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Dokumentenidentifikation DE19539512A1 30.04.1997
Titel Rotationsstrahlgerät
Anmelder Fastje, Jens, 73765 Neuhausen, DE
Erfinder Fastje, Jens, 73765 Neuhausen, DE;
Fastje, Helmut, 73765 Neuhausen, DE
Vertreter Rüger und Kollegen, 73728 Esslingen
DE-Anmeldedatum 25.10.1995
DE-Aktenzeichen 19539512
Offenlegungstag 30.04.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 30.04.1997
IPC-Hauptklasse B24C 5/02
Zusammenfassung Ein Rotationsstrahlgerät weist eine umlaufende Düse mit asymmetrischer Ausströmöffnung auf, die von einem Druckluftantrieb angetrieben ist. Das Strahlgut wird der Düse durch ein ruhendes Zuführrohr (Zentralrohr) zugeführt, wobei der Antrieb der Düse über eine Hohlwelle erfolgt. Diese ist von außerhalb des Staubbereiches angeordneten Kugellagern gelagert. Der Druckluftantrieb wird durch ein Laufrad gebildet, das kreisbogenförmig gekrümmte Außennuten aufweist. Zur gezielten Beeinflussung der Anströmung und zur Beschleunigung eines Luftstromes dient ein Düsenring mit wenigstens einem gekrümmten Zuströmkanal. Die Krümmung des Zuströmkanals ist der Krümmung der Nuten des Laufrades entgegengesetzt. Zur Abdichtung der drehenden Düse gegen das ruhende Zuführrohr ist ein Lamellendichtring vorgesehen. Dieser sitzt unmittelbar an einem Ende der die Düse tragenden Hohlwelle. Ein weiterer Lamellendichtring sitzt an dem entgegengesetzten Ende der Hohlwelle.
Die drallfreie Führung des Strahlgutes bis zu der Düse ermöglicht einen Teillastbetrieb mit stark vermindertem Strahldruck. Die Lamellendichtringe erweisen sich in allen Betriebsbereichen als zuverlässige Dichtung und verhindern das Eindringen von Staub in das Rotationsstrahlgerät. Das spezielle Laufrad und der Düsenring ergeben einen leistungsstarken Antrieb mit hohem Drehmoment und hoher Drehzahl bei geringem Druckluftverbrauch.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Rotationsstrahlgerät mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruches 1.

Derartige Rotationsstrahlgeräte werden in weiten Bereichen der Technik zum Reinigen und Abtragen von Oberflächen, zum Härten von Oberflächen (Kugelstrahlen) sowie für weitere Zwecke eingesetzt. Das Prinzip beruht darauf, einen gerichteten Strahl von Strahlgut zu erzeugen, der beim Auftreffen auf eine zu bearbeitende Oberfläche den gewünschten Effekt wie bspw. eine Reinigungseffekt hervorbringt. Als Strahlgut werden Sand, Glaskugeln, Metallkugeln, Eispellets, Kunststoffgranulate, gestoßene Nußschalen und dergleichen verwendet. Zur Beschleunigung und zum Vortrieb dieses Strahlgutes wird meist Preßluft im Bereich von bis zu einigen Bar angewendet.

Es hat sich herausgestellt, daß die Wirksamkeit eines erzeugten Strahles und die Gleichmäßigkeit eines erzeugten Strahlbildes wesentlich verbessert werden kann, wenn anstelle eines Vollkegels ein Strahl erzeugt wird, dessen Strahlform unsymmetrisch ist und wenn dieser unsymmetrische Strahl mit hoher Geschwindigkeit im Kreis geführt wird.

Dazu ist aus dem DE 92 07 924 U1 eine Strahlpistole bekannt, die eine umlaufende Strahldüse aufweist. Die Strahlpistole weist ein Gehäuse auf, in dem ein zu der Strahldüse führendes Zuführrohr drehbar gelagert ist. An seinem von der Düse abliegenden Ende ist das Zuführrohr über eine Dichtungseinrichtung an ein zu dem Zuführrohr koaxiales Anschlußrohr angeschlossen. Während das Zuführrohr mittels einer preßluftgetriebenen Radialturbine drehend angetrieben ist, ruht das Anschlußrohr.

Diese Strahlpistole kann im Teillastbetrieb zu Düsenverstopfungen neigen.

Ein kritischer Punkt bei den meisten bekannten Strahlpistolen und sonstigen Strahlgeräten ist die Abdichtung zwischen ruhenden und umlaufenden Teilen des Zuführkanales. Darüber hinaus ist es ein Ziel der Entwicklungen, einen Antrieb bereitzustellen, der möglichst effizient arbeitet.

Dazu ist bspw. ein Strahlapparat gemäß der DE 4 404 554 A1 entwickelt worden, der ein zweifach kugelgelagertes Zuführrohr aufweist, das an einem Ende eine asymmetrisch ausgebildete Strahldüse trägt. Das Zuführrohr ist über eine Axialturbine mittels Preßluft drehend angetrieben, wobei die Axialturbine schraubenförmige Strömungsnuten aufweist. Zum Schutz vor insbesondere im Übergang zwischen dem sich drehenden Zuführrohr und dem ruhenden Anschluß austretenden Staub sind die Kugellager mittels Labyrinthdichtungen abgedichtet.

Dieser Strahlapparat weist einen relativ aufwendigen Aufbau auf.

Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Rotationsstrahlgerät zu schaffen, das einen vereinfachten Aufbau aufweist und das mit hoher Effizienz arbeitet.

Diese Aufgabe wird durch ein Rotationsstrahlgerät mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Erfindungsgemäß ist das Zentralrohr zur Zuführung des Fluid-Strahlgutgemisches zu der Düse ruhend ausgebildet. Damit wird das Gemisch der Düse drallfrei zugeführt. Die Düse, die wenigstens eine asymmetrisch ausgebildete und somit zumindest teilweise exzentrisch umlaufende Ausströmöffnung aufweist, hat somit eine beträchtliche Relativgeschwindigkeit in Bezug auf das Gemisch. Zusammenballungen, Verklumpungen oder dergleichen, die insbesondere bei sehr niedrigem Strahldruck in extremem Teillastbetrieb auftreten können, werden somit gewissermaßen scheibchenweise von der ständig vorbei laufenden Düsenöffnung abgebaut. Dies erfolgt ständig und mit solcher Geschwindigkeit, daß ein Verstopfen der Düse nicht zu beobachten ist.

Dieser Effekt und eine erste Abdichtung zwischen dem ruhenden Zuführrohr und der Düse wird erreicht, wenn das Zuführrohr ein Ansatzstück aufweist, das in die Düse ragt. Diese weist einen beispielsweise kegelstumpfförmigen, vorzugsweise aber parabelförmig begrenzten Innenraum auf. Die im Längsschnitt parabelförmige Wandung des Innenraumes liegt zentrisch zu der Längsmittelachse.

Die Ausbildung des Rotationsstrahlgerätes mit einem durchgehenden ruhenden Zentralrohr bietet eine Vielzahl konstruktiver Vorteile. Die zur Lagerung der Düse erforderlichen Kugellager können nunmehr in einem Bereich angeordnet werden, der konsequent von strahlgut- und somit staubführenden Bereichen getrennt ist. Bspw. kann die Düse von einer Hohlwelle getragen sein, die das ruhende Zentralrohr konzentrisch umgibt. Die Lagerung der Hohlwelle erfolgt jedoch von außen her, so daß in dem zwischen Zentralrohr und Hohlwelle ausgebildeten Ringraum keinerlei Lagermittel angeordnet sind. Der Ringraum ist vorzugsweise beidenends mit Dichtungsmitteln abgedichtet, die sowohl ein Eindringen von Staub in diesen Ringraum als auch ein Durchströmen des Ringraumes verhindern. Als Dichtungsmittel haben sich Filzdichtungen sowie Lamellendichtringe bewährt. Diese weisen in Axialrichtung flache, radial gespannte Federringe auf, die sich nach außen hin abstützen. Die Federringe laufen in Ringnuten von Dichtungsringen. Durch entsprechend genaue Fertigung und Montage kann ein berührungsfreier Lauf erreicht werden, was Drehmomentverluste reduziert oder vermeidet. Als Filzdichtungen kommen Filzringe in Frage.

Derartige Lamellendichtringe erbringen, insbesondere, wenn sie in Wirkrichtung hintereinander angeordnet sind, eine gute Abdichtung und schützen die Kugellager zuverlässig vor Staubeinwirkung.

Es hat sich herausgestellt, daß die Auswirkung von Temperaturänderungen auf das Rotationsstrahlgerät insbesondere dann ausgeschaltet oder vermindert werden kann, wenn die Lagerung der Hohlwelle spielfrei ausgebildet ist. Dies gelingt bspw. durch Verwendung dreier Kugellager, von denen zwei axial gegeneinander leicht verspannt sind.

Als pneumatisches Antriebsmittel hat sich insbesondere eine Laufrad als geeignet erwiesen, das, ausgehend von einer zylindrischen Form, in seinem Umfang einfach gekrümmte Nuten aufweist. Diese sind bogenförmig und weisen eine Tiefe auf, die von ihrer Breite nicht wesentlich verschieden ist. Die einfache Krümmung der Nuten bewirkt im Gegensatz zu Schraubennuten eine starke Dralländerung zuströmender Druckluft, was als Reaktionsmoment ein guten Antriebsdrehmoment bei hoher Drehzahl zur Folge hat. Zum Ausgleich von Reibungsverlusten der Luftströmung in dem Laufrad kann die Breite zu der Abluftseite hin zunehmen.

Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Einlaufrichtung der Nuten in Bezug auf die Längsachse, die zu der Drehachse parallel ist, 40° beträgt. Gleiches gilt für die Ausströmrichtung.

Für die einfach gekrümmten Nuten hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn sie sich etwa von der Mitte des Laufrades ab geringfügig verbreitern. Dies kann erreicht werden, indem den Nuten sowohl im Einströmbereich als auch im Ausströmbereich jeweils eine kreisbogenförmige Krümmung gegeben wird. Während die kurveninnere Wand der Nut mit gleichmäßiger Krümmung ausgelegt ist, verringert die kurvenäußere Nutwand ihre Krümmung über die Länge der Nut etwas.

Wenn das Laufrad hohl ausgebildet ist, sinkt dessen Trägheitsmoment und zugleich das Gewicht des gesamten Rotationsstrahlgerätes. Das verringerte Massenträgheitsmoment ermöglicht ein verbessertes Ansprechverhalten.

Es hat sich eine Nutzahl von 30 bis 35, vorzugsweise 32, als vorteilhaft herausgestellt. Bei dieser Nutzahl wird ein hohes Drehmoment bei hoher Drehzahl und niedrigem Druckluftverbrauch erreicht. Um eine geeignete Anströmung des Laufrades zu erhalten, ist vorzugsweise ein Düsenring vorgesehen, der einen oder mehrere Zuströmkanäle aufweist. Diese sind den Nuten des Laufrades entgegengesetzt gekrümmt, so daß bei ruhendem Laufrad ein S-förmiger Strömungsweg der verwendeten Druckluft vorhanden ist. Die Ausströmrichtung des Düsenringes liegt dabei zwischen 40° und 75°, vorzugsweise bei 70°, bezogen auf die Längsachse.

Bedarfsweise kann ein Leitring auf der Abluftseite des Laufrades vorgesehen sein, um den Wirkungsverlust durch Verwirbelung abzubauen. Das erzeugte Drehmoment kann so noch erhöht werden. Der Leitring kann außerdem dazu verwendet werden, die Abluft mit erhöhtem Druck durch Öffnungen der Hohlwelle in den zwischen Hohlwelle und Zentralrohr gebildeten Spalt zu fördern.

Die von dem Laufrad abgegebene Abluft wird zur Schalldämpfung durch einen porösen Festkörper, vorzugsweise einen Kunststoffkörper geleitet. Zum Auslaß sind an dem Gehäuse seitliche Schlitze vorhanden, so daß die Abluft ohne Störung des erzeugten Strahles austreten kann.

Unterschiedliche Strahlgrößen und Strahlleistungen sind möglich, wenn die Düse auswechselbar ausgebildet ist. Jedoch haben die Düsen vorzugsweise wenigstens eine asymmetrisch angeordnete Ausgangsöffnung, so daß ein umlaufender Strahl erzeugt wird.

Außerdem ist es vorteilhaft, wenn ein an dem Rotationsstrahlgerät vorhandener Auslöser derart ausgebildet ist, daß eine graduelle Betätigung des Rotationsstrahlgerätes möglich ist. Damit kann mit verminderter Leistung gearbeitet werden, bei der weniger Strahlgut mit geringerem Druck abgegeben wird. Dies erschließt Anwendungsmöglichkeiten, bei denen es auf eine Dosierung der Strahlstärke ankommt.

Wenn das Rotationsstrahlgerät wenigstens einen Luftkanal aufweist, über den das Zentralrohr an seiner Außenseite mit Druckluft beaufschlagbar ist, kann eine verbesserte Abdichtung zwischen Düse und Zentralrohr herbeigeführt werden.

Eine Auslaßöffnung in der Hohlwelle in einem außerhalb des Gehäuses gelegenen Abschnitt entlüftet einen das Zentralrohr umgebenden Raum. Dadurch werden Staubteilchen ausgetragen, ohne das Rotationsstrahlgerät von innen her zu verschmutzen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 ein Rotationsstrahlgerät mit umlaufender Düse im Längsschnitt,

Fig. 2 ein Laufrad zum Antrieb der Düse des Rotationsstrahlgerätes nach Fig. 1 in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht,

Fig. 3 das Laufrad nach Fig. 2 in einer Ansicht auf seine Anströmseite,

Fig. 4 einen Düsenring, der in dem Rotationsstrahlgerät gemäß Fig. 1 an der Anströmseite des Laufrades angeordnet ist, und

Fig. 5 einen Lamellendichtring, wie er zur Abdichtung an dem Rotationsstrahlgerät nach Fig. 1 verwendet ist, im Querschnitt und in einem anderen Maßstab.

In Fig. 1 ist ein Rotationsstrahlgerät 1 mit drehend angetriebener Düse 2 dargestellt. Das Rotationsstrahlgerät 1 weist ein im wesentlichen zylindrisches, einenends geschlossenes Gehäuse 3 auf, das an seinem geschlossenen Ende zu einem axialen Anschlußflansch 4 ausläuft. Dieser durch ein mit Außengewinde 5 versehenes Rohrstück gebildete Flansch weist eine zentrale zylindrische Öffnung 6 auf, in der ein Zentralrohr 7 mit einem Ende gehalten ist. Das Zentralrohr 7 weist einen durchgehenden Zuführkanal 8 auf, der sich zu den stirnseitigen Enden des Zentralrohres 7 jeweils trichterartig erweitert. Das koaxial in dem Gehäuse 3 sitzende Zentralrohr 7 weist außerdem im Bereiche des Anschlußflansches 4 eine als Axialsicherung dienende Radialbohrung 9 auf, in die eine radial in den Anschlußflansch 4 eingeschraubte Klemmschraube 11 greift. Zusätzlich ist das Zentralrohr 7 insbesondere im Hinblick auf seine axiale Lage mittels eines Bundes oder Federringes 12 gesichert, der an einer Ringschulter des Anschlußflansches 4 anliegt.

Das Gehäuse 3 ist bei der vorliegenden Ausführungsform bei einer Fuge 13 quergeteilt und mittels lediglich schematisch angedeutet er Maschinenschrauben 14 zusammengehalten. Der in Fig. 1 rechtsseitige, von der Fuge 13 abgeteilte Gehäuseteil ist nahezu hohlzylindrisch und definiert einen entsprechenden Innenraum. An seinem düsenseitigen Ende ist im Anschluß an eine nach außen hin abgerundete Außenkontur 15 ein Lagersitz 16 ausgebildet, dessen Durchmesser geringer ist als der Innendurchmesser des Gehäuseteiles.

Das Zentralrohr 7, das in seiner Länge so bemessen ist, daß es sich über den Lagersitz 16 hinaus in Fig. 1 nach rechts erstreckt, ist von einer Hohlwelle 18 umgeben, die mit dem Zentralrohr 7 einen Ringspalt 19 definiert. Die Hohlwelle 18 ist an ihrem düsenseitigen Ende mit Außengewinde versehen und trägt die stirnseitig an ihr anliegende Düse 2. Die Düse 2 ist dabei mittels einer Überwurfmutter 21 fest an der Hohlwelle 18 gehalten. Mit ihrem Innenraum übergreift die Düse 2 einen an dem Zentralrohr 7 vorgesehenen, außen konisch ausgebildeten Ansatzabschnitt.

Die Hohlwelle 18 ist mit insgesamt drei Kugellagern 22, 23, 24 drehbar in dem Gehäuse 3 gelagert. Das düsenseitige Kugellager 22 ist ein Radialkugellager und sitzt mit seinem Außenring in dem Lagersitz 16. Mit seinem Innenring hält es direkt die Hohlwelle 18. Nach außen hin ist das Kugellager 22 mit einem Schutz- oder Dichtring 26 abgedeckt, der in einer sich an den Lagersitz 16 anschließenden ringförmigen Ausnehmung des Gehäuses 3 sitzt.

An seinem von der Düse 2 abliegenden Ende trägt die Hohlwelle 18 die beiden in geringem axialen Abstand zueinander angeordneten Kugellager 23, 24, die ebenfalls als Radialkugellager ausgebildet sind und mit ihrem jeweiligen Innenring auf der Hohlwelle 18 sitzen. Zur Einstellung des Abstandes der Kugellager 23, 24 zueinander sowie zum Vorspannen derselben ist eine innerer Distanzring 27 vorgesehen, der die Innenringe der Kugellager 23, 24 auf Abstand hält.

Zur axialen Sicherung der Kugellager 23, 24 dient ein Lamellendichtring 28, der im einzelnen an späterer Stelle erläutert ist. Der Lamellendichtring 28 ist mit dem freien Ende der Hohlwelle 18 verschraubt und steht mit seiner Außenseite mit einer entsprechenden zylindrischen inneren Abdichtfläche 29 des Gehäuses 3 in Berührung.

Mit ihren Außenringen stützen sich die Kugellager 23, 24 an einem Düsenring 31 ab, der mit seiner zylindrischen Außenseite an der Innenfläche des Gehäuses 3 anliegt. In axialer Richtung ist der Düsenring 31 durch Befestigungsschrauben 32 gehalten. Zur axialen Sicherung der Kugellager 23, 24 weist er eine Ringschulter 33 auf, an der der Außenring des Kugellagers 23 in axialer Richtung anliegt.

Zur Einstellung der axialen Lage der Außenringe der Kugellager 23, 24 ist ein Distanzring 34 vorgesehen, der mit seiner Außenseite an der Innenfläche des Düsenringes 31 anliegt. Der Distanzring 34 ist schmaler oder breiter als der innere Distanzring 27, um eine axiale Vorspannung für die Kugellager 23, 24 zu erzeugen.

Der im einzelnen an späterer Stelle im Zusammenhang mit Fig. 4 erläuterte Düsenring weist einen oder mehrere Zuströmkanäle 36 auf, die ausgehend von einem an dem Gehäuse 3 vorgesehenen Druckluftanschluß 37 zu der düsenseitigen Stirnseite des Düsenringes 31 führen.

Auf der Hohlwelle 18 sitzt drehfest mit dieser verbunden ein Laufrad 38, in dessen zylindrische Außenfläche im Zusammenhang mit den Fig. 2 und 3 erläuterte Nuten 39 eingebracht sind. Das Laufrad 38 ist so dimensioniert, daß es mit der Innenfläche des Gehäuses 3 einen sehr engen Spalt begrenzt und berührungsfrei in diesem läuft. Zur Verminderung des Trägheitsmomentes und zur Gewichtsreduzierung ist in das Laufrad von seiner Stirnseite her eine ringförmige Kammer 41 eingebracht. Alternativ können auch eine Folge oder ein Kranz von Bohrungen vorgesehen sein.

An das Laufrad 38 schließt sich ein poröser, als Schalldämpfer dienender Kunststoffkörper 42 an, der von innen her in dem Gehäuse 3 vorgesehene, an seinem Umfang verteilte Auslaßschlitze 43 abdeckt. Der Körper 42 ist ringförmig mit im wesentlichen quadratischem Querschnitt ausgebildet und sitzt unverdrehbar in dem Gehäuse 3. Mit der Hohlwelle 18 definiert er einen Ringspalt 44, so daß sich die Hohlwelle 18 drehen kann, ohne an dem Körper 42 zu reiben.

Zur Abdichtung der Düse 2 gegen das Zentralrohr 7 ist zwischen der Hohlwelle 18 und dem Zentralrohr 7 ein Lamellendichtring 46 angeordnet, der in seinem Aufbau im wesentlichen dem Lamellendichtring 28 entspricht, jedoch einen geringeren Durchmesser aufweist. Der Lamellendichtring 46 sitzt in entsprechenden randoffenen Ringnuten der Hohlwelle 18 und des Zentralrohres 7.

An dem Gehäuse 3 ist außerdem ein nicht weiter dargestellter Griff vorgesehen, der einen Bedienhebel (Auslöser) zur Betätigung von Ventilen aufweist. Mit diesen Ventilen wird der Zustrom von Druckluft zu dem Druckluftanschluß 37 und der Zustrom eines Druckluft- Strahlgutgemisches zu dem Anschlußflansch 4 gesteuert.

Das insoweit beschriebene Rotationsstrahlgerät 1 arbeitet wie folgt:

Im Betrieb ist der Druckluftanschluß 37 mit Druckluft zwischen 0,5 und 4 bar beaufschlagt. Die Druckluft strömt durch den Zuströmkanal 36 des Düsenringes 31 mit einer definierten Richtung und Geschwindigkeit. Beim Verlassen des Zuströmkanales 36 trifft die Druckluft auf das Laufrad 38 und strömt durch dessen Nuten 39. Dabei wird das Laufrad 38 mit hoher Drehzahl in Drehung versetzt. Entsprechend läuft die drehfest mit dem Laufrad 38 verbundene Hohlwelle 18 um, die endseitig die Düse 2 trägt. Es werden dabei Drehzahlen bis zu 30.000 U/min. erreicht. Nach Verlassen des Laufrades durchströmt die Druckluft den als Schalldämpfer wirkenden Körper 42 und gelangt durch die Auslaßschlitze ins Freie. Diese geben der Abluft eine radiale Richtung, so daß das Strahlbild nicht gestört wird.

Das durch das Zentralrohr 7 zuströmende Gemisch aus Strahlgut (bspw. Sand, Glas oder dergleichen) und Druckluft gelangt drallfrei bis zu einem in der Düse 2 vorgesehenen, kegelstumpfförmigen Innenraum, der auch eine sphärisch gewölbte Wandung haben kann. Von hier aus strömt das Strahlgut-Druckluftgemisch durch die bspw. als Radialschlitz ausgebildete Ausströmöffnung der Düse 2 ins Freie, wobei ein fächerförmiger, mit Drehzahl der Düse 3 umlaufender Strahl ausgebildet wird. Die Wirksamkeit dieses Strahles ist dabei sehr gut, nahezu alle von der Düse 2 gerichtet abgegebenen Partikel des Strahlgutes treffen auf die zu behandelnde Fläche auf und werden nicht vorher seitlich aus dem Strahl herausgetragen. Aufgrund der Umlaufbewegung wird die zu bearbeitende Fläche gleichmäßig bestrichen.

Selbst bei lediglich geringem Druck in dem Zentralrohr 7 wird die Ausströmöffnung der Düse 2 aufgrund der ständig vorhandenen Relativbewegung zwischen der rotierenden Düse 2 und dem nicht rotierenden Strahlgut nicht verlegt.

Der Lamellendichtring 46 verhindert wirksam ein Eindringen von Staub aus dem Innenraum der Düse 2 in den Ringspalt 19 zwischen Zentralrohr 7 und Hohlwelle 18. Zusätzlich schützt der Lamellendichtring 28 die Kugellager 23, 24 vor Staub.

Als zweckmäßige Form hat sich für das Laufrad 38 die in den Fig. 2 und 3 dargestellte zylindrische Form mit Nuten 39 in der Umfangsfläche herausgestellt. Die Nuten haben dabei, wie Fig. 3 in der Draufsicht auf die Abluftseite zeigt, eine im wesentlichen rechteckige Form. Bei einem Außendurchmesser von 51,7 mm sind insgesamt zweiunddreißig Nuten 39 an dem Umfang des Laufrades 38 verteilt. Die Nuten 39 sind einfach gekrümmt, wobei der Winkel α zwischen der Einströmrichtung und der Axialen 40° beträgt. Gleiches gilt für den Winkel β zwischen der Ausströmrichtung und der Axialen. Die Nut 39 ist bogenförmig gekrümmt und weist zwei Bogenabschnitte auf, die bei 48 aneinander anschließen. Die Krümmung R1 des eingangsseitigen Nutstückes stimmt dabei mit der Krümmung R2 des ausgangsseitigen Nutstückes überein, wobei die beiden Krümmungsmittelpunkte M1, M2 voneinander verschieden sind. Während der Krümmungsmittelpunkt M1 des eingangsseitigen Nutstückes auf einer Symmetrieebene 49 des Laufrades 38 liegt, ist der Krümmungsmittelpunkt M2 des ausgangsseitigen Nutstückes zur Anströmseite hin gegen die Symmetrieebene 49 versetzt. Darüber hinaus verbreitert sich die Nut 39 in ihrem ausgangsseitigen Stück geringfügig.

Der zu dem Laufrad 38 gehörige Düsenring 31 ist gesondert in Fig. 4 dargestellt. Der Zuströmkanal 36 ist bei diesem Düsenring in zwei Kanäle 36a, 36b unterteilt, die jeweils sichelförmig ausgebildet sind. Ausgehend von einer Zuströmöffnung 51a, 51b verengen sich die als Nuten in der zylindrischen Außenfläche des Düsenringes 1 ausgebildeten Zuströmkanäle 36a, 36b, wobei deren Tiefe jedoch unverändert bleibt. Die von den Zuströmkanälen 36a, 36b definierte Ausströmrichtung 52a, 52b liegt bei etwa 70°, bezogen auf die Axiale 53. Andere Düsenringformen sind möglich.

Schließlich ist der Lamellendichtring 46 in Fig. 5 gesondert dargestellt. Der Lamellendichtring 46 weist einen einstückig ausgebildeten, rohrförmigen Ring 56 auf, der auf dem Zentralrohr 7 unverdrehbar sitzt. An seiner Außenseite sind zwei zueinander parallele Ringnuten 57, 58 vorgesehen, in denen jeweils drei nach außen federnde Federringe 61, 62, 63 bzw. 61a, 62a, 63a sitzen. Die Federringe 61, 62, 63 (a, b, c) sind jeweils geschlitzt und federn dank Ihres rechteckigen Querschnittes mit einer relativ hohen Federkonstante in radialer Richtung. Die Ringstöße einzelner Federringe 61, 62, 63 (a, b, c) sind dabei in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt.

Der Lamellendichtring 28 ist prinzipiell gleich aufgebaut, wobei der jedoch einen größeren Durchmesser und ein Innengewinde zur Verbindung mit der Hohlwelle 18 aufweist.

Bei einer abgewandelten Ausführungsform des Rotationsstrahlgerätes 1 ist zwischen dem Druckluftanschluß 37 und dem Ringspalt 19 ein durch das Gehäuse führender Kanal 51 vorgesehen, der Druckluft in den Ringspalt 19 führt. Damit wird die Lamellendichtungen 46 entlastet.

Alternativ oder zusätzlich können Radialbohrungen 52, 53 in der Hohlwelle Abluft des Laufrades 38 in den Ringspalt 19 führen.

Zur Ausleitung von in den Ringspalt 19 gelangten Verschmutzungen, die die Lamellendichtung 46 überwunden haben, können zusätzlich in einem Abschnitt der Hohlwelle 18, der zwischen der Überwurfmutter 21 und dem Dichtring liegt ein oder mehrere Auslaßschlitze oder -bohrungen 56 angeordnet sein. Diese führen Staub und Schmutz nach außen ohne das Strahlbild zu stören.

Ein Rotationsstrahlgerät weist eine umlaufende Düse mit asymmetrischer Ausströmöffnung auf, die von einem Druckluftantrieb angetrieben ist. Das Strahlgut wird der Düse durch ein ruhendes Zuführrohr (Zentralrohr) zugeführt, wobei der Antrieb der Düse über eine Hohlwelle erfolgt. Diese ist von außerhalb des Staubbereiches angeordneten Kugellagern gelagert. Der Druckluftantrieb wird durch ein Laufrad gebildet, das kreisbogenförmig gekrümmte Außennuten aufweist. Zur gezielten Beeinflussung der Anströmung und zur Beschleunigung eines Luftstromes dient ein Düsenring mit wenigstens einem gekrümmten Zuströmkanal. Die Krümmung des Zuströmkanales ist der Krümmung der Nuten des Laufrades entgegengesetzt. Zur Abdichtung der drehenden Düse gegen das ruhende Zuführrohr ist ein Lamellendichtring vorgesehen. Dieser sitzt unmittelbar an einem Ende der die Düse tragenden Hohlwelle. Ein weiterer Lamellendichtring sitzt an dem entgegengesetzten Ende der Hohlwelle.

Die drallfreie Führung des Strahlgutes bis zu der Düse ermöglicht einen Teillastbetrieb mit stark vermindertem Strahldruck. Die Lamellendichtringe erweisen sich in allen Betriebsbereichen als zuverlässige Dichtung und verhindern das Eindringen von Staub in das Rotationsstrahlgerät. Das spezielle Laufrad und der Düsenring ergeben einen leistungsstarken Antrieb mit hohem Drehmoment und hoher Drehzahl bei geringem Druckluftverbrauch.


Anspruch[de]
  1. 1. Rotationsstrahlgerät zur Erzeugung eines Strahles aus Strahlgut mittels eines Fluides,

    mit einer drehbar gelagerten Düse, die wenigstens eine Ausströmöffnung zur gerichteten Abgabe des Strahles aufweist,

    mit einem Zentralrohr zur Zuführung eines Gemisches aus dem Strahlgut und dem Fluid zu der Düse,

    mit einem pneumatischen Antriebsmittel zum Antrieb der Düse,

    dadurch gekennzeichnet, daß

    das Zentralrohr (7) bis zu der Düse (2) führt und

    daß das Zentralrohr (7) bezüglich der Düse (2) ruhend gelagert ist.
  2. 2. Rotationsstrahlgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentralrohr (7) einen Abschnitt aufweist, der in einen kegelstumpfförmigen Innenraum der Düse (2) ragt.
  3. 3. Rotationsstrahlgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (2) von einer das Zentralrohr (7) konzentrisch umgebenden Hohlwelle (18) getragen ist, die von dem Antriebsmittel (38) angetrieben ist.
  4. 4. Rotationsstrahlgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Zentralrohr (18) und der dieses umgebenden Hohlwelle (18) ein Ringspalt (19) ausgebildet ist, der zu beiden Enden der Hohlwelle (18) durch Dichtungsmittel (28, 46) abgedichtet ist.
  5. 5. Rotationsstrahlgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungsmittel (28, 46) ein Lamellendichtring ist.
  6. 6. Rotationsstrahlgerät nach Anspruch 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (2) über die Hohlwelle (18) mittels wenigstens zweier Kugellager (22, 23) gelagert ist und daß die Kugellager (22, 23) in einem Bereich angeordnet sind, der von dem strahlgutführenden Kanal (8) des Zentralrohres (7) durch die beiden Lamellendichtringe (28, 46) getrennt ist.
  7. 7. Rotationsstrahlgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung der Hohlwelle (18) spielfrei ausgebildet ist.
  8. 8. Rotationsstrahlgerät zur Erzeugung eines Strahles aus Strahlgut mittels eines Fluides,

    mit einer drehbar gelagerten Düse, die wenigstens eine Ausströmöffnung zur gerichteten Abgabe des Strahles aufweist,

    mit einem Zentralrohr zur Zuführung eines Gemisches aus dem Strahlgut und dem Fluid zu der Düse,

    mit einem pneumatischen Antriebsmittel zum Antrieb der Düse,

    dadurch gekennzeichnet,

    daß das Antriebsmittel (38) ein Laufrad enthält, das an seinem Umfang einfach gekrümmte Nuten (39) aufweist.
  9. 9. Rotationsstrahlgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (39) im Querschnitt rechteckig oder quadratisch sind.
  10. 10. Rotationsstrahlgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (39) im Querschnitt U-förmig sind.
  11. 11. Rotationsstrahlgerät nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad (38) mit einer die Nuten (39) radial nach außen schließenden Hülse versehen ist.
  12. 12. Rotationsstrahlgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaufrichtung und die Ausströmrichtung der Nuten (39) in Bezug auf die durch die Drehachse definierte Längsachse jeweils 30 bis 50 Grad beträgt.
  13. 13. Rotationsstrahlgerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaufrichtung und die Ausströmrichtung der Nuten 40 Grad in Bezug auf die Längsachse beträgt.
  14. 14. Rotationsstrahlgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (39) Wände aufweisen, die sowohl im Einströmbereich als auch im Ausströmbereich jeweils eine kreisbogenförmige Krümmung aufweisen, wobei die Krümmung im Einströmbereich von der Krümmung im Ausströmbereich verschieden ist.
  15. 15. Rotationsstrahlgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (39) Wände aufweisen, die sowohl im Einströmbereich als auch im Ausströmbereich jeweils eine kreisbogenförmige Krümmung aufweisen, wobei der Krümmungsmittelpunkt (M1) der Krümmung im Einströmbereich von dem Krümmungsmittelpunkt (M2) der Krümmung im Ausströmbereich verschieden ist.
  16. 16. Rotationsstrahlgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad (38) hohl ausgebildet ist.
  17. 17. Rotationsstrahlgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad (38) 30 bis 35 Nuten aufweist.
  18. 18. Rotationsstrahlgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Druckbeaufschlagung des Laufrades (38) ein ortsfest gehaltener Düsenring (31) vorgesehen ist, der wenigstens einen Zuströmkanal (36) aufweist, mittels dessen das Laufrad (38) druckbeaufschlagbar ist, und daß der wenigstens eine Zuströmkanal (36) eine Krümmung aufweist, die der Krümmung der Nuten (39) des Laufrades (38) entgegengesetzt ist.
  19. 19. Rotationsstrahlgerät nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausströmrichtung einen Ausströmwinkel von 40 bis 75 Grad, bezogen auf die durch die Rotationsachse bestimmte Längsachse aufweist.
  20. 20. Rotationsstrahlgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Abluftseite des Laufrades (38) ein ortsfest gehaltener Abluftring vorgesehen ist, der mehrere gekrümmte Kanäle aufweist, mittels derer der Abluft eine Dralländerung erteilbar ist.
  21. 21. Rotationsstrahlgerät nach Anspruch 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Gehäuse (3) aufweist, das radiale Auslaßschlitze (43) für die Abluft des Antriebsmittels (38) aufweist.
  22. 22. Rotationsstrahlgerät nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß den Auslaßschlitzen (43) ein poröser Festkörper (42) vorgelagert ist.
  23. 23. Rotationsstrahlgerät nach Anspruch 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (2) auswechselbar ausgebildet ist.
  24. 24. Rotationsstrahlgerät nach Anspruch 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (2) wenigstens eine bezüglich der Längsachse asymmetrisch angeordnete Strahlöffnung aufweist.
  25. 25. Rotationsstrahlgerät nach Anspruch 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Pistolengriff aufweist, der einen eine graduelle Betätigung zulassenden Auslöser aufweist.
  26. 26. Rotationsstrahlgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es wenigstens einen Luftkanal aufweist, über den das Zentralrohr an seiner Außenseite mit Druckluft beaufschlagbar ist.
  27. 27. Rotationsstrahlgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlwelle (18) wenigstens eine Auslaßöffnung (56) aufweist, die einen das Zentralrohr (7) umgebenden Raum (19) entlüftet.






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