9. Strahldüsen
Die Entwicklung der Strahldüsen ist einmal werkstoffseitig, zum anderen
von der Form der Düse her zu betrachten. In früheren Zeiten wurden
nur kurze Düsen aus Grauguss, später aus Stahl- und Temperguss
eingesetzt. Erst die Hartmetalltechnik hat es ermöglicht, verschleißfestere
Düsen herzustellen.
Während man früher von Tagesdüsen sprach, wobei die Lebensdauer
bereits in dieser Bezeichnung zum Ausdruck gebracht wurde, spricht man heute
hauptsächlich von Venturi- oder Laval-Düsen.
Gussdüsen waren einem sehr hohen Verschleiß unterworfen, was
den Nachteil mit sich brachte, dass die Ausströmöffnungen stündlich
größer wurden und somit der angeschlossene Kompressor in seiner
Liefermengenleistung nicht mehr ausreichte, sodass der Druck vor der Düse
rapide abfiel und damit die Strahlleistung ebenfalls erheblich zurückging.
In einer kurzen Übergangsphase wurden dann Porzellandüsen eingesetzt,
die eine Standzeit von 20 – 25 Stunden hatten.
Ein weiterer Nachteil von Düsen mit kurzer Standzeit besteht darin,
dass die Aus-strömöffnung nicht gleichmäßig rund, sondern
meist oval verschleißt, wodurch der Sandstrahl erheblich in seiner
laminaren Strömung beeinflusst wird. Mit der Verwendung von Hartmetallen
wie Wolframcarbid und Borcarbid ist der Verschleiß der Düsenbohrung
des An- und Ausströmkanals erheblich verzögert worden. Standzeiten
von 500 – 1.000 Stunden sind heute durchaus üblich, vorausgesetzt,
dass die Düsen vor Erschütterungen durch Klopfen bewahrt werden.
Das sehr spröde Hartmetall bekommt durch Schlagwirkung feinste Haarrisse,
die durch den scharfen Strahl sofort ausgewaschen werden.
Die Herstellungsmethode des Hartmetallkörpers ist das Sintern. Mit
der Einführung der Sintertechnik konnte die Düse so ausgebildet
werden, dass ein entsprechender Einlaufkonus (Anströmwinkel) und ein
entsprechender Auslaufkonus aus einem Stück hergestellt werden konnten.
Da erinnerte man sich der Theorie von Laval, der bewiesen hatte, dass nur
eine unendlich lange Düse es möglich machte, Druck völlig
in Geschwindigkeit umzusetzen, weil eine 100% Umwandlung von Druck in Geschwindigkeit
nicht schlagartig möglich ist.
Für die Auswahl der optimalen Strahldüse sind drei Kriterien besonders
wichtig:
1. Die Größe der Einlassöffnung und die Länge der Düse
2. Die Form des Düsenkanals
3. Die Verschleißfestigkeit der Düse
Die höchste Austrittsgeschwindigkeit ergäbe sich durch einen Düsenkanal,
der unendlich lang wäre und eine Expansion des Druckes auf den absoluten
Austrittsdruck von 0 bar ermöglichen würde.
Das ist in der Praxis natürlich nicht möglich.
Eine lange Düse hat immer eine bessere Strahlleistung als eine vergleichbare
kurze Düse. Da die kurze Düse eine flexiblere Handhabung ermöglicht,
wird diese gerne für komplizierte und flexible Strahlaufgaben verwendet
und die geringere Strahlleistung akzeptiert.
Gustav de Laval hat hierzu die Laval-Form, d.h. die theoretisch optimale
Form einer Düse entwickelt, mit der höhere Austrittsgeschwindigkeiten
als die kritische Geschwindigkeit für Strahlmittel erzielt werden können,
weil im Auslaufkonus eine weitere Expansion erfolgt. Dieses Prinzip wurde
in der „Venturi – Düsen – Technik“ aufgegriffen.
Venturi Prinzip:
Die Funktionsweise ist relativ einfach:
Die Luft strömt durch einen Luftkanal. Der Luftkanal verengt sich zur
Mitte hin und weitet sich dann wieder zu einem größeren Durchmesser
auf.
Der Luft, die durch diesen Venturi-Kanal hindurchströmt, stellt sich
in der Mitte der Querschnittsverengung ein Widerstand entgegen. Die Geschwindigkeit
der durchströmenden Luft nimmt mit zunehmender Verengung des Querschnitts
zu und erreicht an der engsten Stelle ihren bisher höchsten Wert.
Wenn sich an der engsten Stelle der Düse ein so genannter kritischer
Druck einstellt, muss der Querschnitt der Düse ab hier wieder zunehmen,
um die bisher erreichte Geschwindigkeit weiter zu erhöhen.
Luft-Austrittsgeschwindigkeiten bei Strahldüsen
mit geradem Austritt liegt bei ca. 120 – 150
m/s
mit lavalförmigen Austritt liegt bei über 330 m/s
bei einem Betriebsdruck von 7 bar an der Düsenöffnung.
Das beigemischte Strahlmittel kann jedoch diese Geschwindigkeit des Luftstromes
infolge seiner Form und Masse nicht annehmen, sodass die tatsächliche
Ausströmgeschwindigkeit des Strahlmittels geringer ist.
Strahlmittel-Austrittsgeschwindigkeiten bei Strahldüsen
mit geradem Austritt liegt bei ca. 80 – 90 m/s
mit lavalförmigen Austritt liegt bei
ca. 160 – 240 m/s
Damit die optimale Strahlmittel-Austrittsgeschwindigkeit erreicht wird,
muss sichergestellt sein, dass die Strahldüsen entsprechend ihrem Durchmesser
mit ausreichend Druckluft versorgt werden. Wie hoch die mindestens erforderliche
Druckluftmenge (Volumenstrom) in Abhängigkeit vom Arbeitsdruck und
Düsendurchmesser sein muss, wird in der Düsentabelle dargestellt.
|
Nord
