Die Erfindung betrifft ein fluidisches Bauteil gemäß Anspruch 1 , ein fluidisches Bauteil gemäß Anspruch 15, ein Gerät, das ein solches fluidisches Bauteil umfasst mit den Merkmalen des Anspruchs 29.

Das fluidische Bauteil ist zur Erzeugung eines sich bewegenden Fluidstrahls vorgesehen. Beispiele für solche Fluidfließmuster sind, Strahloszillationen, rechteckige, sägezahnförmige oder dreieckige Strahlverläufe, räumliche oder zeitliche Strahlpulsationen und Schaltvorgänge. Oszillierende Fluidstrahlen werden eingesetzt, um beispielsweise einen Fluidstrahl (oder Fluidstrom) auf ein Zielgebiet gleichmäßig zu verteilen. Der Fluidstrom kann ein Flüssigkeitsstrom, ein Gasstrom oder ein Mehrphasenstrom (zum Beispiel Nassdampf) sein.

Aus dem Stand der Technik sind zur Erzeugung eines bewegten Fluidstrahls fluidische Bauteile, beispielsweise aus der US 8,702,020 B2, bekannt. Bisher werden diese fluidischen Bauteile ohne nennenswerten divergenten Anteil verwendet, da die Strahlqualität ab den Auslass des Bauteils z.B. für die Strömungskontrolle keine Rolle spielt. Außerdem ist der Oszillationswinkel oder auch als Spraywinkel bekannt, bisher auf einen Winkel von unter 60° begrenzt und außerdem spielt der zeitliche Strahlverlauf, der verantwortlich für die Fluidverteilung ist, eine untergeordnete Rolle.

Die Erfindung betrifft somit fluidische Bauteile, die eine erhöhte Strahlqualität aufweisen und oder einen größeren Oszillationswinkel erzeugen und oder eine gleichmäßigere Fluidverteilung aufweisen. Dies wird zum einen durch einen divergenten Anteil zur Erhöhung der Strahlqualität und/oder zum anderen zur Beeinflussung des Spraywinkels erreicht. Außerdem ist mit der Erfindung auch ein Oszillationswinkel von über 60° bis zu 160° möglich. Unter Strahlqualität wird hier ein möglichst langer kompakter oszillierender Fluidstrahl gemeint. Bisher wird versucht, den austretenden Fluidstrahl möglichst schnell zum Aufplatzen zu bringen, um somit einen möglichst großen Spraywinkel zu erzeugen und oder möglichst kleine Tröpfchen zu generieren, wie es beispielsweise mit Störelementen in der Strömungsführung durchgeführt wird, wie aus US 5,035,361 A bekannt ist.

Zur Erzeugung eines beweglichen Fluidstroms (oder Fluidstrahls) sind ferner fluidische Bauteile bekannt. Die fluidischen Bauteile umfassen keine beweglichen Komponenten, die der Erzeugung eines beweglichen Fluidstroms dienen. Dadurch weisen sie im Vergleich zu den bisherigen bekannten Düsen nicht die aus den beweglichen Komponenten resultierenden Nachteile auf.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein fluidisches Bauteil zu schaffen, das ausgebildet ist, einen sich beweglichen Fluidstrahl bevorzugt mit hohem Spraywinkel.

Diese fluidischen Bauteile können in unterschiedliche Geräte verwendet werden, in denen bisher Düsen Anwendung finden. Typische Geräte sind in der Landwirtschaft z.B. bei Spritzgeräten für Flüssigdünger oder bspw. für Pflanzenschutzmittel oder auch für Bewässerungssysteme. Weitere typische Geräte in den die fluidischen Bauteile Anwendung finden sind Reinigungsgeräte bzw. -anlagen, wie z.B. Spülgeräte, Geschirrspülgeräte, Bandtransportspülgeräte, industrielle Teilereinigungsanlangen, Abspülgeräte, Hochdruck-, Mitteldruck- und Niederdruckreinigungsgeräte, Bodenreinigungsgeräte, Autowaschanlagen, Tankreinigungsanlagen, Dampfreinigungs- geräte, C0 ₂ -Reingiungsgeräte oder auch Schneestrahlgeräte bzw. allgemein Gerätewaschanlagen oder auch Scheibenreinigungsgeräte, Geräte zur Reinigung von Messgeräten, Beleuchtungssystemen oder Messsensoren. Andere Gerättypen, in denen die fluidischen Bauteile Verwendung finden, sind Geräte, bei denen eine gleichmäßige Verteilung von Fluid notwendig ist, wie z.B. in der Galvanik, bei Klebeverteilungsgeräten, Fluidbenetzungsgeräten oder sonstige Geräte in der industriellen Produktion- bzw. Verfahrenstechnik oder in der Lebensmittelindustrie. Diese Bauteile finden auch Anwendung im sanitären Bereich. Typische Beispiele dafür sind Duschköpfe, Whirlpool, Massagedüsen oder im Wasserhahn integriert bzw. als Wasserhahnaufsatz z.B. als Salatdusche. Zusätzliche Anwendungsgebiete wo diese Düsen in Geräten integriert werden sind Mischungsgeräte, Kühlgeräte oder Heizgeräte. Aber auch zur Reduzierung der Temperaturschichtung sind die fluidischen Bauteile geeignet, wie z.B. in der Kühlung von Bauteilen oder in der Klimatisierung. Insbesondere in Geräten für die Brandbekämpfung eignen sich die Erfindung. Durch die Integration der fluidischen Bauteile in Brandbekämpfungsgeräten, wie z.B. Sprinkleranlagen oder Feuerlöschsystemen.

Aufgrund des breiten Anwendungsgebiets entstehen auch sehr unterschiedliche Anforderungen an den fluidischen Bauteilen. Je nach Anforderung stehen den Bauteilen unterschiedliche Eingangsdrück bzw. Volumenströme zur Verfügung. Der Vorteil dieser Bauteile gegenüber konventioneller Düsen ist, dass diese einen relativ gleichbleibenden Spraywinkel α über einem großen Prozessfenster aufweisen. Daher ist für die Auslegung und Beschreibung der Düse im Wesentlich der Spraywinkel α notwendig. Je nach Anwendung werden fluidische Bauteile mit 5° bis 160° Spraywinkel benötigt. Um diesen gewünschten Winkel zu erzeugen, müssen die inneren Geometrieparameter dementsprechend angepasst werden. Daher werden in dieser Schrift die geometrischen Größen in Abhängigkeit des gewünschten Spraywinkels α ausgedrückt.

Die Aufgabe wird durch ein fluidisches Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Das fluidisches Bauteil dient der Erzeugung eines Freistrahls wobei das Bauteil eine Strömungskammer aufweist, die von einem Fluidstrom durchströmbar ist, der durch eine Einlassöffnung in die Strömungskammer eintritt und durch eine Auslassöffnung aus der Strömungskammer austritt und dessen Strömungsrichtung im Wesentlichen parallel zu der Haupterstreckungsrichtung der Strömungskammer verläuft und wobei innerhalb der Strömungskammer ein Hauptstromkanal und Nebenstromkanäle angeordnet sind. Solche fluidischen Bauteile sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt.

In dem hier beanspruchten fluidischen Bauteil ist der Querschnittsverlauf des Hauptstromkanals in Richtung der Haupterstreckungsrichtung der Strömungskammer über die gesamte Länge des Hauptstromkanals divergent oder abschnittsweise divergent und abschnittsweise konvergent. Die Aufgabe wird durch ein fluidisches Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst.

Hierbei wird weist das grundsätzlich bekannte fluidische Bauteil zusätzlich einen Austrittsbereich, insbesondere einen Kanal oder einen Bereich, stromabwärts der Auslassöffnung auf, der obstruktionsfrei ist.

Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstände der Unteransprüche.

Ausführungsbeispiele werden anhand der Figuren erläutert. In Figur 1 ist schematisch ein fluidisches Bauteil 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Figuren 2 und 3 zeigen eine Schnittdarstellung dieses fluidischen Bauteils 1 entlang der Linien A'-A" beziehungsweise B'-B". Das fluidische Bauteil 1 umfasst eine Strömungskammer 10, die von einem Fluidstrom 2 durchströmbar ist. Die Strömungskammer 10 ist auch als Wechselwirkungskammer bekannt.

Die Strömungskammer 10 umfasst eine Einlassöffnung 101 mit einer Einlassbreite biN, über die der Fluidstrom 2 in die Strömungskammer 10 eintritt, und eine Auslassöffnung 102 mit einer Auslassbreite b _E x, über die der Fluidstrom 2 aus der Strömungskammer 10 austritt. Die Auslassbreite b _E x ist größer als die Einlassbreite b _!N .

Die Einlassöffnung 101 und die Auslassöffnung 102 sind auf zwei sich strömungstechnisch gegenüberlegenden Seiten des fluidischen Bauteils 1 angeordnet. Der Fluidstrom 2 bewegt sich in der Strömungskammer 10 im Wesentlichen entlang einer Längsachse A des fluidischen Bauteils 1 (die die Einlassöffnung 101 und die Auslassöffnung 102 miteinander verbindet) von der Einlassöffnung 101 zu der Auslassöffnung 102. Die Längsachse A bildet in dieser Ausführungsvariante eine Symmetrieachse des fluidischen Bauteils 1 . Die Längsachse A liegt in zwei senkrecht zueinanderstehenden Symmetrieebenen S1 und S2, gegenüber denen das fluidische Bauteil 1 spiegelsymmetrisch ist. Alternativ kann das fluidische Bauteil 1 nicht (spiegel)symmetrisch aufgebaut sein.

Zur gezielten Richtungsänderung des Fluidstroms umfasst die Strömungskammer 10 neben einem Hauptstromkanal 103 zwei Nebenstromkanäle 104a, 104b, wobei der Hauptstromkanal 103 (quer zur Längsachse A betrachtet) zwischen den zwei Nebenstromkanälen 104a, 104b angeordnet ist. Unmittelbar hinter der Einlassöffnung 101 teilt sich die Strömungskammer 10 in den Hauptstromkanal 103 und die zwei Nebenstromkanäle 104a, 104b, die dann unmittelbar vor der Auslassöffnung 102 wieder zusammengeführt werden.

Die zwei Nebenstromkanäle 104a, 104b sind symmetrisch bezüglich der Symmetrieachse S2 angeordnet (Figur 3). Gemäß einer nicht dargestellten Alternative sind die Nebenstromkanäle nicht symmetrisch angeordnet. Diese Nebenströmungskanäle können auch außerhalb der darstellten Strömungsebene positioniert werden. Diese Kanäle können bspw. mittels Schläuche außerhalb der Ebene, die durch S1 gebildet wird, realisiert werden oder durch Kanäle die in einem Winkel zur Strömungsebene befindet, verlaufen.

Der Hauptstromkanal 103 verbindet im Wesentlichen geradlinig die Einlassöffnung 101 und die Auslassöffnung 102 miteinander, so dass der Fluidstrom 2 im Wesentlichen entlang der Längsachse A des fluidischen Bauteils 1 strömt. Die Nebenstromkanäle 104a, 104b erstrecken sich ausgehend von der Einlassöffnung 101 in einem ersten Abschnitt jeweils zunächst in einem Winkel von im Wesentlichen 90° zu der Längsachse A in entgegengesetzte Richtungen. Anschließend biegen die Nebenstromkanäle 104a, 104b ab, so dass sie sich jeweils im Wesentlichen parallel zu der Längsachse A (in Richtung auf die Auslassöffnung 102) erstrecken (zweiter Abschnitt). Um die Nebenstromkanäle 104a, 104b und den Hauptstromkanal 103 wieder zusammenzuführen, ändern die Nebenstromkanäle 104a, 104b am Ende des zweiten Abschnitts nochmals ihre Richtung, so dass sie jeweils im Wesentlichen in Richtung auf die Längsachse A gerichtet sind (dritter Abschnitt). In der Ausführungsform der Figur 1 ändert sich die Richtung der Nebenstromkanäle 104a, 104b beim Übergang vom zweiten in den dritten Abschnitt um einen Winkel von ca. 120°. Jedoch können für die Richtungsänderung zwischen diesen beiden Abschnitten der Nebenstromkanale 104a, 104b auch andere als der hier genannte Winkel gewählt werden.

Die Nebenstromkanale 104a, 104b sind ein Mittel zur Beeinflussung der Richtung des Fluidstromes 2, der die Strömungskammer 10 durchströmt. Die Nebenstromkanale 104a, 104b weisen hierfür jeweils einen Eingang 104a1 , 104b1 , der durch das der Auslassöffnung 102 zugewandte Ende der Nebenstromkanale 104a, 104b gebildet wird, und jeweils einen Ausgang 104a3, 104b3 auf, der durch das der Einlassöffnung 101 zugewandte Ende der Nebenstromkanale 104a, 104b gebildet wird. Durch die Eingänge 104a1 , 104b 1 fließt ein kleiner Teil des Fluidstroms 2, die Nebenströme 23a, 23b (Figur 4), in die Nebenstromkanäle 104a, 104b. Der restliche Teil des Fluidstroms 2 (der sogenannte Hauptstrom 24) tritt über die Auslassöffnung 102 aus dem fluidischen Bauteil 1 aus (Figur 4). Die Nebenströme 23a, 23b treten an den Ausgängen 104a3, 104b3 aus den Nebenstromkanälen 104a, 104b aus, wo sie einen seitlichen (quer zur Längsachse A) Impuls auf den durch die Einlassöffnung 101 eintretenden Fluidstrom 2 ausüben können. Dabei wird die Richtung des Fluidstromes 2 derart beeinflusst, dass der an der Auslassöffnung 102 austretende Hauptstrom 24 räumlich oszilliert, und zwar in einer Ebene, in der der Hauptstromkanal 103 und die Nebenstromkanäle 104a, 104b angeordnet sind. Die Ebene, in der der Hauptstrom 24 oszilliert, entspricht der Symmetrieebene S1 beziehungsweise ist parallel zu der Symmetrieebene S1 . Figur 4, die den oszillierenden Fluidstrom 2 darstellt, wird später näher erläutert.

Die Nebenstromkanäle 104a, 104b weisen jeweils eine Querschnittsfläche auf, die über die gesamte Länge (vom Eingang 104a1 , 104b1 bis zum Ausgang 104a2, 104b2) der Nebenstromkanäle 104a, 104b nahezu konstant ist. Demgegenüber nimmt die Größe der Querschnittsfläche des Hauptstromkanals 103 in Strömungsrichtung des Hauptstromes 23 (also in Richtung von der Einlassöffnung 101 zu der Auslassöffnung 102) im Wesentlichen stetig zu, wobei die Form des Hauptstromkanals 103 spiegelsymmetrisch zu den Symmetrieebenen S1 und S2 ist.

Die Hauptstromkanal 103 kann stromabwärts zwischen den inneren Blöcken 11 a, 11 b verjüngen. Aber zur Erreichung eines Oszillationswinkels α von größer als 60° und insbesondere von über 80° ist aber eine monoton divergente Form zwischen den inneren Blöcken 11 a und 11 b des Hauptstromkanals 103 vorteilhaft. Alternativ oder zusätzlich ist es vorteilhaft, dass keine Einbauten in der Nähe des Auslasses 102 befinden, um somit eine hohe Strahlqualität zu erreichen. Aus der Technik sind Lösungen bekannt, bei denen in der Nähe des Auslasses Störkörper positioniert werden, um den Spraywinkel zu vergrößern, in dem dieser aufgeplatzt wird. Diese Einbauten haben den Nachteil, dass dann die Strahlqualität des oszillierenden Freistahl 15 (vgl. Figur 4) verringert wird. Der Hauptstromkanal 103 ist von jedem Nebenstromkanal 104a, 104b durch einen Block 11 a bzw. durch den Block 11 b getrennt. Die zwei Blöcke 11 a, 11 b sind in der Ausführungsform symmetrisch bezüglich der Spiegelebene S2 angeordnet. Prinzipiell können sie jedoch auch unterschiedlich ausgebildet und nicht symmetrisch ausgerichtet sein. Bei nicht symmetrischer Ausrichtung ist auch die Form des Hauptstromkanals 103 nicht symmetrisch zu der Spiegelebene S2. Die Form der Böcke 11 a, 11 b, die in Figur 1 dargestellt ist, ist nur beispielhaft und kann variiert werden. Die Blöcke 11 a, 11 b aus Figur 1 weisen abgerundete Kanten auf. Es sind auch scharkantige Kanten möglich. Die Blöcke 11 a, 11 b sind in dieser Ausführungsvariante aber so ausgebildet, dass eine dreieckige bzw. keilförmige Strömungskammer 103 dadurch gebildet wird. Die Form der Strömungskammer wird hauptsächlich durch die nach innen zeigenden Flächen der Blöcke 11 a, 11 b gebildet und wird hier mit der Zahl 110 gekennzeichnet. Der von den Flächen eingeschlossene Winkel wird hier als γ bezeichnet. Dazu kann die Fläche 110, die durch die in dargestellte Linie und der Bauteiltiefe t gebildet wird, eine leichte Krümmung aufweisen oder durch eine bzw. mehrere Radien, einem Polynom oder bzw. und eine oder mehrere Geraden bzw. durch eine Mischform gebildet werden. Zur Erreichung von großen Spraywinkel α von über 60° insbesondere über 80° ist es vorteilhaft, wenn bei der Form darauf geachtet wird, dass die Breite bi os des Hauptstromkanals 103 zwischen den inneren Blöcken 11 a, 11 b stromabwärts monoton größer wird. Wenn kein großer Spraywinkel α gewünscht ist, ist eine stellenweise nicht verbreitende Form der Hauptstromkanals 103 vorteilhaft.

Am Eingang 104a1 , 104b1 der Nebenstromkanäle 104a, 104b, sind zudem Separatoren 105a, 105b in Form von Einbuchtungen vorgesehen. Dabei ragt am Eingang 104a 1 , 104b 1 jedes Nebenstromkanals 104a, 104b jeweils eine Einbuchtung 105a, 105b über einen Abschnitt der Umfangskante des Nebenstromkanals 104a, 104b in den jeweiligen Nebenstromkanal 104a, 104b und verändert an dieser Stelle unter Verkleinerung der Querschnittsfläche dessen Querschnittsform. In der Ausführungsform der Figur 1 ist der Abschnitt der Umfangskante so gewählt, dass jede Einbuchtung 105a, 105b (unter anderem auch) auf die Einlassöffnung 101 (im Wesentlichen parallel zu der Längsachse A ausgerichtet) gerichtet ist. Alternativ können die Separatoren 105a, 105b anders ausgerichtet sein. Durch die Separatoren 105a, 105b wird die Abtrennung der Nebenströme 23a, 23b vom Hauptstrom 24 beeinflusst und gesteuert. Durch Form, Größe und Ausrichtung der Separatoren 105a, 105b kann die Menge, die aus dem Fluidstrom 2 in die Nebenstromkanäle 104a, 104b strömt, sowie die Richtung der Nebenströme 23a, 23b beeinflusst werden. Das führt wiederum zu einer Beeinflussung des Austrittswinkels des Hauptstroms 24 an der Auslassöffnung 102 des fluidischen Bauteils 1 (und damit zu einer Beeinflussung des Oszillationswinkels a), mit der der Hauptstrom 24 an der Auslassöffnung 102 oszilliert. Durch Wahl der Größe, Orientierung und/oder Form der Separatoren 105a, 105b kann somit gezielt das Profil des an der Auslassöffnung 102 austretenden Hauptstroms 24 beeinflusst werden. Alternativ kann auch nur am Eingang eines der beiden Nebenstromkanäle ein Separator vorgesehen sein. Besonders vorteilhaft ist die Position der Separatoren 105a, 105b oberhalb der maximalen Breite bn amax, bu bmax-

Der Einlassöffnung 101 der Strömungskammer 10 ist stromaufwärts ein trichterförmiger Ansatz 106 vorgeschaltet, der sich in Richtung auf die Einlassöffnung 101 (stromabwärts) verjüngt. Auch die Strömungskammer 10 verjüngt sich und zwar im Bereich der Auslassöffnung 102 stromabwärts nach den inneren Blöcken 11 a, 11 b. Die Verjüngung wird von einem Auslasskanal 107 gebildet, der sich zwischen den Separatoren 105a, 105b und der Auslassöffnung 102 erstreckt. Bei Bauteilen ohne Separatoren 105a, 105b beginnt der Auslasskanal 107 am Nebenstromkanaleinlass 104a1 , 104b1 . Dabei verjüngen sich der trichterförmige Ansatz 106 und der Auslasskanal 107 derart, dass nur deren Breite, das heißt deren Ausdehnung in der Symmetrieebene S1 senkrecht zu der Längsachse A, jeweils stromabwärts abnimmt. Die Verjüngung wirkt sich nicht auf die Tiefe, das heißt die Ausdehnung in der Symmetrieebene S2 senkrecht zu der Längsachse A, des Ansatzes 106 und des Auslasskanals 107 aus (Figur 2). Alternativ können sich der Ansatz 106 und der Auslasskanal 107 auch jeweils in der Breite und in der Tiefe verjüngen. Ferner kann sich nur der Ansatz 106 in der Tiefe oder in der Breite verjüngen, während sich der Auslasskanal 107 sowohl in der Breite als auch in der Tiefe verjüngt, und umgekehrt. Das Ausmaß der Verjüngung des Auslasskanals 107 beeinflusst die Richtcharakteristik des aus der Auslassöffnung 102 austretenden Fluidstroms 2 und somit dessen Oszillationswinkel a. Die Form des trichterförmigen Ansatzes 106 und des Auslasskanals 107 sind in Figur 1 nur beispielhaft gezeigt. Hier nimmt deren Breite stromabwärts jeweils linear ab. Andere Formen der Verjüngung sind möglich. Die Länge des trichterförmigen Ansatzes h oe entspricht in dieser Ausführungsform mindestens der Einlassbreite bin, also gilt h oe > bi .

Die Einlassöffnung 101 und die Auslassöffnung 102 weisen jeweils eine rechteckige Querschnittsfläche auf. Diese weisen jeweils die gleiche Tiefe (Ausdehnung in der Symmetrieebene S2 senkrecht zur Längsachse A, Figur 2) auf, unterscheiden sich jedoch in ihrer Breite b , bex (Ausdehnung in der Symmetrieebene S1 senkrecht zur Längsachse A, Figur 1 ). Insbesondere ist die Auslassöffnung 102 breiter als die Einlassöffnung 101 . Die Auslassbreite b _E x ist größer als die engste Querschnittsverengung stromaufwärts der Strömungskammer. Die engste Querschnittsverengung kann entweder die minimale Breite der Strömungskammer bn oder die Einlassbreite b _iN sein. Typischerweise bewegen sich beiden Längenmaße im Bereich zwischen 0,01 mm und 250 mm. Diese geometrischen Maße sind abhängig vom benötigten Volumenstrom bzw. von der Randbedingung, wie viel Fluid durch das Bauteil strömen soll. Daher können hier keine weiteren einschränkenden Maße angegeben werden. Die genannten Maße können aber von den angegeben Maßen abweichen. Typischerweise beträgt die Differenz zwischen der Breite b und bn max. 40 %. Das heißt, dass die Breite b n bis zu 40% größer oder kleiner als die Breite b _iN sein kann. Bevorzugt wird die Kombination, dass die Breite bn kleiner oder gleich groß ist wie die Breite biN.

Zur Verbindung des Austrittsbereiches 108 an die Funktionsgeometrie sind zwei Varianten vorteilhaft.

Zum einen mit einem Radius 109, der kleiner ist als die minimale Breite von bi oder bn . Ein Extremwert, wodurch ein scharfkantiger Auslass 102 entsteht, ist ein Radius von Null.

Aufgrund der höheren mechanischen Stabilität ist ein Radius 109 zu bevorzugen. Nach dem Radius folgt ein nahezu geradliniger Abschnitt. Dieser nahezu oder geradliniger Abschnitt, kann auch durch ein Polynom gebildet werden, stehen zu einem Winkel δ zueinander.

Dieser Winkel δ kann unterschiedliche Maße aufweisen. Vorteilhaft ist ein Winkel δ abgeleitet von dem gewünschten Oszillationswinkel a. Dabei ist eine Abweichung von + 12° sowie - 40° möglich von dem Oszillationswinkel möglich, also α - 40°< δ < α + 12°. Eine besonders bevorzugte Abweichung ist + 7° sowie - 30°, also α - 30°< δ < α + 7. Dadurch kann in dem Falle, wenn der freischwingenden Oszillationswinkel α zu groß ist, durch einen kleineren Winkel δ der Oszillationswinkel α auf den Winkel δ reduziert werden.

Aber der Winkel δ kann auch dazu genutzt werden, den Spraywinkel α zu vergrößern, in dem Fall, wenn der frei schwindende Oszillationswinkel α nicht ausreicht. Dann kann bis zu 12° der Spraywinkel vergrößert werden, wenn der Winkel δ um diese maximal 12° größer dimensioniert wird, als der Oszillationswinkel a. Insbesondere wird eine Vergrößerung des Winkels δ von maximal 4° vom freischwingenden austretenden Freistrahl 15 bevorzugt.

Für einige Anwendungen, insbesondere bei denen, eine gleichmäßigere Verteilung gewünscht wird, ist es vorteilhaft, wenn die nahezu geradlinigen Abschnitte nach dem Radius 109 nicht den oszillierenden Freistrahl 15 berührt, wie beispielhaft in Figur 4 c) dargestellt ist. Dann sollte der Winkel δ erheblich größer als den Oszillationswinkel α gewählt werden, beispielsweise 180°. Durch die Länge des Austrittsbereiches os wird die Strahlqualität des oszillierenden Fluidstrahls positiv beeinflusst. Je länger die Länge des Austrittsbereiches os ist, desto stärker wird der austretende Fluidstrahl gebündelt. Bei einer gewünschten gesteigerten Fluidstrahlqualität ist eine Länge os von mindestens der Hälfte des Radius 109 notwendig. Besonders bevorzugt ist, wenn h os mindestens der Auslassbreite b x entspricht. Die maximale Länge h os entspricht der Bauteillänge I.

In Figur 4 sind drei Momentaufnahmen eines Fluidstroms 2 zur Veranschaulichung der Strömungsrichtung (Stromlinien) des Fluidstroms 2 in einem fluidischen Bauteil 1 während eines Oszillationszyklus dargestellt (Abbildungen a) bis c)). Das fluidische Bauteil 1 aus Figur 4 unterscheidet sich von dem fluidischen Bauteil 1 aus den Figuren 1 bis 3 insbesondere dadurch, dass keine Separatoren 105 vorgesehen sind. Die Bauteillänge I des fluidischen Bauteils 1 aus Figur 4 beträgt 22 mm und die Bauteilbreite b = 20 mm. Die Breite b der Einlassöffnung 101 beträgt 3,2 mm und die Breite bu ist 2,8 mm. Die Auslassbreite bex beträgt 5 mm. Die Bauteiltiefe t ist in diesem Ausführungsbeispiel konstant und beträgt 2 mm. Der Hauptstromkanal 103 weist eine maximale Breite bi osmax, die sich zwischen den Blöcken 11 a, 11 b befinden, von 13,07 mm auf. Diese maximale Breite bi ₀ 3max ist hier an diesem Ausführungsbeispiel an der Position definiert, von der der Radius zur der Geraden von der inneren Blockfläche 110 übergeht. Das fluidische Bauteil 1 durchströmende Fluid weist an der Einlassöffnung 101 einen Druck von 0,11 bar und einen Volumenstrom von 1 ,5 l/min auf, wobei das Fluid Wasser mit einer Temperatur von 20°C ist. Jedoch ist das dargestellte fluidische Bauteil 1 grundsätzlich auch für gasförmige Fluide geeignet. In den Abbildungen a) und c) sind die Stromlinien für zwei Auslenkungen des austretenden Hauptstroms 24 dargestellt, die annähernd den maximalen Auslenkungen entsprechen. Der Winkel, den der austretende Hauptstrom 24 zwischen diesen beiden Maxima überstreicht ist der Oszillationswinkel a. Abbildung b) zeigt die Stromlinien für eine Position des austretenden Hauptstroms 24, die ungefähr in der Mitte zwischen den beiden Maxima aus den Abbildungen a) und c) liegt. Im Folgenden werden die Strömungen innerhalb des fluidischen Bauteils 1 während eines Oszillationszyklus beschrieben.

Durch Einbringen einer einmaligen zufälligen oder gezielten Störung wird der Fluidstrom 2 seitlich in Richtung der dem Hauptstromkanal 103 zugewandten Seitenwand 110a des einen Blockes 11 a ausgelenkt, so dass die Richtung des Fluidstroms 2 zunehmend von der Längsachse A abweicht bis der Fluidstrom maximal ausgelenkt ist. Durch den sogenannten Coandä-Effekt legt sich der größte Teil des Fluidstroms 2, der sogenannte Hauptstrom 24, dabei an die Seitenwand des einen Blockes 11 b an und strömt dann entlang dieser Seitenwand 110b. Dabei bestimmt der Winkel γ im Zusammenspiel mit dem Winkel ß später den Oszillationswinkel a. Je nach Randbedingungen bzw. des Einsatzgebietes des fluidischen Bauteils 1 entspricht verändert sich der Winkel γ. Die Innenseite 110 des Hauptstromkanals 103 und die Innenseite des Auslasskanals 107 stehen in dem Winkel ε zu einander. Der Winkel ε ist in der dargestellten Ausführungsform ungefähr 90°. In anderen Ausführungsformen kann der Winkel ε im Bereich zwischen 80° und 110 liegen ⁰ . Dadurch stehen auch die Winkel γ und der Winkel ß in einem direkten Zusammenhang, wenn es sich um fluidische Bauteile mit großem Spraywinkel von mindestens 60° handelt. Aufgrund des nichtlinearen Verhaltes der Strömung ist eine detaillierte Angabe hier nicht praktikabel.

Im Bereich zwischen dem Hauptstrom 24 und dem anderen Block 11 a bildet sich ein Rezirkulationsgebiet 25a aus. Dabei wächst das Rezirkulationsgebiet 25a je mehr sich der Hauptstrom 24 an die Seitenwand des einen Blockes 11 b anlegt. Der Hauptstrom 24, tritt unter einem sich zeitlich ändernden Winkel bezüglich der Längsachse A aus der Auslassöffnung 102 aus. In Figur 4c) liegt der Hauptstrom 24 an der Seitenwand des einen Blockes 11 a an und das Rezirkulationsgebiet 25b weist seine maximale Größe auf. Zudem tritt der Hauptstrom 24 mit annähernd größtmöglicher Auslenkung aus der Auslassöffnung 102 aus. Ein kleiner Teil des Fluidstroms 2, der sogenannte Nebenstrom 23a, 23b, trennt sich von dem Hauptstrom 24 und strömt in die Nebenstromkanäle 104a, 104b über deren Eingänge 104a1 , 104b1 . In der in Figur 4c) dargestellten Situation ist (aufgrund der Auslenkung des Fluidstroms 2 in Richtung des Blockes 11 a) der Teil des Fluidstroms 2, der in den Nebenstromkanal 104b fließt, der an den Block 11 b grenzt, an dessen Seitenwand sich der Hauptstrom 103 nicht anlegt, deutlich größer als der Teil des Fluidstroms 2, der in den Nebenstromkanal 104a fließt, der an den Block 11 a grenzt, an dessen Seitenwand sich der Hauptstrom 103 anlegt. In Figur 4c) ist also der Nebenstrom 23b deutlich größer als der Nebenstrom 23a, der nahezu vernachlässigbar ist. In der Regel kann die Umlenkung des Fluidstroms 2 in die Nebenstromkanäle 104a, 104b mit Separatoren beeinflusst und gesteuert werden. Die Nebenströme 23a, 23b (insbesondere der Nebenstrom 23b) fließen durch die Nebenstromkanäle 104a beziehungsweise 104b zu deren jeweiligen Ausgängen 104a2, 104b2 und geben damit dem an der Einlassöffnung 101 eintretenden Fluidstrom 2 einen Impuls. Da der Nebenstrom 23b größer ist als der Nebenstrom 23a überwiegt die Impulskomponente, die aus dem Nebenstrom 23b resultiert.

Der Hauptstrom 24 wird also durch den Impuls (des Nebenstroms 23b) an die Seitenwand des Blockes 11 a gedrückt. Gleichzeitig bewegt sich das Rezirkulationsgebiet 25b in Richtung auf den Eingang 104b1 des Nebenstromkanals 104b, wodurch die Zufuhr von Fluid in den Nebenstromkanal 104b gestört wird. Die Impulskomponente, die von dem Nebenstrom 23b resultiert, nimmt damit ab. Gleichzeitig verkleinert sich das Rezirkulationsgebiet 25b, während sich ein weiteres (anwachsendes) Rezirkulationsgebiet 25a zwischen dem Hauptstrom 24 und der Seitenwand des Blockes 11 a ausbildet. Hierbei nimmt auch die Zufuhr von Fluid in den Nebenstromkanal 104a zu. Die Impulskomponente, die von dem Nebenstrom 23a resultiert, nimmt damit zu. Die Impulskomponenten der Nebenströme 23a, 23b nähern sich im weiteren Verlauf immer weiter an, bis sie gleich groß sind und sich gegenseitig aufheben. In dieser Situation wird der eintretende Fluidstrom 2 nicht abgelenkt (Abbildung a)), so dass sich der Hauptstrom 24 ungefähr mittig zwischen den beiden Blöcken 11 a, 11 b bewegt und ohne Auslenkung aus der Auslassöffnung 102 austritt.

Im weiteren Verlauf nimmt die Zufuhr von Fluid in den Nebenstromkanal 104a immer weiter zu, so dass die Impulskomponente, die von dem Nebenstrom 23a resultiert, die Impulskomponente, die von dem Nebenstrom 23b resultiert, übersteigt. Der Hauptstrom 24 wird dadurch immer weiter von der Seitenwand des Blockes 11 a weggedrängt bis er an der Seitenwand des gegenüberliegenden Blockes 11 b aufgrund des Coandä-Effekts anliegt (Figur 4c)). Das Rezirkulationsgebiet 25b löst sich dabei auf, während das Rezirkulationsgebiet 25a zu seiner maximalen Größe anwächst. Der Hauptstrom 24 tritt nun mit maximaler Auslenkung, die im Vergleich zu der Situation aus Figur 4b) ein umgekehrtes Vorzeichen aufweist, aus der Auslassöffnung 102 aus.

Anschließend wird das Rezirkulationsgebiet 25a wandern und den Eingang 104a1 des Nebenstromkanals 104a blockieren, so dass die Zufuhr von Fluid hier wieder sinkt. In der Folge wird der Nebenstrom 23b die dominierende Impulskomponente liefern, so dass der Hauptstrom 24 wieder von der Seitenwand des Blocks 11 b weggedrückt wird. Die beschriebenen Änderungen erfolgen nun in umgekehrter Reihenfolge.

Durch den beschriebenen Vorgang oszilliert der an der Auslassöffnung 102 austretende Hauptstrom 24 um die Längsachse A in einer Ebene, in der der Hauptstromkanal 103 und die Nebenstromkanäle 104a, 104b angeordnet sind, so dass ein hin- und her schweifender Fluidstrahl erzeugt wird. Um den beschriebenen Effekt zu erreichen, ist ein symmetrischer Aufbau des fluidischen Bauteils 1 nicht zwingend notwendig.

In Figur 5 ist ein fluidisches Bauteil 1 ohne Strömungsseparator 105 dargestellt. Außerdem ist hier der engste Querschnitt zwischen den inneren Blöcken 11 a, 11 b an der Breite b _n . Dieses Bauteil hat außerdem keinen Radius 109 bzw. einen unendlich kleinen Radiuses am Auslass 102. Dies an diesem Bauteil werden exemplarisch wichtige Zusammenhänge der geometrischen Merkmale dargestellt, die zur Erzeugung von großen Spraywinkels α von über 60° insbesondere von über 80° benötigt werden. Der Winkel ß ist gleich oder größer als den gewünschten Oszillationswinkel α zu wählen. Bevorzugt ist es, wenn der Winkel ß größer als den gewünschten Oszillationswinkel et ist. Dabei kann der Winkel ß bis zu 70 % größer sein, als der zu erreichende Oszillationswinkel a.

Die Länge der Strömungskammer h ₀ 3 ist gleich groß oder bevorzugt größer als die maximale Breite der Strömungskammer bi ₀ 3max, insbesondere für fluidische Bauteile mit über 0,005 bar Eingangsdrucks. Zur Erhöhung der Strahlqualität ist eine Erhöhung der Länge h os (vgl. Figur 1 ) vorteilhaft. Bei solchen fluidischen Bauteilen die mit einem Eingangsdruck von über 0,05 bar am Einlass sollte die Länge h os mindestens bi 4 betragen. Besonders bevorzugt ist eine Länge h os von mindestens bex.

Das geometrische Maß bi o7, das sich zwischen dem Auslass 102 und dem inneren Block 11 befindet, ist größer oder gleich groß wie das kleinere Maß von bi oder bn . Die Länge von bi o7 kann bis zu 100 % größer als das kleinere Maß von biN oder bn sein. Dieses Maß ist vom gewünschten Oszillationswinkel α abhängig. Je größer der Oszillationswinkel α sein soll, desto größer wird die Breite bi ₀ 7. Auch die Auslassbreite bex ist abhängig vom gewünschten Oszillationswinkel a. Bei der hier dargestellten Ausführungsform wird die Auslassbreite b _E x durch die folgende Gesetzmäßigkeit bestimmt: bex = min(bn , biN)/[sin(90° - α/2)] ± 30%. Bei fluidischen Bauteilen mit einem Strömungsseparator 105 ist eine höhere Abweichung von 45 % möglich. Aufgrund des nichtlinearen Charakters der Strömung ist hier keine spezifischere Angabe möglich, aber für den Fachmann mit den bekannten Strömungsauslegungswerkzeugen zu ermitteln.

An diesem Bauteil entspricht die Breite bi ₀ 3max des strömungstechnischen relevanten Maßes bi o3oben . Das Maß bi ₀ 3oben befindet sich im oberen Drittel, also im letzten stromabwärts lokalisierten Drittel des Hauptstromkanal 103. Diese Breite bi o3oben wird an der Position gemessen, an der der Hauptstromkanal 103 mit geraden Wandungen seitlich zu den Nebenstromkanälen 104a, 104b in eine Krümmung übergeht und zwar an dem Wendepunkt der gekrümmten Fläche. Dieser Wendepunkt kann auch als Bogenwechsel bezeichnet werden. An dieser Stelle ändert sich die Richtung der Tangente von einem Punkt zum nächsten Punkt. In Figur 5 ist markieren dieser Punkte auch die maximale Längserstreckung des Hauptstromkanals 103 in der Strömungskammer 10 in Richtung der Auslassöffnung 102. Für das Maß bi ₀ 3oben gilt folgende Beziehung bex < bi 03 oben < 3 ^* btx- Dies wird zum Beispiel durch kleine Radien, also Radien die kleiner sind als biN 2, z.B. kleiner als 3,5 mm der Fall.

Das in Figur 6 dargestellte fluidische Bauteil 1 entspricht dem aus Figur 1 mit dem Unterschied, dass die innenliegenden Flächen 110 von den Blöcken 11 anders geformt sind und der Austrittsbereich 108 erheblich länger ausgeprägt ist. Solche Bauteile mit und ohne Austrittsbereich 108 sind insbesondere für Reinigungsanwendungen oder für Fluidverteilungsanwendungen zum Vorteil. Bei dem hier dargestellten fluidischen Bauteil 1 weist die Hauptströmungskammer 103 zwischen den inneren Blöcken 11 a, 11 b eine bauchige Form auf. Stromaufwärts wird von der Strömungskammer 103 im ersten Teil monoton größer und im hinteren Teil verengt sich die Strömungskammer 103 wieder. Die dadurch entstehende minimale Breite bi ₀ 3min der Strömungskammer 103 soll dabei folgende Größe aufweisen: b _n < bi 03min < 3 ^* bex. Auch hier entspricht die Breite bi o3min der strömungstechnisch relevanten Breite bi ₃ ooben. Die obere Breite bi osyn wird am Wendepunkt der nach innen gerichteten Form der inneren Blöcke 11 a, 11 b ermittelt. Wie auch bei den anderen Ausführungsformen gilt hier folgende Beziehung bfiX < bl 03oben < 3"bfiX.

Bei diesen Bauteilen weicht der Oszillationsmechanismus von der in Figur 4 beschriebenen Oszillationsmechanismus ab. Der Unterschied liegt darin, dass das Fluid vom inneren Block 11 b erst in die Nebenstromkanaleinlass 104a1 strömt statt in den Nebenstromkanaleinlass 104b1 .

Das fluidische Bauteil 1 in Figur 7 unterscheidet sich gegenüber den anderen Bauteilen darin, dass die Strömungskammer 103 im oberen zwei Drittel, also stromabwärts in dem letzten beiden Drittel Bereich, eine nahezu gleichbleibende Strömungskammerbreite bio3 besitzt. Daher wird die strömungstechnisch relevante Breite bi ₀ 3oben an der Position ermittelt, bei der sich die in Strömungskammer 103 zeigenden Innenflächen 110a und 110b der Blöcke 11 a, 11 b eine Richtungsänderung in Richtung der Nebenstromkanaleinlässe 104a1 , 104b1 erfährt, d.h. dem Wendepunkt. Anders ausgedrückt, die Position, zur Ermittlung der strömungstechnisch relevante Breite bi o3oben, wird an der Stelle ermittelt, an der die Krümmung der Flächen 110a, 110b soweit schlagartig ändert, dass an dieser Position die Hauptströmung 24 nicht mehr der Oberfläche folgt. Dies ist zum Beispiel bei einer Krümmungsänderung von mindestens 3° entlang einer Stecke von 0,5 mm der Fall. Bei diesem fluidischen Bauteil wird der Spraywinkel α maßgeblich von dem Winkel ß bestimmt.

Zur Verbindung des divergenten Anteils an die Strömungsgeometrie sind die beiden aus Figur 1 bekannten zwei Varianten vorteilhaft. Für die Erreichung einer guten Spraycharakteristik ist eine maximale Länge des divergenten Anteils os von os < I. Besonders bevorzugt ist eine Länge os von b _E x < hos < 1/3.

Eine weitere Ausführungsvariante des fluidische Bauteils mit einem Austrittsbereich 108 ist in Figur 8 dargestellt. Die Ausführungsvariante des fluidischen Bauteils 1 in Figur 8 unterscheidet sich vom fluidischen Bauteil von Figur 6 insoweit, dass die bauchige Struktur nicht im oberen Drittel, also stromabwärts, der Strömungskammer 103 befindet, sondern im unteren Drittel der Strömungskammer 103. Die tropfenförmige Strömungskammer 103 verursacht eine sehr homogene Strömungsverteilung. Die Tropfenform wird, durch eine sehr starke divergente Vergrößerung der Strömungskammer 103 stromabwärts nach der minimalen Breite der Strömungskammer bn , in der unteren Hälfte der Strömungskammer gefolgt von einer Verengung der Strömungskammer, gebildet. Besonders vorteilhaft ist eine nahezu geradlinige bzw. stückweise gerade Fläche 110a, 110b. Diese Flächen 110a, 110b schließen den Winkel γ ein.

Im Gegensatz zu den anderen genannten Bauteilen wird der Oszillationswinkel α direkt über den Winkel γ bestimmt. Daher gilt für den Winkel γ folgende Beziehung α - 10°< γ < α + 10°. Bei diesem Bauteil strömt im Gegensatz zu den anderen Bauteilen der Hauptstrom 24 nicht über den Auslasskanal 107 sondern direkt aus dem Auslass bex. Daher hat der Winkel ß hier keinen großen Einfluss auf den Oszillationswinkel a. Genauso wie bei den anderen Bauteilen ist die Auslassbreite bi o3min größer als bsx. Hier entspricht die Auslassbreite bi 03min der obersten Breite bi 03 oben- Besonders bevorzugt ist, dass die Auslassbreite bpx größer als die Breite bi 03min addiert mit der Hälfte der Einlassbreite biN, also bex > bi 03min + biN 2 gilt.