DE2505695A1 - Vorrichtung zum verspruehen eines fluids, insbesondere fluidischer oszillator - Google Patents
Vorrichtung zum verspruehen eines fluids, insbesondere fluidischer oszillatorInfo
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Description
8 MÖNCHEN 71
HINI)KLAN(IaTH. 8 TKLSPON 0811/737725
TELBUKAMMAHHUSSB: PATlTIA MÜNCHEN
Bowles Fluidics Corporation Silver Spring, Maryland, USA
Vorrichtung zum Versprühen eines fluids» Insbesondere
fluldisoher Oscillator
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Versprühen eines
fluids, inabesondere fluidischer Oszillator, mit einer Düse
zur Abgabe eines Strahles der durch eine Austrittsöffnung in einem von an die Austrittsöffnung anschließenden, stromab divergierenden
Austrittswänden begrenzten Austrittsbereich periodisch zwischen den beiden Austrittewänden hin- und herschwenkt·
Unter fluid oder Strömungsmittel werden voralleza Gase und
flüssigkeiten mit oder ohne Feststoffanteilen verstanden.
Bekannte und industriell genutzte Sprühvorrichtungen sum Zersprühen
oder Zerstäuben von Flüssigkeiten besitzen vielfach eine Düse mit einem scharfkantigen Austrittsherelch zur Abgabe
eines zersprühten Strahles. Die Ausbildung des Spriihstrahles und die Größe der Tröpfchen hängt u.a. von dem Druck ab, unter
dem die Flüssigkeit aus der Düse gedrückt wird. Die Größe der Tropfen ist dabei umgekehrt proportional dem Druck. Der Bereich
in dem der Druck zur Beeinflussung der Tröpfchengröße geändert
werden könnte, ist sehr klein. Die Sprühstrahlausbildung bleibt
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dagegen über einen weiten Druckbereich oberhalb eines bestimmten
Druckes konstant· Sie ändert sich jedoch wesentlich bei bestimmten niedrigen Drücken. Der Druck sum Erhalt bestimmter
Tropfengröße wird auch von der Oberflächenspannung der Flüssigkeit beeinflußt. Eine Flüssigkeit mit höherer Viskosität erfordert
einen höheren Druck als eine Flüssigkeit mit geringerer Viskosität um eine gegebene Tropfengröße zu verkleinern. Ein
vorbestimmter Druck, oberhalb dessen eine herkömmliche Sprühdüse einen konstanten Sprühstrahl abgibt, 1st von der Viskosität
abhängig und zwar je höher die Viskosität ist, um so höher
ist der vorbestimmte Druck.
Verschiedene Anwendungen für Flüsslgkeitssprüher haben verschiedene
Anforderungen an die Iropfengröße und ihre Verteilung
in dem Sprühstrahl. Z.B. für Farbsprüber 1st es wesentlich,
daß die einzelnen Tropfen genügend klein sind, ohne daß sie vernebeln.
Bevorzugt wird eine fropfengröße von 25 Mikron oder weniger. Es ist wichtig für einen FarbsprUaer, daß die Tröpfchengröße
festlegbar ist. Da die Farbe in Farhsprühern über herkömmliche Düsen versprüht wird, müssen diese daher oberhalb
von Drücken arbeiten, bei denen maximale Tröpfchengrößen erzielbar sind. Es muß ein Druckbereich gewählt werden, in
dem die Sprühstrahleigenschaften konstant bleiben. Ein solcher Druckbereich ist höher als der Druck der zur Erzielung
genügend kleiner Tröpfchen notwendig wäre. Bei Sprühvorrichtungen für die Landwirtschaft (z.B. sum Versprühen von Pestiziden,
Düngemitteln) müssen die Tröpfchen im wesentlichen größer als 80 Mikron sein, weil kleinere Tröpfchen leicht vom
Wind weggetragen werden und an einem entfernten Ort zur Absetzung kommen können, wo sie schädlich oder zu Verschmutzungen
führen können. Weiterhin ist ein gleichförmiges Versprühen (d.h. eine gleichförmige Verteilung der Flüssigkeit über den ganzen
Sprühstrahl) in vielen Anwendungsfällen in der Landwirtschaft von Wichtigkeit. Die Anwendung in der Landwirtschaft verlangt
niedrigere Strömungsgeschwindigkeiten als bei Farbeprühem.
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Herkömmliche Sprühdüsen arbeiten daher für landwirtschaftliche
Zwecke bei Drucken und der Grüße von 50 pel« um eine gewünschte Versprübung zu erzielen, wohingegen Farbsprüher in
der Regel bei Drücken τοη einigen Sausend pai arbeiten. In
der Industrie wurden daher schon viele Anstrengungen aufgewandt, die erforderlichen Drücke sum Versprühen eines Strahles
zu verringern, ohne daß dadurch die entsprechenden Sprühstrahleigenechaften
benachteiligt werden·
Sa 1st daher Aufgabe der Erfindung, eine Torrichtung zw Versprühen
eines Fluids anzugeben, dessen Sprühstrahl !tropfen bestiserfcer
Größe besitzen und der erforderliche Druk zur Erzielung
des SprUbstrahlee wesentlich niedriger als bei vergleichbaren bekannten Vorrichtungen 1st· Bei relativ niedrigen Drücken
sollen Sprühstrahlen abgegeben werden können, die in einem Falle Tropfen nur von solcher Größe aufweisen, die kleine? sisä
als eine bestimmte Größe« Im anderen Falle soll es mögllsä
sein, einen Sprühstrahl abzugeben, dessen Tropfen alle «ine
Größe aufweisen, die größer ist als eine bestimmte Größe·
Außerdem sollen Sprühstrahlen möglich sein, deren Tropf«α alle
Im wesentlichen die gleiche Größe aufweisen.
Versuche von Bayleigh und anderen haben ergeben, daß wenn eine
Düsenöffnung quer eu ihrer Strömungsachse oberhalb einer bestimmten Amplitude und Frequenz vibriert, ein Flüssigkeitsstrahl,
der aus der Düsenöffnung austritt, in Tropfen auseinanderbricht, die eine bestimmte Aufeinanderfolge aufzeigen und
eine bestimmte Größe besitzen. Die Schwingungamplitude muß wenigstens gleich dem Radius der Düsenöffnung sein. Die Frequenz
muß gleich oder größer als die sogenannte Bayleigh-Frequenz
sein, die In entgegengesetzter Beziehung zum Durchmesser der Düsenöffnung und in direkter Beziehung zur Oberflächenspannung
der Flüssigkeit steht. Hieraus würde folgen, daß eine Düsenöffnung quer zur Strömungsachse bei einer bestimmten
Amplitude und Frequenz vibrieren muß, um eine bestimmte Tropfen-
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bildung zu erreichen. Bei einer bestimmten Amplitude würde
eine bestimmte Sprühstrahlausbildung erzielt. Theoretisch ist das möglich aber praktisch würde das bedeuten, daß eine
Antriebsmaschine notwendig wäre, die die Vibration alt der gewünschten Amplitude erzeugt, um dadurch eine bestimmte Sprüh-Strahlausbildung
bei Frequenzen gleich oder größer als die Rayleigh-Yrequenz su erhalten· Eine derartige Antriebsmaschine
ist aufwendig und teuer und erfordert mehr Energie sum Antrieb als gerechtfertigt wäre, einen solchen Antrieb statt einer
herkömmlichen Strahldüse zu verwenden·
Ss ist auch schon bekannt geworden, dad riüsaigkeitestrahlen,
ohne eine äußere Energiequelle, quer zur Streblachae abgelenkt
werden können. Zum Beispiel ein Element in den eine öffnung oder eine Düse vorhanden ist, kann durch die Energie
df-2? äsrehstramextden Flüssigkeit in Schwingungen versetzt
werden· Typisch hierfür wäre «ine Turbine, ile von einem
Strömungsmittel angetrieben wird, da« über die lurbinenschaufeln
ζητ Austrittsöffnung fließt. Obwohl hierbei keine äußer· Znergie
erforderlich 1st, sind relativ hohe Drücke notwendig, um die erforderlichen Amplituden und Frequenzen in der Größenordnung
und größer als die Ravlelgh-Trequenz su erhalten. Die
schnelle Bewegung des mechanischen Drehteiles ist außerdem nicht frei von Störungen.
Außerdem sind f luidische Oszillatoren bekannt und werden vielfach
benutzt und zwar dort, wo ein periodisch abgelenkter Strahl erforderlich ist. Solche fluidisehen Oszillatoren sind
in den US-Patentschriften 3 016 066 (Warren), 3 185 166 (Horton
u.a.), 3 247 861 (Bauer), 3 432 102 (Turner u.a.) und 3 563
(Bauer) beschrieben. Die Arbeitsweise aller fluidisehen Oszillatoren
ist hastimmt durch eine periodische Ablenkung eines
Strahles ohne Verwendung beweglicher Seile. Fluidiaobe Oszillatoren
unterliegen damit keinem Verschleiß, durch den die Zuverlässigkeit von pneumatischen Oszillatoren und schwingenden
Düsen beeinträchtigt wird. Da außerdem nur der Strahl und nicht
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der ganze Körper abgelenkt wird, 1st weit weniger Energie zur Ablenkung des Strahles erforderlich ale mit den mechanischen
Vorrichtungen·
Die* Oszillation nach den vorstehenden Warren- und Horton-Patenten
sind charakterisiert durch die Anwendung des Grenzsohiohthafteffektes
(Coanda-Effekt). Diese Oesillatoren besitzen eine Wechselwirkungskanmer alt Seitenwänden, die von
einer Hauptdüse aus stromab divergieren« Sin Strahl der von der Hauptdüee in die Wechselwirkungskammer eintritt» wird
zwisohen den Seitenwänden periodisch abgelenkt und zwar entweder durch einen Teil des Hauptstrahles der zurückgeführt
(rückgekoppelt) wird, um die Ablenkung zu bewirken oder durch andere Rückkopplungskräfte, die wirksam werden, wenn der Strahl
eine Seitenwand berührt· Die Bückkopplungskräfte müssen nicht
nur ausreichen den Strahl abzulenken, sie müssen auch die Haftkraft« zwischen dea Strahl und der anliegenden Wand überwinden. Daher kann der Oszillator nicht bei Strahldrüoken unter
eines bestimmten Druckniveau arbeiten· Die Berührung des Strahles an den Seitenwänden während jeder halben Periode
einer Schwingung führt zu einer Verweilzeit, während der der Strahl einen kurzen Augenblick stationär bleibt· Der abgegebene
Sprühstrahl, der von dem periodisch abgelenkten Strahl herrührt, enthält größere Strahldichten an einzelnen Stellen des Sprühstrahlbereiches
entsprechend den stationären logen des Strahles als an anderen Stellen des Sprühstrahlbereiche« Es ist daher mit
den bekannten Oszillatoren nicht tauglich, die Sprühstrahlverteilung zu steuern oder Sprühstrahlen mit über Ihren Querschnitten
einheitlich verteiler Flüssigkeit zu erzeugen«
Die Oszillatoren nach den Patenten von Xurner u.a. und Bauer
sind durch sogenannte Wechselwirkungskanmern mit Innerer Strömungerückführung gekennzeichnet« Die Seitenwände dieser speziellen
Vechselwirkungskamtaern divergieren zunächst von der Hauptdüee
aus und konvergieren anschließend stromab zu einer Austrittsöffnung.
Wenn der Strahl entlang der linken Seltenwand strömt,
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ORlGlNAL INSPECTED
wird er nach rechts zurückgelenkt, wobei er durch die Austritte-Öffnung
tritt. Strömt der Strahl andererseits entlang der rechten Seitenwand, ao wird er nach links zurückgelenkt, indem er
durch die Auatrittsöffnung gelangt. Der Zutritt von Umgebungaflüasigkeit
in die Wecbselwirkungskaiazner über die Austritte-Öffnung
1st relativ beschränkt in Vergleich zu den Oszillatoren nach Horton und Warren, und zwar vorallem deswegen, weil
die Auetritt8öffnung relativ zum aus der Yechselwirkungakanraer
auetretenden Strahl enger ist als das abatromaeitige Ende der
Oszillatoren von Horton u.a. und Warren· Die Begrenzung des Zutritts von üragebungsflüssigkeit reduziert die Grenzschichthaftung
de» Strahles an den Seltenwänden der Wecbselwlrkungskammer,
so daß weniger Rückkopplungskräfte erforderlich sind, den Strahl abzulenken« Die Oszillation in der Wechselwirkungskammer mit innerer Strömungsrückführung ist daher bei niedrigeren
Strahldrücken möglich als bei den Oszillatoren nach Horton u.a. uimI Warren. Auf Grund dieser und anderer Besonderheiten
haben Oszillatoren mit einer Strömungarückführungs-Wechaelwirkungskammer
viele praktische Anwendungen gefunden, wie z.B. in Brausen, fiasensprengern, dekorativen Springbrunnen, industriellen
Steuerelementen usw. Andererseits sind die bekannten fluidischen Oszillatoren nicht für SprUhstrahlanwendungen
geeignet, wie nachstehend näher ausgeführt wird. Das liegt in erster Linie daran, daß in bekannten fluidischen Oszillatoren
wesentliche Teile der Umgebungsflüsaigkeit oder abgezweigter
Teile des Strahles in die Wecheelwirkungakamraer zurückgeführt
werden. Bei den Oszillatoren nach Horton u.a. und Warren gelangt Umgebungeflüssigkeit durch das abstromseitige Ende und
die Steuerkanäle in die Wechselwirkungskammer. Bei Horton u.a. wird ein Seil dea Strahles in die Wechselwirkungekammer zurückgeführt.
Bei Bauer und Surner u.a. wird Umgebungsflüs3igkeit
und ein rückzirkulierender Anteil dee Strahles durch die Rückkopplungskanäle
in die Wechselwirkungskaxoraer zurückgeleitet·
J)Ie Rückführung von Umgebungsflüssigkeit oder rückzirkulierender
Anteile des Strahles in die Wechselwlrkungakammer ist aus
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verschiedenen Gründen unerwünscht. So verlangen viele Sprühvorrichtungen, daß der Flüssigkeitsstrahl nicht durch UmgebungaflüDsigkeit
verschmutzt wird oder daß sich der Flüsaigkeltsotrahl
nicht mit ümgebungsflüssigkeit mischt bevor der Strahl
austritt. Zum Beispiel würde in larbsprUhern eine solche Buchführung
von Flüssigkeitsanteilen in die Wechselwlrleungskammer
bewirken» daS sich Farbe an den Wänden der Sprühvorrichtung
ablagert, wodurch dl· Gefahr einer Verstopfung und event-mll
einer Beeinträchtigung der Streuung bestände. Die Einführung
von Luft in die Wechselwirkungakaramer beeinflußt den Sprühstrahl
und die Größe der Tropfen des SprUhstrahlee ebenfalls in nachteiliger
Weise. Der flüssige Sprühstrahl, der von dem flmMl^
sehen Oszillator abgegeben wird, ist im wesentlichen fädaarffSs««
mig. Inne&alb der Fächergestalt ist es wünschenswert, daB die
Flüssigkeit so gleichmäßig wie möglich verteilt wird« Wem
Luft zugeführt wird, werden Bereiche mit Luft innerhalb &®τ
I'ächergeatalt willkürlich verteilt» wodurch dia
keit der Plüasigkeitsverteilun^ iza Sprühstrahl gestört
Außerdem besitzt ein Gemisch aus Flüssigkeit und Luft ©is©
re Viskosität ala die Flüssigkeit allein, so daS die fei3@©
Tropfen als eine Funktion der Viskosität hiervon beeinflußt
wird.
In Aerosolsprühvorrichtungen wird eine KUhI- oder dergleichen
leicht verdampfbare Flüssigkeit zusammen mit einem Gas aus einer Düse gesprüht, wobei die Flüssigkeit ihre Tropfenform beibehält,
bis sie in der an die Düse angrenzenden Umgebung zerplatzt· Fluidische Elemente sind daher für den Gebrauch mit
Aerosolen nicht geeignet, da der niedrige statische Druck relativ zu der Umgebung in der Wechselwirkungskammer des
Elementes ein frühzeitiges Zerplatzen der Flüssigkeitstropfen in dem Element ermöglichen würde. Das Gleiche gilt für SprUhvorrlohtungen
mit einem Schaumauoatz. Auch hier würde die
Schaumbildung verfrüht in der Wechselwirkungskammer von statten gehen·
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-β- 250569b
Wie schon ge3agt, verlangen Sprühvorrichtungen für landwirtschaftliche
Zwecke, daö die Tropfen größer sind ala etwa 80
Mikron. Eine solche Bedingung kann alt herkömmlichen Oszillatoren nicht ohne weiteres erfüllt werden. Bei den herkömmlichen
Oszillatoren 3toSt der hin- und hersohwingende Flüssigkeitsstrahl
an entgegengesetzten Wänden des lustrittabereichs derart
an, daß an der Seite, an der der Strahl auftrifft, ein Abriebeffekt entlang der Wand auftritt» Dieser Abriebeffekt
führt zu vielen extrem kleinen Tropfen, die wesentlich kleiner sind als die zulässige Tropfengröße.
Ein· weitere Schwierigkeit der bekannten fluidisehen Oszillatoren
betrifft ihre Größe selbst. Vie in der vorstehenden
US-Patentschrift 5 563 462 von Bauer angegeben let, arbeitet
der Oszillator mit der inneren StrömungsrückfUhrung nicht mehr,
wenn die Wechselwlrkungskamiser eine Länge besitzt, die geringer
ist, al3 etwa dae 19-fache der Düsenveite oder wenn die Austritte-Öffnung
kleiner 1st als etwa das 2-faohe der Düsenweite· Da die Düsenweite vielfach bestimmt ist von der gewünschten Charakteristik
das abgegebenen Strahles, liegt die minimale Größe des Oszillators vielfach fest, oftaals in einer Größe,
die für verschiedene Anwendungen ungeeignet ist.
Ein noch weiterer Nachteil der bekannten Oszillatoren betrifft ihr niedriges Düsenverhältnis, das durch das Terhältnis von
Düsentiefe zu Düsenweite bestimmt ist· Dieses Düsenverhältnis
beträgt bei den bekannten Oszillatoren üblicherweise zwei.
In einigen Anwendungen kann das Terhältnis den Wert eins aufweisen.
Für noch niedrigere Düsenverhältnisse sind die bekannten Oszillatoren ungeeignet. Als eine praktische Maßnahme sind kleinere
DüeenverhäüniBse einfacher und mit geringeren Kosten herzustellen.
Düsenverhältnisse von 0,5 oder weniger erlauben die Anwendung von einseitigen Ätzverfahren, Prägeverfahren und
Pantofrästechniken. Solche Verfahren bzw. Techniken sind
schwierig, wenn nicht unmöglich in kleinen fluidischen EIe-
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ORiGiNAL INSPECTED
~9~ 2505635
menten anwendbar, die «la graueres DüsenverhäTtnis besitzen·
Es ist daher wünschenswert, möglichst keine Düaenverhältnisse
ohne Beeinflussung der Arbeitsweise des Oszillators verwenden zu können· In vielen Sprühvorrichtungen oder anderen Strömungsvorrichtungen
1st es wünschenswert» die Strömungsmenge einer Strömung ohne eine Störung der Strömung messen zu können.
Zum Beispiel würde ein Strömungemengenanzeiger zur Erreichung
dieses Zieles ohne Rücksicht auf die Kompressibilität des Arbeitsfluids arbeiten. Sin solcher Apparat wurde idealer Weise
eine Anzeige abgeben» wenn eine bestimmte Strömungsmenge abgegeben worden ist«
Die eingangs genannte Aufgabe wird im Zusammenhang mit dem angeführten Stand der Technik betreffend die bekannten Oszillatoren
insofern weiter präzisiert, als insbesondere ein fluidischer Oszillator anzugeben 1st, der zum Versprühen eines Fluide,
insbesondere einer Flüssigkeit geeignet ist, dessen abgegebener Sprühstrahl Tropfen bestimmter Größe besitzt und die Flüssigkeit
über den Sprühetrablquencschnitt gleichmäßig verteilt ist,
so daß er zum Beispiel zum Aufsprühen von Farben auf eine Unterlage geeignet ist· Dabei soll der Oszillator auch
wesentlich kleinere Abmessungen erhalten können als herkömmliche Oszillatoren. Auch soll der Oszillator zur Hassage und
zu Reinigungszwecken besonders geeignet sein.
Die Aufgabe wird im wesentlichen dadurch gelöst, daß der Strahl die Austrittsöffnung vollkommen ausfüllt und die Austrittswände je eine öffnung mit einem anschließenden mit Fluid gefüllten
Kanal aufweisen, aus dem beim Torbeiströmen des Strahles in seiner einen extremen Lage Fluid austritt und entlang
der Austrittswand fließt, so daß der Strahl gehindert ist, sich an die Austrittswand anzulegen·
Sine vorteilhafte Ausführung nach der Erfindung mit einer Wechselwirkungekammer mit auf- und abstromseitigen Ein- bzw.
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ORiGiNAL INSPECTED
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Auetrittsöffnungen und ausgebuchteten Seltenwänden, die von der
aufstromseitigen Eintrittsöffnung aus zunächst divergieren und
zur abstromseitigen Austritteöffnung bin konvergieren, mit
einer Düse zur Abgabe eines Strabies durch die Eintritteöffnung
in die Wechselwirkungskammer, einem Austrittsbereicb im Anschluß an die Auetritteöffnung der Wechaalwirkimgakaffiraer mit
von der Austrittsöffnung aus divergierenden Seitenwänden und mit beiderseits der Seitenwände der Vechselwirkungskammer
vorhandenen Steuerkanälen, die sieb jeweils awiecben öffnungen
in den divergierenden Seitenwänden des Auetrittabereiche und
öffnungen in den Seltenwänden am aufstromeeitigen Ende der
tfechselwikrungskammer erstrecken» ist erfindungsgemäö derart
ausgebildet, dafi die Weite des Austrittaendes nur wenig größer als die engste Veite der Hauptdüae 1st, so dafi der austretende
Strahl die Wocbselwirkungakaamer von Auatrittebereich abschließt»
und daß die axiale änge der Vecheelwirkungskammer derart relatlv
kurz und der Querschnitt der Steuerkanäle derart relativ klein gewählt sind, daß der positive statisch· Druck an Eintrittsende
der Wechselwirkungskammer den statischen Druck im
Austrittaberelch übersteigt und Wasser In den Steuerkanälen
nur in Richtung stun Auetrittebereich strömt·
Weitere vorteilhafte Ausbildungen nach der Erfindung sowie Weiterbildungen der Erfindung können den ühteransprttchen
und der nachfolgenden Beschreibung entnoaaen werden·
Die Erfindung 1st anhand von Ausführungs— und AnwenAungsbei~·
spielen und anhand von Diagrammen mehr la einaelnen erläutert
und beschrieben. In den Eugehörigen Zeichnungen zeigt:
Pig. 1 eine Ansicht eines ersten Ausfübrungsbeispielea
nach der Erfindung,
Fig. 2 den arbeitenden fluldischen Oszillator nach 71g. 1
in einer bestimmten Ströaungsphaae unter bestimmten Druckbedingungen«
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ORIGINAL INSPECTED
Flg. 3 den arbeitenden fluldisohen Oszillator nach Pig.1
In einer bestimmten Strömungephase unter gegenüber Fig. 2 veränderten Druckbedingungen»
flg. 4 eine Ansiebt eines »weiten Ausftthruiigsbelspieles
nach der Erfindung»
Flg. 5 «Ine graphische Darstellung eines Sprühbildes während des Betriebes eines fluidiechen Oszillators
nach der Erfindung,
71g. 6 eine graphische Darstellung eines weiteren Sprühbildes
während des Betriebes eines gegenüber Fig. 5 abgewandelten fluldisehen Oszillators nach der
Erfindung,
Sprühbildes, während des Betriebes eines gegenüber
Fig. 5 und 6 abgewandelten fluidlachen Oszillators
nach der Erfindung,
Fig. 8a, 8b Drauf- and Seitenansichten eines fluidischen
Ossiilators nach der Erfindung zur Messung des Strumungsflusses,
Fig· 9a und 9b Drauf- und Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Ströeungsfluß- bzw. Strömungemengenmessers
in einer beispielsweisen Ausführung mit einem fluidischen Oszillator entsprechend z.B. Fig. 1,
Flg. 10a eine perspektlTisohe Darstellung einer beispielsweisen Wasserbürste In Terblndung alt einer erfindungsgemäfien
Torrichtung,
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ORIGINAL INSPECTED
. 11 eine acbeiaatiscbe Darstellung einer beispielsweise!!
i'arbaprühanlage in Verbindung mit erfindungsgemäi3en
Vorrichtungen,
Fig. 12 eine schematisohe Darstellung la der Draufelobt
eines l>eiapielsweieen Iterates la Verbindung mit
erfIndungsgeaäden Vorrichtungen «ur Anwendung
in der Landwirtaohaft,
Fig· 13 eine Seitenansicht eines teilweise aufgebrochenen
Spruhapparates in Yerbindung mit einer erfindungsgcmäSen
Vorrichtung,
Sprühapparates alt einer erfindungegeaäöen Torrichtung»
Fig. 15 eine Draufsicht auf einen erfindungagemäßen Oszillator
für eine besondere Anwendung»
Fig. 16 eine Draufsicht auf einen weiteren erfindungsgeiBäSen
Oszillator,
flg. 17 eine Draufsicht auf einen gegenüber Fig. 16 abgewandelten erfindungsgemäden Osslllator«
Fig. 18 eine perspektivische Darstellung eines Teiles
in Fig. 16,
Flg. 18a eine perspektirlsehe Darstellung eines feiles in
Fig. 17»
FIg, 19 eine perspektivische Darstellung eines von dem Osaillator
nach Flg. 16 abgegebenen Strahlabsebnittes,
-15-
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ORSGIiMAL INSPECTED
fig. 20 eine perspektivische Darstellung eines von dem Oszillator nach Fig. 17 abgegebenen Strahlabschnittes und
fig* 21 eine Draufsicht auf einen noch weiteren fluidischen
Oszillator nach der Erfindung·
Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen fluidlschen Oszillator 10,
der durch verschiedene Kanäle und Hohlräume bestimmt ist. Üblicherweise bilden die Kanäle und Hohlräume Vertiefungen in
einer Basisplatte 11, die von einer flachen, nicht gezeichneten Deckplatte abgedeckt wird« Die Platte 11 kann jedoch auch
eine Zwisohenplatte mit durchgehenden Kanälen und Öffnungen sein, die beidseitig von ebenen Boden- und Deckplatten abgedeckt werden·
Eine zu ihrer Hündung hin konvergierende Düse 12 1st an eine
Strömungsmltteldruckquelle angeschlossen zur Abgabe eines Strahles in das aufstromseitige (untere) Ende einer Wechselwirkungskammer 13. Die Yechselwirkungskamner ist bestimmt durch
linke und rechte Seitenwände 15 und 16, die zunächst von der Düse 12 divergieren und dann zur Austrittsöffnung 14 der Wechselwirkungskammer
hin konvergieren. Die Düse 12 und die Austritt aöffnung 14 liegen, mit ihren Achsen auf der Mittellinie
des Oszillators 10. An die Austrittsöffnung 14 schließt unmittelbar
ein Austrittsbereich 17 an, der durch linke und rechte Austrittswände 18 und 19 bestimmt ist, die von der Austrittsöffnung aus in Strömungsrichtung nach außen divergieren. Ein
linker Steuerkanal 21 erstreckt sich zwischen dem Austrittsbereich 17 und dem aufstromseitigen Ende der Wechselwirkungakammer
13 mit einer Öffnung 23 in der linken Austrittewand 18 und einer öffnung 24 in der linken Seitenwand 15· Sin entsprechender
rechter Steuerkanal 22 erstreckt sieb zwischen dem Austrittsbereich 17 und dem aufstromseitigen Ende der Wech-■elwirkungskammer
13 mit einer öffnung 25 In der rechten Austrittswand 19 und einer öffnung 26 la der rechten Seitenwand
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ORiGlNAL INSPECTED
Die aufstromaeitigen Begrenzungswände der öffnungen 24 und
schließen unmittelbar an die Öf fmanger ander der Düse 12 an.
Die abstromseitigen öffnungaränder der Öffnungen 24 und 26
sind gegenüber den auf Stroms ei t igen Rändern um gleiche Beträge
bezüglich der Mittelachse etwas nach außen versetzt, so daß die DUsenveite V der Düse an ihren Auetrittaende kleiner ist
als der Abstand B der abstroaseitigen Begrensungsränder der
öffnungen 24 und 26·
Wird in den fluidischen Oszillator 10 τοη der Düse 12 ein Fluidstrahl
abgegeben, so schwingt dieser zwischen extremen Lagen
entlang den Seitenwänden 15 und 16 bin und her· Dieser Oszillationsvorgang
wird nachfolgend mehr im einseinen beschrieben»
Fließt der Strahl angenommen entlang der Seitenwand 15, so wird
der Strahl in oberen Ende nach rechte geleitet und tritt durch
die öffnung 14 in einer Richtung im wesentlichen entlang der rechten Austrittswand 19 aus· FlIeSt der Strahl dagegen entlang
der rechten Seitenwand 16 wird der Strahl in oberen Ende nach links abgelenkt und tritt durch die öffnung 14 im wesentlichen
in Richtung der linken Austrittswand 18 aus. Zwischen seinen beiden extremen Lagen schwingt eier Strahl in dem Austrittsbereich 17 hin und her. Die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen
Oszillators gegenüber den herkömmlichen Oszillatoren besteht vorallea darin, daß weder Strömungsteile des Hauptstrahles
noch angrenzendes Fluid durch die Steuerkanäle 21 und 22 in die Wechselwirkungekamaer 13 zurückgeführt wird« Wenn der Hauptstrahl
entlang der Seitenwand 15 zur rechten Austrittswand 19 strömt,
reißt er fluid aus dem Steuerkanal 22 mit und Tereinigt sich
alt diesem. Währenddessen bleibt der linke Steuerkanal 21 mit Fluid gefüllt, das aus dem aufstromseitigen Ende der Wechselwirkungskammer
stammt·
Dadurch, daß in die Steuerkanäle 21, 22 τοη Austrittsbereich
17 aus kein Fluid eintritt, ist am aufstromeeitigen Ende der
Wechselwirkungskammer 13 ein statischer Druck vorhanden, der höher ist als der statische Druck im Außtrittabereich 17·
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CRlGlNAL INSPECTED
Die Druckdifferenz wird durch das Zusammenwirken verschiedener
!Faktoren bewirkt. Hierzu gehurt die Veite T der Austritte-Öffnung
14 der tfecbselwlrkungskammer, die nur etvae weiter ist
als die Düsenweite V der Düse 12« so daß der austretende Ilauptstrahl
die VecbselwirkungskaaMr 13 von dem lustrittobereich
•folietändig abschließt. Zu den Faktoren gehört außerdem die
axiale Läng* D der Vechselwlrkungskammer 13 vom Austrittsende
der Düse 12 *ur Austrittsöffnung 14« Diese Länge D ist
wesentlich kürser als die bekannter Oszillatoren« Außerdem
ist die Veit· Z der Steuerkanäle 21, 22 schmäler als die der Düse 12. Bezüglich der Veite I und X ist angenommen, daß die
liefe H (Jig. 1a) der Kanäle konstant ist. Ist das jedoch
in besonderen fällen nicht der Fall, dann sind die Quer schnitt sflachen
der Auetrittsöffnung 14 und der Kanäle 21, 21 au berücksichtigen. Venn alle Kanäle des Oszillators 10 die gleiche
liefe (senkrecht sur Zeichenebene) aufweisen und wenn die Veite der Düse 12 an ihrer engsten Stelle nit V bezeichnet ist, dann
gelten folgende Beziehungen für einen erfindungageiaäßen Oszillator
(der jedoch nicht auf dies« Bedingungen beschränkt ist)
t m 1,1 V bis 1,7 V
D * 4V bis 9V,
Beträchtliche Abweichungen von diesen Dimensionen existieren
vorallen für Sprühanwendungen bezüglich der Zurücksetzung B der aufstronseitlgen Enden der Seltenwände 15 und 16, der
Breite der Vechselwirkungskammer quer su ihrer Langsachse
und der Veite der Öffnungen 24, 26. In einen Auofübrungabeispiel,
das zufriedenstellende Xrgebnlese zeigte, war V m 1,1 mn, X m 1,35 mn, D * 7,3 on, Z « 0,65 nn, B « 1,4 mn· Die großfe
Breite (Veite) der Vechselvirkungskammer 13 betrug 4,32 ram,
die Veite der öffnungen 24 war 0,8 ms und die Tiefe der Kanäle
betrug einheitlich 0,5 nn. Dieser erfindungsgemäße Oszillator arbeitete nlt Vasser in einen Vaeserdruckbereich ( p) von 1,0
bis 160 psig und mit einer frequenz (f) in Herz nach der Beziehung
*~54,4 /T od#r
f · 1700 Q,
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ORIGINAL INSPECTED
wobei Q gemessen in gpm durch den Oscillator fließt. Derselbe Oszillator rait Luft betrieben, besaß eine Frequenz
in Herz, die im wesentlichen der Beziehung f ■ 500 Q folgte·
Wesentliche gröSere Oszillatoren mit ähnlichen Dimensionen und
geringerer Arbeitsfrequenz wurden ebenfalls konstruiert und getestet. PUr einige .Anwendungen kann es wünschenswert sein,
für verschiedene Kanäle des Oszillator« verschiedene Kanaltiefen zu haben, unter solchen Beständen würden eich die verschiedenen
Weiten W, X unc X ändern, ton Querschnitt sbeasiehungen
entsprechend den vorstehenden Beziehungen zu erhalten·
Eine bedeutsame Eigenschaft des erfindungsgetaäöen Oszillators
besteht darin, daß dieser sehr viel kleiner als herkömmliche Ossiilatoren gebaut werden kann, weil das Düsenverhältniß
von der liefe H aur Veite V dar DUe* 12 (Fig. 16) in
Beispielsfalle also H/W «=0,5/1,1 - 0,45 let. In herkömmlichen
Oszillatoren und in fluidiechen Elementen allgemein betrug ein entsprechendes niedrigstes Terhältnis, das noch
praktikabel war, 1,0·
Ss wurde Bit Erfolg ein erfindungsgemäßer Oszillator getestet, der ein entsprechendes Düsenverbältnl« von EA * 0,25 besaß.
Die Bedeutung dieses sehr kleinen H/W-Terhältnisses beruht
in der Tatsache, daß einfachere und weniger aufwendige Fabrikationstechniken zur Herstellung der Oszillatoren möglich
werden als bei den bekannten Oszillatoren·
Das Ausbleiben eines Zuflusses zur Wechselwirkungslcammer 13
während der Tätigkeit des erfindungsgeuäden Oszillators ist
von großer praktischer Bedeutung für viele Anwendungen mit Flüssigkeiten als Strömungemittel (Fluid)· Wie am besten in
den Fig. 2 und 3 für ein Bit einer Flüssigkeit arbeitenden
Oszillator nach der Erfindung gezeigt 1st, vereinigt sich Flüssigkeit aus den Steuerkanal 21 ait dan entlang der linken
Auetrifctswand strömenden Flüssigkeitsstrahl. Diese Vereinigung
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GRSGiNAL INSPECTED^
des flüssigkeitsetrables mit der flüssigkeit aus dee Steuerkanal 21 verhindert es, daß der Strahl direkt an der Austrittewand
18 entlang strömt, er AuetLuß aus den Steuerkanälen 21,
22 führt su einem stützkissenartigen Effekt, der den vorbeistrumenden
Strahl etwas ablenkt· Je weniger der Strahl die Auetrittewände berührt« um so geringer ist der Anteil der unerwünschten
kleinen Tröpfchen und um so größer ist die Einheitlichkeit der Tropfengröße,in die sich der hin- und herschwingende
Strahl aa Ausgang dee Oszillators auflttet. Das
Ausströmen τοπ. flüssigkeit aus den Steuerkanälen bete Yorbei-■tröeen
des austretenden Strahles unterbindet das Eintreten Ton Ilüsslgkeitsanteilen des Strahles oder benachbarten
Flüaslgkeiteantellen in die Weehselwirkungskamter. Xn vielen
bekannten fluidisohen Ossillatoren hängt die funktion dee
Oszillators ab τοη des Zufluß τοη Anteilen des Strahles oder
benachbarter flüssigkeitsmengen in die Yechselwirkungskammer
über die Steuer- oder Büekkopplungskanäle· Ein solcher Rückfluß
ist bei vielen Sprühstrahlanwendungen unterwünseht. Der erfindungsgemäße Oszillator 10 vermeidet jedoch diese Schwierigkeiten.
Sie funktion des Ossillators mich fig· 10 wird unter Bezugnahme auf flg. 2 wie folgt beschrieben! flüssigkeit wird unter
Druck der Düse 12 sugefUhrt und der Oscillator ist frei von flüssigkeit in LuftUmgebung. Der flüaeigkeitsstrabl der von
der Düse 12 abgegeben wird, wird anfangs gerade durch die Wechaelwirkungskammer 13 hindurch und durch die Austrittsuffnung
14 bindurehgeleitet. Der relativ enge Querschnitt der
Austrittsuffnung 14 führt dazu, dad äußere Seile des Strahles
abgetrennt und entlang den Seitenwänden 15 und 16 zurückgeführt werden, wo sie zu beiden Selten des Strahles in der
YecbselwirkungekajBmer Wirbel bilden· Auf Grund von leichten
Störungen in der Symetrie des Oszillators und ihren Einflüssen auf den Strahl wird der Wirbel auf der einen Seite des
Strahles stärker werden als auf der anderen Seite, wodurch der Strahl zur einen Seite der Weohaelwirkungskaaner abgelenkt
wird (im Beispielfall zur rechten Seitenwand 16 in Fig. 2).
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Der verbleibende Wirbel erhöht weiter den Druck In der Wechselwirkungskammer
13, die von den austretenden Strahl vollkommen von den Auetrittebereich 17 abgetrennt wird. Die
Flüssigkeit füllt die Vechselwirkungskammer voll mit Flüssigkeit
an und der statische Druck in der Wechselwirlcungakaramer
geht auf ein höheres Niveau als in dem Austrittsbereich 17, woraufhin Flüssigkeit beginnt aus der Vechselwirkungskammer
in die Steuerkanäle 21, 22 einzutreten· Der Strahl wird inzwischen von der rechten Seitenwand 16 in Richtung der linken
Austrittswand 18 geleitet. Flüssigkeit wird aus den Steuerkanal 21 durch den vorbelstrottenden Strahl angesaugt b«w. mitgerissen und dem Strahl im Bereich der linken Seltenwand 18
zugemischt, wobei verhindert wird, daß der Strahl an der Seitenwand 18 zur Anlage kommt. Dieser Vorgang ist in Fig. 2
dargestellt, in der die dicken Pfeile den FIuB des Strahles
darstellen und dünne Pfeile unter anderes die Strömung der Flüssigkeit in den Steuerkanälen verdeutlicht. In der in Fig.
gezeichneten Lage des Stromes bewirkt dieser, daß die Strömungsmenge der Flüssigkeit durch den Kanal 21 erhöht wird
und zwar auf Grund der Ansaug- oder Kiöreißwirkung des über
die linke Steueröffnung hinwegströmenden Strahles. Dieses
Ansaugen verringert den Druck in dem linken Steuerkanal 21 relativ zu dem im rechten Steuerkanal 22, der mit Flüssigkeit
gefüllt ist und demgegenüber zu diesem Zeitpunkt keine Saugwirkung stattfindet. Das Druckdifferential in den Steuerkanälen wirkt sich auf das aufatromseitige Ende der Wechselwirkung
akannaer aus und führt dazu, daß der Strahl quer zur
Wechselwirkungskammer abgelenkt wird, so dad der Strahl nun entlang der linken Seltenwand 15 strömt und in Richtung der
rechten Austrittswand 19 gelenkt wird.
Während der Ablenkung schwenkt der Strahl über den Austrittsbereich 17 von links nach rechts. Bei Annäherung an die rechte
Austrittswand 18 beginnt der Strahl Flüssigkeit aus dem rechten Steuerkanal 22 anzusaugen, während die Ansaugung von Flüssigkeit
aus dem linken Steuerkanal 21 aufhurt. Der Druck auf der
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2505635
rechten Seite dee Strahles wird daher etwas niedriger als auf
der linken Seite, so daß der Strati erneut abgelenkt wird. Das aufeinanderfolgende Ablenken des Strahles führt zu eines
hin- und herschwingen bzw· -schwenken des Strahles quer über den Austritt stiereich 17·
Ea wurde festgestellt, daß die Strömungebedingungen in dem
einer Ansaugung nicht ausgesetsten Steuerkanal (d.h. der rechte
Steuerkanal 22, wenn der Strahl entlang der linken Austrittswand 18 abstr&mt bzw· der linke Steuerkanal 21, wenn
der Strahl entlang der rechten Auetrittswand 19 abströmt) abhängig sind ron dea Druck in der Flüssigkeit, die der Düse
zugeführt wird. Für niedrige und Bittlere Drücke bildet die
Flüssigkeit in dea nicht angesaugten Steuerkanal eine konvexe Wölbung, die τοη der öffnung 25 bzw, 23 in den Austrittsbereich nach außen hervortritt, wie Fig. 2 in der öffnung 25
zeigt. Bei hohen Drücken wird die TlüseigkeitswOlbung konkav,
wie Hg. 3 in der öffnung 23 zeigt· In allen Fällen bleiben
aber die unangesaugten Steuerkanäle alt Flüssigkeit gefüllt
und verhindern jeden Rückfluß in die Weehselwlrkungskaamer 13·
Bei einem vollen Schwingungezyklus des Strahles fließt aus beiden Steuerkanälen 21, 22 ein Flüssigkeitsanteil nach außen
in den Austrittsbereich·
Die relativ kurze Ausbildung der Wechselwlrkungskamaer 13,
d.h. die geringe Länge des Durchmessers D 1st besonders wichtig im Hinblick auf die Tatsache, daß bei bekannten Oszillatoren
mit kurzen Wechselwirkungskaanern eine Oszillation oder sogar eine ausgeprägte Ablenkung nicht erreichbar ist«
Der Strahl in dea erfindungsgeaäSen Oszillator schwingt nicht
nur innerhalb einer kurzen Wechselwirkungskammer, sondern schwingt mit einer Frequenz, die direkt proportional zuzs
Strömungsfluß durch den Oszillator 1st« Diese Eigenschaft wird nachfolgend näher erläutert!
Das Vorhandensein eines höheren Druckes la aufstroaseitigen
Ende der Vecneelwlrkungskamaer 13 relativ sua Auetrittebereich
17 ist ebenso entgegengesetzt »u den Verhältnissen bei den
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ORIGINAL INSPtCTED
bekannten Oszillatoren. Die meisten bekannten Oszillatoren
benötigen einen Rückfluß in die tfechselwirlrangskaiaaer um die
Ablenkung dee Strahles zu bewirken· line solche Rückkopplung
erfordert einen niedrigen Druck an aufstromseitigen Ende
der Vecheelwirkungekammer· Außerdem haben zu hohe Drücke
in der Wechselwirkungskamaer zu einer Verhinderung der Strahl«·
ablenkung geführt· Bei der Erfindung ergibt sich dagegen ein· hochfrequente Oszillation. Außerdem ist es dieaer erhöhte
Druck der bewirkt, daß flüssigkeit durch die Steuerkanäle nach außen gelangen kann· Das ist ein entscheidender Aspekt
des erfindungsgemäßen Oszillatora 10.
In Tig. 4 ist eine andere Auaführungaform eines erflndungsgenäßen
Oszillators 10a dargestellt, der einen parallalwandigen Düsenaustritt 20 im Gegensatz zu dem kragenförmig verengten
Austritt der Düse 12 des Oszillators 10« besitzt· Alle anderen feile sind im wesentlichen mit den entsprechenden Teilen des
Oszillators 10 gleich und sind mit den gleichen Bezugszeichen
versehen« Auf Grund der andersartigen Gestalt des DJisenaustrittes
weichen die Abmessungen für V, D, T und X etwas von denen des Oszillators 10 ab. So ist der Querschnitt des Strahles
im Abstand von etwa W/2 stromabwärts von der kragenförmig verengten Düse 12 in Fig« 1 etwas schmäler als der Düsenquerschnitt selbst. Diese Einschnürung des Strahles ist ein
bekanntes Phänomen· Bei dem parallelwandigen Auetrittsbereich der Düse 20 in Pig. 4 tritt dieses Phänomen nicht auf. Wenn
daher die Düsen 20 und 12 denselben Querschnitt aufweisen, gibt die kragenförmig verengte Düse 12 einen engeren Strahl
ab als die parallelwandlge Düse 20· Daher müssen die Abmessungen für W1 D, S und X im Oszillator 10a entsprechend geändert
sein. Wichtig ist» daß die Abmessungen so bestimmt sind, daß
während des Betriebes der statische Druck am aufstromseitigen
Snde der Wechselwirkungekammer 13 positiv ist relativ zu dem statischen Druck im Austrittsbereich 17» so daß kein Fluid
durch die Steuerkanäle in die Wechselwirkongskammer gelangt·
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τοπ den Abmessungen der verschiedenen Teile des
Oszillators werden verschiedenartig· Strahl—iformon abgegeben·
So wie der Strahl hin- und herschwingt, bricht dieser in Tropfen von im wesentlichen gleicher Größe auf« Die Größe
der Tropfen hängt von einer Ansabl von Faktoren ab, einschließlich der Größe des Oscillator·, seiner Frequenz usw.
Diese tropfen folgen . Sprühkurven, die mehr oder weniger
auseinanderfächern. Die Seiten des Sprühbereicbs worden durch
die Winkel der Austrittswände 18 und 19 des Oscillators bestimmt· Die Verteilung der Tropfen in dem Sprühbereich ist
abhängig von den Abmessungen des Oscillators» und »war in erster Linie von der Weite T der Auetrittsöffnung 14« In
Fig. 5 iat ein Sprühbereich illustriert, in den die Tropfen
entlang einer sinusförmigen Kurv« verteilt sind, wobei eine Sinus Schwingung einer Hin·* und Hersohwingung dos Strahles
im Austrittsbereich entspricht. In fig· 6 handelt es sich um einen spitzwinkeligen Kurvenzug und in Fig· 7 1st es ein
trapesartiger Kurvenzug·
In jedem Falle liegt der Sprühbereich »wischen gleichen Winkeln, wobei angenommen worden kann, daß die Auetrittewandβ 18 und
in allen drei Fällen die gleichen Winkel einschließen. Die Unterschiede liegen in der Verteilung dor Tropfon innerhalb
der Sprühbereiche und hängen von der Art der Schwingung dos
Strahles im Oszillator 10 ab· Der spitzwinkelige Kurvenvorlauf resultiert aus einer Schwingung des Strahles, der in seinen
extremen Schwingungslagen praktioch nicht verweilt und so gut
wie keine Änderung der Ablenkungsgeschwindigkoit während der
Richtungsänderung zeigt. Bine derartige Schwingung ergibt sich, wenn die Weite der Austrittsöffnung 14 in ihrem engsten Zulässigkeitsboreich
liegt, wie er vorstehend angegeben worden ist. Die sinusförmige Schwingung nach Fig. 5 wird bei einer
Strablschwingung erreicht, bei der der Strahl ebenfalls an
den ümkohrstellon praktisch nicht verweilt, aber die Schwin»
gung bei der Annäherung an die Umkehrstellen langsamer wird· Eine derartige Schwingung ergibt sich, wenn die Weite der
Auatritteoffnung innerhalb ihres mittleren Zulässigkeitsberoiohs
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ORlGINAL INSPECTED
liegt. Die trapezförmige Schwingung nach Flg. 7 ergibt sich
bei einer Strahlwchwingung, die an den Umkehrst eilen etwas
verweilt. Das heißt, der Strahl bleibt für eine bestimmte
Zeltdauer In seinen extremen Lagen stationär. Sie··
Schwingung wird erzielt, wenn die Weite der Austritteöffnung
14 Ihren weitesten Bereich aufweist. In einem Belsplelsfall
wurde bei einem erfindungagemäßen Oszillator lediglich die
Weite ϊ der Austrittsöffnung verändert. Dabei wurde bei einer
Weite von 'X » 1,2 W die spit awinkelige Schwingungefora nach
*ig. 6, bei einer Weite von Z - 1,3 W die sinusförmige
Schwingungefora nach iig. 5 und bei einer Weit· von Ϊ ■ 1,7 W
die trapezförmige Schwingungefora erzielt, wob·! dl· letzter«
Weite die größte Weite innerhalb des zulässigen Bereiches für die Öffnungswelten der Austrlttsöffnung des erfindungsgemäßen
Oszillators darstellt.
Die spitzwinklige Schwingungsfora nach Fig. 6 zeigt die
größte Gleichförmigkeit der Verteilung der Iropfen innerhalb
des Schwlngungebereicbs. Das folgt aus der konstanten Schwin»
gungsgeschwindigkeit über einen vollständigen Zyklus. Die sinusförmige
Schwingung ist weniger gleichförmig bezüglich ihrer Tropfenverteilung, da der Strahl In der Väne der Uakehrstellen
langsamer wird. Die trapezförmige Schwingung zeigt die größte Ungleichförmigkeit der Tropfenverteilung mit einem verhältnismäßig
unproportionalen Ϊlüssigkeitsanteil nahe der Schwingungsbereicbsgrenzen.
Die trapezförmige Schwingung erscheint als ein kurzes Verweilen der flüssigkeit entlang den Schwin»
gungsbereicbsgrenzen. Eine solche Schwingungsform ist vielfach
nicht wünschenswert für Anwendungen als 3?lussigkeitasprüher.
Hierfür werden Schwingungsformen bevorzugt, die eine einheitliche oder nahezu einheitliche Tropfenverteilung aufweisen
und die für die Erfindung besonders wesentlich 1st.
Sin erfindungegeraäßer Oszillator let besondere vorteilhaft
verwendbar zum Tersprühen von Farbe. Eine Vorrichtung zum
Versprühen von farbe, die zw«l Oszillatoren 3O9 31 nach der
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ORIGINAL INSPECTED
Erfindung verwendet, 1st in Fig. 11 dargestellt. Hierbei kann
es sich vorteilhafterweise um Oszillatoren gemäß fig. 10 und
10a bandeln. Die beiden Oszillatoren sind an einem Bügel 32 gebalten und derart angeordnet, daß die Strablablenkungen der
beiden Oszillatoren in einer Ebene liegen (d.h. die Ebenen, 'in denen die Flüssigkeit versprüht wird). Der Bügel 32 let
senkrecht zu den Sprühebenen langsam von einem Antrieb verschiebbar, der sobematisob mit Block 33 angegeben ist· Flüssige
farbe wird über die Leitung 34 zu beiden Oszillatoren
und 31 geleitet· Die ganze Einrichtung ist derart angeordnet,
daß die versprühte farbe auf die Fläche 35 aufgetragen wird, die mit farbe überzogen werden soll. Im Beiapielsfalle liegt
die Fläche 35 senkrecht zu den von den Oszillatoren abgegebenen Sprühebenen« Die Oszillatoren 30 und 31 sind so angeordnet,
daß die von ihnen abgesprühte farbe in unmittelbar ansohlieSenden
Bereichen auf die fläche auftrifft· Wenn jeder
Sprühbereich eine gleichförmige Verteilug der färbtrupfeben
aufweist, bilden die zwei Sprühbereiche zwei gleiche Farbstreifen,
von der gleichen farbnenge, in Abhängigkeit von der Bewegung der Oszillatoren parallel zur fläche 35 durch die
Antriebsvorrichtung 33· Ss 1st zu bemerken, daß jeder Oszillator
an getrennten Leitungen angeschlossen sein kann, um z.B. zwei verschiedene farbstreifen nebeneinander auftragen zu
können. 3Ss 1st klar, daß jede beliebige Anzahl von Oszillatoren in einer farbsprühvorricbtung nach dem vorstehenden
Prinzip angeordnet werden können· Wesentlich 1st bei der Vorrichtung nach fig. 11 die Tatsache, daß die farben bei Drücken
abgesprüht wird, die (z.B· um den faktor 10) geringer ist als die Drücke, die aufgewendet werden müssen, um die farbe aus
herkömmlichen Spritzdüsen zu versprühen. Bei geeigneter Wahl der GröBe der Oszillatoren und der Sebwingstrahlfrequenz
lassen sich bestimmte Größen von farbtropfen erzielen, die
für ein Aufsprühen von farbe besonders Torteilhaft sind. Wesentlich
ist dabei, daß die Größe der Tropfen über den gesamten
Sprühbereich gleich 1st, wobei die Bildung von feinen Tröpfchennebeln vermieden wird, die zu ungleichförmiger färb-
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ORlGINAL INSPECTED
auXtragung führen. Außerdem kann die gewünschte Iropfenverteilung
(entsprechend Fig. 5 und 6) gewählt werden, um an verschiedenen Stellen des Farbstreifens die gewünschte Stärk·
der aufgetragenen Farbe erzielen zu können.
Sie Technik nach Fig. 11 ißt auch für elektrostatisches Aufsprühen
geeignet, wobei die Farbe entgegengesetzt von der zu färbenden Fläche 35 polarisiert ist. Der Vorzug besteht bekanntlich
darin» daß die Farbtropfen elektrostatisch von der Fläch·
c
angezogen werden, so daß wenige ropfen die Fläche verfehlen· Bas elektrostatisch· Aufsprühen von Farben in Kombination alt einer Versprühung der Farbe zu Tropfen einheitlicher Größe mit einem erflndungsgeuäßen Oszillator erhöbt die Wi*. samkeit einer Vorrichtung nach Fig. 11· Mit oder ohne einem elektrostatischen Verfahren besteht der wesentliche Vorteil der Vorrichtung nach Flg. 11 darin» dl· gewünschte Sropf«apverteilung und ausreichend klein· Tropfen gleicher Gruft· ohne Bildung von Iropfennebelanteilen bei Drücken zu erzielen, die wesentlich niedriger als bei vergleichbaren, herkömmlichen Vorrichtungen sind.
angezogen werden, so daß wenige ropfen die Fläche verfehlen· Bas elektrostatisch· Aufsprühen von Farben in Kombination alt einer Versprühung der Farbe zu Tropfen einheitlicher Größe mit einem erflndungsgeuäßen Oszillator erhöbt die Wi*. samkeit einer Vorrichtung nach Fig. 11· Mit oder ohne einem elektrostatischen Verfahren besteht der wesentliche Vorteil der Vorrichtung nach Flg. 11 darin» dl· gewünschte Sropf«apverteilung und ausreichend klein· Tropfen gleicher Gruft· ohne Bildung von Iropfennebelanteilen bei Drücken zu erzielen, die wesentlich niedriger als bei vergleichbaren, herkömmlichen Vorrichtungen sind.
ihnliche Vorteile ergeben sich bei dem Gebrauch «ines erfindungsgemäSen
Ossiilators in Vorrichtungen zum Versprühen von Flüssigkeiten in der Landwirtschaft, wie 71g· 12 seigt. Di·
Sprühvorrichtung nach Fig. 12 umfaßt ein Fahrzeug, b.B. einen
Traktor 40, der «inen Flüssigkeitsbehälter für Düngemittel, Pestizide oder dergleichen aufweist, das in Bahnen auf eine
Feldfrucht 41 gesprüht werden soll. Sine Pumpe 42 auf dem Fahrzeug 40 dient zur Förderung der Flüssigkeit durch Leitungen 43 zu beiden Seiten des Fahrzeuges, die in quer verlaufenden Verteilerrobren 44 enden. An den Verteilerrohren sind
nicht dargestellte, erflndungsgemäde Oszillatoren nebeneinander
angebracht. Sie Oszillatoren sind so angebracht, daß die von
ihnen abgegebenen Sprühbereiche aneinanderechließen, um eine
vollständige und gleichmäßige BeeprUhung dee landwirtschaftlichen
Gutes zu erzielen, wie es schematises in Fig« 12 angedeutet
ist.
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ORIGINAL INSPECTED
¥1« Ib Pall· des Versprüheas einer ?arbe sind dl·
Oszillatoren nach der Erfindung in der Lag·, die Flüssigkeit
bei wesentlich niedrigeren Drücken su versprühen ale das nit
den herkömmlichen Vorrichtungen möglich war· Dab·! gaben auoh
hier die Oszillatoren erfind ungageaäß Tropfen bestimmter Größe
ab, ohne daß Tropfen kleinerer Größen vorhanden sind, Ee ist
ein Erfordernis von vielen landwirtschaftlichen Sprühgeräten, daß die Tropfengröße nicht kleiner als etwa 80 Mikron 1st·
Erfindungsgemäße Oszillatoren lassen sich genügend groß angeben» um dies· Bedingung su erfüllen· Außerdem vexmidet
der erfindungsgemäde OseiHator, andere als die bekannten
Vorrichtungen für landwirtschaftlieh· Sprühewecke, daß der austretende Strahl unmittelbar entlang den Austritteflächen
strömt t was durch die Zufuhr von Flüssigkeit aus den Steuerkanälen verhindert wird.
Durch vermeiden des Auftreffens des Strahles auf die Austrittswandungen des Austrittsbereiches wird auoh öler die Bildung
von sehr kleinen Tröpfchen vermieden, die Vernebeln können und sum Besprühen von Pflanzen ungeeignet SiHd1 zumal sie auoh
vom Wind viel su leicht abgetrieben werden und an unerwünschten
Orten sum niederschlag kommen können·
Sin besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Oszillators z.B.
nach Jig· 1 1st darin zu sehen, daß seine Frequenz Über einen
besonders weiten Bereich der Ströaungsdurchflußmenge linear ist· Der Oszillator nach der US-Patentschrift 3 563 462 zum
Beispiel zeigt eine nicht lineare, im wesentlichen parabolische Abhängigkeit der Frequenz von der Strömungsdurchflußmenge. Die
lineare Charakteristik des erfindungsgemäßen Oszillators erlaubt die Messung der frequenz zur Bestimmung der Durchflußmenge
eines Strömungsmittels· So kann die Frequenz vorteilhafterweise
gemessen werden, ohne in den Strömungsfluß einzugreifen oder ihn anders zu beeinträchtigen, so daß dieser
im vollen Umfange für den vorgesehenen Zweck zur Verfügung steht· Der erfindungsgemäße StrcSmungsdurohflußmesser 50 nach
Pig. 9a und 9b enthält eine Singangsleltung 51 In Verbindung
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mit dem Oszillator 52 nach der Erfindung, der seinen schwingenden
Strahl in das relativ weite aufstromseitige End· einer
Meßkammer 53 abgibt, die sich stromab verjüngt und an ein·
Ausgangsleitung 54 anschließt· Der StriJmungedurobflußmesser 50
wird durch die aufeinanderliegenden Flächen 55» 56 zweier
Platten 55 und 56 gebildet, wobei die Kanäle 51 und 54 und
die Kammer 53 jeweils teilweise in beiden ^latten vorgeeehen
sind, während in der einen Platte (hier die Platte 56) nur der Oszillator 52 eingearbeitet ist« Ea ist klar, dad der
StrömungsdurehfluAnesser auch in anderer Weise abhängig von
der Grüße de3 Oszillators aufgebaut sein kann, der dann
auch teilweise in der einen und in der anderen Platte geformt sein könnte«
Sin piezoelektrischer Umformer 57 befindet eich in einer
öffnung In der Platte 55 im Bereich der Kammer 53» Der umformer 57 enthält zwei elektrische Leitungen 53 in Verbindung
mit leinem elektrischen Meßgerät zur Anzeige einer der Frequenz
des Oszillators und damit der Durchflußaenge proportionalen
Spannung. VIe bekannt, gibt der piezoelektrische Umformer ein elektrisches Signal ab» dessen Amplitude und frequenz
proportional der mechanischen Kräfte ist» die auf ein· oder mehrere Flächen des Umformers wirken·
Fluid, das unter einem bestimmten Druck in die Leitung 51 tritt
oszilliert in dem Oszillator 52, der einen schwingenden Strahl abgibt, wie er im Zusammenhang mit Fig. 1 der Zeichnungen beschrieben
ist· Der schwingende Strahl wird in die Kammer 53 abgegeben, in der er abwechselnd auf die Selten der Kammer 53
auftrifft· Die hierdurch bedingten Schwingungen der Meßkammer
53 wirken auf den Umformer 57 ein, der svel elektrische Signale pro Schwingungsperiode des Strahles an die Leitung 58 abgibt,
weil der Umformer bei jeder halben Perlode beeinflußt wird·
Der gemessene elektrische Wert entspricht somit der doppelten Frequenz des Strahles, denn der Aufprall des Strahles auf
jeder Wand der Meßkammer führt zu einer Beeinflussung des
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ORiGJiMAL INSPECTED
-27- 250569b
Umformers· Da» wie solion bemerkt, dl· frequenz des Strahles
In einer linearen Beziehung zur Durchflußmenge durch den Oszillator
Über einem weiten Durchflußroengenbereich steht, kann
die Frequenz des elektrischen Signals direkt einem herkömmlichen
Frequenzraster aufgegeben werden« deasen Skala in Durohfluömengenwerten
unterteilt ist«
Ein wesentlicher Torteil dea erfindungsgemäßen Durehflußmengenraesaers
nach den Pig. 9a und 9b beruht darauf, daß von dem durchfließenden Fluid kein Fluidanteil zur Messung der Durchflußmenge
entnommen werden muß oder eine andere Beeinflussung des Fluids notwendig wäre. Der erfindungsgemäße Durohflußmengenmesser
kann in jede Strömungsleitung eingesetzt werden, durch welche eine au messende Menge eines Strömungsmittels fließt.
Zur Messung der Burchflußmenge einer Strömung ist nicht in
jedem Falle eine dem Oscillator nachgeschaltete Heßkammer 53
erforderlich. Insbesondere wenn der Oscillator als Sprühvorrichtung entsprechend den Beispielen nach fig« 11 und 12 verwendet wird, kann dieser mit einem Strömungamengenmesaer kombiniert
sein. In einem solchen falle wird der Umformer im Oszillator selbst vorgesehen, um die Frequenz des Osssillatorkörpers
selbst zu messen· Der Torteil einer solchen Anordnung ist, daß die Frequenz der Sprühvorrichtung und damit die vom
Oszillator abgegebene Menge gerne β «en wird, ohne daß eine Kammer 53 erforderlich ist.
Bei vielen Sprühvorrichtungen ist es wünschenswert» wenn eine
bestimmte Strömungsmenge abgegeben wird« bei der gute Sprühbedingungen
herrschen· In einem solchen Falle sind fprühvorrlchtungen
nach den Flg. da und 8b von Torteil· Hierbei ist ein erflndungagemäfier Oszillator 60 mit einem bUgelförmigen
Schwingkörper oder dergleichen Teil versehen· Der Schwingkörper ist derart gewählt, daß er eine Resonanzfrequenz entsprechend
der doppelten Oszillatorfrequenz der gewünschten Strömungemittelmenge
durch den Oszillator besitzt· Wenn diese Strömungsmittelmenge
erreicht ist, führen die Schwingungen des Oszilla-
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ORIGINAL INSPECTED
tors 60 au Schwingungen des Sehwingkörpers 61, der als Anzeige dient, daß die gewünschten Bedingungen erreicht sind·
Der Schwingkcirper ißt alao derart ausgebildet» daß er bei
anderen als der optimalen Strömungsmittelsienge, die von der
brühvorrichtung abgegeben wird, nicht schwingt·
Der Schwingkörper 61 ist ein einfaches Beispiel für einen
Resonanzkörper, der als Anzeiger für eine bestimmte Strömungemenge dient· Statt dee SchwingkBrpers 61 kann auch eine
Stimmgabel verwendet werden, die bei einer bestimmten Strömungsmitteldurchflußmenge
einen Ton abgibt· Weiterhin kann es eich auch um einen magnetischen Eesonanzkörper handeln, aur Abgabe
eines elektrischen Signale uew· In jeden falle wird keine
Strömungemenge entnommen oder die Strömung In anderer Weise beeinträchtigt, so daß eine genaue Strömungemittelemenge angezeigt
werden kann.
Außer für Anwendungen in der Industrie sind erfindungsgemäße
Sprühvorrichtungen auch in vielen Anwendungen für den Konsummarkt von Interesse· Hierzu gehört z.B* eine Munddusche, wie
sie in unserer parallelen Anmeldung vom gleichen Sage beschrieb
ben ist« Eine weitere Anwendung ist in fig· 10a und 10b dargestellt·
Hierbei handelt es sich um eine Waeserbürste 70, die
einen Bürstenkörper 71 umfaßt, der an seinem hinteren Ende an eine leitung angeschlossen 1st, über die Wasser von einem
Wasserhahn zugeleitet wird. Innerhalb des Borstenkörper« 71 befindet sich ein erfindungsgeaäßer Oszillator (hier nicht dargestellt).
Der Oszillator gibt seinen schwingenden Strahl durch eine im wesentlichen rechteckige öffnung 72 am vorderen Ende
des Büratenkörpere ab. Ea ist klar, daß die Gestalt der Auslaßöffnung
in Abhängigkeit von der Gestalt des Sprühstrahles
geändert werden kann. Um die Öffnung 72 herum befindet sich am vorderen Ende des fiürstenkörpers ein im wesentlichen tropfenförmig vorspringender Band aus einem schaungummiartigen Kunststoffmaterial, das wasserdurchlässig ist·
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ORiGlNAL fNSPECTED -
Di· Wirkung dieser Waasermassagebürste hängt nicht τοη dem
natürlichen Widerstand oder Elastlsitat der Haut ab zur Erzielung einer optimalen Wirkung einer Hautmaaaage und einer
Durchblutung der Haut. Vielmehr wird daa durch Wassertropfen 'an einer Stelle eingedrückte Hautgewebe beim Zurückgehen in
•eine Ausgangslage durch nachfolgende Waasertropfen, die auf
eine unmittelbar benachbarte Hautatelle auftreffen, positiv unterstützt. Auf diese Weise kann die Frequenz des schwingenden
Massagestrahles der Wassermassagebürste wesentlich höher gewählt werden, als die Frequenz τοη Pulaatrablmassagegeräten,
weil die frequenz der Pulsstrahlen begrenzt ist durch die Zeit,
die für die Haut erforderlich ist, aus einer eingedrückten Stellung durch ihre eigene Elastizität wieder in ihre Ausgangslage
zurückzugelangen«
Andere Sprühgeräte zum persönlichen Gebrauch sind zur Anwendung des erfindungsgemäflen Oszillatore besonders geeignet·
Hierzu wird auf Fig. 13 verwiesen, in der ein Zerstäuber 80 dargestellt ist, der aus einem Behälter 81 mit einem entfernbaren
Deckel 82 besteht. Ein herkömmlicher Gummibalg 83 an
einem in den Behälter durch den Deckel 82 ragenden kurzen Rohr 84 wird τοη Hand gedrückt, um Luft aus dem Balg über das
Rohr 84 in den Behälter zu drücken. Daa Rohr 84 endet kurz hinter dem Deckel 82 oberhalb eines Flüssigkeitsspiegels
in dem mit einer Flüssigkeit gefüllten Bebälter· Sin zweites Rohr 85 endet kurz über dem Boden des Behälters und ist luftdicht
wie das Rohr 84 durch den Deckel 82 geführt· Das obere finde dee Rohres schließt an das Eingangsende eines erfindungsgemäSen
Oszillators 86 an.
Durch Drücken dee Gummibalges 83 wird flüssigkeit unter Druck
durch die Leitung 85 befördert. Bei Erreichen des Oszillators 86 wird τοη diesem ein sohwingender Strahl erzeugt, der einen
Sprühstrahl abgibt, dessen Eigenschaften vorstellend beschrieben sind.
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ORIGINAL INSPECTED
Der Zerstäuber nach Fig. 13 ist zur Zerstäubung von Perfume,
Kölnisch Wasser, desodoriesierenden Mitteln, Desinfektionsmitteln usw. geeignet. Außerdem können Zerstäuber zur Ablesung von
Farben, zum Auftragen von Luaungs- und Reinigungsmitteln usw.
benutzt werden. Auch kann der Zerstäuber zur Abgabe eines schwingenden Gasstrahles oder anderer nicht-flüssiger Fluide
verwendet werden. Es ist zu bemerken, daß all diese Anwendungen des erfindungsgemäflen Oszillators auoh mit anderen Druckquellen,
wie Gummibälgen83, betrieben werden können.
Fig. 14 zeigt eine weitere Anwendung. Es handelt sieb um einen erfindungsgemäßen HandsprUbapparat 90, mit einem flexiblen
Flüssigkeitsbehälter 91, der von Hand zusammengedrückt werden kann, um den notwendigen Druck zur Abgabe eines Sprühstrahlen
zu erzeugen. Eine Kappe 92 des Behälters 91 ist mit einem erfindungsgemäSen Oszillator 95 versehen, der mit der Kappe aus einem
Stück bestehen kann. An den Oszillator 95 sohlieSt mit ihrem
einen Snde eine flexible Leitung 94 in dem Behälter 91 an. An dem vom Oszillator abgewendeten anderen Snde der flexiblen Leitung
94 ist ein Gewicht 95 befestigt, das das Leitungsende jeweils an dem tiefsten Snde des Behälters hält, ganz gleich,
auf welch· Veise der Behälter in der Hand des Benutzers gehalten wird.
Die flexible Leitung 94 dient dazu, Flüssigkeit aus dem Behälter 91 unter Druck in den Oszillator 95 zu führen, wenn der Behälter
von Hand zusammengedrückt wird.
Der Handsprühapparat 90 kann entsprechend dem Zerstäuber 80 (Fig. 13) benutzt werden. Der Torteil des Handsprtthapparates 90
besteht darin, daß er leicht in jede Richtung gehalten werden kann, auch senkrecht nach unten, und dafi in allen Stellungen
ein Sprühstrahl abgegeben werden kann. Das liegt daran, daß das Gewicht 95 das Einlaßende der flexiblen Leitung 94 stets in
eine Lage unter dem Flüssigkeitsspiegel hält, ganz gleich, wie der Behälter 90 gehalten wird.
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Bel beiden SprühTorrichtungen 80 und 90 nach Flg. 13 und 14
können die Behälter von der Kappe und des mit der Kappe In
Verbindung stehenden erfindungsgemäßen Oszillator getrennt werden, so daß sich die Behälter unter Benutzung des gleichen
Kappenrerschlusses mit dem zugehörigen Oszillator austauschen
lassen·
Der erfindungegemäße Oszillator kann auch In Verbindung mit
fluids anders als Wasser benutzt werden· Hierbei kann es sich
vorteilhafterweise auch um Arbeitsflüssigkeiten oder Arbeltsgase
handeln« In denen sehr feine Teilchen enthalten sind,
wobei das Gemisch aus Gas und feinen Teilchen oder Flüssigkeit und feinen Teilchen* die charakteristischen Merkmale eines
Strömungsmittel* aufweist· Typische Beispiele sind dehydrierte
Festkörperteilchen, wie z.B. getrocknete Farben und Milch v
granulierte Festkörperteilchen, wie Zucker, pulverisierte Stoffe» wie Schießpulver usw. In vielen Fällen ist es möglich«
Festkörperteilchen In einem Fluid über einen erflndungsgemäfien
Oszillator zu versprühen, wie er In Fig. 1 beschrieben 1st.
In manchen Fällen fallen jedoch die Festkörperteilchen Innerhalb
der Weehselwirkungskamoer aus bzw· neigen zum Ausfallen· Qa
ein solches Ausfallen zu verhindern« ist in Flg· 15 ein besonderer, diesen Umstand Rechnung tragender Oszillator für ein
Ausführungsbeispier dargestellt. Der Oszillator 100 besitzt die
gleichen Seile wie der Oszillator 10 in Fig· 1, die alt den gleichen Bezugszeichen versehen sind· Zusätzlich enthält der
Oszillator eine Singangsleitung 101 für Luft» welche mit einem
Terzwelgungskanal 102 verbunden ist. Der Yerzweigungskanal steht über öffnungen 103 in beiden Seltenwanden 13 und 16 mit
der Wechselwlrkungskamaer 13 in Verbindung» Ober die Eingangsleitung
101, den Verzweigungskanal 102 und die öffnungen gelangt Luft oder Gas unter Druck in die Vechselwirkungekammer
13* Hierzu 1st die Leitung 101 an eine nicht dargestellte Druckluftquelle
angeschlossen, um den Druck in der Wechselwirkngskammer
zu erhöhen· Der erhöhte Druck verhindert« daft in dem Fluid enthaltene Festkörperteile in der Wecheelwirkungskamner
»or Ausfällung körnen können· Ein Verstopfen der Kanäle alt
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ORIGINAL INSPECTEE
Festkörperteilchen kann, so verhindert werden. Vielmehr werden
die Festkörperteilchen angetrieben» aus der Austrittsuffnung
mit dem ausströmenden Strahl auszutreten*
2er die Festkörperteilchen enthaltende Strahl, der den Oszillator 100 verläßt, besitzt die Gestalt einer schmalen einus-
oder zickzackfurmlgen Kurve, wie sie In Pig« 19 gezeigt ist·
In dieser Form können die Seilohen entweder auf «in· Fläche
(wenn es sich um eine Farbe handelt) gesprüht werden oder in einem besonderen Prozeß bzw· Verfahreneschritt wie gefordert
verteilt werden· Sine weitere Ausbildung eines erfindung3gemä3en Oszillators zur Abgabe eines Strahles entsprechend Pig· 19 ist
In den Fig· 16 und 18 aufgezeigt« Der Oszillator 105 enthält die
gleichen Seile wie der Oszillator 10 nach Fig· 1· Zusätzlich enthält er ein Rohr 106, das sich durch die Platt« 11 erstreckt
und im Bereich der Ana tritt aÖffnung 14 endet. 2)1· Lage des
Rohres 106 ist derart, daß der aus der AuetrittaÖffnung 14
austretende Strahl jeweils über die öffnung dee Rohres 106
streicht unabhängig von der Lage des Strahles· Das Rohr 106 dient dazu, feste Partikel oder ein Fluid den schwingenden
Strahl beim Überstreichen über die Öffnung des Rohres 106 zuzunißchen.
Das zuzumischende Gut kann entweder vom Strahl durch
das Rohr 106 angesaugt werden oder es wird unter Druck dem
Strahl zugeleitet· In jedem Falle trägt der Strahl das züge*
führte Material bzw. den zugeführten Stoff mit sich in einer
Strahlform, wie sie in Pig« 19 gezeigt ist. In einen typischen
Anwendungefall kann die ArbeltsstrSaung Luft und das über das
Rohr 106 zugeleitete Material aus festen Teilchen bestehen· Allgemein kann die Arbelte3tr8mung jede Flüssigkeit, jedes Gas
oder In eine flüssigkeit Übergeführte Festkörper oder in einer
solchen aufgeschlämate Pestkörper betreffen und der über dae
Rohr 106 zugeführte Stoff kann ebenso flüssig, gasförmig oder aus einzelnen trockenen oder In einer Flüssigkeit auf ge schlamm*
ten Festkörperteilchen bestehen. Das Rohr 106 kann z,B. In Terbindung
mit der Vaeeeraaseagebürste 70 Ia Pig· 10m, 10b stehen,
im ζ·Β· Seife oder dergleichen des Strahl zuzumiechen. Das
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ORIGINAL INSPECTED
Rohr 106 kenn auch in Verbindung mit der landwirtschaftlichen
Sprühvorrichtung nach Fig. 12 verwendet werden ; um z.B· pestizide
Mittel einem Dängemitteletrabl oder umgekehrt zuzumiechen·
In einigen Fällen kann es wünschenswert sein, dem austretenden Strahl Stoffe so zuzumischan, daß der Stoff nicht über den ganzen
Strahl gleichmäßig verteilt 1st. Z»B. zeigt Fig. 20 einen
Sprühstrahl, der in eine Reihe von Strahlteilen aus strömungsfähigen
Festkörperteilchen besteht» die entlang einer geraden Linie strömen. Ein erfindungagemäßer Oszillator zur Abgabe
eines solchen SprUhatrahles ist in den Fig. 17 und 18a gezeigt·
Der Oszillator ist lsi wesentlichen gleich dem Oszillator 10 nach Fig· 1» wobei gleiche Seile mit den gleichen Bezugsweichen
benannt sind* Abweichend von dem Oszillator 10 enthält der
Oszillator 110 ein Rohr 111 ähnlich dem Rohr 106 des Oszillators
105t das aber anders als das Rohr 106 in dem Austrittsbereich 17 mündet und zwar mit einem wesentlichen Abstand stromab von der Austrittsöffnung 14« In dieser Lage überstreicht
der austretende Strahl die öffnung des Rohres 111 bei seinem Hin- und Herschwingen« und zwar nur zwei Mal während einer
Schwingungeperiode· Das heißt, der Strahl passiert dia Austrittsöffnung des Rohres 111 nur, wenn der Strahl sich inoder nahe
seiner Hittellage befindet und nicht« wenn er seine ceitliehen
Stellungen gegenüber der lüttellage einnimmt. Das ohr 111
kann aber so angeordnet sein, daß seine öffnung nur von dem Strahl überströmt wird, wenn sich dieser in einer seiner beiden
extremen Lagen befindet· Es können auch mehr als ein Rohr in den Austrittsbereich 17 münden, so daß eine entsprechende
Anzahl Sprühstrahlen gemäß Fig. 20 abgegeben werden, die
zwischen sich Winkel einschließen. Xn Jedem Fall enthält der
Sprühstrahl« der von dem Oscillator 110 abgegeben wird, über
das Rohr 111 zugeführte Stoffe, die sich nur an diskreten Stellen des Sprühstrahles befinden. Die Fluide und die Stoffe
bzw· Materialien, die im Zusammenhang mit dem Oszillator 110 verwendbar sind, sind die gleichen wie die für den Oszillator
105 nftch Fig· 16 und 18.
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ORIGINAL INSPECTED
Sin weiterer Oszillator nacü der Erfindung iet in Pig· 21
dargestellt. Der Oszillator 120 besitzt die gleichen Teile wie der Oszillator 10 nach Fig. 1 mit Ausnehme der Düse 121,
die eich von der Düse 12 in flg. 1 unterscheidet. Die Suse 121
besitzt am Düsenauetritt eine scharfkantige Düsanverengung,
Ähnlich wie der Düsenaustritt der in der US-O?at ent schrift
3 608 703 aufgezeigten Düse· Vie im dem US-Patent beschrieben,
ist ein von einer solchen Düse abgegebener Strahl leichter auelenkbar, so daJ eine kürzere Vechselwirkungskaaaer möglieb 1st.
Durch Verwendung der Düse 121 war es möglich, die Länge der
Wechselwirkungskammer des Oszillators 120 in Fig. 21 kürzer auszubilden als bei den Oszillator 10 in fig· 1. Wesentlich
ist dabei ι daß die Aus tritt söffnung U und die Steuerkanäle 21,
22 ausreichend sohmal ausgebildet sind, so daß im Betrieb der
statische Druck an auf atrooaeitigen finde der Weobselwirkungskamner
13 positiv größer ist als in Austritt s be reich. Das erlaubt»
wie vorstehend beschrieben, daß das fluid von der Vechselwirkungskammer
13 zum Austrittsbereich 17 über die Steuerkanäle 21, 22 strömt, wobei diese Strömung in Auslaßrlcbtung verhindert,
dad von außen über die Steuerkanäle fluid aus den Austrittsbereich in die Vechselwirkungskamner gelangen kann· Außerdem
wird verhindert, daß der Strahl auf die seitlichen Wandungen des Austrittsbereiohes auf treffen kann, wodurch unerwünschte
kleine Tröpfchen entstehen würden.
Zusaanenfassend weist der vorstehend beschriebene, erfindungsgemäße fluidische Oszillator vorallea folgende Torteile aufs
(a) XIn flüssiger ^rühstrahl kann in einer gewünschten Strahlform
bei niedrigeren Drücken als bisher erzielt werden·
(b) Wenn erwünscht« kann eine einheitliche Tropfengröße erzielt
werden· In jedem Fall kann eine minimale und eine maximale Tropfengröße bei niedrigeren Drücken als bisher erzielt
werden·
(o) Aus dem Austrittebereich kann kein fluid in die Wechselwirkungskanmer
gelangen.
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(d) Der Strömungefluß durch den Oszillator kann ohne Eingriff
in die Strömung selbst gemessen werden·
(e) Der Oszillator nach der Erfindung kann wesentlich kleiner als bekannte Oszillatoren gebaut werden, die eine Wechselwirkungskamaer
alt innerer Rückführung entlang ausgebuchte» ten Seitenwinden besitzen.
(f) Der erfindungsgemäSe Oszillator kann mit flacheren Kanälen
als bekannte fluidieche Strömungselemente gebaut werden,
und zwar ist das Düsanrerhältnis (Tiefe der Düse zur Düsenweite) kleiner als bisher· Gemeint ist die Düse,
über die die Arbeitoströmung (Hauptatromung) zugeführt wird·
Das erlaubt eine einfachere und koetensparendere Herstellung
als bisher.
Bezüglich des Vorteiles eines kleineren DüsenTerhältnisses ist
noch BU bemerken, daß das kleinere Verhältnis keine Einwirkungen
auf die Arbeitsirequenz des Oszillators hat· In anderen Worten,
alle anderen Dimensionen bleiben unverändert« das Indern der Kanaltiefe mindert nicht die Arbeitsirequenz bei Irgendeinem
Arbeitsdruck· Diese Vorteile stellen keine Beschränkimg hinsichtlich der Anwendung des Düsenverhältnisses dar· Die Erfindung
arbeitet bei größeren Düaenrerhältnissen gleichermaßen
gut·
Ee ist su betonen, daß ein sinusförmiger Sprühstrahl entsprechend
Fig· 5 mehr Tropfen τοη einheitlicher Groß· als der Sprühstrahl
mit einer zick-saek-förmigen Gestalt nach Fig· 6 besitzt, obgleich
die Änderung der Tropfengröße in dem Sprühstrahl nach
Fig. 6 in keinem falle groß 1st· Wie angegeben, ist bei der zlck-zack-förmigen Gestalt des Sprühstrahles nach Flg. 6 die
räumliche Verteilung der Flüssigkeit einheitlicher als bei dem sinusförmigen Sprühstrahl nach Flg. 5» obwohl der sinusförmige
qrtihatrahl für die meisten Sprühstrablanwendungen ausreichend
1st« Die günstigste Kombination swisehen einheitlicher fropfengröße und einheitlicher Flüssigkeitsrerteilung wird durch
einen Koaproml· «wischen den beiden Sprühatrablausbildungen
erhalt·»· 609817/1187
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Ein anderer Vorteil der Erfindung beruht in der fatsaohe, daß
der Oszillator nicht fortwährend nachtropft, wenn er nicht arbeitet, ein Problem, das bei den herkömmlichen Sprühdüsen
vorhanden ist·
Ein noch weiterer Vorteil beruht darauf» daß die Erfindung in Gas«- und in Wasserumgebung arbeiten kann, und daß als Arbeitsfluid
eine Flüssigkeit oder ein Gas geeignet ist· Die meisten bekannten fluidisehen Oszillatoren arbeiten nicht in
jeder Umgebung·
Der Oszillator nach der Erfindung ist in der Lage, ein Fluid
mit größerer Viskosität in einer unverminderten Sprühform bei
einem gegebenen Flüssigkeitsdruck abzugeben, als es beim Stand der Technik möglich war· Das ist besonders vorteilhaft bei
Aerosol-Sprühern, bei denen der verwendbare Druck beträchtlich stark begrenzt ist« Außerdem besiteen einige Aerosolsprüher
Lösungsmittel in der abgegebenen Flüssigkeit zur Verringerung der Viskosität. Die Viskosität soll dabei so weit erniedrigt
werden, daß ein Versprühen möglich 1st· Der erfindungegemäS· Oszillator erlaubt eine beträchtliche Verringerung an Lösungsmittel in solchen Sprühvorrichtungen· Die verringerung des
Lösungsmittels verringert die Bildung von kleinen Tropfen,
die anders Im Zusammenwirken von tJmgebungsluft und Fluid mit
geringer Viskosität gebildet werden· Weiterhin reduziert die Verringerung des Lösungsmittels die Tendenz des versprühten
Fluids (z.B· einer Farbe) nach dem Auf treffen auf die zu besprühende Fläche zxl laufen·
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht JLn der hin- und berstreichenden Wirkung der Sprühstrahlen. Ee hat «loh geseigt,
daß der pulsierende Strom bekannter Oeeillatoren die erkrankte Haut von Keimen befreien kann und Wundem reinigt. Der erfindungsgemäße
Pulsator erreicht eine solche Wirkung hei hohen Frequensen und relativ niedrigen Drücken, ohne daß dabei der
Patient ein stechendes Gefühl wie bei pulsierenden Strumen bat.
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OHIGiNAL /NSPECTEO
In der Tat führt ein prickelndes Gefühl, das der Patient unter den Sprühstrahlen eines erfindungsgemäßen Oszillators
wahrnimmt, zu einer gewissen Empfindungslosigkeit eines begrenzten Bereichs anders als die stechenden Empfindungen»
die mit den bekannten Oszillatoren erzielt werden.
Der erfindungsgemäße Oszillator erzeugt einen la wesentlichen
ebenen gefächerten Sprühstrahl, der sich durch die Ausbildung der Austrittewände bzw. der Austrittsöffnung verändern läßt.
Außerdem muß der Sprühstrahl nicht ubedingt in einer Ebene liegen, indem der Oszillator derart ausgebildet wird, da£
die Platte 11 nicht eben ist. Ζ·Β· wenn die Platte 11 eine
balbzylindrlache Form aufweist, muß der abgelenkte Strahl
quer XU der halbzylindriscben Platte abgelenkt werden, ao daß
der austretende Strahl nicht flach ist, sondern eine konische oder halbzylindrisohe Gestalt besitzt· Andere Ausbildungen
der Platte 11 führen zu entsprechenden Strahlausbildungen.
Terschiedene Anwendungen des erfindungegemäßen Oszillators sind
nachstehend aufgeführts
(1) Landwirtschaftliche Sprühvorrichtungen
(2) larbeneprühvorrichtungen
(3) Mundduschen
(4) Aerosol-Sprüher
(5) Yersprühen eines fluids unter Zusatz von festen teilchen
(6) Messung der Strömungsmenge
(7) aeratauber
(8) Strömungsmischer
(9) Kraftstoffeinspritzung
(10) Trockner
(11) Maseagegeräte
(12) Reinigungsvorrichtungen.
Bezüglich der Reinigungsvorrichtung ist anzugeben, daß der
erfindungsgeaäß erzielte Sprühstrahl sum Reinigen der verschiedensten Oberflächen geeignet ist· So werden beträchtliche
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ORlGiMAL INSPECTED
Vorteile auf dem Gebiet der v/undbehandlung erzielt, wo Flüssigkeitsstrahler!
von Wasser und/oder antiseptischen Lösungen
auf die Wunden bzw· wunden Stellen gesprüht werden, um eine
wirksame Sterilisation zu eraielen.
Sie Erfindung befaßt sich somit Yorallem gans allgemein auf
Vorrichtungen und deren Anwendungen zur Abgabe ron Plüasigkeitsstrahlen
unter niedrigem Druck, dabei spielt die Abgabe eines Flüssigkeitsstrahlea, der periodisch abgelenkt wird
und eine steuerbar« Tropfengröße sowie eine steuerbare Flüssigkeitsyertellung besitzt, eine besondere Rolle, die
für viel· Anwendungen wesentlich ist·
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ORIGINAL INSPECTED
Claims (25)
- Patentansprüche1« Vorrichtung zum Versprühen eines fluids« insbesondere fluidischer Oszillator, mit einer Düse zur Abgabe eines Strahles der durch eine Austritteöffnung in einem von an die AustrittBöfinung anschließenden stromab divergierenden Austrittswänden begrenzten Auetrittebereich periodisch zwischen den beiden Austrittawänden hin- und herschwenkt, dadurch gekennzeichnet! dad der Strahl die Austrittsöffnung (14} vollkommen ausfüllt und die Austrittswände (18, 19) je eine Öffnung (23» 25) Bit einem anschließenden mit fluid gefüllten Kanal (21, 22) aufweisen, aus den beim Tosbeiströmen des Strahles in seiner einen extremen Lage Fluid austritt und entlang der Austrittswand fließt, so dafl der Strahl gehindert ist, sich an die Austrittswand anzulegen.
- 2. Vorrichtung nach Anspruch 1 alt einer Wechselwirkungskammer mit auf- und abstromseitigen *in- bsw. Austrlttsuffnungen und ausgebuchteten Seitenwänden, die von der «ufstrooseitigen Eintrittaöffnung aus zunächst divergieren und sur abstromseitigen Austrittsuffnung hin konvergieren, mit einer Düse sur Abgabe eine» Strahles durch die Eintrittsöffnung in die Wechselwlrkungskanmer, einem Austrittebereieb im Anschluß an die Austrittsöffnung der Wechselwirkungskammer mit von der Austrittsöffnung aus divergierenden Seitenwänden und mit beiderseits der Seitenwände der Wechselwirkungskammer vorhandenen Steuerkanälen, die sich jeweils zwischen Offnungen in den divergierenden Seitenwänden des Austrittebereiche und öffnungen in den Seitenwänden am aufstromseitigen Ende der Wechselwirkungskammer erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß die Veite des Austrlttsendes nur wenig größer als die engste Weite der Hauptdüse ist, so daß der austretende Strahl die Vechselwirkungskammer vom Auetrittebereich abschließt, und daß die axiale Länge der Wechselwirkungekammer derart relativ kurz und der Querschnitt der Steuerkanäle derart relativ klein gewählt sind, daß der positive statische Druck609817/1187-40-ORiGlNAL INSPECTEDam Eintritt sende der Weehselwirkungskammer den statischen Druck im Auetrittsbereicb übersteigt und Vasser in den Steuerkanälen nur in Richtung zum Austrittsbereich strömt·
- 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer engsten Veite V der Hauptdüse, die Veite des Austrittsendes 1,1 W bis 1,5 W beträgt, daß der Abstand zwischen den engsten Querschnitten der Uauptdüee und dem Auetritteende kleiner als 8 V, insbesondere 5 V bis 8 W1 beträgt und daß der Querschnitt der Steuerkanäle gleich oder kleiner als der engste Querschnitt der Hauptdüse ist·
- 4· Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß bei gleicher liefe der Steuerkanäle und der HauptdUse die Veite der Steuerkanäle kleiner/gleich 0,7$ V ist.
- 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet} daß die Abschnitte der Seitenwände des Austrittebereiches stromab τοη den öffnungen der Steuerkanäle unter einem kleineren Vinkel divergieren als die Abschnitte der Seitenwände zwischen dem Austritteende der Wechselwirkungekammer und den öffnungen der Steuerkanäle·
- 6· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bi· 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Austritt der Düse verengt ist·
- 7· Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verengung von einem langgestreckten Hals alt parallelen Seitenwänden gebildet wird (Pig. 4)·
- 3« Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verengung von nach innen gerichteten seitlichen Torsprüngen gebildet wird (Eig. 1).
- 9· Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprung· scharfkantige, zur Längsachse der Düse senkrecht609817/1187 ~41~ORIGiNAL INSPECTEDnach innen weisende Wandabachnitte bilden, die eine trichterförmige Düsenöffnung mit stromab nach außen divergierenden Wandabschnitten bilden, in die die Steuerkanäle nabe der Düsenöffnung munden (Pig. 21).
- 10· Torriehtung nach Anspruch 2 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die divergierenden Seitenwände am atromaufseitigen Ende der Vecbselwirkungskammer ungekrümrate Seitenwandabachnitte aufweisen, an die stromab nach außen kreiabogenförmig divergierende und zur Austrittsöffnung der Wechselwirkungskammer hin konvergierende Seitenwandabsehnitte anschließen (fig· 1, 21 ·
- 11. Torriohtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der die Wechselwirkungekararaer und die Kanäle abschließenden flachen Deck- und/oder Bodenplatte iis Bereich der Austrittsöffnung der Wechaelwirkungskasmer wenigstens eine öffnung zur Zuführung von fluiden Stoffen vorgesehen ist, die von dem auetretenden Strahl ständig überströmt wird (Jig. 16).
- 12· Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der die Yechsülwirkungakammer und die Kanäle abschließenden flachen Deck- und/oder Bodenplatte Bit Abstand von der Austrittsöffnung im Austrittaberelch wenigstens eine Öffnung zur Zuführung von fluiden Stoffen vorgesehen 1st, die von dem austretenden Strahl während einer Schwingungsperiode nur kurzzeitig überströmt wird (Pig· 17)·
- 13. Torrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Weetaselwirkungskammer über wenigstens eine öffnung an eine äußere Druckmittelquelle zur Erhöhung des etatischen Druckes in der Wechselwirkungskammer angeschlossen 1st.
- 14. Torrichtung nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß in den Seitenwänden der Wechselwirkungekammer *anäle vorgesehen-42-609817/1187ORIGINAL INSPECTEDBind, die durch mehrere öffnungen mit der Wecheelwirkuri^skainner verbunden aind, und dad die miteinander verbundenen Kanäle über wenigstens eine Ansehlußöffnung an die äußere Drucksiittelquelle angeschlossen sind (ig. 15)·
- 15« Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Austrittalsereich einen halbkreisförmig gewölbten Auatrittsechlitz bildet.
- 16· Vorrichtung nach Anspruch 5 und weiteren Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte der Seitenwände des Austrittsbereichs stromab von den öffnungen der Steuerkanäle leicht nach außen gewölbt sind (Fig« 15)·
- 17· Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an den Auatrittobereich des Oszillators eine trichterförmige Meßkamraer zur Aufnahme und Weiterleitung des schwingenden Strahles anschließt, wobei die durch den Strahl bewirkten Schwingungen der Meßkammer ein Haß für die frequent des Strahles proportional seiner Durchfluflraenge ist·
- 18· Vorrichtung nach Anspruch 17» dadurch gekanneeichnet, daß die MeSkamaer mit einem piezoelektrischen Umformer zur Erfassung der Schwingungen versehen ist (Fig· 9)·
- 19· Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Außenwand des Ü4n Oszillator aufnehmenden Gehäuses «in Reaonarnskarper angebracht ist, der bei einer bestimmten frequenz des Strahles in Schwingung gerät und diese Frequenz anzeigt (Pig. β).
- 20« Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ossi11ator an einen Deckel für einen flexiblen flüssigkeitsbehälter an-Bcbließt (Pig. 14).609817/1187 -43-ORlGiNAL INSPECTED
- 21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß an die Düse ein in dem Behälter liegender flexibler Schlauch anschließt, an dessen Einlaßöffnung ein Gewicht angebracht ist (Pig· 14)·
- 2£· Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden eprücbe, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse an ein starres Zuleitungarohr anschließt, daa durch einen Deekel bis didat Über den Boden eines FlttsoigkeitsbebäTters reicht und daß durch den Deckel außerdem ein kurzes Rohr ragt, das an einen Luftbalg angeschlossen ist (Fig. 13)·
- 23· Vorrichtung nach einein oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere in Reihe angeordnete Oszillatoren zur Versprühung von Farben, Lacken und dergleichen Flüssigkeiten auf einer Fläche an einem länge der Fläche verschieblichen Rahmen gehalten sind (Pig. 11),
- 24« Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere in Reihe angeordnete Oszillatoren sur Versprühung von Lösungen (Düngemitteln, Unkraut- und Schädlingavert.ilgungsmitteln) über dem Ackerboden an einem Rahmen gehalten sind, die als seitlicher Ausleger an einem Fahrzeug angebracht sind (Fig·12).
- 25. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Austrittsbereich in eine öffnung einer stirnseitigen Wand eines Maesage- und/oder Reinigungsgeräteβ austritt und die öffnung von einem vorspringenden Band aus Kunststoff (Schaumstoff) umgeben ist (Fig. 10).26« Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand eine tropfenförmige Gestalt besitzt (Fig. 10)·609817/1187ORIGINAL INSPECTEDLeerseite
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