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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Eine derartige Vorrichtung ist aus
US 5 820 034 A bekannt. Bei der vorbekannten Vorrichtung zum Erzeugen eines oszillierenden Flüssigkeitsstrahls ist eine Zentralkammer vorhanden, die in einer Hauptströmungsrichtung einen Einlassabschnitt, einen Zusammenströmabschnitt, einen Aufweitabschnitt, einen auslassseitigen Engführabschnitt und einen Auslassabschnitt aufweist. Weiterhin sind zwei Rückstromkanäle vorhanden, die sich mit Rückstromabschnitten zwischen dem Zusammenströmabschnitt sowie dem Übergangsbereich von dem Aufweitabschnitt in den auslassseitigen Engführabschnitt erstrecken und mit Mündungsabschnitten in die Zentralkammer münden. Bei dieser vorbekannten Vorrichtung sind die Zentralkammer und die Rückstromabschnitte durch zwei Trennwände voneinander getrennt, die quer zu einer Hauptströmungsrichtung in einem Abstand voneinander angeordnet sind und die die Zentralkammer von den Rückstromabschnitten trennen, so dass die Rückstromabschnitte lateral beidseitig der Zentralkammer angeordnet sind. Die Rückstromabschnitte sind außenseitig durch die Wand eines Hüllrohres abgeschlossen.
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Eine weitere Vorrichtung zum Erzeugen eines oszillierenden Flüssigkeitsstrahls ist aus
US 4 463 904 A bekannt. Bei der vorbekannten Vorrichtung zum Erzeugen eines oszillierenden Flüssigkeitsstrahls ist eine Zentralkammer vorhanden, die in einer Hauptströmungsrichtung einen Einlassabschnitt, einen Zusammenströmabschnitt, einen Aufweitabschnitt, einen auslassseitigen Engführabschnitt und einen Auslassabschnitt aufweist. Weiterhin sind zwei Rückstromkanäle vorhanden, die sich mit Rückstromabschnitten zwischen dem Zusammenströmabschnitt sowie dem Übergangsbereich von dem Aufweitabschnitt in den auslassseitigen Engführabschnitt erstrecken und mit Mündungsabschnitten in die Zentralkammer münden. Bei dieser vorbekannten Vorrichtung sind die Zentralkammer und die Rückstromkanäle in einer gemeinsamen Ebene auf einer Seite eines Trägerkörpers ausgebildet.
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Aus
US 4 596 364 A und
US 4 231 519 A sind Vorrichtungen zum Erzeugen eines oszillierenden Flüssigkeitsstrahls bekannt, bei denen einlassseitige Stichkanäle der Zentralkammer über einen Querkanal miteinander verbunden sind, der sich aus der Ebene heraus erstreckt, in der die Zentralkammer angeordnet ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die bei einer kompakten Bauform und insbesondere geringen Abmessungen quer zur Hauptströmungsrichtung eine hohe Gestaltungsfreiheit insbesondere in den quer zur Hauptströmungsrichtung liegenden Abmessungen der Zentralkammer und der Rückstromabschnitte aufweist.
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Diese Aufgabe wird bei einer Erfindung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
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Dadurch, dass bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Rückstromabschnitte der Rückstromkanäle und die Zentralkammer dreidimensional in zwei verschiedenen, durch eine Trennwand getrennten Ebenen liegen, ergibt sich eine hohe Gestaltungsfreiheit sowohl in der Relativlage der Rückstromkanäle in Bezug auf die Zentralkammer als auch in der Dimensionierung der Rückstromkanäle insbesondere quer zur Hauptströmungsrichtung, da insbesondere die Rückstromkanäle, aber auch die Zentralkammer unabhängig von der Ausgestaltung der Zentralkammer beziehungsweise der Rückstromkanäle gestaltbar sind. Dadurch lässt sich insbesondere eine kompakte Bauform durch zweckmäßigerweise sogar in Projektion auf eine gemeinsame Ebene überlappender Überlagerung der Rückstromabschnitte mit der Zentralkammer erreichen.
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Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Figuren der Zeichnung.
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Es zeigen:
- 1 in einer geschnittenen perspektivischen Ansicht ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Zentralkammer und mit zwei Rückstromkanälen,
- 2 in einer Draufsicht das Ausführungsbeispiel gemäß 1 mit Blick auf die Zentralkammer,
- 3 in einer Draufsicht das Ausführungsbeispiel gemäß 1 mit Blick auf die Rückstromkanäle,
- 4 in einem Längsschnitt das Ausführungsbeispiel gemäß 1,
- 5 in einer Draufsicht ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Blick auf eine Zentralkammer und
- 6 in einer Draufsicht das Ausführungsbeispiel gemäß 5 mit Blick auf die Rückstromkanäle.
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1 zeigt in einer geschnittenen perspektivischen Ansicht ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, das zweckmäßigerweise einstückig als Kunststoffspritzteil in Gestalt eines sogenannten Fluidic-Chips 1 als Trägerteil ausgebildet ist. Der Fluidic-Chip 1 ist üblicherweise in einem in 1 nicht dargestellten abdichtenden Gehäuse zum Ausbilden einer Spritzdüse mit einem oszillierenden Flüssigkeitsstrahl zum Einsatz insbesondere im Kraftfahrzeugbereich angeordnet.
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Der Fluidic-Chip 1 ist mit einer Trennwand 2 ausgebildet, die eine auf einer Seite der Trennwand 2 in einer Ebene liegende Zentralkammer 3 von Rückstromabschnitten 4 von zwei Rückstromkanälen 5, 6 trennt, die auf der der Zentralkammer 3 abgewandten Seite der Trennwand 2 und bei diesem Ausführungsbeispiel in einer gemeinsamen Ebene liegen, die von der Ebene verschieden ist, in der die Trennwand 2 als Ebenenseparator liegt.
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Weiterhin lässt sich der Darstellung gemäß 1 deutlich entnehmen, dass die Rückstromkanäle 5, 6 endseitig der Rückstromabschnitte 4 angeordnete, die Trennwand 2 bereichsweise querende Mündungsabschnitte in Gestalt von Auslassmündungsabschnitten 7 und von Einlassmündungsabschnitten 8 aufweisen, die die Rückstromabschnitte 4 mit der Zentralkammer 3 verbinden. Die Auslassmündungsabschnitte 7 und die Einlassmündungsabschnitte 8 sind bei diesem Ausführungsbeispiel gerade ausgebildet und rechtwinklig zu der Trennwand 2 ausgerichtet.
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2 zeigt das Ausführungsbeispiel gemäß 1 in einer Draufsicht auf die Zentralkammer 3, wobei mit der Linie I-I die in der Darstellung gemäß 1 dem Betrachter zugewandte Schnittebene angedeutet ist. Aus 2 ist ersichtlich, dass sich die Zentralkammer 3 in einer Längsrichtung des Fluidic-Chips 1 erstreckt und an einem in der Darstellung gemäß 2 links liegenden Ende als einen Abschnitt einen Einlassabschnitt 9 aufweist, der sich in einer in der Darstellung gemäß 2 von links nach rechts weisenden Hauptströmungsrichtung 10 konisch verjüngt und über eine in 2 nicht dargestellte Zuführung mit einem Flüssigkeitsstrom beaufschlagbar ist. Stromab der Hauptströmungsrichtung 10 schließt sich an den Einlassabschnitt 9 als weiterer Abschnitt ein Zusammenströmabschnitt 11 an, der zwei miteinander fluchtende Querkanäle 12, 13 aufweist, die in der Ebene der Zentralkammer 3 liegen und sich rechtwinklig zu der Hauptströmungsrichtung 10 erstrecken. In die voneinander abgewandten Endbereiche der Querkanäle 12, 13 münden die in Bezug auf die Hauptströmungsrichtung 10 stromauf liegenden Auslassmündungsabschnitte 7.
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In Bezug auf die Hauptströmungsrichtung 10 stromab des Zusammenströmabschnittes 11 ist die Zentralkammer 3 nacheinander als weitere Abschnitte mit einem ersten Aufweitabschnitt 14, der sich in Hauptströmungsrichtung 10 von dem Zusammenströmabschnitt 11 weg konisch erweitert, mit einem sich an den ersten Aufweitabschnitt 14 anschließenden Parallelabschnitt 15 mit einem quer zur Hauptströmungsrichtung 10 in Hauptströmungsrichtung 10 gleichbleibender Weite und mit einem sich in Hauptströmungsrichtung 10 an den Parallelabschnitt 15 anschließenden zweiten Aufweitabschnitt 16 ausgebildet, der sich ausgehend von dem Parallelabschnitt 15 in Hauptströmungsrichtung 10 in seitlicher Richtung konisch erweitert. An den zweiten Aufweitabschnitt 16 schließt sich stromab der Hauptströmungsrichtung 10 ein Verengungsabschnitt 17 an, der den Querschnitt der Zentralkammer 3 ausgehend von dem zweiten Aufweitabschnitt 16 in Hauptströmungsrichtung 10 verengt und abgerundet ausgebildet ist.
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Im Übergangsbereich von dem zweiten Aufweitabschnitt 16 in den Verengungsabschnitt 17 sind die Einlassmündungsabschnitte 8 angeordnet, wobei in Bezug auf die Hauptströmungsrichtung 10 stromauf des Verengungsabschnittes 17 in die Zentralkammer 3 vorspringende, verhältnismäßig prägnant ausgebildete Stromteilerkanten 18 ausgebildet sind, um ein Einleiten von Flüssigkeit in die Einlassmündungsabschnitte 8 der Rückstromkanäle 5, 6 zu unterstützen.
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Stromab des Verengungsabschnittes 17 schließt sich in Hauptströmungsrichtung 10 nach dem Einlassabschnitt 9, dem Zusammenströmabschnitt 11, dem ersten Aufweitabschnitt 14, dem Parallelabschnitt 15, dem zweiten Aufweitabschnitt 16 und dem Verengungsabschnitt 17 als weiterer Abschnitt ein sich ausgehend von dem Verengungsabschnitt 17 seitlich konisch erweiternder Auslassabschnitt 19 an, aus dem in den Einlassabschnitt 9 eingespeiste Flüssigkeit aus der Zentralkammer 3 austritt.
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3 zeigt in einer Draufsicht den Fluidic-Chip 1 des Ausführungsbeispiels gemäß 1 mit Blick auf die Rückstromkanäle 5, 6. Der Darstellung gemäß 3 lässt sich entnehmen, dass sich die Rückstromkanäle 5, 6 ausgehend von den Einlassmündungsabschnitten 8 in Richtung der Auslassmündungsabschnitte 7 und damit entlang jeweils einer der Hauptströmungsrichtung 10 gegengerichteten Nebenströmungsrichtung 20 ausgehend von einem dem jeweiligen Einlassmündungsabschnitt 8 benachbarten Endbereich in Richtung eines Mittenbereiches seitlich erweitern und anschließend in Richtung eines dem Auslassmündungsabschnitt 7 benachbarten Endbereich wieder verengen. Diese Querschnittserweiterung der Rückstromabschnitte 4 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine abgerundete Ausbuchtung in Richtung der Mitte des Fluidic-Chips 1 erzielt, die bei Projektion der Rückstromabschnitte 4 und der Zentralkammer 3 in eine gemeinsame Ebene zu einer abschnittsweisen Überlappung der Zentralkammer 3 und der Rückstromabschnitte 4 in dieser gemeinsamen Ebene führen, die durch die erfindungsgemäße dreidimensionale Ausgestaltung der Zentralkammer 3 und der Rückstromkanäle 5, 6 bei einer sehr kompakten Bauweise ermöglicht ist.
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Weiterhin lässt sich in 3 eine kalottenförmige Verrastvertiefung 21 zum Verrasten mit dem nicht dargestellten Gehäuse erkennen. Weiterhin ist in 3 eine stromab der Einlassmündungsabschnitte 8 angeordnete Dichtlippe 22 erkennbar, mit der der Fluidic-Chip 1 in dem nicht dargestellten Gehäuse abdichtbar ist.
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4 zeigt in einem Längsschnitt entlang der Linie IV-IV von 2 das Ausführungsbeispiel gemäß 1. Der Darstellung gemäß 4 lässt sich entnehmen, dass die Trennwand 2 in Hauptströmungsrichtung 10 beginnend mit dem Zusammenströmabschnitt 11 in Richtung des Auslassabschnittes 19 den Querschnitt der Zentralkammer 3 in Querrichtung kontinuierlich erweiternd geneigt ist.
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Mit der anhand 1 bis 4 erläuterten Ausgestaltung ist somit in fluidmechanisch an sich bekannter Art und Weise durch Impulsrückkopplung über die Rückstromkanäle 5, 6 entgegen der Hauptströmungsrichtung 10 ein aus dem Auslassabschnitt 19 austretender oszillierender Flüssigkeitsstrahl erzeugbar, wobei erfindungsgemäß durch die in verschiedenen Ebenen liegenden Zentralkammer 3 und Rückstromkanäle 5, 6, die selbst wiederum in verschiedenen Ebenen liegen können, eine sehr große Freiheit bezüglich der Ausgestaltung der Zentralkammer 3 und der Rückstromkanäle 5, 6 geschaffen ist, da durch die Anordnung der Zentralkammer 3 und der Rückstromkanäle 5, 6 in verschiedenen Ebenen gegenseitige Beschränkungen in der geometrischen Gestaltung in der betreffenden Ebene ausgeschlossen sind.
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5 zeigt in einer Draufsicht entsprechend der Darstellung gemäß 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei sich bei dem anhand 1 bis 4 erläuterten Ausführungsbeispiel und bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 5 einander entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen und zum Vermeiden von Wiederholungen nachfolgend zum Teil nicht nochmals im Detail erläutert sind. Das Ausführungsbeispiel gemäß 5 unterscheidet sich von dem anhand 1 bis 4 erläuterten Ausführungsbeispiel neben den geometrischen Parametern des ersten Aufweitabschnittes 14 und des Parallelabschnittes 15 im Wesentlichen dadurch, dass zwischen dem Parallelabschnitt 15 und den Einlassmündungsabschnitten 8 ein Zwischenverengungsabschnitt 23 ausgebildet ist, der abgerundet in Richtung der Hauptströmungsrichtung 10 vorspringt und den Querschnitt der Zentralkammer 3 zwischen dem Parallelabschnitt 15 und den Einlassmündungsabschnitten 8 verengt.
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6 zeigt in einer Draufsicht entsprechend der Darstellung gemäß 3 das weitere Ausführungsbeispiel gemäß 5, wobei auch hier sich bei dem anhand 1 bis 4 erläuterten Ausführungsbeispiel und dem anhand 5 sowie 6 erläuterten weiteren Ausführungsbeispiel einander entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen und zum Vermeiden von Wiederholungen nachfolgend zum Teil nicht nochmals im Detail erläutert sind.
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Der Darstellung gemäß 6 lässt sich entnehmen, dass bei dem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß 5 und 6 die Rückstromkanäle 5, 6 zwischen den Auslassmündungsabschnitten 7 und den Einlassmündungsabschnitten 8 in den Rückstromabschnitten 4 in der jeweiligen Nebenströmungsrichtung 20 einen gleich bleibenden Querschnitt aufweisen. Wie bereits voranstehend erläutert sind derartige geometrische Gestaltungsfreiheiten erfindungsgemäß durch das Anordnen der Zentralkammer 3 und der Rückstromkanäle 5, 6 in verschiedenen Ebenen geschaffen.
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Es versteht sich, dass erfindungsgemäße Vorrichtungen durch für geringe Herstellungskosten zweckmäßiges Spritzgießen oder insbesondere bei geringen Stückzahlen durch additive Herstellungsverfahren, auch „additive manufacturing“ genannt, wie sogenanntes 3D-Drucken herstellbar sind.
