EP3615223A1

EP3615223A1 - Fluidische baugruppe

Info

Publication number: EP3615223A1
Application number: EP18719783.5A
Authority: EP
Inventors: Jens Hermann WINTERING; Bernhard BOBUSCH; Oliver Krueger
Original assignee: FDX Fluid Dynamix GmbH
Current assignee: FDX Fluid Dynamix GmbH
Priority date: 2017-04-24
Filing date: 2018-04-12
Publication date: 2020-03-04
Also published as: DE102017206849A1; US20200376503A1; WO2018197231A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine fluidische Baugruppe mit einem fluidischen Bauteil, wobei das fluidische Bauteil eine Strömungskammer aufweist, die von einem Fluidstrom durchströmbar ist, der durch eine Einlassöffnung der Strömungskammer in die Strömungskammer eintritt und durch eine Auslassöffnung der Strömungskammer aus der Strömungskammer austritt. Das fluidische Bauteil weist mindestens ein Mittel zur Ausbildung einer Oszillation des Fluidstroms an der Auslassöffnung auf, wobei die Oszillation in einer Oszillationsebene erfolgt. Die fluidische Baugruppe zeichnet sich durch eine Vorrichtung zur Umlenkung des oszillierenden Fluidstroms aus, der aus der Auslassöffnung des fluidischen Bauteils austritt, wobei die Umlenkung zeitlich veränderlich ist.

Description

Fluidische Baugruppe

Die Erfindung betrifft eine fluidische Baugruppe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die fluidische Baugruppe ist zur Erzeugung eines sich bewegenden Fluidstrahls vorgesehen.

Aus dem Stand der Technik sind zur Erzeugung eines sich bewegenden Fluidstrahls Düsen bekannt, die mittels einer Kinematik beziehungsweise einer (beweglichen) Vorrichtung in Bewegung versetzt werden. Die Kinematik beziehungsweise (bewegliche) Vorrichtung umfasst bewegliche Komponenten, die hohem Verschleiß ausgesetzt sind. Die mit der Herstellung und Wartung verbundenen Kosten sind entsprechend hoch. Zudem ist aufgrund der beweglichen Komponenten insgesamt ein relativ großer Bauraum erforderlich. Zur Erzeugung eines beweglichen Fluidstroms (oder Fluidstrahls) sind ferner fluidische Bauteile bekannt, die einen in einer Ebene oszillierenden Fluidstrahl erzeugen. Die fluidischen Bauteile umfassen keine beweglichen Komponenten, die der Erzeugung eines beweglichen Fluidstroms dienen. Dadurch weisen sie im Vergleich zu den eingangs erwähnten Düsen nicht die aus den beweglichen Komponenten resultierenden Nachteile auf.

Jedoch bewegt sich der Fluidstrom, der mit den bisher bekannten fluidischen Bauteilen erzeugt werden kann, vorrangig in einer Ebene (Oszillationsebene) und nicht in einem dreidimensionalen Raum. Eine dreidimensionale Bewegung des Fluidstrahls kann jedoch bei einigen Anwendungen, wie beispielsweise Geschirrspülern und Waschmaschinen, deren Reinigungsleistung steigern. Um bei den bisher bekannten fluidischen Bauteilen den Fluidstrahl senkrecht zur Oszillationsebene aufzuweiten, wird ein sogenannter divergenter Anteil des Bauteils senkrecht zur Oszillationsebene vergrößert, wie beispielsweise aus US 7014131 B1 , US 7134609 B1 oder US 2006/0065765 A1 bekannt ist. Der divergente Anteil des fluidischen Bauteils ist stromabwärts des Auslasses des Bauteils angeordnet. Ferner ist bekannt, mittels Störkörpern im Bereich des Auslasses den Fluidstrahl aufzuplatzen (US 7014131 B1 oder EP 1937412 B1 ). Eine weitere Möglichkeit ist, mehrere fluidische Bauteile derart zu stapeln, dass deren Oszillationsebenen im Wesentlichen parallel zu einander sind, wie beispielsweise aus US 7111800 B2 bekannt ist. Jedoch wird bei den genannten Methoden lediglich ein in einer Ebene oszillierender Fluidstrahl senkrecht zu dieser Ebene aufgeweitet. Eine dreidimensionale Bewegung eines kompakten Fluidstrahls am Auslass des Bauteils kann nicht erreicht werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die ausgebildet ist, einen kompakten, sich dreidimensional bewegenden Fluidstrahl zu erzeugen, wobei die Vorrichtung eine hohe Ausfallsicherheit und einen entsprechend geringeren Wartungsaufwand aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine fluidische Baugruppe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Danach umfasst die fluidische Baugruppe ein fluidisches Bauteil, die eine Strömungskammer aufweist. Die Strömungskammer ist von einem Fluidstrom durchströmbar, der durch eine Einlassöffnung der Strömungskammer in die Strömungskammer eintritt und durch eine Auslassöffnung der Strömungskammer aus der Strömungskammer austritt. Zur Erzeugung eines an der Auslassöffnung in einer Oszillationsebene oszillierenden Fluidstroms ist mindestens ein Mittel zur Ausbildung einer Oszillation des Fluidstroms vorgesehen. Das Mittel zur Ausbildung einer Oszillation kann beispielsweise mindestens ein Nebenstromkanal sein. Alternativ können auch andere Mittel zur Ausbildung einer Oszillation des Fluidstroms vorgesehen sein. Dieses fluidische Bauteil gibt für die fluidische Baugruppe eine Grundströmungsrichtung des Fluidstroms vor. Das Fluid kann ein gasförmiges, flüssiges oder mehrphasiges, fließfähiges Medium sein, welches auch mit Partikeln behaftet sein kann. Das Fluid, das durch die Einlassöffnung in die Strömungskammer eintritt, kann mit einem Druck von 0,0002 bis 2500 bar (gegenüber dem Umgebungsdruck) beaufschlagt sein. Vorzugsweise kann der Druck zwischen 0,005 und 1800 bar liegen. Insbesondere bevorzugt ist ein Druckbereich zwischen 0,05 und 1100 bar. Für sogenannte weiße Ware (Haushaltsgeräte, insbesondere Waschmaschinen und Geschirrspüler) ist ein Druck im Bereich von 0,001 bar bis 6 bar vorteilhaft. Für Anwendungen zur Wasserverteilung, wie z. B. bei einem Rasensprenger oder einer Reinigungsbrause ist ein Druckbereich von 0, 1 bar bis ca. 14 bar vorteilhaft.

Die fluidische Baugruppe zeichnet sich dadurch aus, dass eine Vorrichtung zur Umlenkung des oszillierenden Fluidstroms, der aus der Auslassöffnung des fluidischen Bauteils austritt, vorgesehen ist, wobei die Umlenkung des oszillierenden Fluidstroms zeitlich veränderlich ist. Die Umlenkung wird durch Übertragung kinetischer Energie auf den Fluidstrom, der aus dem fluidischen Bauteil austritt, erreicht. Unter einer zeitlich veränderlichen Umlenkung ist zu verstehen, dass sich beispielsweise das Ausmaß und / oder die Richtung der Umlenkung zeitlich verändern / verändert. Die zeitliche Veränderung der Umlenkung kann insbesondere periodisch erfolgen. Vorzugsweise wirkt die Vorrichtung zur Umlenkung erst an beziehungsweise stromabwärts der Auslassöffnung des fluidischen Bauteils auf den Fluidstrom ein. Hierdurch wird erreicht, dass aus der fluidischen Baugruppe ein Fluidstrahl austritt, der zeitlich seine Bewegungsrichtung dreidimensional ändert. Je nach Ausgestaltung des fluidischen Bauteils und der Vorrichtung zur Umlenkung kann das Bewegungsprofil (und damit die räumliche Verteilung) des Fluidstrahls eingestellt werden. So kann beispielsweise ein Fluidstrahl erzeugt werden, der einen kreisförmigen, elliptischen oder annähernd rechteckigen Querschnitt aufweist oder eine Lissajous-Figur abstrahlt. Ein dreidimensionales Bewegungsprofil des Fluidstrahls ist unter anderem für Mischprozesse und Reinigungsanwendungen vorteilhaft.

Auf bewegliche Komponenten zur Erzeugung eines dreidimensional beweglichen Strahls kann in der erfindungsgemäßen Anordnung verzichtet werden, so dass hierdurch bedingte Kosten und Aufwendungen nicht anfallen. Zudem ist durch den Verzicht auf bewegliche Komponenten die Vibrations- und Geräuschentwicklung des erfindungsgemäßen fluidischen Bauteils relativ gering. Gemäß einer Ausführungsform stellt die Vorrichtung zur Umlenkung des Fluidstroms zeitlich veränderlich ein Mittel zur Umlenkung des Fluidstroms bereit. Dieses Mittel dient der Energieübertragung auf den Fluidstrom, die eine Umlenkung des Fluidstroms zur Folge hat. Bei einer zeitlich veränderlichen Bereitstellung kann beispielsweise die Menge des Mittels und / oder die Richtung, aus der das Mittel bereitgestellt wird, zeitlich veränderlich sein. Insbesondere kann das Mittel zur Umlenkung pulsartig bereitgestellt werden. Das Mittel zur Umlenkung des Fluidstroms kann insbesondere ein Fluid umfassen. Das Fluid kann identisch sein mit dem umzulenkenden Fluid aus dem fluidischen Bauteil oder sich von dem umzulenkenden Fluid unterscheiden. Im letzteren Fall können auf diese Weise unterschiedliche Fluide miteinander vermischt werden, ohne dass zusätzliche Mischungsweglängen vorgesehen werden müssen. Vorzugsweise oszilliert ebenfalls das Fluid, das von der Vorrichtung zur Umlenkung bereitgestellt wird. Damit kann erreicht werden, dass der resultierende Fluidstrom in zwei (oder mehr Ebenen) oszilliert und sich so dreidimensional ausbildet. Sofern die Vorrichtung zur Umlenkung als Mittel zur Umlenkung ein Fluid bereitstellt, gibt die Vorrichtung zur Umlenkung eine Nebenströmungsrichtung für die fluidische Baugruppe vor, während das fluidische Bauteil eine Grundströmungsrichtung des Fluidstroms für die fluidische Baugruppe vorgibt. In diesem Fall kann die Vorrichtung zur Umlenkung als Nebenstromgeber bezeichnet werden und das fluidische Bauteil als Hauptstromgeber.

Die Vorrichtung zur Umlenkung des Fluidstroms kann alternativ eine Kühl- oder Heizvorrichtung umfassen. Andere alternative Vorrichtungen umfassen piezoelektrische Elemente, Formgedächtnislegierungen oder andere sogenannte intelligente Materialien. Unter intelligenten Materialien sind Materialien zu verstehen, die selbständig, ohne eine Regelung von außen, auf sich verändernde Umgebungsbedingungen reagieren. Außerdem sind zur Energieübertragung (Umlenkung) Vorrichtungen zur Lichtbogenerzeugung oder Plasmageneratoren denkbar. Bei Verwendung von Vorrichtungen zur Energieübertragung mittels Plasma, weist die fluidische Baugruppe vorzugsweise stromabwärts des Auslasses eine divergente Fläche auf, die der Vorrichtung zur Energieübertragung gegenüberliegt. Damit kann sich der Fluidstrahl an dieser divergenten Fläche ansaugen und somit die Auslenkung beibehalten. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung zur Umlenkung des Fluidstroms mindestens ein sogenanntes Zero Mass Flux Element auf, wie z. B. einen Lautsprecher. Zero Mass Flux Elemente sind Elemente, die einen Impuls übertragen, ohne einen Massenstrom zu erzeugen beziehungsweise einen Massenstrom, dessen zeitliches Mittel Null ergibt. So kann ein Lautsprecher beispielsweise einen Schallimpuls zur Umlenkung des Fluidstrahls erzeugen. Jedoch können diese alternativen Vorrichtungen zur Umlenkung zu einer Vergrößerung des erforderlichen Bauraums und einer Erhöhung des Energieverbrauchs führen und gegebenenfalls bewegliche Elemente umfassen.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung zur Umlenkung des Fluidstroms derart angeordnet ist, dass das Mittel zur Umlenkung des Fluidstroms derart auf den oszillierenden Fluidstrom einwirkt, dass der oszillierende Fluidstrom (zeitlich veränderlich) aus seiner Oszillationsebene herausgelenkt wird. Damit kann erreicht werden, dass der aus der Auslassöffnung austretende, in einer Ebene oszillierende Fluidstrom sich nun in einem dreidimensionalen Raum bewegt. So kann die Vorrichtung zur Umlenkung des Fluidstroms beispielsweise derart angeordnet sein, dass das Mittel zur Umlenkung des Fluidstroms im Wesentlichen entlang einer Achse oder einer Ebene auf den Fluidstrom einwirkt, die einen Winkel, der größer als 0° ist, mit der Oszillationsebene des oszillierenden Fluidstroms einschließt. Der Winkel kann beispielsweise zwischen 30° und 150° liegen. Besonders bevorzugt ist ein Winkel von im Wesentlichen 90°. Verändert sich die Umlenkung des Fluidstroms durch das Mittel zur Umlenkung in einer Ebene periodisch, so kann ein Fluidstrahl erzeugt werden, der in zwei unterschiedlichen Ebenen oszilliert beziehungsweise pulsiert, nämlich der Oszillationsebene, die durch das fluidische Bauteil vorgegeben wird und der Ebene, die durch die Vorrichtung beziehungsweise das Mittel zur Umlenkung vorgegeben wird. Sofern sich nicht nur das Ausmaß der Umlenkung, sondern auch die Richtung, aus der das Mittel zur Umlenkung auf den Fluidstrom einwirkt, zeitlich verändert, oszilliert beziehungsweise pulsiert der resultierende Fluidstrahl in mehr als zwei Ebenen. Durch eine geeignete Modulation des Ausmaßes der Umlenkung und der Richtung, aus der das Mittel zur Umlenkung auf den Fluidstrom einwirkt, kann ein beliebiger Verlauf des Fluidstroms erzeugt werden.

So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Mittel zur Umlenkung entlang einer Achse (in einer Ebene) aus der einen Richtung, aus der entgegengesetzten Richtung (beziehungsweise aus einer anderen als der einen Richtung) oder aus beiden Richtungen auf den Fluidstrom einwirkt. Sollte das Mittel zur Umlenkung aus beiden Richtungen auf den Fluidstrom einwirken, so kann insbesondere vorgesehen sein, dass zu jedem Zeitpunkt die Intensität, mit der das Mittel aus beiden Richtungen auf den Fluidstrom einwirkt, unterschiedlich groß ist. So kann beispielsweise das Mittel abwechselnd aus der einen und der entgegengesetzten (anderen) Richtung auf den Fluidstrom einwirken. Ferner kann vorgesehen sein, dass mit abnehmender Intensität aus der einen Richtung die Intensität aus der entgegengesetzten (anderen) Richtung zunimmt, und vice versa. Insbesondere kann die Intensität aus jeder Richtung jeweils zwischen 0% und 100% oszillieren, wobei die Phasen der Oszillation für die beiden Richtungen verschoben sind.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Vorrichtung zur Umlenkung des Fluidstroms derart angeordnet, dass das Mittel zur Umlenkung des Fluidstroms unmittelbar an der Auslassöffnung der Strömungskammer des fluidischen Bauteils auf den Fluidstrom einwirkt. Unmittelbar an der Auslassöffnung ist die Oszillation des Fluidstroms vollständig ausgebildet und noch nicht durch äußere Einflüsse (Geometrien, Druck) gestört.

Insbesondere kann die Vorrichtung zur Umlenkung des Fluidstroms von dem Mittel zur Umlenkung des Fluidstroms durchströmbar sein. So kann die Vorrichtung zur Umlenkung des Fluidstroms ein fluidisches Bauteil umfassen. Das Mittel zur Umlenkung kann hier insbesondere ein Fluid sein. In dieser Ausführungsform umfasst die fluidische Baugruppe zwei fluidische Bauteile. Einerseits das erste fluidische Bauteil, dessen Fluidstrom umgelenkt werden soll, und andererseits das zweite fluidische Bauteil, das Teil der Vorrichtung zur Umlenkung ist. Da insbesondere das erste fluidische Bauteil die Fluidstromrichtung vorgibt, kann dieses auch als Hauptstromgeber bezeichnet werden, während das zweite fluidische Bauteil als Nebenstromgeber bezeichnet werden kann. In dieser Ausführungsform oszilliert einerseits das umzulenkende Fluid des ersten fluidischen Bauteils und andererseits das Fluid, das als Mittel zur Umlenkung durch das zweite fluidische Bauteil bereitgestellt wird. Dabei können die Oszillationsebene des ersten fluidischen Bauteils und die Oszillationsebene des zweiten fluidischen Bauteils einen Winkel einschließen, der größer als 0° ist. Dieser Winkel kann zwischen 30° und 150° liegen. Besonders bevorzugt ist ein Winkel von im Wesentlichen 90°. Das erste und das zweite fluidische Bauteil können hinsichtlich Größe, Form und / oder Funktionsprinzip identisch oder unterschiedlich ausgebildet sein.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Vorrichtung zur Umlenkung einen Separator umfassen, um das Mittel zur Umlenkung in mindestens zwei Zweige aufzuteilen. Der Separator kann stromabwärts des zweiten fluidischen Bauteils angeordnet sein. So kann das Fluid, das aus diesem zweiten fluidischen Bauteil austritt, in den Separator strömen und in mindestens zwei Stromzweige aufgeteilt werden.

Der Separator kann eine Einlassöffnung und mindestens zwei Auslassöffnungen aufweisen. Dabei können die Auslassöffnungen des Separators in einer Ebene angeordnet sein, die in der oder parallel zu der Oszillationsebene des stromaufwärts angeordneten zweiten fluidischen Bauteils liegt. Insbesondere können die Auslassöffnungen derart voneinander beabstandet sein, dass sie abwechselnd von dem hin und her oszillierenden Fluidstrom, der aus dem zweiten fluidischen Bauteil austritt, durchströmt werden. Damit kann der Separator den oszillierenden Fluidstrom des zweiten fluidischen Bauteils in ein binäres (pulsierendes) Strömungssignal umwandeln. Vorzugsweise ist die Querschnittsfläche jeder der mindestens zwei Auslassöffnungen jeweils größer als die Querschnittsfläche der Einlassöffnung. Durch dieses bevorzugte Größenverhältnis der Querschnittsflächen kann unterstützt werden, dass zu jedem beliebigen Zeitpunkt tatsächlich nur eine der mindestens zwei Auslassöffnungen durchströmt wird.

Gemäß einer Ausführungsform kann der Separator (stromabwärts) in mindestens zwei Zuführleitungen münden, die jeweils mindestens eine Einlassöffnung und mindestens eine Auslassöffnung aufweisen. Vorzugsweise umfasst jede Zuführleitung genau eine Einlassöffnung und genau eine Auslassöffnung. Insbesondere kann die Anzahl der Zuführleitungen der Anzahl der Auslassöffnungen des Separators entsprechen, wobei jede Auslassöffnung des Separators einer Zuführleitung zugeordnet ist. Vorzugsweise ist die Geschwindigkeit des Mittels zur Umlenkung in den Zuführleitungen im zeitlichen Mittel möglichst niedrig, so dass das Mittel zur Umlenkung in den Zuführleitungen mit einer Geschwindigkeit zwischen 0 und der maximalen Geschwindigkeit oder zwischen einer negativen maximalen Geschwindigkeit und einer positiven maximalen Geschwindigkeit pulsiert. Im letzteren Fall strömt das Mittel zur Umlenkung abwechselnd aus den Zuführleitungen heraus und in die Zuführleitungen zurück.

Dabei können die mindestens zwei Zuführleitungen (beziehungsweise die Auslassöffnungen der Zuführleitungen) auf den umzulenkenden oszillierenden Fluidstrom (des ersten fluidischen Bauteils) gerichtet sein, wobei die mindestens zwei Zuführleitungen (beziehungsweise die Auslassöffnungen der Zuführleitungen) diesseits und jenseits der Oszillationsebene des oszillierenden Fluidstroms (des ersten fluidischen Bauteils) auf den oszillierenden Fluidstrom (des ersten fluidischen Bauteils) gerichtet sind. Insbesondere können die mindestens zwei Zuführleitungen derart angeordnet sein, dass sie das Mittel zur Umlenkung diesseits und jenseits der Oszillationsebene des oszillierenden Fluidstroms (des ersten fluidischen Bauteils) auf den oszillierenden Fluidstrom (des ersten fluidischen Bauteils) gerichtet bereitstellen. Vorzugsweise können die Abmessungen und Geometrien der mindestens zwei Zuführleitungen derart gewählt sein, dass die mindestens zwei Zuführleitungen (beziehungsweise die Auslassöffnungen der Zuführleitungen) an die Auslassöffnung des (ersten) fluidischen Bauteils reichen, aus dem der umzulenkende Fluidstrom austritt. Dabei können sich die mindestens zwei Zuführleitungen (beziehungsweise die Auslassöffnungen der Zuführleitungen) an der Auslassöffnung des (ersten) fluidischen Bauteils jeweils zumindest über die gesamte Breite der Auslassöffnung des (ersten) fluidischen Bauteils erstrecken. Die Breite der Auslassöffnung des (ersten) fluidischen Bauteils ist dabei parallel zu der Oszillationsebene des austretenden umzulenkenden Fluidstroms definiert, wobei sich die Breite im Wesentlichen senkrecht zur Hauptausbreitungsrichtung des Fluidstroms, der sich bestimmungsgemäß von der Einlassöffnung zur Auslassöffnung (des ersten fluidischen Bauteils) bewegt, erstreckt. Vorzugsweise stellen die mindestens zwei Zuführleitungen das Mittel zur Umlenkung über die gesamte Breite der Auslassöffnung des (ersten) fluidischen Bauteils bereit. Alternativ können die mindestens zwei Zuführleitungen das Mittel zur Umlenkung nur über einen Abschnitt der Breite der Auslassöffnung des (ersten) fluidischen Bauteils oder über die gesamte Breite der Auslassöffnung des (ersten) fluidischen Bauteils und darüber hinaus bereitstellen.

Die Erfindung betrifft ferner ein fluidisches Bauteil (Kelchbauteil) nach dem Oberbegriff des Anspruchs 19. Demnach umfasst das Kelchbauteil eine Strömungskammer, die von einem Fluidstrom durchströmbar ist, der durch eine Einlassöffnung der Strömungskammer in die Strömungskammer eintritt und durch eine Auslassöffnung der Strömungskammer aus der Strömungskammer austritt, wobei das fluidische Bauteil mindestens ein Mittel zur Ausbildung einer Oszillation des Fluidstroms an der Auslassöffnung aufweist. Das Kelchbauteil zeichnet sich dadurch aus, dass das mindestens eine Mittel zur Ausbildung einer Oszillation eine ungerade Anzahl von Nebenstromkanälen umfasst, die größer als 1 ist. Mit dem Kelchbauteil kann ein sich dreidimensional bewegender Fluidstrom erzeugt werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Die Erfindung betrifft ferner ein Einspritzsystem, ein Fluidmischungssystem, ein Fluidverteilungssystem, ein Kühlungssystem, ein Feuerlöschsystem und ein Reinigungsgerät, die jeweils die erfindungsgemäße fluidische Baugruppe und / oder das erfindungsgemäße Kelchbauteil umfassen. Das Einspritzsystem ist zum Einspritzen eines Kraftstoffs in einen Verbrennungsmotor vorgesehen, der beispielsweise in Kraftfahrzeugen eingesetzt wird. Für das Einspritzsystem kann insbesondere eine Ausführungsform der fluidischen Baugruppe eingesetzt werden, die zwei fluidische Bauteile umfasst: ein erstes fluidisches Bauteil, dessen Fluidstrom zeitlich veränderlich durch die Vorrichtung zur Umlenkung umgelenkt wird, und ein zweites fluidisches Bauteil als Vorrichtung zur Umlenkung. Dabei können das erste und das zweite fluidische Bauteil von unterschiedlichen Fluiden durchströmt werden, insbesondere von einem Kraftstoff (erstes fluidisches Bauteil) einerseits und von Luft (zweites fluidisches Bauteil) andererseits. Das Reinigungsgerät ist insbesondere ein Geschirrspüler, eine Waschmaschine, eine industrielle Reinigungsanlage oder ein Hochdruckreiniger. Das Fluidverteilungssystem kann insbesondere ein Beregnungssystem, ein Rasensprenger oder ein Pflanzenschutzverteilungssystem sein. Das Fluidverteilungssystem kann auch als Kühlungssystem oder Feuerlöschsystem ausgebildet sein. Aufgrund der dynamischen Bewegung des austretenden Fluidstrahls kann die Kühlungsleistung beziehungsweise die Feuerlöschleistung eines solchen Kühlungssystems oder Feuerlöschsystems massiv erhöht werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Außenansicht einer fluidischen Baugruppe gemäß einer

Ausführungsform der Erfindung; eine Drahtdarstellung der fluidischen Baugruppe aus Figur 1 zur Visualisierung der inneren Funktionsgeometrie; eine Ansicht der inneren Funktionsgeometrie aus Figur 2 als Negativ; eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts A aus Figur 3; fünf Momentaufnahmen (Abbildungen I bis V) des Fluidstroms in der fluidischen Baugruppe aus den Figuren 1 bis 4 zur Darstellung der Dynamik des aus der fluidischen Baugruppe austretenden Fluidstrahls; eine Schnittdarstellung der fluidischen Baugruppe aus Figur 1 entlang der Ebene Si; eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts B aus Figur 6; eine Schnittdarstellung der fluidischen Baugruppe aus Figur 1 entlang der Ebene S2; eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts C aus Figur 8; eine Schnittdarstellung (Abbildung I) des fluidischen Bauteils aus Figur 8, das in der fluidischen Baugruppe aus den Figuren 1 bis 9 als Hauptstromgeber dient, sowie eine Schnittdarstellung (Abbildung II) eines fluidischen Bauteils, das in der fluidischen Baugruppe alternativ als Hauptstromgeber eingesetzt werden kann; eine vergrößerte Schnittdarstellung (Abbildung I) des Separators der fluidischen Baugruppe aus Figur 6 und eine Schnittdarstellung (Abbildung II) einer alternativen Ausführungsform des Separators; eine vergrößerte Darstellung des fluidischen Bauteils aus Figur 6; Fig. 13 eine Ansicht der inneren Funktionsgeometrie einer fluidischen Baugruppe gemäß einer weiteren Ausführungsform als Negativ; Fig. 14 eine vergrößerte Darstellung des Separators und der Zuführleitungen der fluidischen Baugruppe aus Figur 13; zwei Momentaufnahmen (Abbildungen I und II) des oszillierenden Strahls, der aus der fluidischen Baugruppe aus den Figuren 1-9 austritt, wobei die Momentaufnahmen den oszillierenden Strahl zur gleichen Zeit aus zwei unterschiedlichen Blickrichtungen zeigen;

Fig. 16 eine Seitenansicht der inneren Funktionsgeometrie eines Kelchbauteils gemäß einer Ausführungsform als Negativ;

Fig. 17 eine Draufsicht auf das Kelchbauteil aus Figur 16;

Fig. 18 eine weitere Seitenansicht des Kelchbauteils aus Figur 16;

Fig. 19 eine perspektivische Darstellung des Kelchbauteils aus Figur 16;

Fig. 20 eine Schnittdarstellung des Kelchbauteils aus Figur 16 entlang der Linie

A'A";

Fig. 21 eine Schnittdarstellung des Kelchbauteils aus Figur 18 entlang der Linie

B'B"; und

Fig. 22 eine Drahtdarstellung des Kelchbauteils gemäß einer weiteren

Ausführungsform zur Visualisierung der inneren Funktionsgeometrie.

In Figur 1 ist schematisch die äußere Ansicht einer fluidischen Baugruppe 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Figur 2 zeigt die fluidische Baugruppe 1 aus Figur 1 , wobei die innere Funktionsgeometrie dieser Ausführungsform als Drahtdarstellung visualisiert ist. Die fluidische Baugruppe 1 umfasst zwei Einlassöffnungen 2a, 2b und eine Auslassöffnung 3. Die Auslassöffnung 3 ist fluidisch mit jeder der beiden Einlassöffnungen 2a, 2b verbunden. Die erste Einlassöffnung 2a ist fluidisch mit der Auslassöffnung 3 über eine erste Leitung 21 a und eine erste fluidische Teilgeometrie I verbunden, während die zweite Einlassöffnung 2b fluidisch mit der Auslassöffnung 3 über eine zweite Leitung 21 b und eine zweite fluidische Teilgeometrie II verbunden ist. Die fluidischen Teilgeometrien I und II sind stromabwärts der Leitungen 21 a beziehungsweise 21 b angeordnet. Die fluidischen Teilgeometrein I und II stellen den für die Funktion der fluidischen Baugruppe 1 relevanten Hohlraum dar. Die Leitungen 21 a und 21 b können beliebig ausgebildet sein. Alternativ zu der dargestellten Ausführungsform mit zwei Einlassöffnungen 2a, 2b kann nur eine Einlassöffnung vorgesehen sein, an die sich eine Leitung anschließt, die sich stromabwärts in zwei Zweige aufteilt, um die beiden Teilgeometrien I und II zu speisen.

Die fluidische Baugruppe 1 ist von einem Fluid durchströmbar, das über die Einlassöffnungen 2a, 2b in die fluidische Baugruppe 1 eintritt und über die Auslassöffnung 3 aus der fluidischen Baugruppe 1 austritt. Dabei wird durch das Zusammenwirken der beiden Teilgeometrien I und II ein Fluidstrom erzeugt, der an der Auslassöffnung 3 eine dreidimensionale Bewegung im Raum ausführt. Das Fluid kann flüssig, gasförmig oder mehrphasig sein und gegebenenfalls auch mit Feststoffpartikeln beaufschlagt sein. In der Ausführungsform der fluidischen Baugruppe 1 aus Figur 1 können aufgrund der individuellen Einlassöffnungen 2a, 2b den beiden Teilgeometrien I und II unterschiedliche Fluide zugeführt werden.

Die erste fluidische Teilgeometrie I ist insbesondere in den Figuren 3, 4, 8 und 9 dargestellt, und die zweite fluidische Teilgeometrie II insbesondere in den Figuren 3, 6 und 7. Figur 3 zeigt die relative Anordnung der beiden Teilgeometrien I und II zueinander (für die Ausführungsform der fluidischen Baugruppe 1 aus den Figuren 1 bis 9). Die fluidischen Teilgeometrien I und II sind an der Auslassöffnung 3 der fluidischen Baugruppe 1 fluidisch miteinander verbunden. Die erste fluidische Teilgeometrie I umfasst ein erstes fluidisches Bauteil 4 (Hauptstromgeber) und erzeugt einen in einer Oszillationsebene oszillierenden Fluidstrom. Die zweite fluidische Teilgeometrie II bildet eine Vorrichtung zur Umlenkung des Fluidstroms des ersten fluidischen Bauteils 4 und umfasst ein zweites fluidisches Bauteil 5 (Nebenstromgeber), an das sich stromabwärts ein Separator 6 anschließt, gefolgt von zwei Zuführleitungen 7, in die der Separator 6 mündet.

Der Hauptstromgeber (das erste fluidische Bauteil) 4 umfasst eine Strömungskammer 400, die von einem Fluidstrom durchströmbar ist, der durch eine Einlassöffnung 401 in die Strömungskammer 400 eintritt und durch eine Auslassöffnung 402 aus der Strömungskammer 400 des Hauptstromgebers 4 austritt. Die Mittelpunkte der Einlassöffnung 401 und der Auslassöffnung 402 liegen auf einer Achse X4, die die Hauptströmungsrichtung des Fluids innerhalb des ersten fluidischen Bauteils 4 vorgibt. Die Strömungskammer 400 umfasst einen Hauptstromkanal 403 und zwei Nebenstromkanäle (Feedback-Kanäle) 404. Die Nebenstromkanäle 404 sind als Mittel zur Ausbildung einer Oszillation des Fluidstroms vorgesehen. Die Nebenstromkanäle 404 und der Hauptstromkanal 403 sind im Wesentlichen in einer Ebene angeordnet, wobei der Hauptstromkanal 403 zwischen den beiden Nebenstromkanälen 404 angeordnet ist. An der Auslassöffnung 402 wird mittels der beiden Nebenstromkanäle 403 ein Fluidstrom erzeugt, der in einer Oszillationsebene oszilliert, die parallel zu der Ebene ist, in der die beiden Nebenstromkanäle 404 und der Hauptstromkanal 403 angeordnet sind. Dabei oszilliert der Fluidstrom zwischen zwei maximalen Auslenkungen, die den Oszillationswinkel α des Fluidstroms des Hauptstromgebers 4 definieren. Der Oszillationswinkel α des Hauptstromgebers 4 kann ±1 ° bis ±89° betragen, wobei der Oszillationswinkel α hier in der Oszillationsebene bezüglich der Achse X₄ des Hauptstromgebers 4 definiert ist. Vorzugsweise beträgt der Oszillationswinkel α des Hauptstromgebers 4 ±2,5° bis ±70°. Besonders bevorzugt beträgt der Oszillationswinkel α des Hauptstromgebers 4 ±2,5° bis ±60°. Der Oszillationswinkel α ist je nach Einsatzbereich der fluidischen Baugruppe 1 einstellbar. Der Oszillationswinkel α wird hauptsächlich durch die Geometrie des Hautstromgebers 4 beeinflusst. Alternativ können auch andere fluidische Bauteiltypen als Hauptstromgeber 4 verwendet werden, beispielsweise solche, die mittels kollidierender Fluidstrahlen oder anderweitig (ohne Nebenstromkanäle) einen oszillierenden Fluidstrahl erzeugen. Wesentlich ist lediglich, dass der Hauptstromgeber 4 einen hin und her schweifenden, das heißt oszillierenden Fluidstrahl erzeugt.

Der Nebenstromgeber (das zweite fluidische Bauteil) 5 entspricht vom Funktionsprinzip dem Hauptstromgeber 4. Der Nebenstromgeber 5 (Figuren 6 und 12) umfasst eine Strömungskammer 500, die von einem Fluidstrom durchströmbar ist, der durch eine Einlassöffnung 501 in die Strömungskammer 500 eintritt und durch eine Auslassöffnung 502 aus der Strömungskammer 500 austritt. Die Mittelpunkte der Einlassöffnung 501 und der Auslassöffnung 502 liegen auf einer Achse Xs, die die Hauptströmungsrichtung innerhalb des zweiten fluidischen Bauteils 5 vorgibt. Die Strömungskammer 500 umfasst einen Hauptstromkanal 503 und zwei Nebenstromkanäle (Feedback-Kanäle) 504. Die Nebenstromkanäle 504 sind als Mittel zur Ausbildung einer Oszillation des Fluidstroms vorgesehen. Die Nebenstromkanäle 504 und der Hauptstromkanal 503 sind im Wesentlichen in einer Ebene angeordnet, wobei der Hauptstromkanal 503 zwischen den beiden Nebenstromkanälen 504 angeordnet ist. An der Auslassöffnung 502 wird mittels der beiden Nebenstromkanäle 503 ein Fluidstrom erzeugt, der in einer Oszillationsebene oszilliert, die parallel zu der Ebene ist, in der die beiden Nebenstromkanäle 504 und der Hauptstromkanal 503 angeordnet sind. Dabei oszilliert der Fluidstrom zwischen zwei maximalen Auslenkungen, die den Oszillationswinkel ß des Fluidstroms des Nebenstromgebers 5 definieren. Der Oszillationswinkel ß des Nebenstromgebers 5 kann ±0,25° bis ±85° betragen, wobei der Oszillationswinkel ß hier in der Oszillationsebene bezüglich der Achse Xs des Nebenstromgebers 5 definiert ist. Vorzugsweise beträgt der Oszillationswinkel ß des Nebenstromgebers 4 ±1 ° bis ±70°. Besonders bevorzugt beträgt der Oszillationswinkel ß des Nebenstromgebers 4 ±2,5° bis ±50°. Ähnlich wie bei dem Hauptstromgeber 4 können als Nebenstromgeber 5 unterschiedliche fluidische Bauteiltypen eingesetzt werden. Beispielsweise können die sogenannten feedbackfreien fluidischen Bauteile verwendet werden oder Bauteile, die eine oszillierende Strömung mittels kollidierender Strahlen oder durch interagierende Wirbel beziehungsweise Rezirkulationsgebiete innerhalb des Bauteils erzeugen.

Die Oszillationsebene des Hauptstromgebers 4 und die Oszillationsebene des Nebenstromgebers 5 schließen einen Winkel von im Wesentlichen 90° miteinander ein. Jedoch sind auch Ausführungsformen denkbar, in denen der Winkel von 90° abweicht. Der Hauptstromkanal 403 des Hauptstromgebers 4 und der Hauptstromkanal 503 des Nebenstromgebers 5 weisen in der Ausführungsform aus Figur 3 leicht unterschiedliche Formen auf. Alternativ können sie auch gleich geformt sein. Prinzipiell können also baugleiche oder unterschiedliche fluidische Bauteile als Hauptstromgeber 4 und als Nebenstromgeber 5 eingesetzt werden. In der in Figur 3 dargestellten Ausführungsform sind der Nebenstromgeber 5 und der Hauptstromgeber 4 koaxial zueinander angeordnet. Das bedeutet, dass die Achse X₄ und die Achse Xs koaxial ausgerichtet sind. Neben der hier dargestellten Ausführungsform, können die Achse X* und die Achse Xs auch kollinear (parallel) oder annähernd parallel zueinander ausgerichtet sein. Auch andere relative Anordnungen der Achsen X* und Xs sind möglich. So schließen die Achsen X* und Xs in der Ausführungsform aus Figur 9 beispielsweise einen Winkel von 90° ein.

Der Separator 6 (Figuren 3 und 6) ist stromabwärts des zweiten fluidischen Bauteils (des Nebenstromgebers) 5 angeordnet und ist von dem Fluidstrom durchströmbar, der aus dem Nebenstromgeber 5 austritt. Der Separator 6 weist eine Einlassöffnung 601 und zwei Auslassöffnungen 602 auf, wobei die Einlassöffnung 601 des Separators 6 der Auslassöffnung 502 des Nebenstromgebers 5 entspricht. Die Auslassöffnungen 602 des Separators 6 sind dabei in einer Ebene angeordnet, die der Oszillationsebene des Nebenstromgebers 5 entspricht. Der aus dem Nebenstromgeber 5 austretende Fluidstrom oszilliert mit dem Oszillationswinkel ß zwischen zwei maximalen Auslenkungen. Durch die Oszillation des aus dem Nebenstromgeber 5 austretenden Fluidstroms wird dieser abwechselnd auf die eine und auf die andere Auslassöffnung 602 des Separators 6 gelenkt, so dass durch den Separator 6 zwei pulsierende Fluidstrahlen erzeugt werden. Die Zuführleitungen 7 sind von den pulsierenden Fluidstrahlen durchströmbar. Die Zuführleitungen 7 weisen jeweils eine Einlassöffnung 701 und eine Auslassöffnung 702 auf. Dabei entspricht die Einlassöffnung 701 jeder Zuführleitung 7 einer Auslassöffnung 602 des Separators 6. Die Fluidstrahlen strömen dann pulsartig durch die Auslassöffnungen 702 der Zuführleitungen 7 aus der zweiten fluidischen Teilgeometrie II, um mit dem Fluidstrahl, der aus der Auslassöffnung 402 des Hauptstromgebers 4 austritt, wechselzuwirken.

Figur 4 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts A aus Figur 3. In Figur 4 sind der Hauptstromgeber 4 und die Zuführleitungen 7 dargestellt. Die Auslassöffnungen 702 der Zuführleitungen 7 und die Auslassöffnung 402 des Hauptstromgebers 4 haben jeweils einen rechteckigen Querschnitt. Der Querschnitt kann alternativ die Form eines Ovals, Trapezes, Dreieckes, einer Raute, eines Mehreckes oder einer Mischform aufweisen. Die rechteckige Querschnittsfläche der Auslassöffnung 402 des Hauptstromgebers 4 wird durch die Breite bex und die Tiefe ΪΕΧ der Auslassöffnung 402 bestimmt (siehe Figuren 7 und 9). Die Breite bex erstreckt sich dabei parallel zu der Oszillationsebene des Hauptstromgebers 4 und senkrecht zur Achse X₄ des Hauptstromgebers 4, während sich die Tiefe ΪΕΧ senkrecht zur Oszillationsebene des Hauptstromgebers 4 und senkrecht zur Achse X₄ erstreckt.

Die Auslassöffnung 3 der fluidischen Baugruppe 1 weist ebenfalls eine rechteckige Querschnittsfläche auf. Die rechteckige Querschnittsfläche der Auslassöffnung 3 der fluidischen Baugruppe 1 wird in dieser Ausführungsform durch die Breite bex der Auslassöffnung 402 des Hautstromgebers 4 und durch den Abstand der beiden Auslassöffnungen 702 voneinander bestimmt. Dieser Abstand entspricht der Tiefe tex der Auslassöffnung 402 des Hauptstromgebers 4 (siehe Figur 7). Damit sind die Auslassöffnung 3 der fluidischen Baugruppe 1 und die Auslassöffnung 402 des Hauptstromgebers 4 gleich groß. (In einer alternativen Ausführungsform kann die Auslassöffnung 3 der fluidischen Baugruppe 1 größer oder kleiner als die Auslassöffnung 402 des Hauptstromgebers 4 sein.) Die Auslassbreite bsx der fluidischen Baugruppe 1 kann 0,005 mm bis 80 mm betragen. Bevorzugt wird eine Breite bex von 0,05 mm bis 45 mm. Besonders bevorzugt ist eine Breite bex zwischen 0, 1 mm und 25 mm. Die Auslasstiefe tex der fluidischen Baugruppe 1 liegt in den gleichen Wertebereichen wie die Auslassbreite bsx, wobei die Auslasstiefe tex und die Auslassbreite bex innerhalb der genannten Wertebereiche unterschiedlich groß sein können. Durch die Auslassöffnung 3 der fluidischen Baugruppe 1 werden der Oszillationswinkel α des Hauptstromgebers 4 und der Oszillationswinkel ß des Nebenstromgebers 5 bestimmt. Wird die Querschnittsfläche der Auslassöffnung 3 der fluidischen Baugruppe 1 reduziert, während alle anderen Parameter unverändert bleiben, so nehmen / nimmt der Oszillationswinkel α und / oder der Oszillationswinkel ß ab, da die Fluidgeschwindigkeit in dieser Querschnittsfläche zunimmt. Somit kann mittels der Größe der Querschnittsfläche der Auslassöffnung 3 der fluidischen Baugruppe 1 der Oszillationswinkel α und / oder ß eingestellt werden.

Die Auslassöffnungen 702 der Zuführleitungen 7 weisen ebenfalls jeweils eine rechteckige Querschnittsfläche auf. Die rechteckigen Querschnittsflächen der Auslassöffnungen 702 sind in dieser Ausführungsform gleich groß und gleich geformt. Die Größe jeder Querschnittsfläche wird durch die Höhe h₇₀2 der Auslassöffnung 702 und durch die Auslassbreite bsx der Auslassöffnung 702 bestimmt (Figuren 7 und 9). Dabei entspricht die Auslassbreite bsx der Auslassöffnungen 702 der Zuführleitungen 7 der Auslassbreite bsx der Auslassöffnung 402 des Hauptstromgebers 4. Die Auslassbreite bsx der Auslassöffnungen 702 der Zuführleitungen 7 erstreckt sich parallel zu der Oszillationsebene des Hauptstromgebers 4 und senkrecht zur Achse X₄. Die Höhe h₇₀2 der Auslassöffnungen 702 der Zuführleitungen 7 erstreckt sich parallel zu der Oszillationsebene des Hauptstromgebers 4 und parallel zur Achse XA. Durch die Auslassöffnungen 702 strömt pulsartig das Fluid des Nebenstromgebers 5 (Figur 5) und ist dabei diesseits und jenseits der Oszillationsebene des Hauptstromgebers 4 auf den Fluidstrom des Hauptstromgebers 4 gerichtet. Die Geschwindigkeit des Fluids an den Auslassöffnungen 702 oszilliert vorzugsweise zwischen einer maximalen Geschwindigkeit und 0, oder besonders bevorzugt zwischen zwei maximalen Geschwindigkeiten mit unterschiedlichem Vorzeichen. Im letzteren Fall fließt das Fluid durch Ausbildung einer instationären, abwechselnd instabilen Strömung abwechselnd aus den Auslassöffnungen 702 der Zuführleitungen 7 heraus und in die Zuführleitungen 7 zurück. Figur 5 zeigt in fünf Teilbildern I bis V eine Simulation von fünf zeitlich versetzten Strömungssituationen für einen Fluidstrom, der die fluidische Baugruppe 1 aus Figur 3 durchströmt und aus dieser austritt. Die fluidischen Teilgeometrien I und I I sind in der Simulation mit Wasser mit einer Temperatur von 25°C gefüllt. Die Geschwindigkeit des Fluidstroms innerhalb der fluidischen Baugruppe 1 und auf der Projektionsfläche 8 ist auf den Wert 1 normiert. Dabei ist der Fluidstrom in Figur 5 umso dunkler gefärbt, je höher seine Geschwindigkeit ist. Die Geschwindigkeit und der Druck des Fluidstroms beeinflussen kaum die Funktionsfähigkeit der fluidischen Baugruppe in der dargestellten Ausführungsform. So funktioniert die fluidische Baugruppe 1 für sehr geringe Eingangsdrücke von wenigen mbar bis zu mehreren hundert bar, wie z. B. für den Bereich von 0,002 bar bis 2500 bar. Bevorzugt ist ein Druckbereich von 0,005 bar bis 1800 bar und besonders bevorzugt ist der Druckbereich von 0,05 bar bis 1100 bar. Die Druckangaben sind relativ zum Umgebungsdruck. Die Geschwindigkeit des Fluidstroms 24, 25 in den Hauptstromkanälen 403, 503 des Hauptstromgebers 4 und des Nebenstromgebers 5 beeinflusst jedoch die Oszillationsfrequenz der Fluidströme 24, 25 in den Oszillationsebenen des Hauptstromgebers 4 und des Nebenstromgebers 5.

An der Änderung des Geschwindigkeitsfeldes auf den Projektionsflächen 8 der einzelnen Teilbilder I bis V ist zu erkennen, dass der austretende Fluidstrom 20 in unterschiedliche Raumrichtungen ausgelenkt wird und damit dreidimensional im Raum umherschweift. Die Bewegungsspur des austretenden Fluidstroms 20 kann auf der Projektionsfläche 8 sehr unterschiedliche Formen aufweisen. So kann der Fluidstrom 20 beispielsweise zeilenweise oder quasichaotisch ein Rechteck oder einen Oval abstreifen beziehungsweise den Weg einer stehenden und / oder rotierenden Acht. Die Kinematik des austretenden Fluidstroms 20 wird von der Oszillationsfrequenz und dem Oszillationswinkel α des Fluidstroms des Hauptstromgebers 4 und von der Pulsationsfrequenz des Fluidstroms des Nebenstromgebers 5 in Kombination mit dem Separator 6 beeinflusst. Durch Modulation der Eigenschaften der Fluidströme des Hauptstromgebers 4 und des Nebenstromgebers 5 kann die Homogenität und/oder die Form (runde, ovale, nahezu dreieckige, mehreckige oder rechteckige Projektionsflächen und Mischformen davon) des austretenden Fluidstroms 20 beeinflusst werden. Insbesondere durch die Kombination der sich dynamisch ändernden Oszillationswinkel α und ß können unterschiedliche Bewegungsspuren des Fluidstroms erzeugt werden. Der Winkel, unter dem der Fluidstrom 20 aus der fluidischen Baugruppe 1 austritt, kann durch Impulsaddition des Fluidstroms 24 des Hauptstromgebers 4 und der Fluidströme 27 in den Zuführleitungen 7 ermittelt werden. Auf dieser Grundlage können für unterschiedliche technische Anwendungen der Hauptstromgeber 4 und die Zuführleitungen 7 (hier insbesondere die Auslassöffnungen 702 und der Winkel η (Figur 7)) angepasst werden. In Figur 7 ist ein Ausschnitt des Hauptstromgebers 4 und der Zuführleitungen 7 aus Figur 6 vergrößert dargestellt. Die Bauteiltiefe des Hauptromgebers 4 stromaufwärts der Auslassöffnung 402 ist mit t₄ bezeichnet. Die Bauteiltiefe t₄ ist senkrecht zur Oszillationsebene des Hauptstromgebers 4 definiert. Die Bauteiltiefe t₄ des Hauptromgebers 4 kann (wie in der Ausführungsform der Figuren 6 und 7) konstant sein oder sich stromabwärts im Bereich der Auslassöffnung 402 (ΪΕΧ) verjüngen oder vergrößern. Durch eine Verjüngung (t₄>tEx) oder Vergrößerung (t₄<t.Ex) der Bauteiltiefe des Hauptstromgebers 4 im Bereich der Auslassöffnung 402 kann bei konstantem Massenstrom die Geschwindigkeit des Fluidstroms erhöht beziehungsweise verringert werden, wodurch der Oszillationswinkel ß des Nebenstromgebers 5 beeinflusst werden kann. Durch Variieren der Bauteiltiefe des Hauptstromgebers 4 kann sich der Einfluss der Impulsübertragung der Fluidströme in den Zuführleitungen 7 auf den Fluidstrom des Hauptstromgebers 4 verändern. Damit kann bei unveränderter Geometrie der Zuführleitungen 7 durch Variieren der Bauteiltiefe des Hauptstromgebers 4 der Oszillationswinkel ß eingestellt werden. In der Ausführungsform der Figuren 6 und 7 sind die Tiefe ΪΕΧ der Auslassöffnung 402 und die Tiefe t₄ des Hauptstromgebers 4 gleich. Die Tiefe U des Hauptstromgebers 4 kann im Bereich zwischen 0,005 mm und 90 mm liegen. Eine bevorzugte Tiefe t₄ beträgt 0,04 mm bis 50 mm. Eine besonders bevorzugte Tiefe t₄ liegt im Bereich zwischen 0,1 mm und 30 mm.

Die Höhe h₇₀2 der Auslassöffnungen 702 bestimmt die Länge des Abschnitts des Fluidstroms des Hauptstromgebers 4 entlang der Achse X₄, der mit dem aus den Zuführleitungen 7 austretenden Fluidstrom des Nebenstromgebers 5 wechselwirkt. Die Höhe h₇02 ist abhängig von dem Oszillationswinkel ß des Nebenstromgebers 5 und von der gewünschten Impulsübertragung des Fluidstroms des Nebenstromgebers 5 auf den Fluidstrom des Hauptstromgebers 4 einstellbar. Die Höhe h₇₀2 kann zwischen 0,01 mm bis 35 mm liegen. Bevorzugt ist eine Höhe h₇₀2 von 0,02 mm bis 24 mm, und insbesondere vorteilhaft ist eine Höhe h₇₀2 von 0,05 mm bis 18 mm. Die Höhe h₇₀2 ist kleiner als oder gleich einem Viertel der Bauteillänge l₄ des Hauptstromgebers 4.

Dabei ist die Länge l₄ des Hauptstromgebers 4 der Abstand zwischen der Einlassöffnung 401 und der Auslassöffnung 402 des Hauptstromgebers 4 entlang der Achse X₄ (Figur 8). Die Einlassöffnung 401 und die Auslassöffnung 402 sind dort definiert, wo die Querschnittsfläche des fluidischen Bauteils, die der Fluidstrom passiert, wenn er in die Strömungskammer 400 eintritt beziehungsweise aus der Strömungskammer wieder austritt, jeweils (lokal) am kleinsten ist. (Diese Definition der Einlass- und Auslassöffnung gilt entsprechend für den Nebenstromgeber 5 und den Separator 6.) Die Länge l₄ des Hauptstromgebers 4 kann zwischen 0,01 mm und 500 mm liegen. Bevorzugt ist eine Bauteillänge U des Hauptstromgebers 4 von 0,02 mm bis 350 mm. Besonders bevorzugt ist eine Bauteillänge U von 0,05 mm bis 220 mm. In der Ausführungsform der Figuren 6 und 7 haben die Zuführleitungen 7 stromabwärts ihrer Einlassöffnungen 701 zunächst eine konstante Höhe h₇. Weiter stromabwärts (beispielsweise ab der halben Länge der Zuführleitungen 7 nimmt die Höhe h₇ stromabwärts stetig ab bis sie an den Auslassöffnungen 702 die Höhe h₇₀2 erreicht. Die Höhe h₇ ist dabei als der Durchmesser der Zuführleitungen 7 in der Oszillationsebene des Nebenstromgebers 5 und senkrecht zu der Strömungsrichtung des Fluidstroms des Nebenstromgebers 5 in den Zuführleitungen 7 definiert.

Die Zuführleitungen 7 sind diesseits und jenseits der Oszillationsebene des Hauptstromgebers 4 auf den Fluidstrom des Hauptstromgebers 4 gerichtet. Dabei trifft der Fluidstrom des Nebenstromgebers 5 aus den Zuführleitungen 7 auf die Oszillationsebene des Fluidstroms des Hauptstromgebers 4 unter einem Winkel η auf. Der Winkel η ist definiert als der Winkel, der von der Oszillationsebene des Hauptstromgebers 4 (beziehungsweise durch die Begrenzungswände des Hauptstromgebers 4 parallel zu dessen Oszillationsebene) und einer Tangente an einer mittleren Krümmungslinie 70 der Zuführleitungen 7 aufgespannt wird. Die mittlere Krümmungslinie 70 verläuft dabei zentral durch die Zuführleitungen 7. Die Tangente ist in Figur 7 beispielhaft für einen Punkt auf der mittleren Krümmungslinie 70 an der Auslassöffnung 702 durch eine gepunktete Linie dargestellt. Der Winkel η ist je nach Abstand des Punktes auf der mittleren Krümmungslinie 70 von der Auslassöffnung 702 unterschiedlich, wobei sich der Winkel η mit abnehmendem Abstand 90° annähert. In der Ausführungsform der Figur 7 beträgt der Winkel η für den Punkt auf der mittleren Krümmungslinie 70 an der Auslassöffnung 702 92°. Der Winkel η kann (für den Punkt auf der mittleren Krümmungslinie 70 an der Auslassöffnung 702) zwischen 30° und 150° liegen. Bevorzugt wird ein Winkel η von 60° bis 120° (für den Punkt auf der mittleren Krümmungslinie 70 an der Auslassöffnung 702). Besonders bevorzugt ist ein Winkel η zwischen 75° und 110° (für den Punkt auf der mittleren Krümmungslinie 70 an der Auslassöffnung 702). Der Winkel η bestimmt die Richtung des Impulses des Fluidstroms des Nebenstromgebers 5. Hierdurch kann auch der Oszillationswinkel ß des Fluidstroms des Nebenstromgebers 5 beeinflusst werden. Die Zuführleitungen 7 können im Bereich ihrer Auslassöffnungen 702 hinsichtlich des Winkels η und der mittleren Krümmungslinie 70 so gestaltet werden, dass an den Auslassöffnungen 702 ein möglichst gleichförmiges bzw. konstantes Geschwindigkeitsprofil des Fluidstroms des Nebenstromgebers 5 ausgebildet wird. Vorteilhaft ist es, wenn das Geschwindigkeitsprofil über die Höhe h₇₀2 leicht asymmetrisch ist. Vorzugsweise ist das Geschwindigkeitsprofil entlang der Breite b₇ der Zuführleitungen 7 beziehungsweise der Breite bsx der Auslassöffnungen 702 der Zuführleitungen 7 (Figur 9) möglichst konstant. Die Breite b₇ ist die Ausdehnung der Zuführleitungen 7 quer zur Strömungsrichtung des Fluidstroms in den Zuführleitungen 7 und im Wesentlichen parallel zu der Oszillationsebene des Fluidstroms des Hauptstromgebers 4. In der Ausführungsform aus den Figuren 8 und 9 ist die Breite b₇ zunächst konstant und nimmt dann stromabwärts stetig zu, bis sie an der Auslassöffnung 702 die Breite bsx erreicht.

Um ein möglichst homogenes Geschwindigkeitsprofil an den Auslassöffnungen 702 der Zuführleitungen 7 zu erzeugen, können die Zuführleitungen 7 mindestens einen Abschnitt aufweisen, in dem die Größe der Querschnittsfläche der Zuführleitungen 7 stromabwärts abnimmt. Die Querschnittsfläche ist die Fläche, die von dem Fluidstrom durchströmbar ist. Durch einen solchen konvergenten Abschnitt kann der Fluidstrom innerhalb der Zuführleitungen 7 beschleunigt werden. Um an der Auslassöffnung 702 ein gewünschtes Profil des Fluidstroms zu erhalten, kann stromabwärts des konvergenten Abschnitts ein (divergenter) Abschnitt vorgesehen sein, in dem die Größe der Querschnittsfläche der Zuführleitungen 7 stromabwärts zunimmt. Die Querschnittsflächen müssen sich in den konvergenten und divergenten Abschnitten nicht gleichmäßig in alle Richtungen innerhalb der Ebene quer zur Strömungsrichtung verändern. Zur Homogenisierung des Fluidstroms können alternativ zusätzliche Elemente in oder an den Zuführleitungen 7 angeordnet werden, wie beispielsweise Umlenkschaufeln oder (wabenförmige / sechseckige) Gitterstrukturen.

Der Impuls des Fluidstroms, der aus den Zuführleitungen 7 austritt, wird zudem durch die Querschnittsflächen der Auslassöffnungen 702 bestimmt. Die Umlenkzuführungen 7 sind vorzugsweise so geformt, dass die Querschnittsfläche der Zuführleitungen 7 stromaufwärts der Auslassöffnung 702 und insbesondere an der Einlassöffnung 701 der Zuführleitung 7 größer ist als an der Auslassöffnung 702. Die Querschnittsfläche der Auslassöffnung 702 beträgt insbesondere 70% bis 100% der Querschnittsfläche der Zuführleitungen 7 stromaufwärts der Auslassöffnung 702 sowie 70% bis 100% der Querschnittsfläche der Einlassöffnung 701 der Zuführleitungen 7. Bei inkompressiblen Fluiden sollte die Querschnittsfläche der Auslassöffnung 702 80% bis 100% der Querschnittsfläche der Zuführleitungen 7 stromaufwärts der Auslassöffnung 702 sowie 80% bis 100% der Querschnittsfläche der Einlassöffnung 701 der Zuführleitungen 7 betragen. Die Querschnittsflächen der Zuführleitungen 7 sind in dieser Ausführungsform rechteckig. Es sind grundsätzlich auch andere Querschnittsflächenformen denkbar.

In Figur 9 ist die Auslassöffnung 402 des Hauptstromgebers 4 im Schnitt entlang der Oszillationsebene des Fluidstroms des Hauptstromgebers 4, eine Draufsicht auf eine Auslassöffnung 702 einer der beiden Zuführleitungen 7 und ein Auslassabschnitt 33, der sich an die Auslassöffnung 402 des Hauptstromgebers 4 anschließt, dargestellt. Der Auslassabschnitt 33 wird an zwei gegenüberliegenden Seiten (parallel zu der Oszillationsebene des Hauptstromgebers 4) von je einer der Auslassöffnungen 702 der beiden Zuführleitungen 7 begrenzt und an zwei gegenüberliegenden Seiten (senkrecht zu der Oszillationsebene des Hauptstromgebers 4) von je einer Begrenzungswand 34. Die Begrenzungswände 34 sind an ihrem der Hauptströmungsrichtung des Fluidstroms entgegen gerichteten Ende leicht abgerundet. Die abgerundete Form umfasst ein Kreissegment mit dem Radius r, der in der Oszillationsebene des Fluidstroms des Hauptstromgebers 4 definiert ist. Der Radius r kann im Extremfall den Wert Null einnehmen, das heißt, dass das der Hauptströmungsrichtung des Fluidstroms entgegen gerichtete Ende der Begrenzungswand 34 als Kante ausgebildet ist. Der Radius r kann somit beispielsweise zwischen 0 mm und 15 mm liegen. Vorzugsweise ist das das der Hauptströmungsrichtung des Fluidstroms entgegen gerichtete Ende der Begrenzungswand 34 jedoch abgerundet, so dass der Radius r vorzugsweise größer als 0 mm ist. Vorzugsweise ist der Radius r >0 mm bis 12 mm und besonders bevorzugt >0 mm bis 7 mm. Das in Hauptströmungsrichtung des Fluidstroms gerichtete Ende der Begrenzungswand 34 ist vorzugsweise als Kante ausgebildet, das heißt, dass hier der Radius entsprechend 0 ist.

Die Begrenzungswände 34 schließen (in der Oszillationsebene des Hauptstromgebers 4) einen Winkel γ ein. Dieser Winkel γ kann den Oszillationswinkel α des Hauptstromgebers 4 beeinflussen. Im Falle, dass der Winkel γ geringer ist als der Oszillationswinkel α des aus dem Hauptstromgeber 4 austretenden Fluidstroms, wird der Oszillationswinkel α durch den Winkel γ begrenzt. Vorzugsweise ist der Winkel γ gleich dem Oszillationswinkel α oder größer als der Oszillationswinkel a. Der Winkel γ kann beispielsweise Werte von 5° bis 175° annehmen. Dieser Winkel wird häufig durch den zur Verfügung stehenden Bauraum bestimmt. Sofern der Winkel γ größer als der Oszillationswinkel α ist, wird der Fluidstrom durch den Coandä-Effekt an die Begrenzungswände 34 angesaugt, wodurch der Oszillationswinkel α auf den Winkel γ vergrößert wird. In Figur 10 sind in den Teilbildern I und II zwei unterschiedliche Beispiele für fluidische Bauteile dargestellt, die als Hauptstromgeber 4 der fluidischen Baugruppe 1 eingesetzt werden können. Dabei entspricht das fluidische Bauteil aus Teilbild I dem Hauptstromgeber 4 der fluidischen Baugruppe 1 aus den Figuren 1 bis 9.

Das fluidische Bauteil aus dem Teilbild II entspricht hinsichtlich des Funktionsprinzips der Ausbildung einer oszillierenden Strömung dem fluidischen Bauteil aus Teilbild I. So werden in beiden fluidischen Bauteilen Nebenstromkanäle 404 zur Ausbildung eines oszillierenden Fluidstroms verwendet. Zusätzlich sind bei dem fluidischen Bauteil aus dem Teilbild II am Eingang der Nebenstromkanäle 404, Separatoren 405 in Form von Ausbuchtungen (der Begrenzungswand der Strömungskammer 400) vorgesehen. Dabei ragt am Eingang jedes Nebenstromkanals 404 jeweils eine Ausbuchtung 405 über einen Abschnitt der Umfangskante des Nebenstromkanals 404 in den jeweiligen Nebenstromkanal 404 und verändert an dieser Stelle unter Verkleinerung der Querschnittsfläche dessen Querschnittsform. Durch die Separatoren 405 wird die Abtrennung der Nebenströme vom Hauptstrom beeinflusst und gesteuert.

Stromabwärts der Auslassöffnung 402 schließt sich unmittelbar ein Auslassabschnitt 33 an, der sich in der Oszillationsebene des Fluidstroms des Hauptstromgebers 4 von der Auslassöffnung 402 stromabwärts stetig verbreitert. Der Auslassabschnitt 33 hat in der Oszillationsebene des Fluidstroms des Hauptstromgebers 4 betrachtet einen trapezförmigen Querschnitt. Der Auslassabschnitt 33 wird an zwei gegenüberliegenden Seiten (parallel zu der Oszillationsebene des Hauptstromgebers 4) von je einer der Auslassöffnungen 702 der beiden Zuführleitungen 7 begrenzt und an zwei gegenüberliegenden Seiten (senkrecht zu der Oszillationsebene des Hauptstromgebers 4) von je einer Begrenzungswand 34. Der Auslassabschnitt 33 erstreckt sich entlang der Hauptströmungsrichtung (entlang der Achse X4 des Hauptstromgebers 4, beziehungsweise entlang der Höhe h₇₀2 der Auslassöffnungen 702 der Zuführleitungen 7) über eine Länge 133- Die Länge I33 ist der Abstand der Auslassöffnung 402 des Hauptstromgebers 4 und der Auslassöffnung 3 der fluidischen Baugruppe 1 entlang der Achse X₄ des Hauptstromgebers 4. Die Höhe h₇₀2 der Auslassöffnungen 702 der Zuführleitungen 7 kann von der Länge I33 des Auslassabschnitts 33 verschieden sein.. Insbesondere kann die Höhe h₇₀2 der Auslassöffnungen 702 kürzer sein als die Länge I33, wobei sich die Auslassöffnungen 702 von der Auslassöffnung 402 des Hauptstromgebers 4 hin zur Auslassöffnung 3 erstrecken, die Auslassöffnung 3 jedoch nicht erreichen. Zu diesem Zweck kann beispielsweise die Materialstärke h_w der stromabwärts angeordneten Begrenzungswand der Zuführleitungen 7 entsprechend hoch gewählt werden. Durch diese Ausgestaltung kann zum einen der Impuls des Fluidstrahls aus den Zuführleitungen 7 auf den Fluidstrahl des Hauptstromgebers 4 fokussiert und zum anderen eine höhere mechanische Stabilität für die stromabwärts angeordnete Begrenzungswand der Zuführleitungen 7 erreicht werden. Alternativ können die Auslassöffnungen 702 der Zuführleitungen 7 auch von der Auslassöffnung 402 des Hauptstromgebers 4 bis zur Auslassöffnung 3 reichen. In diesem Fall sind die Höhe h₇₀2 der Auslassöffnungen 702 und die Länge I33 des Auslassabschnitts 33 gleich groß.

Die Querschnittsform des Auslassabschnitts 33 (in der Oszillationsebene des Hauptstromgebers 4 betrachtet) kann, wie in Teilbild II der Figur 10 gezeigt, trapezförmig sein oder andere Formen aufweisen (rechteckig, polygonal, dreieckig, oval, Mischform davon). Entsprechend der Form kann die Breite b33 des Auslassabschnitts 33 somit konstant oder auch nicht konstant sein. Die Breite b33 beträgt vorzugsweise mindestens 65 % der Breite bsx der Auslassöffnung 402 des Hauptstromgebers 4. Besonders bevorzugt beträgt die Breite b33 mindestens 80 % der Breite bsx der Auslassöffnung 402 des Hauptstromgebers 4. Beispielsweise kann sich die Breite b33 des Auslassabschnitts 33 stromabwärts derart verändern (vergrößern), dass die Begrenzungswände 34 im Wesentlichen den Winkel γ einschließen. Entsprechend der Form des Auslassabschnitts 33 in der Oszillationsebene des Hauptstromgebers 4 können die Auslassöffnungen 702 der Zuführleitungen 7 gleich geformt sein.

In Figur 11 sind in den Teilbildern I und II zwei unterschiedliche Ausführungsformen des Separators 6 dargestellt. Die zwei dargestellten Separatoren 6 unterschieden sich in der Form des Strömungsteilers 603. Der Strömungsteiler 603 teilt den oszillierenden Fluidstrom, der von der Einlassöffnung 601 in den Separator 6 strömt, derart auf, dass der oszillierende Fluidstrom abwechselnd durch eine der beiden Auslassöffnungen 602 strömt. In den beiden dargestellten Ausführungsformen sind zwei Auslassöffnungen 602 dargestellt. Grundsätzlich kann der Separator 6 auch mehr als zwei Auslassöffnungen aufweisen. Durch den Separator 6 wird in Kombination mit dem fluidischen Bauteil 5 eine pulsierende Strömung erzeugt, die in die Zuführleitungen 7 strömt. Vorzugsweise beträgt die Geschwindigkeit des Fluidstroms innerhalb der Zuführleitungen 7 beziehungsweise an den Auslassöffnungen 602 des Separators 6 periodisch kurzzeitig annähernd 0 oder ist die Geschwindigkeit (auf beispielsweise 75 % der maximalen Geschwindigkeit) reduziert. Besonders vorteilhaft ist, wenn sich die Fließrichtung des Fluides periodisch kurzzeitig ändert, das heißt sich das Vorzeichen des Geschwindigkeitsfeldes in Ausströmrichtung periodisch kurzfristig ändert. Für diese Zwecke sind zwei unterschiedliche Ausführungsformen des Separators 6 (in Kombination mit dem Nebenstromgeber 5) geeignet. Dabei können der Nebenstromgeber

5 und der Separator 6 einstückig oder als individuelle Elemente ausgebildet sein. Die erste Ausführungsform (Teilbild I) erzeugt ein im Wesentlichen binäres beziehungsweise digitales Strömungsmuster. Diese Ausführungsform kann bei höheren Oszillationsfrequenzen (ab circa 100 Hz) eingesetzt werden. Mit dieser Ausführungsform kann an jeder Auslassöffnung 702 der Zuführleitungen 7 ein Strömungssignal, das nahezu einer Rechteckfunktion entspricht, erzeugt werden, wobei die Rechteckfunktionen für die beiden Auslassöffnungen 702 um eine halbe Phase gegeneinander verschoben sind. In der Ausführungsform aus Teilbild I wird der Fluidstrom nicht durch eine scharfe Kante geteilt, sondern durch eine innere gekrümmte Wand 603 als Strömungsteiler wechselseitig in die Auslassöffnungen 602 gelenkt. Die gekrümmte Wand 603 ist dabei zwischen den beiden Auslassöffnungen 602 angeordnet und (entlang der Achse X5 in Fluidstromrichtung betrachtet) nach außen gewölbt. Durch die Krümmung der inneren Wand 603 wird eine Vertiefung (Einbuchtung) erzeugt. Die Querschnittsfläche der Auslassöffnungen 602 ist jeweils größer oder gleich der Querschnittsfläche der Einlassöffnung 601 . Hierdurch kann der Effekt des binären Strömungsmusters unterstützt werden. Insbesondere bei Fluiden mit hoher Dichte sowie inkompressiblen Medien sind Querschnittsflächen der Auslassöffnungen 602 vorteilhaft, die größer sind als die Querschnittsfläche der Einlassöffnung 601. Ferner kann der Raum zwischen der inneren gekrümmten Wand 603 und der Einlassöffnung 601 hinsichtlich Form und Größe derart ausgebildet sein, dass dort ein Wirbel erzeugt wird. Dieser Wirbel unterstützt die zuvor erwähnte Geschwindigkeitsreduktion beziehungsweise Geschwindigkeitsumkehr an den Auslassöffnungen 702 der Zuführleitungen 7. Auch hierdurch kann der Effekt des binären Strömungsmusters unterstützt werden.

Die zweite Ausführungsform (Teilbild II) erzeugt ein im Wesentlichen analoges Strömungsmuster. Die zweite Ausführungsform ist insbesondere für kompressible Fluide sowie bei Anwendungen mit niedriger Oszillationsfrequenz (in der Regel unter 200 Hz) vorteilhaft. Bei dieser Ausführungsform ist die innere Wand 603 als Keil ausgebildet, der im Wesentlichen entlang der Achse X5 entgegen der Fluidstromrichtung in den Separator

6 hineinragt. Auch hier ist die Querschnittsfläche der Auslassöffnungen 602 jeweils größer oder gleich der Querschnittsfläche der Einlassöffnung 601. In den Figuren 13 und 14 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform aus den Figuren 1 bis 9 insbesondere durch die relative Anordnung der ersten fluidischen Teilgeometrie I und der zweiten fluidischen Teilgeometrie II. Ferner sind die Größenverhältnisse der ersten fluidischen Teilgeometrie I und der zweiten fluidischen Teilgeometrie II gegenüber der Ausführungsform aus den Figuren 1 bis 9 unterschiedlich. Bei der Ausführungsform aus den Figuren 13 und 14 sind die Achse X₄ des Hauptstromgebers 4 und die Achse Xs des Nebenstromgebers 5 nicht koaxial (nacheinander) angeordnet, sondern die Achsen X₄ und Xs schließen einen Winkel von im Wesentlichen 90° miteinander ein. Auch die Oszillationsebenen des Hauptstromgebers 4 und des Nebenstromgebers 5 schließen einen Winkel von im Wesentlichen 90° miteinander ein. Bei Beibehaltung eines festen Winkels zwischen den Oszillationsebenen des Hauptstromgebers 4 und des Nebenstromgebers 5 hat eine Veränderung des Winkels zwischen der Achse X₄ des Hauptstromgebers 4 und der Achse X5 des Nebenstromgebers 5 keine wesentliche Auswirkung auf die Funktion der fluidischen Baugruppe 1 . Die relative Anordnung der beiden fluidischen Teilgeometrien I und II wird häufig durch den zur Verfügung stehenden Bauraum vorgegeben.

Sobald die Achse X* des Hauptstromgebers 4 und die Achse X5 des Nebenstromgebers 5 nicht mehr im Wesentlichen koaxial oder parallel ausgerichtet sind, ist gegebenenfalls die Geometrie der Zuführleitungen abweichend von der Ausführungsform aus den Figuren 1 bis 9 zu gestalten.

Auch in der Ausführungsform der Figuren 13 und 14 (analog zu der Ausführungsform aus den Figuren 1 bis 9) weist der Fluidstrom, der aus den Auslassöffnungen 702 der Zuführleitungen 7 austritt, vorzugsweise entlang der Breite bsx der Auslassöffnung 702 ein möglichst gleichmäßiges Profil auf. Jedoch ist in der Ausführungsform der Figuren 13 und 14 die Breite b₇ (bsx) der Zuführleitungen 7 (der Auslassöffnungen 702) als der Durchmesser der Zuführleitungen 7 in der Oszillationsebene des Nebenstromgebers 5 und senkrecht zu der Strömungsrichtung des Fluidstroms des Nebenstromgebers 5 in den Zuführleitungen 7 definiert. Entsprechend ist die Höhe h₇ (h₇₀2) der Zuführleitungen 7 (der Auslassöffnungen 702) als die Ausdehnung der Zuführleitungen 7 quer zur Strömungsrichtung des Fluidstroms in den Zuführleitungen 7 und im Wesentlichen parallel zu der Oszillationsebene des Fluidstroms des Hauptstromgebers 4 definiert. Demzufolge sind die Definitionen der Breiten b₇ und bsx und der Höhen h₇ und h₇₀2 in den beiden Ausführungsformen der Figuren 1 bis 9 beziehungsweise 13 und 14 vertauscht.

In der Ausführungsform der Figuren 13 und 14 ist die Breite b₇ der Zuführleitungen zunächst konstant und nimmt dann stromabwärts stetig zu, bis sie an der Auslassöffnung 702 die Breite DEX erreicht. Die Zuführleitungen 7 haben stromabwärts ihrer Einlassöffnungen 701 zunächst eine konstante Höhe h₇. Weiter stromabwärts (beispielsweise ab der halben Länge der Zuführleitungen 7) nimmt die Höhe h₇ stromabwärts stetig ab bis sie an den Auslassöffnungen 702 die Höhe h₇₀2 erreicht.

Die Breite der Auslassöffnung 702 der Zuführleitungen 7 kann bis zu 30 % größer oder kleiner als die Breite bsx der Auslassöffnung des Hauptstromgebers 4 sein. Dadurch kann die Herstellbarkeit vereinfacht werden. Die Größe der Querschnittsfläche der Zuführleitungen 7 ist vorzugsweise, trotz der sich entlang der Ausdehnungsrichtung der Zuführleitungen 7 ändernden Höhe und Breite der Zuführleitungen 7, entlang der Ausdehnungsrichtung der Zuführleitungen 7 möglichst konstant. Jedoch kann die Größe der Querschnittsflächen stromabwärts hin zu den Auslassöffnungen 702 der Zuführleitungen bis zu 30 % abnehmen. Bevorzugt ist die Querschnittsfläche der Zuführleitungen 7 in einem beliebigen Abschnitt der Zuführleitungen zwischen der Einlassöffnung 701 und der Auslassöffnung 702 maximal 30 % kleiner als die Querschnittsfläche der Einlassöffnung 701 . Die Querschnittsfläche der Auslassöffnung 702 ist vorzugsweise höchstens 30 % kleiner als die Querschnittsfläche der Zuführleitung 7 stromaufwärts der Auslassöffnung 702. Bei Niedrigdruckanwendungen von unter 250 bar Eingangsdruck ist die Abweichung vorzugsweise niedriger als 20 %.

In Figur 15 sind in den Teilbildern I und II zwei Momentaufnahmen des Fluidstroms, der aus der fluidischen Baugruppe gemäß den Figuren 1 bis 9 austritt, dargestellt, wobei die beiden Momentaufnahmen den Fluidstrom zum gleichen Zeitpunkt, jedoch aus unterschiedlichen Richtungen zeigen. Zwischen den beiden Richtungen in den Teilbildern I und II liegt ein Winkel von in etwa 80°. An den beiden Abbildungen ist zu erkennen, dass die fluidische Baugruppe 1 einen Fluidstrahl erzeugt, der nicht nur in einer Raumebene sondern in zwei Ebenen oszilliert, und somit der Fluidstrahl eine dreidimensionale Schwingung ausübt. Dieser Fluidstrom weist ein nahezu rechteckiges Sprühbild auf. Ein solches Sprühbild ist beispielsweise für Reinigungs- und Sprayverteilungsanwendungen geeignet.

Die Formen der fluidischen Bauteile, die in der erfindungsgemäßen fluidischen Baugruppe der Figuren 1 bis 15 gezeigt werden, sind nur beispielhaft. Alternativ können auch fluidische Bauteile eingesetzt werden, die mittels kollidierender Fluidstrahlen oder durch interagierende Wirbel beziehungsweise Rezirkulationsgebiete eine Oszillation erzeugen oder die andere Mittel zur Ausbildung einer Oszillation des Fluidstroms haben als Nebenstromkanale (feedbackfreie fluidische Bauteile).

In den Figuren 16 bis 21 ist ein fluidisches Bauteil, das sogenannte Kelchbauteil, gemäß einer Ausführungsform in verschiedenen Ansichten dargestellt. Dabei ist lediglich die innere Funktionsgeometrie des Kelchbauteils 10 dargestellt. Die äußerliche Form kann beliebig gewählt werden. Das Kelchbauteil umfasst (im Gegensatz zu der fluidischen Baugruppe 1 aus den Figuren 1-15) nur eine fluidische Geometrie. Diese fluidische Geometrie umfasst eine Strömungskammer 100, die von einem Fluidstrom durchströmbar ist, der durch eine Einlassöffnung 101 in die Strömungskammer 100 eintritt und durch eine Auslassöffnung 102 aus der Strömungskammer 100 austritt. In dieser Ausführungsform haben die Einlassöffnung 101 und die Auslassöffnung 102 jeweils eine kreisförmige Querschnittsfläche. Grundsätzlich können auch andere Formen verwendet werden. Die Mittelpunkte der Einlassöffnung 101 und der Auslassöffnung 102 liegen auf einer Achse Xi, die die Hauptströmungsrichtung innerhalb des Kelchbauteils 10 vorgibt. Die Strömungskammer 100 umfasst einen Hauptstromkanal 103 und fünf Nebenstromkanäle (Feedback-Kanäle) 104a-e.

Die Anzahl der Nebenstromkanäle 104a-e ist nur beispielhaft. Das Kelchbauteil 10 kann auch eine andere ungerade Anzahl (mindestens drei) an Nebenstromkanälen aufweisen. Die Nebenstromkanäle 104a-e sind im Wesentlichen identisch ausgebildet. Sie können jedoch auch unterschiedlich ausgebildet sein. Die Nebenstromkanäle 104a-e sind als Mittel zur Ausbildung einer Oszillation des Fluidstroms vorgesehen. Dabei sind die Nebenstromkanäle 104a-e gleichmäßig (entlang der Achse Xi betrachtet) um den Hauptstromkanal 103 herum angeordnet. Gleichmäßig heißt, dass zwischen zwei benachbarten Nebenstromkanälen stets der gleiche Winkel σ liegt, nämlich hier 360 5=72°. Durch diese Anordnung der Nebenstromkanäle wird vermieden, dass zwei Nebenstromkanäle und der Hauptstromkanal in einer Ebene angeordnet sein können, wobei der Hauptstromkanal zwischen den beiden Nebenstromkanälen angeordnet wäre. Der Winkel σ zwischen benachbarten Nebenstromkanälen 103 kann auch unterschiedlich sein, sofern die Winkel σ derart gewählt sind, dass keine zwei Nebenstromkanäle und der Hauptstromkanal in einer Ebene angeordnet sind. Durch den Winkel σ können die Oszillationswinkel des aus dem Kelchbauteil 10 austretenden Fluidstroms, die Form und die Größe der Projektionsfläche des Fluidstrahls beeinflusst werden. Die Nebenstromkanäle 104a-e zweigen (unmittelbar) stromabwärts der Einlassöffnung 101 vom Hauptstromkanal 103 ab und vereinigen sich mit diesem wieder (unmittelbar) stromaufwärts der Auslassöffnung 102. Die Nebenstromkanäle 104a-e sind in der Hauptströmungsrichtung betrachtet zunächst von der Einlassöffnung 101 auf die Auslassöffnung 102 gerichtet und kehren ihre Richtung kurz vor der Auslassöffnung 102 im Wesentlichen um. Die Querschnittsflächen der Nebenstromkanäle 104a-e sind in dieser Ausführungsform rund. Jedoch können die Querschnittsflächen beliebig ausgebildet sein.

Der Hauptstromkanal 103 weist Kammern 1 10a-e auf, deren Anzahl der Anzahl der Nebenstromkanäle 104a-e entspricht. Dabei ist jede Kammer 110a-e mit einem Nebenstromkanal 104a-e fluidisch verbunden. Die Kammern 1 10a-e werden durch die Außenwand des Hauptstromkanals 103 geformt und sind in Richtung auf die Achse Xi offen. In der dargestellten Ausführungsform weisen die Kammern 1 10a-e in der Schnittebene quer zur Achse Xi eine im Wesentlichen halbkreisförmige Außenwand auf (Figur 21 ). Auch andere Formen, insbesondere asymmetrische Formen sind möglich, sofern die Kammern 1 10a-e zur Achse Xi hin offen sind. Die Formen sind vorzugsweise stetig und weisen eine Krümmung auf. Dabei kann die Außenwand der einzelnen Kammern 110a-e unterschiedlich stark in die Strömungskammer 100 hineinragen. Auch kann die Außenwand einer Kammer asymmetrisch ausgebildet sein. Das heißt, dass die Begrenzungswand an einer Seite der Kammer mehr in die Strömungskammer hineinragen kann als an der anderen Seite der Kammer und/oder dass die Wand an beiden Seiten der Kammer asymmetrisch ausgerichtet sein kann. Zudem kann sich das Ausmaß, mit dem die Außenwand an den einzelnen Seiten der Kammern in die Strömungskammer hineinragt, über die Länge I des Kelchbauteils konstant sein oder variieren.

Insbesondere können die Kammern 110a-e um die Achse Xi verdrillt. Die Verdrillung kann unterschiedlich stark ausgeprägt sein und von wenigen Sekunden bis zu mehreren Grad (sogar mehr als 360°) reichen. Durch die Verdrillung kann erreicht werden, dass das Fluid in die benachbarte Kammer 110a-e geleitet wird.

Der Hauptstromkanal 103 mit den einzelnen Kammern 110a-e ist so geformt, dass die Querschnittsfläche des Hauptstromkanals 103 quer zur Achse Xi ausgehend von der Einlassöffnung 101 stromabwärts zunächst größer wird und sich dann wieder verjüngt. Die Außenwand des sich verjüngenden Abschnitts schließt einen Winkel ε mit der Achse Xi ein. Der sich verjüngende Abschnitt ist (entlang der Achse Xi betrachtet) kürzer als der sich vergrößernde Abschnitt. Beispielsweise kann der sich vergrößernde Abschnitt doppelt so lang sein wie der sich verjüngende Abschnitt. Am Übergang zwischen dem sich vergrößernden Abschnitt und dem sich verjüngenden Abschnitt ändert sich die Form der Außenwand des Hauptstromkanals 103 unstetig. Das Fluid strömt durch die Einlassöffnung 101 in den Hauptstromkanal 103, wo es sich durch den Coandä-Effekt überwiegend an die Wand einer der fünf Kammern 110a-e anlegt und in Richtung der Auslassöffnung 102 strömt. Der größte Teil des Fluids verlässt das Kelchbauteil 10 durch die Auslassöffnung 102. Ein kleiner Teil des Fluids verlässt nicht das Bauteil 10, sondern tritt unmittelbar stromaufwärts der Auslassöffnung 102 in die Nebenstromkanäle 104a-e. Dabei tritt in die einzelnen Nebenstromkanäle 104a-e unterschiedlich viel Fluid, wobei der überwiegende Teil in den Nebenstromkanal 104a-e fließt, der mit der Kammer 110a-e verbunden ist, an deren Wand sich der eintretende Fluidstrom angelegt hat. In den Nebenstromkanälen 104a-e strömt das Fluid in Richtung der Einlassöffnung 101 . Unmittelbar stromabwärts der Einlassöffnung 101 tritt der zurückfließende Fluidanteil aus den Nebenstromkanälen 104a-e und drängt das durch die Einlassöffnung 101 eintretende Fluid, in eine andere Kammer als die Kammer, die im vorherigen Zyklus überwiegend befüllt wurde. Da sich keine zwei Kammern 110a-e und zwei Nebenstromkanäle 104a-e diametral gegenüber liegen, kann sich keine Oszillation in einer Ebene ausbilden, in der die zwei Kammern 110a-e und zwei Nebenstromkanäle 104a-e angeordnet sind. Vielmehr wird erreicht, dass der Fluidstrom abwechselnd in die unterschiedlichen Kammern 110a-e gelenkt wird und somit ein austretender Fluidstrahl erzeugt wird, der sich dreidimensional im Raum bewegt und dabei zwischen mehreren (hier fünf) Punkten oszilliert. Um den dynamisch bewegten Fluidstrahl zu erzeugen, wird innerhalb des Kelchbauteils 10 eine instationäre Strömung erzeugt. Die Bewegung des austretenden Fluidstroms kann durch die Fluidgeschwindigkeit und den Winkel ε beeinflusst werden.

Die Nebenstromkanäle 104a-e können jeweils auf eine bevorzugte Kammer 110a-e ausgerichtet sein, so dass der aus den Nebenstromkanälen 104a-e austretende Fluidstrahl den an der Einlassöffnung 101 eintretenden Fluidstrom in die entsprechende bevorzugte Kammer 110a-e lenkt.

Die Länge I des Kelchbauteils 10 kann Werte von 0, 1 mm bis zu 1 000 mm annehmen. Bevorzugte Längen I liegen im Bereich zwischen 0, 15 mm und 500 mm. Die Länge ist definiert als der Abstand zwischen der Einlassöffnung 101 und der Auslassöffnung 102 entlang der Achse Xi, wobei die Einlassöffnung 101 und die Auslassöffnung 102 jeweils dort definiert sind, wo die Querschnittsfläche des fluidischen Bauteils, die der Fluidstrom passiert, wenn er in die Strömungskammer 100 eintritt beziehungsweise aus der Strömungskammer wieder austritt, jeweils (lokal) am kleinsten ist. Das Kelchbauteil weist stromabwärts der Auslassöffnung 102 einen divergenten Anteil 112 mit der Länge t auf (Figur 18). Der divergente Anteil ist jedoch optional. Dieser divergente Anteil 112 kann unterschiedliche Aufgaben übernehmen. Eine Aufgabe ist die Bündelung des aus der Auslassöffnung 102 austretenden Strahls. Der divergente Anteil kann auch dazu genutzt werden, die Oszillationswinkel des austretenden Strahls zu verkleinern oder zu vergrößern.

In Figur 22 ist ein Kelchbauteil 10 gemäß einer weiteren Ausführungsform dargestellt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von jener aus den Figuren 16 bis 21 darin, dass die Nebenstromkanäle 104a-e fluidisch unterbrochen sind. Vielmehr ist lediglich jeweils ein Ansatz für die Einlassöffnungen und Auslassöffnungen vorgesehen. Die Ansätze für die Einlassöffnungen und Auslassöffnungen sind beispielsweise mit einem Rohr oder Schlauch verbindbar. So kann einerseits die Einlassöffnung eines Nebenstromkanals mit der zugehörigen Auslassöffnung verbunden werden. Jedoch kann auch die Einlassöffnung eines Nebenstromkanals mit der Auslassöffnung eines anderen Nebenstromkanals verbunden werden. Dadurch kann die Ausrichtung der Nebenstromkanäle individuell angepasst und der Bewegungsverlauf des aus dem Kelchbauteil austretenden Fluidstrahls beeinflusst werden.

Das Kelchbauteil 10 aus Figur 22 ist äußerlich im Wesentlichen in Form eines Zylinders ausgebildet, wobei die Rotationsachse des Zylinders entlang der Hauptströmungsrichtung des Kelchbauteils verläuft. Die äußere Gestalt ist nur beispielhaft und kann von der Zylinderform abweichen.

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Claims

Patentansprüche

1 . Fluidische Baugruppe (1 ) mit einem fluidischen Bauteil (4), wobei das fluidische Bauteil (4) eine Strömungskammer (400) aufweist, die von einem Fluidstrom durchströmbar ist, der durch eine Einlassöffnung (401 ) der Strömungskammer (400) in die Strömungskammer (400) eintritt und durch eine Auslassöffnung (402) der Strömungskammer (400) aus der Strömungskammer (400) austritt, wobei das fluidische Bauteil (4) mindestens ein Mittel (404) zur Ausbildung einer Oszillation des Fluidstroms an der Auslassöffnung (402) aufweist, wobei die Oszillation in einer

Oszillationsebene erfolgt, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (II) zur Umlenkung des oszillierenden Fluidstroms, der aus der

Auslassöffnung (402) des fluidischen Bauteils (4) austritt, wobei die Umlenkung zeitlich veränderlich ist.

2. Fluidische Baugruppe (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (II) zur Umlenkung des Fluidstroms zeitlich veränderlich ein Mittel zur

Umlenkung des Fluidstroms bereitstellt, wobei das Mittel zur Umlenkung des Fluidstroms insbesondere ein Fluid umfasst.

3. Fluidische Baugruppe (1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (II) zur Umlenkung des Fluidstroms derart angeordnet ist, dass das Mittel zur Umlenkung des Fluidstroms derart auf den oszillierenden Fluidstrom einwirkt, dass der Fluidstrom aus seiner Oszillationsebene herausgelenkt wird.

4. Fluidische Baugruppe (1 ) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (II) zur Umlenkung des Fluidstroms derart angeordnet ist, dass das

Mittel zur Umlenkung des Fluidstroms im Wesentlichen entlang einer Achse auf den Fluidstrom einwirkt, die einen Winkel, der größer als 0° ist, mit der Oszillationsebene des oszillierenden Fluidstroms einschließt.

5. Fluidische Baugruppe (1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Umlenkung entlang der Achse aus der einen Richtung, der entgegengesetzten Richtung oder aus beiden Richtungen auf den Fluidstrom einwirkt.

6. Fluidische Baugruppe (1 ) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Umlenkung entlang der Achse alternierend aus der einen Richtung und der entgegengesetzten Richtung auf den Fluidstrom einwirkt.

7. Fluidische Baugruppe (1 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (II) zur Umlenkung des Fluidstroms derart angeordnet ist, dass das Mittel zur Umlenkung des Fluidstroms unmittelbar an der Auslassöffnung (402) der Strömungskammer (400) auf den Fluidstrom einwirkt.

8. Fluidische Baugruppe (1 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (II) zur Umlenkung des Fluidstroms von dem Mittel zur Umlenkung des Fluidstroms durchströmbar ist.

9. Fluidische Baugruppe (1 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (II) zur Umlenkung des Fluidstroms ein fluidisches Bauteil (5) umfasst.

10. Fluidische Baugruppe (1 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (II) zur Umlenkung einen Separator (6) umfasst, um das Mittel zur Umlenkung in mindestens zwei Zweige aufzuteilen.

1 1. Fluidische Baugruppe (1 ) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Separator (6) eine Einlassöffnung (601 ) und mindestens zwei Auslassöffnungen (602) aufweist, wobei die Querschnittsfläche der mindestens zwei Auslassöffnungen (602) jeweils größer ist als die Querschnittsfläche der Einlassöffnung (601 ) ist.

12. Fluidische Baugruppe (1 ) nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Separator (6) in mindestens zwei Zuführleitungen (7) mündet.

13. Fluidische Baugruppe (1 ) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Zuführleitungen (7) auf den oszillierenden Fluidstrom, der aus der Auslassöffnung (402) des fluidischen Bauteils (4) austritt, gerichtet sind, wobei die mindestens zwei Zuführleitungen (7) diesseits und jenseits der Oszillationsebene des oszillierenden Fluidstroms auf den oszillierenden Fluidstrom gerichtet sind.

14. Fluidische Baugruppe (1 ) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Abmessungen der mindestens zwei Zuführleitungen (7) derart gewählt sind, dass die mindestens zwei Zuführleitungen (7) an die Auslassöffnung (402) des fluidischen Bauteils (4) reichen und sich an der Auslassöffnung (402) des fluidischen Bauteils (4) jeweils zumindest über die gesamte Breite (DEX) der Auslassöffnung (402) des fluidischen Bauteils (4) erstrecken.

15. Reinigungsgerät mit einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Fluidstrahls, wobei das Reinigungsgerät insbesondere ein Geschirrspüler, eine industrielle Reinigungsanlage, eine Waschmaschine, eine Handbrause oder ein Hochdruckreiniger ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine fluidische Baugruppe (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche und / oder ein fluidisches Bauteil (10) nach einem der Ansprüche 19-21 umfasst.

Mischungssystem, insbesondere Einspritzsystem zum Einspritzen eines Kraftstoffs in einen Verbrennungsmotor, mit einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Fluidstrahls, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine fluidische Baugruppe (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 und / oder ein fluidisches Bauteil (10) nach einem der Ansprüche 19-21 umfasst.

Kühlungssystem, das mittels einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Fluidstrahls ein fluidisches Kühlmittel bereitstellt, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine fluidische Baugruppe (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 und / oder ein fluidisches Bauteil (10) nach einem der Ansprüche 19-21 umfasst.

Löschsystem zum Löschen eines Feuers, wobei das Löschsystem ein feuerlöschendes Fluid mittels einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Fluidstrahls bereitstellt, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine fluidische Baugruppe (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 und / oder ein fluidisches Bauteil (10) nach einem der Ansprüche 19-21 umfasst.

19. Fluidisches Bauteil (10) mit einer Strömungskammer (100), die von einem Fluidstrom durchströmbar ist, der durch eine Einlassöffnung (101 ) der Strömungskammer (100) in die Strömungskammer (100) eintritt und durch eine Auslassöffnung (102) der Strömungskammer (100) aus der Strömungskammer (100) austritt, wobei das fluidische Bauteil (10) mindestens ein Mittel zur Ausbildung einer Oszillation des Fluidstroms an der Auslassöffnung (102) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Mittel zur Ausbildung einer Oszillation eine ungerade Anzahl von Nebenstromkanälen (104a-e) umfasst, die größer als 1 ist.

20. Fluidisches Bauteil (10) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskammer (100) einen Hauptstromkanal (103) aufweist, der mehrere Kammern (110a-e) umfasst, deren Anzahl der Anzahl der Nebenstromkanäle (104a- e) entspricht und die fluidisch mit jeweils einem Nebenstromkanal (104a-e) verbunden sind, wobei die Kammern (110a-e) zu einer Achse (Xi), die sich zentral von der Einlassöffnung (101 ) zur Auslassöffnung (102) erstreckt, hin offen sind.

21. Fluidisches Bauteil (10) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammern (110a-e) um die Achse (Xi) verdrillt sind.