DE2505695C2

DE2505695C2 -

Info

Publication number: DE2505695C2
Application number: DE2505695A
Authority: DE
Inventors: Ronald D. Silver Spring Md. Us Stouffer; Harry C. Beltsville Md. Us Bray Jun.
Original assignee: Bowles Fluidics Corp
Current assignee: Bowles Fluidics Corp
Priority date: 1974-09-30
Filing date: 1975-02-11
Publication date: 1988-06-01
Also published as: GB1515892A; CA1059918A; JPS5139412A; DE7504093U; JPS57108B2; DE2505695A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Sprühkopf der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art für eine Flüssigkeit.

Bekannte und industriell genutzte Sprühvorrichtungen zum Versprühen oder Zerstäuben von Flüssigkeiten besitzen vielfach eine Düse mit einem scharfkantigen Austrittsbereich zur Abgabe eines versprühten Strahles. Die Ausbildung des Sprühstrahls 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 dagegen über einen weiten Druckbereich oberhalb eines be stimmten Druckes konstant. Sie ändert sich jedoch wesentlich bei bestimmten niedrigen Drücken. Der Druck zum Erhalt bestimmter Tropfengrößen wird auch von der Oberflächenspannung der Flüssig keit beeinflußt. Eine Flüssigkeit mit höherer Viskosität erfor dert einen höheren Druck als eine Flüssigkeit mit geringerer Viskosität um eine gegebene Tropfengröße zu verkleinern. Ein vorbetimmter Druck, oberhalb dessen eine herkömmliche sprüh düse einen konstanten Sprühstrahl abgibt, ist von der Viskosität abhängig und zwar je höher die Viskosität ist, um so höher ist der vorbestimmte Druck.

Verschiedene Anwendungen der Flüssigkeitssprüher haben ver schiedene Anforderungen an die Tropfengröße und ihre Verteilung in dem Sprühstrahl. Zum Beispiel für Farbsprüher ist es wesentlich, daß die einzelnen Tropfen genügend klein sind, ohne daß sie ver nebeln. Bevorzugt wird eine Tropfengröße von 25 Mikron oder weniger. Es ist wichtig für einen Farbsprüher, daß die Tröpf chengröße festlegbar ist. Da die Farbe in Farbsprühern über herkömmliche Düsen versprüht wird, müssen diese daher ober halb von Drücken arbeiten, bei denen maximale Tröpfchengrößen erzielbar sind. Es muß ein Druckbereich gewählt werden, in dem die Sprühstrahleigenschaften konstant bleiben. Ein sol cher Druckbereich ist höher als der Druck der zur Erzielung genügend kleiner Tröpfchen notwendig wäre. Bei Sprühvorrich tungen für die Landwirtschaft (z. B. zum Versprühen von Pesti ziden, 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 Ab setzung kommen können, wo sie schädlich sind 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 Farbsprühern.

Herkömmliche Sprühdüsen arbeiten daher für landwirtschaftliche Zwecke bei Drücken und der Größe von 50 psi, um eine ge wünschte Versprühung zu erzielen, wohingegen Farbsprüher in der Regel bei Drücken von einigen Tausend psi arbeiten. In der Industrie wurden daher schon viele Anstrengungen aufge wandt, die erforderlichen Drücke zum Versprühen eines Strahles zu verringern, ohne daß dadurch die entsprechenden Sprüh strahleigenschaften benachteiligt werden.

Versuche von Rayleigh und anderen haben ergeben, daß wenn eine Düsenöffnung quer zu ihrer Strömungsachse oberhalb einer be stimmten Amplitude und Frequenz vibriert, ein Flüssigkeits strahl, der aus der Düsenöffnung austritt, in Tropfen auseinander bricht, die eine bestimmte Aufeinanderfolge aufzeigen und eine bestimmte Größe besitzen. Die Schwingungsamplitude muß wenigstens gleich dem Radius der Düsenöffnung sein. Die Fre quenz muß gleich oder größer als die sogenannten Rayleigh-Fre quenz sein, die in entgegengesetzter Beziehung zum Durchmesser der Düsenöffnung und in direkter Beziehung zur Oberflächen spannung der Flüssigkeit steht. Hieraus würde folgen, daß eine Düsenöffnung quer zur Strömungsachse bei einer bestimmten Amplitude und Frequenz vibrieren muß, um eine bestimmte Tropfen 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 mit der gewünschten Amplitude erzeugt, um dadurch eine bestimmte Sprüh strahlausbildung bei Frequenzen gleich oder größer als die Rayleigh-Frequenz zu erhalten. Eine derartige Antriebsmaschine ist aufwendig und teuer und erfordert mehr Energie zum Antrieb als gerechtfertigt wäre, einen solchen Antrieb statt einer herkömmlichen Strahldüse zu verwenden.

Es ist auch schon bekanntgeworden, daß Flüssigkeitsstrahlen, ohne eine äußere Energiequelle, quer zur Strahlachse abge lenkt werden können. Zum Beispiel ein Element in dem eine Öffnung oder eine Düse vorhanden ist, kann durch die Energie der durchströmenden Flüssigkeit in Schwingungen versetzt werden. Typisch hierfür wäre eine Turbine, die von einem Strömungsmittel angetrieben wird, das über die Turbinenschaufeln zur Austrittsöffnung fließt. Obwohl hierbei keine äußere Ener gie erforderlich ist, sind relativ hohe Drücke notwendig, um die erforderlichen Amplituden und Frequenzen in der Größen ordnung und größer als die Rayleigh-Frequenz zu erhalten. Die schnelle Bewegung des mechanischen Drehteiles ist außerdem nicht frei von Störungen.

Außerdem sind fluidische Oszillatoren bekannt und werden viel fach benutzt und zwar dort, wo ein periodisch abgelenkter Strahl erforderlich ist. Solche fluidischen Oszillatoren sind in den US-Patentschriften 30 16 066 (Warren), 31 85 166 (Horton u. a.), 32 47 861 (Bauer), 34 32 102 (Turner u. a.) und 35 63 462 (Bauer) beschrieben. Die Arbeitsweise aller fluidischen Oszilla toren ist bestimmt durch eine periodische Ablenkung eines Strahles ohne Verwendung beweglicher Teile. Fluidische Oszilla toren unterliegen damit keinem Verschleiß, durch den die Zu verlässigkeit von pneumatischen Oszillatoren und schwingenden Düsen beeinträchtigt wird. Da außerdem nur der Strahl und nicht der ganze Körper abgelenkt wird, ist weit weniger Energie zur Ablenkung des Strahles erforderlich als mit den mechani schen Vorrichtungen.

Die Oszillation nach den vorstehenden Warren- und Horton- Patenten sind charakteristisch durch die Anwendung des Grenz schichthafteffektes (Coanda-Effekt). Diese Oszillatoren be sitzen eine Wechselwirkungskammer mit Seitenwänden, die von einer Hauptdüse aus stromab divergieren. Ein Strahl der von der Hauptdüse in die Wechselwirkungskammer eintritt, wird zwischen den Seitenwänden periodisch abgelenkt, und zwar ent weder 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 Rückkopplungskräfte müssen nicht nur ausreichen den Strahl abzulenken, sie müssen auch die Haftkräfte zwischen dem Strahl und der anliegenden Wand über winden. Daher kann der Oszillator nicht bei Strahldrücken unter einem 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 Sprühstrahl bereiches entsprechend den stationären Lagen des Strahles als an anderen Stellen des Sprühstrahlbereichs. Es ist daher mit den bekannten Oszillatoren nicht möglich, die Sprühstrahlver teilung zu steuern oder Sprühstrahlen mit über ihren Querschnit ten einheitlich verteilter Flüssigkeit zu erzeugen.

Die Oszillatoren nach den Patenten von Turner u. a. und Bauer sind durch sogenannte Wechselwirkungskammern mit innerer Strö mungsrückführung gekennzeichnet. Die Seitenwände dieser speziellen Wechselwirkungskammern divergieren zunächst von der Hauptdüse aus und konvergieren anschließend stromab zu einer Austritts öffnung. Wenn der Strahl entlang der linken Seitenwand strömt, wird er nach rechts zurückgelenkt, wobei er durch die Austritts öffnung tritt. Strömt der Strahl andererseits entlang der rech ten Seitenwand, so wird er nach links zurückgelenkt, indem er durch die Austrittsöffnung gelangt. Der Zutritt von Umgebungs flüssigkeit in die Wechselwirkungskammer über die Austritts öffnung ist relativ beschränkt im Vergleich zu den Oszilla toren nach Horton und Warren, und zwar vor allem deswegen, weil die Austrittsöffnung relativ zum aus der Wechselwirkungskammer austretenden Strahl enger ist als das abstromseitige Ende der Oszillatoren von Horton u. a. und Warren. Die Begrenzung des Zutritts von Umgebungsflüssigkeit reduziert die Grenzschicht haftung des Strahles an den Seitenwänden der Wechselwirkungs kammer, so daß weniger Rückkopplungskräfte erforderlich sind, den Strahl abzulenken. Die Oszillatoren in der Wechselwirkungs kammer mit innerer Strömungsrückführung ist daher bei niedrige ren Strahldrücken möglich als bei den Oszillatoren nach Horton u. a. und Warren. Auf Grund dieser und anderer Besonderheiten haben Oszillatoren mit einer Strömungsrückführungs-Wechsel wirkungskammer viele praktische Anwendungen gefunden, wie z. B. in Brausen, Rasensprengern, dekorativen Springbrunnen, indu striellen Steuerelementen usw. Andererseits sind die bekannten fluidischen Oszillatoren nicht für Sprühstrahlanwendungen geeignet, wie nachstehend näher ausgeführt wird. Das liegt in erster Linie daran, daß in bekannten fluidischen Oszillatoren wesentliche Teile der Umgebungsflüssigkeit oder abgezweigter Teile des Strahles in die Wechselwirkungskammer zurükgeführt werden. Bei den Oszillatoren nach Horton u. a. und Warren ge langt Umgebungsflüssigkeit durch das abstromseitige Ende und die Steuerkanäle in die Wechselwirkungskammer. Bei Horton u. a. wird ein Teil des Strahles in die Wechselwirkungskammer zurück geführt. Bei Bauer und Turner u. a. wird Umgebungsflüssigkeit und ein rückzirkulierender Anteil des Strahles durch die Rück kopplungskanäle in die Wechselwirkungskammer zurückgeleitet. Die Rückführung von Umgebungsflüssigkeit oder rückzirkulieren der Anteile des Strahles in die Wechselwirkungskammer ist aus verschiedenen Gründen unerwünscht. So verlangen viele Sprühvor richtungen, daß der Flüssigkeitsstrahl nicht durch Umgebungs flüssigkeit verschmutzt wird oder daß sich der Flüssigkeits strahl nicht mit Umgebungsflüssigkeit mischt bevor der Strahl austritt. Zum Beispiel würde in Farbsprühern eine solche Rück führung von Flüssigkeitsanteilen in die Wechselwirkungskammer bewirken, daß sich Farbe an den Wänden der Sprühvorrichtung ablagert, wodurch die Gefahr einer Verstopfung und eventuell einer Beeinträchtigung der Strömung bestände. Die Einführung von Luft in die Wechselwirkungskammer beeinflußt den Sprühstrahl und die Größe der Tropfen des Sprühstrahles ebenfalls in nach teiliger Weise. Der flüssige Sprühstrahl, der von dem fluidi schen Oszillator abgegeben wird, ist im wesentlichen flächenför mig. Innerhalb der Fächergestalt ist es wünschenswert, daß die Flüssigkeit so gleichmäßig wie möglich verteilt wird. Wenn Luft zugeführt wird, werden Bereiche mit Luft innerhalb der Fächergestalt willkürlich verteilt, wodurch die Gleichförmig keit der Flüssigkeitsverteilung im Sprühstrahl gestört wird. Außerdem besitzt ein Gemisch aus Flüssigkeit und Luft eine ande re Viskosität als die Flüssigkeit allein, so daß die Größe der Tropfen als eine Funktion der Viskosität hiervon beeinflußt wird.

In Aerosolsprühvorrichtungen wird eine Kühl- oder eine leicht verdampfbare Flüssigkeit zusammen mit einem Gas aus einer Düse gesprüht, wobei die Flüssigkeit ihre Tropfenform bei behält, bis sie in der an die Düse angrenzenden Umgebung zer platzt. 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 Sprüh vorrichtungen mit einem Schaumzusatz. Auch hier würde die Schaumbildung verfrüht in der Wechselwirkungskammer vonstatten gehen.

Wie schon gesagt, verlangen Sprühvorrichtungen für landwirt schaftliche Zwecke, daß die Tropfen größer sind als etwa 80 Mikron. Eine solche Bedingung kann mit herkömmlichen Oszilla toren nicht ohne weiteres erfüllt werden. Bei den herkömmlichen Oszillatoren stößt der hin- und herschwingende Flüssigkeits strahl an entgegengesetzten Wänden des Austrittsbereichs der art an, daß an der Seite, an der der Strahl auftrifft, ein Ab riebeffekt entlang der Wand auftritt. Dieser Abriebeffekt führt zu vielen extrem kleinen Tropfen, die wesentlich kleiner sind als die zulässige Tropfengröße.

Eine weitere Schwierigkeit der bekannten fluidischen Oszilla toren betrifft ihre Größe selbst. Wie in der vorstehenden US-Patentschrift 35 63 462 von Bauer angegeben ist, arbeitet der Oszillator mit der inneren Strömungsrückführung nicht mehr, wenn die Wechselwirkungskammer eine Länge besitzt, die geringer ist, als etwa das 19fache der Düsenweite oder wenn die Austritts öffnung kleiner ist als etwa das 2fache der Düsenweite. Da die Düsenweite vielfach bestimmt ist von der gewünschten Cha rakteristik des abgegebenen Strahles, liegt die minimale Größe des Oszillators vielfach fest, oftmals in einer Größe, die für verschiedene Anwendungen ungeeignet ist.

Ein noch weiterer Nachteil der bekannten Oszillatoren betrifft ihr niedriges Düsenverhältnis, das durch das Verhältnis von Düsentiefe zu Düsenweite bestimmt ist. Dieses Düsenverhältnis beträgt bei den bekannten Oszillatoren üblicherweise zwei. In einigen Anwendungen kann das Verhältnis den Wert eins aufwei sen. Für noch niedrigere Düsenverhältnisse sind die bekannten Oszillatoren ungeeignet. Als eine praktische Maßnahme sind klei nere Düsenverhältnisse einfacher und mit geringeren Kosten her zustellen. 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 Ele menten anwendbar, die ein größeres Düsenverhältnis besitzen. Es ist daher wünschenswert, möglichst keine Düsenverhältnisse ohne Beeinflussung der Arbeitsweise des Oszillators verwenden zu können. In vielen Sprühvorrichtungen oder anderen Strö mungsvorrichtungen ist es wünschenswert, die Strömungsmenge einer Strömung ohne eine Störung der Strömung messen zu können. Zum Beispiel würde ein Strömungsmengenanzeiger zur Erreichung eines Zieles ohne Rücksicht auf die Kompressibili tät des Arbeitsfluids arbeiten. Ein solcher Apparat würde idealerweise eine Anzeige abgeben, wenn eine bestimmte Strömungs menge abgegeben worden ist.

Durch die DE-OS 20 17 600 ist ein Sprühkopf der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art bekannt, bei dem praktisch keine Abgabe von Flüssigkeit im Ablenkbereich er folgt. Es handelt sich um einen Oszillator mit Hafteffekt, bei dem Wasserstöße abwechselnd nur in zwei Richtungen abgegeben werden. Dieses ist sehr vorteilhaft für Massagezwecke, jedoch ist es unmöglich, einen Sprühnebel gleichmäßiger Tröpfchen zu schaffen, und für die gleichmäßige Befeuchtung einer Wind schutzscheibe ist diese Einrichtung völlig ungeeignet, da im Bereich zwischen den Endlagen praktisch keine Flüssigkeit auf die Windschutzscheibe trifft. Außerdem arbeitet diese bekannte Einrichtung mit Luft und ist daher zum Erzeugen von Tröpfchen nicht geeignet.

Durch die US-PS 34 32 102 ist ein Rasensprenger bekannt, der einen Oszillator aufweist, der Luft ansaugt und auch nur durch Ansaugen von Luft arbeiten kann. Dies ist der Grund dafür, daß die Schwingungen sehr unbestimmt sind und dazu neigen, von einer Endlage zur anderen zu springen, ohne daß dazwischen Be wegungen mit konstanter Geschwindigkeit liegen. Es erfolgt daher eine sehr ungleichmäßige Befeuchtung. Außerdem wird die Flüssigkeit nicht in Nebeltröpfchen zerteilt, was diesen be kannten Rasensprenger auch unbrauchbar machen würde, weil bei einem solchen die Forderung besteht, möglichst lange Wasser strahlen zu verwenden, die allenfalls mit großen Tropfen ver mischt sein können, weil nur so die gewünschte große Reich weite erzielt wird. Zur Bildung feiner und möglichst gleich großer Tröpfchen ist dieser bekannte Rasensprenger nicht geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sprühkopf für Flüssigkeit mit einem Fluidoszillator ohne sich bewegende Teile zu schaffen, mit dem es möglich ist, Flüssig keit gleichmäßig über eine Fläche, wie beispielsweise eine Windschutzscheibe, zu verteilen, und zwar in Form von gleich großen kleinen Tröpfchen.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebene Lehre gelöst.

Bei dem Sprühkopf gemäß der Erfindung erfolgt ein langsames Umschwenken des Strahls und somit ein Schwingen mit ungefähr gleichmäßiger Umschwenkgeschwindigkeit, was Voraussetzung für die gleichmäßige Bewässerung oder Befeuchtung einer Fläche ist. Wegen der Gleichmäßigkeit ist auch eine viel größere Fläche erreichbar. Darüber hinaus führt die gleichmäßige Schwing bewegung zur Bildung auch gleichmäßig großer Tröpfchen, deren Größe durch die Auslegung der Umschwenkgeschwindigkeit sehr genau bestimmbar und an die jeweiligen Verhältnisse anpaßbar ist. Somit läßt sich erreichen, daß die Tröpfchen nicht zu groß sind, um die Sicht auf einer Windschutzscheibe zu ver schlechtern. Sie sind aber auch nicht zu klein, so daß sie nicht mit dem Fahrtwind davongeweht werden.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung nachfolgend näher erläutert werden. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels nach der Erfindung,

Fig. 2 den arbeitenden fluidischen Oszillator nach Fig. 1 in einer bestimmten Strömungsphase unter bestimmten Druckbedingungen,

Fig. 3 den arbeitenden fluidischen Oszillator nach Fig. 1 in einer bestimmten Strömungsphase unter gegenüber Fig. 2 veränderten Druckbedingungen,

Fig. 4 eine Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispieles nach der Erfindung,

Fig. 5 eine graphische Darstellung eines Sprühbildes wäh rend des Betriebes eines fluidischen Oszillators nach der Erfindung,

Fig. 6 eine graphische Darstellung eines weiteren Sprüh bildes während des Betriebes eines gegenüber Fig. 5 abgewandelten fluidischen Oszillators nach der Erfindung,

Fig. 7 eine graphische Darstellung eines noch weiteren Sprühbildes, während des Betriebes eines gegenüber Fig. 5 und 6 abgewandelten fluidischen Oszillators nach der Erfindung,

Fig. 8a, 8b Drauf- und Seitenansichten eines fluidischen Oszillators nach der Erfindung zur Messung des Strömungsflusses,

Fig. 9a und 9b Drauf- und Seitenansicht eines erfindungs gemäßen Strömungsfluß- bzw. Strömungsmengenmessers in einer beispielsweisen Ausführung mit einem fluidischen Oszillator entsprechend z. B. Fig. 1,

Fig. 10a eine perspektivische Darstellung einer beispiels weisen Wasserbürste in Verbindung mit einer erfin dungsgemäßen Vorrichtung,

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

Fig. 11 eine schematische Darstellung einer beispielsweisen Farbsprühanlage in Verbindung mit erfindungsgemäßen Vorrichtungen,

Fig. 12 eine schematische Darstellung in der Draufsicht eines beispielsweisen Gerätes in Verbindung mit erfindungsgemäßen Vorrichtungen zur Anwendung in der Landwirtschaft,

Fig. 13 eine Seitenansicht eines teilweise aufgebrochenen Sprühapparates in Verbindung mit einer erfindungs gemäßen Vorrichtung,

Fig. 14 eine perspektivische Darstellung eines weiteren Sprühapparates mit einer erfindungsgemäßen Vorrich tung,

Fig. 15 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Oszilla tor für eine besondere Anwendung,

Fig. 16 eine Draufsicht auf einen weiteren erfindungsgemäßen Oszillator,

Fig. 17 eine Draufsicht auf einen gegenüber Fig. 16 abge wandelten erfindungsgemäßen Oszillator,

Fig. 18 eine perspektivische Darstellung eines Teiles des in Fig. 16 dargestellten Oszillators,

Fig. 18a eine perspektivische Darstellung eines Teiles des in Fig. 17 dargestellten Oszillators,

Fig. 19 eine perspektivische Darstellung eines von dem Os zillator nach Fig. 16 abgegebenen Strahlabschnittes,

Fig. 20 eine perspektivische Darstellung eines von dem Oszillator nach Fig. 17 abgegebenen Strahlab schnittes und

Fig. 21 eine Draufsicht auf einen noch weiteren fluidi schen Oszillator nach der Erfindung.

Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen fluidischen 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 gezeichne ten Deckplatte abgedeckt wird. Die Platte 11 kann jedoch auch eine Zwischenplatte mit durchgehenden Kanälen und Öffnungen sein, die beidseitig von ebenen Boden- und Deckplatten abge deckt werden.

Eine zu ihrer Mündung hin konvergierende Düse 12 ist an eine Strömungsmittelquelle angeschlossen zur Abgabe eines Strahles in das aufstromseitige (untere) Ende einer Wechselwir kungskammer 13. Die Wechselwirkungskammer ist bestimmt durch linke und rechte Seitenwände 15 und 16, die zunächst von der Düse 12 weg divergieren und dann zur Austrittsöffnung 14 der Wech selwirkungskammer hin konvergieren. Die Düse 12 und die Aus trittsöffnung 14 liegen mit ihren Achsen auf der Mittellinie des Oszillators 10. An die Austrittsöffnung 14 schließt un mittelbar ein Austrittsbereich 17 an, der durch linke und rechte Austrittswände 18 und 19 bestimmt ist, die von der Austritts öffnung aus in Strömungsrichtung nach außen divergieren. Ein linker Steuerkanal 21 erstreckt sich zwischen dem Austritts bereich 17 und dem aufstromseitigen Ende der Wechselwirkungs kammer 13 mit einer Öffnung 23 in der linken Austrittswand 18 und einer Öffnung 24 in der linken Seitenwand 15. Ein ent sprechender rechter Steuerkanal 22 erstreckt sich zwischen dem Austrittsbereich 17 und dem aufstromseitigen Ende der Wech selwirkungskammer 13 mit einer Öffnung 25 in der rechten Aus trittswand 19 und einer Öffnung 26 in der rechten Seitenwand 16.

Die aufstromseitigen Begrenzungswände der Öffnungen 24 und 26 schließen unmittelbar an die Öffnungsränder der Düse 12 an. Die abstromseitigen Öffnungsränder der Öffnungen 24 und 26 sind gegenüber den aufstromseitigen Rändern um gleiche Beträge bezüglich der Mittelachse etwas nach außen versetzt, so daß die Düsenweite W der Düse an ihrem Austrittsende kleiner ist als der Abstand B der abstromseitigen Begrenzungsränder der Öffnungen 24 und 26.

Wird in den fluidischen Oszillatoren 10 von der Düse 12 ein Fluid strahl abgegeben, so schwingt dieser zwischen extremen Lagen entlang den Seitenwänden 15 und 16 hin und her. Dieser Oszilla tionsvorgang wird nachfolgend im einzelnen beschrieben:

Fließt der Strahl entlang der Seitenwand 15, so wird der Strahl im oberen Ende nach rechts geleitet und tritt durch die Öffnung 14 in einer Richtung im wesentlichen entlang der rechten Austrittswand 19 aus. Fließt der Strahl dagegen ent lang der rechten Seitenwand 16 wird der Strahl im oberen Ende nach links abgelenkt und tritt durch die Öffnung 14 im wesent lichen in Richtung der linken Austrittswand 18 aus. Zwischen sei nen beiden extremen Lagen schwingt der Strahl in dem Austritts bereich 17 hin und her. Die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Oszillators gegenüber den herkömmlichen Oszillatoren besteht vor allem darin, daß weder Strömungsteile des Hauptstrahles noch angrenzendes Fluid durch die Steuerkanäle 21 und 22 in die Wechselwirkungskammer 13 zurückgeführt wird. Wenn der Hauptstrahl entlang der Seitenwand 15 zur rechten Austrittswand 19 strömt, reißt er Fluid aus dem Steuerkanal 22 mit und vereinigt sich mit diesem. Währenddessen bleibt der linke Steuerkanal 21 mit Fluid gefüllt, das aus dem aufstromseitigen Ende der Wechsel wirkungskammer stammt.

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

Die Druckdifferenz wird durch das Zusammenwirken verschiedener Faktoren bewirkt. Hierzu gehört die Weite T der Austritts öffnung 14 der Wechselwirkungskammer, die nur etwas weiter ist als die Düsenweite W der Düse 12, so daß der austretende Haupt strahl die Wechselwirkungskammer 13 von dem Austrittsbereich 17 vollständig abschließt. Zu den Faktoren gehört außerdem die axiale Länge D der Wechselwirkungskammer 13 vom Austritts ende der Düse 12 zur Austrittsöffnung 14. Diese Länge D ist wesentlich kürzer als die bekannter Oszillatoren. Außerdem ist die Weite X der Steuerkanäle 21, 22 schmäler als die der Düse 12. Bezüglich der Weite T und X ist angenommen, daß die Tiefe H (Fig. 1a) der Kanäle konstant ist. Ist das jedoch in besonderen Fällen nicht der Fall, dann sind die Querschnitts flächen der Austrittsöffnung 14 und der Kanäle 21, 22 zu berücksichtigen. Wenn alle Kanäle des Oszillators 10 die gleiche Tiefe (senkrecht zur Zeichenebene) aufweisen und wenn die Weite der Düse 12 an ihrer engsten Stelle mit W bezeichnet ist, dann gelten folgende Beziehungen für einen erfindungsgemäßen Os zillator (der jedoch nicht auf diese Bedingungen beschränkt ist)

T = 1,1 W bis 1,7 W
D = 4 W bis 9 W.

Beträchtliche Abweichungen von diesen Dimensionen existieren vor allem für Sprühanwendungen bezüglich der Zurücksetzung B der aufstromseitigen Enden der Seitenwände 15 und 16, der Breite der Wechselwirkungskammer quer zu ihrer Längsachse und der Weite der Öffnungen 24, 25. In einem Ausführungsbeispiel, das zufriedenstellende Ergebnisse zeigte, war W = 1,1 mm, T = 1,35 mm, D = 7,3 mm, X = 0,65 mm, B = 1,4 mm. Die größte Breite (Weite) der Wechselwirkungskammer 13 betrug 4,32 mm, die Weite der Öffnungen 24 war 0,8 mm und die Tiefe der Kanäle betrug einheitlich 0,5 mm. Dieser erfindungsgemäße Oszillator arbeitete mit Waser in einem Wasserdruckbereich (p) von 1,0 bis 160 psig und mit einer Frequenz (f) in Herz nach der Bezie hung

f = 1700 Q,

wobei Q gemessen in gpm durch den Oszillator fließt. Der selbe Oszillator mit Luft betrieben, besaß eine Frequenz in Herz, die im wesentlichen der Beziehung f = 500 Q folgte. Wesentliche größere Oszillatoren mit ähnlichen Dimensionen und geringerer Arbeitsfrequenz wurden ebenfalls konstruiert und getestet. Für einige Anwendungen kann es wünschenswert sein, für verschiedene Kanäle des Oszillators verschiedene Kanal tiefen zu haben. Unter solchen Umständen würden sich die ver schiedenen Weiten W, T und X ändern, um Querschnittsbeziehun gen entsprechend den vorstehenden Beziehungen zu erhalten.

Eine bedeutsame Eigenschaft des erfindungsgemäßen Oszilla tors besteht darin, daß dieser sehr viel kleiner als herkömm liche Oszillatoren gebaut werden kann, weil das Düsenver hältnis von der Tiefe H zur Weite W der Düse 12 (Fig. 16) im Beispielsfalle also H/W = 0,5/1,1 = 0,45 ist. In herkömmli chen Oszillatoren und in fluidischen Elementen allgemein betrug ein entsprechendes niedrigstes Verhältnis, das noch praktikabel war, 1,0.

Es wurde mit Erfolg ein erfindungsgemäßer Oszillator getestet, der ein entsprechendes Düsenverhältnis von H/W = 0,25 besaß. Die Bedeutung dieses sehr kleinen H/W-Verhältnisses beruht in der Tatsache, daß einfachere und weniger aufwendige Fa brikationstechniken zur Herstellung der Oszillatoren möglich werden als bei den bekannten Oszillatoren.

Das Ausbleiben eines Zuflusses zur Wechselwirkungskammer 13 während der Tätigkeit des erfindungsgemäßen Oszillators ist von großer praktischer Bedeutung für viele Anwendungen mit Flüssigkeiten als Strömungsmittel (Fluid). Wie am besten in den Fig. 2 und 3 für ein mit einer Flüssigkeit arbeitenden Oszillator nach der Erfindung gezeigt ist, vereinigt sich Flüssigkeit aus dem Steuerkanal 21 mit dem entlang der linken Austrittswand strömenden Flüssigkeitsstrahl. Diese Vereinigung des Flüssigkeitsstrahles mit der Flüssigkeit aus dem Steuer kanal 21 verhindert es, daß der Strahl direkt an der Austritts wand 18 entlang strömt. Der Auslfluß aus den Steuerkanälen 21, 22 führt zu einem stützkissenartigen Effekt, der den vorbei strömenden Strahl etwas ablenkt. Je weniger der Strahl die Austrittswände berührt, um so geringer ist der Anteil der un erwünschten kleinen Tröpfchen und um so größer ist die Ein heitlichkeit der Tropfengröße, in die sich der hin- und her schwingende Strahl am Ausgang des Oszillators auflöst. Das Ausströmen von Flüssigkeit aus den Steuerkanälen beim Vorbei strömen des austretenden Strahles unterbindet das Eintreten von Flüssigkeitsanteilen des Strahles oder benachbarten Flüssigkeitsanteilen in die Wechselwirkungskammer. In vielen bekannten fluidischen Oszillatoren hängt die Funktion des Oszillators ab von dem Zufluß von Anteilen des Strahles oder benachbarter Flüssigkeitsmengen in die Wechselwirkungskammer über die Steuer- oder Rückkopplungskanäle. Ein solcher Rück fluß ist bei vielen Sprühstrahlanwendungen unerwünscht. Der erfindungsgemäße Oszillator 10 vermeidet jedoch diese Schwie rigkeiten.

Die Funktion des Oszillators nach Fig. 10 wird unter Bezug nahme auf Fig. 2 wie folgt beschrieben: Flüssigkeit wird unter Druck der Düse 12 zugeführt und der Oszillator ist frei von Flüssigkeit in Luftumgebung. Der Flüssigkeitsstrahl der von der Düse 12 abgegeben wird, wird anfangs gerade durch die Wechselwirkungskammer 13 hindurch und durch die Austritts öffnung 14 hindurchgeleitet. Der realtiv enge Querschnitt der Austrittsöffnung 14 führt dazu, daß äußere Teile des Strahles abgetrennt und entlang den Seitenwänden 15 und 16 zurückge führt werden, wo sie zu beiden Seiten des Strahles in der Wechselwirkungskammer Wirbel bilden. Auf Grund von leichten Störungen in der Symmetrie des Oszillators und ihren Einflüs sen 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 Wechselwirkungskammer abgelenkt wird (im Beispielfall zur rechten Seitenwand 16 in Fig. 2).

Der verbleibende Wirbel erhöht weiter den Druck in der Wech selwirkungskammer 13, die von dem austretenden Strahl voll kommen von dem Austrittsbereich 17 abgetrennt wird. Die Flüssigkeit füllt die Wechselwirkungskammer voll mit Flüssig keit an und der statische Druck in der Wechselwirkungskammer geht auf ein höheres Niveau als in dem Austrittsbereich 17, woraufhin Flüssigkeit beginnt aus der Wechselwirkungskammer in die Steuerkanäle 21, 22 einzutreten. Der Strahl wird in zwischen von der rechten Seitenwand 16 in Richtung der linken Austrittswand 18 geleitet. Flüssigkeit wird aus dem Steuer kanal 21 durch den vorbeiströmenden Strahl angesaugt bzw. mit gerissen und dem Strahl im Bereich der linken Seitenwand 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 Fluß des Strahles darstellen und dünne Pfeile unter anderem die Strömung der Flüssigkeit in den Steuerkanälen verdeutlicht. In der in Fig. 2 gezeichneten Lage des Stromes bewirkt dieser, daß die Strö mungsmenge der Flüssigkeit durch den Kanal 21 erhöht wird und zwar auf Grund der Ansaug- oder Mitreißwirkung 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 Saug wirkung stattfindet. Das Druckdifferential in den Steuer kanälen wirkt sich auf das aufstromseitige Ende der Wechsel wirkungskammer aus und führt dazu, daß der Strahl quer zur Wechselwirkungskammer abgelenkt wird, so daß der Strahl nun entlang der linken Seitenwand 15 strömt und in Richtung der rechten Austrittswand 19 gelenkt wird.

Während der Ablenkung schwenkt der Strahl über den Austritts bereich 17 von links nach rechts. Bei Annäherung an die rechte Austrittswand 18 beginnt der Strahl Flüssigkeit aus dem rech ten Steuerkanal 22 anzusaugen, während die Ansaugung von Flüs sigkeit aus dem linken Steuerkanal 21 aufhört. Der Druck auf der rechten Seite des Strahles wird daher etwas niedriger als auf der linken Seite, so daß der Strahl erneut abgelenkt wird. Das aufeinanderfolgende Ablenken des Strahles führt zu ei nem hin- und herschwingen bzw. -schwenken des Strahles quer über dem Austrittsbereich 17.

Es wurde festgestellt, daß die Strömungsbedingungen in dem einer Ansaugung nicht ausgesetzten Steuerkanal (d. h. der rech te Steuerkanal 22, wenn der Strahl entlang der linken Aus trittswand 18 abströmt bzw. der linke Steuerkanal 21, wenn der Strahl entlang der rechten Austrittswand 19 abströmt) ab hängig ist von dem Druck in der Flüssigkeit, die der Düse 12 zugeführt wird. Für niedrige und mittlere Drücke bildet die Flüssigkeit in dem nicht angesaugten Steuerkanal eine konvexe Wölbung, die von der Öffnung 25 bzw. 23 in den Austrittsbe reich nach außen hervortritt, wie Fig. 2 in der Öffnung 25 zeigt. Bei hohen Drücken wird die Flüssigkeitswölbung konkav, wie Fig. 3 in der Öffnung 23 zeigt. In allen Fällen bleiben aber die unangesaugten Steuerkanäle mit Flüssigkeit gefüllt und verhindern jeden Rückfluß in die Wechselwirkungskammer 13. Bei einem vollen Schwingungszyklus des Strahles fließt aus beiden Steuerkanälen 21, 22 ein Flüssigkeitsanteil nach außen in den Austrittsbereich.

Die relativ kurze Ausbildung der Wechselwirkungskammer 13, d. h. die geringe Länge des Durchmessers D ist besonders wich tig im Hinblick auf die Tatsache, daß bei bekannten Oszilla toren mit kurzen Wechselwirkungskammern eine Oszillation oder sogar eine ausgeprägte Ablenkung nicht erreichbar ist. Der Strahl in dem erfindungsgemäßen Oszillator schwingt nicht nur innerhalb einer kurzen Wechselwirkungskammer, sondern schwingt mit einer Frequenz, die direkt proportional zum Strömungsfluß durch den Oszillator ist. Diese Eigenschaft wird nachfolgend näher erläutert:

Das Vorhandensein eines höheren Druckes im aufstromseitigen Ende der Wechselwirkungskammer 13 relativ zum Austrittsbereich 17 ist ebenso entgegengesetzt zu den Verhältnissen bei den bekannten Oszillatoren. Die meisten bekannten Oszillatoren benötigen einen Rückfluß in die Wechselwirkungskammer um die Ablenkung des Strahles zu bewirken. Eine solche Rückkopplung erfordert einen niedrigen Druck am aufstromseitigen Ende der Wechselwirkungskammer. Außerdem haben zu hohe Drücke in der Wechselwirkungskammer zu einer Verhinderung der Strahl ablenkung geführt. Bei der Erfindung ergibt sich dagegen eine hochfrequente Oszillation. Außerdem ist es dieser erhöhte Druck der bewirkt, daß Flüssigkeit durch die Steuerkanäle nach außen gelangen kann. Das ist ein entscheidender Aspekt des erfindungsgemäßen Oszillators 10.

In Fig. 4 ist eine andere Ausführungsform eines erfindungsge mäßen Oszillators 10 a dargestellt, der einen parallelwandigen Düsenaustritt 20 im Gegensatz zu dem kragenförmig verengten Austritt der Düse 12 des Oszillators 10, besitzt. Alle anderen Teile sind im wesentlichen mit den entsprechenden Teile des Oszillators 10 gleich und sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Auf Grund der andersartigen Gestalt des Düsenaus trittes weichen die Abmessungen für W, D, T und X etwas von denen des Oszillators 10 ab. So ist der Querschnitt des Strah les im Abstand von etwa ^W/₂ stromabwärts von der kragenförmig verengten Düse 12 in Fig. 1 etwas schmäler als der Düsenquer schnitt selbst. Diese Einschnürung des Strahles ist ein bekanntes Phänomen. Bei dem parallelwandigen Austrittsbereich der Düse 20 in Fig. 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 parallelwandige Düse 20. Daher müssen die Abmessun gen für W, D, T und X im Oszillator 10 a entsprechend geändert sein. Wichtig ist, daß die Abmessungen so bestimmt sind, daß während des Betriebes der statische Druck am aufstromseitigen Ende der Wechselwirkungskammer 13 positiv ist relativ zu dem statischen Druck im Austrittsbereich 17, so daß kein Fluid durch die Steuerkanäle in die Wechselwirkungskammer gelangt.

Abhängig von den Abmessungen der verschiedenen Teile des Oszillators werden verschiedenartige Strahlformen 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 Anzahl von Faktoren ab, ein schließlich der Größe des Oszillators, seiner Frequenz usw. Diese Tropfen folgen Sprühkurven, die mehr oder weniger auseinanderfächern. Die Seiten des Sprühbereichs werden durch die Winkel der Austrittswände 18 und 19 des Oszillators be stimmt. Die Verteilung der Tropfen in dem Sprühbereich ist abhängig von den Abmessungen des Oszillators, und zwar in erster Linie von der Weite T der Austrittsöffnung 14. In Fig. 5 ist ein Sprühbereich illustriert, in dem die Tropfen entlang einer sinusförmigen Kurve verteilt sind, wobei eine Sinusschwingung einer Hin- und Herschwingung des Strahles im Austrittsbereich entspricht. In Fig. 6 handelt es sich um einen spitzwinkeligen Kurvenzug und in Fig. 7 ist es ein trapezartiger Kurvenzug.

In jedem Falle liegt der Sprühbereich zwischen gleichen Winkeln, wobei angenommen werden kann, daß die Austrittswände 18 und 19 in allen drei Fällen die gleichen Winkel einschließen. Die Unterschiede liegen in der Verteilung der Tropfen innerhalb der Sprühbereiche und hängen von der Art der Schwingung des Strahles im Oszillator 10 ab. Der spitzwinkelige Kurvenverlauf resultiert aus einer Schwingung des Strahles, der in seinen extremen Schwingungslagen praktisch nicht verweilt und so gut wie keine Änderung der Ablenkungsgeschwindigkeit während der Richtungsänderung zeigt. Eine derartige Schwingung ergibt sich, wenn die Weite der Austrittsöffnung 14 in ihrem engsten Zu lässigkeitsbereich liegt, wie er vorstehend angegeben worden ist. Die sinusförmige Schwingung nach Fig. 5 wird bei einer Strahlschwingung erreicht, bei der der Strahl ebenfalls an den Umkehrstellen praktisch nicht verweilt, aber die Schwin gung bei der Annäherung an die Umkehrstellen langsamer wird. Eine derartige Schwingung ergibt sich, wenn die Weite der Austrittsöffnung innerhalb ihres mittleren Zulässigkeitsbereichs liegt. Die trapezförmige Schwingung nach Fig. 7 ergibt sich bei einer Strahlschwingung, die an den Umkehrstellen etwas verweilt. Das heißt, der Strahl bleibt für eine bestimmte Zeitdauer in seinen extremen Lagen stationär. Diese Schwingung wird erzielt, wenn die Weite der Austrittsöffnung 14 ihren weitesten Bereich aufweist. In einem Beispielsfall wurde bei einem erfindungsgemäßen Oszillator lediglich die Weite T der Austrittsöffnung verändert. Dabei wurde bei einer Weite von T = 1,2 W die spitzwinkelige Schwingungsform nach Fig. 6, bei einer Weite von T = 1,3 W die sinusförmige Schwingungsform nach Fig. 5 und bei einer Weite von T = 1,7 W die trapezförmige Schwingungsform erzielt, wobei die letztere Weite die größte Weite innerhalb des zulässigen Bereiches für die Öffnungsweiten der Austrittsöffnung des erfindungs gemäßen Oszillators darstellt.

Die spitzwinklige Schwingungsform nach Fig. 6 zeigt die größte Gleichförmigkeit der Verteilung der Tropfen innerhalb des Schwingungsbereichs. Das folgt aus der konstanten Schwin gungsgeschwindigkeit über einen vollständigen Zyklus. Die sinus förmige Schwingung ist weniger gleichförmig bezüglich ihrer Tropfenverteilung, da der Strahl in der Nähe der Umkehrstellen langsamer wird. Die trapezförmige Schwingung zeigt die größte Ungleichförmigkeit der Tropfenverteilung mit einem verhältnis mäßig unproportionalen Flüssigkeitsanteil nahe der Schwin gungsbereichsgrenzen. Die trapezförmige Schwingung erscheint als ein kurzes Verweilen der Flüssigkeit entlang den Schwin gungsbereichsgrenzen. Eine solche Schwingungsform ist vielfach nicht wünschenswert für Anwendungen als Flüssigkeitssprüher. Hierfür werden Schwingungsformen bevorzugt, die eine einheit liche oder nahezu einheitliche Tropfenverteilung aufweisen und die für die Erfindung besonders wesentlich ist.

Ein erfindungsgemäßer Oszillator ist besonders vorteilhaft verwendbar zum Versprühen von Farbe. Eine Vorrichtung zum Versprühen von Farbe, die zwei Oszillatoren 30, 31 nach der Erfindung verwendet, ist in Fig. 11 dargestellt. Hierbei kann es sich vorteilhafterweise um Oszillatoren gemäß Fig. 10 und 10a handeln. Die beiden Oszillatoren sind an einem Bügel 32 gehalten und derart angeordnet, daß die Strahlenablenkungen der beiden Oszillatoren in einer Ebene liegen (d. h die Ebenen, in denen die Flüssigkeit versprüht wird). Der Bügel 32 ist senkrecht zu den Sprühebenen langsam von einem Antrieb ver schiebbar, der schematich mit Block 33 angegeben ist. Flüs sige Farbe wird über die Leitung 34 zu beiden Oszillatoren 30 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 Beispielsfalle liegt die Fläche 35 senkrecht zu den von den Oszillatoren abgege benen Sprühebenen. Die Oszillatoren 30 und 31 sind so angeord net, daß die von ihnen abgesprühte Farbe in unmittelbar an schließenden Bereichen auf die Fläche auftrifft. Wenn jeder Sprühbereich eine gleichförmige Verteilung der Farbtröpfchen aufweist, bilden die zwei Sprühbereiche zwei gleiche Farb streifen, von der gleichen Farbmenge, in Abhängigkeit von der Bewegung der Oszillatoren parallel zur Fläche 35 durch die Antriebsvorrichtung 33. Es ist zu bemerken, daß jeder Oszilla tor an getrennten Leitungen angeschlossen sein kann, um z. B. zwei verschiedene Farbstreifen nebeneinander auftragen zu können. Es ist klar, daß jede beliebige Anzahl von Oszilla toren in einer Farbsprühvorrichtung nach dem vorstehenden Prinzip angeordnet werden können. Wesentlich ist bei der Vor richtung 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 Größe der Oszillatoren und der Schwingstrahlfrequenz lassen sich bestimmte Größen von Farbtropfen erzielen, die für ein Aufsprühen von Farbe besonders vorteilhaft sind. We sentlich ist dabei, daß die Größe der Tropfen über den gesam ten Sprühbereich gleich ist, wobei die Bildung von feinen Tröpfchennebeln vermieden wird, die zu ungleichförmiger Farb auftragung führen. Außerdem kann die gewünschte Tropfenver teilung (entsprechend Fig. 5 und 6) gewählt werden, um an ver schiedenen Stellen des Farbstreifens die gewünschte Stärke der aufgetragenen Farbe zu erzielen.

Die Technik nach Fig. 11 ist auch für elektrostatisches Auf sprühen geeignet, wobei die Farbe entgegengesetzt von der zu färbenden Fläche 35 polarisiert ist. Der Vorzug besteht bekannt lich darin, daß die Farbtropfen elektrostatisch von der Fläche angezogen werden, so daß wenige Tropfen die Fläche verfehlen. Das elektrostatische Aufsprühen von Farben in Kombination mit einer Versprühung der Farbe zu Tropfen einheitlicher Größe mit einem erfindungsgemäßen Oszillator erhöht die Wirk samkeit einer Vorrichtung nach Fig. 11. Mit oder ohne einem elektrostatischen Verfahren besteht der wesentliche Vorteil der Vorrichtung nach Fig. 11 darin, die gewünschte Tropfen verteilung und ausreichend kleine Tropfen gleicher Größe ohne Bildung von Tropfennebelanteilen bei Drücken zu erzielen, die wesentlich niedriger als bei vergleichbaren, herkömmlichen Vorrichtungen sind.

Ähnliche Vorteile ergeben sich bei dem Gebrauch eines erfin dungsgemäßen Oszillators in Vorrichtungen zum Versprühen von Flüssigkeiten in der Landwirtschaft, wie Fig. 12 zeigt. Die Sprühvorrichtung nach Fig. 12 umfaßt ein Fahrzeug, z. B. einen Traktor 40, der einen Flüssigkeitsbehälter für Düngemittel, Pestizide oder dregleichen aufweist, das in Bahnen auf eine Feldfrucht 41 gesprüht werden soll. Eine Pumpe 42 auf dem Fahrzeug 40 dient zur Förderung der Flüssigkeit durch Leitun gen 43 zu beiden Seiten des Fahrzeuges, die in quer verlaufen den Verteilerrohren 44 enden. An den Verteilerrohren sind nicht dargestellte, erfindungsgemäße Oszillatoren nebeneinander angebracht. Die Oszillatoren sind so angebracht, daß die von ihnen abgegebenen Sprühbereiche aneinanderschließen, um eine vollständige und gleichmäßige Besprühung des landwirtschaftlichen Gutes zu erzielen, wie es schematisch in Fig. 12 angedeutet ist.

Wie im Falle des Versprühens einer Farbe sind die Oszillatoren nach der Erfindung in der Lage, die Flüssigkeit bei wesentlich niedrigeren Drücken zu versprühen als das mit den herkömmlichen Vorrichtungen möglich war. Dabei geben auch hier die Oszillatoren erfindungsgemäß Tropfen bestimmter Größe ab, ohne das Tropfen kleinerer Größen vorhanden sind. Es ist ein Erfordernis von vielen landwirtschaftlichen Sprühgeräten, daß die Tropfengröße nicht kleiner als etwa 80 Mikron ist. Erfindungsgemäße Oszillatoren lassen sich genügend groß an geben, um diese Bedingung zu erfüllen. Außerdem vermeidet der erfindungsgemäße Oszillator, anders als die bekannten Vorrichtungen für landwirtschaftliche Sprühzwecke, daß der austretende Strahl unmittelbar entlang den Austrittsflächen strömt, was durch die Zufuhr von Flüssigkeit aus den Steuer kanälen verhindert wird.

Durch Vermeiden des Auftreffens des Strahles auf die Austritts wandungen des Austrittsbereiches wird auch hier die Bildung von sehr kleinen Tröpfchen vermieden, die Vernebeln können und zum Besprühen von Pflanzen ungeeignet sind, zumal sie auch vom Wind viel zu leicht abgetrieben werden und an unerwünschten Orten zum Niederschlag kommen können.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Oszillators z. B. nach Fig. 1 ist darin zu sehen, daß seine Frequenz über einen besonders weiten Bereich der Strömungsdurchflußmenge linear ist. Der Oszillator nach der US-Patentschrift 35 63 462 zum Beispiel zeigt eine nicht lineare, im wesentlichen parabolische Abhängigkeit der Frequenz von der Strömungsdurchflußmenge. Die lineare Charakteristik des erfindungsgemäßen Oszillators er laubt die Messung der Frequenz zur Bestimmung der Durchfluß menge eines Strömungsmittels. So kann die Frequenz vorteilhaf terweise gemessen werden, ohne in den Strömungsfluß einzu greifen oder ihn anders zu beeinträchtigen, so daß dieser im vollen Umfang für den vorgesehenen Zweck zur Verfügung steht. Der erfindungsgemäße Strömungsdurchflußmesser 50 nach Fig. 9a und 9b enthält eine Eingangsleitung 51 in Verbindung mit dem Oszillator 52 nach der Erfindung, der seinen schwin genden Strahl in das relativ weite aufstromseitige Ende einer Meßkammer 53 abgibt, die sich stromab verjüngt und an eine Ausgangsleitung 54 anschließt. Der Strömungsdurchflußmesser 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 Platten vorgesehen sind, während in der einen Platte (hier die Platte 56) nur der Oszillator 52 eingearbeitet ist. Es ist klar, daß der Strömungsdurchflußmesser auch in anderer Weise abhängig von der Größe des Oszillators aufgebaut sein kann, der dann auch teilweise in der einen und in der anderen Platte geformt sein könnte.

Ein piezoelektrischer Umformer 57 befindet sich in einer Öffnung in der Platte 55 im Bereich der Kammer 53. Der Um former 57 enthält zwei elektrische Leitungen 58 in Verbindung mit einem elektrischen Meßgerät zur Anzeige einer der Fre quenz des Oszillators und damit der Durchflußmenge proportio nalen Spannung. Wie bekannt, gibt der piezoelektrische Umfor mer ein elektrisches Signal ab, dessen Amplitude und Frequenz proportional der mechanischen Kräfte ist, die auf eine 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 be schrieben ist. Der schwingende Strahl wird in die Kammer 53 abgegeben, in der er abwechselnd auf die Seiten der Kammer 53 auftrifft. Die hierdurch bedingten Schwingungen der Meßkammer 53 wirken auf den Umformer 57 ein, der zwei elektrische Signale pro Schwingungsperiode des Strahles an die Leitung 58 abgibt, weil der Umformer bei jeder halben Periode 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 Umformers. Da, wie schon bemerkt, die Frequenz des Strahles in einer linearen Beziehung zur Durchflußmenge durch den Os zillator über einem weiten Durchflußmengenbereich steht, kann die Frequenz des elektrischen Signals direkt einem herkömm lichen Frequenzmeter aufgegeben werden, dessen Skala in Durch flußmengenwerten unterteilt ist.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Durchflußmengen messers nach den Fig. 9a und 9b beruht darauf, daß von dem durchfließenden Fluid kein Fluidanteil zur Messung der Durch flußmenge entnommen werden muß oder eine andere Beeinflussung des Fluids notwendig wäre. Der erfindungsgemäße Durchflußmengen messer kann in jede Strömungsleitung eingesetzt werden, durch welche eine zu messende Menge eines Strömungsmittels fließt. Zur Messung der Durchflußmenge einer Strömung ist nicht in jedem Falle eine dem Oszillator nachgeschaltete Meßkammer 53 erforderlich. Insbesondere wenn der Oszillator als Sprühvor richtung entsprechend den Beispielen nach Fig. 11 und 12 ver wendet wird, kann dieser mit einem Strömungsmengenmesser kombi niert sein. In einem solchen Falle wird der Umformer im Os zillator selbst vorgesehen, um die Frequenz des Oszillator körpers selbst zu messen. Der Vorteil einer solchen Anordnung ist, daß die Frequenz der Sprühvorrichtung und damit die vom Oszillator abgegebene Menge gemessen wird, ohne daß eine Kammer 53 erforderlich ist.

Bei vielen Sprühvorrichtungen ist es wünschenswert, wenn eine bestimmte Strömungsmenge abgegeben wird, bei der gute Sprüh bedingungen herrschen. In einem solchen Falle sind Sprühvor richtungen nach den Fig. 8a und 8b von Vorteil. Hierbei ist ein erfindungsgemäßer Oszillator 60 mit einem bügelförmigen Schwingkörper oder dergleichen Teil versehen. Der Schwingkörper ist derart gewählt, daß er eine Resonanzfrequenz entsprechend der doppelten Oszillatorfrequenz der gewünschten Strömungsmit telmenge durch den Oszillator besitzt. Wenn diese Strömungs mittelmenge erreicht ist, führen die Schwingungen des Oszilla tors 60 zu Schwingungen des Schwingkörpers 61, der als An zeige dient, daß die gewünschten Bedingungen erreicht sind. Der Schwingkörper ist also derart ausgebildet, daß er bei anderen als der optimalen Strömungsmittelmenge, die von der Sprühvorrichtung abgegeben wird, nicht schwingt.

Der Schwingkörper 61 ist ein einfaches Beispiel für einen Resonanzkörper, der als Anzeiger für eine bestimmte Strömungs menge dient. Statt des Schwingkörpers 61 kann auch eine Stimmgabel verwendet werden, die bei einer bestimmten Strömungs mitteldurchflußmenge einen Ton abgibt. Weiterhin kann es sich auch um einen magnetischen Resonanzkörper handeln, zur Abgabe eines elektrischen Signals usw. In jedem Falle wird keine Strömungsmenge entnommen oder die Strömung in anderer Weise beeinträchtigt, so daß eine genaue Strömungsmittelmenge ange zeigt werden kann.

Außer für Anwendungen in der Industrie sind erfindungsgemäße Sprühvorrichtungen auch in vielen Anwendungen für den Konsum markt von Interesse. Hierzu gehört z. B. eine Munddusche, wie sie in unserer parallelen Anmeldung vom gleichen Tage beschrie ben ist. Eine weitere Anwendung ist in Fig. 10a und 10b darge stellt. Hierbei handelt es sich um eine Wasserbürste 70, die einen Bürstenkörper 71 umfaßt, der an seinem hinteren Ende an eine Leitung angeschlossen ist, über die Wasser von einem Wasserhahn zugeleitet wird. Innerhalb des Borstenkörpers 71 befindet sich ein erfindungsgemäßer Oszillator (hier nicht dar gestellt). Der Oszillator gibt seinen schwingenden Strahl durch eine im wesentlichen rechteckige Öffnung 72 am vorderen Ende des Bürstenkörpers ab. Es ist klar, daß die Gestalt der Aus laßöffnung in Abhängigkeit von der Gestalt des Sprühstrahles geändert werden kann. Um die Öffnung 72 herum befindet sich am vorderen Ende des Bürstenkörpers ein im wesentlichen tropfen förmig vorspringender Rand aus einem schaumgummiartigen Kunst stoffmaterial, das wasserdurchlässig ist.

Die Wirkung dieser Wassermassagebürste hängt nicht von dem natürlichen Widerstand oder Elastizität der Haut ab zur Er zielung einer optimalen Wirkung einer Hautmassage und einer Durchblutung der Haut. Vielmehr wird das durch Wassertropfen an einer Stelle eingedrückte Hautgewege beim Zurückdrehen in seine Ausgangslage durch nachfolgende Wassertropfen, die auf eine unmittelbar benachbarte Hautstelle auftreffen, positiv unterstützt. Auf diese Weise kann die Frequenz des schwingenden Massagestrahles der Wassermassagebürste wesentlich höher ge wählt werden, als die Frequenz von Pulsstrahlmassagegeräten, 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 Ausgangs lage zurückzugelangen.

Andere Sprühgeräte zum persönlichen Gebrauch sind zur Anwen dung des erfindungsgemäßen Oszillators besonders geeignet. Hierzu wird auf Fig. 13 verwiesen, in der ein Zerstäuber 80 dargestellt ist, der aus einem Behälter 81 mit einem entfern baren Deckel 82 besteht. Ein herkömmlicher Gummibalg 83 an einem in den Behälter durch den Deckel 82 ragenden kurzen Rohr 84 wird von Hand gedrückt, um Luft aus dem Balg über das Rohr 84 in den Behälter zu drücken. Das Rohr 84 endet kurz hinter dem Deckel 82 oberhalb eines Flüssigkeitsspiegels in dem mit einer Flüssigkeit gefüllten Behälter. Ein zweites Rohr 85 endet kurz über dem Boden des Behälters und ist luft dicht wie das Rohr 84 durch den Deckel 82 geführt. Das obere Ende des Rohres schließt an das Eingangsende eines erfindungs gemäßen Oszillators 86 an.

Durch Drücken des Gummibalges 83 wird Flüssigkeit unter Druck durch die Leitung 85 befördert. Bei Erreichen des Oszillators 86 wird von diesem ein schwingender Strahl erzeugt, der einen Sprühstrahl abgibt, dessen Eigenschaften vorstehend beschrie ben sind.

Der Zerstäuber nach Fig. 13 ist zur Zerstäubung von Perfume, Kölnisch Wasser, desodoriesierenden Mitteln, Desinfektionsmitteln usw. geeignet. Außerdem können Zerstäuber zur Ablösung von Farben, zum Auftragen von Lösungs- 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 erfindungsgemäßen Oszillators auch mit anderen Druckquellen, wie Gummibälgen 83, betrieben werden können.

Fig. 14 zeigt eine weitere Anwendung. Es handelt sich um einen erfindungsgemäßen Handsprühapparat 90, mit einem flexiblen Flüssigkeitsbehälter 91, der von Hand zusammengedrückt werden kann, um den notwendigen Druck zur Abgabe eines Sprühstrahls zu erzeugen. Eine Kappe 92 des Behälters 91 ist mit einem erfin dungsgemäßen Oszillator 93 versehen, der mit der Kappe aus einem Stück bestehen kann. An den Oszillator 93 schließt mit ihrem einen Ende eine flexible Leitung 94 in dem Behälter 91 an. An dem vom Oszillator abgewendeten anderen Ende der flexiblen Lei tung 94 ist ein Gewicht 95 befestigt, das das Leitungsende je weils an dem tiefsten Ende des Behälters hält, ganz gleich, auf welche Weise der Behälter in der Hand des Benutzer gehal ten wird.

Die flexible Leitung 94 dient dazu, Flüssigkeit aus dem Behälter 91 unter Druck in den Oszillator 93 zu führen, wenn der Behäl ter von Hand zusammengedrückt wird.

Der Handsprühapparat 90 kann entsprechend dem Zerstäuber 80 (Fig. 13) benutzt werden. Der Vorteil des Handsprühapparates 90 besteht darin, daß er leicht in jede Richtung gehalten werden kann, auch senkrecht nach unten, und daß 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 Flüssigkeitspegel hält, ganz gleich, wie der Behälter 90 gehalten wird.

Bei beiden Sprühvorrichtungen 80 und 90 nach Fig. 13 und 14 können die Behälter von der Kappe und dem mit der Kappe in Verbindung stehenden erfindungsgemäßen Oszillator getrennt werden, so daß sich die Behälter unter Benutzung des gleichen Kappenverschlusses mit dem zugehörigen Oszillator austauschen lassen.

Der erfindungsgemäße Oszillator kann auch in Verbindung mit Fluids anders als Wasser benutzt werden. Hierbei kann es sich vorteilhafterweise auch um Arbeitsflüssigkeiten oder Arbeits gase 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 Strömungsmittels aufweist. Typische Beispiele sind dehydrierte Festkörperteilchen, wie z. B. getrocknete Farben und Milch, granulierte Festkörperteilchen, wie Zucker, pulverisierte Stof fe, wie Schießpulver usw. In vielen Fällen ist es möglich, Festkörperteilchen in einem Fluid über einen erfindungsgemäßen Oszillator zu versprühen, wie er in Fig. 1 beschrieben ist. In manchen Fällen fallen jedoch die Festkörperteilchen innerhalb der Wechselwirkungskammer aus bzw. neigen zum Ausfallen. Um ein solches Ausfallen zu verhindern, ist in Fig. 15 ein be sonderer, diesem Umstand Rechnung tragender Oszillator für ein Ausführungsbeispiel dargestellt. Der Oszillator 100 besitzt die gleichen Teile wie der Oszillator in Fig. 1, die mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Zusätzlich enthält der Oszillator eine Eingangsleitung 101 für Luft, welche mit einem Verzweigungskanal 102 verbunden ist. Der Verzweigungskanal steht über Öffnungen 103 in beiden Seitenwänden 15 und 16 mit der Wechselwirkungskammer 13 in Verbindung. Über die Eingangs leitung 101, den Verzweigungskanal 102 und die Öffnungen 103 gelangt Luft oder Gas unter Druck in die Wechselwirkungskammer 13. Hierzu ist die Leitung 101 an eine nicht dargestellte Druck luftquelle angeschlossen, um den Druck in der Wechselwirkungs kammer zu erhöhen. Der erhöhte Druck verhindert, daß in dem Fluid enthaltene Festkörperteile in der Wechselwirkungskammer zur Ausfällung kommen können. Ein Verstopfen der Kanäle mit Festkörperteilchen kann so verhindert werden. Vielmehr werden die Festkörperteilchen angetrieben, aus der Austrittsöffnung 14 mit dem ausströmenden Strahl auszutreten.

Der die Festkörperteilchen enthaltende Strahl, der den Oszilla tor 100 verläßt, besitzt die Gestalt einer schmalen sinus- oder zickzackförmigen Kurve, wie sie in Fig. 19 gezeigt ist. In dieser Form können die Teilchen entweder auf eine Fläche (wenn es sich um eine Farbe handelt) gesprüht werden oder in einem besonderen Prozeß bzw. Verfahrensschritt wie gefordert verteilt werden. Eine weitere Ausbildung eines erfindungsgemäßen Oszillators zur Abgabe eines Strahles entsprechend Fig. 19 ist in den Fig. 16 und 18 aufgezeigt. Der Oszillator 105 enthält die gleichen Teile wie der Oszillator 10 nach Fig. 1. Zusätzlich enthält er ein Rohr 106, das sich durch die Platte 11 erstreckt und im Bereich der Austrittsöffnung 14 endet. Die Lage des Rohres 106 ist derart, daß der aus der Austrittsöffnung 14 austretende Strahl jeweils über die Öffnung des Rohres 106 streicht unabhängig von der Lage des Strahles. Das Rohr 106 dient dazu, feste Partikel oder ein Fluid dem schwingenden Strahl beim Überstreichen über die Öffnung des Rohres 106 zuzu mischen. 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 zuge führte Material bzw. den zugeführten Stoff mit sich in einer Strahlform, wie sie in Fig. 19 gezeigt ist. In einem typischen Anwendungsfall kann die Arbeitsströmung Luft und das über das Rohr 106 zugeleitete Material aus festen Teilchen bestehen. Allgemein kann die Arbeitsströmung jede Flüssigkeit, jedes Gas oder in eine Flüssigkeit übergeführte Festkörper oder in einer solchen aufgeschlämmte Festkörper betreffen und der über das Rohr 106 zugeführte Stoff kann ebenso flüssig, gasförmig oder aus einzelnen trockenen oder in einer Flüssigkeit aufgeschlämm ten Festkörperteilchen bestehen. Das Rohr 106 kann z. B. in Ver bindung mit der Wassermassagebürste 70 in Fig. 10a, 10b stehen, um z. B. Seife oder dergleichen dem Strahl zuzumischen. Das Rohr 106 kann auch in Verbindung mit der landwirtschaftlichen Sprühvorrichtung nach Fig. 12 verwendet werden; um z. B. pestizide Mittel einem Düngemittelstrahl oder umgekehrt zuzumischen. In einigen Fällen kann es wünschenswert sein, dem austretenden Strahl Stoffe so zuzumischen, daß der Stoff nicht über den gan zen Strahl gleichmäßig verteilt ist. Zum Beispiel zeigt Fig. 20 einen Sprühstrahl, der in eine Reihe von Strahlteilen aus strömungs fähigen Festkörperteilchen besteht, die entlang einer geraden Linie strömen. Ein erfindungsgemäßer Oszillator zur Abgabe eines solchen Sprühstrahles ist in den Fig. 17 und 18a gezeigt. Der Oszillator ist im wesentlichen gleich dem Oszillator 10 nach Fig. 1, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen benannt sind. Abweichend von dem Oszillator 10 enthält der Oszillator 110 ein Rohr 111 ähnlich dem Rohr 106 des Oszilla tors 105, das aber anders als das Rohr 106 in dem Austritts bereich 17 mündet und zwar mit einem wesentlichen Abstand strom ab von der Austrittsöffnung 14. In dieser Lage überstreicht der austretende Strahl die Öffnung des Rohres 111 bei seinem Hin- und Herschwingen, und zwar nur zweimal während einer Schwingungsperiode. Das heißt, der Strahl passiert die Austritts öffnung des Rohres 111 nur, wenn der Strahl sich in oder nahe seiner Mittellage befindet und nicht, wenn er seine seitlichen Stellungen gegenüber der Mittellage einnimmt. Das Rohr 111 kann aber so angeordnet sein, daß seine Öffnung nur von dem Strahl überströmt wird, wenn sich dieser in einer seiner bei den 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. In jedem Fall enthält der Sprühstrahl, der von dem Oszillator 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 nach Fig. 16 und 18.

Ein weiterer Oszillator nach der Erfindung ist in Fig. 21 dargestellt. Der Oszillator 120 besitzt die gleichen Teile wie der Oszillator 10 nach Fig. 1 mit Ausnahme der Düse 121, die sich von der Düse 12 in Fig. 1 unterscheidet. Die Düse 121 besitzt am Düsenaustritt eine scharfkantige Düsenverengung, ähnlich wie der Düsenaustritt der in der US-Patentschrift 36 08 703 aufgezeigten Düse. Wie in dem US-Patent beschrieben, ist ein von einer solchen Düse abgegebener Strahl leichter aus lenkbar, so daß eine kürzere Wechselwirkungskammer möglich ist. Durch Verwendung der Düse 121 war es möglich, die Länge der Wechselwirkungskammer des Oszillators 120 in Fig. 21 kürzer auszubilden als bei dem Oszillator 10 in Fig. 1. Wesentlich ist dabei, daß die Austrittsöffnung 14 und die Steuerkanäle 21, 22 ausreichend schmal ausgebildet sind, so daß im Betrieb der statische Druck am aufstromseitigen Ende der Wechselwirkungskam mer 13 positiv größer ist als im Austrittsbereich. Das erlaubt, wie vorstehend beschrieben, daß das Fluid von der Wechselwirkungs kammer 13 zum Austrittsbereich 17 über die Steuerkanäle 21, 22 strömt, wobei diese Strömung in Auslaßrichtung verhindert, daß von außen über die Steuerkanäle Fluid aus dem Austritts bereich in die Wechselwirkungskammer gelangen kann. Außerdem wird verhindert, daß der Strahl auf die seitlichen Wandungen des Austrittsbereiches auftreffen kann, wodurch unerwünschte kleine Tröpfchen entstehen würden.

Zusammenfassend weist der vorstehend beschriebene, erfindungs gemäße fluidische Oszillator vor allem folgende Vorteile auf:

(a) Ein flüssiger Sprühstrahl kann in einer gewünschten Strahl form 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.
(c) Aus dem Austrittsbereich kann kein Fluid in die Wechsel wirkungskammer gelangen.
(d) Der Strömungsfluß 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 Wechsel wirkungskammer mit innerer Rückführung entlang ausgebuchte ten Seitenwänden besitzen.
(f) Der erfindungsgemäße Oszillator kann mit flacheren Kanälen als bekannte fluidische Strömungselemente gebaut werden, und zwar ist das Düsenverhältnis (Tiefe der Düse zur Düsenweite) kleiner als bisher. Gemeint ist die Düse, über die die Arbeitsströmung (Hauptströmung) zugeführt wird. Das erlaubt eine einfachere und kostensparendere Herstel lung als bisher.

Bezüglich des Vorteiles eines kleineren Düsenverhältnisses ist noch zu bemerken, daß das kleinere Verhältnis keine Einwirkungen auf die Arbeitsfrequenz des Oszillators hat. In anderen Worten, alle anderen Dimensionen bleiben unverändert, das Ändern der Kanaltiefe mindert nicht die Arbeitsfrequenz bei irgendeinem Arbeitsdruck. Diese Vorteile stellen keine Beschränkung hin sichtlich der Anwendung des Düsenverhältnisses dar. Die Er findung arbeitet bei größeren Düsenverhältnissen gleichermaßen gut.

Es ist zu betonen, daß ein sinusförmiger Sprühstrahl entsprechend Fig. 5 mehr Tropfen von einheitlicher Größe als der Sprühstrahl mit einer zick-zack-förmigen Gestalt nach Fig. 6 besitzt, ob gleich die Änderung der Tropfengröße in dem Sprühstrahl nach Fig. 6 in keinem Falle groß ist. Wie angegeben, ist bei der zick-zack-förmigen Gestalt des Sprühstrahles nach Fig. 6 die räumliche Verteilung der Flüssigkeit einheitlicher als bei dem sinusförmigen Sprühstrahl nach Fig. 5, obwohl der sinus förmige Sprühstrahl für die meisten Sprühstrahlanwendungen aus reichend ist. Die günstigste Kombination zwischen einheitlicher Tropfengröße und einheitlicher Flüssigkeitsverteilung wird durch einen Kompromiß zwischen den beiden Sprühstrahlausbildungen erhalten.

Ein anderer Vorteil der Erfindung beruht in der Tatsache, daß der Oszillator nicht fortwährend nachtropft, wenn er nicht ar beitet, 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 Ar beitsfluid eine Flüssigkeit oder ein Gas geeignet ist. Die meisten bekannten fluidischen 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 besitzen einige Aerosolsprüher Lösungsmittel in der abgegebenen Flüssigkeit zur Verringerung der Viskosität. Die Viskosität soll dabei so weit erniedrigt werden, daß ein Versprühen möglich ist. Der erfindungsgemäße Oszillator erlaubt eine beträchtliche Verringerung an Lösungs mittel in solchen Sprühvorrichtungen. Die Verringerung des Lösungsmittels verringert die Bildung von kleinen Tropfen, die anders im Zusammenwirken von Umgebungsluft und Fluid mit geringer Viskosität gebildet werden. Weiterhin reduziert die Verringerung des Lösungsmittels die Tendenz des versprühten Fluids (z. B. einer Farbe) nach dem Auftreffen auf die zu be sprühende Fläche zu laufen.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht in der hin- und her streichenden Wirkung der Sprühstrahlen. Es hat sich gezeigt, daß der pulsierende Strom bekannter Oszillatoren die erkrankte Haut von Keimen befreien kann und Wunden reinigt. Der erfin dungsgemäße Pulsator erreicht eine solche Wirkung bei hohen Frequenzen und relativ niedrigen Drücken, ohne daß dabei der Patient ein stechendes Gefühl wie bei pulsierenden Strömen hat.

In der Tat führt ein prickelndes Geführ, 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 im wesentlichen ebenen gefächerten Sprühstrahl, der sich durch die Ausbildung der Austrittswände bzw. der Austrittsöffnung verändern läßt. Außerdem muß der Sprühstrahl nicht unbedingt in einer Ebene liegen, indem der Oszillator derart ausgebildet ist, daß die Platte 11 nicht eben ist. Zum Beispiel wenn die Platte 11 eine halbzylindrische Form aufweist, muß der abgelenkte Strahl quer zu der halbzylindrischen Platte abgelenkt werden, so daß der austretende Strahl nicht flach ist, sondern eine konische oder halbzylindrische Gestalt besitzt. Andere Ausbildungen der Platte 11 führen zu entsprechenden Strahlenausbildungen.

Verschiedene Anwendungen des erfindungsgemäßen Oszillators sind nachstehend aufgeführt:

1. Landwirtschaftliche Sprühvorrichtungen
2. Farbensprühvorrichtungen
3. Mundduschen
4. Aerosol-Sprüher
5. Versprühen eines Fluids unter Zusatz von festen Teilchen
6. Messung der Strömungsmenge
7. Zerstäuber
8. Strömungsrichter
9. Krafstoffeinspritzung
10. Trockner
11. Massagegeräte
12. Reinigungsvorrichtungen.

Bezüglich der Reinigungsvorrichtung ist anzugeben, daß der erfindungsgemäß erzielte Sprühstrahl zum Reinigen der ver schiedensten Oberflächen geeignet ist. So werden beträchtliche Vorteile auf dem Gebiet der Wundbehandlung erzielt, wo Flüs sigkeitsstrahlen von Wasser und/oder antiseptischen Lösungen auf die Wunden bzw. wunden Stellen gesprüht werden, um eine wirksame Sterilisation zu erzielen.

Die Erfindung befaßt sich somit vor allem ganz allgemein mit Vorrichtungen und deren Anwendungen zur Abgabe von Flüssig keitsstrahlen und niedrigem Druck, dabei spielt die Abgabe eines Flüssigkeitsstrahles, der periodisch abgelenkt wird und eine steuerbare Tropfengröße sowie eine steuerbare Flüssigkeitsverteilung besitzt, eine besondere Rolle, die für viele Anwendungen wesentlich ist.

Claims

1. Sprühkopf für eine Flüssigkeit, mit einem Fluid oszillator ohne sich bewegende Teile, der aufweist eine auseinander- und wieder zusammenlaufende Wechselwirkungs kammer mit einer Einlaßdüse am aufstromseitigen Ende zum Anschluß an eine Speisequelle von Druckflüssigkeit, wobei die Einlaß-Düse einen Flüssigkeitsstrahl abgibt, der innerhalb der Wechselwirkungskammer hin und her schwingt, einen Auslaß mund am abstromseitigen Ende der Wechselwirkungskammer, der mit der Einlaßdüse fluchtet, symmetrische rechte und linke konvexe und die Wechselwirkungskammer zwischen der Einlaßdüse und dem Auslaßmund umschließende Seitenwandungen, und linke und rechte Steuerkanäle, die sich von jeweiligen Öffnungen in den linken und rechten Seiten des aufstromseitigen Endes der Wechselwirkungskammer zur jeweiligen linken und rechten Öff nung stromabwärts von der Wechselwirkungskammer erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß der Aus laßmund (14) eine solche Breite hat, daß der Auslaßmund (14) stets vollständig mit Flüssigkeit ausgefüllt ist und daß Flüssigkeit in den Steuerkanälen (21, 22) stets in Richtung auf ihre abstromseitigen Mündungen (23, 25) fließt, und daß ein Austrittsbereich (17) mit Wandungen (18, 19) vorgesehen ist, die so zurückgesetzt sind, daß keine Haftung des aus dem Auslaßmund (14) austretenden Strahls in Endstellungen der Schwingbewegung an den Wandungen (18, 19) austritt.

2. Sprühkopf nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die abstromseitigen Mündungen (23, 25) des linken und rechten Steuerkanals jeweils in langen, symmetrischen linken und rechten Auslaßwandungen (18, 19) lie gen, die stromabwärts von dem Auslaßmund (14) einen langen, auseinanderlaufenden Auslaßbereich (17) einschließen, der zur Umgebung frei ist, wodurch der Druck in dem Auslaßbereich (17) im wesentlichen auf Umgebungsdruck bleibt.

3. Sprühkopf nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß unmittelbar am Beginn des Auslaß mundes (14) die Auslaßwandungen (18, 19) einen stumpfen Winkel bilden.

4. Sprühkopf nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Breite der Ein laßdüse (12) von W die Breite T des Auslaßmundes (14), 1,1 bis 1,5 W beträgt, daß der Abstand zwischen dem engsten Quer schnitt der Einlaßdüse und dem Auslaßmund kleiner als 8 W ist, vorzugsweise zwischen 5 W und 8 W liegt, und daß der Querschnitt der Steuerkanäle (21, 22) kleiner oder gleich dem engsten Querschnitt der Einlaßdüse ist.

5. Sprükopf nach Anspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, daß dann, wenn die Steuerkanäle (21, 22) und die Einlaßdüse (12) die gleiche Tiefe senkrecht zur Strömungslinie haben, die Breite der Steuerkanäle kleiner oder gleich 0,75 W ist.

6. Sprühkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ab schnitte der Auslaßwandungen (18, 19) stromabwärts von den Öffnungen (23, 25) der Steuerkanäle (21, 22) mit einem klei neren Winkel auseinanderlaufen als die Abschnitte der Aus laßwandungen zwischen dem Auslaßmund (14) der Wechselwir kungskammer und den Öffnungen (23, 25) der Steuerkanäle (21, 22).

7. Sprühkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein laßdüse (12) Seitenwandungen und eine scharfkantige Mündung hat.

8. Sprühkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die auseinanderlaufenden Seitenwandungen (15, 16) am aufstrom seitigen Ende der Wechselwirkungskammer (13) nichtge krümmte Seitenwandungsabschnitte aufweisen und stromab wärts und benachbart dazu Seitenwandungsabschnitte sind, die nach außen bogenförmig auseinanderlaufen und in Rich tung auf den Auslaßmund (14) der Wechselwirkungskammer zusammenlaufen.

9. Sprühkopf nach einem oder mehreren der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß in einer flache Deck- und/oder Bodenplatte, die die Wechselwirkungskammer, den Auslaßbereich und die Kanäle abdeckt, im Auslaßbereich (17) in der Nähe des Aus laßmundes (14) wenigstens eine Einlaßöffnung (106) zur Ein leitung von Flüssigkeitsbestandteilen vorgesehen ist, die fortwährend von dem austretenden Strahl überquert wird (Fig. 16).

10. Sprühkopf nach einem oder mehreren der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß in einer flachen Deck- und/oder Bodenplatte, die die Wechselwirkungskammer, den Auslaßbereich und die Kanäle abdeckt, in dem Auslaßbereich (17) und in einem Abstand von dem Auslaßmund (14) wenigstens eine Einlaß öffnung zur Einleitung von Flüssigkeitsbestandteilen vor gesehen ist, die intermittierend von dem austretenden Strahl überquert wird, wenn der Strahl oszilliert ( Fig. 17).

11. Sprühkopf nach einem oder mehreren der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß die Wechselwirkungskammer zusätzlich zur Einlaßdüse (12) wenigstens eine Öffnung (109) aufweist, die an eine äußere Quelle eines Druckmittels zur Er höhung des statischen Druckes in der Wechselwirkungskammer angeschlossen ist.

12. Sprühkopf nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß untereinander verbundene Kanäle (102) vorgesehen sind, die über mehrere Öffnungen (103) an die Wechselwirkungskammer (13) angeschlossen sind, und daß die untereinander verbundenen Kanäle (102) an die äußere Quelle eines Druckmittels über wenigstens eine Verbindungsöffnung (101) angeschlossen sind (Fig. 15).

13. Sprühkopf nach einem oder mehreren der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß an einer äußeren Wandung des den Fluidoszillator be herbergenden Gehäuses ein Schwingkörper (61) befestigt ist, der bei einer bestimmten Frequenz des Strahls zu schwingen be ginnt und diese Frequenz anzeigt (Fig. 8).

14. Sprühvorrichtung mit einem Sprühkopf nach einem oder mehreren der vorher gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß der Fluidoszillator (93) am Hals eines zusammendrück baren Flüssigkeitsbehälters (90) befestigt ist, wobei ein beschwerter flexibler Schlauch (94) in dem Flüssigkeitsbehälter mit der Einlaßdüse (12) verbunden ist (Fig. 14).

15. Sprühvorrichtung mit einem Sprühkopf nach einem oder mehreren der An sprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeich net, daß der Fluidoszillator (86) mit einem Einlaßschlauch (85) eines Flüssigkeitsbehälters (80) verbunden ist, wobei sich der Einlaßschlauch durch den Deckel (82) des Behälters zu einem Punkt unmittelbar oberhalb des Bodens des Behälters erstreckt, und daß ein mit einem Luftbalg (83) verbundener kurzer Schlauch (84) ebenfalls durch den Deckel (82) führt (Fig. 13).

16. Sprühvorrichtung mit Sprühköpfen nach einem oder mehreren der An sprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeich net, daß mehrere Fluidoszillatoren (30, 31) in einer Reihe zum Versprühen von Farben oder ähnlichen Flüssigkeiten auf eine Oberfläche an einem Rahmen (32) angeordnet sind, der entlang der Oberfläche bewegbar ist (Fig. 11).

17. Sprühvorrichtung mit Sprühköpfen nach einem oder mehreren der An sprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeich net, daß mehrere Fluidoszillatoren in einer Reihe zum Ver sprühen von Lösungen, vorzugsweise Dünger, Unkrautvernichtungsmitteln oder Pestiziden, auf das Land auf einem Rahmen (44) an geordnet sind, der an einem seitlichen Arm eines Fahrzeugs befestigbar ist (Fig. 12).

18. Sprühvorrichtung mit einem Sprühkopf nach einem oder mehreren der An sprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeich net, daß der Auslaßbereich (17) in eine Öff nung (72) in einer Endwandung einer Massage- und/oder Rei nigungseinrichtung (70) mündet und von einer vorstehenden Kante (73) umgeben ist (Fig. 10).

19. Sprühvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Kante (73) die Form des Randes der Schnittfläche eines Tropfens hat (Fig. 10).