DE29517853U1

DE29517853U1 - Flüssigkeits-Spritzkopf

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Publication number: DE29517853U1
Application number: DE29517853U
Authority: DE
Original assignee: WALS GABRIELE VAN DER
Current assignee: WALS GABRIELE VAN DER
Priority date: 1995-11-13
Filing date: 1995-11-13
Publication date: 1996-02-29
Anticipated expiration: 2005-11-14
Also published as: EP0880997A3; DE29619572U1; JPH1057844A; EP0880997A2

Description

Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeits-Spritzkopf insbesondere für die Hochdruckreinigung und die Feuerlöschtechnik. In solchen Fällen wird eine möglichst große Wurfweite des Wasserstrahles bei möglichst punktförmiger Zusammenhai tung seines Strahlquerschnxttes benötigt. Dabei soll insbesondere die im Strahl gespeicherte Druckenergie auf möglichst große Entfernung zentriert erhalten bleiben, damit im Falle der Hochdruckreinigung eine möglichst große, konzentrierte Prallkraft zum Abstrahlen von Schmutzpartikeln bzw. im Falle der Feuerlöschtechnik eine möglichst große Schlagkraft zum sogenannten "Auspeitschen" von Flammen zur Verfugung steht. Entscheidend ist also eine optimale Kombination von Wurfweite und Prallkraft eines möglichst zentrierten Strahles, wobei die Tröpfchengröße maximal sein sollte, weil dann die Prallkraft abermals maximiert wird.

Es ist von Hochdruckreinigern bekannt, eine Wassermenge von z.B. 10-17 l/min durch Spritzdüsen zu pressen, die einen derart verengenden Strömungsquerschnitt aufweisen, daß sich ein Spritzdruck von z.B. 80-200 bar einstellt. Auf Grund der hohen Strömungsgeschwindigkeiten von z.B. 125-200 m/sec stellen sich hohe Turbulenzen ein, welche die zuvor geschlossene Strömung sofort nach Austritt aus der Düse durch starke Wirbelbildung aufreißen und in kleinste Wassertröpfchen zerlegen, zumal die Dekompression des zuvor komprimierten Wasserstrahles diesen Effekt unterstützt. Die dem Wasserstrahl enthaltene "Druckenergie" wird somit umgesetzt in Wirbel- und Wassertröpfchenbildung (Bildung von Tröpfchenoberfläche, was mit starkem Energieentzug verbunden ist) sowie dem Ansaugen von Umgebungsluft, was mit starkem Abbremsen des Hochdruckstrahles verbunden ist. Im Endergebnis ergibt sich auf Grund der beschriebenen Effekte statt des gewünschten, zentrierten Weitwurf-Punktstrahles ein praktisch stark abgebrems'ter Kegelstrahl geringer Wurfweite, wie an jeder Punktstrahldüse normaler Hochdruckreiniger z.B. an Tankstellen ersichtlich ist. Diese Wirkungen werden auch nicht durch Einsatz von anderen Strahlmundstücken wie aus der Feuerlösch- und Bewässerungstechnik bekannt grundsätzlich verbessert. Die Vorschaltung von Diffusoren oder Stabilisatoren vor der Spritzdüse bringt ebenfalls keine grundsätzliche Verbesserung, da die beschriebenen Effekte im Prinzip gleichwohl verbleiben.

Es sind sogenannte Naß-Sandstrahler bekannt, in denen eine Punktstrahldüse konzentrisch in einen Venturi-Verengungseinlauf hineinstrahlt, so daß sich in dieser Strahlkammer ein Unterdruck bildet, in den Sand durch eine seitliche Öffnung hineingesaugt und dann durch den scharfen Wasserstrahl so beschleunigt wird, daß Abrasionsarbeiten durch das Wasser-Sand-Gemisch möglich werden. Solche Naß-Sandstrahler erzeugen eine gewisse Nachzentrierung■des ursprünglich konischen "Punkt"-Strahles, waren in der Wirkung jedoch nicht ausreichend. Man hat deswegen versucht, eine entsprechende Nachzentrierung durch einen modifizierten Strahl-Konzentrationskopf durchzuführen, der bei ähnlichen Dimensionen wie der genannte Naß-Sandstrahler durch mehrere Seitenbohrugnen Umgebungsluft ansaugt und das Luft-Wasser-Gemisch nachzentriert. Auch diese Systeme wurden jedoch wegen zu geringer Wirkung aus dem Markt genommen, da sie keine ausreichende Strahlverbesserung, insbesondere von Strahlkonzentration und Wurfweite brachten. Solche Systeme hatten Düsenbohrungen von d = 1,1-1,5 mm und Nachzentrierungsbohrungen von D = 7-10 mm. Die Spritzweite betrug bei nach wie vor konischer Erweiterung des Spritzstrahles nur wenige Meter bei relativ geringer Schlagkraft.

Die Erfindung zielt darauf, einen Konzentrationskopf der letztgenannten und bekannten Art so zu verbessern, daß sich vermarktungsfähige Wirkungen ergeben. Der Erfindung liegt also die Aufgabe zu Grunde, einen Konzentrationskopf der letztgenannten und an sich bekannten Art so zu verbessern, daß sich Spritzweiten von 5-15 m bei erheblich verbesserter Strahlkonzentration und erheblich erhöhter punktueller Prallkraft ergeben, so daß ein Arbeiten über größere Entfernungen erstmals überhaupt ermöglicht wird. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Verhältnis der Durchströmfläche A = ¹TfD²/4 des Nachzentierungsdurchmessers sowie der Durchströmfläche a = if d²/4 des Düsendurchmessers d auf unter A : a = 16 gedrückt wird. Dabei muß die Spritzweite innerhalb des Spritzkopfes zwischen diesen beiden Durchmessern ungefähr so dimensioniert werden, daß der aus der Spritzdüse austretende "Kegel"-Strahl außen den Einlauf des Nachzentrierungsdurchmessers erreicht und die Führungslänge des Nachzentrierungsdurchmessers ungefähr so ausgelegt ist, daß die nachfolgend geschilderten Funktionen gewährleistet oder unterstützt werden.

Als Erfolg dessen treten verschiedene, überraschende Wirkungen wie folgt ein: (1) Die nach dem Spritzdüsenaustritt ursprünglich fein vernebelten Wasserteilchen können sich im Nachzentrierungsbereich wieder vereinen, so daß ein Teil der für Oberflächenbildung verbrauchten Vernebelungsenergie wieder frei wird und sich größere Tropfen mit größerer Flugweite und größerer Prallkraft ergeben. (2) Die nach Spritzdüsenaustritt vorliegenden starken Verwirbelungen des Luft-Wassergemisches werden durch die nunmehr vergrößerten Wassertropfen und deren große Masse stark verringert, so daß eine Linearisierung der Tropfenflugbahnen eintritt wiederum mit der Wirkung von vergrößerter Flugweite und Prallkraft. (3) Die infolge vergrößerter Wassertropfen verringerten Tropfenoberflächen saugen nach Austritt aus dem Nachzentrierungsdurchmesser D weniger Luft an, so daß sich eine verringerte Bremsung der Wassertropfen und damit abermals eine vergrößerte Wurfweite bzw. eine erhöhte Prallkraft ergeben.

In Weiterführung des Erfindungsgedankens wird angestrebt, daß sich der Luft-Wasser-Strahl nach Austritt aus dem Nachzentrierungsdurchmesser nicht kegelig ausweitet, sondern etwas zusammengeschnürt wird. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Verhältnis der seitlichen Luftsaugflächen zur Düsenbohrungsfläche a =TYd²Zb auf unter 50 gedrückt wird. Als Erfolg dieser erfinderisch unabhängigen Maßnahme ergibt sich hinter dem Nachzentrierungsdurchmesser D ein etwas zusammengeschnürter, keinesfalls aber expandierender Strahl mit der Folge abermals vergrößerter Flugweite und Prallkraft der Wassertropfen.

In nochmaliger Weiterführung des Erfindungsgedankens wird angestrebt, den Strahlquerschnitt konzentrisch verstellbar zu machen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Nachzentrierkörper axial verschiebbar auf dem Düsenträger angeordnet ist. Als Erfolg dessen kann der Düsenstrahl im Spritzkopf räumlich so weit an den Nachzentrierdurchmesser geschoben werden,
daß letzterer nur eine Teilwirkung oder gar keine Wirkung mehr in dem Sinne hat, daß der Düsenstrahl ungehindert kegelig austreten kann, wodurch bei allerdings verkleinerter Strahlweite eine erheblich vergrößerte Aufprallfläche wie in vorbekannten Fällen erzeugt wird.

In abermaliger Fortsetzung des Erfindungsgedankens wird angestrebt, den Erfindungsgegenstand als Sandstrahlgerät weiterzubilden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf dem Nachzentrierkörper ein Sandstrahlkörper angeordnet ist. Letztere Anordnung kann 1-stückig oder auch als Montageaufbau ausgeführt sein.

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Als Ef.folg dessen ergibt sich nicht mehr die Schwierigkeit, daß Sand oder anderes Granulat direkt in den fast noch geschlossenen Düsenstrahl innerhalb des Sandstrahlkopfes geführt werden muß, was außerordentlich schwierig ist, sondern in den bereits in große Tropfen homogen aufgelösten Mischstrahl gesaugt wird, so daß sich nicht nur eine vergleichmäßigte Festpartikelgeschwindigkeit ergibt, sondern auch eine deutlich vergleichmäßigte Festpartikelverteilung. Daraus wiederum resultiert eine deutlich vergleichmäßigte Abrasionswirkung. Darüber hinaus kann bereits der Nachzentrierungskörper so als Flachstrahlkörper ausgebildet werden, daß Naß-Sandstrahlen mit dem Flachstrahl auch granulatseitig ermöglicht wird. In jedem Falle ergibt sich der Vorteil, daß infolge der im Nachzentrierkopf bereits in Tropfenflugrichtung parallel ausgerichteten Flugbahnen auch die Sand-/Granulatpartikal wesentlich besser parallel ausgerichtet werden, so daß der erhebliche Abrasionsverschleiß der inneren Oberflächen des Sandstrahlkopfes wegen erheblich reduzierter Partikel-Prallwirkung erheblich reduziert wird.

In darüber hinausgehender Fortführung des Erfindungsgedankens wird die Aufgabe gestellt, den konzentrierten Weitwurf-Punktstrahl wahlweise dann zu einem Breitstrahl zu verstellen, um eine flächendeckende Fegewirkung zu ermöglichen, ohne den Arbeitskopf zu wechseln. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß direkt hinter der Nachzentrierbohrung eine den Strahl beidseitig zusammenquetschende Verstelleinrichtung so angeordnet ist, daß bei Nichtbetätigung der konzentrierte Weitwurf-Punktstrahl ungehindert hindurchtritt und bei sukzessiver Zusammenquetschung der Verstelleinrichtung der Weitwurf-Punktstrahl immer mehr zum Flachstrahl in an sich bekannter Weise verformt wird.

In nochmals darüber hinausgehender Fortführung des Erfindungsgedankens wird die Aufgabe gestellt, den Weitwurf-Punktstrahl so hin- und hergehen oder auf einem Kegel- oder Hypoidmantel so laufen zu lassen, daß die Flächenwirkung eines Flachstrahles oder Hohlkegelstrahles in an sich bekannter Weise nach dem Prinzip einer "Turbodüse" bewirkt wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die erfindungsgemäße Anordnung von Düsenstrahlkörper und Nachzentrierkörper auf an sich bekannte Weise von einer an sich bekannten Bewegungskinematik angetrieben wird.

In schließlich auch darüber hinausgehender Fortführung des Erfindungsgedankens wird die Aufgabe gestellt, eine erste der vorstehend geschilderten Funktionen mit einer zweiten der vorstehend geschilderten Funktionen zu kombinieren. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß vor dem -auch zusammenfaßbaren- Grundkörper der einen und der anderen Funktion ein Umschaltventil an sich bekannter Ausführung angeordnet ist. Als Erfolg dessen kann die jeweils angewählte Funktion getrennt angesteuert werden, so daß z.B. sogar die vier Funktionen Weitwurf-Punktstrahl, kegeliger Normalpunktstrahl, verstellbarer Flachstrahl und Turbodüse ohne Wechsel des Arbeitskopfes kombinier^.bar sind, also ohne jegliche Montagearbeit durch einfaches Umschalten am Düsenkopf.

Die Erfindung ist im folgenden beschrieben und anhand der Figuren erläutert worden. Es zeigen:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Weitwurf-Punktstrahlkopf mit konzentrischer

Strahlverstellung und Aufsteckvorrichtung vorne;
Fig. 2 einen aufsteckbaren Flachstrahl-Verstellkopf;
Fig. 3 einen aufsteckbaren Sandstrahlkopf; und
Fig. 4 einen Doppelkopf mit Schwerkraft-Umschaltventil.

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Der in Fig. 1 gezeigte Weitwurf-Punktstrahlkopf enthält einen Düsenkörper
3, der z.B. mittels Zulaufgewinde 2 zulaufseitig an einer Spritzpistole oder Spritzlanze befestigt werden kann. Das zulaufende Druckwasser wird über einen Stabilisator oder Diffusor 5 oder direkt in einen Venturi-Sammeltrichter 7 und von dort in die Düsenbohrung 8 geleitet, von wo es leicht konisch expandierend in den Venturi-Sammeltrichter 10 strahlt und von dort in die Gleichrichterbohrung 11, die wirksam ist, wenn der Gleichrichterkörper 4 nach rechts ausgezogen ist (obere Hälfte von Fig. 1). Über Seitenbohrungen 9 wird Luft angesaugt, um einen homogenen Luft-Wasser-Strahl mit leichtem Unterdruck so zu erzeugen, daß nach Austritt aus der Gleichrichterbohrung 11 eine leichte Strahlschnürung stattfindet, einer Strahlexpansion also entgegengewirkt wird. Die starken, noch in der Düsenbohrung 8 gebildeten Wirbel setzen sich in der Mischkammer fort, führen- aber anschließend in der Gleichrichterbohrung 11 zu intensiver gegenseitiger Berührung der Wassertröpfchen, so daß letztere sich infolge ihrer Oberflächenspannung zu großen Wassertropfen vereinen, während die Gleichrichterbohrung 11 gleichzeitig für eine parallele Ausrichtung der Flugbahnen sorgt. Aus der Gleichrichterbohrung 11 tritt also ein weitgehend zylindrischer, konzentrischer Luft-Wasser-Strahl 14 mit relativ großen Wasserpartikeln aus, so daß relativ weit mit kleinem Spritzstrahldurchmesser gestrahlt werden kann.

Will man die Wirkfläche des Strahles vergrößern, so kann man den Gleichrichterkörper 4 nach links einschieben (untere Hälfte von Fig. 1). Nunmehr kann sich ein normaler Kegelstrahl 13 mit sich vergrößerndem Strahlquerschnitt ausbilden, der jedoch naturgemäß eine kleinere Wurfweite als der zylindrische Luft-Wasser-Strahl hat. Die Wegbegrenzung des Gleichrichterkörpers 4 erfolgt durch einen Anschlagring 6, der durchaus auch als für die Montage sich verformender O-Ring ausgebildet sein kann.

Am Austrittsende des Gleichrichterkörpers 4 befindet sich ein Wulstring 12, der in Gegen-Nuten 25, 36 von Arbeitsköpfen so eingerastet werden kann, daß diese leicht auf den Weitwurf-Punktstrahlkopf gemäß Fig. 1 aufgesteckt werden können, so daß sich bei Aufstecken des Flachstrahl-Verstellkopfes gemäß Fig. 2 bereits eine 3-fach-Funktion (Weitwurf-Punktstrahl, konischer Verstellstrahl, verstellbarer Flachstrahl) ergibt. Selbstverständlich bestehen auch andere Befestigungsmöglichkeiten über z.B. Steck- oder Schraubkupplungen, auch können der Gleichrichterkörper 4 mit Bandblech-Träger 26 einstückig z.B. aus Plastik ausgeführt werden.

Die Verstellung des Flachstrahl-Verstellkopfes gemäß Fig. 2 erfolgt durch Drehen des Drehgehäuses 28. Dann gleiten nämlich die Noppen 20 des Bandblech-Trägers 26 auf den Kurvenbahnen 21, 23 nach innen oder außen, so daß die Bandbleche 22 zum Abstand H auseinander- oder zum Abstand h zusammengedrückt werden, da die Flachflächen 1, 24 eine Drehung des Gleichrichterkörpers 4 gegenüber dem Bandblech-Träger 26 verhindern. Der aus der Gleichrichterbohrung 11 austretende Luft-Wasser-Strahl passiert also einerseits ungehindert die Höhe H oder wird andererseits durch den Zwangsschlitz mit Höhe h gepreßt, so daß sich in letzterem .Falle ein Flachstrahl ergibt. Der Bandblech-Träger

26 und das Drehgehäuse 28 können axial z.B. mit einer Wulst-Nut-Verbindung

27 gegeneinander gesichert werden.

Der in Fig. 3 gezeigte Sandstrahlkopf kann ebenfalls auf den Weitwurf-Punktstrahlkopf gemäß Fig. 1 aufgesteckt werden. Er wird mit dem zylindrischen Luft-Wasser-Strahl 14, 31 angetrieben, der gleichgerichtete Flugbahnen von wenig wirbelnden, großen Wassertropfen enthält.

Dadurch kann das Granulat leicht in diesen Strahl eintreten, während der Eintritt in einen konventionellen * Punktstrahl innerhalb des Sandstrahlkopfes mit stark verwirbelten, kleinen Wassertröpfchen sowie entlang dem Querschnittsdurchmesser unterschiedlicher Geschwindigkeitsverteilung keine gleichmäßige Granulatgeschwindigkeit und somit unterschiedlichste Aufprallwirkungen bedingt. Die großen Wassertropfen bewirken ferner eine wesentlich verbesserte Energieabgabe an das Granulat, so daß die Abrasionswirkung auch absolut steigt. Lediglich zur Zeichnungsvereinfachung wurden die Wasserbahnen 34 und Granulate 35 in Fig. 3 optisch auseinander gezogen. In Wirklichkeit handelt es sich um ein homogenes Gemisch.

Der in Fig. 4 gezeigte Umschaltkopf enthält einen Druckwasseranschluß 41 im Gehäuse 42. Die Kugel 43 fällt jeweils vor die untere Kugelsitz-Schraubbuchse 44, so daß nur der jeweils obere Arbeitskopf arbeiten kann. Nur beispielhaft ist ein Weitwurf-Punktstrahlkopf 45 gezeigt (oben) nebst einer Turbo-Düse 46 (unten). In dieser Anordnung kann ohne Wechsel des Arbeitskopfes eine 4-fach-Arbeitsfunktion bewirkt werden, sofern der Weitwurf-Punktstrahlkopf bereits die geschilderten drei Arbeitsfunktionen enthält.

Es versteht sich, daß der Gleichrichterkörper 4 gegenüber dem Düsenkörper 3 gegen Verdrehung -z.B. mittels eines in einem Bauteil befindlichen Stiftes, der in einen Axialschlitz des anderen Bauteiles greift- gesichert werden kann. In diesem Falle werden die Verstellung des Punktstrahles 14 zum Kegelstrahl 13 einerseits und die Verstellung des Flachstrahles gemäß Fig.2 andererseits voneinander unabhängig.

Es versteht sich, daß die Seitenbohrungen 9 z.B. mittels einer axial verschiebbaren Verschlußbuchse oder anderweitig unterschiedlich geschlossen oder geöffnet werden können, so daß unterschiedliche Strahlkonzentrationen einstellbar werden.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen darin, unterschiedlichste Wirkungen (Weitwurf, Prallkraft, Versteilbarkeit, Sandstrahlen) erheblich zu verbessern oder überhaupt erst zu ermöglichen. Dadurch kann mit einfachen Mitteln die Wirkung erheblich größerer und teurerer Pumpen erheblich kostengünstiger erzielt oder gar erst ermöglicht werden.

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Claims

Schutzansprtiche

Flüssigkeits-Spritzkopf insbesondere zum Einsatz für die Hochdruckreinigung und die Feuerlöschtechnik, mit einem die Druckflüssigkeit aufnehmenden Düsenkörper 3 und einem von letzterem innen angestrahlten Gleichrichterkörper 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der durchströmten Flächen von Gleichrichterbohrung 11 und Düsenbohrung 8 kleiner als 16 ist.

Flüssigkeits-Spritzkopf insbesondere zum Einsatz für die Hochdruckreinigung und die Feuerlöschtechnik, mit einem die Druckflüssigkeit aufnehmenden und Seitenöffnungen 9 aufweisenden Düsenkörper 3 sowie einem von letzterem innen angestrahlten Gleichrichterkörper 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Flächensumme der Seitenöffnungen 9 zur Fläche der Düsenbohrungen 8 kleiner als 50 ist.

Flüssigkeits-Spritzkopf nach einem der Ansprüche 1 oder 2, d.g., daß der Gleichrichterkörper 4 axial verschiebbar auf dem Düsenkörper angeordnet ist.

Flüssigkeits-Spritzkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d.g., daß dem Gleichrichterkörper 4 ein Sandstrahlkopf nachgeschaltet ist.

Flüssigkeits-Spritzkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d.g., daß dem Gleichrichterkörper. 4 eine den Durchgangsstrahl verengbare Verstelleinrichtung so nachgeschaltet ist, daß in einer Verstellstellung der Strahl ungehindert durchtritt und in der anderen Verstellstellung der Strahl einen Schlitz passieren muß.

Flüssigkeits-Spritzkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d.g., daß der zylindrische Luft-Wasser-Strahl so hin und her bewegt wird, daß er in an sich bekannter Weise einen Flachstrahl bildet.

Flüssigkeits-Spritzkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d.g., daß der zylindrische Luft-Wasser-Strahl so auf einem Kegel- bzw. Hypoidmantel bewegt wird, daß er in an sich bekannter Weise einaHohlkegel bzw. Hohlhypoid bildet.

Flüssigkeits-Spritzkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d.g., daß die Seitenöffnungen 9 teilweise oder ganz durch eine Schließeinrichtung geschlossen werden können.

Flüssigkeits-Spritzkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d.g., daß der Düsenkörper 3 und der Gleichrichterkörper 4 gegen Verdrehung gesichert sind.

Flüssigkeits-Spritzkopf nach einem der vorstehenden Ansprüche, d.g., daß zwei unterschiedliche Arbeitsköpfe in an sich bekannter Weise so auf einem Umschaltventil angeordnet sind, daß jeweils nur ein Arbeitskopf spritzt.