DE102016208344A1

DE102016208344A1 - Fluidisches Bauteil

Info

Publication number: DE102016208344A1
Application number: DE102016208344.9A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Bobusch; Oliver Krüger; Jens Wintering
Original assignee: Technische Universitaet Berlin
Current assignee: FDX Fluid Dynamix GmbH
Priority date: 2016-05-13
Filing date: 2016-05-13
Publication date: 2017-11-16
Also published as: WO2017194525A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein fluidisches Bauteil (1) mit einer Vorderwand (12) und einer Rückwand (13), die sich im Wesentlichen parallel zu einer Haupterstreckungsebene des fluidischen Bauteils (1) erstrecken. Zwischen der Vorderwand (12) und der Rückwand (13) ist eine Strömungskammer (10) angeordnet, die von einem Fluidstrom (2) 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. Die Strömungsrichtung des Fluidstroms (2) ist im Wesentlichen parallel zu der Haupterstreckungsebene. Das fluidische Bauteil (1) zeichnet sich dadurch aus, dass die Vorderwand (12) und/oder die Rückwand (13) im Bereich der Auslassöffnung (102) einen gekrümmten Abschnitt (121, 131) aufweist/aufweisen, der ausgebildet ist, die Strömungsrichtung des Fluidstroms im Bereich der Auslassöffnung (102) umzulenken.

Description

Die Erfindung betrifft ein fluidisches Bauteil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Reinigungsgerät, das ein fluidisches Bauteil umfasst. Das fluidische Bauteil ist zur Erzeugung eines sich bewegenden Fluidstrahls vorgesehen.
Aus dem Stand der Technik sind zur Erzeugung eines Fluidstrahls mit hoher Geschwindigkeit beziehungsweise hohem Impuls Düsen bekannt, die ausgebildet sind, den Fluidstrahl mit einem Druck zu beaufschlagen, der höher ist als der Umgebungsdruck. Mittels der Düse wird das Fluid beschleunigt und / oder gerichtet beziehungsweise gebündelt. Um eine Bewegung eines Fluidstrahls zu erzeugen, wird die Düse in der Regel mittels einer Vorrichtung bewegt. Zur Erzeugung eines beweglichen Fluidstrahls ist somit neben der Düse eine zusätzliche Vorrichtung erforderlich. Diese zusätzliche Vorrichtung umfasst bewegliche Komponenten, die einfach verschleißen können. Die mit der Herstellung und Wartung verbundenen Kosten sind entsprechend hoch. Nachteilig ist ferner, dass aufgrund der beweglichen Komponenten insgesamt ein relativ großer Bauraum erforderlich 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 eingangs erwähnten Düsen nicht die aus den beweglichen Komponenten resultierenden Nachteile auf. Fluidische Bauteile können einen zeitlich und/oder räumlich pulsierenden Fluidstrahl erzeugen, mittels welchem die Reinigungsleistung des Reinigungsgeräts erhöht werden kann, in dem das fluidische Bauteil eingesetzt wird.
Jedoch müssen bei der Konzeption eines fluidischen Bauteils Größenverhältnisse und Mindestgrößen seiner Komponenten beachtet werden, um die Funktionsweise des fluidischen Bauteils nicht zu beeinträchtigen. Unter Berücksichtigung jener Größenverhältnisse und Mindestgrößen erreichen fluidische Bauteile ein Bauvolumen, das so groß ist, dass durch Einsatz eines fluidischen Bauteils in ein Reinigungsgerät beispielsweise das in dem Reinigungsgerät vorhandene Nutzvolumen erheblich eingeschränkt werden kann. Aus diesem Grund werden fluidische Bauteile trotz ihrer vorteilhaften Fluidstrahlcharakteristik in Fluidverteilungsgeräten, wie beispielsweise Dampfkonvektomaten oder Reinigungsgeräten (z. B. Spülmaschinen, Geschirrspülern oder Waschmaschinen) praktisch nicht eingesetzt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein fluidisches Bauteil zu schaffen, das ein möglichst platzsparend in ein Fluidverteilungsgerät eingebaut werden kann.
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 fluidische Bauteil eine Vorderwand und eine Rückwand, die sich im Wesentlichen parallel zu einer Haupterstreckungsebene des fluidischen Bauteils erstrecken, und eine Strömungskammer, die zwischen der Vorderwand und der Rückwand angeordnet ist. Die Vorder- und die Rückwand bilden dabei Begrenzungswände der Strömungskammer. Als Begrenzungswand kann ferner mindestens eine Seitenwand vorgesehen sein, die die Vorder- und die Rückwand miteinander verbindet. Die Strömungskammer ist von einem Fluidstrom durchströmbar. Zu diesem Zweck weist die Strömungskammer eine Einlassöffnung auf, durch die der Fluidstrom in die Strömungskammer eintritt, und eine Auslassöffnung, durch die der Fluidstrom aus der Strömungskammer austritt. Dabei ist die Strömungsrichtung des Fluidstroms im Wesentlichen parallel zu der Haupterstreckungsebene. Der Fluidstrom kann ein Flüssigkeitsstrom, ein Gasstrom oder ein Mehrphasenstrom (zum Beispiel übersättigter Dampf) sein. Insbesondere kann das Fluid Wasser oder eine wässrige Lösung sein.
Das fluidische Bauteil zeichnet sich dadurch aus, dass die Vorderwand und/oder die Rückwand im Bereich der Auslassöffnung einen gekrümmten Abschnitt aufweist/aufweisen, der ausgebildet ist, die Strömungsrichtung des Fluidstroms im Bereich der Auslassöffnung umzulenken. Insbesondere kann der Fluidstrom so umgelenkt werden, dass er nicht mehr parallel zu der Haupterstreckungsebene des fluidischen Bauteils gerichtet ist.
Durch den gekrümmten Abschnitt kann das fluidische Bauteil derart in ein Fluidverteilungsgerät eingebaut werden, dass es mit seiner Vorderwand oder seiner Rückwand an einer das Nutzvolumen des Geräts begrenzenden Wand anliegt (beziehungsweise parallel zu dieser Wand ausgerichtet ist), wobei der Fluidstrom derart aus der Strömungskammer austritt, dass er nicht entlang der Wand des Reinigungsgeräts (und der Haupterstreckungsebene des fluidischen Bauteils) gerichtet ist, sondern in einem Winkel zu der Wand des Geräts (und der Haupterstreckungsebene des fluidischen Bauteils) aus der Auslassöffnung austritt, der im Wesentlichen von der konkreten Ausgestaltung des gekrümmten Abschnitts abhängt. Damit ragt das fluidische Bauteil möglichst wenig in das Nutzvolumen des Geräts und schränkt dieses weniger ein, ohne dass die Funktionsweise des fluidischen Bauteils durch Veränderung der relevanten Mindestgrößen und Größenverhältnisse beeinträchtigt wird.
Gemäß einer Ausführungsform ist das fluidische Bauteil im Wesentlichen in Form eines Quaders ausgebildet, an den sich der gekrümmte Abschnitt anschließt. Das fluidische Bauteil weist eine Bauteillänge, eine Bauteilbreite und eine Bauteiltiefe auf. Die Bauteilbreite und Bauteiltiefe sind dabei senkrecht zueinander und zu der Bauteillänge definiert. Die Vorder- und die Rückwand bestimmen dabei jeweils die Bauteillänge und die Bauteilbreite. Die Bauteillänge erstreckt sich im Wesentlichen parallel zur Hauptausbreitungsrichtung des Fluidstroms, der sich bestimmungsgemäß von der Einlassöffnung zur Auslassöffnung bewegt. Sofern die Vorder- und die Rückwand jeweils einen gekrümmten Abschnitt aufweisen, ist die Bauteillänge der Abstand zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung, wobei die Auslassöffnung an den freien Enden der gekrümmten Abschnitte definiert ist. Sofern nur eine der beiden Wände einen gekrümmten Abschnitt aufweist, ist die Bauteillänge der Abstand zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung, wobei die Auslassöffnung unmittelbar (in Strömungsrichtung des Fluidstroms betrachtet) vor dem gekrümmten Abschnitt der einen Wand definiert ist. Die Bauteiltiefe ist der Abstand zwischen der Vorderwand und der Rückwand. Vorzugsweise ist die Bauteiltiefe kleiner als die Bauteilbreite. Bei der Bauteilbreite ist zwischen der internen Bauteilbreite und der externen Bauteilbreite zu unterscheiden. Während unter der internen Bauteilbreite die Breite Strömungskammer zu verstehen ist, ist mit der externen Bauteilbreite die externe Breite des fluidischen Bauteils gemeint.
Bei einem im Wesentlichen quaderförmigen fluidischen Bauteil kann das Verhältnis von Bauteillänge zu interner Bauteilbreite 1/3 bis 5/1 betragen. Das Verhältnis liegt bevorzugt im Bereich von 1/1 bis 4/1. Die interne Bauteilbreite kann in einem Bereich von 0,15 mm bis 2,5 m liegen. Bei einer bevorzugten Ausführungsvariante liegt die interne 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.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das fluidische Bauteil eine Bauteiltiefe auf, die über die gesamte Bauteillänge konstant ist. Alternativ kann die Bauteiltiefe (stetig (mit oder ohne konstantem/n Anstieg) oder sprunghaft) von der Einlassöffnung hin zur Auslassöffnung abnehmen. Durch die abnehmende Bauteiltiefe wird der Fluidstrahl innerhalb des fluidischen Bauteils vorgebündelt, so dass ein kompakter Fluidstrahl aus dem fluidischen Bauteil austritt. Ein Aufweiten beziehungsweise Aufplatzen des Fluidstrahls kann somit verzögert werden und erfolgt damit nicht unmittelbar an der Auslassöffnung, sondern erst weiter stromabwärts. Diese Maßnahme ist beispielsweise in der Reinigungstechnik vorteilhaft. Gemäß einer weiteren Alternative kann die Bauteiltiefe von der Einlassöffnung hin zur Auslassöffnung zunehmen. Im Gegensatz zu einer Pralldüse, bei der ein Fluidstrom auf eine Oberfläche prallt und dort aufreißt, bleibt bei dem fluidischen Bauteil ein kompakterer sich bewegender Strahlimpuls erhalten.
Je nach Anwendung können verschiedene Parameter, wie beispielsweise die Größe (zum Beispiel das Volumen und/oder die Bauteiltiefe, interne Bauteilbreite, Bauteillänge) des fluidischen Bauteils, die Form des fluidischen Bauteils, die Art des Fluids (Gas, Flüssigkeit mit niedriger Viskosität, Flüssigkeit mit hoher Viskosität), die Größe des Drucks, mit dem der Fluidstrom beaufschlagt in das fluidische Bauteil eintritt, die Eingangsgeschwindigkeit des Fluids und der Volumendurchfluss variiert werden. Die Oszillationsfrequenz kann zwischen 0,5 Hz und 30 kHz liegen. Ein bevorzugter Frequenzbereich liegt zwischen 3 Hz und 400 Hz. Der Eingangsdruck kann zwischen 0,01 bar und 6000 bar über dem Umgebungsdruck liegen. Für einige Anwendungen (sogenannte) Niederdruckanwendungen, wie beispielsweise für Waschmaschinen oder Geschirrspüler, liegt der Eingangsdruck typischerweise zwischen 0,01 bar und 12 bar über dem Umgebungsdruck.
Gemäß einer Ausführungsform weisen die Vorderwand und die Rückwand jeweils ein auslassseitiges Ende auf, wobei der gekrümmte Abschnitt im Bereich des auslassseitigen Endes der Vorderwand beziehungsweise der Rückwand ausgebildet ist. Dabei kann sich der gekrümmte Abschnitt über die gesamte Breite der Vorderwand (externe Bauteilbreite) beziehungsweise der Rückwand am auslassseitigen Ende erstrecken. Die Ausdehnung des gekrümmten Abschnitts über die gesamte Breite ist vorteilhaft, sofern der Fluidstrom in einer Oszillationsebene oszillierend aus der Auslassöffnung austritt, die parallel zu der Bauteilbreite ist. Somit kann der oszillierende Fluidstrom zu jedem Zeitpunkt der Oszillation durch den gekrümmten Abschnitt umgelenkt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Auslassöffnung zwischen der Vorderwand und der Rückwand (beispielsweise als eine Unterbrechung der mindestens einen Seitenwand) angeordnet. Dabei erstreckt sich die Auslassöffnung von der Vorderwand bis zur Rückwand. Ferner kann auch die Einlassöffnung zwischen der Vorderwand und der Rückwand (beispielsweise als eine weitere Unterbrechung der mindestens einen Seitenwand) angeordnet sein und sich von der Vorderwand bis zur Rückwand erstrecken. Gemäß einer Ausführungsform weist/weisen die Einlassöffnung und/oder die Auslassöffnung einen rechteckigen Querschnitt auf. Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind sie Auslassöffnung und die Einlassöffnung auf zwei sich gegenüberliegenden Seiten des fluidischen Bauteils angeordnet.
Gemäß einer Ausführungsform ist der gekrümmte Abschnitt nicht parallel zu der Haupterstreckungsebene des fluidischen Bauteils (und zu der Oszillationsebene des Fluidstroms). Der gekrümmte Abschnitt ragt also aus jener Ebene heraus. Insbesondere kann der gekrümmte Abschnitt eine Krümmung in mindestens einer Ebene (und parallel zu dieser Ebene) aufweisen, die in einem Winkel von 90° zu der Haupterstreckungsebene des fluidischen Bauteils ausgerichtet ist. So kann der gekrümmte Abschnitt über seine gesamte Breite beispielsweise eine Krümmung mit gleicher Form und Ausrichtung aufweisen. Sofern der gekrümmte Abschnitt eine Krümmung in mehreren Ebenen aufweist, so können diese jeweils in einem Winkel von 90° zu der Haupterstreckungsebene des fluidischen Bauteils und in einem Winkel (von 0° bis 180°) zueinander ausgerichtet sein. Sofern der gekrümmte Abschnitt eine Krümmung in mehreren Ebenen aufweist, so können diese auch in unterschiedlichen Winkeln zu der Haupterstreckungsebene des fluidischen Bauteils ausgerichtet sein. Dabei können die einzelnen Ebenen, in denen der gekrümmte Abschnitt liegt, einen Winkel von 0° bis 180° mit der Haupterstreckungsebene einschließen. So kann der gekrümmte Abschnitt beispielsweise eine Muschelform (Halbschalenform) aufweisen.
Die Krümmung kann insbesondere stetig sein. Dabei kann der Betrag der Krümmung konstant (Kreisbogen) oder variabel sein. Bei einem konstanten Krümmungsbetrag des gekrümmten Abschnitts kann der Krümmungsradius im Verhältnis zu der Bauteiltiefe 0,75 bis 50, vorzugsweise 1 bis 8 betragen. Die einzelnen Tangenten in jedem Punkt der Krümmung können einen Winkel von 0° bis 170°, insbesondere von 0° bis 90°, mit der Haupterstreckungsebene des fluidischen Bauteils einschließen. Dieser Winkel entspricht dem Umlenkwinkel. Vorzugsweise liegt der Umlenkwinkel in einem Bereich zwischen 0° und 170°, insbesondere zwischen 10° und 90°, besonders bevorzugt zwischen 20° und 80°. Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung soll unter dem Begriff Krümmung auch eine lineare Abweichung des gekrümmten Abschnitts von der Vorderwand beziehungsweise der Rückwand zu verstehen sein. Diese lineare Abweichung kann einen Winkel von 20° bis 80° mit der Haupterstreckungsebene des fluidischen Bauteils einschließen.
Gemäß einer Ausführungsform kann der gekrümmte Abschnitt ein freies Ende mit einer Kante aufweisen. Das freie Ende des gekrümmten Abschnitts ist jenes Ende, das in Längsrichtung des fluidischen Bauteils betrachtet, den Abschluss des fluidischen Bauteils bildet. Die Kante kann dabei eckig oder abgerundet sein. Bei Verwendung einer eckigen Kante kann ein Aufweiten des austretenden Fluidstroms in eine Richtung senkrecht zu der Oszillationsebene verringert/vermieden werden. Um diese Wirkung weiter zu verstärken, kann in der Stirnseite der Kante eine Kavität vorgesehen sein. Die Stirnseite ist die Seite, die zwischen der der Strömungskammer zugewandten Seite und der der Strömungskammer abgewandten Seite senkrecht zu diesen beiden Seiten angeordnet ist. Eine Kavität ist eine Ausnehmung, die in dem gekrümmten Abschnitt ausgebildet ist. Demgegenüber kann der Fluidstrom durch Einsatz einer abgerundeten Kante in eine Richtung senkrecht zu der Oszillationsebene gezielt aufgeweitet werden. Dieser Effekt kann durch Einsatz eines Störelements an der Stirnseite der Kante verstärkt werden. Ein Störelement ist ein Vorsprung, der auf der Stirnseite ausgebildet ist. Sofern nur die Vorderwand (Rückwand) einen gekrümmten Abschnitt aufweist, kann auch die Rückwand (Vorderwand) – ohne gekrümmten Abschnitt – an ihrem auslassseitigen freien Ende eine Kante aufweisen, die zur Formgebung des austretenden Fluidstroms eckig oder abgerundet ist.
Sofern nur die Rückwand (Vorderwand) einen gekrümmten Abschnitt aufweist, kann der gekrümmte Abschnitt der Rückwand (Vorderwand) stromabwärts über die Vorderwand (Rückwand) hinausragen. Dabei kann die Krümmung des gekrümmten Abschnitts der Rückwand (Vorderwand) auf die Vorderwand (Rückwand) zu gerichtet sein.
Alternativ können sowohl die Vorderwand als auch die Rückwand jeweils einen gekrümmten Abschnitt aufweisen. Die gekrümmten Abschnitte können dabei in die gleiche Richtung zeigen und/oder in gleichem Maße gekrümmt sein. Ferner können die gekrümmten Abschnitte derart geformt sein, dass deren freie Enden im Wesentlichen in einer Ebene liegen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann sich stromabwärts an den gekrümmten Abschnitt ein linearer Abschnitt anschließen. Der lineare Abschnitt kann den austretenden Fluidstrom nach erfolgter Umlenkung in seiner umgelenkten Strömungsrichtung stabilisieren. Alternativ oder zusätzlich kann ein linearer Abschnitt auch stromaufwärts des gekrümmten Abschnitts vorgesehen sein. Der stromaufwärts angeordnete lineare Abschnitt kann die Position des durch den gekrümmten Abschnitt umgelenkten Fluidstroms beeinflussen und den Fluidstrom senkrecht zu seiner Oszillationsebene aufweiten. Sofern stromabwärts des gekrümmten Abschnitts ein linearer Abschnitt vorgesehen ist, weist der gekrümmte Abschnitt kein freies Ende mehr auf. Jedoch kann in diesem Fall der lineare Abschnitt ein freies Ende mit einer Kante aufweisen. Das freie Ende des linearen Abschnitts kann – wie im Zusammenhang mit dem freien Ende des gekrümmten Abschnitts beschrieben – zur Formgebung des austretenden Fluidstroms eckig oder abgerundet sein.
Zur Stabilisierung kann außerdem/alternativ mindestens ein Leitelement vorgesehen sein, das auf der der Vorderwand (Rückwand) zugewandten Seite des gekrümmten Abschnitts der Rückwand (Vorderwand) angeordnet ist (das heißt auf der der Strömungskammer zugewandten Seite des gekrümmten Abschnitts angeordnet ist) und sich im Wesentlichen entlang der Strömungsrichtung erstreckt. Das mindestens eine Leitelement dient der räumlichen Stabilisierung des Fluidstroms während und nach der Umlenkung durch den gekrümmten Abschnitt.
Ferner kann in dem gekrümmten Abschnitt mindestens eine Öffnung vorgesehen sein, die eine Fluidverbindung durch den gekrümmten Abschnitt hindurch ermöglicht. Durch diese Öffnung kann Fluid insbesondere nach einem Abschalten des fluidischen Bauteils ablaufen. Somit kann verhindert werden, dass sich Fluid im fluidischen Bauteil sammelt und dort zu Ablagerungen, Schimmelbildung oder anderen unerwünschten Ansammlungen führt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Strömungskammer mindestens ein Mittel zur Ausbildung einer Oszillation des Fluidstroms im Bereich der Auslassöffnung. Stromaufwärts des gekrümmten Abschnitts oszilliert der Fluidstrom in einer Oszillationsebene. Dabei kann die Haupterstreckungsebene des fluidischen Bauteils als im Wesentlichen parallel zu dieser Oszillationsebene definiert sein. Durch den gekrümmten Abschnitt kann die Ausrichtung der Oszillationsebene zu der Haupterstreckungsebene des fluidischen Bauteils geändert werden.
Insbesondere kann die Strömungskammer einen Hauptstromkanal, der die Einlassöffnung und die Auslassöffnung miteinander verbindet, und mindestens einen Nebenstromkanal aufweisen. Der mindestens eine Nebenstromkanal kann das Mittel zur Ausbildung der Oszillation des Fluidstroms im Bereich der Auslassöffnung sein.
Der Nebenstromkanal ist von einem Teil des Fluidstroms, dem Nebenstrom, durchströmbar. Der Teil des Fluidstroms, der nicht in den Nebenstromkanal eintritt, sondern aus dem fluidischen Bauteil austritt, wird als Hauptstrom bezeichnet. Der mindestens eine Nebenstromkanal kann einen Eingang, der sich in der Nähe der Auslassöffnung befindet, und einen Ausgang aufweisen, der sich in der Nähe der Einlassöffnung befindet. Der mindestens eine Nebenstromkanal kann in Fluidstromrichtung (von der Einlassöffnung zur Auslassöffnung) betrachtet neben (nicht hinter oder vor) dem Hauptstromkanal angeordnet sein. Insbesondere können zwei Nebenstromkanäle vorgesehen sein, die sich (in Hauptstromrichtung betrachtet) seitlich neben dem Hauptstromkanal erstrecken, wobei der Hauptstromkanal zwischen den beiden Nebenstromkanälen angeordnet ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Nebenstromkanäle und der Hauptstromkanal in einer Reihe entlang der Bauteilbreite angeordnet und erstrecken sich jeweils entlang der Bauteillänge. Alternativ können die Nebenstromkanäle und der Hauptstromkanal in einer Reihe entlang der Bauteiltiefe angeordnet sein und sich jeweils entlang der Bauteillänge erstrecken.
Vorzugsweise wird der mindestens eine Nebenstromkanal durch einen Block von dem Hauptstromkanal getrennt. Dieser Block kann unterschiedliche Formen aufweisen. So kann sich der Querschnitt des Blocks in Fluidstromrichtung (von der Einlassöffnung zur Auslassöffnung) betrachtet verjüngen. Alternativ kann sich der Querschnitt des Blocks mittig zwischen seinem der Einlassöffnung zugewandten Ende und seinem der Auslassöffnung zugewandten Ende verjüngen oder zunehmen. Auch ist eine Vergrößerung des Querschnitts des Blocks mit zunehmendem Abstand von der Einlassöffnung möglich. Zudem kann der Block abgerundete Kanten aufweisen. Scharfe Kanten können an dem Block insbesondere in der Nähe der Einlassöffnung und / oder der Auslassöffnung vorgesehen sein.
Eine weitere Möglichkeit, die Oszillationsfrequenz des austretenden Fluidstrahls zu beeinflussen, kann durch mindestens einen Separator geschaffen werden, der vorzugsweise am Eingang des mindestens einen Nebenstromkanals vorgesehen ist. Der Separator unterstützt die Abspaltung des Nebenstroms von dem Fluidstrom. Dabei ist unter einem Separator ein (quer zu der in dem Nebenstromkanal vorherrschenden Strömungsrichtung) am Eingang des mindestens einen Nebenstromkanals in die Strömungskammer hineinragendes Element zu verstehen. Der Separator kann als eine Verformung (insbesondere eine Einbuchtung) der Nebenstromkanalwand oder als ein anderweitig ausgebildeter Vorsprung vorgesehen sein. So kann der Separator (kreis)kegelförmig oder pyramidal ausgebildet sein. Die Verwendung eines solchen Separators ermöglicht neben der Beeinflussung der Oszillationsfrequenz, auch den sogenannten Oszillationswinkel und den Druckabfall des Fluidstroms an der Auslassöffnung zu variieren. Der Oszillationswinkel ist der Winkel, den der oszillierende Fluidstrahl (zwischen seinen beiden maximalen Auslenkungen) überstreicht. Sind mehrere Nebenstromkanäle vorgesehen, so kann für jeden der Nebenstromkanäle oder nur für einen Teil der Nebenstromkanäle ein Separator vorgesehen sein.
Die Parameter des fluidischen Bauteils (Form, Größe, Anzahl und Form der Nebenstromkanäle, (relative) Größe der Ein- und Auslassöffnung) sind vielfältig einstellbar. Beispielsweise werden diese Parameter so gewählt, dass der Druck, mit dem der Fluidstrom beaufschlagt über die Einlassöffnung in das fluidische Bauteil eintritt, im Wesentlichen an der Auslassöffnung abgebaut wird. Ein im Vergleich zu dem an der Auslassöffnung erfolgenden geringer Druckabbau kann dabei bereits in dem fluidischen Bauteil (stromaufwärts der Auslassöffnung) erfolgen. Diese Ausführungsform ist beispielsweise vorteilhaft, wenn das Fluid eine Flüssigkeit (Wasser) ist. Wenn das Fluid Wasserdampf ist, können die genannten Parameter so gewählt, dass der Druck, mit dem der Fluidstrom beaufschlagt über die Einlassöffnung in das fluidische Bauteil eintritt, bereits vor (stromaufwärts) der Auslassöffnung abgebaut wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das fluidische Bauteil zwei oder mehr Auslassöffnungen auf. Diese Auslassöffnungen können durch Anordnung eines Strömungsteilers unmittelbar stromaufwärts der Auslassöffnungen gebildet werden. Der Strömungsteiler ist ein Mittel zum Aufspalten des Fluidstroms in zwei oder mehrere Subströme. Ein fluidisches Bauteil mit zwei oder mehreren Auslassöffnungen ist geeignet, um zwei oder mehr Fluidstrahlen zu erzeugen, die zeitlich pulsierend aus dem fluidischen Bauteil austreten. Innerhalb eines Pulses kann dabei eine (minimale) örtliche Oszillation auftreten.
Der Strömungsteiler kann unterschiedliche Formen aufweisen, denen jedoch allen gemein ist, dass sie sich entlang der Bauteilbreite des fluidischen Bauteils stromabwärts verbreitern. Der Strömungsteiler kann sich in das fluidische Bauteil, beispielsweise bis in den Hauptstromkanal, hinein erstrecken. Dabei kann der Strömungsteiler derart symmetrisch (bezüglich zu einer Achse, die sich parallel zu der Bauteillänge erstreckt) angeordnet sein, dass die Auslassöffnungen identisch in Form und Größe sind. Jedoch sind auch andere Positionen möglich, die in Abhängigkeit von der gewünschten Pulscharakteristik der austretenden Fluidstrahlen gewählt werden können.
Der oszillierende Fluidstrahl, der aus dem fluidischen Bauteil austritt, weist aufgrund seiner Kompaktheit und hohen Geschwindigkeit eine hohe Abtragungs- und Reinigungsleistung auf, wenn er auf eine Oberfläche gerichtet wird. Daher kann das fluidische Bauteil beispielsweise in der Reinigungstechnik, insbesondere in Waschmaschinen und Geschirrspülern, angewandt werden.
Die Erfindung betrifft ferner ein Fluidverteilungsgeräte, insbesondere ein Reinigungsgerät, die das erfindungsgemäße fluidische Bauteil umfassen. Das Reinigungsgerät kann insbesondere ein Spülgerät wie z.B. ein Geschirrspüler, ein industrielles Teilereinigungsgerät oder eine Waschmaschine sein.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert werden.
Es zeigen:
1 einen Querschnitt durch ein fluidisches Bauteil gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 eine Schnittdarstellung des fluidischen Bauteils aus 1 entlang der Linie A‘-A‘‘;
3 eine Schnittdarstellung des fluidischen Bauteils aus 1 entlang der Linie B‘-B‘‘;
4 drei Momentaufnahmen (Abbildungen a) bis c)) eines Oszillationszyklus eines Fluidstroms zur Veranschaulichung der Strömungsrichtung des Fluidstroms, der das fluidische Bauteil aus 1 durchströmt;
5 einen Querschnitt durch ein fluidisches Bauteil gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
6 eine Schnittdarstellung des fluidischen Bauteils aus 5 entlang der Linie A‘-A‘‘;
7a)–f) Schnittdarstellungen eines fluidischen Bauteils gemäß weiteren Ausführungsformen der Erfindung, wobei die Ansichten jeweils jener aus 2 entsprechen;
8a)–d) gekrümmte Abschnitte in Schnittdarstellung gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
9 eine Schnittdarstellung eines fluidischen Bauteils gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, wobei die Ansicht jener aus 2 entspricht;
10a)–e) Draufsicht auf die Stirnseite von gekrümmten Abschnitten gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
11a)–b) Schnittdarstellungen eines fluidischen Bauteils gemäß weiteren Ausführungsformen der Erfindung, wobei die Ansichten jener aus 3 entsprechen;
12 ein fluidisches Bauteil gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, das an einer Wand eines Reinigungsgeräts befestigt ist;
13 einen Querschnitt durch ein fluidisches Bauteil mit zwei Auslassöffnungen gemäß einer Ausführungsform; und
14 einen Querschnitt durch ein fluidisches Bauteil mit zwei Auslassöffnungen gemäß einer weiteren Ausführungsform.
In 1 ist schematisch ein fluidisches Bauteil 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die 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 (4). Die Strömungskammer 10 wird auch als Wechselwirkungskammer bezeichnet.
Die Strömungskammer 10 umfasst eine Einlassöffnung 101, über die der Fluidstrom 2 in die Strömungskammer 10 eintritt, und eine Auslassöffnung 102, über die der Fluidstrom 2 aus der Strömungskammer 10 austritt. Die Einlassöffnung 101 und die Auslassöffnung 102 sind auf zwei sich gegenüberliegenden Seiten des fluidischen Bauteils 1 zwischen einer Vorderwand 12 und einer Rückwand 13 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 eine Symmetrieachse des fluidischen Bauteils 1. Die Längsachse A liegt in zwei senkrecht zueinander stehenden Symmetrieebenen S1 und S2. Während das fluidische Bauteil 1 gegenüber der Symmetrieebene S1 nur abschnittsweise spiegelsymmetrisch ist, ist das fluidische Bauteil 1 gegenüber der Symmetrieebene S2 vollständig spiegelsymmetrisch. Alternativ kann das fluidische Bauteil 1 nicht (spiegel)symmetrisch aufgebaut sein. Die Symmetrieebene S1 ist (parallel zu der) die Haupterstreckungsebene des fluidischen Bauteils 1.
Der Abstand zwischen der Einlassöffnung 101 und der Auslassöffnung 102 (die Bauteillänge l) kann ein Verhältnis zu der internen Bauteilbreite b_i von 1/3 bis 4/1, vorzugsweise von 1/1 bis 4/1 haben. Die interne Bauteilbreite b_i kann in dem Bereich zwischen 0,15 mm und 2,5 m liegen. Bei einer bevorzugten Ausführungsvariante liegt die interne Bauteilbreite b_i zwischen 1,5 mm und 300 mm. Die Breite b_EX der Auslassöffnung 102 beträgt 1/3 bis 1/50 der internen Bauteilbreite b_i, vorzugsweise 1/5 bis 1/15. 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 1/20 der internen Bauteilbreite b_i, vorzugsweise 1/5 bis 1/10.
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 identisch geformt und symmetrisch bezüglich der Symmetrieachse S2 angeordnet (3). Gemäß einer nicht dargestellten Alternative sind die Nebenstromkanäle nicht symmetrisch angeordnet.
Der Hauptstromkanal 103 verbindet im Wesentlichen in der in 1 dargestellten Ausführungsform geradlinig die Einlassöffnung 101 und die Auslassöffnung 102 miteinander, so dass der Fluidstrom 2 im Hauptstromkanal 103 im Wesentlichen entlang der Längsachse A des fluidischen Bauteils 1 strömt. Alternativ kann der Hauptstromkanal 103 sichelförmig Einlassöffnung 101 und die Auslassöffnung 102 miteinander verbinden. 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 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 2, der die Strömungskammer 10 durchströmt. 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 2, die Nebenströme 23a, 23b (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 (4). Die Nebenströme 23a, 23b 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 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 Oszillationsebene, in der der Hauptstrom 24 oszilliert, entspricht der Symmetrieebene S1 beziehungsweise ist parallel zu der Symmetrieebene S1. Die Oszillationsebene ist parallel zu der Haupterstreckungsebene des fluidischen Bauteils 1. 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) stetig zu, wobei die Form des Hauptstromkanals 103 spiegelsymmetrisch zu den Symmetrieebenen S1 und S2 ist.
Der Hauptstromkanal 103 ist von jedem Nebenstromkanal 104a, 104b durch einen Block 11a, 11b getrennt. Die zwei Blöcke 11a, 11b sind in der Ausführungsform aus 1 identisch in Form und Größe und symmetrisch bezüglich der Spiegelebene S2 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 Spiegelebene S2. Die Form der Blöcke 11a, 11b, die in 1 dargestellt ist, ist nur beispielhaft und kann variiert werden. Die Blöcke 11a, 11b aus 1 weisen abgerundete Kanten auf.
Am Eingang 104a1, 104b1 der Nebenstromkanäle 104a, 104b, sind zudem Separatoren 105a, 105b in Form von Einbuchtungen vorgesehen. 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 der Ausführungsform der 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) sowie der Frequenz, 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. Gemäß einer weiteren Alternative können keine Separatoren vorgesehen sein.
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. Die Verjüngung wird von einem Auslasskanal 107 gebildet, der sich zwischen den Separatoren 105a, 105b und der Auslassöffnung 102 erstreckt. 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. Gemäß einer Variante verjüngt sich der Auslasskanal 107 zunächst und erweitert sich dann stromabwärts wieder. Durch diese geometrische Form steht zusätzlich ein Mittel zur Einstellung des Oszillationswinkels des Fluidstroms zur Verfügung. 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 (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. Die Form des trichterförmigen Ansatzes 106 und des Auslasskanals 107 sind in 1 nur beispielhaft gezeigt. Hier nimmt deren Breite stromabwärts jeweils linear ab. Andere Formen der Verjüngung sind möglich.
Die Einlassöffnung 101 und die Auslassöffnung 102 weisen jeweils eine rechteckige Querschnittsfläche auf. Alternativ kann die Querschnittsfläche auch andere Formen aufweisen.
Stromabwärts der Auslassöffnung 102 weist die Rückwand 13 einen gekrümmten Abschnitt 131 auf. Der gekrümmte Abschnitt 131 wird von einer rechteckigen Grundform gebildet, die um eine Achse, die sich im Wesentlichen entlang der internen bzw. externen Bauteilbreite b_i, b_e erstreckt, in Richtung auf die Vorderwand 12 gewickelt ist. Der gekrümmte Abschnitt 131 ist ausgebildet, den Fluidstrom aus der ursprünglichen Oszillationsebene (parallel zu der Symmetrieebene S1) um einen Winkel α umzulenken. Der Umlenkwinkel α kann in einem Bereich von 0° bis 170°, insbesondere zwischen 10° und 90°, besonders bevorzugt zwischen 20° bis 80° liegen. In der Ausführungsform aus 1 beträgt der Umlenkwinkel α circa 65°. Dabei ist der Umlenkwinkel α über die gesamte Breite des gekrümmten Abschnitts 131 konstant. Alternativ kann der Umlenkwinkel α über die Breite des gekrümmten Abschnitts 131 variabel sein. Der gekrümmte Abschnitt 131 erstreckt sich über die gesamte externe Bauteilbreite b_e oder über die interne Bauteilbreite b_i. Alternativ kann sich der gekrümmte Abschnitt 131 über einen kleineren Bereich, zumindest aber über die Breite b_EX der Auslassöffnung 102 erstrecken. Gemäß einer weiteren Alternative weist der gekrümmte Abschnitt 131 keine rechteckige, sondern eine trapezförmige, dreieckige, halbkreisförmige oder anderweitige ebene Grundform auf.
Der gekrümmte Abschnitt 131 weist eine Krümmung mit einem konstanten Krümmungsmaß auf. Dementsprechend ist der gekrümmte Abschnitt 131 entlang eines Kreisbogens mit dem Radius r gekrümmt (2). Das Verhältnis von Radius r zur Bauteiltiefe t liegt zwischen 3/4 und 50/1, vorzugsweise 1/1 und 8/1. Alternativ kann das Krümmungsmaß variabel sein, so dass der gekrümmte Abschnitt 131 als Freiformfläche ausgebildet ist.
In der Ausführungsform der 1 bis 3 schließt sich der gekrümmte Abschnitt nicht unmittelbar an die Auslassöffnung 102 an, sondern ist von dieser durch einen linearen Abschnitt 132 beabstandet. Der lineare Abschnitt 132 stromaufwärts des gekrümmten Abschnitts 131 kann dazu dienen, die Position des Fluidstroms nach der Umlenkung zu beeinflussen und den Fluidstrahl senkrecht zu seiner Oszillationsebene aufzuweiten. Gemäß einer Alternative schließt sich der gekrümmte Abschnitt 131 unmittelbar an die Auslassöffnung 102 an.
In 4 sind drei Momentaufnahmen eines Fluidstroms 2 zur Veranschaulichung der Strömungsrichtung (Stromlinien) des Fluidstroms 2 in dem fluidischen Bauteil 1 aus 1 während eines Oszillationszyklus dargestellt (Abbildungen a) bis c)). 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. 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.
Zunächst wird der Fluidstrom 2 mit einem vorgegebenen Eingangsdruck über die Einlassöffnung 101 in das fluidische Bauteil 1 geleitet. Der Fluidstrom 2 erfährt im Bereich der Einlassöffnung 101 kaum einen Druckverlust, da er ungestört in den Hauptstromkanal 103 strömen kann. Der Fluidstrom 2 strömt zunächst entlang der Längsachse A in Richtung auf die Auslassöffnung 102.
Durch Einbringen einer einmaligen zufälligen oder gezielten Störung wird der Fluidstrom 2 seitlich in Richtung der dem Hauptstromkanal 103 zugewandten Seitenwand des einen Blockes 11a ausgelenkt, so dass die Richtung des Fluidstroms 2 zunehmend von der Längsachse A abweicht bis der Fluidstrom maximal ausgelenkt ist. Durch den sogenannten Coandă-Effekt legt sich der größte Teil des Fluidstroms 2, der sogenannte Hauptstrom 24, dabei an die Seitenwand des einen Blockes 11a an und strömt dann entlang dieser Seitenwand. Im Bereich zwischen dem Hauptstrom 24 und dem anderen Block 11b bildet sich ein Rezirkulationsgebiet 25b aus. Dabei wächst das Rezirkulationsgebiet 25b je mehr sich der Hauptstrom 24 an die Seitenwand des einen Blockes 11a anlegt. Der Hauptstrom 24, tritt unter einem sich zeitlich ändernden Winkel bezüglich der Längsachse A aus der Auslassöffnung 102 aus. In 4a) liegt der Hauptstrom 24 an der Seitenwand des einen Blockes 11a 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 4a) dargestellten Situation ist (aufgrund der Auslenkung des Fluidstroms 2 in Richtung des Blockes 11a) der Teil des Fluidstroms 2, der in den Nebenstromkanal 104b fließt, der an den Block 11b 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 11a grenzt, an dessen Seitenwand sich der Hauptstrom 103 anlegt. In 4a) 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 11a 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 11a 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, so dass sich der Hauptstrom 24 ungefähr mittig zwischen den beiden Blöcken 11a, 11b bewegt und ohne Auslenkung aus der Auslassöffnung 102 austritt. 4b) zeigt nicht exakt diese Situation, sondern eine Situation kurz zuvor.
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 11a weggedrängt bis er an der Seitenwand des gegenüberliegenden Blockes 11b aufgrund des Coandă-Effekts anliegt (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 4a) 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 11b 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.
Die 5 und 6 zeigen eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen fluidischen Bauteils. Das fluidische Bauteil 1 aus den 5 und 6 unterscheidet sich von jenem der 1 bis 3 insbesondere durch den gekrümmten Abschnitt 131. Dabei entspricht 5 der Perspektive aus 1 und 6 der Perspektive aus 2 (Schnittdarstellung entlang der Linie A‘-A‘‘). Da das fluidische Bauteil 1 aus 5 stromaufwärts der Auslassöffnung 102 dem fluidischen Bauteil 1 aus 1 entspricht, entspricht die Schnittdarstellung des fluidischen Bauteils aus 5 entlang der Linie B‘-B‘‘ jener aus 3 und ist nicht gesondert abgebildet.
In der Ausführungsform der 5 und 6 ist der gekrümmte Abschnitt 131 halbschalenförmig ausgebildet. Hier weist der gekrümmte Abschnitt 131 eine Krümmung in mehreren Ebenen auf, die in unterschiedlichen Winkeln (in einem Bereich von 0° bis 180°) zueinander und in einem festen Winkel zu der Haupterstreckungsebene (beispielsweise 90°) ausgerichtet sind. Alternativ können die Ebenen in unterschiedlichen Winkeln (in einem Bereich von 0° bis 180°) zueinander und zu der Haupterstreckungsebene ausgerichtet sein. Die Grundform des halbschalenförmig gekrümmten Abschnitts 131 ist ein Kreissegment, also eine Teilfläche einer Kreisfläche, die von einem Kreisbogen und einer Kreissehne begrenzt wird. Der halbschalenförmig gekrümmte Abschnitt 131 weist eine Krümmung mit unterschiedlichen Krümmungsradien r auf, deren Größe im Verhältnis zu der Bauteiltiefe t 1/2 bis 50/1 beträgt. Gemäß einer Alternative kann der Krümmungsradius r (in dem genannten Größenbereich) über den gesamten gekrümmten Abschnitt 131 konstant sein.
Der gekrümmte Abschnitt 131 erstreckt sich über die gesamte externe Bauteilbreite b_e. Alternativ kann sich der gekrümmte Abschnitt 131 nur über einen Teil der externen Bauteilbreite b_e (zum Beispiel über die interne Bauteilbreite b_i), zumindest aber über die Breite b_EX der Auslassöffnung 102 erstrecken. Gemäß einer weiteren Alternative kann sich der gekrümmte Abschnitt 131 über die externe Bauteilbreite b_e hinaus erstrecken. Abschnittsweise (entlang der Bauteilbreite b_i, b_e betrachtet) ist stromaufwärts des gekrümmten Abschnitts 131 ein linearer Abschnitt 132 angeordnet, wie in 6 erkennbar.
Auf der der Vorderwand 12 zugewandten Seite des gekrümmten Abschnitts 131 ist eine Vielzahl von Leitelementen 14 (hier konkret fünf Leitelemente 14) angeordnet. Die Leitelemente 14 sind jeweils als länglicher Vorsprung ausgebildet. Die Leitelemente 14 sind dabei im Wesentlichen entlang der Fluidstromrichtung ausgerichtet. Da der gekrümmte Abschnitt 131 halbschalenförmig ist, erstrecken sich die einzelnen Leitelemente 14 jedoch nicht parallel zueinander sondern verlaufen strahlenartig mit stromabwärts zunehmendem Abstand zwischen zwei benachbarten Leitelementen 14. Gemäß einer Alternative weist der gekrümmte Abschnitt 131 keine Leitelemente auf. Die Leitelemente 14 sind konkret zwar nur im Zusammenhang mit der Ausführungsform der 5 und 6 beschrieben, können jedoch auch bei den übrigen Ausführungsformen vorgesehen sein. So können beispielsweise bei der Ausführungsform aus 1 mehrere Leitelemente über die gesamte Breite des gekrümmten Abschnitts verteilt und im Wesentlichen parallel zueinander (entlang der Achse A) angeordnet sein. Alternativ können sie strahlenartig wie in 5 angeordnet sein, entsprechend der durch die Oszillationsbewegung variablen Ausrichtung des Fluidstroms.
In 7 sind weitere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen fluidischen Bauteils dargestellt, wobei die Schnittdarstellungen jeweils jener aus 2 entsprechen.
Die Ausführungsform aus Teilbild 7a) unterscheidet sich von der Ausführungsform aus 2 insbesondere darin, dass sich stromabwärts an den gekrümmten Abschnitt 131 ein linearer Abschnitt 132 anschließt. Der stromabwärts angeordnete lineare Abschnitt 132 kann eine räumliche Stabilisierung des durch den gekrümmten Abschnitt 131 umgelenkten Fluidstroms bewirken.
Die Ausführungsform aus Teilbild 7b) unterscheidet sich von der Ausführungsform aus Teilbild 7a) insbesondere darin, dass neben der Rückwand 13 auch die Vorderwand 12 einen gekrümmten Abschnitt 121 aufweist. Dabei sind beide gekrümmten Abschnitte 121, 131 in die gleiche Richtung gerichtet. An die gekrümmten Abschnitte 121, 131 der Vorderwand 12 und der Rückwand 13 schließt sich stromabwärts jeweils ein linearer Abschnitt 122, 132 an. Die Längen der beiden linearen Abschnitte 122, 132 sind dabei derart gewählt, dass die freien Enden der linearen Abschnitte 132 in einer Ebene angeordnet sind. Die Auslassöffnung 102 ist in diesem Ausführungsbeispiel an den freien Enden der linearen Abschnitte 122, 132 definiert. Die gekrümmten Abschnitte 121, 131 und die linearen Abschnitte 122, 132 sind dabei derart zueinander angeordnet, dass die Bauteiltiefe t stromabwärts abnimmt mit t₁ > t₂ > t₃. Durch die Verjüngung des fluidischen Bauteils 1 an seinem auslassseitigen Ende wird der austretende Fluidstrom gebündelt.
Alternativ kann die Bauteiltiefe t über die gesamte Bauteillänge l (von der Einlassöffnung 101 bis zur Auslassöffnung 102) konstant bleiben (Teilbild 7c)). Die Ausführungsform aus Teilbild 7c) entspricht – mit Ausnahme der Entwicklung der Bauteiltiefe t – prinzipiell der Ausführungsform aus Teilbild 7b). Einen weiteren Unterschied stellen die Längen der linearen Abschnitte 122, 132 und die Größe des Umlenkwinkels α dar. In der Ausführungsform aus Teilbild 7c) sind die linearen Abschnitte 122, 132 kürzer und der Umlenkwinkel α ist kleiner als in der Ausführungsform aus Teilbild 7b).
Die Ausführungsform aus Teilbild 7d) unterscheidet sich von der Ausführungsform aus 2 insbesondere darin, dass neben der Rückwand 13 auch die Vorderwand 12 einen gekrümmten Abschnitt 121 aufweist. Dabei sind beide gekrümmten Abschnitte 121, 131 in die gleiche Richtung gerichtet. An die gekrümmten Abschnitte 121, 131 der Vorderwand 12 und der Rückwand 13 schließen sich keine linearen Abschnitte an. Die Längen der gekrümmten Abschnitte 121, 131 sind dabei derart gewählt, dass deren freie Enden 1211, 1311 in einer Ebene angeordnet sind, die im Wesentlichen senkrecht zu der Haupterstreckungsebene des fluidischen Bauteils 1 (und der Bauteillänge l) ist. Die Auslassöffnung 102 ist in diesem Ausführungsbeispiel an den freien Enden 1211, 1311 der gekrümmten Abschnitte 121, 131 definiert.
Die Ausführungsformen aus den Teilbildern 7e) und 7f) entsprechen im Wesentlichen der Ausführungsform aus Teilbild 7d). Sie unterscheiden sich von der letztgenannten insbesondere darin, dass die Vorderwand 12 und die Rückwand 13 zusätzlich im Bereich der Einlassöffnung 101 jeweils einen gekrümmten Abschnitt 121, 131 aufweisen. Die gekrümmten Abschnitte 121, 131 der Vorderwand 12 und der Rückwand 13 im Bereich der Einlassöffnung 101 sind jeweils in die gleiche Richtung gerichtet. In Teilbild 7e) sind die gekrümmten Abschnitte 121, 131 der Einlassöffnung 101 zudem in die gleiche Richtung gerichtet wie die gekrümmten Abschnitte 121, 131 der Auslassöffnung 102, während in Teilbild 7f) die gekrümmten Abschnitte 121, 131 der Einlassöffnung 101 in die entgegengesetzte Richtung gerichtet sind. Durch die zusätzliche Krümmung im Bereich der Einlassöffnung 101 kann eine weitere Bauraumoptimierung des fluidischen Bauteils 1 erreicht werden.
In 8 sind verschiedene Ausführungsformen für die Gestaltung des freien Endes 1311 eines gekrümmten Abschnitts 131 der Rückwand 13 (Vorderwand) und des freien Endes 123 der Vorderwand 12 (Rückwand) im Bereich der Auslassöffnung 102 dargestellt. Sofern sich an einen gekrümmten Abschnitt 131 stromabwärts ein linearer Abschnitt anschließt, so sind die im Folgenden hinsichtlich der freien Enden 1311, 123 beschriebenen Merkmale auf das freie Ende des linearen Abschnitts übertragbar.
In Teilbild 8a) weist das freie Ende 123 der Vorderwand 12 eine eckige Kante auf, während das freie Ende des gekrümmten Abschnitts eine abgerundete Kante hat. Die eckige Ausgestaltung verringert die Aufweitung des Fluidstroms senkrecht zu seiner Oszillationsebene, während eine abgerundete Ausgestaltung die Aufweitung des Fluidstroms senkrecht zu seiner Oszillationsebene unterstützt. Die Ausführungsform aus Teilbild 8a) ist demnach geeignet, einen Fluidstrom zu erzeugen, der in eine Richtung (nämlich in Richtung der Rückwand 13) aufgeweitet ist. Je nach der konkreten Ausgestaltung der Kanten kann die Aufweitung feinjustiert werden. So sind insbesondere spitz zulaufende freie Enden 123, 1311 (wie in Teilbild 8b) dargestellt) geeignet, eine Aufweitung weitestgehend zu verhindern. In Teilbild 8c) ist das freie Ende 123 der Vorderwand 12 vorrangig abgerundet, weist jedoch auch eine eckige Komponente auf. Damit fällt das freie Ende 123 der Vorderwand 12 leicht eckiger aus als das freie Ende 1311 des gekrümmten Abschnitts 131 der Rückwand 13, so dass sich der Fluidstrom in Richtung der Rückwand 13 etwas stärker aufweitet als in Richtung der Vorderwand 12. Das freie Ende 1311 des gekrümmten Abschnitts 131 in Teilbild 8d) weist eine eckige Kante auf. Auf der der Vorderwand 12 zugewandten Seite des gekrümmten Abschnitts 131 ist eine Kavität 15 ausgebildet. Die Kavität 15 ist eine Vertiefung in der Oberfläche des gekrümmten Abschnitts 131. Die Kavität 15 kann den austretenden Fluidstrom stabilisieren und ein Aufweiten in Richtung des freien Endes 1311 vermeiden/verringern. Demgegenüber weist das freie Ende 123 der Vorderwand 12 in Teilbild 8d) eine Kante mit einem Störelement 16 auf. Das Störelement 16 ist ein Vorsprung, der auf der Stirnseite der Kante ausgebildet ist. Das Störelement 16 ist geeignet, den Fluidstrom in Richtung des freien Endes, in dem das Störelement 16 vorgesehen ist, aufzuweiten. Das Störelement 16 und die Kavität 15 können beliebig miteinander kombiniert werden, so dass an den freien Enden nur (ein) Störelement(e), nur (eine) Kavität(en) oder beide Mittel vorgesehen sein können.
Die in den Teilbildern 8a)–d) dargestellten Gestaltungen der freien Enden 123, 1311 sind je nach Bedarf frei kombinierbar. Ferner können die Formen der freien Enden 1311 der gekrümmten Abschnitte 131 auf die freien Enden 123 der Vorderwände 12 übertragen werden und vice versa.
9 zeigt eine Ausführungsform des fluidischen Bauteils 1, das im Wesentlichen der Ausführungsform aus 7b) entspricht, sich von letzterer jedoch durch eine Öffnung 17 unterscheidet, die in dem gekrümmten Abschnitt 131 der Rückwand 13 ausgebildet ist und die eine Fluidverbindung durch den gekrümmten Abschnitt 131 hindurch ermöglicht. Die Öffnung 17 ist parallel zur Haupterstreckungsebene des fluidischen Bauteils 1 und insbesondere parallel zu der Bauteillänge l ausgerichtet. Durch diese Öffnung 17 kann Fluid insbesondere nach einem Abschalten des fluidischen Bauteils ablaufen. Die Öffnung 17 kann prinzipiell auch mit anderen Ausführungsformen des fluidischen Bauteils kombiniert werden.
In 10 sind verschiedene Ausführungsformen der Stirnseite des freien Endes 1311 des gekrümmten Abschnitts 131 der Rückwand 13 dargestellt. Dabei soll die Form der Stirnseite jeweils die Form des gesamten gekrümmten Abschnitts 131 repräsentieren. Demnach weisen die gekrümmten Abschnitte 131 neben einer Krümmung, die in einer Ebene senkrecht zur Bauteilbreite b_i, b_e ausgebildet sind, auch Krümmungen in anderen Ebenen auf. Die hier dargestellten Ausführungsformen können ebenso auf einen gekrümmten Abschnitt 121 der Vorderwand 12 übertragen werden.
Die in den Teilbildern 10a) bis 10e) dargestellten gekrümmten Abschnitte 131 erstrecken sich jeweils über die gesamte externe Bauteilbreite b_e und sind Teil einer Rückwand 13. Die jeweils untere Kante soll dabei der Vorderwand 12 zugewandt sein. Die Kanten sind hier eckig ausgebildet, können jedoch abgerundet sein (vergleiche Ausführungen zu den 8a) bis 8d)).
In Teilbild 10a) ist die entlang der Bauteillänge l verlaufende linke Seite von der Vorderwand weg gerichtet, während die entlang der Bauteillänge l verlaufende rechte Seite auf die Vorderwand zu gerichtet ist, so dass die Form entlang der externen Bauteilbreite b_e betrachtet im Wesentlichen tildenförmig ist. In Teilbild 10b) sind die entlang der Bauteillänge l verlaufenden linken und rechten Seiten jeweils auf die Vorderwand zu gerichtet, so dass der gekrümmte Abschnitt von der Vorderwand betrachtet konkav gekrümmt ist. Diese Ausführungsform kann den Fluidstrom räumlich bündeln. In Teilbild 10c) sind die entlang der Bauteillänge l verlaufenden linken und rechten Seiten jeweils von der Vorderwand weg gerichtet, so dass der gekrümmte Abschnitt von der Vorderwand betrachtet konvex gekrümmt ist. Diese Ausführungsform kann den Fluidstrom entlang der Bauteilbreite aufweiten.
In den Ausführungsformen der Teilbilder 10a)–10c) ändert sich der Krümmungsradius (um Achsen, die im Wesentlichen entlang der Bauteillänge verlaufen) stetig, ohne Ausbildung von Sprüngen und Kanten. Die Ausführungsform aus Teilbild 10d) entspricht prinzipiell der Ausführungsform aus Teilbild 10b), während die Ausführungsform aus Teilbild 10e) prinzipiell der Ausführungsform aus Teilbild 10c) entspricht. Die Teilbilder 10d) und 10e) unterscheiden sich von den Teilbildern 10b) und 10c) dahin, dass sie einen Krümmungssprung aufweisen. Der Krümmungssprung ist eine sprunghafte Änderung des Krümmungsmaßes. Die Ausführungsformen der Teilbilder 10d) und 10e) weisen jeweils zwei Flächen auf, die in einem Winkel zueinander angeordnet sind und eine Kante ausbilden, die sich im Wesentlichen entlang der Bauteillänge l erstreckt. Die konkave beziehungsweise konvexe Form aus den Teilbildern 10d) und 10e) haben ebenfalls eine bündelnde beziehungsweise aufweitende Wirkung auf den austretenden Fluidstrom.
Die in 10 dargestellten Verformungen des gekrümmten Abschnitts 131 können zudem auf die Strömungskammer 10 und ihre Vorder- und Rückwand 12, 13 ausgedehnt werden. In 11a) ist eine Strömungskammer 10 (in einer Ansicht, die jener aus 3 entspricht) dargestellt, die in Anlehnung an die Form des gekrümmten Abschnitts 131 aus 10a) ausgebildet ist. Die Vorder- und Rückwand 12, 13 sind entlang der Bauteilbreite jeweils tildenförmig gekrümmt, wobei sie die gleiche Form und Ausrichtung aufweisen. In 11b) ist eine Strömungskammer 10 (in einer Ansicht, die jener aus 3 entspricht) dargestellt, die in Anlehnung an die Form des gekrümmten Abschnitts aus 10c) ausgebildet ist. Die Vorder- und Rückwand 12, 13 beschreiben entlang der Bauteilbreite jeweils eine Parabel, wobei sie die gleiche Form und Ausrichtung aufweisen. Der Hauptstromkanäle 103 und die Nebenstromkanäle 104a, 104b liegen in den 11a) und 11b) nicht exakt in einer Ebene. Ihre relative Ausrichtung ist vielmehr an die Tilden- beziehungsweise Parabelform der Vorder- und Rückwand 12, 13 angepasst. Alternativ können der Hauptstromkanal 103 und die Nebenstromkanäle 104a, 104b in einer Ebene angeordnet sein. Die Strömungskammern 10 aus den 11a) und 11b) sind nur beispielhaft. Darüber hinaus können die Strömungskammern auch in Anlehnung an die Form des gekrümmten Abschnitts 131 aus den 10b), d) und e) ausgebildet sein.
In 12 ist beispielhaft eine Möglichkeit der Befestigung eines erfindungsgemäßen fluidischen Bauteils 1 an der Wand 2 eines Reinigungsgeräts dargestellt. Dabei liegt das fluidische Bauteil 1 mit seiner Vorderwand 12 an der Wand 2 des Reinigungsgeräts an und ist an dieser (beispielsweise mittels Schrauben) befestigt. Insbesondere liegt das fluidische Bauteil an der dem Nutzvolumen 3 abgewandten Seite der Wand 2 an. In der Wand 2 ist eine Öffnung 21 ausgebildet, durch die der gekrümmte Abschnitt 131 der Rückwand 13 des fluidischen Bauteils 1 hindurch und in das Nutzvolumen 3 hinein ragt. Sofern der gekrümmte Abschnitt 131 kürzer als in der Ausführungsform aus 12 ausgebildet ist, kann das fluidische Bauteil 1 derart angeordnet werden, dass der durch den gekrümmten Abschnitt 131 umgelenkte Fluidstrom durch die Öffnung 21 hindurch und in das Nutzvolumen 3 hinein strömt.
Alternativ kann das fluidische Bauteil 1 auf der dem Nutzvolumen 3 zugewandten Seite der Wand 2 angeordnet sein. Dabei kann das fluidische Bauteil 1 mit seiner Rückwand 13 an der Wand 2 anliegen und an dieser befestigt sein. Der gekrümmte Abschnitt 131 ragt dann von der Wand 2 ab und in das Nutzvolumen 3 hinein.
Die 13 und 14 zeigen zwei weitere Ausführungsformen des fluidischen Bauteils 1. Diese beiden Ausführungsformen unterscheiden sich von jener aus 1 insbesondere dadurch, dass in dem Auslasskanal 107 ein Strömungsteiler 108 vorgesehen ist, an den Eingängen 104a1, 104b1 der Nebenstromkanäle 104a, 104b jedoch kein Separator. Auch ist die Form der Blöcke 11a, 11b unterschiedlich. Die grundsätzlichen geometrischen Eigenschaften dieser beiden Ausführungsformen stimmen jedoch mit denen des fluidischen Bauteils 1 aus 1 überein.
Der Strömungsteiler 108 hat jeweils die Form eines dreieckigen Keils. Der Keil hat eine Tiefe, die der Bauteiltiefe t im Bereich des Strömungsteilers 108 entspricht. (Die Bauteiltiefe t ist hier beispielhaft über das gesamte fluidische Bauteil 1 konstant.) Damit teilt der Strömungsteiler 108 den Auslasskanal 107 in zwei Subkanäle mit zwei Auslassöffnungen 102 und den Fluidstrom 2 in zwei Subströme, die aus dem fluidischen Bauteil 1 austreten. Durch den im Zusammenhang mit der 4 beschriebenen Oszillationsmechanismus treten die zwei Subströme gepulst aus den beiden Auslassöffnungen 102 aus und werden von dem gekrümmten Abschnitt 131 umgelenkt.
In der Ausführungsform aus 13 erstreckt sich der Strömungsteiler 108 im Wesentlichen in dem Auslasskanal 107, während er in der Ausführungsform aus 14 bis in den Hauptstromkanal 103 hineinragt. Die Form und Größe des Strömungsteilers 108 ist prinzipiell je nach der gewünschten Anwendung frei wählbar. Auch können mehrere Strömungsteiler (nebeneinander entlang der Bauteilbreite) vorgesehen sein, um den austretenden Fluidstrahl in mehr als zwei Subströme zu unterteilen.
Die 13 und 14 zeigen auch zwei weitere Ausführungsformen für die Blöcke 11a, 11b. Jedoch sind diese Formen nur beispielhaft und nicht ausschließlich im Zusammenhang mit dem Strömungsteiler 108 vorzusehen. Ebenso können die Blöcke 11a, 11b bei Verwendung eines Strömungsteilers 108 anders ausgebildet sein. Die Blöcke aus 13 weisen eine im Wesentlichen trapezförmige Grundform auf, die sich stromabwärts (in der Breite) verjüngt und von deren Enden jeweils ein dreieckiger Vorsprung in den Hauptstromkanal 103 hineinragt. Die Blöcke 11a, 11b aus 14 ähneln denen aus 1, weisen jedoch keine abgerundeten Ecken auf.
Die Formen der fluidischen Bauteile 1 der 1 bis 14 sind nur beispielhaft. Der erfindungsgemäße gekrümmte Abschnitt ist auch auf andere, bereits bekannte fluidische Bauteile, wie beispielsweise fluidische Bauteile nach S. Gopalan und G. Russell, die auf Basis von Strahlkollisionen arbeiten (z.B. bekannt aus WO 2008/076346 A2 ), Warrenbauteile (z.B. bekannt aus US 2005/0077399 A1 ), fluidische Bauteile nach Bauer (z.B. bekannt aus US 4244230 ) oder Hufeisenbauteile (z.B. bekannt aus US 4157161 ), anwendbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2008/076346 A2 [0098]
US 2005/0077399 A1 [0098]
US 4244230 [0098]
US 4157161 [0098]

Claims

Fluidisches Bauteil (1) mit einer Vorderwand (12) und einer Rückwand (13), die sich im Wesentlichen parallel zu einer Haupterstreckungsebene des fluidischen Bauteils (1) erstrecken und zwischen denen eine Strömungskammer (10) angeordnet ist, die von einem Fluidstrom (2) 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 und dessen Strömungsrichtung im Wesentlichen parallel zu der Haupterstreckungsebene ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderwand (12) und/oder die Rückwand (13) im Bereich der Auslassöffnung (102) einen gekrümmten Abschnitt (121, 131) aufweist/aufweisen, der ausgebildet ist, die Strömungsrichtung des Fluidstroms im Bereich der Auslassöffnung (102) umzulenken.
Fluidisches Bauteil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderwand (12) und die Rückwand (13) jeweils ein auslassseitiges Ende aufweisen und dass der gekrümmte Abschnitt (121, 131) im Bereich des auslassseitigen Endes der Vorderwand (12) beziehungsweise der Rückwand (13) ausgebildet ist.
Fluidisches Bauteil (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderwand (12) und die Rückwand (13) jeweils eine Breite aufweisen und dass sich der gekrümmte Abschnitt (121, 131) über die gesamte Breite der Vorderwand (12) beziehungsweise der Rückwand (13) am auslassseitigen Ende erstreckt.
Fluidisches Bauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnung (102) zwischen der Vorderwand (12) und der Rückwand (13) angeordnet ist und sich von der Vorderwand (12) bis zur Rückwand (13) erstreckt.
Fluidisches Bauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der gekrümmte Abschnitt (121, 131) nicht parallel zu der Haupterstreckungsebene des fluidischen Bauteils (1) ist.
Fluidisches Bauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der gekrümmte Abschnitt (121, 131) eine Krümmung in mindestens einer Ebene aufweist, die in einem Winkel von 90° zu der Haupterstreckungsebene ausgerichtet ist.
Fluidisches Bauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der gekrümmte Abschnitt (121, 131) ein freies Ende (1211, 1311) mit einer Kante aufweist, wobei die Kante eckig oder abgerundet ist.
Fluidisches Bauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der gekrümmte Abschnitt (131) der Rückwand (13) stromabwärts über die Vorderwand (12) hinausragt, sofern nur die Rückwand (13) einen gekrümmten Abschnitt (131) aufweist.
Fluidisches Bauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den gekrümmten Abschnitt (121, 131) stromabwärts und/oder stromaufwärts ein linearer Abschnitt (122, 132) anschließt.
Fluidisches Bauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der der Strömungskammer (10) zugewandten Seite des gekrümmten Abschnitts (121, 131) mindestens ein Leitelement (14) vorgesehen ist, das sich im Wesentlichen entlang der Strömungsrichtung erstreckt.
Fluidisches Bauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem gekrümmten Abschnitt (121, 131) mindestens eine Öffnung (17) vorgesehen ist.
Fluidisches Bauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskammer (10) mindestens ein Mittel (104a, 104b) zur Ausbildung einer Oszillation des Fluidstroms (2) im Bereich der Auslassöffnung (102) aufweist, wobei der Fluidstrom (2) stromaufwärts des gekrümmten Abschnitts (121, 131) in einer Oszillationsebene oszilliert, die im Wesentlichen parallel zu der Haupterstreckungsebene des fluidischen Bauteils (1) ist.
Fluidisches Bauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskammer (10) einen Hauptstromkanal (103), der die Einlassöffnung (101) und die Auslassöffnung (102) miteinander verbindet, und mindestens einen Nebenstromkanal (104a, 104b) als ein Mittel zur Ausbildung einer Oszillation des Fluidstroms (2) im Bereich der Auslassöffnung (102) aufweist.
Fluidverteilungsgerät mit mindestens einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Fluidstrahls, wobei das Fluidverteilungsgerät insbesondere eine Spülmaschine, ein Geschirrspüler, ein industrielles Teilereinigungsgerät, ein Dampfkonvektomat oder eine Waschmaschine ist, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Vorrichtung ein fluidisches Bauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche ist.