本专利申请要求于2015年11月3日提交的申请号为62/250,067的美国专利申请的优先权，其通过引用并入本文。
本发明涉及旋转清洁设备，并且更具体地涉及特别适用于卫生环境（例如食品、乳制品和制药中的加工或储存罐行业）中的多轴旋转罐式清洁喷雾喷嘴组件。
背景技术：
旋转罐式清洁喷雾喷嘴组件需要复杂的多向驱动器来旋转喷雾喷嘴，以确保喷出的喷雾覆盖罐的所有区域。这种喷雾喷嘴组件需要很多部件，在每次使用之后，需要根据需要进行组装和拆卸以进行卫生清洁。喷嘴组件的螺纹部件在组装和拆卸时特别麻烦，并且这种连接的螺纹必须与处理液体可靠地密封。密封泄漏会导致污染和细菌积聚在难以根据卫生标准清洁的螺纹内。
这种喷雾喷嘴组件通常具有垂直定向的固定壳体，该固定壳体在上端具有液体入口，旋转壳体支撑在下端以围绕固定壳体的中心轴线相对旋转，以及喷嘴承载毂，其被支撑在旋转壳体径向外部，用于围绕横向于固定壳体轴的轴线旋转。喷嘴承载毂通常由固定壳体和喷嘴承载毂之间的锥形齿轮驱动旋转驱动，由于其角度的相互作用可能难以加工、维修和清洁。
由于喷嘴承载毂用作这种喷雾喷嘴组件的旋转壳体的径向延伸，所以在旋转壳体的旋转期间，负载承载轴承可以承受相对较高的应力。这会导致磨损、维护、故障和昂贵的轴承更换。
技术实现要素：
本发明的一个目的是提供一种旋转罐式清洁喷雾喷嘴组件，其适于快速和容易地组装和拆卸，以促进频繁的卫生清洁。
另一个目的是提供一种如上所述特征的旋转罐式清洁喷雾喷嘴组件，其能够由未经培训的人员容易地装配和拆卸，并且其部件适合于彻底的卫生清洁。
另一个目的是提供一种上述类型的旋转罐式清洁喷雾喷嘴组件，其中组件的部件没有螺纹连接和用于这种螺纹连接的相关密封件。
另一个目的是提供这样的旋转罐式清洁喷雾喷嘴组件，其具有在固定壳体和喷嘴承载毂之间的锥齿轮驱动器，其适于更容易地制造、修理或更换以及清洁。
另一个目的是提供一种旋转罐式清洁喷雾喷嘴组件，其在喷雾喷嘴组件的操作期间使负载承载轴承的过度应力最小化。
另一个目的是提供一种旋转罐式清洁喷雾喷嘴组件，其具有负载承载轴承，该负载承载轴承不易受到过度应力磨损、故障以及昂贵的维护和更换的影响。
另一个目的是提供一种旋转罐式清洁喷雾喷嘴组件，其中负载承载轴承减轻与应力有关的磨损并促进轴承和喷雾喷嘴组件的自我清洁。一个相关的目的是提供一种喷雾喷嘴组件，其中负载承载轴承在负载下表现出较低的摩擦阻力。
另一个目的是提供一种旋转罐式清洁喷雾喷嘴组件，其具有易于组装和拆卸以进行清洁和维护的负载承载轴承。
另一个目的是提供一种这种类型的旋转罐式清洁喷雾喷嘴组件，其结构相对简单并且适于经济的制造。
附图说明
通过阅读以下详细描述并参考附图，本发明的其它目的和优点将变得显而易见，其中：
图1是根据本发明的说明性喷雾喷嘴组件的透视图；
图2是图1中所示的喷雾喷嘴组件的放大垂直截面；
图3是所示喷雾喷嘴组件的分解图；
图4是根据本发明的喷雾喷嘴组件的替代实施例的垂直截面；
图5是可用于所示喷雾喷嘴组件中的轴承的一个实施例的放大透视图；
图5a是图5中所示的负载承载轴承的后视图；
图5b是图5所示的轴承的垂直截面；
图6是可用于所示喷雾喷嘴组件的负载承载轴承的替代实施例的透视图；
图6a是图6所示的轴承的前视平面图；
图6b是图6a所示的轴承的侧视图；
图6c是图6a中示出的轴承，沿线6c-6c的平面截取的横截面；以及
图6d是图6a中所示的轴承，沿线6d-6d的平面截取的的横截面。
尽管本发明容许各种修改和替代构造，但是其某些说明性实施例已经在附图中示出并且将在下面详细描述。然而，应该理解的是，下面描述并不打算将本发明限制于所公开的具体形式，而相反，本发明覆盖落入本发明的精神和范围内的所有修改、替代构造和等同物。
具体实施方式
现在更具体地参考附图，其中示出了根据本发明的示例性旋转喷雾喷嘴组件10。所示的喷雾喷嘴组件10基本上包括固定壳体11（在这个情况下是圆柱形的），固定到固定壳体11的上端的液体入口盖12，其具有上部圆柱形液体入口14，用于耦合到合适的清洁液体供应线15，支撑在固定壳体11的下端以相对于固定壳体11围绕固定壳体11的中心垂直轴线相对旋转的旋转壳体16，以及具有一对相对引导的液体排出喷嘴19的喷嘴毂18，所述液体排出喷嘴19由所述旋转壳体16支撑，用于围绕与旋转壳体16的旋转轴线横切的轴线进行相对旋转。
根据所示实施例的重要特征，喷雾喷嘴组件10的部件没有螺纹接头并且适于快速且容易地组装和拆卸以进行卫生清洁。在所示实施例中，旋转壳体16具有直角配置结构，包括具有上游垂直定向部分21和下游水平或直角部分22的圆柱形主体20。垂直定向部分21包括由下部垂直开口凸缘或唇部25围绕的直立的基本上圆柱形毂24，并且水平或直角部分22包括侧向突出的管状套筒26，管状套筒26在其上游端部处由水平开口的凸缘或唇部28包围。如将变得显而易见的，从液体入口14引导通过喷雾喷嘴组件10的清洁液体将穿过垂直部分21的直立圆柱形毂24的水平开口29，以便液体通过旋转壳体16内的直角通道30并通过旋转壳体16的直角或水平管状套筒26中的径向开口31离开，喷嘴毂18被支撑在其上以用于相对旋转。在这种情况下，直角通道30包括垂直定向部分21中的垂直通道部分30a和直角或水平管状套筒26中的水平通道部分30b。
为了将喷嘴毂18保持在旋转壳体16上，提供了快速断开接头，其包括毂盖35，该毂盖具有可放置在喷嘴毂18的外端部中的凹部38内的增大直径的外端部36和延伸进入并穿过旋转壳体16的管状套筒26的较小直径开口端部管状部分39。为了可释放地将毂盖35和喷嘴毂18保持在旋转壳体18的直角管状套筒26上，提供快速断开保持夹40，其具有基本上u形的构造，其中一对悬垂腿40a分别定位成穿过旋转壳体16中的相应孔，在这种情况下，当从上方观察时，旋转外壳16中的孔布置在环形唇缘28的直径内，进入直角通道30中，用于与毂盖35的管状部分39的相对侧中的凹槽或槽44（图3）相互作用。毂盖35因此被保持在旋转壳体16的直角管状套筒26中的组装位置中，并且因此喷嘴毂18被保持在直角管状套筒26上的安装位置中，同时允许喷嘴毂18的相对旋转。
毂盖35的管状部分39具有开口上游端部，用于允许将通过旋转壳体16的直角通道30引导的清洁液体连通到毂盖圆柱形部分39内，并通过其中的径向开口50被保持夹40保持与旋转壳体16的管状套筒26中的径向开口31对齐。
喷嘴毂18形成有围绕旋转壳体16的管状套筒26的内部环形腔室51，经过对齐开口31、50的液体被引导到所述腔室中，并且液体通过喷嘴19从所述腔室向外引导以排放到罐或容器以被清洗。在毂盖35的扩大的圆柱形端部36与喷嘴毂18之间设置环形衬套密封件52，同时允许喷嘴毂18的相对旋转。因此，可以看出，引导到旋转壳体16的垂直部分24的径向开口29中的液体将穿过直角通道30以用于液体径向向外地穿过毂盖35的对齐的孔50、31以及旋转壳体16的直角管状套筒26并且继而穿过毂18的喷嘴19并从轮毂18的喷嘴19排出。毂盖35保持喷嘴毂18，同时允许喷嘴毂18相对于旋转壳体16自由旋转。
为了便于喷嘴19的清洁和检查，喷嘴19也通过各自的快速断开接头可拆卸地固定到喷嘴毂18上。为此，喷嘴毂18具有一对向外突出的管状出口55，喷嘴19分别位于该对向外突出的管状出口55上并由相应的保持夹56保持，保持夹56可通过管状出口55和喷嘴19中的对齐的孔定位并且围绕喷嘴19被保持。在这种情况下，液体稳定叶片58被支撑在每个管状出口55内，用于减少湍流并且在液体流被引导到并穿过相应喷嘴19时稳定液体流动。
为了使旋转壳体16相对于固定壳体11旋转，提供液体驱动的驱动器，其包括安装在固定壳体11内的液体导向定子60，用于切向引导通过入口14引入的液体，以旋转地驱动下游转子61联接到旋转壳体16的圆柱形毂24的上部驱动套筒或部分62。在这种情况下，定子60支撑在由固定壳体11中的向上开口的沉孔限定的内部环形座凸缘65（图3）上。在这个情况下，定子60形成有多个周向间隔开的叶片，用于将切向分量施加给从定子60引导的液体，以用于常规方式撞击和驱动转子61的外部静脉68。
根据该实施例，转子61通过快速断开接头固定到旋转壳体16。在这种情况下，转子61具有悬垂的环形杆69（图3），并且快速断开接头包括u形销或保持器70，该u形销或保持器70具有一对腿部，该对腿部可以通过转子61的悬垂杆69的相对侧上的对齐的孔71以及通过旋转壳体16的向上延伸的环形驱动套筒62的相对侧上的外部凹槽72来定位。在销70就位的情况下，转子61的旋转驱动运动将使旋转壳体16旋转。
根据该实施例，旋转壳体16的驱动部件适于快速断开组装和拆卸，同样便于清洁。为此，旋转壳体12及其驱动部件通过直立的杆或销80被支撑在固定壳体11中，该直立的杆或销80居中地穿过旋转壳体16的垂直部分21并且通过转子61和定子60进入固定壳体11。直立的支撑杆80具有放大的底盖或端部81，其可定位在旋转壳体12的底部开口83中以封闭底部开口22。推力轴承84插入在支撑杆80的底盖81与旋转壳体的底部开口83之间，用于密封旋转壳体16的底部开口83，同时便于相对于支撑杆80及其底盖81的相对旋转。细长环形衬套85也插入在转子61和支撑杆80之间，以用于促进相对旋转，并且圆柱形衬套87设置在固定壳体11和旋转壳体16之间。
为了将支撑杆80的上端固定到定子60，定子60具有整体向上延伸的圆柱形杆83，支撑杆80的上端延伸通过该圆柱形杆83。支撑杆80和定子杆82的上端分别具有孔84、85，孔84、85可以通过保持器夹86以对齐的关系被固定，该保持器夹86具有穿过孔84、85定位的腿或销86a以及围绕杆82的环绕部分86b。
在组装状态下，已经发现，当通过杆80支撑旋转壳体16和喷嘴毂18的重量以及引导到喷雾喷嘴组件中的液体的压力时，定子60和支撑杆80被保持在固定壳体11的环形座凸缘65上而没有相对旋转并且没有附加的紧固装置。或者，可以在定子60与固定壳体11之间设置互锁凸耳。
在执行该实施例的另一特征时，提供用于喷嘴毂18的旋转驱动器，其包括分别通过相应的断开连接器分别固定到旋转壳体16和喷嘴毂18的一对单独的环形锥形齿轮环90、91。环形锥形齿轮环90包括锥形齿轮90a的下部环形阵列和减小直径的上部环形安装轮缘92，用于定位在固定的圆柱形壳体11的底部内。为了可松开地将锥齿轮90固定到固定壳体11上，提供了u形保持器夹94，其具有通过邻近固定壳体11底部的对准孔95和锥形齿轮环90的轮缘92的相对侧上的外部槽96（图3）定位的腿部。为了便于锥形齿轮环90的轮缘92在固定壳体11内正确定位，其中孔95和槽96处于对齐关系，环形轮缘92可以设置有一个或多个突出的尖头，该尖头位于从底部轴向向上延伸的固定壳体11的内侧上的相应的对准凹部中。通过固定在固定壳体11内的锥形齿轮环90，向下突出的锥形齿轮90a被保护地设置在旋转壳体16的上部开口环形凸缘25内。
喷嘴毂锥形齿轮环91包括位于喷嘴毂18的上游端内的安装轮缘100和面向固定壳体11的锥形齿轮91a环形阵列。为了与固定壳体11的锥形齿轮环90的锥形齿轮90a起相互作用，以用于通过快卸接头将锥形齿轮环91固定到喷嘴毂16上，再次提供u形保持器101，其具有通过喷嘴毂18中的对齐的孔102可定位的腿部和在锥形齿轮环91的安装轮缘100的相对侧中的相对的槽104。细长的环形密封件和轴承105插入在锥形齿轮环91与旋转壳体16的管状套筒26之间，用于密封喷嘴毂18的上游端，同时促进喷嘴毂18相对于旋转壳体的相对旋转。锥形齿轮环91的锥形齿轮91a基本包含在旋转壳体16的环形凸缘或唇缘28内。
为了便于接近喷雾喷嘴组件10的内部部件以进行快速拆卸和清洁，在进一步与该实施例保持一致的情况下，液体入口盖12通过快卸接头固定到固定壳体11，该快卸接头包括u形形夹子或保持器110，其具有可通过固定壳体11的上端中的对齐的孔111和通过液体入口盖12的直径相对侧中的侧保持槽112定位的腿部（图3）。通过保持夹110的腿部固定在固定壳体11的上端内并设置在相对的槽112内，液体入口盖12牢固地固定到固定壳体11的上端，但可以容易地从固定壳体11通过抽出夹子110以允许进入组件内部。用于旋转壳体支撑杆80的保持夹86然后可以容易地移除，以允许旋转壳体16和喷嘴毂18从固定壳体11抽出，以便通过所描述的驱动部件的快卸接头容易地拆卸和清洁。在这种情况下，盖12的液体入口14通过快速断开夹子115固定到液体供应管线15，快速断开夹子115具有水平腿115a，该水平部115a可定位成穿过管状构件和液体供应管线的上端中的排孔，以及围绕保持在管状入口14的减小直径部分内的环绕保持部分115b。
根据该实施例的又一个特征，本领域技术人员将会理解，固定壳体11基本上是易于制造的圆柱形管状构件。此外，通过在管状固定壳体11的相对端形成沉孔和定子座表面65，固定壳体可以在不考虑顶端或底端上的哪一端的情况下进行组装。
参照图4，示出了旋转罐式清洁喷雾喷嘴组件10a的另一个实施例，其具有负载承载轴承，该负载承载轴承在旋转喷雾喷嘴组件的操作期间不易受到过度的应力和磨损。已经给出了与上述类似的部分相似的附图标记。旋转喷雾喷嘴组件10a具有固定壳体11，固定壳体11具有固定在固定壳体11的上端的液体入口盖12以及通过支撑杆80保持在固定壳体11的下端的旋转壳体16a，该支撑杆80在固定壳体11的上端固定到类似于上述固定的定子60。
在该实施例中，旋转壳体16a承载并可旋转地支撑一对径向相对的喷嘴支撑毂18，使得在喷雾喷嘴组件10a的旋转操作期间，反作用在喷雾喷嘴组件的结构和轴承上的应力被最小化。为此，与上述类似的毂18和喷雾喷嘴19安装在旋转壳体16a的径向相对侧上。首先将看到，在旋转壳体16的旋转过程中，与支撑杆80和旋转壳体16的旋转轴线同心设置的轴承和衬套84a、85和87上的径向力倾向于相互抵消，以减少轴承应力和磨损。
在进一步执行该实施例中，喷雾喷嘴组件10a的负载承载轴承在喷雾喷嘴组件的操作期间进一步或受到相对较高的应力的情况下具有不易磨损、失效、以及昂贵的维护。举例来说，可以看出，支撑杆80的端部81与旋转壳体16的下侧之间的环形轴承84a支撑旋转壳体16、两个旋转毂18和喷雾喷嘴19的相当大的重量，以及由被引导通过转子壳体的加压液体产生的力，并且由于在轴承84a上的这种加载，在喷雾喷嘴组件10a的操作期间，轴承可能承受相对较高的应力。为了适应该负载，轴承84a具有在喷雾喷嘴组件10a的操作期间在负载下表现出特别低的摩擦阻力的构造。
所示的轴承84a，如图5-5b最佳所示，具有单件塑料截头圆锥体结构，其具有垂直于旋转壳体16和支撑杆80的中心轴线的下游和上游端面120、121以及与旋转壳体和支撑杆的中心轴线成锐角定向的锥形内侧和外侧支承表面124、125，在这个情况下，角度为大约45度。在这个情况下，锥形侧轴承侧表面124、125安装在支撑杆底盖81和旋转壳体16的相互倾斜的支承表面之间。在这个情况下，底盖81的外周唇缘包围轴承的大直径端面120。在这种布置中，可以看出旋转壳体16、毂18和轴承84a上的喷嘴19的重量负载作用在锥形轴承表面124、125上，在此情况下相对于中心轴线成45度，横向和轴向地转移应力以最小化轴承84a上的轴向负载和由旋转壳体16在支撑杆80上的相对旋转引起的摩擦力。
根据该实施例，锥形内轴承表面124和外轴承表面125具有液体通路和腔室，用于接收通过喷雾喷嘴组件引导的清洁液体，该液体通道和腔室用作辅助轴承表面，用于进一步减轻轴承上的摩擦负载。通道和腔室进一步能够排出卫生操作和轴承表面清洁所需的清洁液体。在所示实施例中，内轴承表面124和外轴承表面125各自形成有相应的环形或径向腔室或凹部130，以及在截头圆锥形轴承表面124、125的相对的轴向端部之间通过径向腔室连通的多个直线槽或凹部131。在喷雾喷嘴组件100的操作过程中，将看到，通过喷雾喷嘴组件并且特别是通过旋转壳体16的通道30a、30b引导的清洁流体的一部分将通过线性通道131移动到径向腔室130，然后从支撑杆80的底盖81排出。已经意外地发现在轴承的内侧和外侧上的径向腔室130中的清洁液体充当次级轴承表面，从而进一步减轻了表面124、125上的轴向负载。轴承84a优选地由硬质、耐磨且耐化学腐蚀的塑料材料制成，其本身在负载时表现出低摩擦。
在这个情况下，类似于84a的轴承52a插入在每个毂盖35的端部36与其相关联的旋转毂18之间。在喷雾喷嘴组件10a的操作中，由于端盖35的上游端由保持夹40固定到旋转壳体，并且通过旋转壳体16和端盖35引导的加压液体，所以在端盖35和旋转毂18之间可能发生相对较高的应力，使得承载旋转毂18的喷嘴以相对较高的力被推靠在轴承52a上。类似于轴承84a的轴承52a由硬质塑料材料制成并且形成有线性通道和径向腔室130、131，所述线性通道和径向腔室130、131在喷雾喷嘴组件的操作期间接收清洁液体，以减轻轴承表面上的负载。
参照图6-图6d，示出了轴承84b的替代实施例，其可以在所示喷雾喷嘴组件10、10a中的高轴承负载位置处使用，例如结合轴承84a、52a所描述的。在这种情况下，轴承84b是滚柱轴承，其包括优选地由塑料制成的单件截头圆锥形构造的保持架140和多个优选地由不锈钢制成的辊子141，辊子141被安装以用于在环形保持架140内相对旋转运动。辊子141在这个情况下是直的圆柱形辊子，在相对端具有轴向圆柱形安装杆142（图6c）。或者，可以理解的是，辊子可以是锥形的。
保持架140具有截头圆锥体形状，其具有外侧和内侧表面145、146，该外侧和内侧表面145、146相对于中心轴线成大约45度的角度渐缩，并且形成有多个周向间隔开的空腔或开口149，用于接收相应的辊子141。为了安装辊子141，保持架140的轴向端部各自具有向内渐缩的壁150、151，其形成有直径与滚动轴承杆142的直径相对应的环形凹部154和稍小宽度的进入通道部分155（图6a）。通过将杆147压配合到各自的环形凹部154中，辊子141可以被组装到保持架中，其将辊子141捕获地保持在安装位置。辊子141的直径使得它们突出穿过保持架140的内侧和外侧上的相应腔室149并且与保持架类似地成角度以在支撑杆80的端盖81与旋转壳体16之间提供滚柱轴承支撑。类似的轴承52b可以用在轮毂盖35和转子毂35之间，或者喷雾喷嘴组件的相对运动部件之间的其他高负载位置。在辊子140与旋转轴线成一定角度的情况下，它们再次适应径向、轴向或组合负载。形成轴承保持架140的腔室还便于清洁液体流过保持架140并围绕辊子141流动以用于轴承清洁、润滑和排水。辊子141还可以容易地移除并重新安装在保持架140内以进行清洁、维护或更换。
从上文可以看出，提供了一种旋转罐式清洁喷雾喷嘴组件，其适于快速且容易地组装和拆卸以便于频繁清洁。这可以通过未经培训的人员来完成，并且喷雾喷嘴组件的易拆卸部件没有螺纹连接，可以使其自身进行彻底的卫生清洁。固定壳体和喷嘴毂的单个锥形齿轮环更加便于制造、维修或更换以及清洁。喷雾喷嘴组件还可以具有自润滑和排水的负载承载轴承，用于在喷雾喷嘴组件的操作期间使应力和磨损最小化。