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WO2018065533A1 - Fluidisches bauteil - Google Patents

Fluidisches bauteil Download PDF

Info

Publication number
WO2018065533A1
WO2018065533A1 PCT/EP2017/075383 EP2017075383W WO2018065533A1 WO 2018065533 A1 WO2018065533 A1 WO 2018065533A1 EP 2017075383 W EP2017075383 W EP 2017075383W WO 2018065533 A1 WO2018065533 A1 WO 2018065533A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
flow
flow chamber
fluidic component
outlet
component according
Prior art date
Application number
PCT/EP2017/075383
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jens WINTERING
Bernhard BOBUSCH
Oliver Krueger
Original Assignee
Fdx Fluid Dynamix Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fdx Fluid Dynamix Gmbh filed Critical Fdx Fluid Dynamix Gmbh
Priority to EP17787354.4A priority Critical patent/EP3523543A1/de
Priority to US16/339,039 priority patent/US20200038884A1/en
Priority to CN201780062238.9A priority patent/CN109863315A/zh
Publication of WO2018065533A1 publication Critical patent/WO2018065533A1/de

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B1/00—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means
    • B05B1/02—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to produce a jet, spray, or other discharge of particular shape or nature, e.g. in single drops, or having an outlet of particular shape
    • B05B1/08—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to produce a jet, spray, or other discharge of particular shape or nature, e.g. in single drops, or having an outlet of particular shape of pulsating nature, e.g. delivering liquid in successive separate quantities ; Fluidic oscillators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B1/00—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means
    • B05B1/02—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to produce a jet, spray, or other discharge of particular shape or nature, e.g. in single drops, or having an outlet of particular shape
    • B05B1/04—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to produce a jet, spray, or other discharge of particular shape or nature, e.g. in single drops, or having an outlet of particular shape in flat form, e.g. fan-like, sheet-like
    • B05B1/042—Outlets having two planes of symmetry perpendicular to each other, one of them defining the plane of the jet
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B3/00—Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements
    • B05B3/14—Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements with oscillating elements; with intermittent operation
    • B05B3/16—Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements with oscillating elements; with intermittent operation driven or controlled by the liquid or other fluent material discharged, e.g. the liquid actuating a motor before passing to the outlet
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60S—SERVICING, CLEANING, REPAIRING, SUPPORTING, LIFTING, OR MANOEUVRING OF VEHICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60S1/00—Cleaning of vehicles
    • B60S1/02—Cleaning windscreens, windows or optical devices
    • B60S1/46—Cleaning windscreens, windows or optical devices using liquid; Windscreen washers
    • B60S1/48—Liquid supply therefor
    • B60S1/52—Arrangement of nozzles; Liquid spreading means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B21/00—Common features of fluid actuator systems; Fluid-pressure actuator systems or details thereof, not covered by any other group of this subclass
    • F15B21/12—Fluid oscillators or pulse generators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15C—FLUID-CIRCUIT ELEMENTS PREDOMINANTLY USED FOR COMPUTING OR CONTROL PURPOSES
    • F15C1/00—Circuit elements having no moving parts
    • F15C1/22—Oscillators

Definitions

  • the invention relates to a fluidic component according to claim 1, a fluidic component according to claim 15, a device comprising such a fluidic component having the features of claim 29.
  • the fluidic component is provided for generating a moving fluid jet.
  • fluid flow patterns are, beam oscillations, rectangular, sawtooth or triangular beam paths, spatial or temporal jet pulsations and switching operations.
  • Oscillating fluid jets are used, for example, to evenly distribute a fluid jet (or fluid stream) to a target area.
  • the fluid stream may be a liquid stream, a gas stream or a multiphase stream (for example, wet steam).
  • Fluidic components for example from US Pat. No. 8,702,020 B2 are known from the prior art for producing a moving fluid jet. So far, these fluidic components are used without appreciable divergent proportion, since the beam quality from the outlet of the component, e.g. does not matter for flow control.
  • the oscillation angle or also known as spray angle previously limited to an angle of less than 60 ° and also plays the temporal beam path, which is responsible for the fluid distribution, a minor role.
  • the invention thus relates to fluidic components which have an increased beam quality and or generate a larger oscillation angle and or have a more uniform fluid distribution. This is achieved on the one hand by a divergent proportion to increase the beam quality and / or on the other to influence the spray angle.
  • an oscillation angle of about 60 ° to 160 ° is possible.
  • beam quality is meant here as long as possible a compact oscillating fluid jet. So far, attempts are made to burst the exiting fluid jet as quickly as possible in order to thus generate the largest possible spray angle and or to generate the smallest possible droplets, as is performed, for example, with interfering elements in the flow guidance, as is known from US Pat. No. 5,035,361 A.
  • fluidic components For generating a movable fluid flow (or fluid jet) further fluidic components are known.
  • the fluidic components do not include any movable components that serve to generate a motile fluid flow. This shows them in comparison to the prior art nozzles not on the disadvantages resulting from the moving components.
  • the present invention has for its object to provide a fluidic component which is designed, a movable fluid jet preferably with a high spray angle.
  • fluidic components can be used in different devices in which hitherto nozzles are used.
  • Typical devices are in agriculture, for example, in sprayers for liquid fertilizers or, for example, for pesticides or irrigation systems.
  • Other typical devices in which the fluidic components are used are cleaning devices or systems, such as dishwashing devices, dishwashers, belt transport washers, industrial Operaecurisan GmbH, Ab Hughes Jr, high pressure, medium pressure and low pressure cleaning devices, floor cleaning equipment, car washes, tank cleaning systems, steam cleaning equipment, C0 2 -Reingiungserra or snow blasting equipment or general equipment washing systems or even windscreen cleaning equipment, devices for cleaning of measuring devices, lighting systems or measuring sensors.
  • fluidic components are devices that require uniform distribution of fluid, such as in electroplating, adhesive dispensing equipment, fluid wetting equipment, or other equipment in industrial production or process engineering, or in the food industry. These components are also used in the sanitary sector. Typical examples of this are shower heads, whirlpool, massage jets or integrated in the faucet or as a faucet attachment eg as salad shower. Additional application areas where these nozzles are integrated in devices are mixing devices, cooling units or heaters. But also to reduce the temperature stratification, the fluidic components are suitable, such as in the cooling of components or in the air conditioning. In particular, in devices for fire fighting, the invention are suitable. Through the integration of the fluidic components in firefighting devices, such as sprinkler systems or fire extinguishing systems.
  • the fluidic component is used to generate a free jet, wherein the component has a flow chamber through which a fluid flow enters through an inlet opening into the flow chamber and exits the flow chamber through an outlet opening and whose flow direction is substantially parallel to the main extension direction of the flow chamber and wherein within the flow chamber, a main flow channel and bypass channels are arranged.
  • Such fluidic components are basically known from the prior art.
  • the cross-sectional profile of the main flow channel in the direction of the main extension direction of the flow chamber over the entire length of the main flow channel is divergent or partially divergent and partially convergent.
  • the object is achieved by a fluidic component having the features of claim 15.
  • the basically known fluidic component additionally has an outlet region, in particular a channel or a region, downstream of the outlet opening, which is obstruction-free.
  • FIG. 1 schematically shows a fluidic component 1 according to an embodiment of the invention.
  • Figures 2 and 3 show a sectional view of this fluidic component 1 along the lines A'-A "and B'-B".
  • the fluidic component 1 comprises a flow chamber 10, which can be flowed through by a fluid flow 2.
  • the flow chamber 10 is also known as the interaction chamber.
  • the flow chamber 10 comprises an inlet opening 101 with an inlet width biN, via which the fluid stream 2 enters the flow chamber 10, and an outlet opening 102 with an outlet width b E x, via which the fluid stream 2 exits the flow chamber 10.
  • the outlet width b E x is greater than the inlet width b ! N.
  • the inlet opening 101 and the outlet opening 102 are arranged on two fluidically opposite sides of the fluidic component 1.
  • the fluid flow 2 moves in the flow chamber 10 substantially along a longitudinal axis A of the fluidic component 1 (which connects the inlet opening 101 and the outlet opening 102) from the inlet opening 101 to the outlet opening 102.
  • the longitudinal axis A in this embodiment forms an axis of symmetry of the fluidic component 1.
  • the longitudinal axis A lies in two mutually perpendicular planes of symmetry S1 and S2, with respect to which the fluidic component 1 is mirror-symmetrical.
  • the fluidic component 1 can not be constructed symmetrically (mirror).
  • the flow chamber 10 comprises, in addition to a main flow channel 103, two bypass ducts 104a, 104b, the main flow duct 103 (viewed transversely to the longitudinal axis A) being arranged between the two bypass ducts 104a, 104b.
  • the flow chamber 10 divides into the main flow channel 103 and the two bypass channels 104a, 104b, which are then brought together again immediately in front of the outlet opening 102.
  • the two bypass channels 104a, 104b are arranged symmetrically with respect to the axis of symmetry S2 (FIG. 3). According to an alternative, not shown, the bypass ducts are not arranged symmetrically.
  • These secondary flow channels can also be positioned outside the illustrated flow plane. These channels may, for example, be realized by means of hoses outside the plane formed by S1 or through channels which are at an angle to the flow plane.
  • the main flow channel 103 connects the inlet opening 101 and the outlet opening 102 substantially in a straight line with one another so that the fluid flow 2 essentially flows along the longitudinal axis A of the fluidic component 1.
  • the bypass ducts 104a, 104b extend, starting from the inlet opening 101, in a first section, each initially at an angle of substantially 90 ° to the longitudinal axis A in opposite directions. Subsequently, the bypass ducts 104a, 104b bend so that they extend in each case substantially parallel to the longitudinal axis A (in the direction of the outlet opening 102) (second section).
  • the bypass ducts 104a, 104b again change direction at the end of the second section, so that they are respectively directed substantially in the direction of the longitudinal axis A (third section).
  • the direction of the bypass ducts 104a, 104b changes at the transition from the second to the third section by an angle of about 120 °.
  • Both sections of the bypass ducts 104a, 104b are selected other than the angle mentioned here.
  • the bypass ducts 104a, 104b are a means for influencing the direction of the fluid flow 2, which flows through the flow chamber 10.
  • the bypass ducts 104a, 104b respectively have an inlet 104a1, 104b1, which is formed by the end of the bypass ducts 104a, 104b facing the outlet opening 102, and in each case an outlet 104a3, 104b3 which extends through the end of the bypass ducts 104a facing the inlet opening 101 , 104b is formed.
  • the secondary streams 23a, 23b Figure 4
  • the remaining part of the fluid flow 2 exits the fluidic component 1 via the outlet opening 102 (FIG. 4).
  • the secondary streams 23a, 23b emerge at the exits 104a3, 104b3 from the bypass ducts 104a, 104b, where they can exert a lateral (transversely to the longitudinal axis A) impulse on the fluid flow 2 entering through the inlet opening 101.
  • the direction of the fluid flow 2 is influenced in such a way that the main flow 24 emerging at the outlet opening 102 spatially oscillates, in a plane in which the main flow passage 103 and the bypass flow passages 104a, 104b are arranged.
  • the plane in which the main current 24 oscillates corresponds to the plane of symmetry S1 or is parallel to the plane of symmetry S1.
  • FIG. 4, which represents the oscillating fluid flow 2 will be explained in more detail later.
  • the bypass ducts 104a, 104b each have a cross-sectional area which is almost constant over the entire length (from the inlet 104a1, 104b1 to the outlet 104a2, 104b2) of the bypass ducts 104a, 104b.
  • the size of the cross-sectional area of the main flow passage 103 in the flow direction of the main flow 23 increases substantially steadily, and the shape of the main flow passage 103 is mirror-symmetrical to the planes of symmetry S1 and S2.
  • the main flow channel 103 can taper downstream between the inner blocks 11 a, 11 b. But to achieve an oscillation angle ⁇ of greater than 60 ° and in particular of over 80 ° but a monotonously divergent shape between the inner blocks 11 a and 11 b of the main flow channel 103 is advantageous. Alternatively or additionally, it is advantageous that no internals are located in the vicinity of the outlet 102, in order thus to achieve a high beam quality. Solutions are known in the art in which bluff bodies are positioned near the outlet to increase the spray angle at which it is burst. These installations have the disadvantage that the beam quality of the oscillating free-steel 15 (see FIG.
  • the main flow channel 103 is separated from each bypass channel 104a, 104b by a block 11 a and by the block 11 b.
  • the two blocks 11 a, 11 b are arranged symmetrically with respect to the mirror plane S2 in the embodiment. In principle, however, they can also be designed differently and not aligned symmetrically. In non-symmetrical alignment and the shape of the main flow channel 103 is not symmetrical to the mirror plane S2.
  • the shape of the blocks 11 a, 11 b, which is shown in Figure 1, is only an example and can be varied.
  • the blocks 11 a, 11 b of Figure 1 have rounded edges. There are also scharkantige edges possible.
  • the blocks 11 a, 11 b are in this embodiment, however, designed so that a triangular or wedge-shaped flow chamber 103 is formed thereby.
  • the shape of the flow chamber is mainly formed by the inwardly facing surfaces of the blocks 11 a, 11 b and is designated here by the number 110.
  • the included angle is referred to herein as ⁇ .
  • the surface 110 which is formed by the line shown in FIG. 1 and the component depth t, can have a slight curvature or be formed by one or more radii, a polynomial or or and one or more straight lines or by a mixed form.
  • separators 105a, 105b are provided in the form of indentations.
  • separators 105a, 105b are provided at the entrance 104a 1, 104b 1 of each bypass duct 104a, 104b each project a recess 105a, 105b over a portion of the peripheral edge of the bypass duct 104a, 104b in the respective bypass duct 104a, 104b and changed at this point while reducing the cross-sectional area of its cross-sectional shape.
  • the portion of the peripheral edge is chosen so that each indentation 105a, 105b (among other things) is directed towards the inlet opening 101 (oriented substantially parallel to the longitudinal axis A).
  • the separators 105a, 105b may be oriented differently.
  • the separation of the secondary streams 23a, 23b from the main stream 24 is influenced and controlled by the separators 105a, 105b.
  • the shape, size and orientation of the separators 105a, 105b the amount flowing from the fluid stream 2 into the bypass channels 104a, 104b and the direction of the secondary streams 23a, 23b can be influenced.
  • the inlet opening 101 of the flow chamber 10 is upstream of a funnel-shaped projection 106, which tapers in the direction of the inlet opening 101 (downstream).
  • the flow chamber 10 tapers in the region of the outlet opening 102 downstream of the inner blocks 11 a, 11 b.
  • the taper is formed by an exhaust passage 107 extending between the separators 105a, 105b and the exhaust port 102.
  • the outlet channel 107 begins at the bypass channel inlet 104a1, 104b1.
  • the funnel-shaped projection 106 and the outlet channel 107 taper in such a way that only their width, that is to say their extent in the plane of symmetry S1 perpendicular to the longitudinal axis A, decreases in each case downstream.
  • the taper does not affect the depth, that is, the extent in the plane of symmetry S2 perpendicular to the longitudinal axis A, the neck 106 and the outlet channel 107 ( Figure 2).
  • the lug 106 and the outlet channel 107 may also taper in width and depth, respectively.
  • only the lug 106 may taper in depth or width while the outlet channel 107 tapers both in width and depth, and vice versa.
  • the extent of the taper of the outlet channel 107 influences the directional characteristic of the fluid flow 2 emerging from the outlet opening 102 and thus its oscillation angle a.
  • the shape of the funnel-shaped projection 106 and the outlet channel 107 are shown in FIG. 1 by way of example only. Here, their width decreases downstream each linear. Other forms of rejuvenation are possible.
  • the length of the funnel-shaped projection h oe in this embodiment corresponds at least to the inlet width bin, so h oe> bi.
  • the inlet opening 101 and the outlet opening 102 each have a rectangular cross-sectional area. These each have the same depth (extension in the plane of symmetry S2 perpendicular to the longitudinal axis A, Figure 2), but differ in their width b, bex (expansion in the plane of symmetry S1 perpendicular to the longitudinal axis A, Figure 1).
  • the outlet opening 102 is wider than the inlet opening 101.
  • the outlet width b E x is greater than the narrowest cross-sectional constriction upstream of the flow chamber.
  • the narrowest cross-sectional constriction can be either the minimum width of the flow chamber or the intake width bn b iN. Typically, both length dimensions range between 0.01 mm and 250 mm.
  • the dimensions mentioned may differ from the specified dimensions.
  • the difference between the width b and bn is max. 40%. That is, the width bn may be up to 40% larger or smaller than the width b iN .
  • the combination that the width bn is less than or equal to the width biN.
  • Two variants are advantageous for connecting the exit region 108 to the functional geometry.
  • a radius 109 is to be preferred. After the radius follows a nearly straight-line section. This nearly or rectilinear section, which may also be formed by a polynomial, is at an angle ⁇ to one another.
  • This angle ⁇ can have different dimensions.
  • an angle ⁇ derived from the desired oscillation angle a A deviation of + 12 ° and - 40 ° possible from the oscillation angle is possible, ie ⁇ - 40 ° ⁇ ⁇ + 12 °.
  • a particularly preferred deviation is + 7 ° and - 30 °, so ⁇ - 30 ° ⁇ ⁇ + 7.
  • the angle ⁇ can also be used to increase the spray angle ⁇ , in the case when the freely dwindling oscillation angle ⁇ is insufficient. Then the spray angle can be increased up to 12 ° if the angle ⁇ is dimensioned by a maximum of 12 ° greater than the oscillation angle a. In particular, an enlargement of the angle ⁇ of at most 4 ° from the free-running emerging free jet 15 is preferred.
  • the angle ⁇ should be chosen to be considerably larger than the oscillation angle ⁇ , for example 180 °.
  • the length of the exit region os positively influences the beam quality of the oscillating fluid jet. The longer the length of the exit region is os, the stronger the outgoing fluid jet is bundled. For a desired increased fluid jet quality, a length os of at least half of the radius 109 is necessary. It is particularly preferred if h os corresponds at least to the outlet width bx. The maximum length h os corresponds to the component length I.
  • FIG. 4 shows three snapshots of a fluid flow 2 for illustrating the flow direction (flow lines) of the fluid flow 2 in a fluidic component 1 during an oscillation cycle (FIGS. A) to c)).
  • the fluidic component 1 from FIG. 4 differs from the fluidic component 1 from FIGS. 1 to 3 in particular in that no separators 105 are provided.
  • the width b of the inlet opening 101 is 3.2 mm and the width bu is 2.8 mm.
  • the outlet width bex is 5 mm.
  • the component depth t is constant in this embodiment and is 2 mm.
  • the main flow channel 103 has a maximum width bi osmax, which are located between the blocks 11 a, 11 b, of 13.07 mm. This maximum width b 0 3max is defined at the position of the radius to the straight line from the inner block surface 110 merges here in this embodiment.
  • the fluid flowing through the fluidic component 1 has at the inlet opening 101 a pressure of 0.11 bar and a volume flow of 1.5 l / min, the fluid being water with a temperature of 20.degree.
  • the illustrated fluidic component 1 is basically also suitable for gaseous fluids. In Figures a) and c), the flow lines for two deflections of the exiting main flow 24 are shown, which correspond approximately to the maximum deflections.
  • the fluid flow 2 is laterally deflected in the direction of the main flow channel 103 facing side wall 110a of a block 11 a, so that the direction of the fluid flow 2 increasingly deviates from the longitudinal axis A until the fluid flow is deflected maximum.
  • the so-called Coanda effect the largest part of the fluid flow 2, the so-called main flow 24, attaches itself to the side wall of the one block 11b and then flows along this side wall 110b.
  • the angle ⁇ in conjunction with the Angle ß later the oscillation angle a.
  • the angle ⁇ changes.
  • the inner side 110 of the main flow channel 103 and the inside of the outlet channel 107 are at an angle ⁇ to each other.
  • the angle ⁇ is approximately 90 ° in the illustrated embodiment. In other embodiments, the angle ⁇ may be in the range between 80 ° and 110 0 .
  • the angles ⁇ and the angle ⁇ are also directly related, if they are fluidic components with a large spray angle of at least 60 °. Due to the non-linear behavior of the flow, a detailed specification is not practicable here.
  • a recirculation area 25a is formed in the area between the main flow 24 and the other block 11 a.
  • the recirculation area 25a increases the more the main flow 24 to the side wall of a block 11 b applies.
  • the main stream 24 exits the outlet port 102 at a time varying angle with respect to the longitudinal axis A.
  • the main flow 24 is applied to the side wall of the one block 11 a and the recirculation area 25b has its maximum size.
  • the main flow 24 emerges from the outlet opening 102 with approximately the greatest possible deflection.
  • the main flow 103 does not apply, significantly larger than the part of the fluid flow 2, which flows into the bypass duct 104 a, which adjoins the block 11 a, on the side wall of which the main current 103 applies.
  • the secondary flow 23b is significantly greater than the secondary flow 23a, which is almost negligible.
  • the deflection of the fluid flow 2 into the bypass ducts 104a, 104b can be influenced and controlled by separators.
  • the secondary streams 23a, 23b (in particular the secondary stream 23b) flow through the secondary flow channels 104a or 104b to their respective outlets 104a2, 104b2 and thus give a pulse to the fluid stream 2 entering at the inlet opening 101. Since the sub-stream 23b is larger than the sub-stream 23a, the pulse component resulting from the sub-stream 23b outweighs.
  • the main stream 24 is thus pressed by the pulse (the secondary stream 23 b) to the side wall of the block 11 a.
  • the recirculation area 25b moves toward the entrance 104b1 of the bypass passage 104b, thereby disturbing the supply of fluid into the bypass passage 104b.
  • the momentum component of the Side stream 23b results, it decreases.
  • the recirculation area 25b decreases, while a further (growing) recirculation area 25a is formed between the main flow 24 and the side wall of the block 11a.
  • the supply of fluid in the bypass duct 104a increases.
  • the pulse component resulting from the bypass 23a increases with it.
  • the recirculation area 25a will migrate and block the entrance 104a1 of the bypass duct 104a, so that the supply of fluid here again decreases.
  • the secondary flow 23b will deliver the dominant momentum component so that the main flow 24 is again forced away from the side wall of the block 11b.
  • the main flow 24 exiting at the outlet port 102 oscillates about the longitudinal axis A in a plane in which the main flow passage 103 and the bypass passages 104a, 104b are arranged, so that a fluid jet drifting back and forth is generated.
  • a symmetrical structure of the fluidic component 1 is not absolutely necessary.
  • FIG. 5 shows a fluidic component 1 without a flow separator 105.
  • this component is the narrowest cross section between the inner blocks 11 a, 11 b at the width b n .
  • this component has no radius 109 or an infinitesimally small radius at the outlet 102.
  • This component shows, by way of example, important relationships of the geometric features which are required for generating large spray angles ⁇ of more than 60 °, in particular more than 80 °.
  • the angle ⁇ is equal to or greater than the desired oscillation angle ⁇ to choose. It is preferred if the angle ß is greater than the desired oscillation angle et.
  • the angle ⁇ can be up to 70% greater than the oscillation angle a to be achieved.
  • the length of the flow chamber h 0 3 is equal to or preferably greater than the maximum width of the flow chamber bi 0 3max, in particular for fluidic components with over 0.005 bar inlet pressure.
  • an increase in the length h os (see FIG. In the case of such fluidic components which have an inlet pressure of more than 0.05 bar at the inlet, the length h os should be at least bi 4. Particularly preferred is a length h os of at least bex.
  • the geometric dimension bi o7 located between the outlet 102 and the inner block 11 is greater than or equal to the smaller dimension of bi or bn.
  • the length of bi o7 can be up to 100% greater than the smaller measure of biN or bn. This measure is dependent on the desired oscillation angle ⁇ .
  • bex min (bn, biN) / [sin (90 ° - ⁇ / 2)] ⁇ 30%.
  • the width bi 0 corresponds to 3max of the flow-relevant relevant measure bi o3oben on this component.
  • the dimension bi 0 3oben is located in the upper third, ie in the last downstream located third of the main flow channel 103.
  • This width bi o3oben is measured at the position at which the main flow channel 103 with straight walls laterally to the side flow channels 104 a, 104 b merges into a curvature namely at the inflection point of the curved surface.
  • This turning point can also be called a bow change.
  • the direction of the tangent changes from one point to the next point.
  • these points also mark the maximum longitudinal extension of the main flow channel 103 in the flow chamber 10 in the direction of the outlet opening 102.
  • For the measure 3oben bi 0 following relationship bex ⁇ bi 03 Top ⁇ 3 * BTX This is, for example, small radii, so the radius mm smaller than'm 2, for example less than 3.5 the case.
  • the fluidic component 1 shown in Figure 6 corresponds to that of Figure 1 with the difference that the inner surfaces 110 are formed differently by the blocks 11 and the outlet region 108 is significantly longer pronounced. Such components with and without exit region 108 are particularly advantageous for cleaning applications or for fluid distribution applications.
  • the main flow chamber 103 between the inner blocks 11 a, 11 b has a bulbous shape. Upstream of the flow chamber 103 in the first part is monotonically larger and in the rear part, the flow chamber 103 narrows again.
  • the resulting minimum width bi 0 3min of the flow chamber 103 should have the following size: b n ⁇ bi 03min ⁇ 3 * bex.
  • the width bi o3min the aerodynamically relevant width b 3 corresponds ooben.
  • the upper width bi osyn is determined at the inflection point of the inwardly directed shape of the inner blocks 11 a, 11 b.
  • the following relationship applies here bfiX ⁇ bl 03oben ⁇ 3 "bfiX.
  • the oscillation mechanism deviates from the oscillation mechanism described in FIG. The difference is that the fluid from the inner block 11b first flows into the bypass duct inlet 104a1 instead of into the bypass duct inlet 104b1.
  • the fluidic component 1 in FIG. 7 differs from the other components in that the flow chamber 103 has an almost constant flow chamber width bio3 in the upper two-thirds, ie downstream in the last two-thirds range. Therefore, the fluidically relevant width bi 0 3oben determined at the position at which the flow chamber 103 facing inner surfaces 110 a and 110 b of the blocks 11 a, 11 b undergoes a change in direction in the direction of the Maustromkanaleinlässe 104 a 1, 104 b 1, ie the inflection point.
  • the position for ascertaining the flow-related relevant width is determined at the point at which the curvature of the surfaces 110a, 110b changes abruptly so that at this position the main flow 24 no longer follows the surface. This is the case, for example, with a change in curvature of at least 3 ° along a 0.5 mm pitch.
  • the spray angle ⁇ is largely determined by the angle ⁇ .
  • the two known from Figure 1 two variants are advantageous.
  • FIG. 8 A further embodiment of the fluidic component with an exit region 108 is shown in FIG.
  • the embodiment variant of the fluidic component 1 in FIG. 8 differs from the fluidic component of FIG. 6 in that the bulbous structure is not in the upper third, that is to say downstream, of the flow chamber 103, but in the lower third of the flow chamber 103.
  • the drop-shaped flow chamber 103 causes a very homogeneous flow distribution.
  • the drop shape is formed by a very large divergent enlargement of the flow chamber 103 downstream of the minimum width of the flow chamber bn, in the lower half of the flow chamber followed by a constriction of the flow chamber.
  • Particularly advantageous is an almost rectilinear or piecewise straight surface 110a, 110b. These surfaces 110a, 110b include the angle ⁇ .
  • the oscillation angle ⁇ is determined directly via the angle ⁇ . Therefore, for the angle ⁇ , the following relationship ⁇ - 10 ° ⁇ ⁇ + 10 °.
  • the main flow 24 does not flow via the outlet channel 107 but directly out of the outlet bex. Therefore, the angle ⁇ here has no great influence on the oscillation angle a.
  • the outlet width bi o3min is greater than bsx.
  • the outlet width bi 03min corresponds to the uppermost width bi 03 upper. It is particularly preferred that the outlet width bpx be greater than the width bi 03min added with half the inlet width biN, ie bex> bi 03min + biN 2.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein fluidisches Bauteil (1) zur Erzeugung eines Freistrahls (15), wobei das Bauteil (1) eine Strömungskammer (10) aufweist, die von einem Fluidstrom (2) durchströmbar ist, der durch eine Einlassöffnung (101) in die Strömungskammer (10) eintritt und durch eine Auslassöffnung (102) aus der Strömungskammer (10) austritt und dessen Strömungsrichtung im Wesentlichen parallel zu der Haupterstreckungsrichtung der Strömungskammer (10) verläuft und wobei innerhalb der Strömungskammer (10) ein Hauptstromkanal (103) und Nebenstromkanäle (104) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnittsverlauf des Hauptstromkanals (103) in Richtung der Haupterstreckungsrichtung der Strömungskammer (10) über die gesamte Länge des Hauptstromkanals (103) divergent ist oder abschnittsweise divergent und abschnittsweise konvergent ist. Zusätzlich oder alternativ wird auch ein Bauteil (1) mit einem Austrittsbereich (108) beansprucht, der stromabwärts der Auslassöffnung (102) obstruktionsfrei ist.

Description

Fluidisches Bauteil
Die Erfindung betrifft ein fluidisches Bauteil gemäß Anspruch 1 , ein fluidisches Bauteil gemäß Anspruch 15, ein Gerät, das ein solches fluidisches Bauteil umfasst mit den Merkmalen des Anspruchs 29.
Das fluidische Bauteil ist zur Erzeugung eines sich bewegenden Fluidstrahls vorgesehen. Beispiele für solche Fluidfließmuster sind, Strahloszillationen, rechteckige, sägezahnförmige oder dreieckige Strahlverläufe, räumliche oder zeitliche Strahlpulsationen und Schaltvorgänge. Oszillierende Fluidstrahlen werden eingesetzt, um beispielsweise einen Fluidstrahl (oder Fluidstrom) auf ein Zielgebiet gleichmäßig zu verteilen. Der Fluidstrom kann ein Flüssigkeitsstrom, ein Gasstrom oder ein Mehrphasenstrom (zum Beispiel Nassdampf) sein.
Aus dem Stand der Technik sind zur Erzeugung eines bewegten Fluidstrahls fluidische Bauteile, beispielsweise aus der US 8,702,020 B2, bekannt. Bisher werden diese fluidischen Bauteile ohne nennenswerten divergenten Anteil verwendet, da die Strahlqualität ab den Auslass des Bauteils z.B. für die Strömungskontrolle keine Rolle spielt. Außerdem ist der Oszillationswinkel oder auch als Spraywinkel bekannt, bisher auf einen Winkel von unter 60° begrenzt und außerdem spielt der zeitliche Strahlverlauf, der verantwortlich für die Fluidverteilung ist, eine untergeordnete Rolle.
Die Erfindung betrifft somit fluidische Bauteile, die eine erhöhte Strahlqualität aufweisen und oder einen größeren Oszillationswinkel erzeugen und oder eine gleichmäßigere Fluidverteilung aufweisen. Dies wird zum einen durch einen divergenten Anteil zur Erhöhung der Strahlqualität und/oder zum anderen zur Beeinflussung des Spraywinkels erreicht. Außerdem ist mit der Erfindung auch ein Oszillationswinkel von über 60° bis zu 160° möglich. Unter Strahlqualität wird hier ein möglichst langer kompakter oszillierender Fluidstrahl gemeint. Bisher wird versucht, den austretenden Fluidstrahl möglichst schnell zum Aufplatzen zu bringen, um somit einen möglichst großen Spraywinkel zu erzeugen und oder möglichst kleine Tröpfchen zu generieren, wie es beispielsweise mit Störelementen in der Strömungsführung durchgeführt wird, wie aus US 5,035,361 A bekannt ist.
Zur Erzeugung eines beweglichen Fluidstroms (oder Fluidstrahls) sind ferner fluidische Bauteile bekannt. Die fluidischen Bauteile umfassen keine beweglichen Komponenten, die der Erzeugung eines beweglichen Fluidstroms dienen. Dadurch weisen sie im Vergleich zu den bisherigen bekannten Düsen nicht die aus den beweglichen Komponenten resultierenden Nachteile auf.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein fluidisches Bauteil zu schaffen, das ausgebildet ist, einen sich beweglichen Fluidstrahl bevorzugt mit hohem Spraywinkel.
Diese fluidischen Bauteile können in unterschiedliche Geräte verwendet werden, in denen bisher Düsen Anwendung finden. Typische Geräte sind in der Landwirtschaft z.B. bei Spritzgeräten für Flüssigdünger oder bspw. für Pflanzenschutzmittel oder auch für Bewässerungssysteme. Weitere typische Geräte in den die fluidischen Bauteile Anwendung finden sind Reinigungsgeräte bzw. -anlagen, wie z.B. Spülgeräte, Geschirrspülgeräte, Bandtransportspülgeräte, industrielle Teilereinigungsanlangen, Abspülgeräte, Hochdruck-, Mitteldruck- und Niederdruckreinigungsgeräte, Bodenreinigungsgeräte, Autowaschanlagen, Tankreinigungsanlagen, Dampfreinigungs- geräte, C02-Reingiungsgeräte oder auch Schneestrahlgeräte bzw. allgemein Gerätewaschanlagen oder auch Scheibenreinigungsgeräte, Geräte zur Reinigung von Messgeräten, Beleuchtungssystemen oder Messsensoren. Andere Gerättypen, in denen die fluidischen Bauteile Verwendung finden, sind Geräte, bei denen eine gleichmäßige Verteilung von Fluid notwendig ist, wie z.B. in der Galvanik, bei Klebeverteilungsgeräten, Fluidbenetzungsgeräten oder sonstige Geräte in der industriellen Produktion- bzw. Verfahrenstechnik oder in der Lebensmittelindustrie. Diese Bauteile finden auch Anwendung im sanitären Bereich. Typische Beispiele dafür sind Duschköpfe, Whirlpool, Massagedüsen oder im Wasserhahn integriert bzw. als Wasserhahnaufsatz z.B. als Salatdusche. Zusätzliche Anwendungsgebiete wo diese Düsen in Geräten integriert werden sind Mischungsgeräte, Kühlgeräte oder Heizgeräte. Aber auch zur Reduzierung der Temperaturschichtung sind die fluidischen Bauteile geeignet, wie z.B. in der Kühlung von Bauteilen oder in der Klimatisierung. Insbesondere in Geräten für die Brandbekämpfung eignen sich die Erfindung. Durch die Integration der fluidischen Bauteile in Brandbekämpfungsgeräten, wie z.B. Sprinkleranlagen oder Feuerlöschsystemen.
Aufgrund des breiten Anwendungsgebiets entstehen auch sehr unterschiedliche Anforderungen an den fluidischen Bauteilen. Je nach Anforderung stehen den Bauteilen unterschiedliche Eingangsdrück bzw. Volumenströme zur Verfügung. Der Vorteil dieser Bauteile gegenüber konventioneller Düsen ist, dass diese einen relativ gleichbleibenden Spraywinkel α über einem großen Prozessfenster aufweisen. Daher ist für die Auslegung und Beschreibung der Düse im Wesentlich der Spraywinkel α notwendig. Je nach Anwendung werden fluidische Bauteile mit 5° bis 160° Spraywinkel benötigt. Um diesen gewünschten Winkel zu erzeugen, müssen die inneren Geometrieparameter dementsprechend angepasst werden. Daher werden in dieser Schrift die geometrischen Größen in Abhängigkeit des gewünschten Spraywinkels α ausgedrückt.
Die Aufgabe wird durch ein fluidisches Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Das fluidisches Bauteil dient der Erzeugung eines Freistrahls wobei das Bauteil eine Strömungskammer aufweist, die von einem Fluidstrom durchströmbar ist, der durch eine Einlassöffnung in die Strömungskammer eintritt und durch eine Auslassöffnung aus der Strömungskammer austritt und dessen Strömungsrichtung im Wesentlichen parallel zu der Haupterstreckungsrichtung der Strömungskammer verläuft und wobei innerhalb der Strömungskammer ein Hauptstromkanal und Nebenstromkanäle angeordnet sind. Solche fluidischen Bauteile sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt.
In dem hier beanspruchten fluidischen Bauteil ist der Querschnittsverlauf des Hauptstromkanals in Richtung der Haupterstreckungsrichtung der Strömungskammer über die gesamte Länge des Hauptstromkanals divergent oder abschnittsweise divergent und abschnittsweise konvergent. Die Aufgabe wird durch ein fluidisches Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst.
Hierbei wird weist das grundsätzlich bekannte fluidische Bauteil zusätzlich einen Austrittsbereich, insbesondere einen Kanal oder einen Bereich, stromabwärts der Auslassöffnung auf, der obstruktionsfrei ist.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstände der Unteransprüche.
Ausführungsbeispiele werden anhand der Figuren erläutert. In Figur 1 ist schematisch ein fluidisches Bauteil 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Figuren 2 und 3 zeigen eine Schnittdarstellung dieses fluidischen Bauteils 1 entlang der Linien A'-A" beziehungsweise B'-B". Das fluidische Bauteil 1 umfasst eine Strömungskammer 10, die von einem Fluidstrom 2 durchströmbar ist. Die Strömungskammer 10 ist auch als Wechselwirkungskammer bekannt.
Die Strömungskammer 10 umfasst eine Einlassöffnung 101 mit einer Einlassbreite biN, über die der Fluidstrom 2 in die Strömungskammer 10 eintritt, und eine Auslassöffnung 102 mit einer Auslassbreite bEx, über die der Fluidstrom 2 aus der Strömungskammer 10 austritt. Die Auslassbreite bEx ist größer als die Einlassbreite b!N.
Die Einlassöffnung 101 und die Auslassöffnung 102 sind auf zwei sich strömungstechnisch gegenüberlegenden Seiten des fluidischen Bauteils 1 angeordnet. Der Fluidstrom 2 bewegt sich in der Strömungskammer 10 im Wesentlichen entlang einer Längsachse A des fluidischen Bauteils 1 (die die Einlassöffnung 101 und die Auslassöffnung 102 miteinander verbindet) von der Einlassöffnung 101 zu der Auslassöffnung 102. Die Längsachse A bildet in dieser Ausführungsvariante eine Symmetrieachse des fluidischen Bauteils 1 . Die Längsachse A liegt in zwei senkrecht zueinanderstehenden Symmetrieebenen S1 und S2, gegenüber denen das fluidische Bauteil 1 spiegelsymmetrisch ist. Alternativ kann das fluidische Bauteil 1 nicht (spiegel)symmetrisch aufgebaut sein.
Zur gezielten Richtungsänderung des Fluidstroms umfasst die Strömungskammer 10 neben einem Hauptstromkanal 103 zwei Nebenstromkanäle 104a, 104b, wobei der Hauptstromkanal 103 (quer zur Längsachse A betrachtet) zwischen den zwei Nebenstromkanälen 104a, 104b angeordnet ist. Unmittelbar hinter der Einlassöffnung 101 teilt sich die Strömungskammer 10 in den Hauptstromkanal 103 und die zwei Nebenstromkanäle 104a, 104b, die dann unmittelbar vor der Auslassöffnung 102 wieder zusammengeführt werden.
Die zwei Nebenstromkanäle 104a, 104b sind symmetrisch bezüglich der Symmetrieachse S2 angeordnet (Figur 3). Gemäß einer nicht dargestellten Alternative sind die Nebenstromkanäle nicht symmetrisch angeordnet. Diese Nebenströmungskanäle können auch außerhalb der darstellten Strömungsebene positioniert werden. Diese Kanäle können bspw. mittels Schläuche außerhalb der Ebene, die durch S1 gebildet wird, realisiert werden oder durch Kanäle die in einem Winkel zur Strömungsebene befindet, verlaufen.
Der Hauptstromkanal 103 verbindet im Wesentlichen geradlinig die Einlassöffnung 101 und die Auslassöffnung 102 miteinander, so dass der Fluidstrom 2 im Wesentlichen entlang der Längsachse A des fluidischen Bauteils 1 strömt. Die Nebenstromkanäle 104a, 104b erstrecken sich ausgehend von der Einlassöffnung 101 in einem ersten Abschnitt jeweils zunächst in einem Winkel von im Wesentlichen 90° zu der Längsachse A in entgegengesetzte Richtungen. Anschließend biegen die Nebenstromkanäle 104a, 104b ab, so dass sie sich jeweils im Wesentlichen parallel zu der Längsachse A (in Richtung auf die Auslassöffnung 102) erstrecken (zweiter Abschnitt). Um die Nebenstromkanäle 104a, 104b und den Hauptstromkanal 103 wieder zusammenzuführen, ändern die Nebenstromkanäle 104a, 104b am Ende des zweiten Abschnitts nochmals ihre Richtung, so dass sie jeweils im Wesentlichen in Richtung auf die Längsachse A gerichtet sind (dritter Abschnitt). In der Ausführungsform der Figur 1 ändert sich die Richtung der Nebenstromkanäle 104a, 104b beim Übergang vom zweiten in den dritten Abschnitt um einen Winkel von ca. 120°. Jedoch können für die Richtungsänderung zwischen diesen beiden Abschnitten der Nebenstromkanale 104a, 104b auch andere als der hier genannte Winkel gewählt werden.
Die Nebenstromkanale 104a, 104b sind ein Mittel zur Beeinflussung der Richtung des Fluidstromes 2, der die Strömungskammer 10 durchströmt. Die Nebenstromkanale 104a, 104b weisen hierfür jeweils einen Eingang 104a1 , 104b1 , der durch das der Auslassöffnung 102 zugewandte Ende der Nebenstromkanale 104a, 104b gebildet wird, und jeweils einen Ausgang 104a3, 104b3 auf, der durch das der Einlassöffnung 101 zugewandte Ende der Nebenstromkanale 104a, 104b gebildet wird. Durch die Eingänge 104a1 , 104b 1 fließt ein kleiner Teil des Fluidstroms 2, die Nebenströme 23a, 23b (Figur 4), in die Nebenstromkanäle 104a, 104b. Der restliche Teil des Fluidstroms 2 (der sogenannte Hauptstrom 24) tritt über die Auslassöffnung 102 aus dem fluidischen Bauteil 1 aus (Figur 4). Die Nebenströme 23a, 23b treten an den Ausgängen 104a3, 104b3 aus den Nebenstromkanälen 104a, 104b aus, wo sie einen seitlichen (quer zur Längsachse A) Impuls auf den durch die Einlassöffnung 101 eintretenden Fluidstrom 2 ausüben können. Dabei wird die Richtung des Fluidstromes 2 derart beeinflusst, dass der an der Auslassöffnung 102 austretende Hauptstrom 24 räumlich oszilliert, und zwar in einer Ebene, in der der Hauptstromkanal 103 und die Nebenstromkanäle 104a, 104b angeordnet sind. Die Ebene, in der der Hauptstrom 24 oszilliert, entspricht der Symmetrieebene S1 beziehungsweise ist parallel zu der Symmetrieebene S1 . Figur 4, die den oszillierenden Fluidstrom 2 darstellt, wird später näher erläutert.
Die Nebenstromkanäle 104a, 104b weisen jeweils eine Querschnittsfläche auf, die über die gesamte Länge (vom Eingang 104a1 , 104b1 bis zum Ausgang 104a2, 104b2) der Nebenstromkanäle 104a, 104b nahezu konstant ist. Demgegenüber nimmt die Größe der Querschnittsfläche des Hauptstromkanals 103 in Strömungsrichtung des Hauptstromes 23 (also in Richtung von der Einlassöffnung 101 zu der Auslassöffnung 102) im Wesentlichen stetig zu, wobei die Form des Hauptstromkanals 103 spiegelsymmetrisch zu den Symmetrieebenen S1 und S2 ist.
Die Hauptstromkanal 103 kann stromabwärts zwischen den inneren Blöcken 11 a, 11 b verjüngen. Aber zur Erreichung eines Oszillationswinkels α von größer als 60° und insbesondere von über 80° ist aber eine monoton divergente Form zwischen den inneren Blöcken 11 a und 11 b des Hauptstromkanals 103 vorteilhaft. Alternativ oder zusätzlich ist es vorteilhaft, dass keine Einbauten in der Nähe des Auslasses 102 befinden, um somit eine hohe Strahlqualität zu erreichen. Aus der Technik sind Lösungen bekannt, bei denen in der Nähe des Auslasses Störkörper positioniert werden, um den Spraywinkel zu vergrößern, in dem dieser aufgeplatzt wird. Diese Einbauten haben den Nachteil, dass dann die Strahlqualität des oszillierenden Freistahl 15 (vgl. Figur 4) verringert wird. Der Hauptstromkanal 103 ist von jedem Nebenstromkanal 104a, 104b durch einen Block 11 a bzw. durch den Block 11 b getrennt. Die zwei Blöcke 11 a, 11 b sind in der Ausführungsform symmetrisch bezüglich der Spiegelebene S2 angeordnet. Prinzipiell können sie jedoch auch unterschiedlich ausgebildet und nicht symmetrisch ausgerichtet sein. Bei nicht symmetrischer Ausrichtung ist auch die Form des Hauptstromkanals 103 nicht symmetrisch zu der Spiegelebene S2. Die Form der Böcke 11 a, 11 b, die in Figur 1 dargestellt ist, ist nur beispielhaft und kann variiert werden. Die Blöcke 11 a, 11 b aus Figur 1 weisen abgerundete Kanten auf. Es sind auch scharkantige Kanten möglich. Die Blöcke 11 a, 11 b sind in dieser Ausführungsvariante aber so ausgebildet, dass eine dreieckige bzw. keilförmige Strömungskammer 103 dadurch gebildet wird. Die Form der Strömungskammer wird hauptsächlich durch die nach innen zeigenden Flächen der Blöcke 11 a, 11 b gebildet und wird hier mit der Zahl 110 gekennzeichnet. Der von den Flächen eingeschlossene Winkel wird hier als γ bezeichnet. Dazu kann die Fläche 110, die durch die in dargestellte Linie und der Bauteiltiefe t gebildet wird, eine leichte Krümmung aufweisen oder durch eine bzw. mehrere Radien, einem Polynom oder bzw. und eine oder mehrere Geraden bzw. durch eine Mischform gebildet werden. Zur Erreichung von großen Spraywinkel α von über 60° insbesondere über 80° ist es vorteilhaft, wenn bei der Form darauf geachtet wird, dass die Breite bi os des Hauptstromkanals 103 zwischen den inneren Blöcken 11 a, 11 b stromabwärts monoton größer wird. Wenn kein großer Spraywinkel α gewünscht ist, ist eine stellenweise nicht verbreitende Form der Hauptstromkanals 103 vorteilhaft.
Am Eingang 104a1 , 104b1 der Nebenstromkanäle 104a, 104b, sind zudem Separatoren 105a, 105b in Form von Einbuchtungen vorgesehen. Dabei ragt am Eingang 104a 1 , 104b 1 jedes Nebenstromkanals 104a, 104b jeweils eine Einbuchtung 105a, 105b über einen Abschnitt der Umfangskante des Nebenstromkanals 104a, 104b in den jeweiligen Nebenstromkanal 104a, 104b und verändert an dieser Stelle unter Verkleinerung der Querschnittsfläche dessen Querschnittsform. In der Ausführungsform der Figur 1 ist der Abschnitt der Umfangskante so gewählt, dass jede Einbuchtung 105a, 105b (unter anderem auch) auf die Einlassöffnung 101 (im Wesentlichen parallel zu der Längsachse A ausgerichtet) gerichtet ist. Alternativ können die Separatoren 105a, 105b anders ausgerichtet sein. Durch die Separatoren 105a, 105b wird die Abtrennung der Nebenströme 23a, 23b vom Hauptstrom 24 beeinflusst und gesteuert. Durch Form, Größe und Ausrichtung der Separatoren 105a, 105b kann die Menge, die aus dem Fluidstrom 2 in die Nebenstromkanäle 104a, 104b strömt, sowie die Richtung der Nebenströme 23a, 23b beeinflusst werden. Das führt wiederum zu einer Beeinflussung des Austrittswinkels des Hauptstroms 24 an der Auslassöffnung 102 des fluidischen Bauteils 1 (und damit zu einer Beeinflussung des Oszillationswinkels a), mit der der Hauptstrom 24 an der Auslassöffnung 102 oszilliert. Durch Wahl der Größe, Orientierung und/oder Form der Separatoren 105a, 105b kann somit gezielt das Profil des an der Auslassöffnung 102 austretenden Hauptstroms 24 beeinflusst werden. Alternativ kann auch nur am Eingang eines der beiden Nebenstromkanäle ein Separator vorgesehen sein. Besonders vorteilhaft ist die Position der Separatoren 105a, 105b oberhalb der maximalen Breite bn amax, bu bmax-
Der Einlassöffnung 101 der Strömungskammer 10 ist stromaufwärts ein trichterförmiger Ansatz 106 vorgeschaltet, der sich in Richtung auf die Einlassöffnung 101 (stromabwärts) verjüngt. Auch die Strömungskammer 10 verjüngt sich und zwar im Bereich der Auslassöffnung 102 stromabwärts nach den inneren Blöcken 11 a, 11 b. Die Verjüngung wird von einem Auslasskanal 107 gebildet, der sich zwischen den Separatoren 105a, 105b und der Auslassöffnung 102 erstreckt. Bei Bauteilen ohne Separatoren 105a, 105b beginnt der Auslasskanal 107 am Nebenstromkanaleinlass 104a1 , 104b1 . Dabei verjüngen sich der trichterförmige Ansatz 106 und der Auslasskanal 107 derart, dass nur deren Breite, das heißt deren Ausdehnung in der Symmetrieebene S1 senkrecht zu der Längsachse A, jeweils stromabwärts abnimmt. Die Verjüngung wirkt sich nicht auf die Tiefe, das heißt die Ausdehnung in der Symmetrieebene S2 senkrecht zu der Längsachse A, des Ansatzes 106 und des Auslasskanals 107 aus (Figur 2). Alternativ können sich der Ansatz 106 und der Auslasskanal 107 auch jeweils in der Breite und in der Tiefe verjüngen. Ferner kann sich nur der Ansatz 106 in der Tiefe oder in der Breite verjüngen, während sich der Auslasskanal 107 sowohl in der Breite als auch in der Tiefe verjüngt, und umgekehrt. Das Ausmaß der Verjüngung des Auslasskanals 107 beeinflusst die Richtcharakteristik des aus der Auslassöffnung 102 austretenden Fluidstroms 2 und somit dessen Oszillationswinkel a. Die Form des trichterförmigen Ansatzes 106 und des Auslasskanals 107 sind in Figur 1 nur beispielhaft gezeigt. Hier nimmt deren Breite stromabwärts jeweils linear ab. Andere Formen der Verjüngung sind möglich. Die Länge des trichterförmigen Ansatzes h oe entspricht in dieser Ausführungsform mindestens der Einlassbreite bin, also gilt h oe > bi .
Die Einlassöffnung 101 und die Auslassöffnung 102 weisen jeweils eine rechteckige Querschnittsfläche auf. Diese weisen jeweils die gleiche Tiefe (Ausdehnung in der Symmetrieebene S2 senkrecht zur Längsachse A, Figur 2) auf, unterscheiden sich jedoch in ihrer Breite b , bex (Ausdehnung in der Symmetrieebene S1 senkrecht zur Längsachse A, Figur 1 ). Insbesondere ist die Auslassöffnung 102 breiter als die Einlassöffnung 101 . Die Auslassbreite bEx ist größer als die engste Querschnittsverengung stromaufwärts der Strömungskammer. Die engste Querschnittsverengung kann entweder die minimale Breite der Strömungskammer bn oder die Einlassbreite biN sein. Typischerweise bewegen sich beiden Längenmaße im Bereich zwischen 0,01 mm und 250 mm. Diese geometrischen Maße sind abhängig vom benötigten Volumenstrom bzw. von der Randbedingung, wie viel Fluid durch das Bauteil strömen soll. Daher können hier keine weiteren einschränkenden Maße angegeben werden. Die genannten Maße können aber von den angegeben Maßen abweichen. Typischerweise beträgt die Differenz zwischen der Breite b und bn max. 40 %. Das heißt, dass die Breite b n bis zu 40% größer oder kleiner als die Breite biN sein kann. Bevorzugt wird die Kombination, dass die Breite bn kleiner oder gleich groß ist wie die Breite biN.
Zur Verbindung des Austrittsbereiches 108 an die Funktionsgeometrie sind zwei Varianten vorteilhaft.
Zum einen mit einem Radius 109, der kleiner ist als die minimale Breite von bi oder bn . Ein Extremwert, wodurch ein scharfkantiger Auslass 102 entsteht, ist ein Radius von Null.
Aufgrund der höheren mechanischen Stabilität ist ein Radius 109 zu bevorzugen. Nach dem Radius folgt ein nahezu geradliniger Abschnitt. Dieser nahezu oder geradliniger Abschnitt, kann auch durch ein Polynom gebildet werden, stehen zu einem Winkel δ zueinander.
Dieser Winkel δ kann unterschiedliche Maße aufweisen. Vorteilhaft ist ein Winkel δ abgeleitet von dem gewünschten Oszillationswinkel a. Dabei ist eine Abweichung von + 12° sowie - 40° möglich von dem Oszillationswinkel möglich, also α - 40°< δ < α + 12°. Eine besonders bevorzugte Abweichung ist + 7° sowie - 30°, also α - 30°< δ < α + 7. Dadurch kann in dem Falle, wenn der freischwingenden Oszillationswinkel α zu groß ist, durch einen kleineren Winkel δ der Oszillationswinkel α auf den Winkel δ reduziert werden.
Aber der Winkel δ kann auch dazu genutzt werden, den Spraywinkel α zu vergrößern, in dem Fall, wenn der frei schwindende Oszillationswinkel α nicht ausreicht. Dann kann bis zu 12° der Spraywinkel vergrößert werden, wenn der Winkel δ um diese maximal 12° größer dimensioniert wird, als der Oszillationswinkel a. Insbesondere wird eine Vergrößerung des Winkels δ von maximal 4° vom freischwingenden austretenden Freistrahl 15 bevorzugt.
Für einige Anwendungen, insbesondere bei denen, eine gleichmäßigere Verteilung gewünscht wird, ist es vorteilhaft, wenn die nahezu geradlinigen Abschnitte nach dem Radius 109 nicht den oszillierenden Freistrahl 15 berührt, wie beispielhaft in Figur 4 c) dargestellt ist. Dann sollte der Winkel δ erheblich größer als den Oszillationswinkel α gewählt werden, beispielsweise 180°. Durch die Länge des Austrittsbereiches os wird die Strahlqualität des oszillierenden Fluidstrahls positiv beeinflusst. Je länger die Länge des Austrittsbereiches os ist, desto stärker wird der austretende Fluidstrahl gebündelt. Bei einer gewünschten gesteigerten Fluidstrahlqualität ist eine Länge os von mindestens der Hälfte des Radius 109 notwendig. Besonders bevorzugt ist, wenn h os mindestens der Auslassbreite b x entspricht. Die maximale Länge h os entspricht der Bauteillänge I.
In Figur 4 sind drei Momentaufnahmen eines Fluidstroms 2 zur Veranschaulichung der Strömungsrichtung (Stromlinien) des Fluidstroms 2 in einem fluidischen Bauteil 1 während eines Oszillationszyklus dargestellt (Abbildungen a) bis c)). Das fluidische Bauteil 1 aus Figur 4 unterscheidet sich von dem fluidischen Bauteil 1 aus den Figuren 1 bis 3 insbesondere dadurch, dass keine Separatoren 105 vorgesehen sind. Die Bauteillänge I des fluidischen Bauteils 1 aus Figur 4 beträgt 22 mm und die Bauteilbreite b = 20 mm. Die Breite b der Einlassöffnung 101 beträgt 3,2 mm und die Breite bu ist 2,8 mm. Die Auslassbreite bex beträgt 5 mm. Die Bauteiltiefe t ist in diesem Ausführungsbeispiel konstant und beträgt 2 mm. Der Hauptstromkanal 103 weist eine maximale Breite bi osmax, die sich zwischen den Blöcken 11 a, 11 b befinden, von 13,07 mm auf. Diese maximale Breite bi 03max ist hier an diesem Ausführungsbeispiel an der Position definiert, von der der Radius zur der Geraden von der inneren Blockfläche 110 übergeht. Das fluidische Bauteil 1 durchströmende Fluid weist an der Einlassöffnung 101 einen Druck von 0,11 bar und einen Volumenstrom von 1 ,5 l/min auf, wobei das Fluid Wasser mit einer Temperatur von 20°C ist. Jedoch ist das dargestellte fluidische Bauteil 1 grundsätzlich auch für gasförmige Fluide geeignet. In den Abbildungen a) und c) sind die Stromlinien für zwei Auslenkungen des austretenden Hauptstroms 24 dargestellt, die annähernd den maximalen Auslenkungen entsprechen. Der Winkel, den der austretende Hauptstrom 24 zwischen diesen beiden Maxima überstreicht ist der Oszillationswinkel a. Abbildung b) zeigt die Stromlinien für eine Position des austretenden Hauptstroms 24, die ungefähr in der Mitte zwischen den beiden Maxima aus den Abbildungen a) und c) liegt. Im Folgenden werden die Strömungen innerhalb des fluidischen Bauteils 1 während eines Oszillationszyklus beschrieben.
Durch Einbringen einer einmaligen zufälligen oder gezielten Störung wird der Fluidstrom 2 seitlich in Richtung der dem Hauptstromkanal 103 zugewandten Seitenwand 110a des einen Blockes 11 a ausgelenkt, so dass die Richtung des Fluidstroms 2 zunehmend von der Längsachse A abweicht bis der Fluidstrom maximal ausgelenkt ist. Durch den sogenannten Coandä-Effekt legt sich der größte Teil des Fluidstroms 2, der sogenannte Hauptstrom 24, dabei an die Seitenwand des einen Blockes 11 b an und strömt dann entlang dieser Seitenwand 110b. Dabei bestimmt der Winkel γ im Zusammenspiel mit dem Winkel ß später den Oszillationswinkel a. Je nach Randbedingungen bzw. des Einsatzgebietes des fluidischen Bauteils 1 entspricht verändert sich der Winkel γ. Die Innenseite 110 des Hauptstromkanals 103 und die Innenseite des Auslasskanals 107 stehen in dem Winkel ε zu einander. Der Winkel ε ist in der dargestellten Ausführungsform ungefähr 90°. In anderen Ausführungsformen kann der Winkel ε im Bereich zwischen 80° und 110 liegen0. Dadurch stehen auch die Winkel γ und der Winkel ß in einem direkten Zusammenhang, wenn es sich um fluidische Bauteile mit großem Spraywinkel von mindestens 60° handelt. Aufgrund des nichtlinearen Verhaltes der Strömung ist eine detaillierte Angabe hier nicht praktikabel.
Im Bereich zwischen dem Hauptstrom 24 und dem anderen Block 11 a bildet sich ein Rezirkulationsgebiet 25a aus. Dabei wächst das Rezirkulationsgebiet 25a je mehr sich der Hauptstrom 24 an die Seitenwand des einen Blockes 11 b anlegt. Der Hauptstrom 24, tritt unter einem sich zeitlich ändernden Winkel bezüglich der Längsachse A aus der Auslassöffnung 102 aus. In Figur 4c) liegt der Hauptstrom 24 an der Seitenwand des einen Blockes 11 a an und das Rezirkulationsgebiet 25b weist seine maximale Größe auf. Zudem tritt der Hauptstrom 24 mit annähernd größtmöglicher Auslenkung aus der Auslassöffnung 102 aus. Ein kleiner Teil des Fluidstroms 2, der sogenannte Nebenstrom 23a, 23b, trennt sich von dem Hauptstrom 24 und strömt in die Nebenstromkanäle 104a, 104b über deren Eingänge 104a1 , 104b1 . In der in Figur 4c) dargestellten Situation ist (aufgrund der Auslenkung des Fluidstroms 2 in Richtung des Blockes 11 a) der Teil des Fluidstroms 2, der in den Nebenstromkanal 104b fließt, der an den Block 11 b grenzt, an dessen Seitenwand sich der Hauptstrom 103 nicht anlegt, deutlich größer als der Teil des Fluidstroms 2, der in den Nebenstromkanal 104a fließt, der an den Block 11 a grenzt, an dessen Seitenwand sich der Hauptstrom 103 anlegt. In Figur 4c) ist also der Nebenstrom 23b deutlich größer als der Nebenstrom 23a, der nahezu vernachlässigbar ist. In der Regel kann die Umlenkung des Fluidstroms 2 in die Nebenstromkanäle 104a, 104b mit Separatoren beeinflusst und gesteuert werden. Die Nebenströme 23a, 23b (insbesondere der Nebenstrom 23b) fließen durch die Nebenstromkanäle 104a beziehungsweise 104b zu deren jeweiligen Ausgängen 104a2, 104b2 und geben damit dem an der Einlassöffnung 101 eintretenden Fluidstrom 2 einen Impuls. Da der Nebenstrom 23b größer ist als der Nebenstrom 23a überwiegt die Impulskomponente, die aus dem Nebenstrom 23b resultiert.
Der Hauptstrom 24 wird also durch den Impuls (des Nebenstroms 23b) an die Seitenwand des Blockes 11 a gedrückt. Gleichzeitig bewegt sich das Rezirkulationsgebiet 25b in Richtung auf den Eingang 104b1 des Nebenstromkanals 104b, wodurch die Zufuhr von Fluid in den Nebenstromkanal 104b gestört wird. Die Impulskomponente, die von dem Nebenstrom 23b resultiert, nimmt damit ab. Gleichzeitig verkleinert sich das Rezirkulationsgebiet 25b, während sich ein weiteres (anwachsendes) Rezirkulationsgebiet 25a zwischen dem Hauptstrom 24 und der Seitenwand des Blockes 11 a ausbildet. Hierbei nimmt auch die Zufuhr von Fluid in den Nebenstromkanal 104a zu. Die Impulskomponente, die von dem Nebenstrom 23a resultiert, nimmt damit zu. Die Impulskomponenten der Nebenströme 23a, 23b nähern sich im weiteren Verlauf immer weiter an, bis sie gleich groß sind und sich gegenseitig aufheben. In dieser Situation wird der eintretende Fluidstrom 2 nicht abgelenkt (Abbildung a)), so dass sich der Hauptstrom 24 ungefähr mittig zwischen den beiden Blöcken 11 a, 11 b bewegt und ohne Auslenkung aus der Auslassöffnung 102 austritt.
Im weiteren Verlauf nimmt die Zufuhr von Fluid in den Nebenstromkanal 104a immer weiter zu, so dass die Impulskomponente, die von dem Nebenstrom 23a resultiert, die Impulskomponente, die von dem Nebenstrom 23b resultiert, übersteigt. Der Hauptstrom 24 wird dadurch immer weiter von der Seitenwand des Blockes 11 a weggedrängt bis er an der Seitenwand des gegenüberliegenden Blockes 11 b aufgrund des Coandä-Effekts anliegt (Figur 4c)). Das Rezirkulationsgebiet 25b löst sich dabei auf, während das Rezirkulationsgebiet 25a zu seiner maximalen Größe anwächst. Der Hauptstrom 24 tritt nun mit maximaler Auslenkung, die im Vergleich zu der Situation aus Figur 4b) ein umgekehrtes Vorzeichen aufweist, aus der Auslassöffnung 102 aus.
Anschließend wird das Rezirkulationsgebiet 25a wandern und den Eingang 104a1 des Nebenstromkanals 104a blockieren, so dass die Zufuhr von Fluid hier wieder sinkt. In der Folge wird der Nebenstrom 23b die dominierende Impulskomponente liefern, so dass der Hauptstrom 24 wieder von der Seitenwand des Blocks 11 b weggedrückt wird. Die beschriebenen Änderungen erfolgen nun in umgekehrter Reihenfolge.
Durch den beschriebenen Vorgang oszilliert der an der Auslassöffnung 102 austretende Hauptstrom 24 um die Längsachse A in einer Ebene, in der der Hauptstromkanal 103 und die Nebenstromkanäle 104a, 104b angeordnet sind, so dass ein hin- und her schweifender Fluidstrahl erzeugt wird. Um den beschriebenen Effekt zu erreichen, ist ein symmetrischer Aufbau des fluidischen Bauteils 1 nicht zwingend notwendig.
In Figur 5 ist ein fluidisches Bauteil 1 ohne Strömungsseparator 105 dargestellt. Außerdem ist hier der engste Querschnitt zwischen den inneren Blöcken 11 a, 11 b an der Breite bn . Dieses Bauteil hat außerdem keinen Radius 109 bzw. einen unendlich kleinen Radiuses am Auslass 102. Dies an diesem Bauteil werden exemplarisch wichtige Zusammenhänge der geometrischen Merkmale dargestellt, die zur Erzeugung von großen Spraywinkels α von über 60° insbesondere von über 80° benötigt werden. Der Winkel ß ist gleich oder größer als den gewünschten Oszillationswinkel α zu wählen. Bevorzugt ist es, wenn der Winkel ß größer als den gewünschten Oszillationswinkel et ist. Dabei kann der Winkel ß bis zu 70 % größer sein, als der zu erreichende Oszillationswinkel a.
Die Länge der Strömungskammer h 03 ist gleich groß oder bevorzugt größer als die maximale Breite der Strömungskammer bi 03max, insbesondere für fluidische Bauteile mit über 0,005 bar Eingangsdrucks. Zur Erhöhung der Strahlqualität ist eine Erhöhung der Länge h os (vgl. Figur 1 ) vorteilhaft. Bei solchen fluidischen Bauteilen die mit einem Eingangsdruck von über 0,05 bar am Einlass sollte die Länge h os mindestens bi 4 betragen. Besonders bevorzugt ist eine Länge h os von mindestens bex.
Das geometrische Maß bi o7, das sich zwischen dem Auslass 102 und dem inneren Block 11 befindet, ist größer oder gleich groß wie das kleinere Maß von bi oder bn . Die Länge von bi o7 kann bis zu 100 % größer als das kleinere Maß von biN oder bn sein. Dieses Maß ist vom gewünschten Oszillationswinkel α abhängig. Je größer der Oszillationswinkel α sein soll, desto größer wird die Breite bi 07. Auch die Auslassbreite bex ist abhängig vom gewünschten Oszillationswinkel a. Bei der hier dargestellten Ausführungsform wird die Auslassbreite bEx durch die folgende Gesetzmäßigkeit bestimmt: bex = min(bn , biN)/[sin(90° - α/2)] ± 30%. Bei fluidischen Bauteilen mit einem Strömungsseparator 105 ist eine höhere Abweichung von 45 % möglich. Aufgrund des nichtlinearen Charakters der Strömung ist hier keine spezifischere Angabe möglich, aber für den Fachmann mit den bekannten Strömungsauslegungswerkzeugen zu ermitteln.
An diesem Bauteil entspricht die Breite bi 03max des strömungstechnischen relevanten Maßes bi o3oben . Das Maß bi 03oben befindet sich im oberen Drittel, also im letzten stromabwärts lokalisierten Drittel des Hauptstromkanal 103. Diese Breite bi o3oben wird an der Position gemessen, an der der Hauptstromkanal 103 mit geraden Wandungen seitlich zu den Nebenstromkanälen 104a, 104b in eine Krümmung übergeht und zwar an dem Wendepunkt der gekrümmten Fläche. Dieser Wendepunkt kann auch als Bogenwechsel bezeichnet werden. An dieser Stelle ändert sich die Richtung der Tangente von einem Punkt zum nächsten Punkt. In Figur 5 ist markieren dieser Punkte auch die maximale Längserstreckung des Hauptstromkanals 103 in der Strömungskammer 10 in Richtung der Auslassöffnung 102. Für das Maß bi 03oben gilt folgende Beziehung bex < bi 03 oben < 3*btx- Dies wird zum Beispiel durch kleine Radien, also Radien die kleiner sind als biN 2, z.B. kleiner als 3,5 mm der Fall.
Das in Figur 6 dargestellte fluidische Bauteil 1 entspricht dem aus Figur 1 mit dem Unterschied, dass die innenliegenden Flächen 110 von den Blöcken 11 anders geformt sind und der Austrittsbereich 108 erheblich länger ausgeprägt ist. Solche Bauteile mit und ohne Austrittsbereich 108 sind insbesondere für Reinigungsanwendungen oder für Fluidverteilungsanwendungen zum Vorteil. Bei dem hier dargestellten fluidischen Bauteil 1 weist die Hauptströmungskammer 103 zwischen den inneren Blöcken 11 a, 11 b eine bauchige Form auf. Stromaufwärts wird von der Strömungskammer 103 im ersten Teil monoton größer und im hinteren Teil verengt sich die Strömungskammer 103 wieder. Die dadurch entstehende minimale Breite bi 03min der Strömungskammer 103 soll dabei folgende Größe aufweisen: bn < bi 03min < 3*bex. Auch hier entspricht die Breite bi o3min der strömungstechnisch relevanten Breite bi3ooben. Die obere Breite bi osyn wird am Wendepunkt der nach innen gerichteten Form der inneren Blöcke 11 a, 11 b ermittelt. Wie auch bei den anderen Ausführungsformen gilt hier folgende Beziehung bfiX < bl 03oben < 3"bfiX.
Bei diesen Bauteilen weicht der Oszillationsmechanismus von der in Figur 4 beschriebenen Oszillationsmechanismus ab. Der Unterschied liegt darin, dass das Fluid vom inneren Block 11 b erst in die Nebenstromkanaleinlass 104a1 strömt statt in den Nebenstromkanaleinlass 104b1 .
Das fluidische Bauteil 1 in Figur 7 unterscheidet sich gegenüber den anderen Bauteilen darin, dass die Strömungskammer 103 im oberen zwei Drittel, also stromabwärts in dem letzten beiden Drittel Bereich, eine nahezu gleichbleibende Strömungskammerbreite bio3 besitzt. Daher wird die strömungstechnisch relevante Breite bi 03oben an der Position ermittelt, bei der sich die in Strömungskammer 103 zeigenden Innenflächen 110a und 110b der Blöcke 11 a, 11 b eine Richtungsänderung in Richtung der Nebenstromkanaleinlässe 104a1 , 104b1 erfährt, d.h. dem Wendepunkt. Anders ausgedrückt, die Position, zur Ermittlung der strömungstechnisch relevante Breite bi o3oben, wird an der Stelle ermittelt, an der die Krümmung der Flächen 110a, 110b soweit schlagartig ändert, dass an dieser Position die Hauptströmung 24 nicht mehr der Oberfläche folgt. Dies ist zum Beispiel bei einer Krümmungsänderung von mindestens 3° entlang einer Stecke von 0,5 mm der Fall. Bei diesem fluidischen Bauteil wird der Spraywinkel α maßgeblich von dem Winkel ß bestimmt.
Zur Verbindung des divergenten Anteils an die Strömungsgeometrie sind die beiden aus Figur 1 bekannten zwei Varianten vorteilhaft. Für die Erreichung einer guten Spraycharakteristik ist eine maximale Länge des divergenten Anteils os von os < I. Besonders bevorzugt ist eine Länge os von bEx < hos < 1/3.
Eine weitere Ausführungsvariante des fluidische Bauteils mit einem Austrittsbereich 108 ist in Figur 8 dargestellt. Die Ausführungsvariante des fluidischen Bauteils 1 in Figur 8 unterscheidet sich vom fluidischen Bauteil von Figur 6 insoweit, dass die bauchige Struktur nicht im oberen Drittel, also stromabwärts, der Strömungskammer 103 befindet, sondern im unteren Drittel der Strömungskammer 103. Die tropfenförmige Strömungskammer 103 verursacht eine sehr homogene Strömungsverteilung. Die Tropfenform wird, durch eine sehr starke divergente Vergrößerung der Strömungskammer 103 stromabwärts nach der minimalen Breite der Strömungskammer bn , in der unteren Hälfte der Strömungskammer gefolgt von einer Verengung der Strömungskammer, gebildet. Besonders vorteilhaft ist eine nahezu geradlinige bzw. stückweise gerade Fläche 110a, 110b. Diese Flächen 110a, 110b schließen den Winkel γ ein.
Im Gegensatz zu den anderen genannten Bauteilen wird der Oszillationswinkel α direkt über den Winkel γ bestimmt. Daher gilt für den Winkel γ folgende Beziehung α - 10°< γ < α + 10°. Bei diesem Bauteil strömt im Gegensatz zu den anderen Bauteilen der Hauptstrom 24 nicht über den Auslasskanal 107 sondern direkt aus dem Auslass bex. Daher hat der Winkel ß hier keinen großen Einfluss auf den Oszillationswinkel a. Genauso wie bei den anderen Bauteilen ist die Auslassbreite bi o3min größer als bsx. Hier entspricht die Auslassbreite bi 03min der obersten Breite bi 03 oben- Besonders bevorzugt ist, dass die Auslassbreite bpx größer als die Breite bi 03min addiert mit der Hälfte der Einlassbreite biN, also bex > bi 03min + biN 2 gilt.

Claims

Ansprüche
1 . Fluidisches Bauteil (1 ) zur Erzeugung eines Freistrahls (15), wobei das Bauteil (1 ) eine Strömungskammer (10) aufweist, die von einem Fluidstrom (2) durchströmbar ist, der durch eine Einlassöffnung (101 ) in die Strömungskammer (10) eintritt und durch eine Auslassöffnung (102) aus der Strömungskammer (10) austritt und dessen Strömungsrichtung im Wesentlichen parallel zu der Haupterstreckungshchtung der Strömungskammer (10) verläuft und wobei innerhalb der Strömungskammer (10) ein Hauptstromkanal (103) und Nebenstromkanäle (104) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnittsverlauf des Hauptstromkanals (103) in Richtung der Haupterstreckungshchtung der Strömungskammer (10) über die gesamte Länge des Hauptstromkanals (103) divergent ist oder abschnittsweise divergent und abschnittsweise konvergent ist.
2. Fluidisches Bauteil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der divergente Anteil des Querschnittsverlaufes der Strömungskammer (10) monoton, insbesondere linear monoton ist.
3. Fluidisches Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnittsverlauf der Strömungskammer (10) knickfrei ausgebildet ist.
4. Fluidisches Bauteil nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskammer (10) eine strömungstechnisch relevante
Breite bi03oben aufweist, die größer ist, als eine Auslassbreite bex der Auslassöffnung (102), insbesondere aber kleiner ist als 3-btx, wobei die Breite bi03oben an der Position liegt, an der der Hauptstromkanal (103) mit geraden Wandungen seitlich zu den Nebenstromkanälen (104a, 104b) in eine Krümmung übergeht und zwar am Wendepunkt der Krümmung.
5. Fluidisches Bauteil nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des Freistrahls (15) mit einem Oszillationswinkel α von größer als 60° und insbesondere von über 80° die Wandungen der Strömungskammer (10) so angeordnet sind, dass der Querschnittsverlauf der Strömungskammer (10) entlang der Haupterstreckungsrichtung der Strömungskammer (10), insbesondere zwischen den inneren Blöcken (11 a, 11 b), eine monoton divergente Form aufweist, so dass die Strömungskammer eine dreieckige oder keilförmige Strömungskammer (10) aufweist, wobei insbesondere die Breite (bira) des Hauptstromkanals (103) zwischen den inneren Blöcken (11 a, 11 b) stromabwärts monoton größer wird.
6. Fluidisches Bauteil nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Innenseite (110) des Hauptstromkanals (103) und die Innenseite eines zur Auslassöffnung (102) führenden Auslasskanals (107) stehen in dem Winkel (ε) zu einander, wobei der Winkel zwischen 80° und 110° liegt, insbesondere bei 90°.
7. Fluidisches Bauteil nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenseiten eines zur Auslassöffnung (102) führenden Auslasskanals (107) unter einem Winkel (ß) stehen, der gleich oder größer ist, als der gewählte Oszillationswinkel (Q), insbesondere ist er größer als der Oszillationswinkel (a).
8. Fluidisches Bauteil nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (h os) des Hauptstromkanals (103) gleich groß oder größer als die maximale Breite (bi 03max) des Hauptstromkanals (103).
9. Fluidisches Bauteil nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand bw) quer zur Strömungsrichtung zwischen dem Auslass (102) und dem Ausgang des inneren Blocks (11 ) gleich oder größer ist als das kleinere Maß von b oder bu , insbesondere kann der Abstand (bi 07) bis zu 100 % größer als das kleinere Maß von biN oder bu sein.
10. Fluidisches Bauteil nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Auslassbreite (bex) der Auslassöffnung (102) bsx = min(bii , bw) / [sin(90° - α/2)] ± 30 % ist, wobei im Falle des Vorhandenseins eines Strömungsseparators (105) auf Grund des nichtlinearen Verhaltens eines Fluides eine höhere Abweichung notwendig ist und es gilt bex = min(bn , biN) / [sin(90° - α/2)] ± 45 %.
11 . Fluidisches Bauteil nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den von den inneren Wandungen der inneren Blöcke (11 a, 11 b) eingeschlossenen Winkel (γ) gilt: α - 10°< γ < α + 10°, mit α als dem Oszillationswinkel.
12. Fluidisches Bauteil nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für Auslassbreite bex gilt bex > bi o3min + bi /2, wobei bi 03min die minimale Breite des Hauptstromkanals (103) ist und biN die Einlassbreite der Strömungskammer (10).
13. Fluidisches Bauteil nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptstromkanal (103) eine Tropfenform aufweist, die durch eine divergente Vergrößerung der Strömungskammer (103) stromabwärts nach der minimalen Breite bn der Strömungskammer (103), in der unteren Hälfte der Strömungskammer (103) gefolgt von einer Verengung der Strömungskammer (103) gebildet wird.
14. Fluidisches Bauteil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass für den von den geraden Teilen der inneren Wandungen der inneren Blöcke (11 a, 11 b) gebildeten Winkel (γ) gilt: α - 10°< γ < α + 10°, mit α als dem Oszillationswinkel.
15. Fluidisches Bauteil zur Erzeugung eines Freistrahls (15), wobei das Bauteil (1 ) eine Strömungskammer (10) aufweist, die von einem Fluidstrom (2) durchströmbar ist, der durch eine Einlassöffnung (101 ) in die Strömungskammer (10) eintritt und durch eine Auslassöffnung (102) aus der Strömungskammer (10) austritt und dessen Strömungsrichtung im Wesentlichen parallel zu der Haupterstreckungsrichtung der Strömungskammer (10) verläuft, wobei innerhalb der Strömungskammer (10) ein Hauptstromkanal (103) und Nebenstromkanäle (104) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Austrittsbereich (108), insbesondere ein Kanal oder ein Bereich, stromabwärts der Auslassöffnung (102) obstruktionsfrei ist.
16. Fluidisches Bauteil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Austrittsbereich (108) in Strömungsrichtung seitlich von Wandungen begrenzt ist, die unter einem Winkel (δ) angeordnet sind, wobei die Größe des Winkels (δ) vom vorbestimmten Oszillationswinkel (a) abhängt: α - 40°< δ < α + 12°, insbesondere α - 30°< δ < α + 7°.
17. Fluidisches Bauteil nach den Ansprüchen 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (δ) größer ist als der Oszillationswinkel a, insbesondere 180°.
18. Fluidisches Bauteil nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (h os) des Auslassbereiches (108) in Strömungsrichtung mindestens der Hälfte des Rundungsradius (109) am Ausgang der Strömungskammer (10) und am Eingang zum Austrittsbereich (108) entspricht oder die Länge (h os) des Auslassbereiches (108) in Strömungsrichtung mindestens der Auslassbreite (bex) der Strömungskammer (10) entspricht.
19. Fluidisches Bauteil nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (h os) des Auslassbereiches (108) in Strömungsrichtung mindestens biN/4 beträgt, insbesondere von mindestens bEx.
20. Fluidisches Bauteil nach mindestens einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass für die maximale Länge (h os) des Austrittsbereichs (108) in Strömungsrichtung os < I gilt, insbesondere bEx < h os < I/3.
21 . Fluidisches Bauteil nach mindestens einem der Ansprüche 1 5 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassbreite (bex) der Strömungskammer (10) größer ist als die Einlassbreite (biN) der Strömungskammer (10), insbesondere ist die Auslassbreite (bsx) größer als die engste Querschnittsverengung stromaufwärts der Strömungskammer (10), wobei engste Querschnittsverengung die minimale Breite (bn ) der Strömungskammer (10) oder die Einlassbreite (birg) sein.
22. Fluidisches Bauteil nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14 und mindestens einem der Ansprüche 15 bis 21 .
23. Fluidisches Bauteil nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (h oe) eines trichterförmigen Ansatzes der der Einlassöffnung (101 ) in der Strömungsrichtung vorgelagert ist, mindestens so groß wie die Einlassbreite b^: h oe > bin.
24. Fluidisches Bauteil nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die minimale Breite (bn ) des Hauptstromkanals (103) oder der Strömungskammer (10) kleiner oder gleich groß ist wie die Breite (bi ) des Einlasses.
25. Fluidisches Bauteil nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch Separatoren (105a, 105b) am Eingang (104a1 , 104b1 ) von
Nebenstromkanäle (104a, 104b), insbesondere in Form von Einbuchtungen, wobei die Separatoren (105a, 105b) oberhalb der maximalen Breite bi 1 amax, bu bmax angeordnet sind, wobei die maximale Breite bu amax, bu bmax die maximalen Breite zwischen den inneren Blöcke 11 ist.
26. Fluidisches Bauteil nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rundungsradius (109) am Ausgang der Strömungskammer (10) und am Eingang zum Austrittsbereich (108) kleiner als die minimale Breite bi oder bn .
27. Fluidisches Bauteil nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Strömungskammer ( cs) gleich, insbesondere aber größer ist als die maximale Breite der Strömungskammer (bi 03max).
28. Fluidisches Bauteil nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei im Wesentlichen vasenförmigen Strömungskanälen (103) gilt:
Figure imgf000021_0001
29. Gerät mit mindestens einem der fluidischen Bauteile nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere ein Spritzgerät für Wasser, Dünger oder Pflanzenschutzmittel, ein Reinigungsgerät für Geschirr, Waren oder Teil, ein Druckreinigungsgerät, eine Autowaschanlage, ein Reinigungsgerät für Sensoren, Scheiben oder Flächen, ein Fluidverteilungsgerät, ein Sanitärgerät, ein Brandbekämpfungsgerät, insbesondere eine Sprinkleranlage oder ein Feuerlöschsystem.
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