本发明涉及一种用于排出压缩空气的喷嘴。
背景技术：
本部分的陈述仅提供与本公开有关的背景信息，并且可能不构成现有技术。
在各种工业过程中，需要冷却用于生产或加工工件的工件或装置。这样的冷却可能是必要的，例如，因为平行或预先进行的工艺步骤只能在高温下进行，或者因为必须在该温度下进行生产，例如通过摩擦进行。各种初级成形方法同样与加热有关。在注塑成型过程中，例如在高温下将热塑性材料注入模具中。由橡胶制成的部件的初级成形也在高温下进行以便允许或加速硫化。特别地，形成成形空腔的模具的那些部分因此通常必须连续地或反复地冷却。
只要相应的模具由金属构成，就可以通过使冷却液体(通常为水)通过模具内的通道来实现有效的冷却。由于金属具有良好的导热性，通过在通道区域中的主要仅局部进行的冷却来实现模具的有效整体冷却。然而，近来在初级成形领域已经增加使用“混合工具”，其中实际赋予形状的模具部分由插入框架的插入件形成。这里，这个概念设想同一个框架可以与不同的插入件一起使用。由于成本和时间节约的原因，在这种情况下，插入件通常在3d打印工艺中由塑料制成。框架可以由合成树脂铸造而成，但也可以使用金属框架。
在每种情况下，至少形成空腔的模具部分由导热性能差的材料组成，通常低于钢的导热性能约两个数量级。因此液体冷却，例如在金属模具的情况下，冷却效率低。然而，可以通过空气来实现模具(特别是插入件)的直接冷却。在这种情况下，压缩空气通过一个或多个喷嘴排出，并且以这种方式产生的气流被引导到待冷却的部分。原则上，可以通过增加流入空气的速度来增加传热递。这又是通过增加压力来实现的，尽管这是昂贵的。
美国专利号9,056,328b2公开了一种具有喷嘴的压缩空气枪，该喷嘴被拧到圆柱形套筒上。布置在套筒内的喷嘴旁边的是涡流发生器，该涡流发生器具有圆柱形主体和分别布置在其中的多个螺旋扭曲的壁。壁的形状旨在旋转正在传递到喷嘴的气流。
美国专利公开号2015/0366424a1公开了一种鼓风机装置的端部件，例如吹叶机，其中多个引导表面布置在外部管内。在此，引导表面尤其可以螺旋延伸。内管可以可选地设置在引导表面的内侧，其中整体的空气流一方面在内管内流动，另一方面在内管和外管之间流动。外部空气流通过引导表面的对齐而旋转。
美国专利公开号2010/0034604a1公开了一种借助于压缩空气来清洁加工孔的装置。这里，喷嘴布置在外套内，该外套置于机械加工的孔周围，并且可以插入该机械加工的孔中。喷嘴由管形成，管的端部部分被分成三个段，它们相互扭转并相互连接。在这里，在这些段之间设置有用于压缩空气的横向开口和中心端开口。由于各段的扭转，所产生的气流旋转，从而更有效地将切屑从机械加工的孔中吹出。
美国专利号9,296,277b2公开了一种用于机动车辆的通风系统的出口装置，其中，气流被分成中心通道内的第一分流和外通道内的第二分流。在外部通道内布置有多个螺旋的导流壁，从而气流在那里沿圆周偏转。通过一种阀门，可以将不同的气流成分输送给第一或第二分流。
de10336379a1公开了一种吸嘴，例如用于机动车辆的通风系统，该吸嘴具有吸管和流动通道，其中该流动通道在吸管的一端的区域中具有收缩部。在此设想，流动通道是弯曲的或弧形的设计，结果是通过它的空气产生涡流，这又导致流速增加和吸入效果的改善。
de3736448a1公开了一种用于将供给空气吹入室内的空气涡流出口，例如用于空调系统。这里，至少两个可枢转的旋流叶片的相互同轴的环被同轴地布置在空气引导通道内。由此可以通过每个环产生具有独立可调节涡流的相应的分流。
us美国专利号5,832,974a公开了一种具有夹持组件的吹气枪，该夹持组件包括主夹持器、夹具、补偿套筒和排气管。在此，被设计为套筒的夹具通过螺纹连接到主夹持器。拧在夹具上的补偿套筒具有一个锥形孔，以便沿中心方向推动夹紧带，从而牢固地夹紧排气管。在释放状态下，排气管可以在补偿套筒内移动并具有弯曲的端部区域。
美国专利公开号2016/0075309a1示出了一种鼓风装置，例如用于在车辆的挡风玻璃的区域中供应空气，该鼓风装置具有入口通道，从该入口通道处以t形分开的两个侧部分分别布置有螺旋延伸的导流壁。这里，两侧部分中的导流壁的旋转方向是相反的。在侧面部分上设置有出口，空气通过该出口大致切向地横向于侧部分的延伸方向被吹出。
鉴于所指出的现有技术，提供压缩空气的有效和有针对性的排出，特别是对物体的空气冷却，仍有待改进的余地。特别希望在尽可能低的空气压力下实现有效的空气冷却。
技术实现要素：
本公开提供了压缩空气的有效和有针对性的排放。
应该注意的是，在以下描述中单独提出的特征和措施可以以任何技术上可行的方式组合，并且引出本公开的进一步的形式。该描述额外地表征和指定了本公开，特别是结合附图。
通过本公开，可以提供用于排出压缩空气的喷嘴。这意味着，当喷嘴连接到合适的压缩空气供给时，其通常以气流的形式有针对性地吹出压缩空气或向外排出压缩空气。当然，喷嘴也可以用来排出其他压缩气体。也可以考虑例如通过喷嘴排出气体/液体混合物。然而，根据本公开的喷嘴主要用于压缩空气。因此，在下文中使用术语“压缩空气”的情况下，这也意味着可能使用其他气体或气体/液体混合物。特别地，喷嘴可以形成制造装置的一部分，其中它用于产生冷却气流。然而，还可以设想将喷嘴用作传统的吹气枪的一部分。
喷嘴具有圆周表面部分，该圆周表面部分从供给端延伸到排出端并且至少部分地轴向延伸。在此，供给端是向喷嘴供给压缩空气的端部，排出端是压缩空气被排出或排除的端部。在此，轴向尤其可以对应于喷嘴的中心轴线或对称轴线。通常，这定义了具有轴向、切向和径向的参考系统。典型地，圆周表面部分在其整个长度上沿着轴向方向延伸，尽管可以想象的是，例如其在朝向进给端的方向上它偏离该路线。但是，至少在排出端的方向上设有轴向的路线。在此，圆周表面部分至少在一个部分或多个部分中形成喷嘴的壳式外壁。特别地，其可以是圆柱体的圆周表面的形式，或者可以是管状的，尽管也可以设想棱柱或棱柱形的设计。通常在供给端和排出端之间在径向方向(即横向)上是闭合的设计，因此没有压缩空气可以从那里逸出。圆周表面部分可以具有用于与工具或一些其他部件(例如外六角形、内螺纹或外螺纹)接合的各种结构。
此外，喷嘴具有一体式制造的端部部分，该端部部分在排出端处从圆周表面部分径向向内延伸。端部部分布置在排出端并且邻接圆周表面部分。它通常刚性连接到所述部分，例如非强制联锁或材料连接。端部部分不仅可以一体地制造，而且也可以与圆周表面部分成一体。喷嘴的所有部分都可以用金属制造。对于这种情况下的生产，特别是可以使用诸如选择性激光熔化(slm)、选择性电子束熔化(sebm)或选择性激光烧结(sls)的增材制造方法。通过这些方法，可以通过将金属粉末分层施加并选择性地熔合或烧结来构建实质上任何形状的三维体。为此目的作用在金属粉末上的辐射根据待制造物体的预定数据(例如cam(计算机辅助制造)数据)来控制。如上所述，端部部分从圆周表面部分径向向内延伸，并且形成喷嘴的端面，而圆周表面部分形成圆周表面。
根据本公开，多个螺旋通道延伸穿过端部部分，每个螺旋通道至少在一个部分或多个部分中以切向方向倾斜，并且各自通向用于压缩空气的第一排出口。由于每个螺旋通道通向相应的第一排出口，因此设置多个第一排出口。其中的每一个都是压缩空气从喷嘴内部排出或排除所通过的开口。换句话说，每个第一排出口形成相应螺旋通道的出口。相应的螺旋通道穿过端部部分，即从远离排出端的开口(其可以被称为进气口)到相应的第一排出口。当然，螺旋通道在此沿轴向方向延伸，但是至少在一个或多个部分中沿切向方向倾斜。换句话说，当限定螺旋通道的相应的延伸方向时，所述通道具有轴向分量和切向分量。这包括在径向方向上额外倾斜的可能性。尽管描述了倾斜，但螺旋通道有时可以直线延伸。因此，“螺旋通道”的名称不应被限制性地解释。然而，通常每个螺旋通道至少在一个或多个部分中并且在一种形式中完全地以螺旋形状延伸(即根据螺旋状线或螺旋线)。这种螺旋线可以从中心轴延伸一个恒定的径向距离。切向倾斜可以是恒定的或沿着相应的螺旋通道是可变的。
为了增强端部部分内的空气引导，各个螺旋通道在一种形式中彼此分离，即在端部部分内的各个通道之间不存在连接。同时，每个螺旋通道的横截面在每个方向上可以具有相似的尺寸，由此针对特定横截面积可以使空气摩擦减小。具体而言，横截面可以类似于圆形(例如椭圆形)或圆形设计。就螺旋通道的数量而言，尽管设置了至少4个、至少6个或至少8个螺旋通道，但存在各种可能性。
由于螺旋通道的存在，通过所述通道出现的气流具有切向的——也就是说在某种程度上是周向的——速度分量，并且由于来自各个螺旋通道的空气流之间的相互作用，存在湍流涡流，通过该湍流涡流，当空气流被引导到物体时，热量可以以相当有效的方式从要被冷却的物体上消散。在这里重要的是气流不是以任意紊流的方式旋转，这会不利地降低其范围和可控性；相反，螺旋通道的适当布置意味着仍然有可能将气流选择性地引导物体的特定区域。还发现在各个气流之间甚至可以有协同作用，结果是气流从排气口排出后甚至可以加速，而不是变慢。即使使用较低的空气压力，也可以实现有效的冷却。因此允许的压力降低会导致相当大的成本节省。
在一种形式中，螺旋通道相对于彼此切向偏移布置。也就是说，螺旋通道关于中心轴线相对于彼此偏移一定的角度。这里尤其可能的是，各个螺旋通道具有相同的设计。它们可以关于中心轴线对称地布置，即与中心轴线相同的径向距离，并且相对于彼此以均匀的角度间隔布置。不言而喻，与所描述的对称性或螺旋通道的设计的均匀性的轻微偏差通常不会导致流动行为的任何显著变化。
根据一种形式，端部部分具有在螺旋通道径向外侧的多个轴向通道，这些轴向通道相对于彼此切向偏移，其中每个轴向通道通向用于压缩空气的相应的第二排出口。也就是说，在这种布置中，螺旋通道位于内侧，轴向通道相对于中心轴线位于外侧。因此，第一排出口沿径向位于内侧，第二排出口沿径向位于外侧。尽管螺旋通道如上所述切向倾斜，并且特别是可以是螺旋设计，但是轴向通道是直的设计。此外，它们平行于轴向-径向平面延伸，其中，尤其是它们可以平行于轴向方向延伸。因此，流过轴向通道并从第二排出口排出的压缩空气部分(其可以被称为外部分流)总体上没有切向加速度，并且因此不会有助于整体气流的旋转，或者不会与从第一排出口流出的气流(可以被称为内部分流)的程度相同。在这里可以有不同的效果，例如，外部的分流有助于压缩整个气流，因为它是集中的。此外，还可能发生的是，外部分流由内部分流引起，并且同样具有切向加速度。
轴向通道的横截面也可以在所有方向上具有相似的横向尺寸，也就是说尤其可以类似于圆形或圆周形。轴向通道可相对于中心轴线对称布置，因此相对于彼此以相等的角度间隔布置。所有的轴向通道可以具有相同的尺寸。就数量而言，原则上没有限制，但特别是可以设置至少八个、至少十个或至少十二个轴向通道。在此，第二排出口可以布置在端部部分的轴向凹入区域中。这样的凹入区域在供给端的方向上相对于邻接区域在轴向方向上缩回。特别地，轴向凹入区域可以被设计成以切向方式延伸，即呈环形设计的环形凹陷或通道的形式。
为了在喷嘴外部形成所需的流动分布，期望端部部分在螺旋通道的内侧上径向闭合设计。换句话说，螺旋通道在端部部分内形成最内部开口。在沿径向进一步即朝向中心轴线上的区域中，不存在其他开口，并且也可以说端部部分在那里是实心的。在这种情况下，螺旋通道可以围绕这个封闭的中心区域对称布置。
关于在流动方向上处在端部部分之前的喷嘴的区域，可以想到各种形式。根据一种形式，端部部分在供给端的方向上与用于引导压缩空气的引导通道邻接，所述引导通道被设计为至少大部分绕切向延伸，特别是可以被设计成在圆周表面部分内延伸一圈。引导通道用于将压缩空气从供给端引导到端部部分，并由此引导到螺旋通道和——在存在的情况下——到达轴向通道。在此过程中，它至少在切向方向上延伸大部分，特别是可以设计成延伸一圈。还期望的是，引导通道相对于中心轴线对称地设计，以便同样允许空气对称地流入端部部分。
在另一种形式，连接到端部的轴向延伸的中心部分径向地形成在引导通道的内侧上。在这种情况下，中心轴可以穿过中心部分。中心部分的横截面可以相对于中心轴线对称，特别是可以是圆形的。在这种情况下，该横截面可以在过渡区域中增加到端部部分。中心部分可以至少在圆周表面部分的大部分长度上从端部部分轴向延伸。借助于中心部分，空气流可以甚至在其到达端部部分之前偏离中心轴线，这尤其在端部部分在螺旋通道的内侧径向上是闭合设计的情况下是有利的，如上所述。中心部分与端部部分连接成一体，这可以容易地实现为增材制造过程的一部分。中心部分相对于圆周表面部分可以是自支撑的，因此仅通过端部部分间接地与圆周表面部分连接。
在本公开的有利的改进方案中，第一排出口径向布置在端部部分的轴向延伸的突起的外侧。这里，如上所述，端部部分在螺旋通道的内侧径向上通常是闭合设计。轴向突起布置在该封闭区域中并且因此在轴向方向上突出超过具有第一排出口的区域。例如，这样的突起可以用于例如在气流离开出口之后立即将来自各个第一排出口的气流彼此屏蔽，这在某些情况下对流动行为产生积极的影响。突起可以是相对于中心轴线是对称设计，特别是圆形对称的。特别地，突起可以是圆锥形设计，即锥类型的设计，其中其尖端可以是圆形的。
如果每个螺旋通道合并成突起外侧的螺旋延伸的凹陷，则可以进一步改善形成的气流的引导。以这样的形式，所述凹陷形成了相应的螺旋通道的延伸部分，尽管与螺旋通道相反，它并不完全围绕气流，而是仅部分地，尤其径向地在内部。
例如，在内侧，圆周表面部分可以是简单的圆柱形设计。然而，进一步的内部结构也是可能的。根据一种形式，圆周表面部分在引导通道的区域内具有多个轴向延伸的凹槽。这种凹槽可以在圆周表面部分的轴向长度的至少一半上延伸，并且可选地甚至更多。在这种情况下，凹槽可以在端部部分之前结束，或者可选地也可以延伸到端部部分。总的来说，它们可以用来使引导通道内的气流对齐，并且可选地也可以将其引向轴向通道。为此尤其可以使每个凹槽与轴向通道对齐。
在这种情况下，还可以在两个凹槽之间形成沿轴向方向径向向内突出的肋。借助于凹槽的轴向走向，相应的肋当然也轴向地延伸。这种肋有助于气流的引导和/或分割。由于肋径向向内突出的事实，此处在圆周表面部分的横截面中存在局部收缩。关于肋的成形有各种可能性。特别地，肋可以以凸起的即拱形的方式向内突出。
根据本文提供的描述，其他应用领域将变得显而易见。应该理解的是，描述和具体示例仅用于说明的目的，而不意图限制本公开的范围。
附图说明
为了可以很好地理解本公开，现在将描述其举例给出的各种形式，参考附图，其中：
图1示出了根据本公开的喷嘴的透视横截面图；
图2示出了来自图1的喷嘴的一部分的透视图；
图3示出了根据图1的具有多个喷嘴的压缩空气分配器的透视图；以及
图4示出根据图3具有两个压缩空气分配器的装置的透视图。
这里描述的附图仅用于说明的目的，并不意图以任何方式限制本公开的范围。
具体实施方式
以下描述本质上仅仅是示例性的，并不意图限制本公开、应用或用途。应该理解的是，在整个附图中，对应的附图标记表示相同或相应的部分和特征。
图1和图2示出了根据本公开发明的用于吹出压缩空气的喷嘴1，其中图1示出了整个喷嘴1的透视横截面图，而图2示出了喷嘴1的一部分的透视图。所示的喷嘴1完全由金属构成，并通过选择性激光熔化(slm)一体化生产。喷嘴1具有圆周表面部分2，该圆周表面部分2大致为圆柱体的圆周表面的形式，其相对于中心轴线a对称地形成。中心轴线a用于限定轴向、径向和切向方向。圆周表面部分2从喷嘴1的供给端1.1轴向延伸到排出端1.2。在供给端1.1处，喷嘴可以连接到压缩空气供给装置，为此圆周表面部分2可以具有外螺纹(这里未示出)，并且压缩空气可以在排出端1.2排出。在圆周表面部分2的外侧形成有与扳手接合的外六角形2.3。
在排出端1.2处，在圆周表面部分2的端部上，端部部分3径向向内延伸。圆周表面部分2与端部部分3一起大体上围绕引导通道10，压缩空气通过该引导通道10从供给端1.1通到端部部分3。用于压缩空气的定向排出的一系列通道4、7形成在端部部分内。多个螺旋通道4围绕中心轴线a对称布置。在目前的情况下，有八个螺旋通道，虽然这应该仅作为一个示例。每个螺旋通道4在轴向方向上延伸通过端部部分3，即从与引导通道10相邻的第一进气口5到端部部分3外侧的第一排出口6。这里，每个螺旋通道4的走向呈螺旋状或螺旋线形式，这意味着它不是轴向延伸而是在切向方向上倾斜。螺旋通道4以及第一排出口6也布置在距中心轴线a相同的径向距离处，并且各自相对于彼此以相同的角度(即40°)切向地偏移。为了减少螺旋通道4内的空气摩擦，它们具有圆形(或稍微椭圆形)的横截面。
径向地位于螺旋通道4的内侧的端部部分是闭合设计并且具有锥形的轴向突起3.2。这用于引导从螺旋通道4中出来的气流，并在气流出现之后立即使它们彼此分开。在这种情况下，在突起3.2的外侧上形成螺旋延伸的凹陷3.3。每个螺旋通道4合并到八个凹陷3.3中的一个中，使得每个凹陷3.3引导出现的气流，因为它补充了螺旋通道4的作用。
在螺旋通道4的外侧径向形成有多个轴向通道7，轴向通道7轴向延伸通过端部部分3。在这种情况下，每个轴向通道7从第二进气口8延伸到第二排出口9。这里，第二排出口9布置在端部部分3中的环形凹陷3.1内。与螺旋通道4相反，轴向通道7不在切向方向上倾斜。在当前的情况下，设置了十五个轴向通道7，但是这应当仅作为示例来理解。在这种布置中，轴向通道7的横截面是圆形的或稍微椭圆形的。
在第一进气口5的内侧径向上，端部部分3在引导通道10内汇合成中心部分11。在这种情况下，中心部分11是圆形对称的并且是圆柱形设计并且沿圆周表面部分2的整个长度以自支撑的方式延伸。在过渡到端部部分3的区域中，中心部分11以截头锥的方式变宽。中心部分的功能基本上是引导空气从供给端1.1到远离中心轴线a的端部部分3并因此大致朝向第一和第二进气口5、8。同样用于在引导通道10内引导气流的是多个轴向延伸的凹槽2.1，所述凹槽2.1沿着圆周表面部分2的内侧延伸到恰好在端部部分3之前。在每对凹槽2.1之间形成轴向延伸的肋2.2。沿着轴向方向，每个肋2.2中凸地向内拱起。在当前情况下，每个凹槽2.1与轴向通道7对齐，从而有助于空气流的成分向轴向通道7分开和引导。
在操作期间，喷嘴1连接到压缩空气供给，导致空气流过引导通道10、螺旋通道4和轴向通道7。当气流从轴向通道7的第二排出口9基本沿轴向排出时，气流带有切向速度分量从螺旋通道4的第一排出口6排出，导致类似与螺旋通道4相互作用的螺旋线的气流。该气流与从轴向通道7出来的气流相互作用，这可以有助于气流的收缩或集中。总的来说，已经发现，气流随着离端部部分3的距离增加而径向收缩，也就是说，随着集中，其速度增加。因此，即使供给端1.1处的空气压力仅为中等，也可以在离喷嘴1一定距离处实现相对较高的速度。同时，空气流内的类似螺旋线的运动提供湍流，这与气流的高速度相互作用使气流非常适合冷却物体。
在图3和4中示出了喷嘴1的说明性用途。在这种情况下，图3示出了具有四个排出连接21.1的压缩空气分配器21，喷嘴1被连接到每个排出连接21.1。在侧面，压缩空气分配器21具有连接到压缩空气源的供给连接21.2。如图4所示，两个这样的压缩空气分配器21可以用作用于部件的初级成形的装置20的部分。装置20的确切结构在这里是不相关的，就此而言，没有详细说明。其中，它具有两个半模22、23，每个半模具有框架和插入其中的插入件。在这里，框架由合成树脂铸造而成，并且插入件是由塑料以3d打印工艺制成的。由于这两种材料都具有较差的导热性，所以半模22、23的液体冷却将不会有效。反而，通过压缩空气分配器21和根据本发明公开的喷嘴1(图4中未示出)将冷却空气流引导至半模22、23，由于上述的流动剖面，即使在相对较低的空气压力下，空气流通过良好的热传递来区分，并因此具有良好的冷却效果。
本公开的描述本质上仅仅是示例性的，因此，不脱离本公开的实质的变型意图在本公开的范围内。这样的变型不被认为是背离本公开的精神和范围。