DE112018005051T5

DE112018005051T5 - Mit einem spalt versehene abtastdüsenanordnung und verfahren

Info

Publication number: DE112018005051T5
Application number: DE112018005051.3T
Authority: DE
Inventors: Timothy Currie; Sam Bernstein; Gregory Russell
Original assignee: DlhBowles Inc
Current assignee: DlhBowles Inc
Priority date: 2017-10-27
Filing date: 2018-10-29
Publication date: 2020-10-01
Also published as: WO2019084539A8; US20190060920A1; WO2019084539A1; US10974260B2

Abstract

Eine fluidische Abtastdüse weist eine Wechselwirkungskammer auf, die zwischen einem stromaufwärtigen Ende und einem stromabwärtigen Ende definiert ist und eine Kammerlängsachse aufweist. Das stromaufwärtige Ende weist eine Einlassöffnung zur Aufnahme und Zufuhr eines Druckfluids in die Wechselwirkungskammer entlang der Kammerachse auf. Das stromabwärtige Ende weist eine Auslass-Ausflussöffnung zur Abgabe eines allgemein konischen Auslasssprühstrahls aus Flüssigkeitströpfchen aus der Kammer in die Umgebung auf, und einen axialen Spalt, der zwischen dem stromaufwärtigen Ende und dem stromabwärtigen Ende positioniert ist. Es kann sein, dass die stromaufwärtigen und stromabwärtigen Enden Innenkavitäten mit einer Halbkugelform definieren. Es kann sein, dass der axiale Spalt ein zylindrisches Seitenwandsegment definiert, das zwischen einer oberen Innenkavität mit Halbkugelform und einer unteren Innenkavität mit Halbkugelform gebildet ist. Der axiale Spalt weist eine ausgewählte axiale Länge und einen Innendurchmesser auf und kann entweder ein stufenloser axialer Spalt oder ein gestufter axialer Spalt sein.

Description

OUERBEZUG AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität und Nutzen der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/578,079 mit dem Titel „Gapped scanner nozzle assembly and method“, eingereicht am 27. Oktober 2017, welche hiermit durch Bezugnahme vollumfänglich in den Inhalt dieser Anmeldung aufgenommen wird. Bei dieser Anmeldung handelt es sich - ebenfalls um eine teilweise Fortführung der US-Patentanmeldung Nr. 15/775,031 mit dem Titel „scanner nozzle array, showerhead assembly and method“, eingereicht am 10. Mai 2018, bei der es sich um eine Anmeldung gemäß 35 U.S.C. §371 (nationale Phase) der PCT/US2016/063608 mit dem Titel „scanner nozzle array, showerhead assembly und method“ handelt, die am 23. November 2016 eingereicht wurde und die Priorität und Nutzen der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/258,991 , eingereicht am 23. November 2015 beansprucht. Diese Anmeldung ist ebenfalls eine teilweise Fortführung der US-Patentanmeldung Nr. 16/094,221 mit dem Titel „Fluidic scanner nozzle and spray unit employing same“, eingereicht am 17. Oktober 2018, bei der es sich um eine Anmeldung gemäß 35 U.S.C. §371 (nationale Phase) der PCT/US2017/030813 mit dem Titel „Fluidic scanner nozzle and spray unit employing same“ handelt, die am 3. Mai 2017 eingereicht wurde und die Priorität und Nutzen der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/330,939 beansprucht, die am 3. Mai 2016 eingereicht wurde. Diese Anmeldung ist ebenfalls mit den U.S. Patenten 6,938,835 ; 6,948,244 ; 7,111,800 ; 7,677,480 und 8,205,812 derselben Anmelderin verwandt, welche vorherige Abtast-Fluidoszillatoren, mehrere Strömungselementumhausungen sowie Verfahren zur Integration einer fluidischen Geometrie (Austrittsgeometrie) in das Gehäuse einer fluidischen Vorrichtung offenbaren. Die gesamten Offenbarungsinhalte aller vorgenannten Schriften werden hiermit durch Bezugnahme vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung aufgenommen.
GEBIET DER OFFENBARUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen Verfahren und Vorrichtungen zur fluidischen Erzeugung von gewünschten Fluidsprühstrahlmustern, vorwiegend Flüssigkeitsmustern, die in Tröpfchenform versprüht werden, um einen Zielbereich zuverlässig zu befeuchten. In einem konkreteren Aspekt betrifft die Erfindung die Verbesserung von fluidischen Schwingungs-bzw. Oszillatordüsen, deren Verwendung in Sprühanordnungen (z.B. Duschköpfen), die eingerichtet sind, eine Vielzahl von vorgegebenen beabsichtigten, dreidimensionalen Schwingungs-bzw. Oszillationssprühstrahlen aus fluidischen Tröpfchen aus einer Vielzahl von fluidischen Abtastdüsen zu erzeugen, sowie Verfahren zur Herstellung derartiger Anordnungen.
HINTERGRUND
Standard-Duschköpfe vom Strahltyp bieten kein angenehmes Sprühstrahlmuster, keine einheitliche Tröpfchengröße, keine einheitliche Tröpfchengeschwindigkeit und keine einheitliche Temperatur bei sehr geringen Durchflussraten (z.B. 2 gpm oder weniger) zum Duschen. Ein beliebiger fluidischer Duschkopf kann Verbesserungen gegenüber dem Stand der Technik bereitstellen. Die meisten fluidischen Duschköpfe weisen sehr wenige Öffnungen auf und werden von Verbrauchern in Geschäften, in denen sie den Duschkopf vor dem Kauf nicht auf Sprühen hin testen können, deshalb als schlechter beurteilt.
Die 1A bis 1D veranschaulichen die vorherige Arbeit der Anmelderin in der verwandten Technik, wobei US-Patent Nr. 6,938,835 (Stouffer), das der Anmelderin der vorliegenden Erfindung erteilt wurde, eine dreidimensionale (3D) Abtastdüse betrifft, die im Flüssigkeit-zu-Luft-Modus arbeitet, und konkret eine 3D-Abtastdüse, bei der ein einzelner Strahl lange Wellenlängen besitzt, so dass weiterhin Spritzer des Fluids bzw. der Flüssigkeit für größere Abstände von der Düse bestehen, wodurch eine bessere Reinigung für harte Oberflächen durch Aufprall und Abrieb geboten wird. Vorherige Vollabdeckungssprühstrahlen wurden durch fluidische Oszillatoren erzielt, die Folien überstreichen (siehe z.B. Stouffer US-Patent Nr. 4,151,955 ), oder indem ein überstreichender Strahl die Zieloberfläche mechanisch überläuft (wie es im Falle von manchen Scheinwerfereinigungsvorrichtungen erfolgt). Viele Reinigungsstrahlen verteilen Energie durch Aufteilen des Strahls und vertrauen auf Stab-Durchlaufen, um eine weitere Verteilung bereitzustellen. Ein besseres Reinigen im Vergleich zu dem Reinigen mit verteiltem Strahl mit einer statischen (nicht überstreichenden) Düse an Scheinwerfereinigungsdüsen wurde von überstreichenden Strahlen gezeigt, die aus einer Lüfterdüse ausgegeben werden, die in Stouffer's US-Patent Nr. 4,508,267 dargestellt wird. Gemäß dem US-Patent Nr. 6,938,835 von Stouffer zu einer Abtastdüse ist ein einzelner konzentrierter Strahl, der über einer Fläche zeitlich gerastert wird, besser als statische Mehrstrahldüsen, die wie ein Lüfter überstreichen, weshalb das US-Patent Nr. 6,938,835 von Stouffer, um ein Sprühstrahlmuster mit voller Abdeckung zu erzielen, das ebenfalls sowohl hinsichtlich der Musterverteilung als der auch der Tröpfchengröße einheitlicher ist, auf eine Art von fluidischen Oszillator setzt, der eine zufällige bzw. zufalls-basierte Abtastung sowohl in radialer als auch tangentialer Richtung erzeugt.
Das Abtasteinrichtungs- US-Patent Nr. 6,938,835 von Stouffer beschreibt und veranschaulicht (z.B. in den 1A bis 1D) ein Sprühstrahldüsenelement 10 mit voller Abdeckungsfläche mit einer zylindrischen Oszillationskammer, die von einer stromaufwärtigen Endplatte und einer stromabseitigen Endplatte begrenzt wird. Ein Einlassdurchbruch in der stromaufwärtigen Endplatte ist an eine Quelle einer mit Druck beaufschlagten Flüssigkeit gekoppelt, die auf die Fläche gesprüht werden soll, und ein Auslassdurchbruch an dem stromabseitigen Ende gibt einen Strahl der mit Druck beaufschlagten Flüssigkeit in die Umgebung ab. Bei diesem Patent wird die zylindrische Wand der Oszillationskammer von einer Linie definiert, die eine axiale Linie umläuft, welche durch den Einlassdurchbruch und den Auslassdurchbruch verläuft. Die Oszillationskammer ist eingerichtet, ein grundlegendes oszillatorisches, ringförmiges Strömungsmuster zu unterstützen, dass innerhalb der Begrenzungen dieser Kammer eingeschlossen bleibt. Der ringförmige Körper dreht sich um seine Querschnittsachse und wird mit Energie von dem Strahl aus Flüssigkeit gespeist, der in die Oszillationskammer ausgegeben wird. Das ringförmige Strömungsmuster weist diametral gegenüberliegende Querschnitte auf, die in ihrer Größe alternieren, um zu bewirken, dass sich der Auslassstrahl auf radialen Pfaden und auch in tangentialen Richtungen bewegt und sich dadurch bei jeder Überstreichung auf einem anderen radialen Pfad bewegt, wodurch es zu einem zufälligen Überstreichen, oder Abtasten, des aus dem Auslassdurchbruch austretenden Strahls auf der Sprühfläche kommt.
Fluidische Oszillatoren können in eine Mehrfachstrahl-erzeugende Düsenanordnung montiert werden, wie jenen, die in den 2A und 2B und den 3A bis 3C dargestellt sind. Die 2A und 2B zeigen die vorherige Version der Anmelderin von Umhausungen für mehrere fluidische Oszillatoren. Die 2A und 2B zeigen perspektivische Ansichten der Vorderfläche 30 bzw. Rückfläche 24 einer handelsüblichen Version eines Duschkopfs 20, der aus einem Gehäuse gebildet ist, welches zwölf fluidische Oszillatoren 29 beherbergt. Es ist zu erkennen, dass die geometrische Anordnung der zwölf Passagen 32 und deren eingeführten Oszillatoren 29 des Gehäuses eine äußere achteckige Anordnung aus acht fluidischen Oszillator-enthaltenden Passagen beinhaltet, die an dem Mittelpunkt 28 der Vorderfläche 30 zentriert sind. Innerhalb dieser äußeren Anordnung befindet sich eine innere Anordnung von vier fluidischen Oszillator-enthaltenden Passagen 22, die ebenfalls an dem Mittelpunkt 28 der Vorderseite 30 der Umhausung zentriert sind.
Die 3A bis 3C veranschaulichen einen früheren Prototypen einer Mehrfachstrahl-erzeugenden Duschkopfanordnung 50. Der Abtastduschkopf 50 ist bevorzugt aus einem gegossenen Kunststoffmaterial gebildet und weist ein zweiteiliges Gehäuse 52 mit einer hinteren (oder oberen wie in 3A) Gehäusekomponente 54 und einer vorderen Plattengehäusekomponente 56 auf, die an einer Grenzfläche 58 zusammenlaufen, um ein geschlossenes Plenum bzw. Luftkammer zu bilden, das/die die fluidischen Oszillatorelemente umschließt. Die obere Gehäusekomponente 54 integriert einen Fluideinlass 60 zur Verbindung mit einer Quelle eines Fluids unter Druck, wie beispielsweise einer herkömmlichen Sprüheinrichtung, Duschzufuhrbefestigung oder Schlauch, mit denen sie über Außengewinde 62 verbunden ist. Der Durchmesser des Innenraums 64 des Einlasses ist nach unten abgestuft, wie bei einer ersten sich nach innen erstreckenden Schulter 66, einer zweiten Innenschulter 68, die an einer Innenwand 69 festgelegt ist, die von der Schulter 66 gebildet wird, und einer finalen sich nach innen erstreckenden Schulter 70, um einen Einlass 71 mit kleinem Durchmesser zu bilden, durch den Fluid, wie durch die Pfeile 72 angedeutet, in das Innenraumplenum 74 strömt, das zwischen den hinteren und vorderen Komponenten oder Abschnitten 54 und 56 des Gehäuses 52 definiert wird. Bei der dargestellten Ausführungsform besitzt die Innenschulter 68 die Form eines Rings, der an der Wand 69 festgelegt ist, zum Beispiel durch radiale Arme, die mit Bezugszeichen 78 versehen sind, wobei die Räume 79 zwischen den radialen Armen den Fluidfluss, der von den Pfeilen 80 angezeigt wird, in das Plenum leiten und mit der zentralen Öffnung 71 zusammenwirken, um Turbulenzen in der Fluidströmung in das Plenum 74 für eine gleichmäßige Verteilung der Strömung an die fluidischen Auslassoszillatoren zu verringern.
Der obere Gehäuseabschnitt 54 ist im Allgemeinen becherförmig und bildet einen Gehäuseabdeckungsabschnitt mit einer oberen Wand 90, die den sich in der Mitte befindenden Einlass 60 integriert, und einer umlaufenden sich nach unten erstreckenden (wie in 3A zu sehen) Seitenwand 92, die an ihrem Boden einem nach außen aufgeweiteten bzw. gebördelten umlaufenden Dichtungsflansch 94 hat, der eine flache Bodendichtungsfläche 96 integriert. Wie am Besten in 3B zu sehen ist, integriert die Gehäuseabdeckung 54 um die Seitenwand 92 eine Vielzahl von sich nach außen erstreckenden radialen Vorsprüngen 100, die um die Gehäuseseitenwand beabstandet sind. Jeder Vorsprung weist einen durchgehenden Durchbruch 102 auf, der mit einem entsprechenden Durchbruch 104 in dem Bodengehäuse 56 zur Aufnahme eines geeigneten Befestigungselements zur Montage des Duschkopfs 50 fluchtet. Es wird angemerkt, dass an dem Ort von jedem nach außen vorstehenden Vorsprung 100 die Wand 92 der oberen Gehäusekomponente 52 einen gekrümmten, sich nach innen erstreckenden Vorsprung oder eine Wölbung 110, wie am besten in 3C zu sehen ist, integriert, die/der dazu dient, eine ausreichende Dicke in der Seitenwand 92 bereitzustellen, um die Durchbrüche 102 aufzunehmen bzw. zuzulassen. Die mehreren Vorsprünge und deren entsprechende, nach innen gerichteten Vorsprünge erzeugen eine gekrümmte Umfangsinnenwandfläche 112, wie in den 3A und 3C zu sehen ist.
Die untere oder vordere Plattengehäusekomponente 56 des Gehäuses 52 weist eine im Allgemeinen planare Bodenwand bzw. untere Wand 120 mit einer hinteren (oder oberen, wenn in 3A betrachtet) Fläche 122, einer vorderen Fläche 124 und einer Umfangswand 126 auf. Wie am besten in 3B zu sehen ist, weist die Gehäusekomponente 56 mehrere entlang des Umfangs beabstandete Durchbrüche 104 auf, wobei die hintere Fläche 122 eine gewundene Dichtungsnut 130 mit Innen- und Außenwänden 132 und 134 und einem Nutboden 136 zur Aufnahme einer flexiblen kreisförmigen Dichtung (nicht dargestellt) integriert. Die Innenwand 132 der Dichtungsnut folgt der Krümmung der gekrümmten Innenwand 112, so dass wenn das Gehäuse 52 montiert ist, obere und untere Teile 54 und 56 des Gehäuses an einer Grenzfläche 58 mit der Oberfläche 96 des oberen Gehäuses 94 in Wirkverbindung gelangen, welches mit der hinteren Oberfläche 122 des Bodengehäuses 56 in Wirkverbindung steht und die Dichtungsnut 130 bedeckt, um eine flüssigkeitsdichte Abdichtung zwischen diesen oberen und unteren Komponenten bereitzustellen, wenn eine geeignete flexible Dichtung in der Nut 130 ist.
Als Teil der Vorderplattengehäusekomponente 56 ausgeformt sind eine Vielzahl von konkaven Vertiefungen 150, veranschaulicht in der perspektivischen Ansicht aus 3B, welche die unteren Hälften der fluidischen Oszillatoren für die Sprüheinrichtungen 50 bilden. Zur Verdeutlichung wird lediglich eine dieser Vertiefungen ausführlich beschrieben, wobei es sich versteht, dass all diese Vertiefungen, in diesem Fall acht, im Wesentlichen gleich sind und während des Formprozesses zur Herstellung der Komponente 56 gebildet werden. In dieser Ausführungsform wird jede Vertiefung ausgeformt, um einen oberen zylindrischen Abschnitt 152, eine nach innen gerichtete Leiste oder Schulter 154, und einen im Wesentlichen halbkugelförmigen unteren Kavitätsabschnitt 156 zu integrieren, der einen unteren Teil eines zweiteiligen fluidischen Abtastoszillatorelements bilden wird, wenn der Abtastduschkopf montiert wird. An der Unterseite bzw. dem Boden des unteren Kavitätsabschnitts ist leicht radial nach außen von einer Mittellinie des fluidischen Oszillators versetzt, und damit außermittig der Vertiefung 150, ein Auslassdurchbruch 158, der durch einen Halsstückabschnitt 160 mündet, der in einem Wandabschnitt 162 der Vertiefung 150 ausgebildet ist. Wie am besten in 3C zu sehen ist, weitet sich der Halsstückabschnitt 160 nach außen hin vom Durchbruch 158 auf, um ein bestimmtes Abtastfluidsprühstrahlmuster zu erzeugen.
Innerhalb jeder Vertiefung 150 montiert, wie in 3A dargestellt, ist ein entsprechender zylindrischer fluidischer Leistungsdüseneinsatz 170, der den zweiten Teil des zweiteiligen fluidischen Oszillators bildet. Der Einsatz weist eine obere planare Oberfläche 172 und eine zylindrische Seitenwand 174 auf, die einen Durchmesser aufweist, der ausgewählt ist, um enganliegend in den oberen Abschnitt 152 seiner entsprechenden Vertiefung zu passen. Wie in dem Querschnitt aus 3A dargestellt, weist der Boden bzw. die Unterseite von jedem Einsatz eine offene, nach unten gerichtete im Wesentlichen halbkugelförmige Kuppel 176 mit einer zylindrischen Bodenkante 178 auf, die mit der Leiste 154 in ihrer entsprechenden Vertiefung bei der Montage in Wirkverbindung gelangt. Die Einsatzkuppel und ihre entsprechende Vertiefung bilden eine kugelförmige fluidische Oszillatorwechselwirkungskammer 180. Zentral-befindlich in der oberen Fläche von jedem zylindrischen Einsatz befindet sich eine Einlasspassage 182 mit einer Achse 184, die auch die Achse des zylindrischen Einsatzes 170 ist, und welche eine Leistungsdüse bildet, die in die Einsatzinnenkuppel führt und somit in die Wechselwirkungskammer 180, die von jedem Einsatz mit seiner entsprechenden Vertiefung gebildet wird. Wie in 3A dargestellt ist anzumerken, dass die Auslassdurchbrüche 158, und die Halsstücke 160 von jedem fluidischen Oszillator radial von der Achse 184 versetzt sind und, wie veranschaulicht, diese Versätze ausgewählte, normalerweise unterschiedliche Abmessungen haben, um vorgegebene unterschiedliche, aber komplementäre Auslasssprühstrahlmuster von jedem Oszillatorausgangsabtastsprühstrahl bereitzustellen. In der dargestellten Ausführungsform sind die Auslässe radial nach außen um unterschiedliche Abstände 186 und 188 in zwei fluidischen Oszillatoren beabstandet, die im Querschnitt in 3A dargestellt sind, es wird jedoch angemerkt, dass der Versatz in jedweder Richtung von der Achse 184 liegen kann, die Versätze alle die gleichen, oder eine ausgewählte Mischung der Versätze sein können, oder dass keine Versätze vorhanden sind, wie für das gewünschte Abtastsprühstrahlmuster ausgewählt. Es wird angemerkt, dass die Einsätze teilweise um deren obere Kanten 190 zur erleichterten Handhabung gezahnt sein können.
Das Verfahren zur Montage des Duschkopfs 50 umfasst das Positionieren eines Einsatzes 170 in jeden der zylindrischen oberen Abschnitte 152 der Vertiefungen 150 in der Vorderplatte, so dass der Boden 178 des Einsatzes mit der Leiste 154 in Wirkverbindung steht, wobei die Einsätze durch den engen Sitz der Einsatzaußenseitenwand 174 an Ort und Stelle gehalten werden, wodurch eine Vielzahl von fluidischen Oszillatorwechselwirkungskammern, in diesem Fall beispielhaft acht, und entsprechenden Abtastsprühstrahlauslässen und Auslasshalsstücken gebildet werden. Eine Dichtung ist in der Nut 130 platziert und die hinteren und vorderen Abschnitte 54 und 56 werden durch geeignete Halterungen wie Schrauben oder Bolzen positioniert und ausgerichtet und aneinander festgelegt, um eine fluiddichte bzw. flüssigkeitsdichte Umhausung bereitzustellen. Während des Betriebs ist der Duschkopf an einer geeigneten Quelle eines Fluids unter Druck festgelegt, welches in das Innenplenum oder die Fluidsammelleitung 74 des Gehäuses fließt, wie durch die Pfeile 72 und 80 angedeutet. Das Fluid zirkuliert in der Kammer und fließt mit im Wesentlichen gleichen Durchflussraten in die mehreren Einlassleistungsdüsen 182 unter Druck, wie durch Pfeile 190 angedeutet. Das Fluid gelangt unter Druck in die fluidischen Wechselwirkungskammern 180, zirkuliert in der Kammer, um eine fluidische Oszillation zu erzeugen, und wird durch den entsprechenden Auslassdurchbruch 158 und das Halsstück 160 ausgestoßen, um aus jedem Auslass eine fluidische Abtastsprühstrahlausgabe zu erzeugen, die in einem einheitlichen Öffnungswinkel bzw. Kegelwinkel geliefert wird, dargestellt durch die Pfeile 192 in 3A. Diese Abtastsprühstrahlausgabe kann zufällig über und um den definierten Kegelwinkel abtasten, um ein besonders bevorzugtes Strömungsmusters zur Verwendung, beispielsweise in einer Dusche, zu erzeugen.
In der beschriebenen Ausführungsform der 3A bis 3C wurde angenommen, dass die Kugelform der Wechselwirkungskammern 180 entscheidend für die Leistung der erzeugten Fluidoszillation bzw. Fluidschwingung ist. Jedoch können diese fluidischen Duschköpfe aus dem Stand der Technik aufgrund der Schwierigkeit zur Abdichtung der fluidischen Passagen und der Anforderung an enge Toleranzen bei der Herstellung, Halterung und Montage schwieriger in der Herstellung sein. Ferner neigen die Ausführungsformen bekannter fluidischer Duschköpfe dazu, aufgrund der Anzahl der benötigten fluidischen Düsenkomponenten teurer zu sein als herkömmliche Strahlduschen. Deshalb besteht Bedarf daran, Verbesserungen an diesen bekannten Anordnungen bereitzustellen, um die Herstellbarkeit zu verbessern, Kosten zu verringern und eine noch weitgehendere Steuerung des Strömungsverhaltens bereitzustellen.
DARSTELLUNG
Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, die oben genannten Schwierigkeiten zu überwinden, indem eine mit einem Spalt versehene Abtastdüsenanordnung bereitgestellt wird. Die mit einem Spalt versehene Abtastdüsenanordnung der vorliegenden Erfindung kann verwendet werden, einen fluidischen Abtastduschkopf, der mehrere Sprühstrahlen erzeugt, zusammenzubauen, der alle der Vorteile eines fluidischen Duschkopfs mit zusätzlichen Vorteilen bereitstellt. Die mit einem Spalt versehene Abtastdüsenanordnung kann, wenn sie als Strömungsabtastduschkopf eingerichtet ist, viele Sprühstrahl-Ausflussöffnungen bzw. -Öffnungen (mehr Strömungselemente) enthalten in einer Anordnung, die einfach und kostengünstig zu montieren ist.
Die mit einem Spalt versehene Abtastdüsenanordnung weist ein Element, das eine Einlasslumenhalbkugel definiert, und ein Element auf, das eine Auslass-Ausflussöffnungshalbkugel definiert, das eingerichtet ist, das den Einlass definierende Element in Kongruenzbeziehung aufzunehmen und axial mit diesem zu fluchten. Die mit einem Spalt versehene Abtastanordnung funktioniert überraschend gut, wenn ein axialer oder länglicher Spalt zwischen den Halbkugelhälften vorhanden ist und der Spalt eine zylindrische Seitenwand mit einer ausgewählten axialen Länge definiert. In einer Ausführungsform besitzt die zylindrische Seitenwand einen breiteren Innendurchmesser als die Innendurchmesser von entweder (a) dem Element, das die Einlasslumenhalbkugel definiert, oder (b) dem Element, dass die Auslass-Ausflussöffnungshalbkugel definiert. In einer Ausführungsform weist die zylindrische Seitenwand einen Innendurchmesser auf, der allgemein kongruent mit dem Innendurchmesser von entweder (a) dem Element, das die Einlasslumenhalbkugel definiert, oder (b) dem Element, das die Auslass-Ausflussöffnungshalbkugel definiert, ist. Die mit einem Spalt versehene Abtastdüsenanordnung definiert ein Lumen bzw. einen Raum oder eine Wirbelerzeugungskammer zwischen dem hinteren (die Leistungsdüse definierenden) Element und dem vorderen Element.
Das Verfahren zur Herstellung und Konfiguration der vorliegenden Erfindung stellt einen wirtschaftlichen und sehr effektiven Mechanismus zum Eingliedern von fluidischen Abtastkreisläufen in einer Anordnung, die mehrere Sprühstrahlen erzeugt, bereit. Die mit einem Spalt versehene Abtastdüsenanordnung der vorliegenden Erfindung muss hinsichtlich ihrer Herstellung im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Duschköpfen nicht so teuer sein wie aus dem Stand der Technik bekannte fluidische Duschköpfe, weil weniger Bauteile bzw. Komponenten in einem Verfahren, das weniger Toleranz-kritisch ist, zusammengebaut bzw. montiert werden.
In einer Ausführungsform eine fluidische Abtastdüse, die eine Wechselwirkungskammer aufweist, die axial zwischen einem stromaufwärtigen Ende und einem stromabwärtigen Ende definiert ist und eine Kammerlängsachse aufweist. Das stromaufwärtige Ende mit einer Einlassöffnung zur Aufnahme eines Druckfluids und zur Zufuhr des Druckfluids in die Wechselwirkungskammer entlang der Kammerachse. Das stromabwärtige Ende mit einer Auslass-Ausflussöffnung zur Ausgabe eines allgemein konischen Auslasssprühstrahls aus Flüssigkeitstropfen aus der Kammer in die Umgebung. Ein axialer Spalt, der zwischen dem stromaufwärtigen Ende und dem stromabwärtigen Ende positioniert ist. Das stromaufwärtige Ende kann ein Einlasselement sein, das eine Innenkavität mit einer Halbkugelform definiert, und das stromabwärtige Ende kann ein Auslasselement sein, das einen Innenkavität mit einem Halbkugelform definiert, wobei die Innenkavität des Einlasselements eine obere Halbkugelform ist und die Innenkavität des Auslasselements eine untere Halbkugelform ist. Das Auslasselement kann eingerichtet sein, das Einlasselement in Kongruenzbeziehung aufzunehmen und axial mit diesem zu fluchten, um die Wechselwirkungskammer zu bilden. Der axiale Spalt kann zwischen einem Abschnitt des Einlasselements und des Auslasselements positioniert sein. Der axiale Spalt kann ein zylindrisches Seitenwandsegment definieren, das zwischen einer halbkugelförmigen oberen Innenkavität und einer halbkugelförmigen unteren Innenkavität fluchtet. Der axiale Spalt kann eine ausgewählte axiale Länge und einen Innendurchmesser besitzen, der breiter als ein Innendurchmesser von entweder (a) dem Einlasselement oder (b) dem Auslasselement ist. Der axiale Spalt kann ein gestufter axialer Spalt sein, der zwischen einem Abschnitt des Einlasselements und des Auslasselements positioniert ist. Alternativ kann der axiale Spalt ein stufenloser axialer Spalt sein, der zwischen einem Abschnitt des Einlasselements und des Auslasselements positioniert ist. Der axiale Spalt innerhalb der Wechselwirkungskammer kann eine Wirbelerzeugungskammer zwischen dem Einlasselement und dem Auslasselement definieren.
In einer Ausführungsform wird eine fluidische Abtastdüse bereitgestellt, die eine Wechselwirkungskammer aufweist, die axial zwischen einem Einlasselement und einem Auslasselement definiert ist und eine Kammerlängsachse aufweist. Das Einlasselement, das ein stromaufwärtiges Ende mit einer Einlassöffnung zur Aufnahme eines Druckfluids und Zufuhr des Druckfluids in die Wechselwirkungskammer entlang der Kammerachse aufweist. Das Auslasselement, das ein stromabwärtiges Ende mit einer Auslass-Ausflussöffnung zur Ausgabe eines allgemein konischen Auslasssprühstrahls aus Flüssigkeitstropfen aus der Kammer in die Umgebung aufweist. Ein axialer Spalt kann zwischen dem stromaufwärtigen Ende und dem stromabwärtigen Ende positioniert sein. Das Einlasselement und das Auslasselement können aneinander festgelegt und abgedichtet sein, um zwischen sich die Wechselwirkungskammer zu definieren, wobei das Einlasselement ein erstes offenes Ende längs gegenüber der Einlassöffnung aufweist, und das Auslasselement ein zweites offenes Ende längs gegenüber der Auslass-Ausflussöffnung aufweist, und wobei das erste offene Ende innerhalb des zweiten offenen Endes eingeführt ist. Das Einlasselement definiert eine Innenkavität mit einer Halbkugelform und das Auslasselement definiert eine Innenkavität mit einer Halbkugelform, wobei die Innenkavität des Einlasselements eine obere Halbkugelform ist, und die Innenkavität des Auslasselements eine untere Halbkugelform ist. Das Auslasselement kann eingerichtet sein, das Einlasselement in einer Kongruenzbeziehung aufzunehmen und axial mit diesem zu fluchten, um die Wechselwirkungskammer zu bilden. Der axiale Spalt definiert ein zylindrisches Seitenwandsegment, das zwischen einer halbkugelförmigen oberen Innenkavität und einer halbkugelförmigen unteren Innenkavität fluchtet. Der axiale Spalt weist eine ausgewählte axiale Länge und einen Innendurchmesser auf, der breiter als ein Innendurchmesser von entweder (a) dem Innenelement oder (b) dem Auslasselement ist. Der axiale Spalt kann ein gestufter axialer Spalt sein, der zwischen einem Abschnitt des Einlasselements und des Auslasselements positioniert ist. Alternativ kann der axiale Spalt ein stufenloser axialer Spalt sein, der zwischen einem Abschnitt des Einlasselements und des Auslasselements positioniert ist. Das Auslasselement kann ferner eine stufenlose bzw. durchgehende Fläche mit einer Vielzahl von Auslasselementen aufweisen, die eingerichtet sind, mit einer Vielzahl von Einlasselementen innerhalb eines Gehäuses zu fluchten, wobei das Gehäuse eine Duschkopfanordnung ist.
Die oberen und noch weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden bei Durchsicht der folgenden ausführlichen Beschreibung von konkreten Ausführungsformen der Erfindung insbesondere in Zusammenschau mit den beigefügten Zeichnungen besser verständlich, in denen gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Figuren dazu verwendet werden, um gleiche Bauteile bzw. Komponenten zu bezeichnen.
Figurenliste
Die Funktionsweise der vorliegenden Offenbarung kann durch Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung in Zusammenschau mit den folgenden Darstellungen besser verständlich sein, wobei:

1A eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Konfiguration aus dem Stand der Technik ist, die einen Zylinder mit einer Kuppeloberseite oder Endplatte zur Herstellung eines oszillierenden ringförmigen Körpers aufweist;
1B eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform einer Konfiguration aus dem Stand der Technik ist, die ein Element oder eine Endplatte mit flacher Oberseite zur Herstellung eines oszillierenden ringförmigen Körpers aufweist;
1C eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform einer Konfiguration aus dem Stand der Technik ist, die einen Auslassdurchbruch in einem Element mit versenkter bzw. genoppter Oberseite zur Herstellung eines oszillierenden ringförmigen Drehkörpers aufweist;
1D eine diagrammatische Darstellung der Konfiguration aus dem Stand der Technik ist, welche einen funktionalen Aspekt aus 1A darstellt;
2A eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des Stands der Technik einer Vorderfläche und einer Rückfläche eines Gehäuses zeigt, welches fluidische Oszillatoren aufnimmt;
2B eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des Stands der Technik einer Vorderfläche und einer Rückfläche eines Gehäuses zeigt, welches fluidische Oszillatoren aufnimmt;
3A eine perspektivische Querschnittsansicht einer Ausführungsform des Stands der Technik eines Abtastduschkopfs darstellt, in dem acht fluidische Oszillatoren mit Auslassdurchbrüchen und Mündungen integriert sind, welche ausgewählte Abtastsprühstrahlmuster bereitstellen;
3B eine perspektivische Explosionsansicht von oben auf die Vorrichtung der 3A zeigt, die von links nach rechts obere (oder hintere) und untere (oder vordere) Gehäusekomponenten und innere Komponenten gemäß dem Stand der Technik veranschaulicht;
3C eine perspektivische Explosionsansicht von unten auf die Vorrichtung der 3A zeigt, die von links nach rechts obere und untere Gehäuse und innere Bauteile gemäß dem Stand der Technik veranschaulicht;
3D eine Querschnittsseitenansicht eines kugelförmigen fluidischen Oszillatorkreislaufs gemäß der Vorrichtung aus 3A ist;
4A eine Querschnittsseitenansicht einer mit einem Spalt versehenen, fluidischen Oszillatoranordnung mit einem gestuften Spalt gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist;
4B eine Querschnittsseitenansicht einer mit einem Spalt versehenen, fluidischen Oszillatoranordnung mit einem gestuften Spalt gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist;
4C eine Querschnittsseitenansicht einer mit einem Spalt versehenen, fluidischen Oszillatoranordnung mit einem verkürzten abgestuften Spalt gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist;
4D eine Querschnittsseitenansicht einer mit einem Spalt versehenen, fluidischen Oszillatoranordnung mit einem verlängerten abgestuften Spalt gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist;
5A eine Querschnittsseitenansicht einer mit einem Spalt versehenen, fluidischen Oszillatoranordnung mit einem stufenlosen Spalt gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist;
5B eine Querschnittsseitenansicht einer mit einem Spalt versehenen, fluidischen Oszillatoranordnung mit einem stufenlosen Spalt gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist;
5C eine Querschnittsseitenansicht einer mit einem Spalt versehenen, fluidischen Oszillatoranordnung mit einem verlängerten stufenlosen Spalt gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist;
5D eine Querschnittsseitenansicht einer mit einem Spalt versehenen, fluidischen Oszillatoranordnung mit einem verlängerten stufenlosen Spalt gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist;
6A eine Tabelle ist, die verschiedene Messgrößen in Bezug auf verschiedene Spaltgrößen für fluidische Oszillatoren mit einem stufenlosen Spalt gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt; und
6B eine Tabelle ist, die verschiedene Messgrößen in Bezug auf verschiedene Spaltgrößen für fluidische Oszillatoren mit einem gestuften Spalt gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Es wird nun ausführlich Bezug auf Ausführungsbeispiele genommen, deren Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. Es wird angemerkt, dass andere Ausführungsformen verwendet werden können und strukturelle und funktionale Veränderungen vorgenommen werden können. Darüber hinaus können Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen kombiniert oder verändert werden. Somit wird die folgende Beschreibung lediglich zur Veranschaulichung bereitgestellt und soll die verschiedenen Alternativen und Modifikationen, die an den dargestellten Ausführungsformen vorgenommen werden können, in keinster Weise beschränken.
Falls hier verwendetet, bedeuten die Wörter „Beispiel“ und „beispielhaft“ eine Möglichkeit oder Veranschaulichung. Die Wörter „Beispiel“ oder „beispielhaft“ bezeichnen nicht einen wesentlichen oder bevorzugten Aspekt oder Ausführungsform. Das Wort „oder“ soll inklusiv anstatt exklusiv verstanden werden, falls der Kontext dem nicht widerspricht. Als Beispiel deckt die Phrase „A setzt B oder C ein“ jedwede inkludierte Permutation (z.B. A setzt B ein; A setzt C ein; oder A setzt sowohl B als auch C ein). Ferner soll der Artikel „ein“ bzw. „eine/eines“ im Allgemeinen „ein oder mehrere“ bedeuten, falls der Kontext dem nicht widerspricht.
In allen Figuren werden ähnliche Bezugszeichen verwenden. Deshalb sind in bestimmten Ansichten nur ausgewählte Elemente angedeutet, obgleich die Merkmale des Systems bzw. der Anordnung in allen der Figuren gleich sein können. Auf die gleiche Weise sind, obgleich ein konkreter Aspekt der Offenbarung in diesen Figuren veranschaulicht wird, andere Aspekte und Anordnungen möglich, wie unten erläutert werden wird.
In der beschriebenen Ausführungsform der 3A bis 3D war die Kugelform der Wechselwirkungskammer 180 als entscheidend für die Leistung der erzeugten Fluidoszillation betrachtet worden. Das erzeugte Fluidsprühstrahlmuster überstreicht oder tastet in einer vorausgewählten konischen Mustergröße und -Richtung ab. Fluid bzw. Flüssigkeit aus der Schwingungskammer bzw. Oszillationskammer wird in einem Sprühstrahl mit variabler Richtung ausgebracht, der zufällig über einen ausgewählten Bereich abtastet, der von der konischen Außenform des Sprühstrahlmusters definiert wird. Es wurde eine Untersuchung gestartet, um herauszufinden, ob Verbesserungen verfügbar waren, um die Toleranzen aufgrund der Herstellbarkeit zu verbessern, und ob Änderungen der Toleranzen oder Anordnung einen nachweisbaren Effekt auf das Verhalten des Fluidsprühstrahlmusters haben würden.
In dieser Untersuchung wurde festgestellt, dass die Form der Wechselwirkungskammer angepasst bzw. eingestellt werden kann, um die Toleranzen in Bezug auf die Herstellbarkeit und Montage zu verbessern, während die Leistung des fluidischen Kreislaufs gemessen an Durchfluss und Öffnungs- bzw. Kegelwinkel beibehalten wird. Es wurde festgestellt, dass die Variabilität einer Stufengeometrie sowohl den Durchfluss als auch den Kegelwinkel mit erkennbaren Beziehungen einstellen kann, welche nachfolgend erläutert werden.
Bereitgestellt wird eine Ausführungsform einer mit einem Spalt versehenen Abtastdüsenanordnung 200 und deren Bauteile. In einer Ausführungsform ist unter Bezugnahme auf die 4A die mit einem Spalt versehene Abtastdüsenanordnung 200 der vorliegenden Offenbarung in einem wirtschaftlichen Verfahren eingerichtet, eine fluidische Sprühstrahlausgabe zu erzeugen, die einen Sprühstrahl mit einem überraschend einheitlichen Kegelwinkel bzw. Öffnungswinkel 220 liefert. In einer Ausführungsform weist die mit einem Spalt versehene Abtastdüsenanordnung 200 einen zweiteiligen fluidischen Oszillator, [der] mit einer Vielzahl von ähnlichen Anordnungen verwendet werden kann, die das Spalt-Merkmal umfassen können oder nicht, in einem Gehäuse ähnlich jenen der 3A bis 3C auf. Zudem kann die mit einem Spalt versehene Abtastdüsenanordnung 200 unabhängig von einem Duschkopfgehäuse verwendet werden.
Die mit einem Spalt versehene Abtastdüsenanordnung kann ein Einlasselement 210, welches eine obere Innenkavität definiert, und ein Auslasselement 230, welches eine untere Innenkavität definiert, aufweisen. Die Innenkavität des Einlasselements 210 kann eine obere Halbkugelform definieren, und die Innenkavität des Auslasselements 230 kann eine untere Halbkugelform definieren. Das Auslasselement 230 kann eingerichtet sein, das Einlasselement 210 in einer Kongruenzbeziehung aufzunehmen und mit diesem axial zu fluchten. Die mit einem Spalt versehene Abtastanordnung 200 kann einen axialen oder länglichen Spalt 250 zwischen einem Abschnitt des Einlasselements 210 und des Auslasselements 230 aufweisen, wobei der axiale Spalt ein zylindrisches Seitenwandsegment definieren kann, das zwischen einer oberen halbkugelförmigen Innenkavität und einer unteren halbkugelförmigen Innenkavität fluchtet. Der axiale Spalt kann eine ausgewählte axiale Länge und einen breiteren Innendurchmesser als die Innendurchmesser von entweder (a) dem Element, welches die Einlasslumenhalbkugel definiert, oder (b) dem Element, welches die Auslass-Ausflussöffnungshalbkugel definiert, besitzen. Die mit einem Spalt versehene Abtastdüsenanordnung 200 definiert eine Lumen- oder Wirbelerzeugungskammer zwischen dem hinteren (die Leistungsdüse definierenden) Element und dem vorderen Element.
Die fluidische Abtastdüsenanordnung kann als eine mit einem Spalt versehene, fluidische Düsenanordnung 200 betrachtet werden. Diese Düse weist eine Wechselwirkungskammer 260 auf, die axial zwischen einem stromaufwärtigen Ende 212 und einem stromabwärtigen Ende 232 definiert ist und eine Kammerlängsachse 270 aufweist. Das stromaufwärtige Ende mit einer Einlassöffnung 214 zur Aufnahme eines Druckfluids und Zufuhr des Druckfluids in die Wechselwirkungskammer 260 entlang der Kammerachse 270. Das stromabwärtige Ende 232 mit einer Auslass-Ausflussöffnung 234 zur Abgabe eines allgemein konischen Auslasssprühstrahls 220 aus Flüssigkeitströpfchen aus der Wechselwirkungskammer 260 in die Umgebung.
Der axiale Spalt 250 kann zwischen dem stromaufwärtigen Ende 212 und dem stromabwärtigen Ende 232 positioniert sein. Konkret ist das Auslasselement 230 eingerichtet, das Einlasselement 210 in einer Kongruenzbeziehung aufzunehmen und axial mit diesem zu fluchten, um die Wechselwirkungskammer 260 zu bilden. Wobei der axiale Spalt 250 zwischen einem Abschnitt des Einlasselements 210 und dem Auslasselement 230 positioniert ist. In einer Ausführungsform definiert der axiale Spalt 250 ein zylindrisches Seitenwandsegment, das zwischen einer oberen halbkugelförmigen Innenkavität und einer unteren halbkugelförmigen Innenkavität fluchtet. Der axiale Spalt 250 innerhalb der Wechselwirkungskammer 260 definiert eine Kammer, die einen Wirbelstrom oder einen ringförmigen Strom erzeugt, zwischen dem Einlasselement und dem Auslasselement.
Wie in den 4A bis 4D dargestellt, kann der axiale Spalt ein gestufter bzw. mit Abstufung versehener axialer Spalt sein. Hierbei kann das Einlasselement 210 eine Schulter 216 aufweisen, die von diesem radial nach außen absteht. Bei der Schulter 216 kann es sich um ein ringförmiges Element handelt, das radial über eine Seite des Einlasselements 210 vorsteht und eingerichtet ist, an einer Öffnung des Auslasselements 230 anzuliegen. Das Einlasselement 210 mit einem ersten offenen Ende 218 längs gegenüber der Einlassöffnung 218 und das Auslasselement 230 mit einem zweiten offenen Ende 237 längs gegenüber der Auslass-Ausflussöffnung 234. Das erste offene Ende 218 kann innerhalb des zweiten offenen Endes 238 eingeführt sein.
Das Auslasselement 230 kann einen Stufenabschnitt 236 aufweisen. Der Stufenabschnitt 236 kann eine ringförmige Schulter sein, die sich innerhalb der Kavität des Auslasselements 230 befindet. Sobald das Einlasselement 210 innerhalb des Auslasselements 230 eingeführt bzw. eingesetzt ist, kann die Schulter 216 derart an dem zweiten offenen Ende 238 anliegen, dass der gestufte axiale Spalt 250 zwischen dem ersten offenen Ende 218 und dem Stufenabschnitt 236 des Auslasselements 230 gebildet wird.
Der axiale Spalt 250 kann eine im Allgemeinen zylindrische Form innerhalb der Wechselwirkungskammer 260 besitzen und kann eine ausgewählte axiale Länge zwischen dem ersten offenen Ende 218 und dem Stufenabschnitt 236 aufweisen. Ferner kann der axiale Spalt einen Innendurchmesser besitzen, der breiter als ein Innendurchmesser von entweder (a) der Kavität des Einlasselements oder (b) der Kavität des Auslasselements ist.
4A veranschaulicht eine Ausführungsform der Düsenanordnung, die Teil eines Gehäuses mit einer Vielzahl von Düsenanordnungen sein kann. Bei diesem Gehäuse kann es sich um einen Duschkopf handeln, wie beispielsweise oben in den 3A bis 3C beschrieben. 4B veranschaulicht eine Ausführungsform der fluidischen Düsenanordnung 200, welche ein Lumenelement 270 aufweist, das sich von dem Einlasselement 210 erstreckt. Das Lumenelement 270 kann an einer Quelle eines Druckfluids befestigt sein und kann eine Vielzahl von Gewinden zur selektiven Befestigung daran aufweisen. 4C veranschaulicht eine Ausführungsform der mit einem Spalt versehenen, fluidischen Düsenanordnung 200 mit einem kleinen axialen Spalt 250, wohingegen 4D eine Ausführungsform der mit einem Spalt versehenen, fluidischen Düsenanordnung 200 mit einem länglichen axialen Spalt 250 veranschaulicht.
Wie in den 5A bis 5D veranschaulicht, kann es sich bei dem axialen Spalt um einen stufenlosen bzw. kontinuierlichen axialen Spalt 250' handeln. Der stufenlose axiale Spalt ist zwischen einem Abschnitt des Einlasselements und des Auslasselements derart positioniert, dass er einen gemeinsamen stufenlosen Durchmesser mit dem Einlasselement 210 und dem Auslasselement 230 aufweist. Hierbei verläuft das erste offene Ende 218' in Längsrichtung, um an dem gestuften Abschnitt 238 des Auslasselements 238 anzuliegen, wodurch der stufenlose axiale Spalt 250' definiert wird. Hier sind zwei halbkugelförmige Kavitäten gegenüberliegend in Bezug auf einander positioniert, wobei der stufenlose axiale Spalt 250' zwischen ihnen positioniert ist, um die Wechselwirkungskammer 260' zu definieren. Die 5A und 5B veranschaulichen kleiner-dimensionierte, stufenlose axiale Spalte 250'. Die 5C und 5D veranschaulichen längliche, stufenlose axiale Spalte 250', während die 5B und 5D Lumenelemente 270 aufweisen.
In einer Ausführungsform weisen beide Düsenanordnungen 200, 200' das Einlasselement 210 und Auslasselement 230 auf, welches in einer Vorderplatte positioniert sein kann, so dass der Boden bzw. die Unterseite des Einlasselements 210 mit der Leiste oder Oberseite des Auslasselements 230 in Wirkverbindung gelangt. Es kann eine Vielzahl von Einlasselementen 210 vorhanden sein, die innerhalb einer Vielzahl von Auslasselementen 230 eingeführt sind, welche in einer Duschkopfanordnung integriert sind. Die Einlasselemente 210 können durch den festen Sitz der Außenseitenwand an Ort und Stelle gesichert sein, wodurch fluidische Oszillatorwechselwirkungskammern und entsprechende Abtastsprühstrahlauslässe und Auslasshalsstücke bzw. -Verengungen gebildet werden. Im Betrieb ist der Duschkopf an - einer geeigneten Quelle eines mit Druck beaufschlagten Fluids gesichert. Das Fluid bzw. die Flüssigkeit zirkuliert in der Kammer und fließt mit gleichen Durchflussraten in die mehreren Einlassleistungsdüsen 214 und gelangt unter Druck in die fluidischen Wechselwirkungskammern 260, 260', zirkuliert in der Kammer, um eine fluidische Oszillation bzw. Schwingung zu erzeugen, und wird durch den entsprechenden Auslassdurchbruch 234 ausgestoßen, um aus jedem Auslass eine fluidische Abtast-Sprühstrahlausgabe zu erzeugen, die in einem einheitlichen Kegelwinkel zugeführt wird, wie durch 220 in 4A dargestellt. Diese Abtast-Sprühstrahlausgabe kann zufällig über und um den definierten Öffnungswinkel 220 abtasten bzw. diesen rastern, um ein besonders bevorzugtes Strömungsmuster zur Verwendung, beispielsweise in einer Dusche, zu erzeugen.
Diese Ausgestaltung des Abtastdüsenelements ist für die Verwendung in einer Anordnung einer Mehrstrahldüse (z.B. einem Duschkopf) und dem Verfahren der vorliegenden Erfindung, das bedeutende Vorteile bietet, gut geeignet. Die Einfachheit der Geometrie des Abtastdüsenelements, welche einen im Wesentlichen nicht-kugelförmigen Wechselwirkungsbereich mit koaxialen gegenüberliegenden Einlasslumen (Leistungsdüse) und Auslass-Ausflussöffnung (Halsstück) aufweist, und die Toleranz einer Spanne der Seitenwandlängen des Spalts ermöglicht eine vereinfachte Konstruktion der fluidischen Abtastanordnungen.
Alle der Abtast-Halsstücke mit der stromabwärtigen Hälfte der Wechselwirkungsbereiche (z.B. 230) können in einem Stück des Duschkopfs ausgeformt sein. In diesem Szenario sind die Leistungsdüse und die stromaufwärtige Hälfte des Wechselwirkungsbereichs (z.B. 210) einzeln für jedes Strömungselement ausgeformt. Die Anzahl der Bauteile bzw. Komponenten für die Strömungselemente ist gleich der Anzahl der Strömungselemente plus Eins. Dies ist einfacher und wirtschaftlicher herstellbar als andere bekannte Abtastdüsenanordnungen, und es gibt Möglichkeiten für eine größere Flexibilität und Wirtschaftlichkeit, wodurch die Komponenten sehr viel einfacher zu entwerfen, zu gießen bzw. auszuformen und zu montieren sind, weil der axiale Spalt 250 eine Spanne von akzeptablen bzw. tolerierten Längen besitzen kann und dennoch eine annehmbare Leistung bietet.
Alternativ können die Abtasthalsstücke mit der stromabwärtigen Hälfte der Wechselwirkungsbereiche in einem Stück des Duschkopfs ausgeformt sein, und alle der Leistungsdüsen und stromaufwärtigen Hälfte der Wechselwirkungsbereiche können in einem anderen Stück des Duschkopfs ausgeformt sein. In diesem Szenario beträgt die Anzahl der Bauteile bzw. Komponenten für die Strömungselemente gleich Zwei, unabhängig davon, wie viele Strömungselemente enthalten sind. Auch dieses Szenario ermöglicht es, jeden Duschkopf mit einer fluidischen Abtastgeometrie zu entwerfen und herzustellen, die am besten geeignet ist, anstatt mehr oder weniger Standardkomponenten zu verwenden, die in aus dem Stand der Technik bekannten Strömungsduschköpfen typisch sind.
Um die Ausrichtung bzw. Fluchtung einer großen Anzahl von Strömungselementen in der Anordnung zu ermöglichen, kann eines der Bauteile aus einem flexiblen Material geformt sein, um es diesem zu erlauben, sich an das andere Bauteil aus Harzplastik anzupassen. Um die Ausrichtung einer großen Anzahl von Strömungselementen in der Anordnung der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen und das Zielen oder Biegen der Strömungselemente in verschiedene Zielwinkel zu ermöglichen, können beide Bauteile aus einem flexiblen Material ausgeformt sein, um es diesen zu ermöglichen, sich aneinander und an eine harte Fläche oder Rückplatte bzw. Stützplatte anzupassen, welche vorgegebene Zielwinkel hält. Die Wirtschaftlichkeit, die dem Herstellungsprozess zur Herstellung der Abtastströmungselemente und der Duschkopfdüsenanordnung - die koaxialen gegenüberliegenden Einlässe (Leistungsdüse) und Auslässe (Halsstück) des nicht kugelförmigen Wechselwirkungsbereichs - zu eigen ist, bieten die Möglichkeit, die stromabwärtigen Hälften der Wechselwirkungsbereiche in dem einen Stück der Duschkopfanordnung wirtschaftlich bzw. günstig auszubilden, wie oben erläutert. Weil die Leistungsdüse und die stromaufwärtige Hälfte des Wechselwirkungsbereichs einzeln für jedes Strömungselement ausgeformt sind, wird die Anordnung des Duschkopfs vereinfacht und die Bauteile sind deutlich einfacher zu entwerfen und zu gießen bzw. formen.
Es wird angemerkt, dass die Leistung der Düsenanordnung 200 mit einem stufenlosen Spalt gegenüber den Düsenanordnungen mit kugelförmigen Wechselwirkungsbereichen, die in den 3A bis 3C offenbart sind, in der Tabelle aus 6A vermerkt ist. Die Tabelle aus 6A offenbart verschiedene Messgrößen in Bezug auf verschiedene Spaltgrößen für fluidische Oszillatoren mit einem stufenlosen axialen Spalt 250' gemäß der vorliegenden Offenbarung. Die Leistung der Düsenanordnung mit einem stufenlosen axialen Spalt 250' mit einer Längslänge, die etwa 50 % des Durchmessers des ersten offenen Endes 218 beträgt, lag bei einem einprozentigen Abfall der Durchflussrate und erzeugte einen variablen fluidischen Sprühstrahl, der einen etwa 35 % kleineren Kegelumfang definiert. Die Leistung der Düsenanordnung mit einem stufenlosen axialen Spalt 250' mit einer Längslänge, die etwa gleich dem Durchmesser des ersten offenen Endes 218 ist, lag bei einer um 2 Prozent geringeren Durchflussrate und erzeugte einen variablen fluidischen Sprühstrahl, der einen etwa 60 % kleineren Kegelumfang definiert.
Es wird angemerkt, dass die Leistung der Düsenanordnung 200 mit einem gestuften axialen Spalt 250 gegenüber den Düsenanordnungen mit kugelförmigen Wechselwirkungsbereichen, die in den 3A bis 3C dargestellt sind, in der Tabelle aus 6B dargestellt sind. Die Tabelle aus 6B offenbart verschiedene Messgrößen in Bezug auf verschiedene Spaltgrößen für fluidische Oszillatoren mit einem gestuften axialen Spalt 250 gemäß der vorliegenden Offenbarung. Die Düsenanordnung mit einem gestuften axialen Spalt 250 mit einer Längslänge, die etwa 50 % des Durchmessers des ersten offenen Endes 218 beträgt, zeigte keine signifikante Änderung der Strömungsrate der Durchflussrate und erzeugte einen variablen fluidischen Sprühstrahl, der einen etwa 40 % kleineren Kegelumfang definierte. Die Leistung der Düsenanordnung mit einem gestuften axialen Spalt 250 mit einer Längslänge, die etwa gleich dem Durchmesser des ersten offenen Endes 218 ist, lag bei einer um 2 Prozent geringeren Durchflussrate und erzeugte einen variablen fluidischen Sprühstrahl, der einen etwa 60 % kleineren Kegelumfang definierte.
Es war festzustellen, dass die Düse mit dem abgestuften axialen Spaltdurchmesser einen bessere Fluidauslassströmungsstabilität als mit dem stufenlosen axialen Spalt bietet. Sie zeigt eine konische Oszillation bzw. Schwingung mit einer höheren Frequenz, eine einheitlichere Sprühstrahlverteilung, verringert die Wahrscheinlichkeit von ungewollten Zielen, und bietet konstante, konische Fluidströmungsdurchmesser-Ergebnisse bei einer geringeren Frequenz der konischen Schwingung bzw. Oszillation („Abtasten“).
Vor dem Hintergrund der obigen Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen eines neuen und verbesserten Verfahrens wird angenommen, dass sich einem Fachmann andere Modifikationen, Variationen und Veränderungen angesichts der hier dargelegten Lehre eröffnen. Es sei daher angemerkt, dass all diese Variationen, Modifikationen und Veränderungen innerhalb des Schutzumfangs bzw. Rahmens der vorliegenden Erfindung liegen sollen.
Obgleich die vorliegenden Ausführungsformen in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht und in der obigen ausführlichen Beschreibung beschrieben wurden, wird angemerkt, dass die mit einem Spalt versehenen, fluidischen Oszillatoranordnungen nicht nur auf die offenbarten Ausführungsformen einzuschränken sind, sondern dass die Systeme und Anordnungen, die vorliegend beschrieben wurden, zahlreiche andere Anordnungen, Modifikationen und Ergänzungen ermöglichen. Das Ausführungsbeispiel wurde unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsformen beschrieben. Offensichtlich werden anderen beim Lesen und Nachvollziehen der vorstehenden ausführlichen Beschreibung Modifikationen und Abwandlungen in den Sinn kommen. Dementsprechend soll die vorliegende Schrift all solche Abwandlungen, Modifikationen und Variationen abdecken, die innerhalb von Geist und Schutzumfang der beigefügten Ansprüche liegen. Ferner soll, wenn der Begriff „umfassen“ bzw. „enthalten“ bzw. „beinhalten“ in der ausführlichen Beschreibung oder in den Ansprüchen verwenden wird, dieser Begriff als inkludierend verstanden werden, ähnlich dem Begriff „aufweisen“, weil „aufweisen“ wenn verwendet als Übergangswort in einem Anspruch ausgelegt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 62578079 [0001]
US 15775031 [0001]
US 2016063608 PCT [0001]
US 62258991 [0001]
US 16094221 [0001]
US 2017030813 PCT [0001]
US 62330939 [0001]
US 6938835 [0001, 0004, 0005]
US 6948244 [0001]
US 7111800 [0001]
US 7677480 [0001]
US 8205812 [0001]
US 4151955 [0004]
US 4508267 [0004]

Claims

Fluidische Abtastdüse, aufweisend: eine Wechselwirkungskammer, die axial zwischen einem stromaufwärtigen Ende und einem stromabwärtigen Ende definiert ist und eine Kammerlängsachse aufweist; wobei das stromaufwärtige Ende eine Einlassöffnung zur Aufnahme eines Druckfluids sowie zur Zufuhr des Druckfluids in die Wechselwirkungskammer entlang der Kammerachse aufweist; wobei das stromabwärtige Ende eine Auslass-Ausflussöffnung zur Abgabe eines allgemein konischen Auslasssprühstrahls aus Flüssigkeitströpfchen aus der Kammer in die Umgebung aufweist; und einen axialen Spalt, der zwischen dem stromaufwärtigen Ende und dem stromabwärtigen Ende positioniert ist.
Fluidische Abtastdüse nach Anspruch 1, wobei das stromaufwärtige Ende ein Einlasselement ist, welches eine Innenkavität mit einer Halbkugelform definiert.
Fluidische Abtastdüse nach Anspruch 2, wobei das stromabwärtige Ende ein Auslasselement ist, welches eine Innenkavität mit einer Halbkugelform definiert, wobei die Innenkavität des Einlasselements eine obere Halbkugelform ist und die Innenkavität des Auslasselements eine untere Halbkugelform ist.
Fluidische Abtastdüse nach Anspruch 3, wobei das Auslasselement eingerichtet ist, das Einlasselement in einer Kongruenzbeziehung aufzunehmen und mit diesem axial zu fluchten, um die Wechselwirkungskammer zu bilden.
Fluidische Abtastdüse nach Anspruch 3, wobei der axiale Spalt zwischen einem Abschnitt des Einlasselements und des Auslasselements positioniert ist.
Fluidische Abtastdüse nach Anspruch 1, wobei der axiale Spalt ein zylindrisches Seitenwandsegment definiert, welches zwischen einer oberen Innenkavität mit Halbkugelform und einer unteren Innenkavität mit Halbkugelform ausgerichtet ist.
Fluidische Abtastdüse nach Anspruch 1, wobei der axiale Spalt eine ausgewählte axiale Länge sowie einen Innendurchmesser aufweist, der breiter als ein Innendurchmesser von entweder (a) dem Einlasselement oder (b) dem Auslasselement ist.
Fluidische Abtastdüse nach Anspruch 1, wobei der axiale Spalt zwischen einem Abschnitt des Einlasselements und des Auslasselements positioniert ist und ein gestufter axialer Spalt ist.
Fluidische Abtastdüse nach Anspruch 3, wobei der axiale Spalt zwischen einem Abschnitt des Einlasselements und des Auslasselements positioniert ist und ein stufenloser axialer Spalt ist.
Fluidische Abtastdüse nach Anspruch 1, wobei der axiale Spalt innerhalb der Wechselwirkungskammer eine Wirbelerzeugungskammer zwischen dem Einlasselement und dem Auslasselement definiert.
Fluidische Abtastdüse, aufweisend: eine Wechselwirkungskammer, die axial zwischen einem Einlasselement und einem Auslasselement definiert ist und eine Kammerlängsachse aufweist; wobei das Einlasselement ein stromaufwärtiges Ende mit einer Einlassöffnung zur Aufnahme eines Druckfluids sowie zur Zufuhr des Druckfluids in die Wechselwirkungskammer entlang der Kammerachse aufweist; wobei das Auslasselement ein stromabwärtiges Ende mit einer Auslass-Ausflussöffnung zur Abgabe eines allgemein konischen Auslasssprühstrahls aus Flüssigkeitströpfchen aus der Kammer in die Umgebung aufweist; und einen axialen Spalt, der zwischen dem stromaufwärtigen Ende und dem stromabwärtigen Ende positioniert ist.
Fluidische Abtastdüse nach Anspruch 1, wobei das Einlasselement und das Auslasselement aneinander festgelegt und abgedichtet sind, um zwischen sich die Wechselwirkungskammer zu definieren, wobei das Einlasselement ein erstes offenes Ende längs gegenüber der Einlassöffnung aufweist und das Auslasselement ein zweites offenes Ende längs gegenüber der Auslass-Ausflussöffnung aufweist, und wobei das erste offene Ende innerhalb des zweiten offenes Endes eingeführt ist.
Fluidische Abtastdüse nach Anspruch 11, wobei das Einlasselement eine Innenkavität mit einer Halbkugelform definiert, und das Auslasselement eine Innenkavität mit einer Halbkugelform definiert, wobei die Innenkavität des Einlasselements eine obere Halbkugelform ist und die Innenkavität des Auslasselements eine untere Halbkugelform ist.
Fluidische Abtastdüse nach Anspruch 13, wobei das Auslasselement eingerichtet ist, das Einlasselement in Kongruenzbeziehung aufzunehmen und axial mit diesem zu fluchten, um die Wechselwirkungskammer zu bilden.
Fluidische Abtastdüse nach Anspruch 13, wobei der axiale Spalt ein zylindrisches Seitenwandsegment definiert, das zwischen einer oberen Innenkavität mit Halbkugelform und einer unteren Innenkavität mit Halbkugelform fluchtet.
Fluidische Abtastdüse nach Anspruch 11, wobei der axiale Spalt eine ausgewählte axiale Länge und einen Innendurchmesser aufweist, die breiter als ein Innendurchmesser von entweder (a) dem Einlasselement oder (b) dem Auslasselement ist.
Fluidische Abtastdüse nach Anspruch 11, wobei der axiale Spalt zwischen einem Abschnitt des Einlasselements und des Auslasselements positioniert ist und ein gestufter axialer Spalt ist.
Fluidische Abtastdüse nach Anspruch 11, wobei der axiale Spalt zwischen einem Abschnitt des Einlasselements und des Auslasselements positioniert ist und ein stufenloser axialer Spalt ist.
Fluidische Abtastdüse nach Anspruch 11, wobei das Auslasselement ferner eine stufenlose Fläche mit einer Vielzahl von Auslasselementen aufweist, die eingerichtet sind, mit einer Vielzahl von Einlasselementen innerhalb eines Gehäuses zu fluchten.
Fluidische Abtastdüse nach Anspruch 19, wobei das Gehäuse eine - Duschkopfanordnung ist.