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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung eines
pulsierenden Fluidstroms, vorrangig von Flüssigkeiten als
auch von Gasen, bestehend aus zumindest einem Fluideinlass, einem
Fluidauslass sowie einem an der zwischen Fluideinlass und Fluidauslass
angeordneten Öffnung vorgesehenen Absperrkörper
(im Folgenden als Pulsgeber bezeichnet), welcher den Fluidfluss
zyklisch unterbricht und wieder freigibt.
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Stand der Technik
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Eine
pulsierende Fluidströmung kann nach dem Stand der Technik
auf unterschiedlichste Art und Weise erzeugt werden. Bekannt ist
beispielsweise die Verwendung eines Ventils, das in einer von dem Fluid
zu durchströmenden Leitung angeordnet ist und einen Durchgang
durch das Ventil abwechselnd schließt und freigibt. Ferner
ist aus der
PCT/EP2002/001372 eine
Vorrichtung zur Erzeugung eines mit vergleichsweise hoher Frequenz
pulsierenden Fluidstroms bekannt, welche ein um eine Drehachse drehbares
Sperrelement umfasst, wobei das Sperrelement ein Sperrteil aufweist,
welches einen Fluiddurchgang von dem Fluideinlass zu dem Fluidauslass
zyklisch schließt und freigibt.
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Der
Nachteil dieser Einrichtungen besteht jedoch darin, dass sie einerseits
technisch aufwendig gestaltet sind und andererseits nur in einem
begrenzten Bereich eingesetzt werden können. Ferner sind bekannte
Vorrichtungen zur Erzeugung eines pulsierenden Fluidstroms anfällig
konstruiert, insbesondere in Bezug auf die Entstehung von Korrosion
und Ablagerungen (z. B. von Kalk). Durch die starke mechanische
Beanspruchung der Druckpumpe und der rotierenden Teile in der
PCT/EP2002/001372 sind
die entsprechend einzusetzenden Materialien einem schnellen mechanischen
Verschleiß ausgesetzt. Im Störfall ist die Reparatur
umständlich und kostenintensiv. Zudem wird der Pulsereffekt
nicht im Bereich des Austritts des Fluids erzeugt.
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Darstellung der Erfindung
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine zuverlässig
und komplikationslos arbeitende Einrichtung zu schaffen, welche
selbstständig und dauerhaft einen lediglich durch Druck
entstehenden pulsierenden Fluidstroms erzeugt, die in konstruktiver
Hinsicht einfach und kostengünstig aufgebaut, herstellbar
und zudem vielseitig und effektiv einsetzbar ist, wobei darüber
hinaus etwaige Störfälle einfach zu beseitigen
sind. Darüber hinaus sollten alle mechanischen Bestandteile
der Einrichtung leicht zugänglich und austauschbar sein.
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Erfindungsgemäß wird
die voranstehende Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen sind in
Unteransprüchen angegeben.
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Danach
ist eine Einrichtung der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet,
dass ein ferromagnetischer oder magnetischer Hohlkörper
vorgesehen ist, an den ein ferromagnetischer oder magnetischer Pulsgeber
durch eine magnetische Feldstärke derart angezogen wird,
dass der Pulsgeber ganz oder zumindest nahezu in bzw. an die Öffnung
des Hohlkörpers gezogen wird und somit den Fluidfluss an
der Öffnung – zumindest nahezu – luft-
und/oder wasserdicht abschließt.
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Wird
in der Leitung des Fluideinlasses ein Druck eines flüssigen
oder gasförmigen Mediums aufgebaut, hält die Magnetkraft
des Hohlkörpers und/oder des magnetischen Pulsgebers diesem
bis zu einem vorzugsweise definierbaren Druckpunkt Stand, an dem
die Druckkraft des Mediums die magnetische Anziehungskraft des/der
Magneten übersteigt und überwindet, so dass der
Pulsgeber dann zumindest teilweise von der Öffnung abreißt
oder zumindest leicht von ihr abgedrängt wird. Hierbei wird der
Durchfluss des Mediums an der Öffnung durch den entstehenden
Spalt zwischen Öffnung und Pulsgeber kurzfristig freigegeben
und ein Teil des Mediums kann durch den Spalt in Richtung des Fluidauslasses
entweichen. Durch die erfindungsgemäße Einrichtung
entsteht mithin nicht nur ein pulsierender Fluidstrom, sondern der
Fluidstrom, der aus dem Spalt ausdringt, erfährt zudem
auch noch einen besonders hohen Druck.
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Der
Magnet an dem Hohlkörper und/oder an dem Pulsgeber kann
je nach Anwendungsbereich ein elektromagnetisches oder permanentmagnetisches Feld
sein. Bei sehr hohem Druck oder/und hoher Temperatur, oder wenn
eine genauere und stufenlose Regelung des Pulsdruckes und der Pulsfrequenz erforderlich
ist, wäre statt des Permanentmagneten der technisch aufwendigere
Elektromagnet in gleicher Funktionsweise mit veränderbaren
Koeffizienten jedoch weit vielseitiger einsetzbar.
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Beim
teilweisen Abriss und Abdrängen des Pulsgebers (Durchflussstellung)
driftet dieser etwas seitlich von der Öffnung ab, so dass
er zwar immer noch weiterhin an der Öffnung haftet, aber
das Medium durch den nun freigegebenen Spalt entweichen kann. Danach
wird der Pulsgeber sofort wieder infolge des abrupt eintretenden
Druckabfalls des Mediums schnell durch die Magnetkraft des Elektro-
oder Permanentmagneten zurück zum Ausgangspunkt (Ruhestellung)
zurückgezogen. Hierdurch wird der Durchfluss des Mediums
an der Öffnung wieder sofort kurzfristig gesperrt, um gleich
wieder von dem sich neu aufbauenden Druck abgedrängt zu
werden, so dass sich dieser pulsierende Vorgang stetig wiederholt,
d. h. der Pulsgeber unentwegt zwischen Ruhestellung und Durchflussstellung
wechselt. Dabei ist der Pulseffekt, die Pulsfrequenz und -stärke
vom Zusammenspiel der Koeffizienten, wie der Magnetfeldstärke,
der Größe und Form des jeweiligen Pulsgebers,
der Größe und Form der Öffnung, dem Druck
im Medium und der Temperatur abhängig. Insofern können
je nach Anwendungsbereich der Hohlkörper bzw. dessen Oberfläche
und des an ihr anliegenden Pulsgebers in Form und Größe
variieren. In einer besonders bevorzugten Ausführung weist
der Pulsgeber die Form einer Kugel auf; die Öffnung am
Hohlkörper ist in diesem Fall rund ausgestaltet.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der
erfindungsgemäßen Einrichtung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele
anhand der Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder
bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger
Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von
der Zusammenfassung in einzelnen Ansprüchen oder deren
Rückbeziehung.
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In
den Zeichnungen zeigen
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1 die
erfindungsgemäße Einrichtung in einer besonders
bevorzugten Ausführungsform mit einem an dem Hohlkörper 5 angeordneten
und in die Öffnung 3 ragenden kugelförmigen
Pulsgeber 4 in perspektivischer Ansicht;
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2 die
Einrichtung wie in 1, wobei alle Bauteile (Anschlussstück 6;
Hohlkörper 5, Endstück 7) zusammengefügt
bzw. zusammengeschraubt sind;
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3 die
Einrichtung in einer weiteren Ausführung, wobei an der Öffnung 3 eine
den Pulsgeber 4 haltende und das Fluid durchlässige
Begrenzung 8 vorgesehen ist;
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4 die
Einrichtung zur Veranschaulichung ohne Pulsgeber 4 und
Begrenzung 9;
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5 die
erfindungsgemäße Einrichtung in einer zweidimensionalen
Draufsicht und im Schnitt.
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Ausführung der Erfindung
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1 zeigt
die erfindungsgemäße Einrichtung in einer besonders
bevorzugten Ausführungsform mit einem an dem Hohlkörper 5 angeordneten und
teilweise in die Öffnung 3 ragenden kugelförmigen
Pulsgeber 4 in perspektivischer Ansicht.
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Wie
aus 1 ersichtlich, besteht die dargestellte Einrichtung
vorzugsweise aus vier Bauteilen 4, 5, 6, 7,
nämlich (in ihrer in 1 angeordneten
Reihenfolge) einem Anschlussstück 6 für
eine Fluidzufluss-Leitung, einem zylindrischen und vorzugsweise magnetischen
Hohlkörper 5 mit einer runden Öffnung 3,
wobei der Hohlkörper 5 so ausgeformt ist, dass
er nahezu formschlüssig in das Anschlussstück 6 eingeschoben
werden kann (vgl. hierzu auch 2). Ferner
sind ein kugelförmiger ferromagenetischer Pulsgeber 4 und
ein auf das Anschlussstück 6 aufschraubbares Endstück 7 (z.
B. Strahlregler) mit einer Austrittsöffnung 8 für
ein gasförmiges oder flüssiges Medium vorgesehen.
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Zur
optimalen Funktion der Einrichtung ist eine genaue Justierung im
Zusammenspiel der einzelnen Werte wie Magnetkraft, Größe
und Form des Pulsgebers, Temperatur der Umgebung und des Mediums
erforderlich. Bei Einsatz eines Permanentmagneten am Hohlkörper 5 – wie
in der bevorzugt dargestellten Ausführung – stellt
die Verwendung eines Neodym-Magneten wegen der hohen Magnetfeldstärke
eine besonders bevorzugte Ausführung dar. Da dieser jedoch
spröde und brüchig ist und durch den häufigen
Rückstoss des Pulsgebers 4 während der
Anwendung beschädigt werden könnte, wodurch ferner
die Korrosion stark beschleunigt und so die Funktion beeinträchtigt
werden würde, sollte dieser mit einer harten (vorzugsweise
galvanisch aufgetragenen) Spezialschicht versehen sein.
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Außerdem
kann die Beschädigung des Magneten am Hohlkörper 5 durch
den Rückstoss des Pulsgebers 4 nahezu dadurch
ausgeschlossen werden, dass eine rostfreie, beschichtete und magnetisierbare
Metallscheibe mit Bohrung auf die Vorderfläche des Hohlkörpers 5 kongruent
passend angeordnet wird, um den Rückstoss des Pulsgebers 4 abzufangen.
Der dadurch entstehende Magnetkraftverlust auf den Pulsgeber 4 könnte
durch einen entsprechend stärkeren Magneten am Hohlkörper 5 ausgeglichen
werden.
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Zudem
könnte zusätzlich eine Schicht eines flexiblen
Materials wie Gummi, Silikon, Plastik o. ä. sowohl zur
Dämpfung und Abfederung des Rückstoßes
des Pulsgebers 4 wie auch zum Abdichten des Mediums beim
Druckaufbau in der Ruhestellung am Rand der Öffnung 3 vorgesehen
sein. Da außerdem die Magnetkraft bei steigender Temperatur
sinkt, ist es vorgesehen, bei Bedarf einen temperaturstabileren
Spezialmagneten zu verwenden, der dann in Größe
und Magnetkraft der jeweiligen Aufgabe angepasst ist.
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Darüber
hinaus ist auch die Verwendung der Technik des sog. Passivierens
sehr geeignet, um die Erwärmung des Ringmagneten und so
die Verringerung der Magnetkraft zu minimieren.
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Wie
aus 3 ersichtlich, kann der Pulsgeber 4 mittels
einer an der Öffnung 3 vorgesehenen und das Medium
durchlässigen Begrenzung 9 derart umgeben sein,
dass mittels der Begrenzung 9 ein zu weites seitliches
Abdriften oder gar ein totaler Abriss des Pulsgebers 4 verhindert
wird, um zu gewährleisten, dass der Pulsgeber 4 immer
wieder in seine Ausgangsposition zurückkehren kann.
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Auch
kann durch eine veränderbare Begrenzung 9 die
Bewegungsfreiheit des Pulsgebers 4 und somit die Pulsfrequenz
reguliert werden, da der Pulsgeber 4 bei Einengung der
Bewegungsfreiheit und daher weniger Raum zum Abdriften schneller
in die Ruhestellung gezogen und somit die Frequenz erhöht
wird, und bei vergrößerten Bewegungsraum der Puls geber
weiter abdriften kann, und damit langsamer und später in
die Ruhestellung zurückkehrt, und so die Pulsfrequenz erniedrigt
wird.
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Bei
diversen Versuchen mit der erfindungsgemäßen Einrichtung
hat sich gezeigt, dass der Pulseffekt verbessert wird, wenn der
Bausatz gefedert gelagert wird, d. h. dem Rückstoss Raum
gegeben wird.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Einrichtung
ist diese so ausgestaltet, dass sich die Feldstärke des/der
Magneten im Bereich des Hohlkörpers 5 dem steigendem
bzw. sinkenden Wasserdruck automatisch anpasst bzw. angepasst ist.
Um dies zu erreichen, kann im Bereich des Hohlkörpers 5 ein
zusätzlicher Ringmagnet vorgesehen sein, dessen Innendurchmesser
minimal größer ist als der Außendurchmesser
des zylindrischen Hohlkörpers 3, an dem der Pulsgeber 4 haftet. Dieser
zusätzliche Ringmagnet ist federbeaufschlagt und derart
angeordnet, dass er innerhalb der wasserzuführenden Leitung
(Fluideinlass 1) bei steigendem Wasserdruck entlang der
Außenwandung des Hohlkörpers 5 in Richtung
des Pulsgebers 4 gedrückt wird. Dadurch wird die
auf den in diesem Fall ferromagnetischen Pulsgeber 4 wirkende
Magnetkraft verstärkt, so dass die Kraft, mit der der Pulsgeber 4 in
die Position der stärksten Anziehungskraft gezogen wird,
dem jeweiligen Wasserdruck automatisch angepasst ist.
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Darüber
hinaus ist auch eine Justierung außerhalb des Fluideinlasses 1 denkbar.
So ist in einer weiteren Ausführung am Außenrand
des zusätzlichen Ringmagneten ein Gewinde vorgesehen, das mittels
eines am Innenrand des Anschlussstückes 6 bzw.
Fluideinlasses 1 angeordneten Gegengewindes durch Drehen
(Schrauben) per Hand einstellbar ist.
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Die
erfindungsgemäße Einrichtung beschränkt
sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen
bevorzugten Ausführungsformen. Vielmehr sind eine Vielzahl
von Ausgestaltungsvariationen denk bar, welche von der dargestellten
Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteter Ausführung
Gebrauch machen.
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- 1
- Fluideinlass
- 2
- Fluidauslass
- 3
- Öffnung
- 4
- Pulsgeber
- 5
- Hohlkörper
- 6
- Anschlussstück
- 7
- Endstück
- 8
- Austrittsöffnung
- 9
- Begrenzung
- 10
- Außengewinde
an 6
- 11
- Spalt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 2002/001372 [0002, 0003]