EP3658290B1

EP3658290B1 - Fluidisches bauteil

Info

Publication number: EP3658290B1
Application number: EP18750113.5A
Authority: EP
Inventors: Bernhard BOBUSCH; Oliver Krueger; Jens Hermann WINTERING
Original assignee: FDX Fluid Dynamix GmbH
Current assignee: FDX Fluid Dynamix GmbH
Priority date: 2017-07-25
Filing date: 2018-07-20
Publication date: 2023-06-07
Anticipated expiration: 2038-07-20
Also published as: EP3658290C0; CA3070911A1; DE102017212747B3; WO2019020516A1; US20210138487A1; CN110997154A; AU2018305878A1; EP3658290A1

Description

Die Erfindung betrifft ein fluidisches Bauteil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Fluidverteilungsgerät, das ein solches fluidisches Bauteil umfasst.
Bei Fluidverteilungsgeräten wie beispielsweise Reinigungsgeräten ist es wünschenswert, Fluidstrahlen mit unterschiedlichen Sprühcharakteristiken erzeugen zu können, um den Anforderungen in unterschiedlichen Einsatzbereichen gerecht zu werden. So besteht beispielsweise Bedarf an einem Gerät, das wahlweise Rund- und Fächerstrahlen erzeugen kann. So können stark festsitzende Verschmutzungen mit dem hohen Strahlimpuls eines Rundstrahls punktartig und sensible Oberflächen mit dem örtlich geringeren Strahlimpuls eines Fächerstrahls (das heißt mit einer geringeren Flächenleistung) flächig behandelt und gereinigt werden. Ein Fächerstrahl beziehungsweise ein Fluidstrahl mit großer räumlicher Verteilung des Fluids ist gut zum Abspülen geeignet.
Zur Erzeugung eines Fluidstrahls mit unterschiedlichen Sprühcharakteristiken sind aus dem Stand der Technik Düsensysteme bekannt, bei denen zum Beispiel mittels eines Schiebers oder eines Drehmechanismus zwischen einer Mehrzahl von Düsen mit jeweils unterschiedlichen Sprühcharakteristiken hin und her geschaltet wird. Hierbei weist jede Düse für sich eine definierte und unveränderliche Sprühcharakteristik auf und gibt dem Fluidstrahl eine Strahlform fest vor.
Diese Düsensysteme erzeugen quasistatische beziehungsweise statische und nicht oszillierende Fluidstrahlen. Zur Erzeugung eines sich bewegenden Fluidstrahls sind aus dem Stand der Technik Düsen bekannt, die mittels einer Kinematik beziehungsweise einer (beweglichen) Vorrichtung in Bewegung versetzt werden. Die Kinematik beziehungsweise (bewegliche) Vorrichtung umfasst bewegliche Komponenten, die hohem Verschleiß ausgesetzt sind. Die mit der Herstellung und Wartung verbundenen Kosten sind entsprechend hoch. Zudem ist aufgrund der beweglichen Komponenten insgesamt ein relativ großer Bauraum erforderlich.
Zur Erzeugung eines beweglichen Fluidstroms (oder Fluidstrahls) sind ferner fluidische Bauteile bekannt, die einen in einer Ebene oszillierenden Fluidstrahl erzeugen. Die fluidischen Bauteile umfassen keine beweglichen Komponenten, die der Erzeugung eines beweglichen Fluidstroms dienen. Dadurch weisen sie im Vergleich zu den Düsen mit beweglichen Komponenten nicht die aus den beweglichen Komponenten resultierenden Nachteile auf.
Das fluidische Bauteil ist zur Erzeugung eines sich bewegenden, oszillierenden oder pulsierenden Fluidstrahls vorgesehen. Beispiele für Fluidfließmuster eines oszillierenden Strahls sind sinusförmige Strahloszillationen, rechteckige, sägezahnförmige oder dreieckige Strahlverläufe, räumliche oder zeitliche Strahlpulsationen und Schaltvorgänge. Solche Fluidstrahlen werden eingesetzt, um beispielsweise einen Fluidstrahl (oder Fluidstrom) auf einem Zielgebiet gleichmäßig zu verteilen. Der Fluidstrom kann ein Flüssigkeitsstrom, ein Gasstrom, ein Mehrphasenstrom (zum Beispiel Nassdampf) oder auch ein partikelbehaftetes Fluid sein.
Die aus dem Stand der Technik bekannten fluidischen Bauteile zur Erzeugung eines sich bewegenden Fluidstroms weisen in der Regel eine feste Sprüheigenschaft bei gleichbleibenden Volumenstrom und/oder Eingangsdruck des Fluids auf. In US 6,497,375 B1 und WO 02/07893 A1 werden fluidische Bauteile mit unterschiedlichen Betriebspunkten beschrieben, bei denen mittels verschließbarer Lufteindringungsbohrungen Luft in die fluidischen Bauteile geleitet werden kann und die Oszillation gezielt an- und ausgeschaltet werden kann. Somit kann zwischen einem Sprühstrahl mit einem festen Oszillationswinkel und einem punktartigen Sprühstrahl geschaltet werden. Aus der US 2006/0065765 A1 ist eine Vorrichtung bekannt, die eine Mehrzahl von fluidischen Bauteilen mit jeweils unterschiedlichen Sprüheigenschaften umfasst, von denen wahlweise ein fluidisches Bauteil in den Fluidstrahl gedreht werden und somit (je nach Wahl des fluidischen Bauteils) ein Fluidstrom mit unterschiedlichen Sprüheigenschaften erzeugt werden kann. Eine solche Vorrichtung erfordert insgesamt einen relativ großen Bauraum. Zudem kann die Sprühcharakteristik des austretenden Fluidstroms nur zwischen einer vorgegebenen Anzahl von Möglichkeiten variiert werden.
US 4,508,267 A offenbart ein weiteres fluidisches Bauteil aus dem Stand der Technik.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die ausgebildet ist, einen sich bewegenden Fluidstrahl zu erzeugen, dessen Sprühcharakteristik vor dem Betrieb einstellbar beziehungsweise während des Betriebes veränderbar ist, wobei die Vorrichtung eine hohe Ausfallsicherheit und einen entsprechend geringen Wartungsaufwand aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein fluidisches Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Danach umfasst das fluidisches Bauteil eine Strömungskammer, die von einem Fluidstrom durchströmbar ist, der durch eine Einlassöffnung der Strömungskammer in die Strömungskammer eintritt und durch eine Auslassöffnung der Strömungskammer aus der Strömungskammer austritt. Vorzugsweise sind die Einlassöffnung und die Auslassöffnung auf sich gegenüberliegenden Seiten der Strömungskammer angeordnet. In der Strömungskammer ist mindestens ein Mittel zur Ausbildung einer Oszillation des Fluidstroms an der Auslassöffnung vorgesehen. Das Mittel zur Ausbildung einer Oszillation kann beispielsweise mindestens ein Nebenstromkanal sein. Alternativ können auch andere Mittel zur Ausbildung einer Oszillation des Fluidstroms vorgesehen sein.
Das fluidische Bauteil zeichnet sich dadurch aus, dass die Strömungskammer eine veränderbare Form aufweist. Zur Veränderung der Form der Strömungskammer kann insbesondere eine Vorrichtung vorgesehen sein, die gezielt auf das fluidische Bauteil einwirkt und somit eine Veränderung der Form der Strömungskammer herbeiführt. Die Formveränderung der Strömungskammer ist dabei vorzugsweise reversibel. Das heißt, dass die Vorrichtung eine Formveränderung herbeiführen und auch wieder rückgängig machen kann. Zur Veränderung der Form der Strömungskammer können verschiedenen Parameter des fluidischen Bauteils (beziehungsweise Teile davon), wie beispielsweise die Form oder das Volumen verändert werden. Hierdurch kann eine Veränderung der Sprühcharakteristik des austretenden Fluidstroms herbeigeführt werden, ohne die Parameter des das fluidische Bauteil durchströmenden Fluids, wie beispielsweise die Art des Fluids, den Eingangsdruck des Fluids, die Eingangsgeschwindigkeit des Fluids und den Volumendurchfluss, zu verändern. Die Veränderung der Form kann stufenlos (oder wahlweise auch in Stufen) erfolgen, so dass sich entsprechend auch die Sprühcharakteristik des austretenden Fluidstroms stufenlos (in Stufen) ändert und somit gezielt an eine konkrete Anwendung angepasst werden kann. Die Sprühcharakteristik kann sich insbesondere auf den Sprühwinkel beziehen, der mittels des erfindungsgemäßen fluidischen Bauteils einstellbar ist. So kann der austretende Fluidstrahl zwischen einem Punktstrahl und einem Fächerstrahl moduliert werden. Das erfindungsgemäße fluidische Bauteil kann zur Erzeugung eines gerichteten Fluidstrahls mit verstellbarer Sprühcharakteristik für die gezielte Benetzung, Betropfung oder Überstreichung einer Oberfläche eingesetzt werden. Da mittels des erfindungsgemäßen fluidischen Bauteils der austretende Fluidstrom einerseits eine Oszillationsbewegung ausführt und andererseits hinsichtlich seiner Sprüheigenschaften verstellt werden kann, kann die Reinigungs-, die Oberflächenbenetzungs- oder die Oberflächenbearbeitungsleistung massiv erhöht werden. Da zur Ausbildung der Oszillation keine beweglichen Komponenten eingesetzt werden, kann zudem die Ausfallwahrscheinlichkeit reduziert werden. Durch Änderung der Sprühcharakteristik des austretenden Fluidstroms kann das fluidische Bauteil an unterschiedliche Reinigungsanforderungen angepasst werden. Damit ist das erfindungsgemäße fluidische Bauteil für die Hoch-, die Mittel-, die Niederdruckreinigung, sowie für die Oberflächenbearbeitung und für die Oberflächenbeschichtung interessant. Die Veränderung der Form der Strömungskammer kann vor Inbetriebnahme oder auch während des Betriebes des fluidischen Bauteils, das heißt während das fluidische Bauteil von einem Fluid durchströmt wird, erfolgen.
Das Fluid, das durch die Einlassöffnung in die Strömungskammer eintritt, kann mit einem Druck von 0,001 bis 6000 bar (gegenüber dem Umgebungsdruck) beaufschlagt sein. Vorzugsweise kann der Druck zwischen 0,005 und 1800 bar liegen. Insbesondere bevorzugt ist ein Druckbereich zwischen 0,05 und 1100 bar. Für einige Anwendungen, sogenannte Niederdruckanwendungen, wie beispielsweise für Waschmaschinen, Geschirrspüler und Fluidverteilungsvorrichtungen (Beregnungsgeräte, Handbrausen oder Reinigungsanlangen), ist ein Eingangsdruck von 0,01 bar bis 12 bar über dem Umgebungsdruck vorteilhaft. Für Mitteldruckanwendungen, wie z.B. Hochdruckreinigungsgeräte mit geringer Leistung, oder Küchengeräte mit integrierten Reinigungsgeräten liegt der Eingangsdruck vorzugsweise zwischen 6 bar und 120 bar über dem Umgebungsdruck. Bei Hochdruckanwendungen kann der Eingangsdruck über 40 bar betragen. Die Oszillationsfrequenz des aus dem fluidischen Bauteil austretenden oszillierenden Fluidstroms kann zwischen 0,25 Hz und 40 kHz liegen. Ein bevorzugter Frequenzbereich liegt zwischen 3 Hz und 600 Hz.
Das Fluid kann ein gasförmiges, flüssiges oder mehrphasiges, fließfähiges Medium sein, welches auch mit Partikeln behaftet sein kann. Wenn das Fluid eine Flüssigkeit (zum Beispiel Wasser) ist, ist es vorteilhaft, die Geometrie des fluidischen Bauteils so zu wählen, dass innerhalb des fluidischen Bauteils (stromaufwärts der Auslassöffnung) ein im Vergleich zu dem an der Auslassöffnung erfolgenden Druckabbau geringer Druckabbau erfolgt. Die geometrischen Parameter (Form, Größe, Anzahl und Form der Nebenstromkanäle, (relative) Größe der Ein- und Auslassöffnung) des fluidischen Bauteils sind in diesem Fall so gewählt, dass der Druck, mit dem der Fluidstrom beaufschlagt ist, wenn er über die Einlassöffnung in das fluidische Bauteil eintritt, im Wesentlichen an der Auslassöffnung abgebaut wird. Wenn das Fluid Wasserdampf ist, können die Parameter so gewählt werden, dass der Druck, mit dem der Fluidstrom beaufschlagt ist, wenn er über die Einlassöffnung in das fluidische Bauteil eintritt, bereits vor (stromaufwärts) der Auslassöffnung abgebaut wird.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Strömungskammer durch eine Begrenzungswand begrenzt. Dabei muss die Begrenzungswand nicht die äußere Erscheinungsform des fluidischen Bauteils bilden. Die Begrenzungswand kann durch die Innenoberfläche eines Hohlkörpers gebildet sein, wobei der Hohlraum des Hohlkörpers die Strömungskammer bildet. Die äußere Erscheinungsform des fluidischen Bauteils wird dann von der Außenoberfläche des Hohlkörpers definiert. Die Außenoberfläche des Hohlkörpers kann insbesondere im Wesentlichen quaderförmig sein und Unterbrechungen für die Einlassöffnung und die Auslassöffnung aufweisen.
Die Strömungskammer weist einen Hauptstromkanal, der die Einlassöffnung und die Auslassöffnung miteinander verbindet, und mindestens einen Nebenstromkanal als Mittel zur Ausbildung einer Oszillation des Fluidstroms an der Auslassöffnung auf.
Die Richtung von der Einlassöffnung zur Auslassöffnung kann dabei als Hauptstromrichtung des Fluidstroms angesehen werden. Dabei sind der Hauptstromkanal und der mindestens eine Nebenstromkanal durch mindestens einen inneren Block voneinander getrennt, so dass der Hauptstromkanal, der mindestens eine innere Block und der mindestens eine Nebenstromkanal im Wesentlichen in einer Ebene angeordnet sind. Der austretende Fluidstrom oszilliert dann in einer Oszillationsebene, die der Ebene entspricht, die durch den Hauptstromkanal, den mindestens einen inneren Block und den mindestens einen Nebenstromkanal definiert ist. Insbesondere kann die Strömungskammer zwei Nebenstromkanäle aufweisen, die mit dem Hauptstromkanal in einer Ebene liegen, wobei der Hauptstromkanal (quer zur Hauptstromrichtung betrachtet) zwischen den beiden Nebenstromkanälen liegt. In diesem Fall ist jeder Nebenstromkanal durch mindestens einen inneren Block von dem Hauptstromkanal getrennt. Die Nebenstromkanäle können jeweils einen Eingang und einen Ausgang aufweisen, über die sie mit dem Hauptstromkanal fluidisch verbunden sind.
Um die Form der Strömungskammer verändern zu können, kann die Begrenzungswand gemäß einer Ausführungsform mindestens einen Abschnitt aufweisen, der verformbar ist. Dazu kann der mindestens eine Abschnitt im Vergleich zu der restlichen Begrenzungswand andere Materialeigenschaften aufweisen, wie zum Beispiel Materialstärke oder Dehnbarkeit (Elastizität). Unter gezielter Einwirkung einer äußeren Kraft kann dann der mindestens eine verformbare Abschnitt der Begrenzungswand verformt werden.
Unter einer gezielten Einwirkung einer äußeren Kraft ist insbesondere nicht der Druck des das fluidische Bauteil durchströmenden Fluids zu verstehen. Vielmehr kann eine Vorrichtung zur Ausübung der äußeren Kraft vorgesehen sein, die durch einen Benutzer betätigbar ist. Dies gilt ebenso für die anderen Ausführungsformen.
Alternativ zu der oben erwähnten gezielten Einwirkung einer äußeren Kraft kann eine innere Kraft, die im Wesentlichen aus dem Druck des das fluidische Bauteil durchströmenden Fluids resultiert, genutzt werden, um den mindestens einen verformbaren (z. B. elastischen) Abschnitt der Begrenzungswand gezielt zu verformen. Dabei kann der mindestens eine verformbare Abschnitt derart ausgebildet sein, dass er durch Einwirkung der inneren Kraft reversibel verformbar ist, das heißt bei einer Erhöhung des Massenstroms an der Einlassöffnung (des Eingangsdrucks) von einer ersten in eine zweite Konfiguration übergeht und bei einem Abfall des Massenstroms an der Einlassöffnung (des Eingangsdrucks) von der zweiten in die erste Konfiguration zurückkehrt. Auch ist der Übergang zwischen mehr als zwei Konfigurationen oder ein stufenloser Übergang denkbar. Insbesondere kann durch die vom Massenstrom abhängige Verformung des mindestens einen verformbaren Abschnitts der Begrenzungswand und in Abhängigkeit von der konkreten Position des mindestens einen verformbaren Abschnitts in der Strömungskammer und insbesondere an der Auslassöffnung ein nahezu konstanter Druck beziehungsweise Volumenstrom eingestellt werden. Dadurch kann das fluidische Bauteil zu einem sogenannten sich selbst regelnden System werden, das trotz variierendem Vordruck beziehungsweise Fluideingangsdruck an der Auslassöffnung einen nahezu konstant hohen Volumenstrom aufweist und ein nahezu gleichbleibendes Tropfenspektrum erzeugt. Dabei kann bei steigendem (sinkendem) Druck an der Einlassöffnung der Sprühwinkel des austretenden Fluidstroms nahezu konstant bleiben oder sich verkleinern (vergrößern). Beispielsweise kann der mindestens eine verformbare Abschnitt der Begrenzungswand als eine die Auslassöffnung (quer zur Fluidstromrichtung) begrenzende elastisch verformbare Wand ausgebildet sein, die sich bei Änderung des Fluiddruckes an der Auslassöffnung verformt und dabei die Querschnittsfläche der Auslassöffnung soweit ändert, dass die resultierenden Tropfengrößen des austretenden Fluidstroms kaum vom Vordruck abhängig sind, und dass der Druck an der Auslassöffnung im Wesentlichen auf das zuvor herrschende Niveau zurückkehrt beziehungsweise auf diesem Niveau verbleibt. Mit anderen Worten, bei dem sich selbst regelnden System sinkt der Sauter-Durchmesser der Tropfen des austretenden Fluidstroms im Vergleich zu einem nahezu starren, nicht veränderbaren System mit ansteigendem Eingangsdruck weniger stark, oder bleibt trotz ansteigendem Eingangsdruck nahezu stabil.
Das Material des mindestens einen verformbaren Abschnitts der Begrenzungswand ist dabei derart zu wählen, dass es sich nicht bei einem beliebigen Druck des das fluidische Bauteil durchströmenden Fluids, das die sogenannte innere Kraft auf den mindestens einen verformbaren Abschnitt ausübt, verformt, sondern nur in einem vorbestimmten Druckbereich beziehungsweise Druckänderungsbereich. Das erfindungsgemäße fluidische Bauteil ist für verschiedene Anwendungen einsetzbar, in denen einerseits die Abmessungen des fluidischen Bauteils und andererseits der an der Auslassöffnung bereitzustellende Volumenstrom mehr oder weniger stark variieren können. Bei der Abmessung spielt insbesondere die engste durchströmbare Stelle des fluidischen Bauteils eine Rolle. Unter der engsten durchströmbaren Stelle eines fluidischen Bauteils ist in Fluidstromrichtung betrachtet die Stelle (außerhalb der Nebenstromkanäle) zu verstehen, an der das fluidische Bauteil seine kleinste Querschnittsfläche aufweist, die sich im Wesentlichen quer zur Fluidstromrichtung erstreckt. Die engste Stelle kann dabei durch die Einlassöffnung, die Auslassöffnung oder durch eine Stelle in dem Hauptstromkanal gebildet werden, an der der Abstand (quer zur Fluidstromrichtung) zwischen den inneren Blöcken am geringsten ist.
Fluidische Bauteile für Reinigungs-, Benetzungs-, Beschichtungs- oder Spülanwendungen können an ihrer engsten Stelle eine Querschnittsfläche von 0,005 mm² bis zu 200 mm² aufweisen. Für Spezialanwendungen mit geringem Durchfluss kann die engste Stelle eine Querschnittsfläche von 0,005 mm² bis 5 mm² aufweisen. Im Agrarbereich und für Beregnungsaufgaben kann das fluidische Bauteil eine engste Stelle mit einer Querschnittsfläche von 0,01 mm² bis ca. 30 mm² aufweisen. Typische Eingangsdrücke für das Fluid in diesem Anwendungsbereich (Querschnittsfläche von 0,01 mm² bis ca. 30 mm²) sind 0,25 bar bis 16 bar über dem Umgebungsdruck. Für Anwendungen der fluidischen Bauteile in der Niederdruckreinigung sind Eingangsdrücke von 1 bar bis 60 bar über dem Umgebungsdruck üblich, wobei die engste Stelle eine Querschnittsfläche von 0,3 mm² bis zu 200 mm² haben kann. Für Anwendungen der fluidischen Bauteile in der Hochdruckreinigung können Drücke von 40 bar bis ca. 1500 bar über dem Umgebungsdruck eingesetzt werden, wobei die engste Stelle eine Querschnittsfläche von 0,5 mm² bis 180 mm² annehmen kann.
In einem sich selbst regelnden Düsensystem, das trotz Änderungen des Eingangsdrucks (des an der Einlassöffnung in das fluidische Bauteil eintretenden Fluidstroms) an der Auslassöffnung einen nahezu konstanten Volumenstrom bereitstellt, kann der mindestens eine verformbare Abschnitt der Begrenzungswand derart angeordnet sein, dass er die Einlassöffnung und/oder die Auslassöffnung begrenzt oder dass er eine Bewegung eines bewegbaren Teils der Begrenzungswand ermöglicht, wobei die Bewegung zu einer Änderung der Querschnittsfläche der Einlassöffnung beziehungsweise der Auslassöffnung führt. So kann durch die konkrete Ausrichtung des bewegbaren Teils der Begrenzungswand bestimmt werden, ob die Bewegung des bewegbaren Teils der Begrenzungswand aufgrund einer Verformung (Dehnung infolge eines Anstiegs des Eingangsdrucks) des mindestens einen verformbaren Abschnitts die Querschnittsfläche vergrößert oder verkleinert. Zusätzlich oder alternativ können die inneren Blöcke mindestens einen verformbaren Abschnitt an oder nahe der Stelle in dem Hauptstromkanal aufweisen, an der der Abstand (quer zur Fluidstromrichtung) zwischen den inneren Blöcken am geringsten ist, so dass eine Änderung der Querschnittsfläche dieser Stelle in dem Hauptstromkanal möglich ist. Als Material für diesen mindestens einen verformbaren Abschnitt (der Begrenzungswand beziehungsweise der inneren Blöcke) kann ein Material verwendet werden, das sich entsprechend der Druckänderungen dehnen beziehungsweise stauchen kann, um die Größe der Querschnittsflächen zu ändern.
Für ein fluidisches Bauteil mit einem Widerstandsbeiwert von 0,89 und einer engsten Stelle (Einlassöffnung, Auslassöffnung oder Stelle in dem Hauptstromkanal) mit einer Querschnittsfläche von ca. 0,75 mm² sollte das Material derart verformbar sein, dass sich bei einem Druckabfall um den Faktor 100 diese Querschnittsfläche um den Faktor 10 vergrößert. Steigt im Gegenzug in diesem fluidischen Bauteil der Druck an der Einlassöffnung um den Faktor 100 (beispielsweise von 3 bar auf 300 bar), sollte sich diese Querschnittsfläche um einen Faktor 10 (von ca. 0,75 mm² auf ca. 0,075 mm²) reduzieren. Das Ausmaß der Veränderung der Querschnittsfläche ist insbesondere vom (teilweise druckabhängigen) Widerstandsbeiwert des fluidischen Bauteils abhängig.
Ein sich selbst regelndes Düsensystem kann auch derart gestaltet sein, dass bei variierenden Volumenströmen an der engsten Stelle (Einlassöffnung, Auslassöffnung oder Stelle in dem Hauptstromkanal), die von variierenden Eingangsdrücken herrühren, innerhalb des fluidischen Bauteils der gleiche Druckabbau erfolgt. Dazu sollte sich bei steigendem Volumenstrom die Querschnittsfläche der engsten Stelle vergrößern. Beispielsweise vergrößert sich die Querschnittsfläche (1 mm²) um ca. 14%, wenn an der engsten Stelle der Volumenstrom von 1,4 l/min auf 1,6 l/min steigt.
Zur Änderung der Größe der Querschnittsfläche der engsten Stelle können beispielsweise geometrische Nichtlinearitäten, elastisch verformbare Abschnitte der Begrenzungswand beziehungsweise der inneren Blöcke (ähnlich wie bei Festkörpergelenken) oder der sogenannte Fin Ray Effekt ausgenutzt werden. Durch die Erhöhung des Eingangsdruckes kann so eine erhöhte (innere) Kraft auf die Begrenzungswand und die inneren Blöcke einwirken. Diese Kraft sorgt für eine reversible (elastische) Verformung eines Abschnitts der Wand, die je nach Wirkprinzip dann zu einer Verformung eines anderen Abschnittes der Wand sorgt. Eine Änderung des Durchflusses kann ferner durch eine Anpassung des Druckverlustbeiwertes erreicht werden. Zur Erhöhung der Querschnittsfläche der engsten Stelle kann der die engste Stelle begrenzende Wandabschnitt so ausgebildet sein, dass dieser in Abhängigkeit des ansteigenden Druckes, zum Beispiel durch die Elastizität (Nachgiebigkeit) des Materials, diesen Wandabschnitt elastisch beziehungsweise reversibel verformt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der mindestens eine verformbare Abschnitt der Begrenzungswand abschnittsweise den mindestens einen Nebenstromkanal bilden. Bei zwei Nebenstromkanälen können zwei solcher verformbarer Abschnitte vorgesehen sein, so dass beide Nebenstromkanäle gleichartig aufgebaut sein können. Der verformbare Abschnitt kann derart ausgebildet sein, dass durch Verformung des Abschnitts die Querschnittsfläche des/der Nebenstromkanals/Nebenstromkanäle lokal veränderbar (verringerbar) ist. Hierdurch kann bei kompressiblen Fluiden insbesondere die Oszillationsfrequenz des austretenden Fluidstroms verändert werden. Dadurch kann ferner ein Fächerstrahl erzeugt werden, der im Wesentlichen orthogonal zu der Oszillationsebene ausgerichtet ist. Als Alternative zur Verformung der Begrenzungswand im Bereich des Nebenstromkanals kann die Querschnittsfläche des Nebenstromkanals mittels eines Schiebers verändert werden, der gezielt in den Nebenstromkanal eingebracht werden kann. Die Querschnittsveränderung kann auch durch einen Bolzen oder eine Gewindestange erzielt werden, die in den Nebenstromkanal reingedreht werden können.
Ferner ist es möglich, dass die Begrenzungswand mindestens zwei Teile umfasst, wobei eines der beiden Teile gegenüber dem anderen der beiden Teile beweglich ist. Die Bewegung kann dabei eine Verschiebung oder eine Rotation sein. Dabei kann die Rotationsachse insbesondere senkrecht zu der Oszillationsebene ausgerichtet sein.
Jedoch kann der Winkel zwischen der Oszillationsebene und der Rotationsachse auch von 90° abweichen. Die Verschiebung kann insbesondere in der Oszillationsebene erfolgen. Jedoch ist eine Verschiebung, die in einem Winkel zu der Oszillationsebene erfolgt (zum Beispiel 90°) denkbar.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Strömungskammer (unmittelbar) stromaufwärts der Auslassöffnung einen Auslasskanal auf. An seinem stromabwärtigen Ende mündet der Auslasskanal in die Auslassöffnung. Insbesondere kann der Auslasskanal obstruktionsfrei ausgebildet sein, das heißt, dass in dem Auslasskanal keine den Fluidstrom behindernde oder beeinflussende Elemente angeordnet sind. In der Oszillationsebene betrachtet verjüngt sich der Auslasskanal entlang der Hauptstromrichtung stromabwärts. Zur Ausbildung des Auslasskanals erstrecken sich zwei Abschnitte der Begrenzungswand oberhalb und unterhalb der Oszillationsebene im Wesentlichen parallel zur Oszillationsebene. Diese beiden Abschnitte sind durch weitere zwei Abschnitte der Begrenzungswand miteinander verbunden, die sich im Wesentlichen senkrecht zu der Oszillationsebene erstrecken und in der Oszillationsebene einen Winkel miteinander einschließen. Die Abschnitte der Begrenzungswand, die den Auslasskanal bilden können zusammen einstückig ausgebildet sein. Auch kann der Auslasskanal einstückig mit der restlichen Begrenzungswand, die die restliche Strömungskammer bildet, ausgebildet sein. Die Auslassöffnung stellt dabei eine Unterbrechung der Begrenzungswand dar.
Jedoch können die zwei Abschnitte der Begrenzungswand, die sich im Wesentlichen senkrecht zu der Oszillationsebene erstrecken und Teil des Auslasskanals sind, als zwei bewegliche Teile (Abschnitte) der Begrenzungswand ausgebildet sein, die gegenüber einem dritten Teil der Begrenzungswand (dem Rest des Auslasskanals, der übrigen Strömungskammer oder dem Rest der Begrenzungswand) beweglich sind.
Diese zwei beweglichen Teile der Begrenzungswand können gegenüber dem dritten Teil der Begrenzungswand drehbar sein. Dabei kann jedes der beiden beweglichen Teile unabhängig von dem anderen der beiden beweglichen Teile gegenüber dem dritten Teil der Begrenzungswand drehbar sein. Die Rotationsachse(n) kann/können sich dabei im Wesentlichen senkrecht zu der Oszillationsebene erstrecken. Durch die Drehung dieser beiden beweglichen Teile der Begrenzungswand kann der Winkel zwischen den beiden beweglichen Teilen der Begrenzungswand in der Oszillationsebene verändert werden. Das kann zu einer Veränderung des Oszillationswinkels des austretenden Fluidstroms führen. Je nach Lage der Rotationsachsen (insbesondere deren Abstand zu der Auslassöffnung (in der Oszillationsebene betrachtet)) kann durch die Rotation der beiden beweglichen Teile der Begrenzungswand auch die Breite der Auslassöffnung variiert werden. Dabei ist die Breite der Auslassöffnung die Ausdehnung der Auslassöffnung senkrecht zu der Hauptstromrichtung innerhalb der Oszillationsebene. Je weiter die Rotationsachsen von der Auslassöffnung entfernt sind, umso stärker ändert sich bei einer Rotation der beiden beweglichen Teile der Begrenzungswand auch die Breite der Auslassöffnung. Eine Veränderung der Breite der Auslassöffnung kann zu einer Änderung des Strahlimpulses und des Druckverlusts an der Auslassöffnung führen. Durch eine Verringerung der Auslassbreite kann der Strahlimpuls bei gleichbleibendem Innendruck erhöht werden, was zu einer Steigerung der Reinigungsleistung durch die Fokussierung der Strahlkraft führen kann. Um die Kopplung zwischen der Änderung des Winkels und der Auslassbreite zu minimieren, können die Rotationsachsen möglichst nahe der Auslassöffnung vorgesehen sein. Um vorrangig den Winkel zwischen den beiden beweglichen Teilen der Begrenzungswand zu ändern, ohne gleichzeitig die Auslassbreite zu beeinflussen, kann anstelle einer Rotationsachse ein Exzenter vorgesehen sein. Im Extremfall ist es möglich, die Auslassbreite konstant zu halten, während der besagte Winkel verändert wird.
Diese zwei beweglichen Teile der Begrenzungswand können gegenüber dem dritten Teil der Begrenzungswand auch verschiebbar sein. Die Verschiebung kann insbesondere in der Oszillationsebene erfolgen. Die Verschiebung kann dabei so erfolgen, dass die Auslassbreite, nicht jedoch der Winkel zwischen den beiden beweglichen Teilen der Begrenzungswand verändert wird. Beispielsweise kann die Verschiebung entlang der Breite der Auslassöffnung oder entlang jener Achsen erfolgen, in denen sich die Ebenen, die durch die zwei beweglichen Teile der Begrenzungswand aufgespannt werden, und die Oszillationsebene schneiden. Im letzteren Fall ändert sich die Breite der Auslassöffnung, ohne die Querschnittsfläche des Nebenstromkanals am Eingang des Nebenstromkanals zu verändern. In beiden Fällen kann die Breite des austretenden Fluidstrahls verändert werden. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Breite der Auslassöffnung bis annähernd zum Wert Null veränderbar. Alternativ kann zwecks Änderung der Auslassbreite eine blendenartige Vorrichtung vorgesehen sein, die im Bereich der Auslassöffnung angeordnet ist und sich im Wesentlichen quer zur Hauptstromrichtung des Fluidstroms erstreckt. Mittels einer solchen Blende kann die Auslassöffnung verändert, insbesondere verkleinert werden. Ferner kann eine Verschiebung dieser zwei beweglichen Teile der Begrenzungswand entlang der Hauptstromrichtung in Richtung der Einlassöffnung erfolgen. Dabei kann die Querschnittsfläche des Eingangs des mindestens einen Nebenstromkanals reduziert werden. Durch diese Maßnahme kann der Oszillationsmechanismus verringert werden beziehungsweise zum Erliegen gebracht werden, so dass der austretende Fluidstrahl zwischen einem oszillierenden Fluidstrahl und einem kompakten geraden Fluidstrahl (beziehungsweise einem Fluidstrahl ähnlich einer Lochdüse) variiert werden kann.
Zudem ist denkbar, dass die Verschiebung entlang der Hauptstromrichtung des Fluidstroms von der Einlassöffnung weg erfolgt. Hierbei ändern sich die Breite der Auslassöffnung und der Winkel zwischen den beiden separaten Teilen der Begrenzungswand, die Teil des Auslasskanals sind, nicht, jedoch das Volumen des Auslasskanals. Das kann dazu führen, dass sich der Oszillationswinkel nur gering verändert, während sich die Oszillationsfrequenz und der zeitliche Verlauf des austretenden Fluidstrahls stärker verändern.
Um die zwei beweglichen Teile der Begrenzungswand gegenüber dem dritten Teil der Begrenzungswand bewegen (drehen oder verschieben) zu können, kann eine Vorrichtung vorgesehen sein, die durch einen Benutzer betätigbar ist. Die Bewegung der beiden separaten Teile kann insbesondere unabhängig voneinander erfolgen. So kann der Winkel, unter dem der Fluidstrom aus dem fluidischen Bauteil austritt, verändert werden. Beispielsweise kann eines der beiden Teile stromabwärts und das andere der beiden Teile stromaufwärts bewegt werden. In der Folge, wird der Winkel, unter dem der Fluidstrom aus dem fluidischen Bauteil austritt, in Richtung des stromaufwärts bewegten Teils abgelenkt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Begrenzungswand, die den Auslasskanal bildet, aus einem anderen, nämlich einem härteren beziehungsweise verschleißfesteren Werkstoff gefertigt als die restliche Begrenzungswand. So kann die Begrenzungswand, die den Auslasskanal bildet, aus einem keramischen Werkstoff gebildet sein, während die restliche Begrenzungswand aus einem rostfreien Stahl gefertigt ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann zwecks Änderung der Form der Strömungskammer (und somit zwecks Änderung der Sprühcharakteristik des austretenden Fluidstroms) der mindestens eine innere Block verformbar und/oder gegenüber der Begrenzungswand beweglich sein. Hierdurch können die Form und das Volumen des Hauptstromkanals und/oder des mindestens einen Nebenstromkanals beeinflusst werden. Durch diese Veränderung kann der Oszillationswinkel und die Oszillationsfrequenz sowie das zeitliche Verhalten des austretenden Fluidstrahls verändert werden. Die Bewegung kann eine Drehbewegung (um eine Rotationsachse, die sich im Wesentlichen senkrecht zu der Oszillationsebene erstreckt) oder eine Verschiebung (innerhalb der Oszillationsebene) sein. Anstelle einer Rotationsachse kann auch ein Exzenter vorgesehen sein.
Der mindestens eine innere Block kann zweiteilig ausgebildet sein, so dass der eine Teil des inneren Blocks gegenüber dem anderen Teil des inneren Blocks beweglich ist oder die beiden Teile des inneren Blocks unabhängig voneinander gegenüber der Begrenzungswand beweglich sind. Durch Bewegung der beiden Teile des mindestens einen inneren Blocks gegeneinander kann beispielsweise die Form des Hauptstromkanals geändert werden, ohne dabei den mindestens einen Nebenstromkanal zu beeinflussen, und vice versa. Dabei kann zwischen den beiden Teilen eine Spalte beziehungsweise ein Kanal entstehen. Die Trennung des mindestens einen inneren Blocks in die beiden Teile kann dabei derart vorgesehen sein, dass die durch die Bewegung entstehende Spalte nicht den Hauptstromkanal und den mindestens einen Nebenstromkanal miteinander verbindet, sondern dass sich die entstehende Spalte vielmehr von dem Eingang des mindestens einen Nebenstromkanals zum Ausgang des mindestens einen Nebenstromkanals durch den mindestens einen inneren Block erstreckt. Dadurch wird eine Leckströmung zwischen dem Hauptstromkanal und dem mindestens einen Nebenstromkanal vermieden.
In einer weiteren Ausführungsform kann der mindestens eine innere Block einen Kanal aufweisen, der sich derart durch den mindestens einen inneren Block erstreckt, dass der Kanal den Hauptstromkanal und den mindestens einen Nebenstromkanal fluidisch miteinander verbindet. Dabei muss der mindestens eine innere Block nicht zwingend zweiteilig aufgebaut sein. Der Kanal kann sich auch röhrenförmig durch den mindestens einen inneren Block erstrecken. Durch die beschriebene Ausrichtung des Kanals von dem Hauptstromkanal zu dem mindestens einen Nebenstromkanal wird gezielt eine zusätzliche Fluidverbindung zwischen dem Hauptstromkanal und dem mindestens einen Nebenstromkanal bereitgestellt. Der Kanal kann als zusätzlicher Nebenstromkanal fungieren und damit die Sprühcharakteristik des austretenden Fluidstroms beeinflussen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Kanal und/oder der mindestens eine Nebenstromkanal verschließbar sind/ist. Somit kann wahlweise entweder der Kanal oder der mindestens eine Nebenstromkanal verschlossen werden, so dass der andere von beiden für das Fluid durchgängig ist und die Ausbildung der Oszillation beeinflusst.
Gemäß einer Ausführungsform weist das fluidische Bauteil eine Bauteillänge, eine Bauteilbreite und eine Bauteiltiefe auf. Dabei ist die Bauteillänge entlang einer Richtung, die sich im Wesentlichen von der Einlassöffnung zur Auslassöffnung erstreckt (der Hauptstromrichtung des Fluidstroms), definiert. Die Bauteilbreite und die Bauteiltiefe sind jeweils senkrecht zueinander und zu der Bauteillänge definiert.
Bei einem im Wesentlichen quaderförmigen fluidischen Bauteil kann das Verhältnis von Bauteillänge zu Bauteilbreite 1/3 bis 5/1 betragen. Das Verhältnis liegt bevorzugt im Bereich von 1/1 bis 4/1. Die Bauteilbreite kann in einem Bereich von 0,1 mm bis 1,75 m liegen. Bei einer bevorzugten Ausführungsvariante liegt die Bauteilbreite zwischen 1,5 mm und 300 mm. Die genannten Dimensionen hängen insbesondere von der Anwendung, für die das fluidische Bauteil eingesetzt werden soll, ab. Beispielsweise für Reinigungsbrausen im Niedrigdruckbereich liegt die Bauteilbreite typischerweise zwischen 4 mm und 50 mm.
Die Ausdehnung der Strömungskammer entlang der Bauteillänge, der Bauteiltiefe oder der Bauteilbreite kann variabel sein. Hierdurch kann insbesondere das Volumen der Strömungskammer geändert werden. Mit steigender Bauteillänge kann der zeitliche Strahlverlauf einer Rechteckfunktion angenähert werden. Durch eine weitere Verlängerung der Bauteillänge kann der Oszillationswinkel reduziert werden, bis zu dem Grenzfall, wo ein quasistatischer Lochstrahl entsteht.
Die Begrenzungswand kann zur Änderung der Bauteillänge, -tiefe oder -breite teleskopartig oder balgartig ausgebildet sein. Dabei kann auch die Länge, Tiefe beziehungsweise Breite des mindestens einen inneren Blockes (durch teleskopartigen oder balgartigen Aufbau) veränderlich sein. Dabei können die Begrenzungswand und der mindestens eine innere Block unabhängig voneinander verändert werden. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform wird entweder die Länge des mindestens einen inneren Blocks oder die Länge der Strömungskammer verändert.
Eine Änderung der Bauteillänge kann insbesondere im Bereich des Auslasskanals erfolgen. Das heißt, der Auslasskanal kann unter Verkürzung der Bauteillänge durch einen teleskopartigen Aufbau in Richtung der Einlassöffnung entlang der Hauptstromrichtung bewegt werden, oder unter Verlängerung der Bauteillänge von der Einlassöffnung entlang der Hauptstromrichtung weg bewegt werden.
Stromabwärts der Auslassöffnung schließt sich eine Auslasserweiterung an. Die Auslasserweiterung umfasst zwei Abschnitte der Begrenzungswand, die sich im Wesentlichen senkrecht zu der Oszillationsebene erstrecken. Diese zwei Abschnitte sind gegenüber der restlichen Begrenzungswand beweglich ausgebildet. Dabei können die beiden beweglichen Abschnitte der Begrenzungswand derart ausgerichtet sein, dass sie in der Oszillationsebene einen Winkel einschließen, wobei sich die Auslasserweiterung stromabwärts entlang der Breite der Auslassöffnung verbreitert. Der Winkel zwischen den beiden beweglichen Abschnitten der Begrenzungswand, die Teil der Auslasserweiterung sind, kann dabei variabel sein. Hierzu können die beweglichen Abschnitte um eine Achse drehbar sein, die sich im Wesentlichen senkrecht zur Oszillationsebene erstreckt. Durch eine Änderung des Winkels zwischen den beweglichen Abschnitten kann der Oszillationswinkel des austretenden Fluidstroms verändert werden. Die Auslasserweiterung sollte eine Länge (entlang der Bauteillänge) aufweisen, die mindestens 25% der Breite der Auslassöffnung ist. Durch die Auslasserweiterung wird der Sprühstrahl innerhalb der Oszillationsebene geführt, was zu einer Erhöhung des Sprühimpulses führt.
Stromaufwärts der Auslassöffnung kann ein Auslasskanal und stromabwärts der Auslassöffnung eine Auslasserweiterung vorgesehen sein. Dabei kann die Auslassöffnung den Übergang zwischen dem Auslasskanal und der Auslasserweiterung bilden. Der Übergang kann insbesondere durch einen Radius gebildet werden. Unter einem Radius ist hier ein Kreisbogen eines Kreisabschnitts zu verstehen. Gemäß einer Ausführungsform ist die Größe des Radius in der Oszillationsebene variabel. Ist der Radius gleich null, so wird die Auslassöffnung durch eine scharfe Kante gebildet. Durch Vergrößerung des Radius kann das Tropfenspektrum hin zu kleineren Tropfen verschoben werden. Bei Änderung des Radius kann sich insbesondere auch die Form des sich stromaufwärts an die Auslassöffnung anschließenden Auslasskanals und/oder die Form der sich stromabwärts an die Auslassöffnung anschließenden Auslasserweiterung ändern. Ferner kann gleichzeitig mit der Änderung des Radius die Breite der Auslassöffnung (das heißt deren Ausdehnung in der Oszillationsebene quer zur Fluidstromrichtung) geändert werden. Durch Änderung des Radius kann neben dem Tropfenspektrum auch der Sprühwinkel und/oder die Fluidverteilung innerhalb des Sprühfächers des austretenden Fluidstroms verändert werden. Der Radius kann auch in eine andere abgerundete Form überführt werden, die beispielsweise durch ein Polygon darstellbar ist. Dabei kann sich auch der zuvor erwähnte Winkel der Auslasserweiterung ändern.
Zur Änderung des Radius kann beispielsweise eine Stempelvorrichtung vorgesehen sein, die in eine Wand des fluidischen Bauteils, die sich parallel zur Oszillationsebene erstreckt, integriert ist und senkrecht zur Oszillationsebene verschoben werden kann. Die Stempelvorrichtung kann eine Vielzahl von Formen zur Gestaltung des Radius der Auslassöffnung aufweisen, die nach Bedarf in die Oszillationsebene hinein bewegt werden können.
Alternativ kann zwecks Änderung des Radius vorgesehen sein, dass im Bereich der Auslassöffnung und gegebenenfalls im angrenzenden Bereich des Auslasskanals und/oder der Auslasserweiterung das Material der jeweiligen Wand (die sich im Wesentlichen senkrecht zu der Oszillationsebene erstreckt) elastisch verformbar ist. Zu diesem Zweck kann das elastische Material ein Federblech oder einen elastischen Kunststoff aufweisen. Zur Verformung des elastischen Materials kann ein in der Oszillationsebene verschiebbarer Körper vorgesehen sein, der durch Verschiebung eine Kraft auf das elastische Material ausüben und somit eine Verformung des elastischen Materials unter Änderung des Radius der Auslassöffnung herbeiführen kann.
Gleichzeitig mit der Änderung des Radius kann der Winkel, den die Wände der sich stromabwärts an die Auslassöffnung anschließenden Auslasserweiterung, die sich Wesentlichen senkrecht zu der Oszillationsebene erstrecken, einschließen, geändert werden. Die Winkeländerung kann unter Verformung des elastisch verformbaren Materials im Bereich der an die Auslassöffnung angrenzenden Auslasserweiterung durch eine Kraftwirkung beziehungsweise Verschiebung eines Körpers quer zu oder in der Oszillationsebene erreicht werden. In Abhängigkeit der konkreten Ausgestaltung der Strömungskammer des fluidischen Bauteils kann durch die Winkeländerung der Auslasserweiterung und der Radiusänderung der Auslassöffnung der Sprühwinkel des Fluidstrahls geändert werden. So kann durch Vergrößerung des Radius in dem austretenden Fluidstrom der Anteil der kleineren Tropfen erhöht und somit der Sauter-Durchmesser der Tropfen reduziert werden, was beispielsweise für Benetzungs- und Beschichtungsprozesse vorteilhaft ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Einlassöffnung eine variable Breite aufweisen. Dabei ist die Breite der Einlassöffnung im Wesentlichen senkrecht zu der Hauptstromrichtung des Fluidstroms innerhalb der Oszillationsebene definiert. Durch eine Veränderung der Breite der Einlassöffnung kann die Sprühcharakteristik des austretenden Fluidstroms zwischen einem nahezu punktförmigen Strahl und einem oszillierenden Fluidstrahl eingestellt werden, wobei der oszillierende Fluidstrahl als ein Fächerstrahl aufgefasst werden kann. Damit kann beispielsweise die Flächenleistung des fluidischen Bauteils je nach Anwendungsgebiet eingestellt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Strömungskammer mindestens zwei parallel geschaltete Nebenstromkanäle als Mittel zur Ausbildung einer Oszillation des Fluidstroms an der Auslassöffnung auf. Dabei weisen die mindestens zwei parallel geschalteten Nebenstromkanäle unterschiedliche Formen auf. Zu einem gegebenen Zeitpunkt ist nur einer der mindestens zwei parallel geschalteten Nebenstromkanäle von dem Fluidstrom durchströmbar. Das heißt, dass die mindestens zwei parallel geschalteten Nebenstromkanäle nicht gleichzeitig von dem Fluidstrom durchströmbar sind. Je nach dem gewünschten Profil des austretenden Fluidstroms kann ein Nebenstromkanal mit einer bestimmten Form zur Durchströmung ausgewählt werden. Zum Verschließen der Nebenstromkanäle kann eine verschiebbare Trennwand vorgesehen sein, die mittels eines Verschließmechanismus derart quer zur Fluidstromrichtung in einen Nebenstromkanal geschoben werden kann, dass sie den Nebenstromkanal über den gesamten Querschnitt verschließt. Dabei kann vorgesehen sein, dass bei der Freigabe eines (und zwar genau eines) der mindestens zwei parallel geschalteten Nebenstromkanäle gleichzeitig der oder die andere(n) der mindestens zwei parallel geschalteten Nebenstromkanäle geschlossen wird/werden.
Die mindestens zwei parallel geschalteten Nebenstromkanäle bilden eine Einheit. Beispielsweise kann das fluidische Bauteil zwei derartige Einheiten umfassen, wobei der Hauptstromkanal beispielsweise zwischen den beiden Einheiten angeordnet ist. In diesem Fall sind stets zwei Nebenstromkanäle für die Durchströmung freigegeben, wobei die beiden Nebenstromkanäle jeweils einer Einheit angehören.
Eine Einheit kann beispielsweise zwei parallel geschaltete Nebenstromkanäle umfassen. Jedoch können es auch mehr als zwei sein. Die parallel geschalteten Nebenstromkanäle einer Einheit können in einer Ebene angeordnet sein, die beispielsweise der Oszillationsebene entspricht. Jedoch können die parallel geschalteten Nebenstromkanäle, um Platz zu sparen, in verschiedenen Ebenen angeordnet sein. Diese Anordnung kann besonders interessant sein, wenn eine Einheit mehr als zwei parallel geschaltete Nebenstromkanäle umfasst oder wenn ein verhältnismäßig langer Nebenstromkanal vorgesehen ist.
Durch Wahl der Form eines Nebenstromkanals, und insbesondere durch Änderung der Länge eines Nebenstromkanals, kann die Oszillationsfrequenz des austretenden Fluidstroms verändert werden. Wird beispielsweise von einem kürzeren Nebenstromkanal auf einen längeren Nebenstromkanal umgeschaltet, reduziert sich die Oszillationsfrequenz.
Der mindestens eine Nebenstromkanal oder die mindestens zwei parallel geschalteten Nebenstromkanäle kann/können jeweils einen Eingang und jeweils einen Ausgang aufweisen und sich zwischen dem jeweiligen Eingang und dem jeweiligen Ausgang erstrecken. Dieser Eingang und Ausgang stellen dabei den Übergang dar, an dem der Hauptstromkanal fluidisch mit den Nebenstromkanälen verbunden ist. Gemäß einer Ausführungsform ragt/ragen im Bereich mindestens eines Eingangs und/oder mindestens eines Ausgangs ein oder mehrere Elemente derart in die Strömungskammer hinein, dass es/sie von dem Fluidstrom umströmbar ist/sind. Dabei ist das mindestens eine Element innerhalb des Bereichs des mindestens einen Eingangs und/oder des mindestens einen Ausgangs in der Position verstellbar. Zum Verstellen der Position kann eine Verstellvorrichtung vorgesehen sein, die geeignet ist das mindestens eine Element (stufenlos) zu verstellen. Dabei kann das mindestens eine Element in der Oszillationsebene verschiebbar oder um eine Achse, die sich im Wesentlichen senkrecht zur Oszillationsebene erstreckt, drehbar sein. Die Rotationsachse kann dabei durch das Zentrum des jeweiligen Elements oder exzentrisch verlaufen. Die Verstellbarkeit der Position ist dabei darauf beschränkt, dass das mindestens eine Element im Bereich des jeweiligen Eingangs oder Ausgangs verbleibt. Insbesondere ist das mindestens eine Element nicht derart verstellbar, dass es in den sich stromaufwärts der Auslassöffnung befindlichen Auslasskanal gelangt. Alternativ oder zusätzlich kann das mindestens eine Element derart in seiner Position verstellbar sein, dass es stempelartig quer zur Oszillationsebene in die Strömungskammer hinein bewegbar (mittels Translations- oder Schraubbewegung) ist. Hierfür kann die entsprechende die Strömungskammer begrenzende Vorder- oder Rückwand des fluidischen Bauteils abschnittsweise elastisch ausgebildet sein. So kann das mindestens eine Element (stufenlos) zwischen zwei Maximalauslenkungen verstellbar sein, in denen sich das mindestens eine Element entweder über die gesamte Tiefe des fluidischen Bauteils erstreckt oder gar nicht in die Strömungskammer hineinragt.
Das mindestens eine Element kann diverse Formen aufweisen. So kann es beispielsweise (in der Oszillationsebene betrachtet) einen runden, elliptischen, sichelförmigen oder polygonalen Querschnitt beziehungsweise Mischformen davon aufweisen. Dabei weist ein drehbares Element insbesondere eine Form auf, die nicht rotationssymmetrisch ist. Sofern mehrere Elemente vorgesehen sind, können sich diese in der Form und/oder Verstellbarkeit (Translation, Rotation) unterscheiden. Durch Änderung der Position des mindestens einen Elements kann die Strahlcharakteristik des aus dem fluidischen Bauteil austretenden Fluidstroms geändert werden. Mit Hilfe des mindestens einen verstellbaren Elements wird die Strömung soweit beeinflusst, dass sich der Sprühwinkel und/oder der zeitliche Verlauf des austretenden Fluidstroms ändern/t.
Das mindestens eine Element erstreckt sich vorzugsweise über die gesamte Tiefe des fluidischen Bauteils, das heißt über die gesamte Ausdehnung des fluidischen Bauteils senkrecht zur Oszillationsebene. Jedoch kann sich das mindestens eine Element nur über einen Abschnitt der Tiefe erstrecken.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das fluidische Bauteil mindestens zwei Nebenstromkanäle auf, die gleichzeitig von einem Fluidstrom durchströmbar sind. Jeder der mindestens zwei Nebenstromkanäle weist dabei eine Öffnung auf. Über die Öffnungen sind die mindestens zwei Nebenstromkanäle mit einem Verbindungskanal verbunden, der verschließbar ausgestaltet ist. Zum Verschließen des Verbindungskanals kann mindestens eine Trennwand vorgesehen sein, die in den Verbindungskanal hinein- und aus diesem wieder herausbewegbar ist. Insbesondere können mehrere Trennwände vorgesehen sein, die in der Anzahl der Anzahl der Öffnungen der mindestens zwei Nebenstromkanäle entsprechen. Dabei können die Trennwände jeweils im Bereich einer Öffnung der mindestens zwei Nebenstromkanäle angeordnet sein, um die Öffnungen zu verschließen oder freizugeben. Wenn der Verbindungskanal nicht verschlossen ist, verbindet er die mindestens zwei Nebenstromkanäle fluidisch miteinander. Hierdurch werden die Oszillationsfrequenz des austretenden Fluidstroms (und damit die Form des Sprühfächers) reduziert und der Sprühwinkel beeinflusst. Wenn der Verbindungskanal verschlossen ist, strömt das Fluid lediglich durch die mindestens zwei Nebenstromkanäle und den Hauptstromkanal.
Die verschiedenen Ausführungsformen des fluidischen Bauteils können auch miteinander kombiniert werden, um eine gewünschte Sprühcharakteristik zu erreichen.
Die Bewegung oder Verformung einzelner Elemente des fluidischen Bauteils (zwecks Verformung der Strömungskammer) erfolgt in sämtlichen Ausführungsformen durch eine Vorrichtung, die zielgerichtet eine Kraft auf das entsprechende Element ausübt und dadurch die Bewegung beziehungsweise Verformung herbeiführt. Diese Vorrichtung ist ausgebildet, die Bewegung beziehungsweise Verformung rückgängig zu machen.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Auslassöffnung in der Oszillationsebene einen Radius aufweist, dessen Größe variabel ist, wobei bei Änderung des Radius insbesondere auch die Form eines sich stromaufwärts an die Auslassöffnung anschließenden Auslasskanals und/oder die Form einer sich stromabwärts an die Auslassöffnung anschließenden Auslasserweiterung ändern/ändert.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Einlassöffnung eine variable Breite aufweist, wobei die Breite der Einlassöffnung im Wesentlichen senkrecht zu einer Richtung, die sich von der Einlassöffnung zur Auslassöffnung erstreckt, gerichtet ist und in der Oszillationsebene liegt
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Strömungskammer mindestens zwei parallel geschaltete Nebenstromkanäle als Mittel zur Ausbildung einer Oszillation des Fluidstroms an der Auslassöffnung aufweist, wobei die mindestens zwei Nebenstromkanäle eine unterschiedliche Form aufweisen und wobei zu einem gegebenen Zeitpunkt nur einer der mindestens zwei parallel geschalteten Nebenstromkanäle von dem Fluidstrom durchströmbar ist.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der mindestens eine Nebenstromkanal oder die mindestens zwei parallel geschalteten Nebenstromkanäle jeweils einen Eingang und jeweils einen Ausgang aufweist/aufweisen und sich zwischen dem jeweiligen Eingang und dem jeweiligen Ausgang erstreckt/erstrecken und dass im Bereich mindestens eines Eingangs und/oder mindestens eines Ausgangs ein oder mehrere Elemente in die Strömungskammer derart hineinragt/hineinragen, dass es/sie von dem Fluidstrom umströmbar ist/sind, wobei das eine oder die mehreren Elemente innerhalb des Bereichs des mindestens einen Eingangs und/oder des mindestens einen Ausgangs in der Position verstellbar ist/sind.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass mindestens zwei Nebenstromkanäle vorgesehen sind, die über einen verschließbaren Verbindungskanal miteinander verbindbar sind.
Die Erfindung betrifft ferner eine fluidische Baugruppe. Demnach umfasst die fluidische Baugruppe das erfindungsgemäße fluidische Bauteil und einen Dichtkörper, in den das fluidische Bauteil eingebettet ist. Dabei dichtet der Dichtkörper das gesamte fluidische Bauteil mit Ausnahme der Einlassöffnung und der Auslassöffnung des fluidischen Bauteils ab. Durch den Dichtkörper kann erreicht werden, dass für den Fall, dass bei einer Veränderung der Form der Strömungskammer ein Leck entsteht, das Fluid nicht außerhalb der Einlassöffnung und der Auslassöffnung in die Strömungskammer eintreten beziehungsweise aus der Strömungskammer austreten kann. Der Dichtkörper kann ein flexibles Material, beispielsweise ein flexibles Kunststoffmaterial, umfassen, das geeignet ist, sich bei entsprechender Veränderung der Form der Strömungskammer zu verformen, insbesondere zu dehnen. Die Erfindung ist also auch auf eine fluidische Baugruppe mit einem erfindungsgemäßen fluidischen Bauteil gerichtet, wobei das fluidische Bauteil in einen Dichtkörper eingebettet ist, der mit Ausnahme der Einlassöffnung und der Auslassöffnung des fluidischen Bauteils das gesamte fluidische Bauteil abdichtet.
Die Erfindung betrifft ferner ein Fluidverteilungsgerät, das das erfindungsgemäße fluidische Bauteil oder die erfindungsgemäße fluidische Baugruppe umfasst. Bei dem Fluidverteilungsgerät kann es sich insbesondere um ein Reinigungsgerät oder ein Bewässerungsgerät handeln. Das Bewässerungsgerät kann beispielsweise in Beregnungssystemen, Rasensprengern oder Handbrausen zum Einsatz kommen. Die Erfindung ist also auch auf ein Fluidverteilungsgerät insbesondere für Reinigungs- und/oder Bewässerungszwecke mit einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Fluidstrahls gerichtet, wobei die Vorrichtung ein erfindungsgemäßes fluidisches Bauteil oder eine erfindungsgemäße fluidische Baugruppe umfasst.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert werden.
Es zeigen:

Fig. 1: einen Querschnitt durch ein fluidisches Bauteil parallel zur Oszillationsebene;
Fig. 2: eine Schnittdarstellung des fluidischen Bauteils aus Figur 1 entlang der Linie A'-A";
Fig. 3: eine Schnittdarstellung des fluidischen Bauteils aus Figur 1 entlang der Linie B'-B";
Fig. 4: einen Querschnitt durch ein fluidisches Bauteil parallel zur Oszillationsebene mit veränderlichem Auslasskanal gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 5: einen Querschnitt durch ein fluidisches Bauteil parallel zur Oszillationsebene mit veränderlichem Auslasskanal gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 6: einen Querschnitt durch ein fluidisches Bauteil parallel zur Oszillationsebene mit veränderlichem Auslasskanal gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 7: einen Querschnitt durch ein fluidisches Bauteil parallel zur Oszillationsebene mit veränderlichem Auslasskanal gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 8: einen Querschnitt durch ein fluidisches Bauteil parallel zur Oszillationsebene mit drehbaren inneren Blöcken gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 9: einen Querschnitt durch ein fluidisches Bauteil parallel zur Oszillationsebene mit drehbaren inneren Blöcken gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 10: einen Querschnitt durch ein fluidisches Bauteil parallel zur Oszillationsebene mit einem verformbaren inneren Block und einem zweiteiligen inneren Block gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 11: einen Querschnitt durch ein fluidisches Bauteil parallel zur Oszillationsebene mit verformbarer Begrenzungswand der Strömungskammer gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 12: einen Querschnitt durch ein fluidisches Bauteil parallel zur Oszillationsebene mit veränderlicher Einlassöffnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 13: einen Querschnitt durch ein fluidisches Bauteil parallel zur Oszillationsebene mit veränderlicher Bauteillänge gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 14: einen Querschnitt durch ein fluidisches Bauteil entsprechend der Ansicht aus Figur 3 mit veränderlicher Bauteiltiefe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 15: einen Querschnitt durch ein fluidisches Bauteil parallel zur Oszillationsebene mit von einem Kanal durchzogenen inneren Blöcken gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 16: einen Querschnitt durch ein fluidisches Bauteil parallel zur Oszillationsebene mit verformbaren inneren Blöcken gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 17: einen Querschnitt durch ein fluidisches Bauteil parallel zur Oszillationsebene mit einer veränderlichen Auslasserweiterung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 18: einen Querschnitt durch ein fluidisches Bauteil parallel zur Oszillationsebene mit einer veränderlichen Auslassöffnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 19: einen Querschnitt durch ein fluidisches Bauteil parallel zur Oszillationsebene mit zwei Einheiten, die jeweils zwei parallel geschaltete Nebenstromkanäle umfassen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 20: einen Querschnitt durch ein fluidisches Bauteil parallel zur Oszillationsebene mit einer Vielzahl von umströmbaren Elementen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 21: einen Querschnitt durch ein fluidisches Bauteil parallel zur Oszillationsebene mit einem zusätzlichen zwei Nebenstromkanäle verbindenden Kanal gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
Fig. 22: eine Schnittdarstellung des fluidischen Bauteils aus Figur 21 entlang der Linie A`-A".

In Figur 1 ist schematisch ein Querschnitt durch ein fluidisches Bauteil parallel zu seiner Oszillationsebene 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 durchströmbar ist. Die Strömungskammer 10 ist auch als Wechselwirkungskammer bekannt. Die Strömungskammer 10 wird von einer Begrenzungswand 5 gebildet.
Die Strömungskammer 10 umfasst eine Einlassöffnung 101, über die der Fluidstrom in die Strömungskammer 10 eintritt, und eine Auslassöffnung 102, über die der Fluidstrom aus der Strömungskammer 10 austritt. Die Einlassöffnung 101 und die Auslassöffnung 102 sind auf zwei sich (strömungstechnisch) gegenüberliegenden Seiten des fluidischen Bauteils 1 zwischen einer Vorderwand 12 und einer Rückwand 13 angeordnet. Die Vorderwand 12 und die Rückwand 13 sind ein Teil der Begrenzungswand 5 der Strömungskammer 10. 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 Einlassöffnung 101 weist eine Einlassbreite b_IN auf und die Auslassöffnung 102 eine Auslassbreite bεx. Die Breiten sind in der Oszillationsebene im Wesentlichen senkrecht zu der Längsachse A definiert.
Die Strömungskammer 10 umfasst einen Hauptstromkanal 103, der sich zentral durch das fluidische Bauteil 1 erstreckt. Der Hauptstromkanal 103 erstreckt sich im Wesentlichen geradlinig entlang der Längsachse A, so dass der Fluidstrom im Hauptstromkanal 103 im Wesentlichen entlang der Längsachse A des fluidischen Bauteils 1 strömt. An seinem stromabwärtigen Ende geht der Hauptstromkanal 103 in einen Auslasskanal 107 über, der sich in der Oszillationsebene betrachtet stromabwärts verjüngt und in der Auslassöffnung 102 endet.
Zur Ausbildung einer Oszillation des Fluidstroms an der Auslassöffnung 102 umfasst die Strömungskammer 10 beispielhaft zwei Nebenstromkanäle 104a, 104b, wobei der Hauptstromkanal 103 (quer zur Längsachse A betrachtet) zwischen den zwei Nebenstromkanälen 104a, 104b angeordnet ist. Unmittelbar stromabwärts der Einlassöffnung 101 teilt sich die Strömungskammer 10 in den Hauptstromkanal 103 und die zwei Nebenstromkanäle 104a, 104b, die dann stromaufwärts der Auslassöffnung 102 zusammengeführt werden. Die zwei Nebenstromkanäle 104a, 104b sind hier beispielhaft identisch geformt und symmetrisch bezüglich der Längsachse A angeordnet (Figur 1). Gemäß einer nicht dargestellten Alternative können die Nebenstromkanäle nicht symmetrisch angeordnet sein.
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 Nebenstromkanäle 104a, 104b auch andere als der hier genannte Winkel gewählt werden.
Die Nebenstromkanäle 104a, 104b sind ein Mittel zur Beeinflussung der Richtung des Fluidstromes, der die Strömungskammer 10 durchströmt, und letztlich ein Mittel zur Ausbildung einer Oszillation des Fluidstroms an der Auslassöffnung 102. Die Nebenstromkanäle 104a, 104b weisen hierfür jeweils einen Eingang 104a1, 104b1, der durch das der Auslassöffnung 102 zugewandte Ende der Nebenstromkanäle 104a, 104b gebildet wird, und jeweils einen Ausgang 104a2, 104b2 auf, der durch das der Einlassöffnung 101 zugewandte Ende der Nebenstromkanäle 104a, 104b gebildet wird. Durch die Eingänge 104a1, 104b1 fließt ein kleiner Teil des Fluidstroms, die Nebenströme, in die Nebenstromkanäle 104a, 104b. Der restliche Teil des Fluidstroms (der sogenannte Hauptstrom) tritt über die Auslassöffnung 102 aus dem fluidischen Bauteil 1 aus. Die Nebenströme treten an den Ausgängen 104a2, 104b2 aus den Nebenstromkanälen 104a, 104b aus, wo sie einen seitlichen (quer zur Längsachse A) Impuls auf den durch die Einlassöffnung 101 eintretenden Fluidstrom ausüben können. Dabei wird die Richtung des Fluidstromes derart beeinflusst, dass der an der Auslassöffnung 102 austretende Hauptstrom räumlich oszilliert, und zwar in einer Ebene, der sogenannten Oszillationsebene, in der der Hauptstromkanal 103 und die Nebenstromkanäle 104a, 104b angeordnet sind. Die Oszillationsebene ist parallel zu der Haupterstreckungsebene des fluidischen Bauteils 1. Der sich bewegende austretende Fluidstrahl oszilliert innerhalb der Oszillationsebene mit dem sogenannten Oszillationswinkel.
Gemäß einer nicht dargestellten Alternative können statt der Nebenstromkanäle andere Mittel zur Ausbildung der Oszillation des austretenden Fluidstrahls verwendet werden. Beispiele dafür sind in die Strömungskammer 10 hineinreichende Kanten oder für den Fluidstrom sichtbare Stufen, um so eine periodisch ablösende Strömung innerhalb des Bauteils 1 zu erzeugen. Um diese periodisch schwingende Strömung zu verstärken, wird die Strömungskammer 10 so ausgeformt, dass sich innerhalb dieser Strömungskammer sogenannte Rezirkulationsgebiete abwechselnd auf- und abbauen können. Auch können die Nebenstromkanäle nicht symmetrisch bezüglich der Längsachse A angeordnet sein. Ferner können die Nebenstromkanäle auch außerhalb der dargestellten Oszillationsebene positioniert werden. Diese Kanäle können beispielsweise mittels Schläuchen außerhalb der Oszillationsebene realisiert werden oder durch Kanäle, die in einem Winkel zur Oszillationsebene verlaufen.
Die Nebenstromkanäle 104a, 104b weisen in der hier dargestellten Ausführungsvariante 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. Die Querschnittsflächen können in einer hier nicht dargestellten Ausführungsvariante nicht konstant sein. Demgegenüber nimmt die Größe der Querschnittsfläche des Hauptstromkanals 103 in Strömungsrichtung des Hauptstromes (also in Richtung von der Einlassöffnung 101 zu der Auslassöffnung 102) im Wesentlichen stetig zu.
Der Hauptstromkanal 103 ist von jedem Nebenstromkanal 104a, 104b durch einen inneren Block 11a, 11b getrennt. Die zwei Blöcke 11a, 11b sind in der Ausführungsform aus Figur 1 identisch in Form und Größe und symmetrisch bezüglich der Längsachse A angeordnet. Prinzipiell können sie jedoch auch unterschiedlich ausgebildet und/oder nicht symmetrisch ausgerichtet sein. Bei nicht symmetrischer Ausrichtung ist auch die Form des Hauptstromkanals 103 nicht symmetrisch zu der Längsachse A. Die Form der Blöcke 11a, 11b, die in Figur 1 dargestellt ist, ist nur beispielhaft und kann variiert werden. Die Blöcke 11a, 11b aus Figur 1 weisen abgerundete Kanten auf. So weisen die Blöcke 11a, 11b an ihrem der Einlassöffnung 101 und dem Hauptstromkanal 103 zugewandten Ende jeweils einen Radius 119 auf. Die Kanten können auch scharf sein. Stromabwärts nimmt der Abstand der beiden inneren Blöcke 11a, 11b zueinander entlang der Bauteilbreite b stetig zu, so dass sie (in der Oszillationsebene betrachtet) einen keilförmigen Hauptstromkanal 103 einschließen. Die Form des Hauptstromkanals 103 wird insbesondere durch die nach innen (in Richtung des Hauptstromkanals 103) zeigenden Flächen 110a, 110b der Blöcke 11a, 11b gebildet, die sich im Wesentlichen senkrecht zu der Oszillationsebene erstrecken. Der von den nach innen zeigenden Flächen 110a, 110b eingeschlossene Winkel wird hier als γ bezeichnet. Die nach innen zeigenden Flächen 110a, 110b können eine (leichte) Krümmung aufweisen oder durch einen beziehungsweise mehrere Radien, ein Polynom und/oder eine oder mehrere Geraden bzw. durch eine Mischform davon gebildet werden. Die Blöcke 11a, 11b weisen zudem nach außen (in Richtung der Nebenstromkanäle 104a, 104b) zeigende Flächen 111a, 111b auf.
Am Eingang 104a1, 104b1 der Nebenstromkanäle 104a, 104b, sind Separatoren 105a, 105b in Form von Einbuchtungen (in die Strömungskammer hinein) vorgesehen. Aus der Perspektive der Strömung sind die Separatoren Ausbuchtungen. Dabei ragt am Eingang 104a1, 104b1 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 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. Je nach Anwendungsfall können die Separatoren 105a, 105b anders ausgerichtet sein oder auch komplett weggelassen werden. Auch kann nur an einem der Nebenstromkanäle 104a, 104b ein Separator 105a, 105b vorgesehen sein. Durch die Separatoren 105a, 105b wird die Abtrennung der Nebenströme vom Hauptstrom beeinflusst und gesteuert. Durch Form, Größe und Ausrichtung der Separatoren 105a, 105b kann die Menge Fluid, die in die Nebenstromkanäle 104a, 104b strömt, sowie die Richtung der Nebenströme beeinflusst werden. Das führt wiederum zu einer Beeinflussung des Austrittswinkels des Hauptstroms an der Auslassöffnung 102 des fluidischen Bauteils 1 (und damit zu einer Beeinflussung des Oszillationswinkels) sowie der Frequenz, mit der der Hauptstrom 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 beeinflusst werden. Besonders vorteilhaft ist, wenn die Separatoren 105a, 105b (entlang der Längsachse A betrachtet) stromabwärts der Position angeordnet sind, wo sich der Hauptstrom von den inneren Blöcken 11a, 11b löst und ein Teil des Fluidstroms in die Nebenstromkanäle 104a, 104b eintritt.
Der Einlassöffnung 101 der Strömungskammer 10 ist stromaufwärts ein trichterförmiger Ansatz 106 vorgeschaltet, der sich (in der Oszillationsebene) in Richtung auf die Einlassöffnung 101 (stromabwärts) verjüngt. Auch stromaufwärts der Auslassöffnung 102 verjüngt sich die Strömungskammer 10 (in der Oszillationsebene). Die Verjüngung wird durch den bereits erwähnten Auslasskanal 107 gebildet, der sich zwischen den Eingängen 104a1, 104b1 der Nebenstromkanäle 104a, 104b und der Auslassöffnung 102 erstreckt. In Figur 1 werden die Eingänge 104a1, 104b1 der Nebenstromkanäle 104a, 104b durch die Separatoren 105a, 105b vorgegeben. Dabei verjüngen sich der trichterförmige Ansatz 106 und der Auslasskanal 107 derart, dass nur deren Breite, das heißt deren Ausdehnung in der Oszillationsebene senkrecht zu der Längsachse A, jeweils stromabwärts abnimmt. Zusätzlich können sich der trichterförmige Ansatz 106 und der Auslasskanal 107 stromabwärts auch entlang der Bauteiltiefe verjüngen, das heißt senkrecht zur Oszillationsebene und senkrecht zu der Längsachse A. 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 und somit dessen Oszillationswinkel. 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 I₁₀₆ des trichterförmigen Ansatzes 106 entspricht in dieser Ausführungsform mindestens dem 1,5-fachen der Breite b_IN der Einlassöffnung 101 (I₁₀₆ > 1,5·b_IN).
Der Auslasskanal 107 wird durch Abschnitte der Begrenzungswand 5 gebildet. Dabei stehen zwei Abschnitte der Begrenzungswand 5 senkrecht zu der Oszillationsebene und schließen in der Oszillationsebene einen Winkel δ ein. Diese beiden Abschnitte sind jeweils als ebene Flächen ausgebildet. Alternativ können diese beiden Abschnitte durch gekrümmte Flächen gebildet werden.
Die Einlassöffnung 101 und die Auslassöffnung 102 weisen jeweils eine rechteckige Querschnittsfläche (quer zur Längsachse A) auf. Diese weisen jeweils die gleiche Tiefe t auf, unterscheiden sich jedoch in ihrer Breite b_IN, b_EX. Alternativ ist auch eine nicht rechteckige Querschnittsfläche für die Einlassöffnung 101 und die Auslassöffnung 102 denkbar.
Der Abstand zwischen der Einlassöffnung 101 und der Auslassöffnung 102 (die Bauteillänge I) kann ein Verhältnis zu der Bauteilbreite b von 1/3 bis 4/1, vorzugsweise von 1/1 bis 4/1 haben. Die Bauteilbreite b kann in dem Bereich zwischen 0,1 mm und 1,75 m liegen. Bei einer bevorzugten Ausführungsvariante liegt die interne Bauteilbreite b_i zwischen 1,5 mm und 150 mm. Die Breite b_EX der Auslassöffnung 102 beträgt 1/3 bis 1/50 der Bauteilbreite b, vorzugsweise 1/5 bis 1/20. Die Breite b_EX der Auslassöffnung 102 wird in Abhängigkeit von dem Volumendurchfluss, der Bauteiltiefe t, der Eingangsgeschwindigkeit des Fluids beziehungsweise des Eingangsdrucks des Fluids und der gewünschten Oszillationsfrequenz gewählt. Die Breite b_IN der Einlassöffnung 101 beträgt 1/3 bis 1/30 der Bauteilbreite b, vorzugsweise 1/5 bis 1/15.
In Figur 1 (und auch in Figur 13) weist das fluidische Bauteil 1 stromabwärts der Auslassöffnung 102 eine zusätzliche Auslasserweiterung 108 auf. Diese Auslasserweiterung 108 hat in der Oszillationsebene und entlang der Längsachse A betrachtet die Länge I₁₀₈ und verbreitert sich (in der Oszillationsebene quer zur Längsachse A) ausgehend von der Auslassöffnung 102 stromabwärts. Durch die Länge I₁₀₈ der Auslasserweiterung 108 wird die Strahlqualität des oszillierenden Fluidstrahls positiv beeinflusst. Je größer die Länge I₁₀₈ ist, desto stärker wird der austretende Fluidstrahl gebündelt. Bevorzugt ist, wenn I₁₀₈ mindestens ¼ der Breite b_EX der Auslassöffnung 102 entspricht. Die zusätzliche Auslasserweiterung 108 ist optional. So kann auf sie je nach Anwendungsfeld verzichtet werden. Insbesondere sind die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele nicht auf die konkrete Darstellung mit beziehungsweise ohne Auslasserweiterung beschränkt. Ausführungsbeispiele ohne Auslasserweiterung können mit einer Auslasserweiterung versehen werden, und umgekehrt.
Die Auslasserweiterung 108 wird durch Abschnitte der Begrenzungswand 5 gebildet. Dabei stehen zwei Abschnitte 53a, 53b der Begrenzungswand 5 senkrecht zu der Oszillationsebene und schließen in der Oszillationsebene einen Winkel ε ein. Diese beiden Abschnitte 53a, 53b sind jeweils als ebene Flächen ausgebildet. Alternativ können diese beiden Abschnitte durch gekrümmte Flächen gebildet werden. Der Winkel ε kann unterschiedliche Maße aufweisen. Insbesondere kann der Winkel ε in Abhängigkeit von dem gewünschten Oszillationswinkel des Fluidstroms eingestellt werden. Vorzugsweise ist der Winkel ε um mindestens 8° größer als der Oszillationswinkel des Fluidstroms, um einen sich ungestört bewegenden Fluidstrahl zu erhalten. Um einen definierten Oszillationswinkel zu erhalten oder um den Oszillationswinkel einzuschränken, ist ein Winkel ε kleiner als oder gleich des Oszillationswinkels des frei schwingenden (ohne Auslasserweiterung) Fluidstrahls vorteilhaft.
Die Auslassöffnung 102 definiert den Übergang zwischen dem Auslasskanal 107 und der Auslasserweiterung 108. Der Übergang kann durch einen Radius 109 gebildet werden. Dieser Radius 109 ist vorzugsweise kleiner als die Breite b_IN der Einlassöffnung 101 oder die Breite b₁₀₃ des Hauptstromkanals 103 an seiner engsten Stelle in der Oszillationsebene. Dabei ist die engste Stelle des Hauptstromkanals 103 in der Oszillationsebene die Stelle, an der der Abstand zwischen den inneren Blöcken 11a, 11b in der Oszillationsebene und quer zur Längsachse A am geringsten ist. Wenn der Radius 109 gleich 0 ist, so ist die Auslassöffnung 102 scharfkantig. Jedoch ist aufgrund der höheren mechanischen Stabilität ein Radius 109 mit einem Wert, der größer als Null ist, zu bevorzugen.
Gemäß Figur 2 weist das fluidische Bauteil 1 aus Figur 1 eine konstante Bauteiltiefe t auf. Die Bauteiltiefe t kann sich jedoch entlang der Längsachse A auch verändern. In Figur 3 ist ein Schnitt durch das fluidische Bauteil 1 aus Figur 1 entlang der Achse B`-B" dargestellt. Figur 3 zeigt, dass die Querschnittsflächen des Hauptstromkanals 103 und der Nebenstromkanäle 104a, 104b jeweils im Wesentlichen rechteckig sind. Derartige Querschnittsformen sind leicht zu fertigen. Jedoch können die Querschnittsflächen auch andere Formen aufweisen, z.B. können die Nebenstromkanäle 104a, 104b eine dreieckige, mehreckige oder runde Querschnittsfläche aufweisen.
Anhand des in den Figuren 1 bis 3 dargestellten fluidischen Bauteils 1 wurden die Komponenten, von denen einige auch optional sind, eines fluidischen Bauteils 1 mit Nebenstromkanälen als Mittel zur Ausbildung einer Oszillation beschrieben. Zu den optionalen Komponenten zählen insbesondere der trichterförmige Ansatz 106, die Separatoren 105a, 105b und die Auslasserweiterung 108. Die Form der Strömungskammer 10 des fluidischen Bauteils 1 ist veränderbar. Wie eine Veränderung der Form erreicht werden kann, wird im Folgenden anhand der Figuren 4 bis 22 beschrieben. Auch wenn in den Figuren 4 bis 22 die Geometrie des fluidischen Bauteils nicht in allen Einzelheiten der Geometrie des fluidischen Bauteils aus den Figuren 1 bis 3 entspricht, so sind die Merkmale aus den Figuren 4 bis 22 hinsichtlich der Verformbarkeit der Strömungskammer 10 dennoch auf das fluidische Bauteil aus den Figuren 1 bis 3 übertragbar. Auch können Merkmale aus den Figuren 4 bis 22 untereinander kombiniert werden.
Zu den in den Figuren 4 bis 22 dargestellten Möglichkeiten zur Veränderung der Form der Strömungskammer 10 wird auch tendenziell die entsprechende Auswirkung auf den Fluidstrom beschrieben. Aufgrund des nichtlinearen Strömungsverhaltens eines Fluids in dem fluidischen Bauteil ist jedoch keine allgemeine Aussage über das Resultat des Sprühbildes möglich.
Das fluidische Bauteil 1 aus Figur 4 weist (im Gegensatz zu dem fluidischen Bauteil 1 aus den Figuren 1 bis 3) keine Separatoren und keine Auslasserweiterung auf. Der Auslasskanal 107 erstreckt sich von den Eingängen 104a1, 104b1 der Nebenstromkanäle 104a, 104b zu der Auslassöffnung 102. Zwecks Veränderung der Form der Strömungskammer sind in der Ausführungsform aus Figur 4 Abschnitte (Teile) der Begrenzungswand 5, die sich im Wesentlichen senkrecht zu der Oszillationsebene erstrecken und den Auslasskanal 107 begrenzen, beweglich ausgebildet. Die beweglichen Abschnitte (Teile) der Begrenzungswand 5 sind mit den Bezugszeichen 51a, 51b gekennzeichnet. Die beweglichen Abschnitte (Teile) 51a, 51b sind jeweils um eine Rotationsachse Ra, Rb drehbar gelagert, die sich im Wesentlichen senkrecht zu der Oszillationsebene erstreckt. Mittels einer Vorrichtung (nicht dargestellt) können die beweglichen Abschnitte (Teile) 51a, 51b um die Rotationsachsen Ra, Rb gedreht werden. Die beweglichen Abschnitte (Teile) 51a, 51b sind unabhängig voneinander drehbar, können jedoch auch gekoppelt gedreht werden. Die Rotationsachsen Ra, Rb sind nahe den Eingängen104a1, 104b1 der Nebenstromkanäle 104a, 104b angeordnet.
Alternativ zu der Ausführungsform aus Figur 4 können die Teile 51a, 51b, anstelle um eine feste Rotationsachse Ra, Rb drehbar zu sein, jeweils mindestens einen verformbaren Abschnitt aufweisen, um eine Drehung der Teile 51a, 51b und eine Verformung des Auslasskanals 107 zu ermöglichen. Dabei können die Teile 51a, 51b zumindest abschnittsweise elastisch reversibel verformbar ausgebildet sein. So kann sich in Abhängigkeit des (weiter oben als innere Kraft bezeichneten) Massenstroms (beziehungsweise des Drucks) des in das fluidische Bauteil eintretenden Fluidstroms die Form des mindestens einen verformbaren Abschnitts und damit die Ausrichtung der Teile 51a, 51b verändern. So können die Teile 51a, 51b in Abhängigkeit des Massenstroms wie ein Festkörpergelenk fungieren und unter Dehnung beziehungsweise Stauchung des jeweiligen mindestens einen verformbaren Abschnitts eine Drehbewegung ausführen. Dabei kann sich bei Druckänderungen innerhalb des fluidischen Bauteils 1 in Abhängigkeit der konkreten geometrischen Ausgestaltung der Teile 51a, 51b und der konkreten Anordnung der verformbaren Abschnitte innerhalb der Teile 51a, 51b beispielsweise die Querschnittsfläche der Auslassöffnung 102 vergrößern oder verkleinern. So kann sich bei einem ansteigenden Eingangsdruck die Querschnittsfläche der Auslassöffnung vergrößern. Hierdurch kann der Tendenz, bei höheren Eingangsdrücken, kleinere Tropfen zu erzeugen, entgegengewirkt werden. So kann erreicht werden, dass durch Veränderung der Größe der Querschnittsfläche der Auslassöffnung die resultierenden Tropfengrößen kaum vom Vordruck abhängig sind. Ferner kann in einem solchen sich selbst regelnden System der Volumenstrom an der Auslassöffnung trotz Änderung des Vordrucks nahezu konstant gehalten werden. Je nach Ausgestaltung des Auslasskanals 107 kann bei steigendem Eingangsdruck der Oszillationswinkel und somit größtenteils auch der Sprühwinkel verkleinert werden.
Die beweglichen Abschnitte 51a, 51b in der Ausführungsform der Figur 4 können sich um einen Winkel zwischen zwei maximalen Auslenkungspositionen drehen, von denen die eine in Figur 4 mit einer durchgezogenen Linie dargestellt ist und die andere mit einer gestrichelten Linie. Die maximalen Auslenkungspositionen sind in Figur 4 beispielhaft dargestellt. Die beweglichen Abschnitte 51a, 51b können stufenlos jede Position zwischen den beiden maximalen Auslenkungspositionen annehmen. Durch eine Drehung ändert sich die Ausrichtung der beweglichen Abschnitte 51a, 51b zueinander und bezüglich der restlichen Begrenzungswand 5. Dabei ändert sich der Winkel δ des Auslasskanals 107. Zudem ändert sich die Breite b_EX der Auslassöffnung 102. Um von der mit durchgezogener Linie dargestellten maximalen Auslenkungsposition zu der anderen (gestrichelt dargestellten) maximalen Auslenkungsposition zu gelangen, werden die beweglichen Abschnitte 51a, 51b derart gedreht, dass sich (unter Vergrößerung der Breite b_EX der Auslassöffnung 102) die Auslassöffnung 102 stromabwärts verschiebt. Hierdurch wird auch die Bauteillänge I verändert (vergrößert). Durch die Drehung der beweglichen Abschnitte 51a, 51b kann der Oszillationswinkel des austretenden Fluidstroms sowie der mögliche Durchfluss beeinflusst werden. Zusätzlich verändert sich das Volumen des Auslasskanals 107. Der Winkel zwischen den beiden maximalen Auslenkungspositionen und die Lage der beiden maximalen Auslenkungspositionen bezüglich der Längsachse A sind je nach Anwendungsgebiet wählbar.
Die Begrenzungswand 5 der Strömungskammer 10 wird durch die Innenoberfläche eines Hohlkörpers gebildet, wobei der Hohlraum des Hohlkörpers die Strömungskammer 10 bildet. Die Begrenzungswand 5 ist mit der Außenoberfläche des Hohlkörpers verbunden, die die äußere Erscheinungsform des fluidischen Bauteils bestimmt. In Figur 4 sind die beweglichen Abschnitte 51a, 51b der Begrenzungswand 5 mit entsprechenden Abschnitten der Außenoberfläche des Hohlkörpers verbunden und zusammen mit diesen drehbar. Dementsprechend verändert sich auch die äußere Erscheinungsform des fluidischen Bauteils bei einer Drehung der beweglichen Abschnitte 51a, 51b. Alternativ kann der Winkel δ zwischen den beweglichen Abschnitten 51a, 51b der Begrenzungswand 5 zum Beispiel durch Verformung der Innenoberfläche des Hohlkörpers im Bereich des Auslasskanals 107 verändert werden.
In Abhängigkeit von der Lage der Rotationsachsen Ra, Rb, die wiederum abhängig von der Form der inneren Blöcke 11a, 11b, von der Form bzw. dem Vorhandensein von Separatoren sowie der Fluideigenschaften (Art des Fluids, Eingangsdruck und Volumenstrom) ist, kann der austretende Fluidstrahl eine starke beziehungsweise sprunghafte Beschleunigungsänderung oder einen nahezu gleichbleibenden zeitlichen Verlauf ohne sprunghafte Beschleunigungsänderungen aufweisen. Somit kann die Fluidverteilung minimal innerhalb des Sprühfächers innerhalb des Oszillationswinkels verändert werden.
Für bestimmte Anwendungen, ist ein randbetonter Strahl wünschenswert, das heißt ein oszillierender Strahl, der sich im zeitlichen Mittel mehr im äußeren als im inneren Bereich des Sprühfächers aufhält. Zur Erzeugung eines solchen Strahls kann die Lage der Rotationsachsen Ra, Rb, die Form der inneren Blöcke 11, die Form der Separatoren 105a, 105b (wenn vorhanden), die Art des Fluids, der Eingangsdruck und der Volumenstrom so gewählt werden, dass sich der Fluidstrom im zeitlichen Mittel möglichst lange an den Auslasskanal 107 (an die Abschnitte 51a, 51b der Begrenzungswand 5, die senkrecht zu der Oszillationsebene ausgerichtet und Teil des Auslasskanals 107 sind) anlegt. Um einen randbetonten Strahl zu erzeugen, kann ferner der Winkel ε der Auslasserweiterung 108 (sofern eine solche vorhanden ist) kleiner als der freie Oszillationswinkel des Fluidstroms ohne die Auslasserweiterung 108 eingestellt werden.
Die Ausführungsform aus Figur 5 unterscheidet sich von jener aus Figur 4 insbesondere durch die Lage der Rotationsachsen Ra, Rb. Im Vergleich zu Figur 4 ist der Abstand zwischen den Rotationsachsen Ra, Rb zu der Auslassöffnung 102 in Figur 5 kleiner. Bei dieser Ausführungsform ändert sich das Volumen des Auslasskanals 107 und die Breite b_EX der Auslassöffnung 102 (im Vergleich zu Figur 4) weniger stark, wenn die beweglichen Abschnitte 51a, 51b um einen definierten Winkel gedreht werden. Die beweglichen Abschnitte 51a, 51b können sich um einen Winkel zwischen zwei maximalen Auslenkungspositionen drehen, von denen die eine in Figur 5 mit einer durchgezogenen Linie dargestellt ist und die andere mit einer gestrichelten Linie. Die beweglichen Abschnitte 51a, 51b können stufenlos jede Position zwischen den beiden maximalen Auslenkungspositionen annehmen. Um von der mit durchgezogener Linie dargestellten maximalen Auslenkungsposition zu der anderen (gestrichelt dargestellten) maximalen Auslenkungsposition zu gelangen, werden die beweglichen Abschnitte 51a, 51b derart gedreht, dass sich (unter Veränderung (abschnittsweise Verkleinerung und abschnittsweise Vergrößerung) der Breite bεx der Auslassöffnung 102) die Auslassöffnung 102 stromaufwärts verschiebt. Der Winkel zwischen den beiden maximalen Auslenkungspositionen und die Lage der beiden maximalen Auslenkungspositionen bezüglich der Längsachse A ist je nach Anwendungsgebiet wählbar. Durch die Drehung der beweglichen Abschnitte 51a, 51b wird auch die Bauteillänge I verändert (verkürzt). Entsprechend verändert sich das Volumen des Auslasskanals 107.
Durch die Drehung der beweglichen Abschnitte 51a, 51b ändert sich der Winkel δ und auch die Breite b_EX der Auslassöffnung 102. Hierdurch können der Oszillationswinkel des austretenden Fluidstroms, der Strahlimpuls und der Druckverlust des Bauteils verändert werden. Durch eine Verringerung der Breite bεx der Auslassöffnung 102 kann der Strahlimpuls (bei gleichbleibendem inneren Druck) erhöht und dadurch die Reinigungsleistung durch die Fokussierung der Strahlkraft gesteigert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die Rotationsachsen Ra, Rb noch näher der Auslassöffnung 102 positioniert werden, um so die Koppelung zwischen der Änderung des Winkels δ und der Auslassbreite b_EX zu minimieren beziehungsweise eine Änderung der Auslassbreite b_EX zu vermeiden.
In der Ausführungsform aus Figur 6 werden die beweglichen Abschnitte 51a, 51b der Begrenzungswand 5, die den Auslasskanal 107 senkrecht zur Oszillationsebene begrenzen, mittels einer Verschiebungsvorrichtung (nicht dargestellt) linear verschoben. Dabei bewegen sich die beweglichen Abschnitte 51a, 51b in der Oszillationsebene jeweils entlang einer Achse, die in der Ebene liegt, die durch den jeweiligen beweglichen Abschnitt 51a, 51b definiert wird. Hierdurch kann die Breite b_EX der Auslassöffnung variiert werden, ohne dabei den Winkel δ zu verändern, was zu einer Änderung des Oszillationswinkels und des Sprühimpulses führen kann. Die Verschiebungsvorrichtung kann für jeden beweglichen Abschnitt 51a, 51b eine Führungsvorrichtung aufweisen, in der der bewegliche Abschnitt 51a, 51b gelagert ist. Die Führungsvorrichtungen schließen (in der Oszillationsebene) den Winkel δ ein. Zusätzlich kann dieser Winkel zwischen den Führungsvorrichtungen variabel sein. Die beweglichen Abschnitte 51a, 51b sind zwischen zwei maximalen Auslenkungen verschiebbar, von denen die eine mit einer durchgezogenen Linie dargestellt ist und die andere mit einer gestrichelten Linie. Die maximalen Auslenkungspositionen sind in Figur 6 beispielhaft gezeigt.
Durch die Verschiebung der beweglichen Abschnitte 51a, 51b kann das Sprühverhalten, wie zum Beispiel der Oszillationswinkel, des Fluidstroms geändert werden. Damit wird zum einen der Sprühwinkel α verändert. Wenn die Breite b_EX der Auslassöffnung 102 vergrößert wird, wird auch der Oszillationswinkel vergrößert und der Sprühimpuls (bei gleichbleibenden Durchfluss) verringert. Dies ist zum Beispiel zum Reinigen oder Benetzen von (empfindlichen) Oberflächen vorteilhaft.
Durch Veränderung der Breite b_EX der Auslassöffnung 102 kann die Düsengröße geändert werden, das heißt bei konstantem Eingangsdruck des Fluids kann der Durchfluss reguliert werden.
Alternativ zu der Bewegung der beweglichen Abschnitte 51a, 51b gemäß Figur 6 kann im Bereich der Auslassöffnung 102 eine blendenartige Vorrichtung vorgesehen sein, die sich im Wesentlich senkrecht zu der Längsachse A erstreckt und mittels welcher die Querschnittsfläche der Auslassöffnung veränderbar ist, ohne den Winkel δ zu beeinflussen. Gemäß einer weiteren Alternative können die beweglichen Abschnitte 51a, 51b in der Oszillationsebene quer zur Längsachse A verschoben werden, um die Querschnittsfläche der Auslassöffnung zu verändern, ohne den Winkel δ zu verändern.
Die Ausführungsform aus Figur 7 unterscheidet sich von jener aus Figur 6 insbesondere in der Richtung, entlang welcher die beweglichen Abschnitte 51a, 51b verschiebbar sind. In der Ausführungsform aus Figur 7 sind die beweglichen Abschnitte 51a, 51b entlang der Längsachse A des fluidischen Bauteils verschiebbar. Bei einer solchen Verschiebung bleiben die Auslassbreite bεx sowie der Winkel δ unverändert. Lediglich das Volumen des Auslasskanals 107 und die Bauteillänge I des fluidischen Bauteils 1 ändern sich durch die in Figur 7 dargestellte Verschiebung. Damit kann erreicht werden, dass sich der Oszillationswinkel nur gering ändert, während sich die Oszillationsfrequenz und der zeitliche Verlauf des austretenden Fluidstroms deutlich ändern.
In Figur 7 ist die eine der maximalen Auslenkungspositionen mit durchgezogener Linie dargestellt, die andere mit gestrichelter Linie. Die Positionen sind lediglich beispielhaft. Dabei können die beiden beweglichen Abschnitte 51a, 51b unabhängig voneinander bewegt werden. Hierdurch kann der Oszillationswinkel und die Richtung des austretenden Fluidstroms verändert werden. Wenn beispielsweise der bewegliche Abschnitt 51a stromabwärts und der bewegliche Abschnitt 51b stromaufwärts bewegt werden, ändert sich die Richtung des austretenden Fluidstroms in Richtung des stromaufwärts bewegten beweglichen Abschnitts 51b.
Alternativ können die beiden beweglichen Abschnitte 51a, 51b auch gleichzeitig in derselben Weise (Richtung, Geschwindigkeit) bewegt werden. Dies kann beispielsweise durch einen teleskopartigen Aufbau des fluidischen Bauteils 1 erreicht werden. Dabei werden beispielsweise die beweglichen Abschnitte 51a, 51b mittels Schienen entlang der Längsachse A bezüglich des restlichen fluidischen Bauteils 1 verschoben.
Unabhängig von der konkreten Bewegung der beweglichen Abschnitte 51a, 51b (oder anderer beweglicher Elemente) kann das Material der beweglichen Abschnitte 51a, 51b (beziehungsweise der anderen beweglichen Elemente) ein härteres beziehungsweise verschleißfesteres Material umfassen als die restliche Begrenzungswand 5. So könnte das fluidische Bauteil 1 aus einem rostfreien Stahl gefertigt sein und die beweglichen Abschnitte 51a, 51b (beziehungsweise die anderen beweglichen Elemente) aus einem keramischen Werkstoff.
In den Figuren 8 bis 10 wird die Form der Strömungskammer 10 nicht durch eine Veränderung der Begrenzungswand 5, sondern durch eine Veränderung der inneren Blöcke 11a, 11b erreicht. Dabei können die beiden inneren Blöcke 11a, 11b grundsätzlich gemeinsam oder unabhängig voneinander verändert werden. Zudem können die beiden inneren Blöcke gleichartig oder unterschiedlich verändert werden.
In den Figuren 8 und Figur 9 besteht die Veränderung der inneren Blöcke 11a, 11b in einer Veränderung der Position der inneren Blöcke 11a, 11b durch Bewegung, insbesondere Rotation, der inneren Blöcke 11a, 11b. Die Rotation kann durch eine nicht dargestellte Vorrichtung ausgeführt werden. Die Rotation erfolgt dabei um die Rotationsachsen Ra, Rb, die sich im Wesentlichen senkrecht zu der Oszillationsebene erstrecken, zwischen zwei maximalen Auslenkungspositionen. Eine maximale Auslenkungsposition ist dabei beispielhaft mit gestrichelter Linie dargestellt, während die andere maximale Auslenkungsposition beispielhaft mit durchgezogener Linie dargestellt ist. Durch die Rotation der inneren Blöcke 11a, 11b können das Volumen des Hauptstromkanals 103 und der Winkel γ zwischen den inneren Blöcken 11a, 11b verändert werden. Durch diese Veränderung kann der Oszillationswinkel und die Oszillationsfrequenz sowie das zeitliche Verhalten des austretenden Fluidstroms verändert werden. In Figur 8 befinden sich die Rotationsachsen Ra, Rb jeweils in einem der Einlassöffnung 101 und dem Hauptstromkanal 103 zugewandten Bereich der inneren Blöcke 11a, 11b. Die Rotationsachsen Ra, Rb sind symmetrisch bezüglich der Längsachse A angeordnet.
Die Ausführungsform aus Figur 9 unterscheidet sich von jener aus Figur 8 hinsichtlich der Lage der Rotationsachsen Ra, Rb. So sind die Rotationsachsen in Figur 9 weiter stromaufwärts angeordnet. Dadurch ändert sich in der Ausführungsform aus Figur 9 das Volumen des Hauptstromkanals 103 weniger als in Figur 8, bei Drehung der inneren Blöcke 11a, 11b um den gleichen Winkel.
Alternativ können die inneren Blöcke 11a, 11b nicht um eine Rotationsachse gedreht, sondern in der Oszillationsebene verschoben werden, um die Form der Strömungskammer 10 zu ändern. Durch eine Verschiebung entlang der Längsachse A können die Querschnittsflächen der Eingänge 104a1, 104b1 und Ausgänge 104a2, 104b2 der Nebenstromkanäle verändert werden. Durch eine Verschiebung quer zur Längsachse A können die Breite des Hauptstromkanals 103 und der Nebenstromkanäle 104a, 104b (im zweiten Abschnitt) verändert werden.
In Figur 10 sind zwei unterschiedliche Ausführungsformen zur Veränderung der inneren Blöcke 11a, 11b dargestellt. Der in Figur 10 links dargestellte innere Block 11a wird durch Verformung, insbesondere durch Verformung der nach innen zeigenden Fläche 110a des inneren Blocks 11a, verändert. Die innere Fläche 110a ist dem Hauptstromkanal 103 zugewandt und erstreckt sich im Wesentlichen senkrecht zu der Oszillationsebene.
Dabei kann die zu verformende Fläche 110a beispielsweise ein Federmaterial umfassen, das zwei stabile oder metastabile Zustände annehmen kann und zwischen diesen beiden Zuständen durch Einwirkung einer äußeren Kraft (durch eine Vorrichtung) oder durch eine sogenannte innere Kraft hin und her bewegt werden kann. Die sogenannte innere Kraft kann aus dem Druck des in dem fluidischen Bauteil strömenden Fluidstroms resultieren. Bei Anwendung des fluidischen Bauteils im Bereich der Agrartechnik kann das Material der zu verformenden Fläche 110a (hinsichtlich Materialstärke und Elastizität) derart gewählt werden, dass es sich verformt, wenn sich der Druck an der Einlassöffnung um mindestens 0,01 bar ändert. Bei Anwendung des fluidischen Bauteils im Bereich der Reinigung kann das Material der zu verformenden Fläche 110a (hinsichtlich Materialstärke und Elastizität) derart gewählt werden, dass es sich verformt, wenn an der Einlassöffnung eine Druckänderung, bei der sich die Strömungseigenschaft in der Strömungskammer 10 ändern soll, (für Niederdruckreinigung) von 5 bar beziehungsweise (für Hochdruckreinigung) von 10 bar eintritt. Diese Druckangaben können auch für das Auswählen eines geeigneten Materials für die weiter oben erwähnten verformbaren Abschnitte der Teile 51a, 51b dienen. Anstelle des Federmaterials kann auch ein sogenanntes intelligentes Material, wie zum Beispiel eine Formgedächtnislegierung, verwendet werden. Die Verformung der nach innen zeigenden Fläche 110a des inneren Blocks 11a kann durch zusätzliche Gelenke bzw. Drehpunkte 110a1 und Festpunkte 110a2 vorbestimmt werden. Gemäß einer weiteren Alternative kann die Wandstärke der nach innen zeigenden Fläche 110a des inneren Blocks 11a abschnittsweise unterschiedlich stark ausgebildet sein, so dass die Verformbarkeit (Nachgiebigkeit) des Materials abschnittsweise gezielt verändert wird und die Fläche 110a bei äußerer Krafteinwirkung dann entsprechend verformt werden kann.
Vorzugsweise ist die nach innen zeigenden Fläche 110a des inneren Blocks 11a in dem einen stabilen beziehungsweise metastabilen Zustand derart geformt, dass sich der Hauptstromkanal 103 stromabwärts stetig verbreitert beziehungsweise divergiert. In dem anderen stabilen beziehungsweise metastabilen Zustand ist die nach innen zeigenden Fläche 110a des inneren Blocks 11a vorzugsweise so geformt, dass der Hauptstromkanal 103 stromabwärts zunächst divergiert (sich verbreitert) und auf Höhe des letzten Drittels des inneren Blocks 11a entlang der Längsachse A konvergiert (sich verjüngt). (Grundsätzlich können auch andere Formen in den stabilen beziehungsweise metastabilen Zuständen angenommen werden.) Durch die so herbeigeführte Änderung der Form des Hauptstromkanals 103 wird die Beschleunigungsänderung des Fluidstroms im zeitlichen Verlauf verringert, beziehungsweise nimmt die Beschleunigungsänderung einen annähernd sinusförmigen Verlauf an. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die nach innen zeigende Fläche 110a durch eine ebene Fläche oder eine gekrümmte Fläche mit großem Krümmungsradius gebildet wird. Die nach innen zeigende Fläche 110a kann auch Polygone beziehungsweise Splines umfassen, um somit zum größten Teil einen nahezu konstanten Winkel γ zwischen den inneren Blöcken 11a, 11b zu bilden. Dadurch können Keile auf der nach innen zeigenden Fläche 110a gebildet werden, die in den Hauptstromkanal 103 hineinragen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der innere Block 11a, 11b so aufgebaut ist, dass der Flossenstrahleffekt beziehungsweise der sogenannte Fin Ray Effekt ausgenutzt werden kann. Mit diesem Effekt kann mit Hilfe einer Verschiebung beziehungsweise einer Kraftwirkung an einem Punkt eine definierte Krümmung der inneren begrenzenden Wand 110a, 110b des Hauptstromkanals 103 erreicht werden. Durch einen skelettartigen Aufbau des inneren Blocks 11a, 11b, der sich für den Flossenstrahleffekt (Fin Ray Effekt) eignet, kann aufgrund der zusätzlichen Hohlräume innerhalb des inneren Blocks 11a, 11b das Gewicht des fluidischen Bauteils reduziert werden. Dieser Flossenstrahleffekt kann auch zur gezielten Veränderung der Größe der Querschnittsfläche der Auslassöffnung beispielsweise durch Veränderung der Form der Abschnitte 51a, 51b verwendet werden.
Der in Figur 10 rechts dargestellte innere Block 11b ist aus zwei Teilen 11b1, 11b2 aufgebaut. Die Trennlinie zwischen den beiden Teile 11b1, 11b2 erstreckt sich im Wesentlichen vom Eingang 104b1 zum Ausgang 104b2 des Nebenstromkanals 104b. Die beiden Teile 11b1, 11b2 sind unabhängig voneinander in der Oszillationsebene bewegbar (verschiebbar oder drehbar). In Figur 10 sind die beiden Teile 11b1, 11b2 beispielhaft verschiebbar. Durch die Verschiebung des dem Hauptstromkanal 103 (Nebenstromkanal 104b) zugewandten Teils 11b1 (11b2) können das Volumen und die Form des Hauptstromkanals 103 (Nebenstromkanals 104b) verändert werden, während die Geometrie des Nebenstromkanals 104b (Hauptstromkanals 103) im Wesentlichen unverändert bleibt. Bei der Bewegung eines Teils oder der beiden Teile 11b1, 11b2 gegeneinander kann ein Kanal 112b entstehen, der sich im Wesentlichen vom Eingang 104b1 zum Ausgang 104b2 des Nebenstromkanals 104b erstreckt. Durch die Ausrichtung dieses Kanals 112b kann eine Leckströmung zwischen dem Hauptstromkanal 103 und dem Nebenstromkanal 104b vermieden werden.
Durch die Veränderung der Form der inneren Blöcke 11a, 11b, wie in Bezug auf Figur 10 beschrieben, können der Oszillationswinkel und/oder der zeitliche Verlauf des sich bewegenden Fluidstrahls verstellt werden. Obwohl in Figur 10 die Verformung des inneren Blocks nur auf den linken inneren Block bezogen beschrieben wurde und die zweiteilige Ausgestaltung des inneren Blocks nur hinsichtlich des rechten inneren Blocks, können beide Ausführungsformen jeweils auf beide inneren Blöcke angewandt werden.
In Figur 11 wird die Form der Strömungskammer 10 durch Veränderung der Querschnittsfläche der Nebenstromkanäle 104a, 104b verändert. Zu diesem Zweck weist die Begrenzungswand 5 der Strömungskammer 10 stromabwärts jedes Eingangs 104a1, 104a2 der Nebenstromkanäle 104a, 104b jeweils einen verformbaren Abschnitt 52a, 52b auf. Die verformbaren Abschnitte 52a, 52b sind symmetrisch bezüglich der Längsachse A ausgebildet. Jedoch kann/können auch nur ein solcher verformbarer Abschnitt oder zwei verformbare Abschnitte, die nicht symmetrisch bezüglich der Längsachse A sind, vorgesehen sein. Die lokale Verformbarkeit des Materials der Begrenzungswand 5 in den Abschnitten 52a, 52b kann beispielsweise durch eine (im Vergleich zur restlichen Begrenzungswand 5) niedrigere Materialstärke oder durch eine andere Zusammensetzung des Materials erreicht werden. Mittels einer nicht dargestellten Vorrichtung kann der Benutzer gezielt die verformbaren Abschnitte 52a, 52b verformen. Die verformten Abschnitte 52a, 52b ragen dabei quer zur Strömungsrichtung des Fluidstroms in den Nebenstromkanälen 104a, 104b in die Nebenstromkanäle 104a, 404b hinein. In Figur 11 ist beispielhaft nur ein verformter Zustand der verformbaren Abschnitte 52a, 52b dargestellt, nicht der nichtverformte Zustand der verformbaren Abschnitte 52a, 52b. Alternativ können die verformbaren Abschnitte 52a, 52b auch an einer anderen Position vorgesehen sein, beispielsweise näher an den Ausgängen 104a2, 104b2 der Nebenstromkanäle 104a, 104b.
Alternativ zu den verformbaren Abschnitten kann die Querschnittsfläche der Nebenstromkanäle 104a, 104b auch mittels eines Schiebers verändert werden, der quer zur Strömungsrichtung in den Nebenstromkanälen 104a, 104b in die Nebenstromkanäle 104a, 104b bewegt werden kann.
Bei dieser Ausführungsform kann bei kompressiblen Fluiden im Wesentlichen die Oszillationsfrequenz verändert werden. (Bei zu starker Verringerung der Querschnittsfläche der Nebenstromkanäle 104a, 104b kann die Oszillation jedoch zum Erliegen kommen.) Dadurch kann ein Fächerstrahl erzeugt werden, der sich orthogonal zur ursprünglichen Oszillationsebene erstreckt.
In Figur 12 ist ein fluidisches Bauteil 1 dargestellt, bei dem die Breite b_IN der Einlassöffnung 101 veränderbar ist. Zu diesem Zweck ist die den trichterförmigen Ansatz 106 bildende Wand mehrteilig ausgebildet. Der trichterförmige Ansatz ist stromaufwärts der Einlassöffnung 101 angeordnet. Die Wand des trichterförmigen Ansatzes 106 weist demnach zwei Abschnitte 1061a, 1061b auf, die sich im Wesentlichen quer zur Oszillationsebene erstrecken. Die Position der beiden Abschnitte 1061a, 1061b ist in der Oszillationsebene und quer zur Längsachse A verschiebbar. Hierdurch kann die Breite des trichterförmigen Ansatzes 106 und somit der Einlassöffnung 101 verändert werden. Je nach Form der inneren Blöcke 11a, 11b, Form der Separatoren 105a, 105b (wenn vorhanden) und Eigenschaften des Fluids (Art des Fluids, Eingangsdruck und Volumenstrom) kann durch Veränderung der Breite b_IN der Einlassöffnung 101 die Sprühcharakteristik des austretenden Fluidstroms zwischen einem nahezu punktförmigen Strahl und einem oszillierenden Fächerstrahl eingestellt werden. Damit kann beispielsweise die Flächenleistung des fluidischen Bauteils je nach Aufgabengebiet eingestellt werden.
In Figur 13 ist zur Änderung der Form der Strömungskammer 10 die Bauteillänge I des fluidischen Bauteils 1 variierbar ausgebildet. Dazu ist die Begrenzungswand 5 teleskopartig oder balgartig ausgebildet. Dies erfordert einen zumindest zweiteiligen Aufbau der Begrenzungswand 5, wobei einer der beiden Teile entlang der Längsachse A in den anderen der beiden Teile hineinschiebbar beziehungsweise aus letzterem herausziehbar ist. In Figur 13 ist das fluidische Bauteil 1 beispielshaft in zwei verschiedenen Zuständen dargestellt, die jeweils unterschiedliche Bauteillängen I, I' aufweisen. Dabei ist der Teil der Begrenzungswand 5, der gegenüber dem anderen Teil verschiebbar ist, einmal gestrichelt und einmal mit einer durchgezogenen Linie dargestellt.
Neben der Begrenzungswand 5 sind auch die inneren Blöcke 11a, 11b teleskopartig beziehungsweise balgartig ausgebildet, um die Länge I₁₁, I₁₁' der inneren Blöcke 11a, 11b entsprechend der Bauteillänge I, I' des fluidischen Bauteils 1 anzupassen. Die Änderung der Länge I des fluidischen Bauteils 1 und der Länge I₁₁ der inneren Blöcke 11a, 11b kann dabei unabhängig voneinander oder gekoppelt erfolgen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann entweder nur die Länge I₁₁, I₁₁' der inneren Blöcke 11a, 11b oder die Bauteillänge I, I' des fluidischen Bauteils 1 verändert werden.
Durch die in Figur 13 dargestellte Ausführungsform können der zeitliche Strahlverlauf des austretenden Fluidstrahls und der Oszillationswinkel verändert werden. Mit steigender Bauteillänge I nähert sich der zeitliche Strahlverlauf einer Rechteckfunktion an. Wird bei Erreichen der Rechteckfunktion die Bauteillänge weiter verlängert, so nimmt der Oszillationswinkel ab bis schließlich ein quasistatischer Lochstrahl entsteht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann sich bei Änderung der Länge I₁₁ der inneren Blöcke 11a, 11b auch die Ausrichtung der nach innen zeigenden Flächen 110a, 110b der inneren Blöcke 11a, 11b ändern, so dass sich der Winkel γ gleichzeitig mit ändert. Somit kann die Änderung des Oszillationswinkels verstärkt werden. Das ist beispielsweise der Fall, wenn die Länge I₁₁ der inneren Blöcke 11a, 11b geändert wird, der Abstand zwischen den inneren Blöcken 11a, 11b (in der Oszillationsebene und quer zur Längsachse A) unverändert bleibt.
Figur 14 zeigt eine vom Prinzip der Figur 13 ähnliche Ausführungsform. Jedoch ist in Figur 14 die Bauteiltiefe t variierbar. Hierdurch kann die Querschnittsfläche (quer zur Längsachse A) des Hauptstromkanals 103 und der Nebenstromkanäle 104a, 104b verändert werden. Dazu sind die Begrenzungswand 5 und die inneren Blöcke 11a, 11b teleskopartig oder stempelartig ausgebildet und können mittels einer Vorrichtung (nicht dargestellt) verstellt werden. Durch die Ausführungsform aus Figur 14 kann der Oszillationswinkel verändert werden. Der Oszillationswinkel wird bei Verringerung Bauteiltiefe t verkleinert.
Figur 15 zeigt ein fluidisches Bauteil 1 mit zwei inneren Blöcken 11a, 11b, die jeweils einen Kanal 113a, 113b aufweisen, der sich durch die inneren Blöcke 11a, 11b hindurch erstreckt. Dabei ist jeder Kanal 113a, 113b derart ausgerichtet, dass er den Hauptstromkanal 103 fluidisch mit dem Nebenstromkanal 104a, 104b verbindet, der durch den jeweiligen inneren Block 11a, 11b vom Hauptstromkanal 103 getrennt ist. Die Ausrichtung der Kanäle 113a, 113b ist in Figur 15 beispielhaft und für die beiden inneren Blöcke 11a, 11b unterschiedlich dargestellt. Alternativ können die beiden Kanäle 113a, 113b symmetrisch (bezüglich der Längsachse A) ausgerichtet sein. Die Kanäle 113a, 113b können auch andere Positionen innerhalb der inneren Blöcke 11a, 11b einnehmen als in der Figur 15 dargestellt. Auch können mehrere Kanäle innerhalb eines inneren Blocks ausgebildet sein. Die Kanäle 113a, 113b sind verschließbar ausgebildet, so dass wahlweise eine Fluidverbindung zwischen dem Hauptstromkanal 103 und den Nebenstromkanälen 104a, 104b mittels der Kanäle 113a, 113b hergestellt werden kann. Zusätzlich können die Nebenstromkanäle 104a, 104b verschließbar ausgebildet sein. Somit kann der Hauptstromkanal 103 wahlweise über den Kanal 113a, 113b oder über den Eingang 104a1, 104b1 und den Ausgang 104a2, 104b2 der Nebenstromkanäle 104a, 104b mit dem entsprechenden Nebenstromkanal 104a, 104b fluidisch verbunden werden.
Je nach Anordnung der Kanäle 113a, 113b kann die Oszillationsfrequenz des Fluidstroms und der zeitliche Strahlverlauf des austretenden Fluidstrahls geändert werden.
Die Ausführungsform aus Figur 16 sieht eine Änderung der Form der Strömungskammer 10 durch Verformung der inneren Blöcke 11a, 11b vor. Dabei weisen die inneren Blöcke 11a, 11b jeweils zwei verformbare Bereiche 152a, 153a, 152b, 153b auf. Diese sind jeweils dem Hauptstromkanal 103 zugewandt und in den nach innen zeigenden Flächen 110a, 110b der inneren Blöcke 11a, 11 b ausgebildet. Jeder der verformbaren Bereiche kann zwei Formen annehmen. Jede Form kann dabei einem (meta)stabilen Zustand des Materials entsprechen, so dass bei Formänderung das Material zwischen den (meta)stabilen Zuständen hin und her schaltet. Die beiden verformbaren Bereiche eines inneren Blocks sind stromabwärts hintereinander angeordnet. Die beiden verformbaren Bereiche 152a, 153a des einen inneren Blocks 11a sind identisch (hinsichtlich Form, Verformung und Lage) mit den verformbaren Bereichen 152b, 153b des anderen inneren Blocks 11b. In Figur 16 sind für jeden verformbaren Bereich 152a, 152b, 153a, 153b jeweils die beiden Formen dargestellt, die diese annehmen können. Der Übersicht halber ist für jeden verformbaren Bereich eine der beiden Formen gestrichelt, die andere der beiden Formen mit einer durchgezogenen Linie dargestellt. Die verformbaren Bereiche 152a, 152b, 153a, 153b können einzeln verformt werden, wobei vorzugsweise ein verformbarer Bereich des einen inneren Blocks und der entsprechende verformbare Bereich des anderen inneren Blocks gleichartig geformt sind, so dass insgesamt vier Kombinationen möglich sind. Die Bereiche 152a, 152b, 153a, 153b sind mittels einer Vorrichtung verformbar, die durch den Benutzer betätigbar ist. Durch die Verformung ändert sich die Form des Hauptstromkanals 103, was zu einer Änderung des Oszillationswinkels des austretenden Fluidstroms führt. Alternativ können die Bereiche 152a, 153a, 152b, 153b durch eine stempelartige Bewegung einer nicht dargestellten Vorrichtung in der Oszillationsebene in den Hauptstromkanal 103 hinein oder aus diesem heraus bewegt werden.
Stromabwärts der Auslassöffnung 102 kann zusätzlich eine Auslasserweiterung 108 vorgesehen sein. Dies ist beispielsweise in den Ausführungsformen aus den Figuren 1 und 17 dargestellt. Vorzugsweise weist die Auslasserweiterung 108 eine Länge I₁₀₈ (Ausdehnung entlang der Längsachse A) auf, die mindestens 25% der Auslassbreite b_EX beträgt. Damit wird der Sprühstrahl innerhalb der Oszillationsebene geführt und führt somit zur Erhöhung des Sprühimpulses. Die zusätzliche Auslasserweiterung 108 ist insbesondere für Reinigungsanwendungen vorteilhaft. Die Auslasserweiterung umfasst zwei Abschnitte 53a, 53b der Begrenzungswand, die sich im Wesentlichen senkrecht zu der Oszillationsebene erstrecken. Diese beiden Abschnitte 53a, 53b können beweglich, insbesondere um eine Achse drehbar sein, die sich im Wesentlichen senkrecht zu der Oszillationsebene erstreckt. In der Ausführungsform aus Figur 17 sind die beiden Abschnitte 53a, 53b um die Rotationsachsen Ra, Rb drehbar. Die Rotationsachsen Ra, Rb sind am Übergang zwischen dem Auslasskanal 107 und der Auslasserweiterung 108, das heißt (entlang der Längsachse A betrachtet) auf Höhe der Auslassöffnung 102 angeordnet. Diese können auch anders angeordnet sein, ähnlich wie es in Figur 4 oder Figur 5 exemplarisch dargestellt ist. In Figur 17 sind die Rotationsachsen Ra, Rb leicht außerhalb der Auslassöffnung 102 angeordnet. Alternativ können die Rotationsachsen Ra, Rb genau am stromaufwärtigen Ende der beiden Abschnitte 53a, 53b angeordnet sein. Durch eine Drehung der beiden Abschnitte 53a, 53b um die Rotationsachsen Ra, Rb kann der Winkel ε zwischen den beiden Abschnitten 53a, 53b der Auslasserweiterung verändert werden. Die Rotation kann durch eine nicht dargestellte Vorrichtung angetrieben werden. Eine weitere Variante zur Einstellung des Winkels ε ist, wenn sich die Rotationsachsen Ra, Rb in der Nähe der Auslassöffnung 102 befinden, das heißt entlang der Längsachse A stromaufwärts oder stromabwärts bezüglich der Auslassöffnung 102 verschoben sind.
In der Ausführungsform aus Figur 18 ist die Form der Auslassöffnung 102 veränderbar. Insbesondere weist die Auslassöffnung 102 einen Radius 109, 109', 109" auf, dessen Größe veränderbar ist. Bei Veränderung des Radius 109, 109', 109" kann es auch zu einer Veränderung der Form der angrenzenden Abschnitte der Begrenzungswände des Auslasskanals 107 und der Auslasserweiterung 108 und gegebenenfalls des Winkels ε kommen. In Figur 18 ist die Auslassöffnung 102 mit einer scharfen Kante als durchgängige Linie dargestellt. Hier ist der Radius 109 gleich null. Als gestrichelte Linien sind alternative Formen der Auslassöffnung 102 dargestellt. Dabei weist die Auslassöffnung (in der Oszillationsebene betrachtet) auf der linken Seite den Radius 109` und auf der rechten Seite den Radius 109" auf, die unterschiedlich groß und jeweils größer als null Grad sind. Alternativ können die Radien auf der linken und der rechten Seite gleich groß sein. Zur Änderung des Radius der Auslassöffnung 102 ist ein in der Oszillationsebene verschiebbarer Körper 190 vorgesehen, der durch Verschiebung eine Kraft auf das Material, das die Auslassöffnung 102 und die angrenzenden Bereiche des Auslasskanals 107 und der Auslasserweiterung 108 begrenzt und elastisch verformbar ist, ausüben und somit eine Verformung des elastischen Materials herbeiführen kann. Die Verschiebung des Körpers 190 ist in Figur 18 durch einen Doppelpfeil angedeutet.
Figur 19 zeigt eine weitere Ausführungsform, in der vier Nebenstromkanäle 104a, 104a`, 104b, 104b' ausgebildet sind. Dabei bilden jeweils zwei Nebenstromkanäle 104a, 104a' beziehungsweise 104b, 104b' eine Einheit, in der die zwei Nebenstromkanäle parallel geschaltet sind. Darunter ist zu verstehen, dass zu einem gegebenen Zeitpunkt immer nur ein Nebenstromkanal der Einheit von dem Fluidstrom durchströmbar ist. Der andere Nebenstromkanal der Einheit ist zu diesem Zeitpunkt mittels einer Trennwand 181a, 181a', 181b, 181b' verschlossen. Die Trennwände 181a, 181a', 181b, 181b' sind mittels einer nicht dargestellten Vorrichtung in die Nebenstromkanäle hinein- und aus ihnen wieder herausbewegbar. Dabei können die Trennwände einer Einheit derart gekoppelt sein, dass eine Bewegung einer Trennwand 181a, 181b in den entsprechenden Nebenstromkanal 104a, 104b hinein mit einer Bewegung der anderen Trennwand 181a`, 181b' aus dem entsprechend anderen Nebenstromkanal 104a`, 104b'heraus verknüpft ist. Das Fluid strömt nur durch den Nebenstromkanal, der nicht durch eine Trennwand verschlossen ist. Die zwei Nebenstromkanäle 104a, 104a' beziehungsweise 104b, 104b` einer Einheit weisen eine unterschiedliche Form auf. Durch Betätigung der Vorrichtung kann somit der Nebenstromkanal freigegeben und durchströmt werden, der die zur Erzeugung des gewünschten Strahlprofils des Fluidstroms an der Auslassöffnung erforderliche Form aufweist. In der Ausführungsform aus Figur 19 sind die Einheiten identisch und jeweils spiegelsymmetrisch bezüglich des Hauptstromkanals 103 ausgerichtet. Dabei weist jede Einheit einen kürzeren 104a, 104b und einen längeren 104a`, 104b' Nebenstromkanal auf. Während der kürzere Nebenstromkanal 104a, 104b überwiegend geradlinig verläuft, reiht der längere Nebenstromkanal 104a`, 104b' drei überwiegend geradlinige, parallel verlaufende Abschnitte mäanderförmig aneinander. Die Anzahl der Abschnitte kann auch von drei abweichen.
In der Ausführungsform aus Figur 20 sind umströmbare Elemente 200, 200`, 200" vorgesehen, die im Bereich des Eingangs 104a1, 104b1 und des Ausgangs 104b2 der Nebenstromkanäle 104a, 104b quer zur Oszillationsebene in die Strömungskammer 10 hineinragen. Die Anordnung im Bereich der Eingänge 104a1, 104b1 und des Ausgangs 104b2 ist nur beispielhaft, insofern, dass eine beliebige Kombination der Eingänge 104a1, 104b1 und der Ausgänge 104a2, 104b2 denkbar ist.
In Figur 20 sind unterschiedliche Ausgestaltungen (Form, relative Anordnung) der umströmbaren Elemente 200, 200', 200" dargestellt, wobei auch diese Ausgestaltungen nur als Beispiele zu verstehen sind. Im Bereich des Eingangs 104a1 des Nebenstromkanals 104a ist ein umströmbares Element 200 dargestellt, das in der Oszillationsebene einen elliptischen Querschnitt aufweist und das um eine Achse drehbar ist, die sich im Wesentlichen senkrecht zu der Oszillationsebene erstreckt. Die Drehbarkeit ist durch den gebogenen Doppelpfeil angedeutet. Die Drehachse befindet sich hier im Zentrum des Elements 200, kann jedoch auch exzentrisch liegen. Neben der Ellipsenform können auch andere Formen eingesetzt werden, vorzugsweise solche (länglichen) Formen, die bei Drehung eine deutliche Änderung der Form des Eingangs 104a1 des Nebenstromkanals 104a mit sich ziehen.
Im Bereich des Eingangs 104b1 des Nebenstromkanals 104b sind mehrere (hier beispielhaft drei) umströmbare Elemente 200' dargestellt, die in der Oszillationsebene einen (hier beispielhaft) runden Querschnitt aufweisen und in der Oszillationsebene verschiebbar sind. Eine zur Verschiebung der Elemente 200' vorgesehene Vorrichtung ist in Figur 20 nicht dargestellt. Die Verschiebbarkeit ist durch Doppelpfeile angedeutet.
Im Bereich des Ausgangs 104b2 des Nebenstromkanals 104b ist ein translatorisch verstellbares Element 200" dargestellt, das in der Oszillationsebene (hier beispielhaft) sichelförmig ist. Das Element 200" ist an einer Vorrichtung 201 befestigt, die der Änderung der Position und/oder die Ausrichtung des Elementes 200" dient. Durch die Position des verstellbaren Elements 200" kann die Strömung im Hauptstromkanal zusätzlich beeinflusst, und damit die Sprühcharakteristik des austretenden Fluidstroms gezielt eingestellt werden. Je weiter das Element 200" dabei in den Hauptstromkanal 103 hineinragt, umso kleiner kann der Oszillationswinkel des austretenden Fluidstroms werden.
Die in Figur 20 dargestellten Elemente 200, 200', 200" können zwischen zwei Positionen oder mehreren Positionen (beispielsweise Zwischenpositionen zwischen den zwei Positionen) oder auch stufenlos bewegbar sein. Das Ausmaß der Bewegung ist dabei darauf beschränkt, dass die Elemente 200, 200', 200" in dem jeweiligen Eingangsbeziehungsweise Ausgangsbereich 104a1, 104b1, 104a2, 104b2 verbleiben und insbesondere nicht in den Auslasskanal 107 oder Hauptstromkanal 103 gelangen.
In den Figuren 21 und 22 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt. Dabei stellt Figur 22 eine Schnittdarstellung durch das fluidische Bauteil aus Figur 21 quer zur Oszillationsebene entlang der Linie A'-A" dar. In dieser Ausführungsform weist das fluidische Bauteil zwei Nebenstromkanäle 104a, 104b auf, die jeweils eine Öffnung 170a, 170b aufweisen. Die Öffnungen 170a, 170b sind hier beispielhaft in etwa mittig zwischen dem Eingang 104a1, 104b1 und dem Ausgang 104a2, 104b2 jedes Nebenstromkanals 104a, 104b angeordnet. Jedoch können die Öffnungen 170a, 170b auch an anderen Positionen zwischen dem Eingang 104a1, 104b1 und dem Ausgang 104a2, 104b2 der Nebenstromkanäle 104a, 104b angeordnet sein. In der Ausführungsform der Figuren 21 und 22 befinden sich die beiden Öffnungen 170a, 170b im Wesentlichen auf derselben Höhe in Fluidstromrichtung (beziehungsweise entlang der Linie A`-A") betrachtet. Beispielhaft sind die Öffnungen 170a, 170b jeweils in der Vorderwand 12 des fluidischen Bauteils ausgebildet. Ein verschließbarer Verbindungskanal 170 mündet in die beiden Öffnungen 170a, 170b. Die Öffnungen 170a, 170b und der Verbindungskanal 170 haben in der Ausführungsform der Figuren 21 und 22 einen rechteckigen Querschnitt. Andere Querschnittsformen sind jedoch ebenso möglich. Der Verbindungskanal 170 ist mittels einer Trennwand 171 verschließbar, die (quer zur Fluidstromrichtung) in den Verbindungskanal 170 (mittels Drehung oder Translation) hinein- und wieder herausbewegbar ist. Die Trennwand 171 kann an einem beliebigen Punkt zwischen den Öffnungen 170a, 170b angeordnet sein. Alternativ kann im Bereich jeder Öffnung 170a, 170b jeweils eine Trennwand 171 vorgesehen sein, die die Nebenstromkanäle 104a, 104b bereits im Bereich der Öffnungen 170a, 170b von dem Verbindungskanal 170 abtrennen. Mittels eines nicht dargestellten Mechanismus ist die Position der Trennwand 170 veränderbar. In Figur 22 ist die Bauteiltiefe t des fluidischen Bauteils beispielhaft konstant dargestellt. Alternativ kann die Bauteiltiefe t nicht konstant sein.
In allen Ausführungsformen, in denen eine Drehung um eine Rotationsachse vorgesehen ist, kann anstelle der Rotationsachse ein Exzenter verwendet werden. Damit ist es möglich den Zusammenhang zwischen einer Winkelveränderung (beispielsweise des Winkels δ oder des Winkels γ) und einer Abstandsänderung (beispielsweise der Auslassbreite b_EX oder zwischen den der Einlassöffnung zugewandten Enden der inneren Blöcke 11a, 11b) zu mindern beziehungsweise den Winkel zu ändern, ohne gleichzeitig den Abstand zu ändern.
In allen Ausführungsformen, in denen mehrere Teile bewegt werden können, kann die Bewegung dieser Teile gekoppelt oder unabhängig voneinander sowie zeitgleich oder zeitlich versetzt erfolgen. Auch kann die Geschwindigkeit, mit der die Bewegung erfolgt für die mehreren Teile gleich groß oder unterschiedlich sein.

Claims

Fluidisches Bauteil (1) mit einer Strömungskammer (10), die von einem Fluidstrom durchströmbar ist, der durch eine Einlassöffnung (101) der Strömungskammer (10) in die Strömungskammer (10) eintritt und durch eine Auslassöffnung (102) der Strömungskammer (10) aus der Strömungskammer (10) austritt, wobei in der Strömungskammer (10) mindestens ein Mittel (104a, 104b) zur Ausbildung einer Oszillation des Fluidstroms an der Auslassöffnung (102) vorgesehen ist, wobei die Strömungskammer (10) einen Hauptstromkanal (103), der die Einlassöffnung (101) und die Auslassöffnung (102) miteinander verbindet, und mindestens einen Nebenstromkanal (104a, 104b) als Mittel zur Ausbildung einer Oszillation des Fluidstroms an der Auslassöffnung (102) aufweist, wobei der Hauptstromkanal (103) und der mindestens eine Nebenstromkanal (104a, 104b) durch mindestens einen inneren Block (11a, 11b) voneinander getrennt sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Strömungskammer (10) eine veränderbare Form aufweist und durch eine Begrenzungswand (5) begrenzt wird,
- wobei sich stromabwärts der Auslassöffnung (102) eine Auslasserweiterung (108) anschließt, die sich ausgehend von der Auslassöffnung (102) stromabwärts verbreitert, wobei die Auslasserweiterung (108) zwei Abschnitte (53a, 53b) der Begrenzungswand umfasst, die sich im Wesentlichen senkrecht zu einer Oszillationsebene erstrecken und die gegenüber der restlichen Begrenzungswand beweglich ausgebildet sind und/oder

- wobei zwecks Änderung der Form der Strömungskammer (10) der mindestens eine innere Block (11a, 11b) verformbar und/oder gegenüber der Begrenzungswand (5) beweglich ist.
Fluidisches Bauteil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungswand (5) mindestens einen Abschnitt (52a, 52b, 53a, 53b) aufweist, der verformbar ist.
Fluidisches Bauteil (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Abschnitt (52a, 52b) der Begrenzungswand (5), der verformbar ist, abschnittsweise den mindestens einen Nebenstromkanal (104a, 104b) bildet.
Fluidisches Bauteil (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Abschnitt der Begrenzungswand (5), der verformbar ist, die Auslassöffnung (102) begrenzt.
Fluidisches Bauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungswand (5) mindestens zwei Teile (51a, 51b, 53a, 53b) umfasst, wobei eines der beiden Teile gegenüber dem anderen der beiden Teile beweglich ist, insbesondere verschiebbar oder drehbar ist.
Fluidisches Bauteil (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskammer (10) stromaufwärts der Auslassöffnung (102) einen Auslasskanal (107) aufweist, der an seinem stromabwärtigen Ende in die Auslassöffnung (102) mündet, wobei der Auslasskanal (107) abschnittsweise von zwei Teilen (51a, 51b) der Begrenzungswand (5) gebildet wird, die gegenüber einem dritten Teil der Begrenzungswand beweglich sind, insbesondere verschiebbar oder drehbar sind.
Fluidisches Bauteil (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Oszillation des Fluidstroms in einer Oszillationsebene ausgebildet ist, wobei sich die zwei Teile (51a, 51b) der Begrenzungswand (5), die abschnittsweise den Auslasskanal (107) bilden, im Wesentlichen senkrecht zu der Oszillationsebene erstrecken und in der Oszillationsebene einen Winkel (δ) einschließen, wobei insbesondere die zwei Teile (51a, 51b) der Begrenzungswand (5), die abschnittsweise den Auslasskanal (107) bilden, unter Änderung des Winkels (δ) gegenüber dem dritten Teil der Begrenzungswand (5) drehbar sind.
Fluidisches Bauteil (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Teile (51a, 51b) der Begrenzungswand (5), die abschnittsweise den Auslasskanal (107) bilden, unter Änderung der Breite (b_EX) der Auslassöffnung (102) gegenüber dem dritten Teil der Begrenzungswand (5) verschiebbar sind.
Fluidisches Bauteil (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der zwei Teile (51a, 51b) der Begrenzungswand (5), die abschnittsweise den Auslasskanal (107) bilden, mindestens einen verformbaren Abschnitt aufweist.
Fluidisches Bauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine innere Block (11b) zweiteilig ausgebildet ist und dass der eine Teil (11b1) des inneren Blocks(11b) gegenüber dem anderen Teil (11b2) des inneren Blocks (11b) beweglich ist oder die beiden Teile (11b1, 11b2) des inneren Blocks (11b) unabhängig voneinander gegenüber der Begrenzungswand (5) beweglich sind.
Fluidisches Bauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine innere Block (11a, 11b) einen Kanal (113a, 113b) aufweist, der sich derart durch den mindestens einen inneren Block (11a, 11b) erstreckt, dass der Kanal (113a, 113b) den Hauptstromkanal (103) und den mindestens einen Nebenstromkanal (104a, 104b) strömungstechnisch miteinander verbindet, wobei insbesondere der Kanal (113a, 113b) und/oder der mindestens eine Nebenstromkanal (104a, 104b) verschließbar sind/ist.
Fluidisches Bauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das fluidische Bauteil (1) eine Bauteillänge (I), eine Bauteilbreite (b) und eine Bauteiltiefe (t) aufweist, wobei die Bauteillänge (I) entlang einer Richtung, die sich im Wesentlichen von der Einlassöffnung (101) zur Auslassöffnung (102) erstreckt, definiert ist und die Bauteilbreite (b) und die Bauteiltiefe (t) jeweils senkrecht zueinander und zu der Bauteillänge (I) definiert sind, wobei die Ausdehnung der Strömungskammer (10) entlang der Bauteillänge (I), der Bauteiltiefe (t) oder der Bauteilbreite (b) variabel ist, wobei insbesondere die Begrenzungswand (5) entlang der Bauteillänge (I), der Bauteiltiefe (t) beziehungsweise der Bauteilbreite (b) teleskopartig ausgebildet ist.
Fluidisches Bauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslasserweiterung (108) in der Oszillationsebene einen Winkel (ε) einschließt und wobei der Winkel (ε) der Auslasserweiterung (108) variabel ist, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass die zwei Abschnitte (53a, 53b) der Begrenzungswand jeweils um eine Rotationsachse (Ra, Rb) drehbar sind, die sich jeweils senkrecht zu der Oszillationsebene erstreckt, wobei durch eine Drehung der Abschnitte (53a, 53b) um die Rotationsachsen (Ra, Rb) der Winkel (ε) der Auslasserweiterung (108) verändert wird.
Fluidisches Bauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das fluidische Bauteil (1) eine Vorrichtung zur gezielten Veränderung der Form der Strömungskammer (10) umfasst.