DE1525764A1 - Digitaler Fluidumverstaerker - Google Patents

Description

Pluidumverstärker

Me Erfindung betrifft einen digitalen Pluidumverstärker, bei dem in einem Steuerraum, der über eine enge Offnung mit einer Druckkammer verbunden ist, ein nach dieser Öffnung hin gerichteter Hauptstrahl durch einen quer dazu gerichteten Steuerstrahl gestört werden kann, so daß der. vom Hauptstrahl in der Druckkammer erzeugte Fluidumdruck nahezu verschwindet.

Ein derartiger Verstärker ist aus den amerikan-isclien Patentschriften 2 408 605 und 2 408 705 bekannt. In Anwesenheit des Steuerstrahles kann der Hauptstrahl nahezu vollständig die Druckkammer erreichen, so daß darin ein erheblicher Pluidumdruck erzeugt wird. Ist aber der Steuerstrahl vorhanden, so kann nur noch ein kleiner Teil des Hauptstrahles die Druck- ' kammer erreichen, so daß darin nur ein geringer Druck entsteht. Der in Abwesenheit des Steuerstrahles in der Druckkammer erzeugte Drudk ist erheblich größer als der Steuerdruck, der zur Erzeugung des Steuerstrahles erforderlich ist, so daß eine große Verstärkung erreicht werden kann. Weil der Pluidumdruck in der Druckkammer zum Steuerdruck gegenphaslg ist, wirkt der Verstärker als Inverter.

Infolge der obenerwähnten Eigenschaften ist der Verstärker sehr geeignet zur Verwirklichung von logischen Punktionen. Zu diesem Zweck werden mehrere Verstärker der obenerwähnten Art

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zu einer logischen Schaltung vereinigt, wobei der Steuerdruck bestimmter Verstärker durch den ffluidumdruck in der Druckkammer eines anderen Verstärkers gebildet wird.

Dabei tritt jedoch die Schwierigkeit auf, daß der iTuidumdruck in der Druckkammer bei der Störung des Hauptstrahles nicht vollständig verschwindet; es bleibt nach der Störung des Hauptstrahles in der Druckkammer noch ein gewisser Restdruck bestehen, der unter Umständen groß genug sein kann, um eine Störung des Hauptstrahles in einem anderen Verstärker herbeizuführen, so daß die beabsichtigte Wirkung nicht erreicht wird, Man könnte natürlich die Beeinflussung eines anderen Verstärkers durch den Restdruck in der Druckkammer mittels eines federbelasteten Rückschlagventils verhindern, aber das würde den Nachteil mit sich bringen, daß bewegliche mechanische Glieder eingeführt werden, während die vorliegenden Verstärker gerade angewendet werden, wenn man bewegliche Teile vermeiden will.

Die Erfindung hat den Zweck, den obengenannten llachteil der bekannten Verstärker zu beheben, ohne daß man dazu bewegliche Teile einzuführen braucht.

Gemäß der Erfindung wird aus der Druckkammer dem Steuerraum ■"-ein quer zum Steuerstrahl gerichteter Hilfsstrahl zugeführt, der den "Steuerstrahl: stören kann.

Wenn in der Drückkammer ein hoher Druck vorliegt, ist der Hilfsstrahl verhältnismässig kräftig, so daß er auf den Steuerstrahl eine starke Störwirkung ausübt. Der Stauerdruck muß daher zu einem verhältnismäßig hohen wert gesteigert werden, um den Hauptstrahl zu stören. Sobald aber die Störung des Haupts'trahlö.B einen Anfang nimmt, senkt sich der Druck in der

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Druckkammer, so daß die Stärke des Hilfsstrahles abnimmt. Demzufolge entsteht eine üawinenwirkung, so daß der Verstärker sehr schnell,in den Zustand einer maximalen Störung des Hauptstrahles übergeht. Durch die.Anwendung des Hilfsstrahlen wird somit eine positive Rückkopplung erhalten, so daß die beiden stabilen Zustände des Verstärkers sehr gut definiert sind.

Wenn der Steuerraum uittdie Druckkammer in ein gemeinsames Gehäuse aufgenommen sind, kann man eine zweckmässige konstruktive Ausbildung des Verstärkers gemäß der Erfindung dadurch erreichen, daß die Druckkammer über einen in der Wand des Gehäuses ausgesparten Kanal mit einer in der Nähe der Einfuhröffnung des Steuerstrahles liegenden Düse verbunden wird. Um einen gut definierten Hilfsstrahl zu erzielen, wird vorzugsweise gegenüber der genannten Düse in der Wand des Steuerraumes eine Durchlassöffnung vorgesehen.

Bei einer zweckmässigen Ausführungsform der Erfindung wird die Stärke des Hilfsstrahles derart gewählt, daß der zur Störung des Hauptstrahles erforderliche Steuerdruck größer als der nach erfolgter Störung in der Druckkammer vorherrschende Eestdruck ist. Bei der Vereinigung mehrerer Verstärker gemäß der Erfindung zu einer logischen Schaltung wird durch diese Maßnahme wirksam verhindert, daß einer der Verstärker durch den Restdruck in der Druckkammer eines anderen Verstärkers beeinflusst wird.

Nach erfolgter Störung des HauptStrahles hat der vom Jtiestdruck erzeugte Hilfsstrahl eine so geringe wirkung, daß nahezu keine Störung des Steuerstrahles auftritt. TJm die Störung des Haupt-

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Strahles rückgängig zu machen, muß man den Steuerdruck daher auf einen Wert erniedrigen, der erheblich kleiner ist als der Steuerdruckwerts der die Störung herbeiführte. Der Verstärker weist daher eine Hysteresis auf, wobei die Hysteresisschleife durch den schnellen Übergang von dem einen nach dem anderen stabilen Zustand eine nahezu rechteckige Gestalt hat. Zwischen den beiden genannten Werten des Steuerdruckes befindet sich ein Bereich, in dein die beiden stabilen Zustände des Verstärkers möglich, sind.

Diese Eigenschaft kann man zur Erzielung eines sehr einfachen Speicherelementes ausnutzen. Zu diesem Zweck wird dem Steuerraum fortwährend ein Steuerstrahl solcher Stärke zugeführt, daß zwei stabile Zustände des Verstärkers möglich sind, wobei man den Steuerstrahl mittels eines IE ins ehalt strahl es unäden Hilfsstrahl mittels eines Ausschaltstrahles stören kann, um den Verstärker von dem einen in den anderen Zustand zu bringen. Konstruktiv kann diese Wirkung in einfacher Weise dadurch erzielt werden, dais in der Wand des Steuerraumes eine senkrecht zum Steuerstrahl gerichtete Einfuhröffnung für den.Einschaltstrahl und eine senkrecht zum Hilfsstrahl gerichtete Einfuhröffnung für den Ausschaltstrahl vorgesehen werden. Der Steuerstrahl kann zweckmäßig über eine Verengung dem Zufuhrkanal für den Hauptstrahl entnommen werden.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung, in der zwei Ausführungsbeispiele schematisch dargestellt sind, näher erläutert.

Die Mgur 1 zeigt einen Verstärker gemäß der Erfindung im

Längsschnitt.
Die I¹IgUr 2 zeigt in gleicher T/eise einen' Verstärker gemäß

der Erfindung, der als Speicherelement dient. Die Figur 3 enthält ein Diagramm zur Erläuterung der 7/irkung

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des Verstärkers gemäß der Erfindung.

Der in Mg₈ 1 dargestellte Verstärker ist mit einem. Gehäuse 1 versehen, in dem ein Steuerraum 2 und eine Druckkammer 3 ausgespart worden sind. Der Steuerraum 2 steht über eine enge Öffnung 4 mit der Druckkammer 3 in Verbindung. Gerade gegen-. über der Öffnung 4 ist in die von dieser Öffnung abgekehrte Wand des Gehäuses 1 ein Einfuhrrohr 5 aufgenommen, über welches ein lluidum, im allgemeinen Luft, dem Steuerraum zugeführt werden kann. Senkrecht zur Verbindungslinie der Öffnung mit dem Rohr 5 ist in den Boden des Gehäuses ein Einfuhrrohr 6 au%enommen, über welches dem Steuerraum ein zweiter Pluidumstrahl für Steuerzwecke zugeführt werden kann.

Solange im Rohr 6 kein Steuerdruck vorhanden ist, bewegt sich das aus dem Hohr 5 austretende Fluidum gemäß einer Geraden als ein linearer Strahl nach der Öffnung 4; dieser Strahl wird nachstehend als der Hauptstrahl bezeichnet. D"er größte !Teil des über das Hohr 5 zugeführten lluidums erreicht durch die Off- ' nung 4 die Druckkammer 3, so daß sich darin ein erheblicher ■ Jluidumdruck entwickelt. Die Druckkammer 3 ist über einen jEanal 7 mit einem Messgerät 8 verbunden, so daß der betreffende Druck abgelesen werden kann.

Ist im Einfuhrrohr 6 ein Steuerdruck vorhanden, so tritt ein senkrecht zum Hauptstrahl gerichteter Steuerstrahl auf, der den Hauptstrahl stört. Infolge dieser Störung tritt im Hauptstrahl eine Turbulenz auf, so daß der größte Teil des über das Rohr 5 zugeführten lluidums die Öffnung 4 nicht mehr erreichen kann. Der Druck in der Druckkammer 3 senkt sich da- ■ durch auf einen niedrigeren Wert, der als der Restdruck bezeichnet wird. Wegen der vom Steuerstrahl in dem Hauptstrahl

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herbeigeführten Turbulenz wird ein Verstärker der vorliegenden Art oft als Turbulenzverstärker bezeichnet. Der Steuerraum 2 steht über eine Öffnung 9 mit der Atmosphäre in Verbindung. ·

Gemäß der Erfindung ist die Druckkammer 3 über einen in der Wand des Gehäuses ausgesparten Kanal-10 mit einer Düse 11 verbunden. Gegenüber dieser Düse ist in der Y/and des Gehäuses ein Durchlasskanal 12 vorgesehen.

Wenn der Hauptstrahl nicht gestört ist, so daß in der Druckkammer 3 ein erheblicher Druck auftritt, tritt aus der Düse ein Hilfsstrahl in den Steuerraum, der senkrecht zum Steuerstrahl gerichtet ist. Wird nun zur Störung des Hauptstrahles im Rohr 6 ein Steuerdruck erzeugt, so wird der in den Steuerraum eintretende Steuerstrahl anfänglich von dem Hilfsstrahl so stark gestört, daß der Hauptstrahl nicht beeinflusst werden kann. Erst wenn der Steuerdruck einen bestimmten Schwellenwert erreicht hat, kann der Steuerstrahl bis zum Hauptstrahl durchdringen und darin eine geringe Störung herbeiführen. Der Druck in der Druckkammer 3 senkt sich dadurch unmittelbar, so daß die Stärke des Hilfsstrahles verringert wird. Der Steuerstrahl kann dadurch eine stärkere Störung des Hauptstrahles herbeiführen, so daß der Druck in der Druckkammer 3 weiter abnimmt und der Hilfsstrahl wieder schwächer wird. Es entsteht dadurch eine Ijawinenwirkung, die sehr schnell eine vollständige Störung des Hauptstrahles zufolge hat.

Der Restdruck, der nach der Störung des Hauptstrahles in der Druckkammer vorhanden ist, kann nur einen äusserst schwachen Hilfsstrahl erzeugen, der den Steuerstrahl kaum beeinflusst. Um den ursprünglichen Zustand des Hauptstrahles wiederherzustellen, muß der Steuerdruck daher erheblich gesenkt werden.

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Diese Wirkung ist in dem Diagramm nach lüg.- 3 dargestellt. Mit P1 ist der in der Druckkammer 3 im ungestörten Zustand des Hauptstrahles herrschende Druck angedeutet, während P2 den nach der Störung des Hauptstrahles in der Druckkammer auftretenden Restdruck ■bezeichnetο Mit P1 ist der Steuerdruck bezeichnet, der zur Störung des Hauptstrahles erforderlich ist, während P2 den Steuerdruck andeutet, der die Störung des HauptStrahles wieder aufheben kann. Aus dem Diagramm geht hervor, daß der Verstärker eine erhebliche Hysteresis aufweist, wobei die Hysteresisschleife eine nahezu rechteckige Gestalt hat. Im Steuerdruckbereich zwischen den Werten P1 und P2 kann der Verstärker zwei stabile Zustände annehmen, in denen der Hauptstrahl gestört, bzw. nicht gestört ist.

Diese Eigenschaft wird bei der Ausführung nach Pig» 2 zur Erzielung eines Speicherelementes ausgenutzt. Bei diesem Verstärker ist der Steuerstrahl fortwährend "vorhanden. Der dazu erforderliche Steuerdruck wird über eine leitung 131 die eine Verengung 14 enthält, dem .Einfuhrrohr 5 für den Hauptstrahl entnommen. Die Verengung 14 ist derart bemessen, daß der Steuerdruck einen Wert P3 (E¹Xg. 3) hat, der in der Mitte zwischen den Werten PI und P2 liegt. In der Wand des Gehäuses sind zwei zusätzliche Kanäle 15 und 16 vorgesehen, mit denen der Zustand des Verstärkers gesteuert werden kann. Der Kanal 15 mündet in einer Richtung aus, die senkrecht zum Steuerstrahl steht, so daß über das Rohr 15 dem Steuerraum ein Einschaltstrahl zugeführt werden kann, der den Steuerstrahl stört. Das Rohr 16 mündet in einer Richtung aus, der senkrecht zum Hilfsstrahl steht, so daß man über dieses Rohr dem Steuerraum einen Einsehaltstrahl zuführen kann, der den Hilfsstrahl stört.

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Zur Erklärung der -Wirkung des Verstärkers nach Fig. 2 wird zuerst angenommen', daß dieser sich in dem Zustand befindet,, in dem der Hauptstrahl nicht gestört ist. In der Druckkammer tritt nun ein erheblicher Druck auf, so daß aus der Düse 11 ein kräftiger Hilfsstrahl in.den Steuerraum tritt, der den Steuerstrahl stört, so daß letzterer den Hauptstrahl nicht beeinflussen kann» Wünscht man nun den Verstärker in den anderen stabilen Zustand zu bringen, so wird über den Kanal 16 dem Steuerraum ein Ausschaltstrahl zugeführt, der den aus der Düse 11 austretenden Hilfsstrahl stört. Der Steuerstrahl kann nunmehr den Hauptstrahl erreichen und darin eine Störung herbeiführen, so daß der Verstärker in den anderen Zustand übergeht« · ·

In diesem anderen Zustand ist der Druck in der Druckkammer 3· sehr gering, so daß aus der Düse 11 nur ein schwacher Hilfsstrahl in den Steuerraum eintreten kann. Der Steuerstrahl kann daher den Hauptstrahl unbehindert erreichen, so daß die Störung des Haupts traliles aufrechterhalten bleibt. V/ill man den Verstärker in den ursprünglichen Zustand zurückbringen, so wird im Kanal 15 ein Steuerdruck erzeugt, so daß ein Einsehaltstrahl auftritt, der den Steuerstrahl stört. Dadurch verschwindet die Störung des Hauptstrahles, so daß der Druck in der Druckkammer wieder sehneil zunimmt. Die Störung des Steuerstrahles wird weiterhin durch den Hilfsstrahl aufrechterhalten.

Es wird deutlich sein, daß man für die Umschaltung in den Kanälen nur kurzdauernde Druckimpulse zu erzeugen braucht.

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Claims (7)

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Pat entanaprüohe;

1 .y Digitaler iluläumverstärker, bei dem in einem Steuerraum, der über eine enge Öffnung mit einer Druckkammer verbunden ist, ein nach dieser Öffnung hin gerichteter Hauptstrahl durch einen quer dazu gerichteten Steuerstrahl gestört werden kann, so daß der vom Hauptstrahl in der Druckkammer erzeugte Fluidumdruck nahezu verschwindet, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Druckkammer dem Steuerraum ein per zum Steuerstrahl gerichteter Hilfsstrahl zugeführt wird, der den Steuerstrahl stören kann. ■

2. Verstärker nach Anspruch 1 , bei dem der Steuerraum und die Druckkammer in ein gemeinsames Gehäuse aufgenommen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer über einen in der Wand des Gehäuses ausgesparten Kanal mit einer in der Nähe der Einfuhröffnung des Steuerstrahles liegenden Düse verbunden ist.

3. Verstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß gegenüber der Düse in der Wand des Steuerraumes eine Durchlassöffnung vorgesehen ist.

4. Verstärker nach Anspruch 1, 2 oder 3? dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke des Hilfsstrahles derart gewählt ist, daß der zur Störung des Hauptstrahles erforderliche Steuerdruck größer ist als der nach erfolgter Störung in der Druckkammer auftretende Restdruck.

5. Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5. dadurch gekennzeichnet, daß forbwährend ein Steuerstrahl solcher stärke zugeführt wird, daß zwei stabile Zustände des Verstärkers möglich sind, wobei der Steuerstrahl von einem Einschalt strahl

BAD ORIGINAL

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un-d der Hilfsstrahl von einem Ausschaltstrahl gesteuert werden kann, um den Verstärker von dem einen· in den anderen Zustand zu bringen.

6. Verstärker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der V/and des Steuerraumes eine senkrecht zum Steuerstrahl gerichtete Einfuhröffnung für den Einsehaltstrahl und eine senkrecht zum Hilfsstrahl gerichtete Einfuhröffnung für den Ausschaltstrahl vorgesehen sind. * ■" " -

7. Verstärker nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der steuerstrahl über eine Verengung dem Zufuhrkanal für den Hauptstrahl entnommen wird. .

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