweise eine abrasive Suspension beigemischt sein kann. Der
Rotor 2 ist tellerartig konzipiert und verfügt über mehrere,
in gleichem Winkelabstand zueinander angeordnete Druckleitungen.
Eine solche Druckleitung ist in 1 im Schnitt dargestellt
und mit dem Bezugszeichen 3 bezeichnet. Die Druckleitung 3 ist
bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
durch ein als Einsatz ausgebildetes Rohrstück 4 gebildet, das
in seinem radial äußeren Bereich
um 90° gebogen
ist und an seinem freien Ende eine Austrittsöffnung 5 aufweist.
Die Umbiegung am Ende des Rohrstücks 14 dient
zum Umlenken es Hochdruckstrahls, damit die erzeugten Hoch druckstrahle
auf eine zu reinigende Fläche
gerichtet sind. Anstelle einer Krümmung um 90°, wie bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel
vorgesehen, können
auch Abwinklungen mit anderen Biegebeträgen vorgesehen sein. Eine solche
Abwinklung im radialen äußeren Bereich
der Druckleitungen bzw. der Rohrstücke 4 wird man in
Abhängigkeit
von dem zu reinigenden Gegenstand vorsehen. Ist beispielsweise keine
Abwinklung vorgesehen oder auch nur eine geringe, eignet sich die
Vorrichtung 1 zum Reinigen der inneren Mantelflächen von
Hohlkörpern,
beispielsweise Rohren oder dergleichen.
Die
Austrittsöffnung 5 ist
mit einem Innengewinde ausgestattet, so dass in die Austrittsöffnung 5 ein
in den Figuren nicht dargestellter Düseneinsatz eingeschraubt werden
kann. Die einzelnen Druckleitungen 3 des Rotors 2 sind
sternförmig
zur Drehachse 6 des Rotors 2 angeordnet. Die Druckleitungen 3 münden eingangsseitig
in eine Eingangskammer 7 des Rotors 2. Die Eingangskammer 7 ist
unmittelbar im Bereich der Drehachse 6 angeordnet. In der
Eingangskammer 7 befindet sich ein zentrisch zur Drehachse 6 des
Rotors 2 angeordneter Leitkonus 8, dessen Achse
in der Drehachse 6 des Rotors 2 angeordnet ist.
Der Rotor 2 ist drehmomentschlüssig an eine Hohlwelle 9 angeschlossen,
die an einem insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichneten
Gestell gelagert ist. Die aus dem Rotor 2 und der Hohlwelle 9 gebildete
Einheit ist durch einen Elektromotor 11 über einen
Antriebsriemen 12 angetrieben. Die Antriebseinrichtung
ist ausgelegt, damit der Rotor 2 mit hohen Umdrehungsgeschwindigkeiten
rotieren kann, beispielsweise mit Umdrehungsgeschwindigkeiten von 10.000–12.000
U/min.
Zum
Zuführen
der für
die Strahlerzeugung benötigten
Flüssigkeit,
beispielsweise Wasser dient ein Zuführrohr 13, das innerhalb
der Hohlwelle 9 drehentkoppelt gegenüber der Hohlwelle 9 angeordnet ist.
Das Zuführrohr 13 ist
mit einem Flüssigkeitsbehälter 14 an
dem Gestell 10 befestigt. Der Ausgang des Flüssigkeitsbehälters 14 beaufschlagt
den Eingang des Zuführrohrs 13.
Der Flüssigkeitsbehälter 14 dient
zum Bevorraten derjenigen Flüssigkeit,
mit der der aus den Austrittsöffnungen 5 austretende
Hochdruckstrahl erzeugt werden soll. Über eine nicht dargestellte
Flüssigkeitsversorgungseinrichtung
ist sichergestellt, dass innerhalb des Flüssigkeitsbehälters 14 bei
einem Betrieb der Vorrichtung 1 der Flüssigkeitsspiegel konstant bleibt.
Anstelle des Vorsehens eines Flüssigkeitsbehälters 14 kann
selbstverständlich
auch ein anderer Flüssigkeitsanschluss, beispielsweise
eine Leitung vorgehen sein. Das Zuführrohr 13 durchgreift
die Hohlwelle 9 und ragt mit seiner Austrittsöffnung 15 in
die Eingangskammer 7 des Rotors 2 hinein. Die
Austrittsöffnung 15 des
Zuführrohrs 13 befindet
sich mit kurzem Abstand oberhalb der Spitze des Leitkonus 8.
Zwischen der Mantelfläche
des Zuführrohrs 13 und
der Innenwandung der Hohlwelle 9 oder der zur Mantelfläche des
Zuführrohrs 13 weisenden
Mantelfläche
der Eintrittskammer 7 ist eine in der Figur nicht dargestellte
Drehdichtung angeordnet. Diese braucht nur einem sehr geringen Druck
standzuhalten, nämlich
lediglich dem durch den in dem Zuführrohr 13 und dem
Flüssigkeitstank 14 gebildeten
Wassersäule
entsprechenden. Die vertikale Erstreckung der Hohlwelle 9 nach oben
in Richtung zu dem Flüssigkeitsbehälter 14 gestattet
es, die Dichtung auch im oberen Endbereich zwischen der Hohlwelle 9 und
dem Zuführrohr 13 anzuordnen,
mithin an einer Stelle, in der der Druck noch geringer ist als im
Bereich der Eingangskammer 7. Die in den Figuren nicht
dargestellte Dichtungsanordnung verhindert ebenfalls, dass bei einem
Betrieb der Vorrichtung Umgebungsluft durch den zwischen der inneren
Mantelfläche
der Hohlwelle 9 und der äußeren Mantelfläche des
Zuführrohrs 13 befindlichen Spalt
in die Eingangskammer 7 des Rotors 2 eintritt.
Aus
der Darstellung der 1 ist erkennbar, dass sich die
Austrittsöffnung 15 der
Zuführleitung 13 in
einer Höhe
befindet, damit die daraus austretende Flüssigkeit zum Erreichen der
Eintrittsöffnungen
der Druckleitungen 3 keinen ausschließlich parallel zur Drehachse 6 der
Hohlwelle 13 gerichteten Weg durchströmen muss. Vielmehr begünstigt eine
Rotation des Rotors 2 das Einströmen der zugeführten Flüssigkeit
in die Druckleitungen 3.
Der
Rotor 2 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mehrteilig aufgebaut
und umfasst ein Oberteil 16 und ein Unterteil 17.
Das Oberteil 16 ist über
einen Anschlussflansch 18 an die Hohlwelle 9 angeschlossen.
Das Unterteil 17 ist mit dem Oberteil 16 verschraubt,
so dass dieses von dem Oberteil 16 abgenommen werden kann.
Die zueinander weisenden Oberflächen
des Oberteils 16 und des Unterteils 17 weisen
zur Aufnahme der Rohrstücke 4 nutförmige Ausnehmungen
auf. Die Rohrstücke 4 sind spielfrei
in den sich ergänzenden
Nuten des Oberteils 16 und des Unterteils 17 fixiert.
Die die Druckleitungen ausbildenden Rohrstücke 4 können bei
abgenommenem Unterteil 17 ausgewechselt werden. Bei einem Betrieb
der Vorrichtung 1 mit einer mit einem abrasiven Zuschlagstoff,
beispielsweise Zunder in einer vorbestimmten Fraktion enthaltenden
Flüssigkeit sind
die Rohrstücke 4 vor
allem im Bereich ihrer Krümmung
einem bestimmten Verschleiß ausgesetzt.
Daher ist es zweckmäßig, dass
die Rohrstücke 4 als
Verschleißteile
bei einem derartigen Betrieb der Vorrichtung 1 auswechselbar
sind.
Die
in 2 dargestellte Unteransicht des Rotors 2 zeigt,
dass der Rotor 2 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
drei Druckleitungen 3, 3', 3'' und
dementsprechend drei Austrittsöffnungen 5, 5', 5'' aufweist. Die Eintrittskammer 7 und
der darin angeordnete Leitkonus 8 dienen zum Einleiten
der durch das Zuführrohr 13 zugeführten Flüssigkeit
in die in die Eingangskammer 7 mündenden Eintrittsöffnungen
der Druckleitungen 3, 3', 3'' bzw.
der Rohrstücke 4.
Bei
einem Betrieb der Vorrichtung 1 wird über den vorbeschriebenen Antrieb
die Hohlwelle 9 und damit der an die Hohlwelle 9 angeschlossene Rotor 2 in
eine Rotationsbewegung um die Drehachse 6 versetzt. Die
in dem Zuführrohr 13 anstehende Flüssigkeit
bewegt sich im Zuge der Rotation in die Druckleitungen 3, 3', 3'', wird in diesen entsprechend der
Drehgeschwindigkeit des Rotors 2 mit zunehmender Entfernung
von der Drehachse 6 des Rotors 2 beschleunigt
und damit unter Druck gesetzt, so dass aus den Austrittsöffnungen, 5, 5', 5'', in die typischerweise Beschleunigungsdüsen eingesetzt
sind, drei rotierende Hochdruckstrahle austreten. Innerhalb der
Druckleitungen 3, 3', 3'' herrscht der größte Druck
an den von der Drehachse 6 am weitesten beabstandeten Abschnitten,
mithin in den Austrittsöffnungen 5, 5', 5'', deren Längsachse bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel
parallel zur Drehachse 6 des Rotors 2 angeordnet
sind. Die Achse der Austrittsöffnungen 5, 5', 5'' können zu der Drehachse 6 des Rotors 2 auch
geneigt sein. Die Neigung kann in der in 1 gezeigten
Ebene oder auch in oder entgegen der Rotationsrichtung des Rotors 2 vorgesehen sein.
Typischerweise wird man bei Vorsehen einer geneigten Achse der Austrittsöffnungen 5, 5', 5'' diese nur mit einem kleinen Winkel
neigen.
Bei
einem Betrieb der Vorrichtung 1 herrscht auch bei hohen
Drehzahlen des Rotors 2 in seiner Eingangskammer 7 nur
ein geringer Druck, und zwar ein solcher, der durch die Wassersäule der
in dem Zuführrohr 13 und
dem Flüssigkeitsbehälter 14 entsprechend
seinem Wasserspiegel herrschenden Wassersäule. Innerhalb der Eingangskammer 7 ist die
Drehgeschwindigkeit nur gering, auf der Spitze des Leitkonus 8 sogar
Null, so dass eine kontinuierliche Flüssigkeitsversorgung für die Druckleitungen 3, 3', 3'' auch bei hohen oder sehr hohen
Drehzahlen des Rotors 2 gewährleitstet ist.
Die
Beschreibung der Vorrichtung 1 verdeutlicht, dass zum Erzeugen
der aus dem Rotor 2 austretenden Hochdruckstrahlen nur
eine solche Leistung benötigt
wird, die den Rotor 2 nebst seiner Hohlwelle 9 und
die darin enthaltene bzw. durchströmende Flüssigkeit in die entsprechende
Drehzahl versetzt. Durch die beschriebene Flüssigkeitszuführung mit
der Drehdurchführung
in der Eingangskammer 7 des Rotors 2 befindet
sich diese in einem drucklosen bzw. quasi drucklosen Bereich, so
dass zur gewünschten
Abdichtung reibungsarme kostengünstige Dichtungen
eingesetzt werden können.
Auch
wenn in dem Ausführungsbeispiel
die erfindungsgemäße Vorrichtung
anhand einer Entzunderungsanlage beschrieben ist, eignet sich diese ebenfalls
zum Erzeugen von rotierenden Hochdruckstrahlen für verschiedenste Anwendungen,
beispielsweise auch im Zusammenhang mit Feuerlöscheinrichtungen. Die Ausbildung
des rotierenden Strahls kann in Abhängigkeit von der Ausdehnung
und Orientierung der Druckleitungen, dem Winkel ihrer Austrittsöffnungen
und/oder den eingesetzten Düsen dem
jeweils gewünschten
Anwendungszweck angepasst sein.