DE2505695A1

DE2505695A1 - Vorrichtung zum verspruehen eines fluids, insbesondere fluidischer oszillator

Info

Publication number: DE2505695A1
Application number: DE19752505695
Authority: DE
Inventors: Jun Harry C Bray; Ronald D Stouffer
Original assignee: Bowles Fluidics Corp
Current assignee: Bowles Fluidics Corp
Priority date: 1974-09-30
Filing date: 1975-02-11
Publication date: 1976-04-22
Also published as: CA1059918A; DE2505695C2; DE7504093U; JPS5139412A; GB1515892A; JPS57108B2

Description

UR.-INO. HERBERT PÄTZOLD PATENTANWALT 2505695

8 MÖNCHEN 71

HINI)KLAN(IaTH. 8 TKLSPON 0811/737725 TELBUKAMMAHHUSSB: PATlTIA MÜNCHEN

Bowles Fluidics Corporation Silver Spring, Maryland, USA

Vorrichtung zum Versprühen eines fluids» Insbesondere fluldisoher Oscillator

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Versprühen eines fluids, inabesondere fluidischer Oszillator, mit einer Düse zur Abgabe eines Strahles der durch eine Austrittsöffnung in einem von an die Austrittsöffnung anschließenden, stromab divergierenden Austrittswänden begrenzten Austrittsbereich periodisch zwischen den beiden Austrittewänden hin- und herschwenkt·

Unter fluid oder Strömungsmittel werden voralleza Gase und flüssigkeiten mit oder ohne Feststoffanteilen verstanden.

Bekannte und industriell genutzte Sprühvorrichtungen sum Zersprühen oder Zerstäuben von Flüssigkeiten besitzen vielfach eine Düse mit einem scharfkantigen Austrittsherelch zur Abgabe eines zersprühten Strahles. Die Ausbildung des Spriihstrahles und die Größe der Tröpfchen hängt u.a. von dem Druck ab, unter dem die Flüssigkeit aus der Düse gedrückt wird. Die Größe der Tropfen ist dabei umgekehrt proportional dem Druck. Der Bereich in dem der Druck zur Beeinflussung der Tröpfchengröße geändert werden könnte, ist sehr klein. Die Sprühstrahlausbildung bleibt

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dagegen über einen weiten Druckbereich oberhalb eines bestimmten Druckes konstant· Sie ändert sich jedoch wesentlich bei bestimmten niedrigen Drücken. Der Druck sum Erhalt bestimmter Tropfengröße wird auch von der Oberflächenspannung der Flüssigkeit beeinflußt. Eine Flüssigkeit mit höherer Viskosität erfordert einen höheren Druck als eine Flüssigkeit mit geringerer Viskosität um eine gegebene Tropfengröße zu verkleinern. Ein vorbestimmter Druck, oberhalb dessen eine herkömmliche Sprühdüse einen konstanten Sprühstrahl abgibt, 1st von der Viskosität abhängig und zwar je höher die Viskosität ist, um so höher ist der vorbestimmte Druck.

Verschiedene Anwendungen für Flüsslgkeitssprüher haben verschiedene Anforderungen an die Iropfengröße und ihre Verteilung in dem Sprühstrahl. Z.B. für Farbsprüber 1st es wesentlich, daß die einzelnen Tropfen genügend klein sind, ohne daß sie vernebeln. Bevorzugt wird eine fropfengröße von 25 Mikron oder weniger. Es ist wichtig für einen FarbsprUaer, daß die Tröpfchengröße festlegbar ist. Da die Farbe in Farhsprühern über herkömmliche Düsen versprüht wird, müssen diese daher oberhalb von Drücken arbeiten, bei denen maximale Tröpfchengrößen erzielbar sind. Es muß ein Druckbereich gewählt werden, in dem die Sprühstrahleigenschaften konstant bleiben. Ein solcher Druckbereich ist höher als der Druck der zur Erzielung genügend kleiner Tröpfchen notwendig wäre. Bei Sprühvorrichtungen für die Landwirtschaft (z.B. sum Versprühen von Pestiziden, Düngemitteln) müssen die Tröpfchen im wesentlichen größer als 80 Mikron sein, weil kleinere Tröpfchen leicht vom Wind weggetragen werden und an einem entfernten Ort zur Absetzung kommen können, wo sie schädlich oder zu Verschmutzungen führen können. Weiterhin ist ein gleichförmiges Versprühen (d.h. eine gleichförmige Verteilung der Flüssigkeit über den ganzen Sprühstrahl) in vielen Anwendungsfällen in der Landwirtschaft von Wichtigkeit. Die Anwendung in der Landwirtschaft verlangt niedrigere Strömungsgeschwindigkeiten als bei Farbeprühem.

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Herkömmliche Sprühdüsen arbeiten daher für landwirtschaftliche Zwecke bei Drucken und der Grüße von 50 pel« um eine gewünschte Versprübung zu erzielen, wohingegen Farbsprüher in der Regel bei Drücken τοη einigen Sausend pai arbeiten. In der Industrie wurden daher schon viele Anstrengungen aufgewandt, die erforderlichen Drücke sum Versprühen eines Strahles zu verringern, ohne daß dadurch die entsprechenden Sprühstrahleigenechaften benachteiligt werden·

Sa 1st daher Aufgabe der Erfindung, eine Torrichtung zw Versprühen eines Fluids anzugeben, dessen Sprühstrahl !tropfen bestiserfcer Größe besitzen und der erforderliche Druk zur Erzielung des SprUbstrahlee wesentlich niedriger als bei vergleichbaren bekannten Vorrichtungen 1st· Bei relativ niedrigen Drücken sollen Sprühstrahlen abgegeben werden können, die in einem Falle Tropfen nur von solcher Größe aufweisen, die kleine? sisä als eine bestimmte Größe« Im anderen Falle soll es mögllsä sein, einen Sprühstrahl abzugeben, dessen Tropfen alle «ine Größe aufweisen, die größer ist als eine bestimmte Größe· Außerdem sollen Sprühstrahlen möglich sein, deren Tropf«α alle Im wesentlichen die gleiche Größe aufweisen.

Versuche von Bayleigh und anderen haben ergeben, daß wenn eine Düsenöffnung quer eu ihrer Strömungsachse oberhalb einer bestimmten Amplitude und Frequenz vibriert, ein Flüssigkeitsstrahl, der aus der Düsenöffnung austritt, in Tropfen auseinanderbricht, die eine bestimmte Aufeinanderfolge aufzeigen und eine bestimmte Größe besitzen. Die Schwingungamplitude muß wenigstens gleich dem Radius der Düsenöffnung sein. Die Frequenz muß gleich oder größer als die sogenannte Bayleigh-Frequenz sein, die In entgegengesetzter Beziehung zum Durchmesser der Düsenöffnung und in direkter Beziehung zur Oberflächenspannung der Flüssigkeit steht. Hieraus würde folgen, daß eine Düsenöffnung quer zur Strömungsachse bei einer bestimmten Amplitude und Frequenz vibrieren muß, um eine bestimmte Tropfen-

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bildung zu erreichen. Bei einer bestimmten Amplitude würde eine bestimmte Sprühstrahlausbildung erzielt. Theoretisch ist das möglich aber praktisch würde das bedeuten, daß eine Antriebsmaschine notwendig wäre, die die Vibration alt der gewünschten Amplitude erzeugt, um dadurch eine bestimmte Sprüh-Strahlausbildung bei Frequenzen gleich oder größer als die Rayleigh-Yrequenz su erhalten· Eine derartige Antriebsmaschine ist aufwendig und teuer und erfordert mehr Energie sum Antrieb als gerechtfertigt wäre, einen solchen Antrieb statt einer herkömmlichen Strahldüse zu verwenden·

Ss ist auch schon bekannt geworden, dad riüsaigkeitestrahlen, ohne eine äußere Energiequelle, quer zur Streblachae abgelenkt werden können. Zum Beispiel ein Element in den eine öffnung oder eine Düse vorhanden ist, kann durch die Energie df-2? äsrehstramextden Flüssigkeit in Schwingungen versetzt werden· Typisch hierfür wäre «ine Turbine, ile von einem Strömungsmittel angetrieben wird, da« über die lurbinenschaufeln ζητ Austrittsöffnung fließt. Obwohl hierbei keine äußer· Znergie erforderlich 1st, sind relativ hohe Drücke notwendig, um die erforderlichen Amplituden und Frequenzen in der Größenordnung und größer als die Ravlelgh-Trequenz su erhalten. Die schnelle Bewegung des mechanischen Drehteiles ist außerdem nicht frei von Störungen.

Außerdem sind f luidische Oszillatoren bekannt und werden vielfach benutzt und zwar dort, wo ein periodisch abgelenkter Strahl erforderlich ist. Solche fluidisehen Oszillatoren sind in den US-Patentschriften 3 016 066 (Warren), 3 185 166 (Horton u.a.), 3 247 861 (Bauer), 3 432 102 (Turner u.a.) und 3 563 (Bauer) beschrieben. Die Arbeitsweise aller fluidisehen Oszillatoren ist hastimmt durch eine periodische Ablenkung eines Strahles ohne Verwendung beweglicher Seile. Fluidiaobe Oszillatoren unterliegen damit keinem Verschleiß, durch den die Zuverlässigkeit von pneumatischen Oszillatoren und schwingenden Düsen beeinträchtigt wird. Da außerdem nur der Strahl und nicht

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der ganze Körper abgelenkt wird, 1st weit weniger Energie zur Ablenkung des Strahles erforderlich ale mit den mechanischen Vorrichtungen·

Die* Oszillation nach den vorstehenden Warren- und Horton-Patenten sind charakterisiert durch die Anwendung des Grenzsohiohthafteffektes (Coanda-Effekt). Diese Oesillatoren besitzen eine Wechselwirkungskanmer alt Seitenwänden, die von einer Hauptdüse aus stromab divergieren« Sin Strahl der von der Hauptdüee in die Wechselwirkungskammer eintritt» wird zwisohen den Seitenwänden periodisch abgelenkt und zwar entweder durch einen Teil des Hauptstrahles der zurückgeführt (rückgekoppelt) wird, um die Ablenkung zu bewirken oder durch andere Rückkopplungskräfte, die wirksam werden, wenn der Strahl eine Seitenwand berührt· Die Bückkopplungskräfte müssen nicht nur ausreichen den Strahl abzulenken, sie müssen auch die Haftkraft« zwischen dea Strahl und der anliegenden Wand überwinden. Daher kann der Oszillator nicht bei Strahldrüoken unter eines bestimmten Druckniveau arbeiten· Die Berührung des Strahles an den Seitenwänden während jeder halben Periode einer Schwingung führt zu einer Verweilzeit, während der der Strahl einen kurzen Augenblick stationär bleibt· Der abgegebene Sprühstrahl, der von dem periodisch abgelenkten Strahl herrührt, enthält größere Strahldichten an einzelnen Stellen des Sprühstrahlbereiches entsprechend den stationären logen des Strahles als an anderen Stellen des Sprühstrahlbereiche« Es ist daher mit den bekannten Oszillatoren nicht tauglich, die Sprühstrahlverteilung zu steuern oder Sprühstrahlen mit über Ihren Querschnitten einheitlich verteiler Flüssigkeit zu erzeugen«

Die Oszillatoren nach den Patenten von Xurner u.a. und Bauer sind durch sogenannte Wechselwirkungskanmern mit Innerer Strömungerückführung gekennzeichnet« Die Seitenwände dieser speziellen Vechselwirkungskamtaern divergieren zunächst von der Hauptdüee aus und konvergieren anschließend stromab zu einer Austrittsöffnung. Wenn der Strahl entlang der linken Seltenwand strömt,

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wird er nach rechts zurückgelenkt, wobei er durch die Austritte-Öffnung tritt. Strömt der Strahl andererseits entlang der rechten Seitenwand, ao wird er nach links zurückgelenkt, indem er durch die Auatrittsöffnung gelangt. Der Zutritt von Umgebungaflüasigkeit in die Wecbselwirkungskaiazner über die Austritte-Öffnung 1st relativ beschränkt in Vergleich zu den Oszillatoren nach Horton und Warren, und zwar vorallem deswegen, weil die Auetritt8öffnung relativ zum aus der Yechselwirkungakanraer auetretenden Strahl enger ist als das abatromaeitige Ende der Oszillatoren von Horton u.a. und Warren· Die Begrenzung des Zutritts von üragebungsflüssigkeit reduziert die Grenzschichthaftung de» Strahles an den Seltenwänden der Wecbselwlrkungskammer, so daß weniger Rückkopplungskräfte erforderlich sind, den Strahl abzulenken« Die Oszillation in der Wechselwirkungskammer mit innerer Strömungsrückführung ist daher bei niedrigeren Strahldrücken möglich als bei den Oszillatoren nach Horton u.a. uimI Warren. Auf Grund dieser und anderer Besonderheiten haben Oszillatoren mit einer Strömungarückführungs-Wechaelwirkungskammer viele praktische Anwendungen gefunden, wie z.B. in Brausen, fiasensprengern, dekorativen Springbrunnen, industriellen Steuerelementen usw. Andererseits sind die bekannten fluidischen Oszillatoren nicht für SprUhstrahlanwendungen geeignet, wie nachstehend näher ausgeführt wird. Das liegt in erster Linie daran, daß in bekannten fluidischen Oszillatoren wesentliche Teile der Umgebungsflüsaigkeit oder abgezweigter Teile des Strahles in die Wecheelwirkungakamraer zurückgeführt werden. Bei den Oszillatoren nach Horton u.a. und Warren gelangt Umgebungeflüssigkeit durch das abstromseitige Ende und die Steuerkanäle in die Wechselwirkungskammer. Bei Horton u.a. wird ein Seil dea Strahles in die Wechselwirkungekammer zurückgeführt. Bei Bauer und Surner u.a. wird Umgebungsflüs3igkeit und ein rückzirkulierender Anteil dee Strahles durch die Rückkopplungskanäle in die Wechselwirkungskaxoraer zurückgeleitet· J)Ie Rückführung von Umgebungsflüssigkeit oder rückzirkulierender Anteile des Strahles in die Wechselwlrkungakammer ist aus

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verschiedenen Gründen unerwünscht. So verlangen viele Sprühvorrichtungen, daß der Flüssigkeitsstrahl nicht durch UmgebungaflüDsigkeit verschmutzt wird oder daß sich der Flüsaigkeltsotrahl nicht mit ümgebungsflüssigkeit mischt bevor der Strahl austritt. Zum Beispiel würde in larbsprUhern eine solche Buchführung von Flüssigkeitsanteilen in die Wechselwlrleungskammer bewirken» daS sich Farbe an den Wänden der Sprühvorrichtung ablagert, wodurch dl· Gefahr einer Verstopfung und event-mll einer Beeinträchtigung der Streuung bestände. Die Einführung von Luft in die Wechselwirkungakaramer beeinflußt den Sprühstrahl und die Größe der Tropfen des SprUhstrahlee ebenfalls in nachteiliger Weise. Der flüssige Sprühstrahl, der von dem flmMl^ sehen Oszillator abgegeben wird, ist im wesentlichen fädaarffSs«« mig. Inne&alb der Fächergestalt ist es wünschenswert, daB die Flüssigkeit so gleichmäßig wie möglich verteilt wird« Wem Luft zugeführt wird, werden Bereiche mit Luft innerhalb &®τ I'ächergeatalt willkürlich verteilt» wodurch dia keit der Plüasigkeitsverteilun^ iza Sprühstrahl gestört Außerdem besitzt ein Gemisch aus Flüssigkeit und Luft ©is© re Viskosität ala die Flüssigkeit allein, so daS die fei3@© Tropfen als eine Funktion der Viskosität hiervon beeinflußt wird.

In Aerosolsprühvorrichtungen wird eine KUhI- oder dergleichen leicht verdampfbare Flüssigkeit zusammen mit einem Gas aus einer Düse gesprüht, wobei die Flüssigkeit ihre Tropfenform beibehält, bis sie in der an die Düse angrenzenden Umgebung zerplatzt· Fluidische Elemente sind daher für den Gebrauch mit Aerosolen nicht geeignet, da der niedrige statische Druck relativ zu der Umgebung in der Wechselwirkungskammer des Elementes ein frühzeitiges Zerplatzen der Flüssigkeitstropfen in dem Element ermöglichen würde. Das Gleiche gilt für SprUhvorrlohtungen mit einem Schaumauoatz. Auch hier würde die Schaumbildung verfrüht in der Wechselwirkungskammer von statten gehen·

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Wie schon ge3agt, verlangen Sprühvorrichtungen für landwirtschaftliche Zwecke, daö die Tropfen größer sind ala etwa 80 Mikron. Eine solche Bedingung kann alt herkömmlichen Oszillatoren nicht ohne weiteres erfüllt werden. Bei den herkömmlichen Oszillatoren 3toSt der hin- und hersohwingende Flüssigkeitsstrahl an entgegengesetzten Wänden des lustrittabereichs derart an, daß an der Seite, an der der Strahl auftrifft, ein Abriebeffekt entlang der Wand auftritt» Dieser Abriebeffekt führt zu vielen extrem kleinen Tropfen, die wesentlich kleiner sind als die zulässige Tropfengröße.

Ein· weitere Schwierigkeit der bekannten fluidisehen Oszillatoren betrifft ihre Größe selbst. Vie in der vorstehenden US-Patentschrift 5 563 462 von Bauer angegeben let, arbeitet der Oszillator mit der inneren StrömungsrückfUhrung nicht mehr, wenn die Wechselwlrkungskamiser eine Länge besitzt, die geringer ist, al3 etwa dae 19-fache der Düsenveite oder wenn die Austritte-Öffnung kleiner 1st als etwa das 2-faohe der Düsenweite· Da die Düsenweite vielfach bestimmt ist von der gewünschten Charakteristik das abgegebenen Strahles, liegt die minimale Größe des Oszillators vielfach fest, oftaals in einer Größe, die für verschiedene Anwendungen ungeeignet ist.

Ein noch weiterer Nachteil der bekannten Oszillatoren betrifft ihr niedriges Düsenverhältnis, das durch das Terhältnis von Düsentiefe zu Düsenweite bestimmt ist· Dieses Düsenverhältnis beträgt bei den bekannten Oszillatoren üblicherweise zwei. In einigen Anwendungen kann das Terhältnis den Wert eins aufweisen. Für noch niedrigere Düsenverhältnisse sind die bekannten Oszillatoren ungeeignet. Als eine praktische Maßnahme sind kleinere DüeenverhäüniBse einfacher und mit geringeren Kosten herzustellen. Düsenverhältnisse von 0,5 oder weniger erlauben die Anwendung von einseitigen Ätzverfahren, Prägeverfahren und Pantofrästechniken. Solche Verfahren bzw. Techniken sind schwierig, wenn nicht unmöglich in kleinen fluidischen EIe-

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menten anwendbar, die «la graueres DüsenverhäTtnis besitzen· Es ist daher wünschenswert, möglichst keine Düaenverhältnisse ohne Beeinflussung der Arbeitsweise des Oszillators verwenden zu können· In vielen Sprühvorrichtungen oder anderen Strömungsvorrichtungen 1st es wünschenswert» die Strömungsmenge einer Strömung ohne eine Störung der Strömung messen zu können. Zum Beispiel würde ein Strömungemengenanzeiger zur Erreichung dieses Zieles ohne Rücksicht auf die Kompressibilität des Arbeitsfluids arbeiten. Sin solcher Apparat wurde idealer Weise eine Anzeige abgeben» wenn eine bestimmte Strömungsmenge abgegeben worden ist«

Die eingangs genannte Aufgabe wird im Zusammenhang mit dem angeführten Stand der Technik betreffend die bekannten Oszillatoren insofern weiter präzisiert, als insbesondere ein fluidischer Oszillator anzugeben 1st, der zum Versprühen eines Fluide, insbesondere einer Flüssigkeit geeignet ist, dessen abgegebener Sprühstrahl Tropfen bestimmter Größe besitzt und die Flüssigkeit über den Sprühetrablquencschnitt gleichmäßig verteilt ist, so daß er zum Beispiel zum Aufsprühen von Farben auf eine Unterlage geeignet ist· Dabei soll der Oszillator auch wesentlich kleinere Abmessungen erhalten können als herkömmliche Oszillatoren. Auch soll der Oszillator zur Hassage und zu Reinigungszwecken besonders geeignet sein.

Die Aufgabe wird im wesentlichen dadurch gelöst, daß der Strahl die Austrittsöffnung vollkommen ausfüllt und die Austrittswände je eine öffnung mit einem anschließenden mit Fluid gefüllten Kanal aufweisen, aus dem beim Torbeiströmen des Strahles in seiner einen extremen Lage Fluid austritt und entlang der Austrittswand fließt, so daß der Strahl gehindert ist, sich an die Austrittswand anzulegen·

Sine vorteilhafte Ausführung nach der Erfindung mit einer Wechselwirkungekammer mit auf- und abstromseitigen Ein- bzw.

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Auetrittsöffnungen und ausgebuchteten Seltenwänden, die von der aufstromseitigen Eintrittsöffnung aus zunächst divergieren und zur abstromseitigen Austritteöffnung bin konvergieren, mit einer Düse zur Abgabe eines Strabies durch die Eintritteöffnung in die Wechselwirkungskammer, einem Austrittsbereicb im Anschluß an die Auetritteöffnung der Wechaalwirkimgakaffiraer mit von der Austrittsöffnung aus divergierenden Seitenwänden und mit beiderseits der Seitenwände der Vechselwirkungskammer vorhandenen Steuerkanälen, die sieb jeweils awiecben öffnungen in den divergierenden Seitenwänden des Auetrittabereiche und öffnungen in den Seltenwänden am aufstromeeitigen Ende der tfechselwikrungskammer erstrecken» ist erfindungsgemäö derart ausgebildet, dafi die Weite des Austrittaendes nur wenig größer als die engste Veite der Hauptdüae 1st, so dafi der austretende Strahl die Wocbselwirkungakaamer von Auatrittebereich abschließt» und daß die axiale änge der Vecheelwirkungskammer derart relatlv kurz und der Querschnitt der Steuerkanäle derart relativ klein gewählt sind, daß der positive statisch· Druck an Eintrittsende der Wechselwirkungskammer den statischen Druck im Austrittaberelch übersteigt und Wasser In den Steuerkanälen nur in Richtung stun Auetrittebereich strömt·

Weitere vorteilhafte Ausbildungen nach der Erfindung sowie Weiterbildungen der Erfindung können den ühteransprttchen und der nachfolgenden Beschreibung entnoaaen werden·

Die Erfindung 1st anhand von Ausführungs— und AnwenAungsbei~· spielen und anhand von Diagrammen mehr la einaelnen erläutert und beschrieben. In den Eugehörigen Zeichnungen zeigt:

Pig. 1 eine Ansicht eines ersten Ausfübrungsbeispielea nach der Erfindung,

Fig. 2 den arbeitenden fluldischen Oszillator nach 71g. 1 in einer bestimmten Ströaungsphaae unter bestimmten Druckbedingungen«

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Flg. 3 den arbeitenden fluldisohen Oszillator nach Pig.1 In einer bestimmten Strömungephase unter gegenüber Fig. 2 veränderten Druckbedingungen»

flg. 4 eine Ansiebt eines »weiten Ausftthruiigsbelspieles nach der Erfindung»

Flg. 5 «Ine graphische Darstellung eines Sprühbildes während des Betriebes eines fluidiechen Oszillators nach der Erfindung,

71g. 6 eine graphische Darstellung eines weiteren Sprühbildes während des Betriebes eines gegenüber Fig. 5 abgewandelten fluldisehen Oszillators nach der Erfindung,

Fig. 7 eine graphische Darstellung eines noch weiteren

Sprühbildes, während des Betriebes eines gegenüber Fig. 5 und 6 abgewandelten fluidlachen Oszillators nach der Erfindung,

Fig. 8a, 8b Drauf- and Seitenansichten eines fluidischen Ossiilators nach der Erfindung zur Messung des Strumungsflusses,

Fig· 9a und 9b Drauf- und Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Ströeungsfluß- bzw. Strömungemengenmessers in einer beispielsweisen Ausführung mit einem fluidischen Oszillator entsprechend z.B. Fig. 1,

Flg. 10a eine perspektlTisohe Darstellung einer beispielsweisen Wasserbürste In Terblndung alt einer erfindungsgemäfien Torrichtung,

Flg. 10b einen Schnitt nach den Linien 10b-10b in Fig.10a,

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. 11 eine acbeiaatiscbe Darstellung einer beispielsweise!! i'arbaprühanlage in Verbindung mit erfindungsgemäi3en Vorrichtungen,

Fig. 12 eine schematisohe Darstellung la der Draufelobt eines l>eiapielsweieen Iterates la Verbindung mit erfIndungsgeaäden Vorrichtungen «ur Anwendung in der Landwirtaohaft,

Fig· 13 eine Seitenansicht eines teilweise aufgebrochenen Spruhapparates in Yerbindung mit einer erfindungsgcmäSen Vorrichtung,

Pig· 14 eine perspektivische Darstellung eines weitexen

Sprühapparates alt einer erfindungegeaäöen Torrichtung»

Fig. 15 eine Draufsicht auf einen erfindungagemäßen Oszillator für eine besondere Anwendung»

Fig. 16 eine Draufsicht auf einen weiteren erfindungsgeiBäSen Oszillator,

flg. 17 eine Draufsicht auf einen gegenüber Fig. 16 abgewandelten erfindungsgemäden Osslllator«

Fig. 18 eine perspektivische Darstellung eines Teiles in Fig. 16,

Flg. 18a eine perspektirlsehe Darstellung eines feiles in Fig. 17»

FIg, 19 eine perspektivische Darstellung eines von dem Osaillator nach Flg. 16 abgegebenen Strahlabsebnittes,

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fig. 20 eine perspektivische Darstellung eines von dem Oszillator nach Fig. 17 abgegebenen Strahlabschnittes und

fig* 21 eine Draufsicht auf einen noch weiteren fluidischen Oszillator nach der Erfindung·

Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen fluidlschen Oszillator 10, der durch verschiedene Kanäle und Hohlräume bestimmt ist. Üblicherweise bilden die Kanäle und Hohlräume Vertiefungen in einer Basisplatte 11, die von einer flachen, nicht gezeichneten Deckplatte abgedeckt wird« Die Platte 11 kann jedoch auch eine Zwisohenplatte mit durchgehenden Kanälen und Öffnungen sein, die beidseitig von ebenen Boden- und Deckplatten abgedeckt werden·

Eine zu ihrer Hündung hin konvergierende Düse 12 1st an eine Strömungsmltteldruckquelle angeschlossen zur Abgabe eines Strahles in das aufstromseitige (untere) Ende einer Wechselwirkungskammer 13. Die Yechselwirkungskamner ist bestimmt durch linke und rechte Seitenwände 15 und 16, die zunächst von der Düse 12 divergieren und dann zur Austrittsöffnung 14 der Wechselwirkungskammer hin konvergieren. Die Düse 12 und die Austritt aöffnung 14 liegen, mit ihren Achsen auf der Mittellinie des Oszillators 10. An die Austrittsöffnung 14 schließt unmittelbar ein Austrittsbereich 17 an, der durch linke und rechte Austrittswände 18 und 19 bestimmt ist, die von der Austrittsöffnung aus in Strömungsrichtung nach außen divergieren. Ein linker Steuerkanal 21 erstreckt sich zwischen dem Austrittsbereich 17 und dem aufstromseitigen Ende der Wechselwirkungakammer 13 mit einer Öffnung 23 in der linken Austrittewand 18 und einer öffnung 24 in der linken Seitenwand 15· Sin entsprechender rechter Steuerkanal 22 erstreckt sieb zwischen dem Austrittsbereich 17 und dem aufstromseitigen Ende der Wech-■elwirkungskammer 13 mit einer öffnung 25 In der rechten Austrittswand 19 und einer öffnung 26 la der rechten Seitenwand

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Die aufstromaeitigen Begrenzungswände der öffnungen 24 und schließen unmittelbar an die Öf fmanger ander der Düse 12 an. Die abstromseitigen öffnungaränder der Öffnungen 24 und 26 sind gegenüber den auf Stroms ei t igen Rändern um gleiche Beträge bezüglich der Mittelachse etwas nach außen versetzt, so daß die DUsenveite V der Düse an ihren Auetrittaende kleiner ist als der Abstand B der abstroaseitigen Begrensungsränder der öffnungen 24 und 26·

Wird in den fluidischen Oszillator 10 τοη der Düse 12 ein Fluidstrahl abgegeben, so schwingt dieser zwischen extremen Lagen entlang den Seitenwänden 15 und 16 bin und her· Dieser Oszillationsvorgang wird nachfolgend mehr im einseinen beschrieben»

Fließt der Strahl angenommen entlang der Seitenwand 15, so wird der Strahl in oberen Ende nach rechte geleitet und tritt durch die öffnung 14 in einer Richtung im wesentlichen entlang der rechten Austrittswand 19 aus· FlIeSt der Strahl dagegen entlang der rechten Seitenwand 16 wird der Strahl in oberen Ende nach links abgelenkt und tritt durch die öffnung 14 im wesentlichen in Richtung der linken Austrittswand 18 aus. Zwischen seinen beiden extremen Lagen schwingt eier Strahl in dem Austrittsbereich 17 hin und her. Die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Oszillators gegenüber den herkömmlichen Oszillatoren besteht vorallea darin, daß weder Strömungsteile des Hauptstrahles noch angrenzendes Fluid durch die Steuerkanäle 21 und 22 in die Wechselwirkungekamaer 13 zurückgeführt wird« Wenn der Hauptstrahl entlang der Seitenwand 15 zur rechten Austrittswand 19 strömt, reißt er fluid aus dem Steuerkanal 22 mit und Tereinigt sich alt diesem. Währenddessen bleibt der linke Steuerkanal 21 mit Fluid gefüllt, das aus dem aufstromseitigen Ende der Wechselwirkungskammer stammt·

Dadurch, daß in die Steuerkanäle 21, 22 τοη Austrittsbereich 17 aus kein Fluid eintritt, ist am aufstromeeitigen Ende der Wechselwirkungskammer 13 ein statischer Druck vorhanden, der höher ist als der statische Druck im Außtrittabereich 17·

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Die Druckdifferenz wird durch das Zusammenwirken verschiedener !Faktoren bewirkt. Hierzu gehurt die Veite T der Austritte-Öffnung 14 der tfecbselwlrkungskammer, die nur etvae weiter ist als die Düsenweite V der Düse 12« so daß der austretende Ilauptstrahl die VecbselwirkungskaaMr 13 von dem lustrittobereich •folietändig abschließt. Zu den Faktoren gehört außerdem die axiale Läng* D der Vechselwlrkungskammer 13 vom Austrittsende der Düse 12 *ur Austrittsöffnung 14« Diese Länge D ist wesentlich kürser als die bekannter Oszillatoren« Außerdem ist die Veit· Z der Steuerkanäle 21, 22 schmäler als die der Düse 12. Bezüglich der Veite I und X ist angenommen, daß die liefe H (Jig. 1a) der Kanäle konstant ist. Ist das jedoch in besonderen fällen nicht der Fall, dann sind die Quer schnitt sflachen der Auetrittsöffnung 14 und der Kanäle 21, 21 au berücksichtigen. Venn alle Kanäle des Oszillators 10 die gleiche liefe (senkrecht sur Zeichenebene) aufweisen und wenn die Veite der Düse 12 an ihrer engsten Stelle nit V bezeichnet ist, dann gelten folgende Beziehungen für einen erfindungageiaäßen Oszillator (der jedoch nicht auf dies« Bedingungen beschränkt ist)

t m 1,1 V bis 1,7 V D * 4V bis 9V,

Beträchtliche Abweichungen von diesen Dimensionen existieren vorallen für Sprühanwendungen bezüglich der Zurücksetzung B der aufstronseitlgen Enden der Seltenwände 15 und 16, der Breite der Vechselwirkungskammer quer su ihrer Langsachse und der Veite der Öffnungen 24, 26. In einen Auofübrungabeispiel, das zufriedenstellende Xrgebnlese zeigte, war V m 1,1 mn, X m 1,35 mn, D * 7,3 on, Z « 0,65 nn, B « 1,4 mn· Die großfe Breite (Veite) der Vechselvirkungskammer 13 betrug 4,32 ram, die Veite der öffnungen 24 war 0,8 ms und die Tiefe der Kanäle betrug einheitlich 0,5 nn. Dieser erfindungsgemäße Oszillator arbeitete nlt Vasser in einen Vaeserdruckbereich ( p) von 1,0 bis 160 psig und mit einer frequenz (f) in Herz nach der Beziehung

*~54,4 /T _od#r

f · 1700 Q,

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wobei Q gemessen in gpm durch den Oscillator fließt. Derselbe Oszillator rait Luft betrieben, besaß eine Frequenz in Herz, die im wesentlichen der Beziehung f ■ 500 Q folgte· Wesentliche gröSere Oszillatoren mit ähnlichen Dimensionen und geringerer Arbeitsfrequenz wurden ebenfalls konstruiert und getestet. PUr einige .Anwendungen kann es wünschenswert sein, für verschiedene Kanäle des Oszillator« verschiedene Kanaltiefen zu haben, unter solchen Beständen würden eich die verschiedenen Weiten W, X unc X ändern, ton Querschnitt sbeasiehungen entsprechend den vorstehenden Beziehungen zu erhalten·

Eine bedeutsame Eigenschaft des erfindungsgetaäöen Oszillators besteht darin, daß dieser sehr viel kleiner als herkömmliche Ossiilatoren gebaut werden kann, weil das Düsenverhältniß von der liefe H aur Veite V dar DUe* 12 (Fig. 16) in Beispielsfalle also H/W «=0,5/1,1 - 0,45 let. In herkömmlichen Oszillatoren und in fluidiechen Elementen allgemein betrug ein entsprechendes niedrigstes Terhältnis, das noch praktikabel war, 1,0·

Ss wurde Bit Erfolg ein erfindungsgemäßer Oszillator getestet, der ein entsprechendes Düsenverbältnl« von EA * 0,25 besaß. Die Bedeutung dieses sehr kleinen H/W-Terhältnisses beruht in der Tatsache, daß einfachere und weniger aufwendige Fabrikationstechniken zur Herstellung der Oszillatoren möglich werden als bei den bekannten Oszillatoren·

Das Ausbleiben eines Zuflusses zur Wechselwirkungslcammer 13 während der Tätigkeit des erfindungsgeuäden Oszillators ist von großer praktischer Bedeutung für viele Anwendungen mit Flüssigkeiten als Strömungemittel (Fluid)· Wie am besten in den Fig. 2 und 3 für ein Bit einer Flüssigkeit arbeitenden Oszillator nach der Erfindung gezeigt 1st, vereinigt sich Flüssigkeit aus den Steuerkanal 21 ait dan entlang der linken Auetrifctswand strömenden Flüssigkeitsstrahl. Diese Vereinigung

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des flüssigkeitsetrables mit der flüssigkeit aus dee Steuerkanal 21 verhindert es, daß der Strahl direkt an der Austrittewand 18 entlang strömt, er AuetLuß aus den Steuerkanälen 21, 22 führt su einem stützkissenartigen Effekt, der den vorbeistrumenden Strahl etwas ablenkt· Je weniger der Strahl die Auetrittewände berührt« um so geringer ist der Anteil der unerwünschten kleinen Tröpfchen und um so größer ist die Einheitlichkeit der Tropfengröße,in die sich der hin- und herschwingende Strahl aa Ausgang dee Oszillators auflttet. Das Ausströmen τοπ. flüssigkeit aus den Steuerkanälen bete Yorbei-■tröeen des austretenden Strahles unterbindet das Eintreten Ton Ilüsslgkeitsanteilen des Strahles oder benachbarten Flüaslgkeiteantellen in die Weehselwirkungskamter. Xn vielen bekannten fluidisohen Ossillatoren hängt die funktion dee Oszillators ab τοη des Zufluß τοη Anteilen des Strahles oder benachbarter flüssigkeitsmengen in die Yechselwirkungskammer über die Steuer- oder Büekkopplungskanäle· Ein solcher Rückfluß ist bei vielen Sprühstrahlanwendungen unterwünseht. Der erfindungsgemäße Oszillator 10 vermeidet jedoch diese Schwierigkeiten.

Sie funktion des Ossillators mich fig· 10 wird unter Bezugnahme auf flg. 2 wie folgt beschrieben! flüssigkeit wird unter Druck der Düse 12 sugefUhrt und der Oscillator ist frei von flüssigkeit in LuftUmgebung. Der flüaeigkeitsstrabl der von der Düse 12 abgegeben wird, wird anfangs gerade durch die Wechaelwirkungskammer 13 hindurch und durch die Austrittsuffnung 14 bindurehgeleitet. Der relativ enge Querschnitt der Austrittsuffnung 14 führt dazu, dad äußere Seile des Strahles abgetrennt und entlang den Seitenwänden 15 und 16 zurückgeführt werden, wo sie zu beiden Selten des Strahles in der YecbselwirkungekajBmer Wirbel bilden· Auf Grund von leichten Störungen in der Symetrie des Oszillators und ihren Einflüssen auf den Strahl wird der Wirbel auf der einen Seite des Strahles stärker werden als auf der anderen Seite, wodurch der Strahl zur einen Seite der Weohaelwirkungskaaner abgelenkt wird (im Beispielfall zur rechten Seitenwand 16 in Fig. 2).

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Der verbleibende Wirbel erhöht weiter den Druck In der Wechselwirkungskammer 13, die von den austretenden Strahl vollkommen von den Auetrittebereich 17 abgetrennt wird. Die Flüssigkeit füllt die Vechselwirkungskammer voll mit Flüssigkeit an und der statische Druck in der Wechselwirlcungakaramer geht auf ein höheres Niveau als in dem Austrittsbereich 17, woraufhin Flüssigkeit beginnt aus der Vechselwirkungskammer in die Steuerkanäle 21, 22 einzutreten· Der Strahl wird inzwischen von der rechten Seitenwand 16 in Richtung der linken Austrittswand 18 geleitet. Flüssigkeit wird aus den Steuerkanal 21 durch den vorbelstrottenden Strahl angesaugt b«w. mitgerissen und dem Strahl im Bereich der linken Seltenwand 18 zugemischt, wobei verhindert wird, daß der Strahl an der Seitenwand 18 zur Anlage kommt. Dieser Vorgang ist in Fig. 2 dargestellt, in der die dicken Pfeile den FIuB des Strahles darstellen und dünne Pfeile unter anderes die Strömung der Flüssigkeit in den Steuerkanälen verdeutlicht. In der in Fig. gezeichneten Lage des Stromes bewirkt dieser, daß die Strömungsmenge der Flüssigkeit durch den Kanal 21 erhöht wird und zwar auf Grund der Ansaug- oder Kiöreißwirkung des über die linke Steueröffnung hinwegströmenden Strahles. Dieses Ansaugen verringert den Druck in dem linken Steuerkanal 21 relativ zu dem im rechten Steuerkanal 22, der mit Flüssigkeit gefüllt ist und demgegenüber zu diesem Zeitpunkt keine Saugwirkung stattfindet. Das Druckdifferential in den Steuerkanälen wirkt sich auf das aufatromseitige Ende der Wechselwirkung akannaer aus und führt dazu, daß der Strahl quer zur Wechselwirkungskammer abgelenkt wird, so dad der Strahl nun entlang der linken Seltenwand 15 strömt und in Richtung der rechten Austrittswand 19 gelenkt wird.

Während der Ablenkung schwenkt der Strahl über den Austrittsbereich 17 von links nach rechts. Bei Annäherung an die rechte Austrittswand 18 beginnt der Strahl Flüssigkeit aus dem rechten Steuerkanal 22 anzusaugen, während die Ansaugung von Flüssigkeit aus dem linken Steuerkanal 21 aufhurt. Der Druck auf der

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rechten Seite dee Strahles wird daher etwas niedriger als auf der linken Seite, so daß der Strati erneut abgelenkt wird. Das aufeinanderfolgende Ablenken des Strahles führt zu eines hin- und herschwingen bzw· -schwenken des Strahles quer über den Austritt stiereich 17·

Ea wurde festgestellt, daß die Strömungebedingungen in dem einer Ansaugung nicht ausgesetsten Steuerkanal (d.h. der rechte Steuerkanal 22, wenn der Strahl entlang der linken Austrittswand 18 abstr&mt bzw· der linke Steuerkanal 21, wenn der Strahl entlang der rechten Auetrittswand 19 abströmt) abhängig sind ron dea Druck in der Flüssigkeit, die der Düse zugeführt wird. Für niedrige und Bittlere Drücke bildet die Flüssigkeit in dea nicht angesaugten Steuerkanal eine konvexe Wölbung, die τοη der öffnung 25 bzw, 23 in den Austrittsbereich nach außen hervortritt, wie Fig. 2 in der öffnung 25 zeigt. Bei hohen Drücken wird die TlüseigkeitswOlbung konkav, wie Hg. 3 in der öffnung 23 zeigt· In allen Fällen bleiben aber die unangesaugten Steuerkanäle alt Flüssigkeit gefüllt und verhindern jeden Rückfluß in die Weehselwlrkungskaamer 13· Bei einem vollen Schwingungezyklus des Strahles fließt aus beiden Steuerkanälen 21, 22 ein Flüssigkeitsanteil nach außen in den Austrittsbereich·

Die relativ kurze Ausbildung der Wechselwlrkungskamaer 13, d.h. die geringe Länge des Durchmessers D 1st besonders wichtig im Hinblick auf die Tatsache, daß bei bekannten Oszillatoren mit kurzen Wechselwirkungskaanern eine Oszillation oder sogar eine ausgeprägte Ablenkung nicht erreichbar ist« Der Strahl in dea erfindungsgeaäSen Oszillator schwingt nicht nur innerhalb einer kurzen Wechselwirkungskammer, sondern schwingt mit einer Frequenz, die direkt proportional zuzs Strömungsfluß durch den Oszillator 1st« Diese Eigenschaft wird nachfolgend näher erläutert!

Das Vorhandensein eines höheren Druckes la aufstroaseitigen Ende der Vecneelwlrkungskamaer 13 relativ sua Auetrittebereich 17 ist ebenso entgegengesetzt »u den Verhältnissen bei den

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bekannten Oszillatoren. Die meisten bekannten Oszillatoren benötigen einen Rückfluß in die tfechselwirlrangskaiaaer um die Ablenkung dee Strahles zu bewirken· line solche Rückkopplung erfordert einen niedrigen Druck an aufstromseitigen Ende der Vecheelwirkungekammer· Außerdem haben zu hohe Drücke in der Wechselwirkungskamaer zu einer Verhinderung der Strahl«· ablenkung geführt· Bei der Erfindung ergibt sich dagegen ein· hochfrequente Oszillation. Außerdem ist es dieaer erhöhte Druck der bewirkt, daß flüssigkeit durch die Steuerkanäle nach außen gelangen kann· Das ist ein entscheidender Aspekt des erfindungsgemäßen Oszillatora 10.

In Tig. 4 ist eine andere Auaführungaform eines erflndungsgenäßen Oszillators 10a dargestellt, der einen parallalwandigen Düsenaustritt 20 im Gegensatz zu dem kragenförmig verengten Austritt der Düse 12 des Oszillators 10« besitzt· Alle anderen feile sind im wesentlichen mit den entsprechenden Teilen des Oszillators 10 gleich und sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen« Auf Grund der andersartigen Gestalt des DJisenaustrittes weichen die Abmessungen für V, D, T und X etwas von denen des Oszillators 10 ab. So ist der Querschnitt des Strahles im Abstand von etwa W/2 stromabwärts von der kragenförmig verengten Düse 12 in Fig« 1 etwas schmäler als der Düsenquerschnitt selbst. Diese Einschnürung des Strahles ist ein bekanntes Phänomen· Bei dem parallelwandigen Auetrittsbereich der Düse 20 in Pig. 4 tritt dieses Phänomen nicht auf. Wenn daher die Düsen 20 und 12 denselben Querschnitt aufweisen, gibt die kragenförmig verengte Düse 12 einen engeren Strahl ab als die parallelwandlge Düse 20· Daher müssen die Abmessungen für W₁ D, S und X im Oszillator 10a entsprechend geändert sein. Wichtig ist» daß die Abmessungen so bestimmt sind, daß während des Betriebes der statische Druck am aufstromseitigen Snde der Wechselwirkungekammer 13 positiv ist relativ zu dem statischen Druck im Austrittsbereich 17» so daß kein Fluid durch die Steuerkanäle in die Wechselwirkongskammer gelangt·

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τοπ den Abmessungen der verschiedenen Teile des Oszillators werden verschiedenartig· Strahl—iformon abgegeben· So wie der Strahl hin- und herschwingt, bricht dieser in Tropfen von im wesentlichen gleicher Größe auf« Die Größe der Tropfen hängt von einer Ansabl von Faktoren ab, einschließlich der Größe des Oscillator·, seiner Frequenz usw. Diese tropfen folgen . Sprühkurven, die mehr oder weniger auseinanderfächern. Die Seiten des Sprühbereicbs worden durch die Winkel der Austrittswände 18 und 19 des Oscillators bestimmt· Die Verteilung der Tropfen in dem Sprühbereich ist abhängig von den Abmessungen des Oscillators» und »war in erster Linie von der Weite T der Auetrittsöffnung 14« In Fig. 5 iat ein Sprühbereich illustriert, in den die Tropfen entlang einer sinusförmigen Kurv« verteilt sind, wobei eine Sinus Schwingung einer Hin·* und Hersohwingung dos Strahles im Austrittsbereich entspricht. In fig· 6 handelt es sich um einen spitzwinkeligen Kurvenzug und in Fig· 7 1st es ein trapesartiger Kurvenzug·

In jedem Falle liegt der Sprühbereich »wischen gleichen Winkeln, wobei angenommen worden kann, daß die Auetrittewandβ 18 und in allen drei Fällen die gleichen Winkel einschließen. Die Unterschiede liegen in der Verteilung dor Tropfon innerhalb der Sprühbereiche und hängen von der Art der Schwingung dos Strahles im Oszillator 10 ab· Der spitzwinkelige Kurvenvorlauf resultiert aus einer Schwingung des Strahles, der in seinen extremen Schwingungslagen praktioch nicht verweilt und so gut wie keine Änderung der Ablenkungsgeschwindigkoit während der Richtungsänderung zeigt. Bine derartige Schwingung ergibt sich, wenn die Weite der Austrittsöffnung 14 in ihrem engsten Zulässigkeitsboreich liegt, wie er vorstehend angegeben worden ist. Die sinusförmige Schwingung nach Fig. 5 wird bei einer Strablschwingung erreicht, bei der der Strahl ebenfalls an den ümkohrstellon praktisch nicht verweilt, aber die Schwin» gung bei der Annäherung an die Umkehrstellen langsamer wird· Eine derartige Schwingung ergibt sich, wenn die Weite der Auatritteoffnung innerhalb ihres mittleren Zulässigkeitsberoiohs

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liegt. Die trapezförmige Schwingung nach Flg. 7 ergibt sich bei einer Strahlwchwingung, die an den Umkehrst eilen etwas verweilt. Das heißt, der Strahl bleibt für eine bestimmte Zeltdauer In seinen extremen Lagen stationär. Sie·· Schwingung wird erzielt, wenn die Weite der Austritteöffnung 14 Ihren weitesten Bereich aufweist. In einem Belsplelsfall wurde bei einem erfindungagemäßen Oszillator lediglich die Weite ϊ der Austrittsöffnung verändert. Dabei wurde bei einer Weite von 'X » 1,2 W die spit awinkelige Schwingungefora nach *ig. 6, bei einer Weite von Z - 1,3 W die sinusförmige Schwingungefora nach iig. 5 und bei einer Weit· von Ϊ ■ 1,7 W die trapezförmige Schwingungefora erzielt, wob·! dl· letzter« Weite die größte Weite innerhalb des zulässigen Bereiches für die Öffnungswelten der Austrlttsöffnung des erfindungsgemäßen Oszillators darstellt.

Die spitzwinklige Schwingungsfora nach Fig. 6 zeigt die größte Gleichförmigkeit der Verteilung der Iropfen innerhalb des Schwlngungebereicbs. Das folgt aus der konstanten Schwin» gungsgeschwindigkeit über einen vollständigen Zyklus. Die sinusförmige Schwingung ist weniger gleichförmig bezüglich ihrer Tropfenverteilung, da der Strahl In der Väne der Uakehrstellen langsamer wird. Die trapezförmige Schwingung zeigt die größte Ungleichförmigkeit der Tropfenverteilung mit einem verhältnismäßig unproportionalen Ϊlüssigkeitsanteil nahe der Schwingungsbereicbsgrenzen. Die trapezförmige Schwingung erscheint als ein kurzes Verweilen der flüssigkeit entlang den Schwin» gungsbereicbsgrenzen. Eine solche Schwingungsform ist vielfach nicht wünschenswert für Anwendungen als 3?lussigkeitasprüher. Hierfür werden Schwingungsformen bevorzugt, die eine einheitliche oder nahezu einheitliche Tropfenverteilung aufweisen und die für die Erfindung besonders wesentlich 1st.

Sin erfindungegeraäßer Oszillator let besondere vorteilhaft verwendbar zum Tersprühen von Farbe. Eine Vorrichtung zum Versprühen von farbe, die zw«l Oszillatoren 3O₉ 31 nach der

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Erfindung verwendet, 1st in Fig. 11 dargestellt. Hierbei kann es sich vorteilhafterweise um Oszillatoren gemäß fig. 10 und 10a bandeln. Die beiden Oszillatoren sind an einem Bügel 32 gebalten und derart angeordnet, daß die Strablablenkungen der beiden Oszillatoren in einer Ebene liegen (d.h. die Ebenen, 'in denen die Flüssigkeit versprüht wird). Der Bügel 32 let senkrecht zu den Sprühebenen langsam von einem Antrieb verschiebbar, der sobematisob mit Block 33 angegeben ist· Flüssige farbe wird über die Leitung 34 zu beiden Oszillatoren und 31 geleitet· Die ganze Einrichtung ist derart angeordnet, daß die versprühte farbe auf die Fläche 35 aufgetragen wird, die mit farbe überzogen werden soll. Im Beiapielsfalle liegt die Fläche 35 senkrecht zu den von den Oszillatoren abgegebenen Sprühebenen« Die Oszillatoren 30 und 31 sind so angeordnet, daß die von ihnen abgesprühte farbe in unmittelbar ansohlieSenden Bereichen auf die fläche auftrifft· Wenn jeder Sprühbereich eine gleichförmige Verteilug der färbtrupfeben aufweist, bilden die zwei Sprühbereiche zwei gleiche Farbstreifen, von der gleichen farbnenge, in Abhängigkeit von der Bewegung der Oszillatoren parallel zur fläche 35 durch die Antriebsvorrichtung 33· Ss 1st zu bemerken, daß jeder Oszillator an getrennten Leitungen angeschlossen sein kann, um z.B. zwei verschiedene farbstreifen nebeneinander auftragen zu können. 3Ss 1st klar, daß jede beliebige Anzahl von Oszillatoren in einer farbsprühvorricbtung nach dem vorstehenden Prinzip angeordnet werden können· Wesentlich 1st bei der Vorrichtung nach fig. 11 die Tatsache, daß die farben bei Drücken abgesprüht wird, die (z.B· um den faktor 10) geringer ist als die Drücke, die aufgewendet werden müssen, um die farbe aus herkömmlichen Spritzdüsen zu versprühen. Bei geeigneter Wahl der GröBe der Oszillatoren und der Sebwingstrahlfrequenz lassen sich bestimmte Größen von farbtropfen erzielen, die für ein Aufsprühen von farbe besonders Torteilhaft sind. Wesentlich ist dabei, daß die Größe der Tropfen über den gesamten Sprühbereich gleich 1st, wobei die Bildung von feinen Tröpfchennebeln vermieden wird, die zu ungleichförmiger färb-

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auXtragung führen. Außerdem kann die gewünschte Iropfenverteilung (entsprechend Fig. 5 und 6) gewählt werden, um an verschiedenen Stellen des Farbstreifens die gewünschte Stärk· der aufgetragenen Farbe erzielen zu können.

Sie Technik nach Fig. 11 ißt auch für elektrostatisches Aufsprühen geeignet, wobei die Farbe entgegengesetzt von der zu färbenden Fläche 35 polarisiert ist. Der Vorzug besteht bekanntlich darin» daß die Farbtropfen elektrostatisch von der Fläch·

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angezogen werden, so daß wenige ropfen die Fläche verfehlen· Bas elektrostatisch· Aufsprühen von Farben in Kombination alt einer Versprühung der Farbe zu Tropfen einheitlicher Größe mit einem erflndungsgeuäßen Oszillator erhöbt die Wi*. samkeit einer Vorrichtung nach Fig. 11· Mit oder ohne einem elektrostatischen Verfahren besteht der wesentliche Vorteil der Vorrichtung nach Flg. 11 darin» dl· gewünschte Sropf«apverteilung und ausreichend klein· Tropfen gleicher Gruft· ohne Bildung von Iropfennebelanteilen bei Drücken zu erzielen, die wesentlich niedriger als bei vergleichbaren, herkömmlichen Vorrichtungen sind.

ihnliche Vorteile ergeben sich bei dem Gebrauch «ines erfindungsgemäSen Ossiilators in Vorrichtungen zum Versprühen von Flüssigkeiten in der Landwirtschaft, wie 71g· 12 seigt. Di· Sprühvorrichtung nach Fig. 12 umfaßt ein Fahrzeug, b.B. einen Traktor 40, der «inen Flüssigkeitsbehälter für Düngemittel, Pestizide oder dergleichen aufweist, das in Bahnen auf eine Feldfrucht 41 gesprüht werden soll. Sine Pumpe 42 auf dem Fahrzeug 40 dient zur Förderung der Flüssigkeit durch Leitungen 43 zu beiden Seiten des Fahrzeuges, die in quer verlaufenden Verteilerrobren 44 enden. An den Verteilerrohren sind nicht dargestellte, erflndungsgemäde Oszillatoren nebeneinander angebracht. Sie Oszillatoren sind so angebracht, daß die von ihnen abgegebenen Sprühbereiche aneinanderechließen, um eine vollständige und gleichmäßige BeeprUhung dee landwirtschaftlichen Gutes zu erzielen, wie es schematises in Fig« 12 angedeutet ist.

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¥1« Ib Pall· des Versprüheas einer ?arbe sind dl· Oszillatoren nach der Erfindung in der Lag·, die Flüssigkeit bei wesentlich niedrigeren Drücken su versprühen ale das nit den herkömmlichen Vorrichtungen möglich war· Dab·! gaben auoh hier die Oszillatoren erfind ungageaäß Tropfen bestimmter Größe ab, ohne daß Tropfen kleinerer Größen vorhanden sind, Ee ist ein Erfordernis von vielen landwirtschaftlichen Sprühgeräten, daß die Tropfengröße nicht kleiner als etwa 80 Mikron 1st· Erfindungsgemäße Oszillatoren lassen sich genügend groß angeben» um dies· Bedingung su erfüllen· Außerdem vexmidet der erfindungsgemäde OseiHator, andere als die bekannten Vorrichtungen für landwirtschaftlieh· Sprühewecke, daß der austretende Strahl unmittelbar entlang den Austritteflächen strömt t was durch die Zufuhr von Flüssigkeit aus den Steuerkanälen verhindert wird.

Durch vermeiden des Auftreffens des Strahles auf die Austrittswandungen des Austrittsbereiches wird auoh öler die Bildung von sehr kleinen Tröpfchen vermieden, die Vernebeln können und sum Besprühen von Pflanzen ungeeignet SiHd₁ zumal sie auoh vom Wind viel su leicht abgetrieben werden und an unerwünschten Orten sum niederschlag kommen können·

Sin besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Oszillators z.B. nach Jig· 1 1st darin zu sehen, daß seine Frequenz Über einen besonders weiten Bereich der Ströaungsdurchflußmenge linear ist· Der Oszillator nach der US-Patentschrift 3 563 462 zum Beispiel zeigt eine nicht lineare, im wesentlichen parabolische Abhängigkeit der Frequenz von der Strömungsdurchflußmenge. Die lineare Charakteristik des erfindungsgemäßen Oszillators erlaubt die Messung der frequenz zur Bestimmung der Durchflußmenge eines Strömungsmittels· So kann die Frequenz vorteilhafterweise gemessen werden, ohne in den Strömungsfluß einzugreifen oder ihn anders zu beeinträchtigen, so daß dieser im vollen Umfange für den vorgesehenen Zweck zur Verfügung steht· Der erfindungsgemäße StrcSmungsdurohflußmesser 50 nach Pig. 9a und 9b enthält eine Singangsleltung 51 In Verbindung

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mit dem Oszillator 52 nach der Erfindung, der seinen schwingenden Strahl in das relativ weite aufstromseitige End· einer Meßkammer 53 abgibt, die sich stromab verjüngt und an ein· Ausgangsleitung 54 anschließt· Der StriJmungedurobflußmesser 50 wird durch die aufeinanderliegenden Flächen 55» 56 zweier Platten 55 und 56 gebildet, wobei die Kanäle 51 und 54 und die Kammer 53 jeweils teilweise in beiden ^latten vorgeeehen sind, während in der einen Platte (hier die Platte 56) nur der Oszillator 52 eingearbeitet ist« Ea ist klar, dad der StrömungsdurehfluAnesser auch in anderer Weise abhängig von der Grüße de3 Oszillators aufgebaut sein kann, der dann auch teilweise in der einen und in der anderen Platte geformt sein könnte«

Sin piezoelektrischer Umformer 57 befindet eich in einer öffnung In der Platte 55 im Bereich der Kammer 53» Der umformer 57 enthält zwei elektrische Leitungen 53 in Verbindung mit leinem elektrischen Meßgerät zur Anzeige einer der Frequenz des Oszillators und damit der Durchflußaenge proportionalen Spannung. VIe bekannt, gibt der piezoelektrische Umformer ein elektrisches Signal ab» dessen Amplitude und frequenz proportional der mechanischen Kräfte ist» die auf ein· oder mehrere Flächen des Umformers wirken·

Fluid, das unter einem bestimmten Druck in die Leitung 51 tritt oszilliert in dem Oszillator 52, der einen schwingenden Strahl abgibt, wie er im Zusammenhang mit Fig. 1 der Zeichnungen beschrieben ist· Der schwingende Strahl wird in die Kammer 53 abgegeben, in der er abwechselnd auf die Selten der Kammer 53 auftrifft· Die hierdurch bedingten Schwingungen der Meßkammer 53 wirken auf den Umformer 57 ein, der svel elektrische Signale pro Schwingungsperiode des Strahles an die Leitung 58 abgibt, weil der Umformer bei jeder halben Perlode beeinflußt wird· Der gemessene elektrische Wert entspricht somit der doppelten Frequenz des Strahles, denn der Aufprall des Strahles auf jeder Wand der Meßkammer führt zu einer Beeinflussung des

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Umformers· Da» wie solion bemerkt, dl· frequenz des Strahles In einer linearen Beziehung zur Durchflußmenge durch den Oszillator Über einem weiten Durchflußroengenbereich steht, kann die Frequenz des elektrischen Signals direkt einem herkömmlichen Frequenzraster aufgegeben werden« deasen Skala in Durohfluömengenwerten unterteilt ist«

Ein wesentlicher Torteil dea erfindungsgemäßen Durehflußmengenraesaers nach den Pig. 9a und 9b beruht darauf, daß von dem durchfließenden Fluid kein Fluidanteil zur Messung der Durchflußmenge entnommen werden muß oder eine andere Beeinflussung des Fluids notwendig wäre. Der erfindungsgemäße Durohflußmengenmesser kann in jede Strömungsleitung eingesetzt werden, durch welche eine au messende Menge eines Strömungsmittels fließt. Zur Messung der Burchflußmenge einer Strömung ist nicht in jedem Falle eine dem Oscillator nachgeschaltete Heßkammer 53 erforderlich. Insbesondere wenn der Oscillator als Sprühvorrichtung entsprechend den Beispielen nach fig« 11 und 12 verwendet wird, kann dieser mit einem Strömungamengenmesaer kombiniert sein. In einem solchen falle wird der Umformer im Oszillator selbst vorgesehen, um die Frequenz des Osssillatorkörpers selbst zu messen· Der Torteil einer solchen Anordnung ist, daß die Frequenz der Sprühvorrichtung und damit die vom Oszillator abgegebene Menge gerne β «en wird, ohne daß eine Kammer 53 erforderlich ist.

Bei vielen Sprühvorrichtungen ist es wünschenswert» wenn eine bestimmte Strömungsmenge abgegeben wird« bei der gute Sprühbedingungen herrschen· In einem solchen Falle sind fprühvorrlchtungen nach den Flg. da und 8b von Torteil· Hierbei ist ein erflndungagemäfier Oszillator 60 mit einem bUgelförmigen Schwingkörper oder dergleichen Teil versehen· Der Schwingkörper ist derart gewählt, daß er eine Resonanzfrequenz entsprechend der doppelten Oszillatorfrequenz der gewünschten Strömungemittelmenge durch den Oszillator besitzt· Wenn diese Strömungsmittelmenge erreicht ist, führen die Schwingungen des Oszilla-

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tors 60 au Schwingungen des Sehwingkörpers 61, der als Anzeige dient, daß die gewünschten Bedingungen erreicht sind· Der Schwingkcirper ißt alao derart ausgebildet» daß er bei anderen als der optimalen Strömungsmittelsienge, die von der brühvorrichtung abgegeben wird, nicht schwingt·

Der Schwingkörper 61 ist ein einfaches Beispiel für einen Resonanzkörper, der als Anzeiger für eine bestimmte Strömungemenge dient· Statt dee SchwingkBrpers 61 kann auch eine Stimmgabel verwendet werden, die bei einer bestimmten Strömungsmitteldurchflußmenge einen Ton abgibt· Weiterhin kann es eich auch um einen magnetischen Eesonanzkörper handeln, aur Abgabe eines elektrischen Signale uew· In jeden falle wird keine Strömungemenge entnommen oder die Strömung In anderer Weise beeinträchtigt, so daß eine genaue Strömungemittelemenge angezeigt werden kann.

Außer für Anwendungen in der Industrie sind erfindungsgemäße Sprühvorrichtungen auch in vielen Anwendungen für den Konsummarkt von Interesse· Hierzu gehört z.B* eine Munddusche, wie sie in unserer parallelen Anmeldung vom gleichen Sage beschrieb ben ist« Eine weitere Anwendung ist in fig· 10a und 10b dargestellt· Hierbei handelt es sich um eine Waeserbürste 70, die einen Bürstenkörper 71 umfaßt, der an seinem hinteren Ende an eine leitung angeschlossen 1st, über die Wasser von einem Wasserhahn zugeleitet wird. Innerhalb des Borstenkörper« 71 befindet sich ein erfindungsgeaäßer Oszillator (hier nicht dargestellt). Der Oszillator gibt seinen schwingenden Strahl durch eine im wesentlichen rechteckige öffnung 72 am vorderen Ende des Büratenkörpere ab. Ea ist klar, daß die Gestalt der Auslaßöffnung in Abhängigkeit von der Gestalt des Sprühstrahles geändert werden kann. Um die Öffnung 72 herum befindet sich am vorderen Ende des fiürstenkörpers ein im wesentlichen tropfenförmig vorspringender Band aus einem schaungummiartigen Kunststoffmaterial, das wasserdurchlässig ist·

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Di· Wirkung dieser Waasermassagebürste hängt nicht τοη dem natürlichen Widerstand oder Elastlsitat der Haut ab zur Erzielung einer optimalen Wirkung einer Hautmaaaage und einer Durchblutung der Haut. Vielmehr wird daa durch Wassertropfen 'an einer Stelle eingedrückte Hautgewebe beim Zurückgehen in •eine Ausgangslage durch nachfolgende Waasertropfen, die auf eine unmittelbar benachbarte Hautatelle auftreffen, positiv unterstützt. Auf diese Weise kann die Frequenz des schwingenden Massagestrahles der Wassermassagebürste wesentlich höher gewählt werden, als die Frequenz τοη Pulaatrablmassagegeräten, weil die frequenz der Pulsstrahlen begrenzt ist durch die Zeit, die für die Haut erforderlich ist, aus einer eingedrückten Stellung durch ihre eigene Elastizität wieder in ihre Ausgangslage zurückzugelangen«

Andere Sprühgeräte zum persönlichen Gebrauch sind zur Anwendung des erfindungsgemäflen Oszillatore besonders geeignet· Hierzu wird auf Fig. 13 verwiesen, in der ein Zerstäuber 80 dargestellt ist, der aus einem Behälter 81 mit einem entfernbaren Deckel 82 besteht. Ein herkömmlicher Gummibalg 83 an einem in den Behälter durch den Deckel 82 ragenden kurzen Rohr 84 wird τοη Hand gedrückt, um Luft aus dem Balg über das Rohr 84 in den Behälter zu drücken. Daa Rohr 84 endet kurz hinter dem Deckel 82 oberhalb eines Flüssigkeitsspiegels in dem mit einer Flüssigkeit gefüllten Bebälter· Sin zweites Rohr 85 endet kurz über dem Boden des Behälters und ist luftdicht wie das Rohr 84 durch den Deckel 82 geführt· Das obere finde dee Rohres schließt an das Eingangsende eines erfindungsgemäSen Oszillators 86 an.

Durch Drücken dee Gummibalges 83 wird flüssigkeit unter Druck durch die Leitung 85 befördert. Bei Erreichen des Oszillators 86 wird τοη diesem ein sohwingender Strahl erzeugt, der einen Sprühstrahl abgibt, dessen Eigenschaften vorstellend beschrieben sind.

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Der Zerstäuber nach Fig. 13 ist zur Zerstäubung von Perfume, Kölnisch Wasser, desodoriesierenden Mitteln, Desinfektionsmitteln usw. geeignet. Außerdem können Zerstäuber zur Ablesung von Farben, zum Auftragen von Luaungs- und Reinigungsmitteln usw. benutzt werden. Auch kann der Zerstäuber zur Abgabe eines schwingenden Gasstrahles oder anderer nicht-flüssiger Fluide verwendet werden. Es ist zu bemerken, daß all diese Anwendungen des erfindungsgemäflen Oszillators auoh mit anderen Druckquellen, wie Gummibälgen83, betrieben werden können.

Fig. 14 zeigt eine weitere Anwendung. Es handelt sieb um einen erfindungsgemäßen HandsprUbapparat 90, mit einem flexiblen Flüssigkeitsbehälter 91, der von Hand zusammengedrückt werden kann, um den notwendigen Druck zur Abgabe eines Sprühstrahlen zu erzeugen. Eine Kappe 92 des Behälters 91 ist mit einem erfindungsgemäSen Oszillator 95 versehen, der mit der Kappe aus einem Stück bestehen kann. An den Oszillator 95 sohlieSt mit ihrem einen Snde eine flexible Leitung 94 in dem Behälter 91 an. An dem vom Oszillator abgewendeten anderen Snde der flexiblen Leitung 94 ist ein Gewicht 95 befestigt, das das Leitungsende jeweils an dem tiefsten Snde des Behälters hält, ganz gleich, auf welch· Veise der Behälter in der Hand des Benutzers gehalten wird.

Die flexible Leitung 94 dient dazu, Flüssigkeit aus dem Behälter 91 unter Druck in den Oszillator 95 zu führen, wenn der Behälter von Hand zusammengedrückt wird.

Der Handsprühapparat 90 kann entsprechend dem Zerstäuber 80 (Fig. 13) benutzt werden. Der Torteil des Handsprtthapparates 90 besteht darin, daß er leicht in jede Richtung gehalten werden kann, auch senkrecht nach unten, und dafi in allen Stellungen ein Sprühstrahl abgegeben werden kann. Das liegt daran, daß das Gewicht 95 das Einlaßende der flexiblen Leitung 94 stets in eine Lage unter dem Flüssigkeitsspiegel hält, ganz gleich, wie der Behälter 90 gehalten wird.

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Bel beiden SprühTorrichtungen 80 und 90 nach Flg. 13 und 14 können die Behälter von der Kappe und des mit der Kappe In Verbindung stehenden erfindungsgemäßen Oszillator getrennt werden, so daß sich die Behälter unter Benutzung des gleichen Kappenrerschlusses mit dem zugehörigen Oszillator austauschen lassen·

Der erfindungegemäße Oszillator kann auch In Verbindung mit fluids anders als Wasser benutzt werden· Hierbei kann es sich vorteilhafterweise auch um Arbeitsflüssigkeiten oder Arbeltsgase handeln« In denen sehr feine Teilchen enthalten sind, wobei das Gemisch aus Gas und feinen Teilchen oder Flüssigkeit und feinen Teilchen* die charakteristischen Merkmale eines Strömungsmittel* aufweist· Typische Beispiele sind dehydrierte Festkörperteilchen, wie z.B. getrocknete Farben und Milch _v granulierte Festkörperteilchen, wie Zucker, pulverisierte Stoffe» wie Schießpulver usw. In vielen Fällen ist es möglich« Festkörperteilchen In einem Fluid über einen erflndungsgemäfien Oszillator zu versprühen, wie er In Fig. 1 beschrieben 1st. In manchen Fällen fallen jedoch die Festkörperteilchen Innerhalb der Weehselwirkungskamoer aus bzw· neigen zum Ausfallen· Qa ein solches Ausfallen zu verhindern« ist in Flg· 15 ein besonderer, diesen Umstand Rechnung tragender Oszillator für ein Ausführungsbeispier dargestellt. Der Oszillator 100 besitzt die gleichen Seile wie der Oszillator 10 in Fig· 1, die alt den gleichen Bezugszeichen versehen sind· Zusätzlich enthält der Oszillator eine Singangsleitung 101 für Luft» welche mit einem Terzwelgungskanal 102 verbunden ist. Der Yerzweigungskanal steht über öffnungen 103 in beiden Seltenwanden 13 und 16 mit der Wechselwlrkungskamaer 13 in Verbindung» Ober die Eingangsleitung 101, den Verzweigungskanal 102 und die öffnungen gelangt Luft oder Gas unter Druck in die Vechselwirkungekammer 13* Hierzu 1st die Leitung 101 an eine nicht dargestellte Druckluftquelle angeschlossen, um den Druck in der Wechselwirkngskammer zu erhöhen· Der erhöhte Druck verhindert« daft in dem Fluid enthaltene Festkörperteile in der Wecheelwirkungskamner »or Ausfällung körnen können· Ein Verstopfen der Kanäle alt

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Festkörperteilchen kann, so verhindert werden. Vielmehr werden die Festkörperteilchen angetrieben» aus der Austrittsuffnung mit dem ausströmenden Strahl auszutreten*

2er die Festkörperteilchen enthaltende Strahl, der den Oszillator 100 verläßt, besitzt die Gestalt einer schmalen einus- oder zickzackfurmlgen Kurve, wie sie In Pig« 19 gezeigt ist· In dieser Form können die Seilohen entweder auf «in· Fläche (wenn es sich um eine Farbe handelt) gesprüht werden oder in einem besonderen Prozeß bzw· Verfahreneschritt wie gefordert verteilt werden· Sine weitere Ausbildung eines erfindung3gemä3en Oszillators zur Abgabe eines Strahles entsprechend Pig· 19 ist In den Fig· 16 und 18 aufgezeigt« Der Oszillator 105 enthält die gleichen Seile wie der Oszillator 10 nach Fig· 1· Zusätzlich enthält er ein Rohr 106, das sich durch die Platt« 11 erstreckt und im Bereich der Ana tritt aÖffnung 14 endet. 2)1· Lage des Rohres 106 ist derart, daß der aus der AuetrittaÖffnung 14 austretende Strahl jeweils über die öffnung dee Rohres 106 streicht unabhängig von der Lage des Strahles· Das Rohr 106 dient dazu, feste Partikel oder ein Fluid den schwingenden Strahl beim Überstreichen über die Öffnung des Rohres 106 zuzunißchen. Das zuzumischende Gut kann entweder vom Strahl durch das Rohr 106 angesaugt werden oder es wird unter Druck dem Strahl zugeleitet· In jedem Falle trägt der Strahl das züge* führte Material bzw. den zugeführten Stoff mit sich in einer Strahlform, wie sie in Pig« 19 gezeigt ist. In einen typischen Anwendungefall kann die ArbeltsstrSaung Luft und das über das Rohr 106 zugeleitete Material aus festen Teilchen bestehen· Allgemein kann die Arbelte3tr8mung jede Flüssigkeit, jedes Gas oder In eine flüssigkeit Übergeführte Festkörper oder in einer

solchen aufgeschlämate Pestkörper betreffen und der über dae Rohr 106 zugeführte Stoff kann ebenso flüssig, gasförmig oder aus einzelnen trockenen oder In einer Flüssigkeit auf ge schlamm* ten Festkörperteilchen bestehen. Das Rohr 106 kann z,B. In Terbindung mit der Vaeeeraaseagebürste 70 Ia Pig· 10m, 10b stehen, im ζ·Β· Seife oder dergleichen des Strahl zuzumiechen. Das

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Rohr 106 kenn auch in Verbindung mit der landwirtschaftlichen Sprühvorrichtung nach Fig. 12 verwendet werden ; um z.B· pestizide Mittel einem Dängemitteletrabl oder umgekehrt zuzumiechen· In einigen Fällen kann es wünschenswert sein, dem austretenden Strahl Stoffe so zuzumischan, daß der Stoff nicht über den ganzen Strahl gleichmäßig verteilt 1st. Z»B. zeigt Fig. 20 einen Sprühstrahl, der in eine Reihe von Strahlteilen aus strömungsfähigen Festkörperteilchen besteht» die entlang einer geraden Linie strömen. Ein erfindungagemäßer Oszillator zur Abgabe eines solchen SprUhatrahles ist in den Fig. 17 und 18a gezeigt· Der Oszillator ist lsi wesentlichen gleich dem Oszillator 10 nach Fig· 1» wobei gleiche Seile mit den gleichen Bezugsweichen benannt sind* Abweichend von dem Oszillator 10 enthält der Oszillator 110 ein Rohr 111 ähnlich dem Rohr 106 des Oszillators 105t das aber anders als das Rohr 106 in dem Austrittsbereich 17 mündet und zwar mit einem wesentlichen Abstand stromab von der Austrittsöffnung 14« In dieser Lage überstreicht der austretende Strahl die öffnung des Rohres 111 bei seinem Hin- und Herschwingen« und zwar nur zwei Mal während einer Schwingungeperiode· Das heißt, der Strahl passiert dia Austrittsöffnung des Rohres 111 nur, wenn der Strahl sich inoder nahe seiner Hittellage befindet und nicht« wenn er seine ceitliehen Stellungen gegenüber der lüttellage einnimmt. Das ohr 111 kann aber so angeordnet sein, daß seine öffnung nur von dem Strahl überströmt wird, wenn sich dieser in einer seiner beiden extremen Lagen befindet· Es können auch mehr als ein Rohr in den Austrittsbereich 17 münden, so daß eine entsprechende Anzahl Sprühstrahlen gemäß Fig. 20 abgegeben werden, die zwischen sich Winkel einschließen. Xn Jedem Fall enthält der Sprühstrahl« der von dem Oscillator 110 abgegeben wird, über das Rohr 111 zugeführte Stoffe, die sich nur an diskreten Stellen des Sprühstrahles befinden. Die Fluide und die Stoffe bzw· Materialien, die im Zusammenhang mit dem Oszillator 110 verwendbar sind, sind die gleichen wie die für den Oszillator 105 nftch Fig· 16 und 18.

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Sin weiterer Oszillator nacü der Erfindung iet in Pig· 21 dargestellt. Der Oszillator 120 besitzt die gleichen Teile wie der Oszillator 10 nach Fig. 1 mit Ausnehme der Düse 121, die eich von der Düse 12 in flg. 1 unterscheidet. Die Suse 121 besitzt am Düsenauetritt eine scharfkantige Düsanverengung, Ähnlich wie der Düsenaustritt der in der US-O?at ent schrift 3 608 703 aufgezeigten Düse· Vie im dem US-Patent beschrieben, ist ein von einer solchen Düse abgegebener Strahl leichter auelenkbar, so daJ eine kürzere Vechselwirkungskaaaer möglieb 1st. Durch Verwendung der Düse 121 war es möglich, die Länge der Wechselwirkungskammer des Oszillators 120 in Fig. 21 kürzer auszubilden als bei den Oszillator 10 in fig· 1. Wesentlich ist dabei ι daß die Aus tritt söffnung U und die Steuerkanäle 21, 22 ausreichend sohmal ausgebildet sind, so daß im Betrieb der statische Druck an auf atrooaeitigen finde der Weobselwirkungskamner 13 positiv größer ist als in Austritt s be reich. Das erlaubt» wie vorstehend beschrieben, daß das fluid von der Vechselwirkungskammer 13 zum Austrittsbereich 17 über die Steuerkanäle 21, 22 strömt, wobei diese Strömung in Auslaßrlcbtung verhindert, dad von außen über die Steuerkanäle fluid aus den Austrittsbereich in die Vechselwirkungskamner gelangen kann· Außerdem wird verhindert, daß der Strahl auf die seitlichen Wandungen des Austrittsbereiohes auf treffen kann, wodurch unerwünschte kleine Tröpfchen entstehen würden.

Zusaanenfassend weist der vorstehend beschriebene, erfindungsgemäße fluidische Oszillator vorallea folgende Torteile aufs

(a) XIn flüssiger ^rühstrahl kann in einer gewünschten Strahlform bei niedrigeren Drücken als bisher erzielt werden·

(b) Wenn erwünscht« kann eine einheitliche Tropfengröße erzielt werden· In jedem Fall kann eine minimale und eine maximale Tropfengröße bei niedrigeren Drücken als bisher erzielt werden·

(o) Aus dem Austrittebereich kann kein fluid in die Wechselwirkungskanmer gelangen.

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(d) Der Strömungefluß durch den Oszillator kann ohne Eingriff in die Strömung selbst gemessen werden·

(e) Der Oszillator nach der Erfindung kann wesentlich kleiner als bekannte Oszillatoren gebaut werden, die eine Wechselwirkungskamaer alt innerer Rückführung entlang ausgebuchte» ten Seitenwinden besitzen.

(f) Der erfindungsgemäSe Oszillator kann mit flacheren Kanälen als bekannte fluidieche Strömungselemente gebaut werden, und zwar ist das Düsanrerhältnis (Tiefe der Düse zur Düsenweite) kleiner als bisher· Gemeint ist die Düse, über die die Arbeitoströmung (Hauptatromung) zugeführt wird· Das erlaubt eine einfachere und koetensparendere Herstellung als bisher.

Bezüglich des Vorteiles eines kleineren DüsenTerhältnisses ist noch BU bemerken, daß das kleinere Verhältnis keine Einwirkungen auf die Arbeitsirequenz des Oszillators hat· In anderen Worten, alle anderen Dimensionen bleiben unverändert« das Indern der Kanaltiefe mindert nicht die Arbeitsirequenz bei Irgendeinem Arbeitsdruck· Diese Vorteile stellen keine Beschränkimg hinsichtlich der Anwendung des Düsenverhältnisses dar· Die Erfindung arbeitet bei größeren Düaenrerhältnissen gleichermaßen gut·

Ee ist su betonen, daß ein sinusförmiger Sprühstrahl entsprechend Fig· 5 mehr Tropfen τοη einheitlicher Groß· als der Sprühstrahl mit einer zick-saek-förmigen Gestalt nach Fig· 6 besitzt, obgleich die Änderung der Tropfengröße in dem Sprühstrahl nach Fig. 6 in keinem falle groß 1st· Wie angegeben, ist bei der zlck-zack-förmigen Gestalt des Sprühstrahles nach Flg. 6 die räumliche Verteilung der Flüssigkeit einheitlicher als bei dem sinusförmigen Sprühstrahl nach Flg. 5» obwohl der sinusförmige qrtihatrahl für die meisten Sprühstrablanwendungen ausreichend 1st« Die günstigste Kombination swisehen einheitlicher fropfengröße und einheitlicher Flüssigkeitsrerteilung wird durch einen Koaproml· «wischen den beiden Sprühatrablausbildungen erhalt·»· 609817/1187

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Ein anderer Vorteil der Erfindung beruht in der fatsaohe, daß der Oszillator nicht fortwährend nachtropft, wenn er nicht arbeitet, ein Problem, das bei den herkömmlichen Sprühdüsen vorhanden ist·

Ein noch weiterer Vorteil beruht darauf» daß die Erfindung in Gas«- und in Wasserumgebung arbeiten kann, und daß als Arbeitsfluid eine Flüssigkeit oder ein Gas geeignet ist· Die meisten bekannten fluidisehen Oszillatoren arbeiten nicht in jeder Umgebung·

Der Oszillator nach der Erfindung ist in der Lage, ein Fluid mit größerer Viskosität in einer unverminderten Sprühform bei einem gegebenen Flüssigkeitsdruck abzugeben, als es beim Stand der Technik möglich war· Das ist besonders vorteilhaft bei Aerosol-Sprühern, bei denen der verwendbare Druck beträchtlich stark begrenzt ist« Außerdem besiteen einige Aerosolsprüher Lösungsmittel in der abgegebenen Flüssigkeit zur Verringerung der Viskosität. Die Viskosität soll dabei so weit erniedrigt werden, daß ein Versprühen möglich 1st· Der erfindungegemäS· Oszillator erlaubt eine beträchtliche Verringerung an Lösungsmittel in solchen Sprühvorrichtungen· Die verringerung des Lösungsmittels verringert die Bildung von kleinen Tropfen, die anders Im Zusammenwirken von tJmgebungsluft und Fluid mit geringer Viskosität gebildet werden· Weiterhin reduziert die Verringerung des Lösungsmittels die Tendenz des versprühten Fluids (z.B· einer Farbe) nach dem Auf treffen auf die zu besprühende Fläche zxl laufen·

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht JLn der hin- und berstreichenden Wirkung der Sprühstrahlen. Ee hat «loh geseigt, daß der pulsierende Strom bekannter Oeeillatoren die erkrankte Haut von Keimen befreien kann und Wundem reinigt. Der erfindungsgemäße Pulsator erreicht eine solche Wirkung hei hohen Frequensen und relativ niedrigen Drücken, ohne daß dabei der Patient ein stechendes Gefühl wie bei pulsierenden Strumen bat.

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In der Tat führt ein prickelndes Gefühl, das der Patient unter den Sprühstrahlen eines erfindungsgemäßen Oszillators wahrnimmt, zu einer gewissen Empfindungslosigkeit eines begrenzten Bereichs anders als die stechenden Empfindungen» die mit den bekannten Oszillatoren erzielt werden.

Der erfindungsgemäße Oszillator erzeugt einen la wesentlichen ebenen gefächerten Sprühstrahl, der sich durch die Ausbildung der Austrittewände bzw. der Austrittsöffnung verändern läßt. Außerdem muß der Sprühstrahl nicht ubedingt in einer Ebene liegen, indem der Oszillator derart ausgebildet wird, da£ die Platte 11 nicht eben ist. Ζ·Β· wenn die Platte 11 eine balbzylindrlache Form aufweist, muß der abgelenkte Strahl quer XU der halbzylindriscben Platte abgelenkt werden, ao daß der austretende Strahl nicht flach ist, sondern eine konische oder halbzylindrisohe Gestalt besitzt· Andere Ausbildungen der Platte 11 führen zu entsprechenden Strahlausbildungen.

Terschiedene Anwendungen des erfindungegemäßen Oszillators sind nachstehend aufgeführts

(1) Landwirtschaftliche Sprühvorrichtungen

(2) larbeneprühvorrichtungen

(3) Mundduschen

(4) Aerosol-Sprüher

(5) Yersprühen eines fluids unter Zusatz von festen teilchen

(6) Messung der Strömungsmenge

(7) aeratauber

(8) Strömungsmischer

(9) Kraftstoffeinspritzung

(10) Trockner

(11) Maseagegeräte

(12) Reinigungsvorrichtungen.

Bezüglich der Reinigungsvorrichtung ist anzugeben, daß der erfindungsgeaäß erzielte Sprühstrahl sum Reinigen der verschiedensten Oberflächen geeignet ist· So werden beträchtliche

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Vorteile auf dem Gebiet der v/undbehandlung erzielt, wo Flüssigkeitsstrahler! von Wasser und/oder antiseptischen Lösungen auf die Wunden bzw· wunden Stellen gesprüht werden, um eine wirksame Sterilisation zu eraielen.

Sie Erfindung befaßt sich somit Yorallem gans allgemein auf Vorrichtungen und deren Anwendungen zur Abgabe ron Plüasigkeitsstrahlen unter niedrigem Druck, dabei spielt die Abgabe eines Flüssigkeitsstrahlea, der periodisch abgelenkt wird und eine steuerbar« Tropfengröße sowie eine steuerbare Flüssigkeitsyertellung besitzt, eine besondere Rolle, die für viel· Anwendungen wesentlich ist·

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

1« Vorrichtung zum Versprühen eines fluids« insbesondere fluidischer Oszillator, mit einer Düse zur Abgabe eines Strahles der durch eine Austritteöffnung in einem von an die AustrittBöfinung anschließenden stromab divergierenden Austrittswänden begrenzten Auetrittebereich periodisch zwischen den beiden Austrittawänden hin- und herschwenkt, dadurch gekennzeichnet! dad der Strahl die Austrittsöffnung (14} vollkommen ausfüllt und die Austrittswände (18, 19) je eine Öffnung (23» 25) Bit einem anschließenden mit fluid gefüllten Kanal (21, 22) aufweisen, aus den beim Tosbeiströmen des Strahles in seiner einen extremen Lage Fluid austritt und entlang der Austrittswand fließt, so dafl der Strahl gehindert ist, sich an die Austrittswand anzulegen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 alt einer Wechselwirkungskammer mit auf- und abstromseitigen *in- bsw. Austrlttsuffnungen und ausgebuchteten Seitenwänden, die von der «ufstrooseitigen Eintrittaöffnung aus zunächst divergieren und sur abstromseitigen Austrittsuffnung hin konvergieren, mit einer Düse sur Abgabe eine» Strahles durch die Eintrittsöffnung in die Wechselwlrkungskanmer, einem Austrittebereieb im Anschluß an die Austrittsöffnung der Wechselwirkungskammer mit von der Austrittsöffnung aus divergierenden Seitenwänden und mit beiderseits der Seitenwände der Wechselwirkungskammer vorhandenen Steuerkanälen, die sich jeweils zwischen Offnungen in den divergierenden Seitenwänden des Austrittebereiche und öffnungen in den Seitenwänden am aufstromseitigen Ende der Wechselwirkungskammer erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß die Veite des Austrlttsendes nur wenig größer als die engste Weite der Hauptdüse ist, so daß der austretende Strahl die Vechselwirkungskammer vom Auetrittebereich abschließt, und daß die axiale Länge der Wechselwirkungekammer derart relativ kurz und der Querschnitt der Steuerkanäle derart relativ klein gewählt sind, daß der positive statische Druck

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am Eintritt sende der Weehselwirkungskammer den statischen Druck im Auetrittsbereicb übersteigt und Vasser in den Steuerkanälen nur in Richtung zum Austrittsbereich strömt·
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer engsten Veite V der Hauptdüse, die Veite des Austrittsendes 1,1 W bis 1,5 W beträgt, daß der Abstand zwischen den engsten Querschnitten der Uauptdüee und dem Auetritteende kleiner als 8 V, insbesondere 5 V bis 8 W₁ beträgt und daß der Querschnitt der Steuerkanäle gleich oder kleiner als der engste Querschnitt der Hauptdüse ist·
4· Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß bei gleicher liefe der Steuerkanäle und der HauptdUse die Veite der Steuerkanäle kleiner/gleich 0,7$ V ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet} daß die Abschnitte der Seitenwände des Austrittebereiches stromab τοη den öffnungen der Steuerkanäle unter einem kleineren Vinkel divergieren als die Abschnitte der Seitenwände zwischen dem Austritteende der Wechselwirkungekammer und den öffnungen der Steuerkanäle·
6· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bi· 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Austritt der Düse verengt ist·
7· Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verengung von einem langgestreckten Hals alt parallelen Seitenwänden gebildet wird (Pig. 4)·
3« Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verengung von nach innen gerichteten seitlichen Torsprüngen gebildet wird (Eig. 1).
9· Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprung· scharfkantige, zur Längsachse der Düse senkrecht

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nach innen weisende Wandabachnitte bilden, die eine trichterförmige Düsenöffnung mit stromab nach außen divergierenden Wandabschnitten bilden, in die die Steuerkanäle nabe der Düsenöffnung munden (Pig. 21).
10· Torriehtung nach Anspruch 2 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die divergierenden Seitenwände am atromaufseitigen Ende der Vecbselwirkungskammer ungekrümrate Seitenwandabachnitte aufweisen, an die stromab nach außen kreiabogenförmig divergierende und zur Austrittsöffnung der Wechselwirkungskammer hin konvergierende Seitenwandabsehnitte anschließen (fig· 1, 21 ·
11. Torriohtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der die Wechselwirkungekararaer und die Kanäle abschließenden flachen Deck- und/oder Bodenplatte iis Bereich der Austrittsöffnung der Wechaelwirkungskasmer wenigstens eine öffnung zur Zuführung von fluiden Stoffen vorgesehen ist, die von dem auetretenden Strahl ständig überströmt wird (Jig. 16).
12· Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der die Yechsülwirkungakammer und die Kanäle abschließenden flachen Deck- und/oder Bodenplatte Bit Abstand von der Austrittsöffnung im Austrittaberelch wenigstens eine Öffnung zur Zuführung von fluiden Stoffen vorgesehen 1st, die von dem austretenden Strahl während einer Schwingungsperiode nur kurzzeitig überströmt wird (Pig· 17)·
13. Torrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Weetaselwirkungskammer über wenigstens eine öffnung an eine äußere Druckmittelquelle zur Erhöhung des etatischen Druckes in der Wechselwirkungskammer angeschlossen 1st.
14. Torrichtung nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß in den Seitenwänden der Wechselwirkungekammer *anäle vorgesehen

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Bind, die durch mehrere öffnungen mit der Wecheelwirkuri^skainner verbunden aind, und dad die miteinander verbundenen Kanäle über wenigstens eine Ansehlußöffnung an die äußere Drucksiittelquelle angeschlossen sind (ig. 15)·
15« Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Austrittalsereich einen halbkreisförmig gewölbten Auatrittsechlitz bildet.
16· Vorrichtung nach Anspruch 5 und weiteren Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte der Seitenwände des Austrittsbereichs stromab von den öffnungen der Steuerkanäle leicht nach außen gewölbt sind (Fig« 15)·
17· Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an den Auatrittobereich des Oszillators eine trichterförmige Meßkamraer zur Aufnahme und Weiterleitung des schwingenden Strahles anschließt, wobei die durch den Strahl bewirkten Schwingungen der Meßkammer ein Haß für die frequent des Strahles proportional seiner Durchfluflraenge ist·
18· Vorrichtung nach Anspruch 17» dadurch gekanneeichnet, daß die MeSkamaer mit einem piezoelektrischen Umformer zur Erfassung der Schwingungen versehen ist (Fig· 9)·
19· Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Außenwand des Ü4n Oszillator aufnehmenden Gehäuses «in Reaonarnskarper angebracht ist, der bei einer bestimmten frequenz des Strahles in Schwingung gerät und diese Frequenz anzeigt (Pig. β).
20« Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ossi11ator an einen Deckel für einen flexiblen flüssigkeitsbehälter an-Bcbließt (Pig. 14).

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21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß an die Düse ein in dem Behälter liegender flexibler Schlauch anschließt, an dessen Einlaßöffnung ein Gewicht angebracht ist (Pig· 14)·
2£· Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden eprücbe, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse an ein starres Zuleitungarohr anschließt, daa durch einen Deekel bis didat Über den Boden eines FlttsoigkeitsbebäTters reicht und daß durch den Deckel außerdem ein kurzes Rohr ragt, das an einen Luftbalg angeschlossen ist (Fig. 13)·
23· Vorrichtung nach einein oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere in Reihe angeordnete Oszillatoren zur Versprühung von Farben, Lacken und dergleichen Flüssigkeiten auf einer Fläche an einem länge der Fläche verschieblichen Rahmen gehalten sind (Pig. 11),
24« Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere in Reihe angeordnete Oszillatoren sur Versprühung von Lösungen (Düngemitteln, Unkraut- und Schädlingavert.ilgungsmitteln) über dem Ackerboden an einem Rahmen gehalten sind, die als seitlicher Ausleger an einem Fahrzeug angebracht sind (Fig·12).
25. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Austrittsbereich in eine öffnung einer stirnseitigen Wand eines Maesage- und/oder Reinigungsgeräteβ austritt und die öffnung von einem vorspringenden Band aus Kunststoff (Schaumstoff) umgeben ist (Fig. 10).

26« Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand eine tropfenförmige Gestalt besitzt (Fig. 10)·

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