Die Erfindung betrifft einen fluidischen Oszillator, der zu einer Längssymmetrieebene P symmetrisch ist, aufweisend eine Öffnung, durch die das Fluid in die so genannte Oszillationskammer als zweidimensionaler Fluidstrahl eintritt, der zu der besagten Symmetrieebene P quer schwingt, und ein Hindernis, das den größten Teil der besagten Oszillationskammer belegt, mit einer Stirnwand, in die gegenüber der besagten Öffnung ein Hohlraum eingearbeitet ist, der von dem schwingenden Fluidstrahl bestrichen wird.

Fluidische Oszillatoren sind hinreichend bekannt, und das Dokument WO 9322627 gibt dazu ein Beispiel, das in 1 in der Draufsicht dargestellt ist.

Dieser Oszillator 1, der zu einer Längssymmetrieebene P symmetrisch ist, umfasst eine Oszillationskammer 3 mit einem Hindernis 5. Das Hindernis 5 weist eine Stirnwand 7 auf, in die ein so genannter stirnseitiger Hohlraum 9 gegenüber einer Öffnung 11 eingearbeitet ist.

Diese Öffnung 11 definiert einen Fluideingang in die Oszillationskammer 3 und ist in der Lage, einen zweidimensionalen Fluidstrahl auszubilden, der quer zur Längssymmetrieebene P des Oszillators schwingt.

Ist der fluidische Oszillator im Betrieb und trifft der Fluidstrahl auf den stirnseitigen Hohlraum 9 und überstreicht diesen während des Schwingens, bilden sich beiderseits des Strahls Hauptwirbel T1, T2 aus (1), die gegenphasig und im Zusammenhang mit dem Schwingen des Strahls abwechselnd stark und schwach sind.

Auf 1 belegt der Wirbel T1 einen Raum, der weitaus größer ist als der Raum des stirnseitigen Hohlraums des Hindernisses, und der Druck dieses Wirbels ist derart, dass der Strahl trotz des Vorhandenseins des anderen Wirbels T2, der sich zwischen der sich an den Hohlraum anliegenden Stirnwand 7 des Hindernisses 5 und der Wand 13 gegenüber der mit der Öffnung 11 verbundenen Oszillationskammer befindet, in eine extreme Position gedrängt wird.

Ist der Fluidstrahl in dieser Position, wird ein Teil des aus dem Strahl hervorgegangenen Stroms hinter das Hindernis gelenkt und ein anderer Teil zurück, der den Wirbel T2 speist, der immer größer wird und dessen Druck so lange steigt, bis er ausreichend groß ist, um den Strahl auf die andere Seite in die entgegengesetzte extreme Position zu drängen.

Somit schwingt der Strahl von einer extremen Position zur anderen und man kann durch Ermittlung der Schwingfrequenz des Strahls den Fluiddurchsatz bestimmen, wobei die Frequenz als proportional zum Durchsatz betrachtet wird.

Um Fehler bei der Bestimmung des Fluiddurchsatzes zu reduzieren, darf das Verhältnis Schwingfrequenz/Durchsatz keinen allzu großen Schwankungen ausgesetzt sein, die vom Strömungsregime abhängen.

Nun hat der Anmelder im so genannten Übergangsregime, d. h. bei Reynoldsschen Zahlen, die für die Strömung gegenüber der Öffnung 11 berechnet wurden und die bei ca. 300 liegen, in der Nähe der Basis des Fluidstrahls neben dem Wirbel T1 einen Hochdruckbereich feststellen können (Wirbel T3), sowie andere Wirbel, die auf 1 gegenüber der Stirnwand unter den Wirbeln T1 und T3 dargestellt sind.

Diese Wirbel verstärken die Wirkung von Wirbel T1, und Wirbel T2 benötigt aus diesem Grund mehr Zeit, bis er ausreichend stark ist, um die von T1 und T3 ausgeübten Drücke auszubalancieren, wodurch sich die Schwingfrequenz verringert und folglich Fehler bei der Bestimmung des Fluiddurchsatzes auftreten.

Im übrigen ist durch Dokument US 4,244,230 ein fluidischer Oszillator bekannt, der eine Düse aufweist, die sich in Richtung eines U-förmigen Hindernisses erstreckt, das eine Oszillationskammer definiert. Die Länge der Seitenwände der Düse ist gleich dem Abstand zwischen den Enden der Wände des Hindernisses und dem Scheitelpunkt der Flächen unterhalb der beiden Abschnittselemente in Form eines Halbovals, die im Verhältnis zum Kanal vertikal angeordnet sind und deren Hauptachsen parallel zur Strömungsrichtung des Fluids verlaufen, bzw. größer als dieser. Während des Betriebs des fluidischen Oszillators beeinflusst dieser Düsentyp das Schwingen des Strahls, indem sie die Entwicklung des Wirbels T1 erheblich behindert.

Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, diese Probleme zu beheben und schlägt einen zu einer Längssymmetrieebene P symmetrischen fluidischen Oszillator vor, der eine Öffnung aufweist, durch die das Fluid in die so genannte Oszillationskammer in Form eines zweidimensionalen Fluidstrahls, der im Verhältnis zur besagten Symmetrieebene P quer schwingt, gelangen kann, und ein Hindernis, das den größten Teil der besagten Oszillationskammer ausfüllt und eine Stirnwand mit einem Hohlraum gegenüber der besagten Öffnung hat, die von dem schwingenden Fluidstrahl überstrichen wird, dadurch gekennzeichnet, dass sich die beiden Seitenwände beiderseits der Öffnung erstrecken und diese verlängern, so dass innerhalb der Oszillationskammer eine Düse ausgebildet wird, in Richtung des Hindernisses, gemäß einer Länge, die kürzer sein muss als der Abstand zwischen der Öffnung und der Stirnwand des Hindernisses, damit das Ende der besagten Wände nicht zu nah bei dem Hohlraum liegt.

Diese Düse schützt den Fluidstrahl vor den im Hochdruckbereich in der Nähe der Basis des besagten Strahls befindlichen Wirbeln, die dazu beitragen, dass dieser übermäßig abgeknickt wird.

Der Fluidstrahl ist demzufolge weniger dem Einfluss dieser störenden Wirbel unterworfen als bei vorgenannter Erfindung.

Demnach weist der erfindungsgemäße fluidische Oszillator eine im Übergangsregime höhere Schwingfrequenz auf, als der dem Stand der Technik entsprechende fluidische Oszillator.

Einem Merkmal zufolge sind die Seitenwände zueinander etwa parallel. Die Länge Le der Seitenwände ist vorzugsweise 0,75 bis 1b, wobei b das Quermaß bzw. die Breite der Öffnung bezeichnet. Das Längsmaß Le der Seitenwände ist zum Beispiel etwa gleich b.

Die Stirnwand des Hindernisses weist vorzugsweise zwei im wesentlichen ebene Stirnflächen auf, die den Hohlraum des besagten Hindernisses umrahmen, wobei die Ebene jeder der besagten Flächen etwa senkreich zur Längssymmetrieebene P ist.

Die Oszillationskammer hat vorzugsweise zwei Wandabschnitte, die sich beiderseits von der Öffnung befinden und zwei Flächen aufweist, die jeweils gegenüber den Stirnflächen des Hindernisses angeordnet sind und zu diesen etwa parallel.

Einem Merkmal der Erfindung zufolge wird der Hohlraum durch eine Fläche definiert, die in der Schwingebene des Fluidstrahls einerseits zwei gerade, zur Längssymmetrieebene an den Stellen, wo die besagte Fläche auf die besagten Stirnflächen trifft, etwa parallele Abschnitte und andererseits einen halbrunden Abschnitt aufweist, der sich an die besagten geraden Abschnitte anschließt.

Der Teil des Hohlraums, der am weitesten von der Öffnung entfernt ist, liegt vorzugsweise in einem Abstand Lo von 2,2 bis 2,5b von der Stirnwand des Hindernisses entfernt, wobei b das Quermaß bzw. die Breite der Öffnung bezeichnet.

Einem anderen Merkmal der Erfindung zufolge ist der Abstand L zwischen der Öffnung und der Stirnwand des Hindernisses 2,8 bis 3,2b, wobei b das Quermaß bzw. die Breite der Öffnung bezeichnet.

Einem Merkmal der Erfindung zufolge weist der fluidische Oszillator mindestens zwei Sensoren zur Ermittlung der Schwankungen der Geschwindigkeit oder des Drucks des Fluidstroms auf.

Vorteilhafterweise sind die Sensoren zur Ermittlung der Geschwindigkeitsschwankungen des Fluidstroms in der Nähe des Düsenendes angeordnet.

Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden durch die nun folgende Beschreibung offenbart, die lediglich als Beispiel dienen soll und im Zusammenhang mit den anliegenden Zeichnungen steht, von denen:

1 eine Draufsicht eines dem Stand der Technik entsprechenden fluidischen Oszillators ist,

2 eine Draufsicht eines erfindungsgemäßen fluidischen Oszillators ist,

3 eine Draufsicht des fluidischen Oszillators von 2 ist, bei der die Hauptwirbel T1, T2 für eine extreme Position des Fluidstrahls dargestellt sind,

4 ein Diagramm ist, das die Linearkurven des fluidischen Oszillators von 2 mit und ohne Düse zeigt.

Ein anhand 2 dargestellter und mit dem allgemeinen Bezugszeichen 20 bezeichner fluidischer Oszillator wird im Zusammenhang mit einem Gasstrom verwendet, um den Durchsatz und das Volumen des Gases zu bestimmen, das den besagten Oszillator durchströmt hat.

Der fluidische Oszillator 20 ist im Verhältnis zu einer Längssymmetrieebene P symmetrisch, auf der eine Eingangsöffnung 22, durch die der Strom in eine so genannte Oszillationskammer 24 gelangen kann, in deren Zentrum ein Hindernis 26 angeordnet ist, das den größten Teil dieser Kammer ausfüllt, und eine Ausgangsöffnung 28 zur Ableitung des Gasstroms aus der Oszillationskammer angeordnet sind.

Die Oszillationskammer ist von zwei Wänden 30, 32 begrenzt, die gegenüber der Ebene P symmetrisch sind und zwischen denen die Eingangs- und Ausgangsöffnungen ausgebildet sind.

Die Eingangsöffnung 22 ist in Form eines Spalts mit einem Quermaß bzw. einer Breite von konstant b ausgebildet, dessen größte Abmessung in Form seiner Höhe vertikal in 2 dargestellt ist.

Dieser Spalt entwickelt sich längs in der Flucht von Eingangsöffnung 22 und Ausgangsöffnung 28 anhand von zwei zueinander parallelen Seitenwänden 34, 36, die eine Düse 38 bilden. Diese Seitenwände entwickeln sich innerhalb der Oszillationskammer 24 bzw. ausgehend von jeder Wand 30, 32 der Oszillationskammer beiderseits der Eingangsöffnung über die gesamte Höhe derselben.

Diese Düse wandelt den Gasstrom um, der sie durchquert und der vom Pfeil F als ein zweidimensionaler Fluidstrom gekennzeichnet wird (der Fluidstrom bleibt ungefähr gleich gemäß der in Spalthöhe parallelen Richtung), der quer im Verhältnis zur Längssymmetrieebene P schwingt.

Die Oszillationskammer 24 definiert über ihre Wände 30 und 32 mit den Wänden des Hindernisses 26 zwei Kanäle C1 und C2, durch die der Gasstrom wechselseitig durch den einen oder anderen Kanal in Richtung Ausgang 28 des fluidischen Oszillators geleitet werden kann.

Das Hindernis 26 weist über eine Stirnwand 40 auf, in die gegenüber der Düse 38 ein Hohlraum 42 eingearbeitet ist, der vom Gasstrahl bei seiner Oszillationsbewegung überstrichen wird.

Die Stirnwand 40 des Hindernisses 26 umfasst ebenfalls zwei Flächen, Stirnflächen 44 und 46 genannt, die symmetrisch zu beiden Seiten des Hohlraums 42 angeordnet und im wesentlichen eben sind.

Die Ebene, in der diese Stirnflächen angeordnet sind, ist etwa vertikal zur Längssymmetrieebene P und zur Stromrichtung gegenüber Spalt 22.

Die Oszillationskammer 24 umfasst ebenfalls zwei Wandabschnitte 30a und 32a, die symmetrisch beiderseits des Spalts 22 und gegenüber den Stirnflächen 44 und 46 angeordnet sind.

Die Wandabschnitte 30a und 32a haben Flächen, die zu den Stirnflächen 44 und 46 parallel sind.

So werden die Wirbel, die sich beiderseits des Strahls ausbilden, in den beiden freien Räumen zu lokalisieren sein, die sich zwischen den Stirnflächen 44 und 46 und den betreffenden entsprechenden Flächen der Wandabschnitte 30a und 32a befinden. Diese Wirbel werden sich so gewissermaßen frei zwischen diesen Flächen entwickeln.

Damit die besagten Flächen ihre Funktion erfüllen können, müssen das Quermaß bzw. die Breite Fo der Stirnfläche 44, 46 nicht groß sein; eine Breite Fo von 0,8 bis 1,4b und von zum Beispiel gleich 1,2b ist absolut ausreichend.

Der Abstand L zwischen den Stirnflächen 44 und 46 und den Flächen der Wandabschnitte 30a und 32a darf nicht zu knapp bemessen sein, damit zur Entwicklung der Wirbel ausreichend Platz bleibt.

Ist der Abstand L zu klein, zum Beispiel unter 2,8b, können im Laminarregime in der Tat Probleme auftreten, weil der Druck der Wirbel zu rasch ansteigt und deswegen der Strahl zu schnell schwingt.

Der Abstand L ist zum Beispiel gleich 3b.

In der Draufsicht von 2 zeigt der Hohlraum 42 eine Fläche, deren Profil es ermöglicht, den schwingenden Gasstrahl in den besagten Hohlraum bei Vermeidung von Umwälzerscheinungen innerhalb dieses Hohlraums zu lenken.

In der Draufsicht von 2 wird die Fläche des Hohlraums von zwei geraden Abschnitten 42a, b begrenzt, die etwa parallel zur Längssymmetrieebene P sind und die an der Hohlraumöffnung auf die beiden jeweiligen Stirnflächen 44, 46 treffen.

Die Fläche des Hohlraums wird weiterhin begrenzt durch einen halbkreisförmig geformten Abschnitt 42c, der an die geraden Abschnitte anschließt und somit den Hintergrund des Hohlraums ausbildet. So haben die Ströme, die auf dem Strahl beruhen, der sich beim Auftreffen auf die Fläche des Hohlraums geteilt hat und die von der besagten Fläche gelenkt werden, beim Austritt aus dem besagten Hohlraum eine etwa parallele Richtung zur Ebene P.

Allerdings sind auch andere Formen geeignet, insofern sie die o. g. Voraussetzungen erfüllen.

So kann das Profil der Fläche beispielsweise parabolisch sein.

Außerdem ermöglicht die Tatsache, dass die Flächen der Wandabschnitte 30a und 32a zu den Stirnflächen 44, 46 parallel sind und dass der aus dem Hohlraum 42 austretende Strom zu diesen Flächen etwa vertikal verläuft, dass auf diesen Strom, der auf die besagten Flächen der Wandabschnitte 30a und 32a auftrifft, kein Einfallswinkel übertragen wird, der gegenüber diesen Flächen von der Normalen zu weit abweicht, unabhängig vom Durchsatz des Stroms.

In der Tat hätte ein im Verhältnis zu diesen Flächen von der Normalen übermäßig abweichender Einfallswinkel zur Folge, dass sich die Größe des zwischen einer dieser Stirnflächen und der entsprechenden gegenüberliegenden Fläche des Wandabschnitts 30a und 32a positionierten Wirbels ändern würde.

Ferner ist festzuhalten, dass der Hohlraum tiefer ist als der des gemäß dem Stand der Technik bekannten, in 1 dargestellten fluidischen Oszillators, um die Morphologie des Hauptwirbels T1 unabhängig vom Strömungsregime (laminar, transitorisch, turbulent) zu fixieren. So kann sich auch bei einem sehr schwachen Durchsatz, d. h. bei Reynoldsschen Zahlen von ca. 50, in diesem Hohlraum ein Wirbel entwickeln, der mit einem Wirbel im Turbulenzregime vergleichbar ist. Dadurch können auch für Reynoldssche Zahlen von ca. 50 Schwingfrequenzen des Strahls gemessen werden, was mit dem Hohlraum des mittels 1 dargestellten Oszillators nicht möglich ist.

Der Teil des Hohlraums, der vom Spalt 22 am weitesten entfernt ist, liegt in einem Abstand Lo von den Stirnflächen 44, 46 entfernt, die sich auf der Ebene der Öffnung des besagten Hohlraums befinden, wobei Lo von 2,2b bis 2,5b ist und zum Beispiel gleich 2,4b.

In der Tat darf der Hohlraum 42 nicht zu tief sein (zum Beispiel Lo = 3b), um die Wirkung von Wirbel T1 auf den durchsatzschwachen Strahl nicht zu verstärken, weil dadurch die Schwingfrequenz des besagten Strahls erheblich gemindert werden würde.

Die Breite Ro der Öffnung des Hohlraums 42 zwischen den zwei geraden Abschnitten 42a, 42b ist 3,4b bis 3,8b und zum Beispiel gleich 3,6b.

Durch Verlängerung des Schlitzes 22 mittels der Düse 38 wird der Fluidstrahl, wenn er sich wie in 3 dargestellt positioniert, von der störenden Wirkung der sich zwischen der Stirnfläche 46 und der entsprechenden Fläche des Wandabschnitts 32a befindlichen Wirbel in seinem von den Wänden 34, 36 kanalisierten Teil geschützt. Der Strahl ist damit an seiner Basis gefestigt, wodurch er der störenden Wirkung dieser parasitärer Wirbel widerstehen und demzufolge im Übergangsregime eine höhere Schwingfrequenz haben kann, als es bei der bereits bekannten Erfindung (1) der Fall ist.

Weiterhin wird der Strahl in der Konfiguration des erfindungsgemäßen, anhand der 2 und 3 dargestellten fluidischen Oszillators eher in seinem freien Teil „geknickt" als bei der bereits bekannten Erfindung und man sieht, dass der Strahl gegenüber der Stirnfläche 44 in Richtung der entsprechenden Fläche des Wandabschnitts 30a abknickt, wodurch der Wirbel T2 weniger Platz hat, um sich zu entwickeln.

Das erklärt, warum der Wirbel T2 schneller Druck aufbaut als bei vorbekannter Erfindung, der von T1 ausgeübte Druck wird demzufolge schneller kompensiert, wodurch der Strahl schneller schwingt.

Die Länge Le der Seitenwände 34, 36 muss unbedingt kürzer sein als der Abstand L, damit sich die besagten Wände nicht in zu großer Nähe zum Hohlraum 42 befinden, der vollständig von einem der Wirbel T1 ausgefüllt sein wird, währenddessen sich der andere Wirbel T2 im Freiraum zwischen Stirnfläche 44 und der Fläche gegenüber dem Wandabschnitt 30a befindet (3).

In der Tat würden zu lange Seitenwände (zum Beispiel Le = 2b) die Entwicklung von Wirbel T1 behindern und damit auch das Schwingen des Strahls. Auch Wirbel T2 würde sich anders entwickeln, da der Strahl im Hohlraum verweilen würde und damit T2 gezwungen sein würde, sich in einem begrenzten Raum zu verstärken.

Vorteilhafterweise beträgt das Maß Le 0,75b bis 1b und ist zum Beispiel gleich 0,9b.

Weiterhin wird dadurch, dass es diese Wände gibt, die Basis des Fluidstrahls von Rückströmungen, die Fehler bei der Ermittlung der Schwingfrequenz des Strahls hervorrufen könnten, isoliert.

Wie 2 zeigt, sind die Seitenwände 34, 36 der Düse 38 über ihre Länge Le gleichbleibend dick mit Ausnahme dort, wo die besagten Seitenwände auf die Wandabschnitte 30a, 32a treffen und leicht konkav sind. Wichtig ist, dass diese Seitenwände so wenig Platz wie möglich einnehmen, um die Entwicklung der Hauptwirbel T1 und T2 nicht zu behindern.

So können die Seitenwände 34, 36 zwei gerade, sehr dünne Lamellen sein, was ausreichend wäre, um den Fluidstrahl zu lenken und vor Störungen zu schützen.

Mit der Konfiguration des vorher beschriebenen Oszillators kann man Wirbel T1 und T2 erzeugen, deren Morphologie nur wenig in Abhängigkeit des Strömungsregimes variiert, wodurch ein sicheres Messen gewährleistet wird.

Mit dem fluidischen Oszillator von 2 kann der Durchsatz des ihn durchquerenden Gases dank zweier Druckmessstellen gemessen werden, die sich an den äußersten Punkten befinden, die der Gasstrahl im Hohlraum 42 überstreicht. Diese zwei Druckmessstellen sind an bekannte Vorrichtungen angeschlossen, mit denen die Schwingfrequenz des Strahls gemessen werden kann. Der Zusammenhang zwischen Frequenz und Durchsatz wird durch vorheriges Eichen hergestellt.

Zur Ermittlung von Schwankungen der Strömungsgeschwindigkeit und demzufolge auch zur Messung der Schwingfrequenz des Strahls sind Wärme- bzw. Ultraschallsensoren ebenfalls geeignet.

Auch diese Sensoren können zwischen der Düse 38 und dem Hindernis 26 in der oberen Wand (auf 2 nicht dargestellt), die die Abdeckung des fluidischen Oszillators bildet, platziert werden, oder sogar in der unteren Wand des besagten fluidischen Oszillators (die bei 2 den Hintergrund bildet).

Die Lage derartiger Sensoren 48, 50 ist in 2 durch Kreise dargestellt.

Es sei darauf hingewiesen, dass die Sensoren 48, 50 von 2 vorzugsweise vor dem Ende der Düse 38 liegen und um einen Abstand voneinander entfernt sind, der kleiner bzw. gleich dem Abstand der Seitenwände 34, 36 ist, um im Fluidstrom angeordnet zu sein.

Bei schwachem Durchsatz bildet sich entlang der Innenflächen der Seitenwände 34, 36 eine Grenzschicht aus, was dem Strahl, wenn er aus der Düse 38 austritt, einen Geschwindigkeitsgradienten verleiht, der akzentuierter ist als der Gradient, den man an der Basis des Strahls gegenüber der Öffnung von 1 erhält, weswegen das von den Sensoren ermittelte Signal stärker ist als bei vorgenannter Erfindung. Demzufolge ist die Schwingfrequenz eines durchsatzschwachen Fluidstrahls mit den vor der Düse 38 platzierten Sensoren leichter zu ermitteln als im fluidischen Oszillator der vorbekannten Erfindung.

Weiterhin sind die derart positionierten Sensoren bei höheren Durchsätzen vor Störeinflüssen, die durch Rückströmungen hervorgerufen werden und die auch von den besagten Sensoren ermittelt werden könnten, geschützt.

4 zeigt drei Linearkurven von fluidischen Oszillatoren mit drei verschiedenen Konfigurationen: Kurve A entspricht der Kurve des Oszillators von 2 ohne die Düse 38, die Kurven B und C sind Kurven des Oszillators von 2 für zwei verschieden lange Düsen 38, wobei eine Düse die Länge 0,5b (Kurve B) und die andere Düse die Länge 0,9b (Kurve C) hat.

Für diese Oszillatoren ist die Breite b des Schlitzes 22 gleich 19 mm, wobei die anderen Abmessungen denen entsprechen, die vorstehend in Abhängigkeit von dieser Länge b definiert wurden.

Demzufolge bewirkt das Vorhandensein einer Düse in der Oszillationskammer, dass sich die Schwingfrequenz des Strahls im Übergangsregime erhöht und demzufolge die Linearkurve des fluidischen Oszillators korrigiert wird.

Diese Wirkung verstärkt sich auch bei leichter Verlängerung der Düse, wobei es angezeigt ist, diese nicht übermäßig zu verlängern, da dann die Gefahr besteht, dass die Schwingfrequenz des Strahls im Laminarregime erheblich ansteigt.

Ein derartiger fluidischere Oszillator kann sowohl für Gase als auch Flüssigkeiten (Wasser, Kraftstoff für Kraftfahrzeuge ...) eingesetzt werden.