Die vorliegende Erfindung betrifft eine Düsenanordnung gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
An bekannte Düsen zur Aufnahme und zum Abtransport von Teilchen wie Sand, Staub Verpackungs- und Isoliermaterial oder von Strömungsmitteln (strömungsfähigen Medien) wie Gasen, realen Flüssigkeiten oder pulverförmigen Stoffen etc., sind in der Regel Verdichter angeschlossen, welche ein Transportmedium beschleunigen. Entsprechende Absaugvorgänge erfordern hohe Saugleistungen um die notwendigen Zugkräfte zu erzeugen, verursachen meist einen grossen Lärm und befördern das Transportgut zudem mit einem beträchtlichen Energieüberschuss an den Zielort.
In der Folge werden beispielsweise Staubpartikel durch Filter hindurchbefördert, so dass ein Reinigungsvorgang in praxi oft nur in einem physikalischen Trennen von grösseren und kleineren Teilchen resultiert; der durch die Filter dringende Staub wird bloss umgelagert.
Eine Düse gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist bekannt (US -A- 4,018,483). Dabei wird eine Druckströmung über einen breiten Düsenspalt auf eine Arbeitsfläche umgelenkt, so dass von dieser Abfälle, Staub, Gras, Wasser etc. angehoben werden. Durch ein, ebenfalls im Düsenspalt, auf der dem Druckrohr gegenüberliegenden Seite endendes Saugrohr, werden die Teile eingesammelt. Über dem Düsenspalt befindet sich eine Fläche, welche in das Saugrohr übergeht und welcher ein Coandaeffekt zugeordnet ist. Durch Abrisskanten und weitere Mittel wird eine gezielte Turbulenz der Strömung im Spalt erreicht, was die Aufnahme der Teile erleichtert.
Diese Düse weist aufgrund von Eckumlenkungen der Strömung hohe Energieverluste auf; die Strömung erfährt zusätzlich im breiten Düsenspalt eine Abschwächung und eine weitere Umlenkung. Der Coandaeffekt ist nur partiell und einzig im Saugbereich genutzt.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zu schaffen, die den Nachteil des Bekannten nicht aufweist.
Die erforderliche Verdichterleistung soll gegenüber den bekannten Sauganordnungen kleiner sein und zudem optimal genutzt werden; das Transport-Strömungsmittel muss leicht an die jeweilige Aufgabe, d.h. an die zu transportierenden Teilchen und/oder gleich- oder andersartigen weiteren Strömungsmittel, auch unter wechselnden Betriebsbedingungen, während ihres Einsatzes, anpassbar sein.
Die vorliegende Aufgabe wird durch die Düsenanordnung gemäss dem Merkmal des Patentanspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäss erfolgt dabei eine gezielte Führung des Transportmediums unter Ausnutzung des an sich aus der Fluidmechanik bekannten Coanda-Effektes.
Ein wesentlicher Vorteil dieser Lösung besteht darin, dass die durch die geführte Druckströmung erzeugten Scherkräfte die aufzunehmenden Teilchen und/oder weiteren Strömungsmittel von ihrer Unterlage befreit und in Bewegung versetzt, so dass sie dann leichter, dies bedeutet mit weniger Energie und bei geringeren Geschwindigkeiten, transportiert werden können.
Zweckmässigerweise ist dabei die Saugströmung mengenmässig grösser als die Druckströmung.
Die im Anspruch 1 beispielshaft aufgeführten Trennmittel sind keineswegs abschliessend zu betrachten; sie können durch andere, an sich bekannte, verfahrenstechnische Mittel und chemisch/physikalische Verfahren wie Ionenaustauscher, Kältefallen etc. ergänzt oder ersetzt werden.
In nachfolgenden abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes beschrieben.
Das Abrissteil gemäss Anpruch 2 dient der gezielten Wirbelbildung und Strahllenkung und wird vorteilhafterweise zusätzlich zu einer Abrisskante vorgesehen.
Gemäss Anspruch 3 kann im Bereich des Düsenspaltes ein Pulsator befestigt werden, der elastisch oder gelenkig angeordnet ist. Dieser Pulsator bewirkt der Ablösung der Coanda-Strömung dienende, impulsartige Turbulenzen im Arbeitsbereich. Dadurch werden gezielt instationäre Vorgänge erzeugt, welche eine entsprechende, aufwendige Steuerung der Druckströmung ersetzen.
Die weiterentwickelte Anordnung nach Anspruch 4 erlaubt eine Anpassung der Strömungen an die Arbeitsbedingungen und an die zu befördernden Medien. Ebenfalls lassen sich, unter Verwendung geeigneter Stellglieder, die Strömungsverhältnisse im Betrieb regeln.
Die zusätzlichen Bohrungen oder Spalte gemäss Anspruch 5 haben den Vorteil, dass sie die Strömung im Arbeitsbereich verstärken.
Nach Anspruch 6 wird eine angetriebene oder autorotierende Bürste angesetzt, die entweder direkt die zu bearbeitende Unterlage berührt, oder sich oberhalb dieser Unterlage befindet und nur die Strömungen in Querrichtung beeinflusst und dadurch die zu transportierenden Medien aufzunehmen hilft.
Die vorteilhafte Weiterbildung nach Anspruch 7 zeichnet sich durch ihre unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten im selben Druck-Düsenteil aus, was sich insbesondere positiv auf die Förderleistung der Anordnung bei leichten Teilchen auswirkt.
Der Anschluss von Druck- und Saugleitung an eine gemeinsame Antriebseinheit, Anspruch 8, ist besonders energiesparend und wirkt sich neben der hohen Wirschaftlichkeit auch positiv auf die Lärmemission aus.
Besonders bewährt haben sich seitliche Öffnungen im Saugdüsenteil, welche hier eine schraubenförmige Strömung generieren, die dem Abtransport der Strömungsmittel und von eventuellen Teilchen förderlich ist, Anspruch 9.
Eine bevorzugte Verwendung des Erfindungsgegenstandes ist in mobilen Reinigungsmaschinen für begeh- und befahrbare Flächen zu sehen, Anspruch 10.
Die Verwendung des Erfindungsgegenstandes in Sandauffangbec-ken und zur Reinigung von Schwimmbecken wirkt sich ebenfalls besonders effizient aus.
Die Trocknung und Entgasung nach Anspruch 11 ist in der allgemeinen Verfahrenstechnik, aber auch im Hoch- und Tiefbau (Strassenbau) von Wichtigkeit.
Ebenfalls für die Verfahrenstechnik ist die Verwendung gemäss Anspruch 12 vorteilhaft; günstig erscheint sie insbesondere auch für Trennvorgänge im Recycling von Stoffen unterschiedlicher Dichte und Strömungswiderstände.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von charakteristischen Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei die genannten Strömungsmittel selbstverständlich jeweils durch andere ersetzt werden können. In sämtlichen Zeichnungen sind gleiche Funktionsteile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Es zeigen:
In Figur 1 ist ein Druck-Düsenteil mit 1 bezeichnet; ein Saug-Düsenteil mit 2. Das Druck-Düsenteil 1 ist an die Druckleitung 3 angeschlossen, wobei die längliche Verbindungsöffnung 4 zwischen der Leitung 3 und dem Druck-Düsenteil 1 als Durchgang dient. Das Saug-Düsenteil 2 ist mit der Leitung 5 für abgesaugte Strömungsmittel, eventuell mit abgesaugten festen Teilchen, über eine längliche Verbindungsöffnung 6 zwischen der Leitung 5 und dem Saug-Düsenteil 2 verbunden. Zwischen den Enden der Düsenteile 1 und 2 befindet sich ein Düsenspalt 7. Beide Düsenteile 1 und 2 werden entlang eines inneren Rohres 8 geführt. Von der äusseren Seite sind die Düsenteile durch äussere Führungswände 9 gebildet. Die linke äussere Führungswand ist nach aussen, das bedeutet nach unten gebogen und bildet somit einen Rand 9a. Mit dem Bezugszeichen 10 ist eine Druckströmung symbolisiert, mit dem Bezugszeichen 10a eine Saugströmung. Eine Verstrebung 11 fixiert die Leitungen 3 und 5. Ein Steg 12 verbindet die genannten Leitungen 3 und 5 mit dem zentralen Rohr 8.
Die inneren Führungswände, gebildet durch das Rohr 8, wie auch diejenigen der Wand 9, sind glatt ausgebildet.
Eine strichpunktiert gezeichnete, gedachte Ebene E ist vom Düsenspalt 7 in ihrer Lage bestimmt; die Druck-Düse 1 beaufschlagt diese - gedachte - Ebene unter einem spitzen Winkel, mit a bezeichnet.
Die an den glatten Flächen F sich einstellende Coanda-Strömung erfährt mittels einer Abrisskante K eine brüske Richtungsänderung und verusacht eine gewollte Wirbelbildung im Arbeitsbereich der Anordnung.
Aus Anschaulichkeitsgründen sind zudem an einigen Stellen der Anordnung Schweissnähte 13 dargestellt.
Fig. 2 zeigt die schon erwähnte Leitung 3 für abgesaugte Medien und die linke äussere Führungswand 9 mit dem nach aussen gebogenen Rand 9a. Ein flanschartiger Deckel 14, vgl Fig. 1, ist demontierbar, was eine Reinigung des Inneren ermöglicht. Ein weiterer Deckel 15, im linken Teil der Fig. 2, ist fest angeordnet. Mit der Bezugsziffer 16 ist ein Anschlussteil für die Leitungen 3 und 5 bezeichnet, welches in notorisch bekannter Weise der Kupplung mit Saug- und Druckleitungen dient, die zu einem nicht dargestellten Ventilator führen.
Fig. 3 zeigt eine Variante zu Fig. 1 und 2, bei der eine Druckluftleitung 3 mittig mittels des Anschlussteils 16a mit der Druckluft versorgt wird. Die äusseren Führungswände 9 verjüngen sich nach unten in Richtung zum Düsenspalt. - Wie in Fig. 2 sind wiederum Deckel 14 und 15 vorgesehen.
In analoger Weise lässt sich - hier nicht dargestellt - eine kugelförmige Lösung realisieren, wobei dann auch das innere Rohr 8 durch eine Kugel zu ersetzen ist.
In Fig. 4 ist ein nasenförmiger Winkel-Körper 21 angedeutet, der eine zusätzliche Verengung zwischen dem Düsenspalt 7 und der Oberfläche, die zu bearbeiten ist, bewirkt.
Fig. 5 zeigt einen nasenförmigen Körper 22, der gerundet und starr oder flexibel ausgebildet ist. Auch dieser ändert die Strömungsverhältnisse im Spalt 7, jedoch nicht in dem Ausmass, wie der vorher genannte Winkel-Körper 21.
Beide Körper 21 und 22 bewirken eine Richtungsänderung der Coanda- Strömung und dienen somit der gewollten instationären Wirbelbildung.
Fig. 6 zeigt die zu bearbeitende Fläche M sowie u.a. auch einen Pulsator 24, der elastisch oder gelenkig auf der Führungswand 9 befestigt ist und der Erzeugung von Schwingungen in der Strömung 10 und dadurch auch in der Strömung 10a dient.
Die Schwingungsrichtung des Pulsators 24 ist durch einen Doppelpfeil angedeutet.
Fig. 7 zeigt wiederum die zu bearbeitende Fläche M, und dazu einen Nebenstrom 23, der durch düsenförmige Löcher oder Längsschlitze 23a in der äusseren Führungswand 9 führt. Auch dieser Zusatzstrom 23 beaufschlagt den Arbeitsbereich der Düsenanordnung.
Ein zusätzlicher Überdruck p im Rohr 8 bildet über eine Bohrung 19 bzw. einen Spalt oder mehrere Bohrungen 19 eine weitere zentral in den Arbeitsbereich wirkende Strömung, symbolisiert durch einen gestrichelten Pfeil 20.
Der Überdruck p lässt sich leicht steuern und kann als Zusatzströmung intermittierend eingesetzt werden.
Fig. 8 zeigt eine rotierende Bürste 25, die in diesem Fall durch die Strömung 10 und 10a angetrieben ist. Es ist selbstverständlich auch möglich, dass diese mit einem Elektromotor oder beispielsweise einer Turbine, zusätzlich in Pfeilrichtung rotierend, angetrieben wird.
Diese Bürste hilft die festen Teilchen in den Bereich des Düsenspaltes 7 zu befördern, wo sie von der Saugströmung 10a erfasst werden.
Fig. 9 stellt die zweckmässige Teilung und Führung der Druckströmung durch eine Zwischenwand 26a (als fette Linie gezeichnet) mit den daraus resultierenden Geschwindigkeiten cl und c2 dar, wobei c1 > c2 ist. Dies wirkt im Düsenspalt optimal in Verbindung mit einem nach aussen gebogenen Rand 9a in der Führungswand und erhöht die Förderleistung der Anordnung.
Fig. 10 zeigt eine andere Variante der Düsenanordnung. Das Druck-Düsenteil 1 führt die Druckluftströmung 10 ins Zentrum des Düsenspaltes 7. Durch diese Anordnung wirkt die Scherkraft konzentrisch auf die Oberfläche der zu bearbeitenden Fläche M. Das Saug-Düsenteil 2 saugt aus dem Düsenspalt 7 die zu befördernden Medien unter Bildung axparalleler Wirbel - wie in der Zeichnung angedeutet - ab. Die äusseren Führungswände 9 bilden einen flachen Kasten, in welchem von oben die Rohre für die Druckströmung 10 und die Saugströmung 10a eingelassen sind. Das Saug-Düsenteil 2 besteht aus einem rohrförmigen Teil 2' und einem konzentrisch daraus hervorgehenden Leitflansch 2", welcher seitlich an die Kastenform der Führungswände 9 angepasst ist.
Wiederum stellt sich an den Flächen F die bereits beschriebene Coanda-Strömung ein und wird durch die Kanten K abgelöst.
Die Anschlussleitungen 30 für die Zirkulation führen die Saugströmung 10a in den Förder- und/oder Abscheider und/oder Kondensator 27, der mit einem Bypass 28 versehen ist. Weitere Anschlussleitungen 31 verbinden einen Verdichter 29 für die Rezirkulation mit dem Druckdüsenteil 1.
Durch in Fig. 10 nicht dargestellte seitliche Öffnungen 32, siehe Fig. 11 und Fig. 12, bevorzugt durch aus den Führungswänden 9 gebogene Lappen lässt sich die Wirbelbildung im Kasten beeinflussen.
Diese Möglichkeit ist in Fig. 11 und 12 skizziert, wobei in den Kasten hineingebogene Lappen mit 33 bezeichnet sind; die resultierende Wirbelströmung ist wiederum durch Pfeile 18 angedeutet.
Die sich einstellende zirkuläre Wirbelströmung ist in Fig. 11 mit W bezeichnet. Die in der Anordnung Fig. 12 gebildeten beiden Doppelwirbel, sind je mit W' charakterisiert.
Überraschend ist, dass der Erfindungsgegenstand, unter Anwendung des gleichen Prinzips, gute Erfolge bei geringer Leistung, beispielsweise bei der Reinigung von begeh- und befahrbaren Flächen, bei der Trocknung und/oder Entgasung von Oberflächen aber auch bei der gezielten Förderung von Flüssigkeiten zeigt.
Es ist selbstverständlich, dass die Art der Strömungs Rückführung über das selbe Antriebsaggregat auch bei den vorgängig beschriebenen Anordnungen möglich ist und Vorteile bietet.
Die konstruktive Ausgestaltung ist in weiten Grenzen frei und erlaubt auch Anpassungen an das gewünschte Erscheinungsbild (Design)·
Denkbar sind auch verfahrenstechnische Kreisläufe, bei denen beispielsweise ein inertes Transportmedium eingesetzt wird, welches durch Bypasse auf einem konstanten Konzentrationswert gehalten bzw. nachgespiesen wird.