DE1550463B1 - Durch elektrische signale betaetigbares steuer ventil fuer stroemungsdynamische verstaerker - Google Patents

Description

Vorzugsweise sind die Steuerelektroden am eingespannten Ende der Zunge angeordnet.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die Zunge derart befestigt, daß ihr freies Ende bei Fehlen von Steuersignalen die Eingangsöffnung

Es ist bereits ein derartiges Steuerventil für strö- io
mungsdynamische Verstärker bekannt, bei dem die
Strömung im Steuerkanal entweder durch ein piezoelektrisches Element in Form eines geschlitzten
Hohlzylinders oder durch zwei einander gegenüberliegende streifenförmige piezoelektrische Elemente 15 abdeckt,
gesteuert ist, wobei im ersten Fall die Steuerung Bei einer anderen Weiterbildung der Erfindung

durch Vergrößerung und Verkleinerung des Zylin- ist unter der Zunge im Grundkörper eine von der derschlitzes und im zweiten Fall durch Vergrößerung Eingangsöffnung zur Atmosphäre führende Ent- und Verkleinerung des zwischen den beiden Elemen- lastungsnut vorgesehen. Durch diese einen Leckstrom ten gelegenen Raumes als Folge des Anlegens eines zo führende Entlastungsnut wird die zum Anheben der elektrischen Potentials an die Steuerelektroden der piezoelektrischen Zunge benötigte Kraft wesentlich piezoelektrischen Elemente erfolgt (französische verringert.
Patentschrift 1 350 216). Dieser Vorteil wird auch erzielt, wenn gemäß einer

Als Nachteil muß bei diesem bekannten Steuer- anderen Ausbildung nahe der Eingangsöffnung unter ventil, bei dem kein unmittelbares Verschließen der 25 der Zunge im Grundkörper eine Entlastungsdüse Steuerkanaleingangsöffnung möglich ist, in Kauf ge- vorgesehen ist.

nommen werden, daß die Steuermittel im Inneren Vorzugsweise ist in die Eingangsöffnung ein mit

des Grundkörpers des strömungsdynamischen Ver- einer Längsbohrung versehener Zapfen geschraubt, stärkers angebracht sein müssen, wodurch die Her- auf dem die Zunge aufliegt. Dadurch wird der stellung relativ kompliziert, die Wartung sowie even- 30 Ventilsitz relativ zu der piezoelektrischen Zunge eintuelle Reparaturen erschwert werden und zur stellbar.

Potentialführung zu dem piezoelektrischen EIe- Bei einer Anwendung des Steuerventils nach der

ment ebsondere Bohrungen vorgesehen werden Erfindung für einen Verstärker mit zwei im Winkel müssen. "' gegen die Hauptströmung gerichteten, ständig eine

Es ist des weiteren ein elektropneumatischer 35 Steuerströmung führenden Steuerkanälen ist dieses Wandler bekannt, bei dem Steuerkanäle mittels eines so ausgebildet, daß wenigstens ein auf dem Grund-Elektromagnetankers direkt verschlossen werden. körper befestigter Steuerströmungsleitkörper vorge-Der Elektromagnetanker befindet sich dabei im sehen ist, welcher durch diesen geführte Steuerkanäle Inneren des Grundkörpers und wird mittels Magnet- mit als Düse ausgebildeten, gegeneinander gerichtespulen, die außerhalb des Grundkörpers angeordnet 40 ten Eingangsöffnungen aufweist, und daß die Zunge sind, zwischen zwei Stellungen hin- und hergesteuert, zwischen diesen Eingangsöffnungen angeordnet ist.
in denen er jeweils einen Kanal verschließt (IBM
Technical Disclosure Bulletin, Bd. 6, Nr. 3, August
1963, S. 60).

Nebeji den sich aus der Anordnung des Magnetankers im Inneren des Grundkörpers ergebenden Nachteilen wirkt sich bei dieser bekannten Vorrichtung insbesondere noch nachteilig aus, daß auf Grund der bei jeder Umsteuerung zu bewegenden relativ großen Masse des Magnetankers nur eine verhältnismäßig geringe Arbeitsgeschwindigkeit erzielt werden kann.

Schließlich ist es auch bereits bekannt, bei einem strömungsdynamischen Verstärker außen an einem Grundkörper Strömungssteuermittel vorzusehen, mit denen ein Steuerkanal verschließbar ist (französische Patentschrift 1 304 650 und USA.-Patentschrift 3 072 147).

Diese bekannten Anordnungen arbeiten jedoch nicht schnell und · zuverlässig genug, um den bei hochwertigen strömungsdynamischen: Verstärkern üblichen Forderungen zu genügen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein durch elektrische
Signale betätigbares Steuerventil für strömungsdynamische Verstärker der eingangs angeführten Art zu 65 sehen Verstärker vorgesehen. Eine weitere Bohrung 4 schaffen, das eine hohe Ansprechgeschwindigkeit bildet den Hauptstromeingang, der zum Hauptströbesitzt, besonders einfach herstellbar ist und auch mungskanal führt, welcher in F i g. 1B mit 5 bezeichohne Schwierigkeiten nachträglich in einen strö- net ist. Das mit Steuerelektroden 7 und 8 versehene

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es stellt dar

F i g. 1A eine zum Grundkörper eines strömungsdynamischen Verstärkers gehörende Platte, an der ein Steuerventil nach der Erfindung angebracht ist,

Fig. IB den Grundkörper, an dem die das Steuerventil tragende obere Platte befestigt wird,

Fig. 2A einen Längsschnitt durch die obere Platte und des auf ihr angebrachten piezoelektrischen Elements bei geschlossener Eingangsöffnung,

Fig. 2B eine der Fig. 2A entsprechende Ansicht, jedoch mit geöffneter Eingangsöffnung,

F i g. 3, 4, 5 A und 5 B weitere Ausführungsformen des Steuerventils,

Fig. 6A, 6B und 6C verschiedene Ansichten eines strömungsdynamischen Verstärkers mit einer speziellen Ausführungsform eines Steuerventils.

In den Fig. IA bis 2B ist mit dem Bezugszeichen 1 eine zum Grundkörper G eines strömungsdynamischen Verstärkers gehörende Platte bezeichnet. In der Platte 1 ist eine Eingangsöffnung 2 und eine Ausgangsöffnung 3 für den strömungsdynami-

3 4

und aus einer Zunge 6 bestehende piezoelektrische führungsform des Steuerventils für einen Strömungs-Element ist mittels eines Klemmstücks 9 einseitig an dynamischen Verstärker ist die Eingangsöffnung 2' in der Platte 1 eingespannt. der Platte 1 an ihrem äußeren Ende erweitert bzw.

Ist das elektrische Potential zwischen den Steuer- aufgebohrt und außerdem mit einem Gewinde verelektroden 7 und 8 Null, so liegt die Zunge 6 an der 5 sehen. Ein durch Einschrauben einstellbarer und als Platte 1 an und verschließt mit ihrem freien Ende Düse mit einer Längsbohrung 27 ausgebildeter Zapdie zum Steuerkanal 10 führende Eingangsöffnung 2, fen 23 paßt mit seinem Kopfteil in den aufgebohrten wie dies in Fig. 2A dargestellt ist. Bei Zuführung Bereich der Steueröffnung. Ein Dichtring25 unter eines Potentials geeigneter Polarität zu den Steuer- dem Kopfteil verhindert einen Leckfluß und sichert elektroden 7 und 8 wird die Zunge 6 derart gebogen, io auf Grund der Reibung den Zapfen 23 gegen Verdaß das freie Ende sich von der Platte 1 wegbewegt drehung. Die erwähnte Längsbohrung 27 verläuft und Luft (wie durch den Pfeil in Fig.2B darge- durch die Mittelachse des Zapfens23, der an seiner stellt) von außen in einen Steuerkanal 10 im Grund- Unterseite mit einem Schraubenzieherschlitz 29 verkörper G eintreten kann, vorausgesetzt, daß eine ge- sehen ist, in den zum Justieren ein geeignetes Werkeignete Druckdifferenz vorhanden ist. 15 zeug eingesetzt werden kann. Der Zugang zum

Zwischen den beiden Steuerelektroden 7 und 8 ist Schraubenzieherschlitz 29 erfolgt durch eine in einer ein hochohmiger elektrischer Widerstand angeord- Grundplatte 12' des Verstärkers angeordnete Bohnet, um elektrische Ladungen abzuführen, wenn das rung, die nach dem Justieren mit einer Verschlußangelegte Potential weggenommen'wird. schraube 31 und einer Dichtung 33 verschlossen wer-

Neben dem bereits erwähnten Hauptströmungs- 20 den kann.

^ kanal 5 sowie dem Steuerkanal 10 weist der Grund- Durch die Verwendung der Entlastungsnut 21

ψ körper G noch einen Ausgangskanal 11 sowie einen gemäß F i g. 3 kann der Frequenzbereich des strö-

Ausblaskanal 12 auf. mungsdynamischen Verstärkers erheblich erweitert

Diese Kanäle sind in bekannter Weise im Grund- werden. Da jedoch die Kraft zum Abheben der

körper G derart angeordnet, daß das durch den 25 piezoelektrischen Zunge 6 begrenzt ist, werden die

Hauptströmungskanal eintretende Strömungsmittel Bewegungen bei hohen Frequenzen sehr klein, so daß

bei geschlossener Eingangsöffnung 2 auf eine Wand sich möglicherweise ein ungenügendes Spiel einstellt

13 des Ausgangskanals 11 auftrifft und durch die zu und der zum Schalten bzw. Steuern des Verstärkers

diesem Kanal gehörende Ausgangsöffnung 3 nach benötigte Strömungsfluß nicht mehr erreicht wird,

außen strömt. Der Druck im Steuerkanal 10 ist dabei 30 Diese Schwierigkeit kann durch eine in den Fig. 5A

im Falle der Verwendung von Luft als Strömungs- und 5 B dargestellte Entlastungsdüse 35 behoben

mittel geringer als der atmosphärische Druck. werden, die in der Platte 1 unter der Zunge 6 neben

Wird die zum Steuerkanal 10 führende Eingangs- der Eingangsöffnung 2 vorgesehen ist. Diese Entlaöffnung 2 durch die Zunge 6 bei Anlegen eines elek- stungsdüse wirkt in zweifacher Hinsicht. Die Strötrischen Potentials an die Steuerelektroden 7 und 8 35 mung durch die Düse übt eine Kraft auf die piezogeöffnet, so wird der Steuerkanal 10 mit der Atmo- elektrische Zunge aus, die die Auslenkung derselben Sphäre verbunden. Auf Grund des bestehenden unterstützt und vergrößert. Ferner vergrößert der er-Druckunterschiedes tritt in den Steuerkanal Luft ein höhte Luftdruck im Bereich der Eingangsöffnung 2 und strömt gegen die Hauptströmung, wobei eine den Strömungsfmß in den Steuerkanal bei jeder geAblösung der Hauptströmung von der Wand 13 be- 40 gebenen Auslenkung. Die Kombination dieser beiden wirkt und der Hauptstrom in den Ausblaskanal 12 Effekte führt zu dem erforderlichen Spiel auch noch gelenkt wird. Die Folge davon ist, daß an der Aus- bei sehr hohen Frequenzen.
gangsöffnung 3 keine Strömung mehr erscheint. Besonders vorteilhaft verwendbar ist das Steuer-

Die Zunge 6 ist normalerweise so justiert, daß ventil auch bei einem strömungsdynamischen Ver-

zwischen der Zunge und der Oberseite der Platte 1 45 stärker mit zwei im Winkel gegen die Hauptströmung

ein geringes Spiel vorhanden ist. Bei bestimmten Be- gerichteten, ständig eine Steuerströmung führenden

dingungen kann die Zunge jedoch derart an der Steuerkanälen. Eine Ausführungsform eines derar-

Oberseite der Platte 1 anliegen, daß der stets auf tigen Verstärkers ist in den Fig. 6A bis 6C dar-

die Zunge einwirkende Luftdruck verhindert, daß gestellt.

sich die Zunge in der gewünschten Weise bei AnIe- 50 Auf dem Grundkörper G ist dabei ein Steuerströ-

gen eines Potentials biegt. Dies kann dadurch ver- mungsleitkörper L befestigt, durch den Steuerkanäle

mieden werden, daß entsprechend der Darstellung in 65, 65' geführt sind. Diese Steuerkanäle weisen je-

F i g. 3 unter der Zunge 6 in der Platte 1 eine von der weils hinter Verengungen 63, 63' gelegene und als

Eingangsöffnung 2 zur Atmosphäre führende Entla- Düsen ausgebildete Eingangsöffnungen 59, 59' auf.

stungsnut 21 vorgesehen wird. Die Größe dieser Ent- 55 Diese Eingangsöffnungen sind gegeneinander gerich-

lastungsnut muß dabei so bemessen sein, daß die tet, und die mit Steuerelektroden 7 und 8 versehene

sich einstellende Leckströmung nicht ausreicht, um piezoelektrische Zunge 61 ist derart angeordnet, daß

eine Umlenkung der Hauptströmung zu bewirken. sie bei 51 von den aus den Eingangsöffnungen 59, 59'

jedoch groß genug ist, um die auf die Zunge 6 ein- austretenden Strömungen angeblasen wird,

wirkenden und von den Druckunterschieden herrüh- 60 Im Grundkörper sind ein Hauptstromeingang 50,

renden Kräfte wesentlich zu verringern. zwei gegen die Hauptströmung gerichtete Steuer-

Beim Anbau des Steuerventils an den Grundkör- kanäle 53, 53', die mit den Steuerkanälen 65, 65' im per können gewisse Schwierigkeiten bei der Lage- Steuerströmungsleitkörper L in Verbindung stehen, fixierung der Zunge 6 bezüglich der Eingangsöffnung sowie zwei Ausgangskanäle 55, 55' mit Ausgangsauftreten. Eine Möglichkeit zur Vermeidung dieser 65 öffnungen 57 vorgesehen.

Schwierigkeiten und zur Vereinfachung der Einstel- Befindet sich die Zunge 61 in der Mittelstellung,

lung der Lage der Zunge 6 bezüglich der Eingangs- so sind die in den Steuerkanälen 65, 65' auftretenden

öffnung2 ist in Fig. 4 dargestellt. Bei dieser Aus- Drücke gleich, so daß die Hauptströmung, gegen die

die Strömung der Steuerkanäle gerichtet ist, nicht abgelenkt wird. Am Ausgang des als Differentialverstärker arbeitenden Verstärkers wird somit kein Signal erhalten. Wird zur Auslenkung der Zunge 61 ein elektrisches Potential an die Steuerelektroden 7 und 8 angelegt, so werden die Ausströmungen an den Eingangsöffnungen 59, 59' verschieden, und es tritt eine Druckdifferenz in den Steuerkanälen 65, 65' auf, die eine Auslenkung der Hauptströmung zur Folge hat. Auf diese Weise wird an den Ausgängen ίο 57 des Differentialverstärkers bei entsprechender Wahl der Geometrie der Strömungskanäle im Grundkörper eine Druckzunahme bzw. Druckabnahme erhalten, wobei die Druckdifferenz zwischen den beiden Ausgängen proportional der Größe des zügeführten elektrischen Signals ist.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Durch elektrische Signale betätigbares Steuerventil für strömungsdynamische Verstärker mit einem Grundkörper, der einen Hauptstromeingang, wenigstens zwei Ausgangsöffnungen und zumindest einen im Winkel gegen die Hauptströmung gerichteten Steuerkanal aufweist, wobei die Strömung im Steuerkanal durch ein mit Steuerelektroden versehenes, streifenförmiges, piezoelektrisches Element gesteuert ist, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Element aus einer außen am Grundkörper (G) mittels eines Klemmstücks (9) einseitig eingespannten Zunge (6) besteht und mit dem freien Ende der Zunge (6) unmittelbar die zum Steuerkanal (10; 65, 65') führende Eingangsöffnung (2; 59, 59') im Grundkörper (G) verschließbar ist.

2. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektroden (7, 8) am eingespannten Ende der Zunge (6) angeordnet sind.

3. Steuerventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zunge (6) derart befestigt ist, daß ihr freies Ende bei Fehlen von Steuersignalen die Eingangsöffnung (2) abdeckt.

4. Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß unter der Zunge (6) im Grundkörper (G) eine von der Eingangsöffnung (2) zur Atmosphäre führende Entlastungsnut (21) vorgesehen ist.

5. Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß nahe der Eingangsöffnung (2) unter der Zunge (6) im Grundkörper (G) eine Entlastungsdüse (35) vorgesehen ist.

6. Steuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die Eingangsöffnung (2) ein mit einer Längsbohrung (27) versehener Zapfen (23) geschraubt ist, auf dem die Zunge (6) aufliegt.

7. Steuerventil nach Anspruch 1 für einen Verstärker mit zwei im Winkel gegen die Hauptströmung gerichteten, ständig eine Steuerströmung führenden Steuerkanälen, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein auf dem Grundkörper (G) befestigter Steuerströmungsleitkörper (L) vorgesehen ist, welcher durch diesen geführte Steuerkanäle (65, 65') mit als Düse ausgebildeten, gegeneinander gerichteten Eingangsöffnungen (59, 59') aufweist, und daß die Zunge (61) zwischen diesen Eingangsöffnungen angeordnet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen