DE2065063B2 - Fluidik-oszillator - Google Patents

Description

W = Breite der Leistungsdüse, ^T

T — Breite des Halses (10). Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfin-

4. Fluidik-Oszillator nach Anspruch 1, dadurch dungsgemäßen Fluidik-Oszillators sind die Rück-

gekennzcichnet, daß die Rückkopplungskanäle kopplungskanäle und der Austrittsbereich als Rota-

(8, 9) und der Austritt bereich (4) als Rotations- 30 tionskörper ausgebildet, die durch Rotation einer

körper ausgebildet sind, die durch Rotation einer ebenen Oszillatoranordnung um eine Längsachse der-

ebenen Oszillatorenanord! jng um eine Längsachse selben erhalten werden,

derselben erhalten werden. Die Erfindung wird anschließend an Hand eines

Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigt

35 F i g. 1 eine schematische im Schnitt gezeigte An-

sieht eines erfindungsgemäPen Oszillators,

F i g. 2 eine Kurvendarstellung, aus welcher die notwendige Beziehung zwischen den verschiedenen Ab-

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Fluidik- messungen des Oszillators nach F i g. 1 zur Erzielung

Oszillator mit einer Leistungsdüse und einem an- 40 einer Oszillatio . ersichtlich ist, und

schließenden Wechselwirkungsbereich, in dem in ent- F i g. 3 einen Längsschnitt des erfindungsgemäßen

gegengesetzten Richtungen ein Paar Rückkopplungs- Oszillators.

kanäle münden, und einem Austrittsbereich, welcher Der erfindungsgemäße Oszillator 5 weist gemäß nach außen divergierende Wände aufweist und eine F i g. 1 eine Leistungsdüse 1 auf, welche eine Ströpulsierende Strömung abgibt. 45 mung in einen Wechselwirkungsbereich 2 und von doit Es ist bekannt, einen Fluidik-Oszillator zur Erzeu- durch einen zunächst nach außen und dann nach innen gung eines pulsierenden Strahls zu verwenden, um die geneigten Bereich 3 leitet, welcher in einen Hals 10 Hin- und Herbewegung einer Zahnbürste an Stelle endet, der sich in einen sich nach außen erweiternden eines elektrischen Antriebs durchzuführen (Fluidics, Austrittsbereich 4 öffnet. Der Oszillator weist ein Paar 1965, S. 104). 50 Steuerdüsen 6 und 7 auf, die jeweils über Rückkopp-Es ist ferner ein Fluidik-Oszillator bekannt, der für lungskanäle 8 und 9 mit der oberen und unteren Seite eine Sprühanalge, beispielsweise ein Rasenbewässe- des Austrittsbereichs 4 stromabwärts des Bereichs 3 rungsgerät, bestimmt ist und an dessen Austritts- verbunden sind. Die Mündungen der Rückkopplungsöffnungen abwechselnd ein Strahl in der einen und kanäle im nach außen divergierenden Austrittsbeanderen Richtung austritt, wobei die Steuerung des 55 reich 4 sind im Abstand vom Hals zwischen dem Hals Strahls über Rückkopplungskanäle erfolgt, die in ent- 10 und der Austrittsöffnung 4a angeordnet,
gegengesetzter Richtung in die Wechselwirkungs- Beim Betrieb der Vorrichtung tritt die aus der Leikammer münden (USA.-Patentschrift 3 432102). stungsdüse 1 kommende Strömung zunächst mittig in Beim letztgenannten Fluidik-Oszillator liegen die den Wechselwirkungsbereich 2 ein und füllt den Be-Enden der Rückkopplungskanäle im Bereich der Aus- 60 reich 3 mit einer Mischung aus Strömung, Sprühstrahl trittsöffnungen einander axial fluchtend eng gegen- und eingeschlossenen Luftblasen, während ein Teil der über, wodurch es schwierig ist, eine störende Einwir- Strömung vom Bereich 3 in den Bereich 4 austritt. Die kung des auf einer Seite des Oszillators fließenden aus der Leistungsdüse 1 austretende Flüssigkeits-Leistungsstrahls als Folge randseitiger Sprühstrahlen strömung (ihr Moment und Geschwindigkeit) und die auf den Rückkopplungskanal der anderen Oszillator- 65 sich ergebende Mischung aus Strömung, Sprühstrahl seite zu vermeiden. und Luftblasen, welche sich vom Bereich 2 durch den Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch Bereich 3 in den Bereich 4 bewegt, neigt dazu, als Erzielung einer exakten Umsteuerung ohne Einwir- Folge von Störungen der Strömung mehr an der un-

teren oder mehr an der oberen Wand des Bereichs 3 zu haften. Die in dieser Weise an einer Wand haftende Mischung neigt dazu, beispielsweise der unteren Wand des Bereichs 3 zu folgen, und wird in den Bereich 4 gegen die obere Wand desselben ausgestoßen. Die an den Steuerdüsen 6 und 7 im Bereich 2 vorbeitretende Strömung übt auf diese Steuerdüsen und die damit verbundenen Rückkopplungskanäle 8 und 9 eine starke Saugwirkung aus. Die gesteuerte Strömungsmischuug, welche in den Bereich 4 ausgestoßen wird und sich in Anlage mit der oberen Wand desselben befindet, wird in den Rückkopplungskanal 9 angesaugt und fließt durch diesen Kanal und durch die Steuerdüse 7 in den Bereich 2 zurück, während durch den Rückkopplungskanal 8 und durch die Steuerdüse 6 lediglich Luft in den Bereich 2 an der unteren Seite des durch die Leistungsdüse 1 austretenden Leistungsstromes angesaugt wird. Da das Volumen der Luftströmung als Folge der Saugwirkung durch die Steuerdüse 6 viel größer ist als das Volumen der Strömung der durch die Steuerdüse 7 hindurchtretenden Strömungsmischung, tritt an der oberen Seite der Leistungsströmung im Bereich 2 ein niedrigerer Druck als an der unteren Seite auf, wodurch sich die Leistungsströmung an der oberen Wand des Bereichs 2 anlegt und der oberen Wand des Bereichs 3 folgt, so daß der Strom nunmehr zur unteren Wand des Bereichs 4 abgelenkt wird.

Der vorausgehend genannte Vorgang wird durch einen kleinen Teil des Stroms im Bereich 3 unterstützt, welcher dort abgeschält und als Folge der Wölbung am Hals 10 vom Bereich 3 zum Bereich 4 in den Bereich 3 zurückgeführt wird. Der zurückgeführte Strömungsteil zirkuliert innerhalb des Bereiches 3 im Jhrzeigersinn und ergibt damit eine positive Rückkopplung, um den Leistungsstrom an der oberen Wandung zu halten. Diese Rückkopplungsströmung bewirkt auch ein Schließen des Ausgangs des Bereiches 3 gegen ΛυΒεηΜί, die sonst aus dem nur teilweise mit Strömungsmittel gefüllten Bereich 4 in den Bereich 3 eintreten könnte und die das ordnungsgemäße und erwünschte Arbeiten des Oszillators beeinträchtigen könnte.

Die Ablenkung des Leistungsstroms zur unteren Wand des Bereichs 4 macht es möglich, daß am Eingang zum Rückkopplungskanal 8 Strömungsmittel aus dem Leistungsstrom angesaugt wird, welches dann durch den Rückkopplungskanal 8 und die Steuerdüse 6 an der unteren Seite des Leistungsstromes im Bereich 2 einen niedrigeren Druck als an der oberen Seite erzeugt. Dadurch wird die gesamte Flüssigkeit aus der Rückkopplungsleitung 9 über die Stererdüse 7 angesaugt, und ferner wird Luft vom oberen Teil des Bereichs 4 angesaugt. Diese Druckumkehr an den beiden Seiten der Leistungsströmung im Bereich 2 bewirkt wiederum eine Ablenkung des Leistungsstromes zur unteren Wand des Bereichs 3, was durch die Rückkopplung im Bereich 3 unterstützt wird, so daß der Leistungsstrom nun zur oberen Wand des Bereiches 4 umgelenkt wird.

In der vorausgehend genannten Weise wird die Strömung zwischen der oberen und unteren Wand des Bereiches 4 umgelenkt, und zwar mit einer Geschwindigkeit, welche durch die Zeitverzögerung bestimmt wird, die proportional der Geschwindigkeit der Strömung in den Kanälen ist, wobei die Geschwindigkeit der Leistungsströmung die Zeitverzögerung in Vorwärtsrichtung vom Bereich 2 zum Bereich 4 bestimmt, während die Geschwindigkeit der Rückkopplungsströmung die Rückkopplungszeitverzögerung vom Bereich 4 zum Bereich 2 festlegt. Die letztgenannte Geschwindigkeit ist eine Funktion der Druckdifferenz zwischen dem Rückkopplungskanaleingang im Bereich 4 und der Rückkopplungssteuerdüse im Bereich 2. Da die Drücke an diesen beiden Punkten durch das Ausmaß der Saugwirkung gegeben sind, wobei die Saugwirkur" im Bereich 2 immer größer als im Bereich

ίο 4 ist, kann die Zeitverzögerung und daher die Oszillatorfrequenz nicht nur durch eine Änderung der Kanallänge und der Geschwindigkeit der Leistungsströmung geändert werden, sondern auch durch Formänderungen im Bereich 2 und im Bereich 4. Insbesondere be-

wirken Änderungen der Formgebung und der Richtung der Rückkopplungskanaleingänge im Bereich 4 große Änderungen des Drucks an diesen Stellen, wie ohne weiteres aus F i g. 1 ersichtlich ist, wo man im Extrem durch den Rückkopplungskanaleingang Strö-

mung ableiten und einen *-ohen Druck (und damit eine geringe Rückkopplungsvc-zögerung) erhalten könnte, oder wo man mittels einer nahezu tangentiellen Führung des Rückkopplungskanals in den Bereich 4 eine starke Saugwirkung (und damit einen niedrigen Druck

2^r und eine große Verzögerung) erhalten könnte. Der Eintrittswinkel des Rückkopplungskanals in den Bereich 4 ist im Falle einer Ableitung von Strömung begrenzt, da, wenn der Winkel zu groß ist, der Rückkopplungsdruck der Flüssigkeit überwiegt und die Strömung auf eine Wand des Bereiches 3 umgelenkt wird und anschließend nicht mehr umgeschaltet werden kann.

Wie vorausgehend beschrieben wurde, w^: j die Strömung zwischen der oberen und unteren Wand hin- und hergelenkt und stellt eine pulsierende Strömung dar.

Im Bereich 4 können zwei kleine Inseln 11 angeordnet sein, die dazu dienen, die Ströme zu zerteilen, so daß der pulsierende Effekt, falls erwünscht, verringert wird und eine gleichmäßigere Wasserströmung entsteht, verglichen mit der Lage des Stromes an der Mündung des Bereichs 4. Der Oszillator kann flach ausgebildet sein, d. h., jeder der Kanäle weist einen rechteckförmigen Querschnitt auf; die Kanäle des Oszillators besitzen eine Tiefe, die von der Menge des Wassers abhängt, die unter einem gegebenen Wasserdruck abgegeben werden soll.

Die Paramter des Oszillators sind in der Kurvendarstellung der F i g. 2 dargestellt. In dieser Darstellung geben die Werte D, W und T jeweils die Entfernung vom Ausgang der Leistungsdüse zur Öffnung 10, die Breite der Leistungsdüse und die Breite der öffnung 10 an. Die Abmessungen D und T sind als Quotient D/Wund 7"/W aufgetragen.

In der Kurvendarstellung ist ein Bereich abgegrenzt, welcher durch die Linien A und B bestimmt wird, die vom Punkt C ausgehen, wobei dieser Bereich an drei Seiten den Betriebsbereich des Oszillators begrenzt. Falls die genannten Dimensionen des Oszillators oberhalb des Betriebsbereiches oder oberhalb einer Linie liegen, die parallel zur 7/ W-Achse, ausgehend vom Punkt C, liegt, so ist die Vorrichtung monostabil. Sind dagegen die Abmessungen des Oszillators derart, daß sie in einen Betriebsbereich unterhalb der gees nannten Linie fallen, so wird der Leistungsstrom nicht abgelenkt.

Die Linien A und B sind über einen weiten Bereich hrer Länge parallel und weisen eine Steigung von

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näherungsweise 10 auf. Sobald sich die Linien dem auf eine feste Oberfläche des Schiebers auf trifft und

PunktC nähern, konvergieren sie bei etwa 2,4 der in den abgesetzten Bereich VJ des Sprühkopfes 112

r/W-Koordinate, schneiden sich bei etwa 2 der gelangt, der durch den Ring 16 begrenzt ist. Der

77^-Koordinate und bei etwa 19 der D/HMCoordi- Schieber.23-liegt dabei oberhalb der Bodenfläche des

nate. ; 5 abgesetzten Bereichs 17, so daß das Wasser um den

Der erfindungsgemäße Oszillator kann beispiels- Schieber herumfließen kann,' wenn die Öffnungen 24 weise in Verbindung mit einem in F ig-3 dargestellten nicht mit dem Bereiche des Oszillators ausgerichtet Sprühkopf 12 verwendet werden, welcher eine mit sind. Der Sprühkopf ist mit einer Endplatte 27 ausInnengewinde ausgestattete Anschlußmutter 13 auf· gestattet, welche eine Anzahl von kleinen öffnungen 28 weist. Der Sprühkopf 12 kann äußerlich von be- ίο aufweist, die in der Bewegungsrichtung des Wassers kannter Form sein, welche sich außen in einer im we* angeordnet sind. Das vom Schieber 23 angelenkte sentlichen konischen Ausbildung verjüngt. Innerhalb Wasser fließt, wenn die Schieberöffnungen 24 nicht des Sprühkopfes ist ein Fluidik-Oszillator 14 ange- mit den Austrittsöffnungen des Oszillators fluchtend bracht, welcher gemäß der Anordnung nach F i g. 1 liegen, um den Schieber herum und durch die Öffnunausgebildet sein kann. Der Sprühkopf kann zweck- is gen 28 und gelangt als Sprühstrahl an den Körper des mäßig aus einem Kunststoff-Formteil bestehen, wobei Benutzen.

der Oszillator 14 durch Kanäle in den zueinander- Wünscht der Benutzer den Schwingungseffekt des

gehörigen Seiten der Formhälften gebildet wird. Der Sprühkopfs auszunutzen, so wird der Schieber in die

Sprühkopf 12 endet am Wasserabgabeende, d. h. in in der F i g. 3 dargestellte Lage gebracht, wobei der F i g. 3 an seinem rechten Ende in einer ringförmigen *o Oszillator 14 eine abwechselnde Bewegung des Wassers Schulter 16, die an ihrer Innenseite einen abgesetzten zwischen den Kanälen 29 hervorruft. Bereich 17 begrenzt. Ein pulsierender Strom hat beispielsweise die Fä- Der Auslaßbereich 4 des Oszillators 14 weist in higkeit, Schmutz weit wirksamer zu beseitigen als ein

seinem Inneren ein im wesentlichen nach außen di- kontinuierlicher Wasserstrahl. Daher kann ein erfin-

vergierendes Element 18 auf, welches ein abgerundetes, as dunpgemäßer Oszillator bei der Reinigung von We-

kleineres Ende, das gemäß F i g. 3 links liegt, besitzt, gen und Straßen verwendet werden, indem der Oszilla-

wobei verschiedene Teile des Sprühkopfs, die an- tor als Sprühdose verwendet wird,

schließend beschrieben werden, mittels eines Bolzens 19 Der erfindungsgemäße Oszillator kann auch zum

befestigt werdet» können. Die ringförmige Schulter 16 Verrühren oder Vermischen von Stoffen eingesetzt

ist in den Bereichen 21 und 22 geschlitzt, um einen 3<> werden.

Schieber 23 aufzunehmen, welcher mit zwei im wesent- Der Oszillator ist in F i g. 1 als planere Anordnung liehen rechteckförmigen öffnungen 24 versehen ist. dargestellt. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß Der Schieber trägt auf seiner gemäß F i g. 3 links lie* der Oszillator zwecks Erhöhung der Strömungsmengenden Oberfläche Anschlagstifte 26, weiche zur An- gen bzw. Strömungskräfte eine räumliche Ausbildung lage mit der ringförmigen Schulter 16 kommen, um 35 besitzen kann und insbesondere eine Form aufweisen damit die Bewegung des Schieben zu begrenzen. könnte, die durch Rotation der zweidimensionalen Ab-

In der in der F i g. 3 dargestellten Lage des Schie- bildung der F i g. 1 um eine Achse entsteht, die parallel

bers sind die Schlitze 24 mit den Austrittsöffnungen des zur Längsachse der Abbildung verläuft, beispielsweise

Bereiches 4 fluchtend angeordnet, so daß in dieser durch Drehen um die Unterkante des Körpers 5. Stellung das durch den Oszillator hindurchtretende 40 Eine derartige Einrichtung liefert eine ringförmige Wasser durch den Schieber tritt, um gegen den Körper Strömung, welche sich in ihrem Durchmesser erweitert

des Benutzen des Sprühkopfs geschleudert zu werden. und verkleinert

Wird der Schieber nach oben bewegt, so sind die Als Folge der Ringausbildung können relativ große Öffnungen 24 nicht mehr mit dem Bereich 4 ausgerich- Strömungsmengen und damit große Strömungskräfte

tet, so daß das durch den Oszillator bewegte Wasser 45 erhalten werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 2 kung auf den dem Leistungsstrahl jeweils gegenüber- Patentansprüche: liegenden Rückkopplungskanal eine große Gleich mäßigkeit des Betriebs zu erzielen.

1. Fluidik-Oszillator mit einer Leistungsdüse Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge- und einem anschließenden Wechselwirkungsbe- 5 löst, daß die Mündungen der Rückkopplungskanäle reich, in dem in entgegengesetzten Richtungen ein im nach außen divergierenden Austrittsbereich im AbPaar Rückkopplungskanäle münden, und einem stand vom Hals zwischen dem Hals und der Aus-Austrittsbereich, welcher nach außen divergierende trittsöffnung angeordnet sind.

Wände aufweist und eine pulsierende Strömung ab- Als Folge der erfindungsgemäßen Ausbildung ist die

gibt, dadurch gekennzeichnet, daß io Mündung des oberen Rückkopplungskanals im Aus-

die Mündungen der Rückkopplungskanäle (8, 9) trittsbereich völlig von einer Beeinflussung durch den

im nach außen divergierenden Austrittsbereich (4) Leistungsstrahl geschützt, der an der unteren Hälfte

im Abstand vom Hals zwischen dem Hals (10) und der Austrittsöffnung austritt, und umgekehrt,

der Austrittsöffnung (4a) angeordnet sind. Gemäß einer Ausführungsform des erfiiidungs-

2. Fluidik-Oszillator nach Anspruch 1, dadurch 15 gemäßen Oszillators sind im Austrittsbereich zwei gekennzeichnet, daß im Austrittsbereich (4) zwei inselartige Strömungsmittelteiler angeordnet, welche inselartige Strömungsmhteheiler (11) angeordnet eine gleichmäßigere Strömung erzeugen.

sind. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der

3. Fluidik-Oszillator nach Anspruch 1, dadurch ^ _Wert_ß ^_{&Qa als 19 und der Wert}-^ größer als 2,

gekennzeichnet, daß der Wert -= größer als 19 dabei ist

j·
und der Wert -^- größer als 2 ist; üabei ist D = Entfernung vom Ausgang der Leistungsdüse