DE1673548C - Belüfteter Wirbelstromverstarker mit einem von der Wirbelkammer ausgehen den Auslaßkanal - Google Patents

Description

der Absland der Mündung des \uffangkanals, dessen Durchmesser dem Durchmesser des Auslaßkanals entspricht, /u dem Auslaßkanal etwa gleich die>.em Durclimcsser ist.

Hs ist bekannt, einen belüfteten Y\ irbelstromversiärker der eingangs definierten Art /um Erfassen \on Drehbewegungen /u verwenden. Der belüftete Wirbelstromverstärker nach der vorliegenden Erfindung weist jedoch einen Bereich äußerst hoher Verstärkung auf. so daß er sich bevorzugt für die Erfassung von Drehbewegungen einsetzen läßt und sehr kleine Drehbewegungen anzeigen kann. Dabei wird der belüftete Wirbelstronuerstärker nach der Erfindung zum Erfassen einer Drehbewegung um seine Zylinderachse drehbar gelagert.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnungen näher erläutert. Es stellt dar:

I- ι g. 1 eine teilweise geschnittene schematische Ansicht eines belüfteten Wirbelstromverstärkers gemäß einer Linie 1-1 der F i g. 2,

Fig. la eine Abwandlung der Fig. 1 bei welcher der Druck für die Gegenströmung in dem Auffangkanal von einer getrennten äußeren Druckquelle herrührt,

F i g. 2 einen Schnitt gemäß der Linie 2-2 der F i g. 1,

F i g. 3 ein Diagramm, in welchem der Druck P₃ im Zentrum der Wirbelströmung, der Druck P₁ in dem Auffangkanal und der Ausgangsdruck P₀ aufgetragen über dem Steuerdruck Pc minus dem Versorgungsdruck Ps veranschaulicht sind,

F i g. 4 einen Schnitt eines Teiles einer zweiten Ausführungsform des belüfteten Wirbelstromverstärkers, welcher zjr Erfassung von Drehbewegungen geeignet ist,

F i g. 4a eine Teilansicht einer abgewandelten Ausführungsform gemäß F i g. 4,

F i g. 5 Ausgangs- und Eingaiigskennlinien eines Wirbelbiromverstärkers mit den Merkmalen gemäß F i g. 4 und

Fig. 5a Eingangs- und Ausgangskennlinien eines bekannten Wirbelstromverstärkers.

In F i g. 1 ist ein belüfteter Wirbelstromverstärker mit einem äußeren rohrförmigen Teil 20, in welchem ein Innenzylinder 22 angeordnet ist, dargestellt, wobei ein Einlaßkanal 24 vorgesehen ist, der mit einer Strömungsmittelquelle 25 zum Zuführen eines Versorgungsdruckes Ps verbunden ist.

Der Einlaßkanal 24 führt zu einer Ringnut 26 im Innenrylinder 22, die die Leistungsströmung aufnimmt und mit einer Wirbelkammer 30 über einen Ringraum 28 in Verbindung steht. Die Wirbelkammer 30 wird durch die Stirnseite des Innenzylinders 22 und eine Scheibe 32 begrenzt, die in dem rohrförmigen Teil 20 mit Hilfe eines zweiten rohrförmigen Teiles 34 abgestützt ist. Die Scheibe 32 ist mit einem mittig angeordneten Auslaßkanal 36 versehen.

Ein Zylinder 38 ist mittig zu dem rohrförmigen Teil 34 angeordnet und geht in einen Auffangkanal 40 über, der mit einem mittleren Kanal 41 in dem Zylinder 38 in Verbindung steht. Der Auffangkanal 40 ist von einer Kammer 42 umgeben, die über einen Entlüftungskanal 44 mit einem steuerbaren Ventil 68 zur Entlüftung der Kammer 42 mit der Atmosphäre verbindbar ist. Damit ist ein vorbestimmter Druck P_A in der Kammer 42 einstellbar.

Außerdem ist ir dem rohrförmigen Teil 20 ein

Steuei 'kanal 46 angeordnet, der über ein Ventil 48 mn der .Meucrdruckquelle 51 \erbunden ist. die den Steuerdruck /V /ulührt. Es können mehrere solcher Steuerkanäle 46 vorgesehen sein, die mit Steuerdruck P, versorgt werden.

Der Versorgungsdruck /^J. erzeugt eine Strömung, die durch den Emkißkanal 24. die Ringnut 26 und den Ringraum 28. in die Wirbelkammer 30 und \ ..in dort durch den Auslaßkanal 36 in den Auffangkanal 40

ίο slrömt. Die Strömung von dem Ringraum 28 /u dem Auslaßkanal 36 verläufi in der Wirbelkammer in radialer Richtung, wenn keine Steuerströmung aus dem Steuerkanal 46 austritt. Es entsteht eine Steuerströmung. wenn der Steuerdruck Pr in dem Steuerkanal 46 den Versorgungsdruck fs in dem EmIaIikanal 24 übersteigt, wodurch eine Wirbeiströmung in dem Ringraum 28 und der Wirbelkammer 30 entsteht, die einen rückläufigen Druck erzeugt, womit der Druck in der Mitte der Wirbelströmung vermindert wird, wie dier gut bekannt ist.

Die Strömung aus der Auslaßkanal 36 zu dem Auffangkanal 40 ist eine geradlinige Strömung, wenn keine Steuerströmung aus dem Steuerkanal 46 austritt, und sie wird trichterförmig oder konisch, wenn die Steuerströmung aus dem Steuerkanal 46 austritt. Der .Vinkel des Strömungskegels nimmt zu, wenn die Wirbelströmung in Abhängigkeit von der Zunahme des Steuerdruckes aus dem Steuerkanal 46 zunimmt. Je höher die Wirbelströmung ist, desto weniger Strö mung wird auf den Auffangkanal 40 gerichtet sein und desto niedriger wird der Druck in diesem sein.

Bei dem belüfteten Wirbelstromverstärker nach der

Erfindung wird nun eine Gegenströmung in den Kanal 41 und den Auffangkanal 40 eingeführt, wobei es sich gemäß F i g. 1 um eine Strömung von links nach rechts handelt. Mit anderen Worten wird durch Erhöhung des Druckes in dem Auffangkanal 40 auf annähernd einen Druck, der dem Diuck ir. der Mitte der Wirbelkammer 30 entspricht, ein Druck erreicht, der

4.0 wenig höher ist als der Druck des Strömungsmittels, welches aus dem Auslaßkanal 36 austritt, wodurch die Gegenströmung entsteht.

Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 1 wird der dem Auffangkanal 40 zugefühne Druck auf den dem Druck in der Mitte der Wirbelkammer 30 entsprechenden Druck mit Hilfe einer Öffnung 50 in der Mitte der Wirbelkammer 30 angehoben. Die von der Öffnung 50 aufgefangene Strömung gelangt durch den Kanal 52 in den Innenzylinder 22, die Leitung 54, das Ventil 56, die Leitung 58 und den Kanal 41. Auf diese Weise herrscht der Druck, der in der Mitte der Wirbelkammer 30 vorhanden ist, in dem Auffangkanal 40. Line Leitung 60 ist mit der Leitung 58 verbunden und führt einem Ventil 62 Strömungsmittel zu, welches mit einem Abschlußwiderstand 64 als Last durch eine Leitung 66 verbunden ist. Der Austrittsdruck Pn herrscht in der Leitung 66.

Mit Hüte des Wirbelstromverstärkers nach Fig. 1 werden die Diagramme gemäß F i g. 3 erreicht. Mit einem Versorgungsdruck Ps von 5,25 kp/cm² (75 psi) wurden die drei Kurven für P₃, P_t und P_n aufgenommen. P₃ ist der Druck in dem Kanal 52, P₂ der Druck in dem Karal 41 und Po der Austrittsdruck in der Leitung 66. Die Maßeinheit auf der Abszisse des Diagramms ist PSI und stellt den Steuerdruck Pr minus dem Versorgungsdruck Ps dar. Auf der Ordinate ist der Druck in PSI aufgetragen.

Es ist zu ersehen, daß die Kurven für P₂, P₃ und Po

gZunahme de \^^^'_e^%Sb_a\b Strömungsmittelquellc 84 in Verbindung steht. Line Abnahme des ^«"«^^ruck^ cassen von Dreh- miniere Öffnung 86 ist in der Fläche des Gehäuses 80 ,st das Gerat besonders zum £Π««η ν^ auseebildet. Ein Kanal 87 führt eine Strömung von

,werden soll. , _zv,j_IRlrischcr Einsatz 88 .st in dem Gehäuse Kd

Eine Änderung J>^ ^S"f 7^" ^ > /Z, _IC„ angeordnet und von diesem durch einen Ringraum 9t. Kurven, die den^Kuncη fur /*. i ,, .md / ^ J ^ _{wirhclkammcr 92 en},_{fcrnt angeordncl}. ,.;_in

sind, wobei »*r <l.c κ J f^Jⁿ ^ 7*⁰, C_{n tlicin} Ringraum 94 steht mil dem EinlaDkanal 82 in VerKurven ergeben, die un «"halb Jenjcn.ee .liegη t ^ ^ ^.^^ _dcm ^^ _{M un(J rfcm}

ίϊ ί t ^e Xr SeS hegen. l-in»,, M ausgebildet Fm Ringraum 96 ist ,»,sehen

haben Kurven /ur ι igt «- _{Jcm r},_{chäusc 8n} und dem hinsal/88 ausgebildet und

d.c in I- ig. 3 dargestellt simi Verbindung /wischen dem Rinp.raum 94

Π« Gegenströmung5 in,dem Aul ^;¹^™ ^a5 _und „_{m Ringraum} 90 für den von der Strömung^

auch durch, cnen ^ Dr^k er«ug. ^^,^ _{miUc|qucllc 84 pclicfcrtc} Versorgungs<lruck

es 1.1 I . g. la "'¹Jf"^¹' · Ventil 72 vcr- In dem Finsat? 88 ist ferner ein zylindrisches I eil

Stromungsm.HclquelleTO mit e.ncn Ven 7Z angeordnet, welches in einen Auffangkan«! 102

himdcn ist. über svclchcs^c ^^^'^⁰^¹^.'^ ^ _RhetoJ_t_ _Dcr Auffanekanal 102 ist mit einer I chum·

Kanal 41 cmluhrnar ,« nc, ,^^--[-^^ " ₁₀₄ verbunden, die mit der öffnung 86 verbunden ,st.

steh, der AbschluLKv.dcr st.nd Ti,übe ^.c '-cjm g _{Jcr Druck jn der MJUe dcr Wirbclkammcr92}

^ j _{Jcr Druck jn der MJUe dcr Wirbclkammcr92}

m i emer ÄΑΐί«"» Äreich auch ,„ dem Auffangkana. 102 vorherrscht und cmc ϋΜ unc, c d h S lk h

Αΐί«» Äreich auch ,„ dem ug

c Gcgcnsirömung. d. h. cmc Strömung \on links nach

nAu^C Sing des belüfteten 3₅ iecnts hew.rk, .Im F.ns-t, 105 J m„„_{g /u} dem

sind zufriedenstellende Hr- /jl.ndrischcn Einsatz 88 angeordnet und m,t einem

V.ntils Kanal 106 versehen, der in einen sich nach außen cr-

f« ^Sehⁿcn oT/T mfdη S JrSSrSr_n. »"bei wciternden Kanal 107 übergeh,. Umlüfumgskanäle

« Te'r rchm SSO"' des ^usSkannls 36 ist. Der .08 verbinden über em Ventil «09 die ,m F.in»tz 105

Weri 1 5 DMsXsondcrs günst.g Obwohl das Ventil 40 befindliche Kammer steuerbar mit der umgebenden

tTÄ „ da». «1™ 6., Cd*«» ^h, wird, d., STiV-

..mdcn «»ünschten Rauschateland und munganiudindcm Ringiaumjedurchd.cscn Korpic

zufnedenstellende Ergebnisse m.t 55 röBe an einer Anzei3evorrichtung 118 angezeigt wird. ^£"' Ab Je röß" die Drehung ist, desto kleiner wird det

^ » ^Sr Anzeigevomchtung 118 abzulesende Meßwert

tt£3E^^^ S- *■ ^r Fig. , veranschaulich, d,c

zwischen dem Ende des Auffangkanals 60 mechan.sche E.ngangsbew^jmg -nd den an de,

Ι ίΤτΛ« Seite der Scheibe 32 ist während L Anzeigevorrichtung 118 abzulesenden Dnickausgang

40 uml·der linken!^^ Scjeijl^'£,£,^22 und Die mechanische Bewegung ist in dem oberen Ab

der Abstand zwischen ^J Ende^d« Zylinders ^ _β ^ ^ _{p d} ,„ _wobe

der rechten Seite der Scheibe 3Z ist. ^ ^ _{Ordinate Grade} ^₀ Sekunde und auf de

c ^ /j 65 Abszisse die Zeit dargestellt sind. Wird das Gerät un

„ _ β 50 pro Sekunde gedreht, so wird ein erster Druck

D* =- 0 8 D ausgang A₁ an der Anzeigevorrichtung 11& festge

/ J 33D¹ stellt; bei einer Drehung von 0° pro Sekunde wird eii

Druckausgang A₂ an der Anzeigevorrichtung 118 abgelesen; und bti einer Drehung von minus 50" pro Sekunde wird ein dritter Druckausgang /I₁ an der Anzeigevorrichtung 118 abgelesen. Auch wenn das Ausmaß der Drehung fortwährend wechselt, wie es durctt die sinusförmige Kurve in dem Eingangsabschnilt der graphischen Durstellung der F i g. 5 veranschaulicht ist, entsteht eine entsprechende sinusförmige Anzeige bei der Anzeigevorrichtung 118.

Derselbe mechanische F.ingung wurde auf einen Wirbclslromverslärkcr übertragen, welcher nicht mit einer Gegenströmung aus einem Auffangkanal 1(12 versehen war. und das Ergebnis ist in der graphischen Darstellung der I i g. 5a dargestellt. Ks ist zu erkennen, clali der Ausgang sehr viel mehr Rauschen enthält

und sehr viel weniger Unterscheidungsmerkmale erkennen läßt, welches ihn weniger empfindlich und deshalb weniger brauchbar macht.
Es ist nicht genau bekannt, warum der Wirbelstromverstärker nach der Erfindung eine so hohe rauscharmc Verstärkung hat, wie sie in F i g. 3 und 5 dargestellt ist. Es kann aber angenommen werden, daß die Gegenströmung in dem Auffangkanal 40 des Wirbclstrotnverstärkcrs nach F i g. 1 und dem Auffangkanal 102 des Wirbclstromvcrstärkcrs nach F i g. 4 zu einer Stabilisation des Slrömungskcgels führt, der an dem Ausgang des Alislaßkanals 36 gemäß F i g. 1 oder an dem sich erweiternden Kanal 107 nach F i g. 4 ausgebildet wird, wodurch Instabilitäten,

• 5 Druck wechsel und Rauschen herabgesetzt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Gesamtverstärkung jedoch bekanntlich wieder redu- Pateniansprüche: /kr:. Bei diesem bekannten Prinzip, die Gesamtver- stärkung zu erhöhen, besteht ein wesentlicher Nachteil

1. Belüfteier Wirbelstromverstärker mit einem darin, daß das in den einzelnen Versiärkersiufen ent- \on der Wirbelkammer ausgehender, Auslaßkanal, 5 stehende Rauschen bzw. die Störgeräusche mit vervon welchem das austretende Strömungsmittel in stärkt werden und somit am Ausgang der Verstärkereinen koaxial zum Auslasskanal und diesem in einrichtung erscheinen, so daß bei Verstärkern, die einem vorbestimmten Abstand gegenüberstellenden nach, diesem bekannten Prinzip aufgebaut sind, der Auffangkanal einer belüfteten, sich an die Wirbel- Rauschabstand relativ schlecht ist (französische Patentkammer anschließenden Kammer eintritt, da- io schrift 141X214).

durch gekennzeichnet, daß in dem Die der Windung zugrunde liegende Aufgabe be-

mit einem Abschlußwiderstand (64:76; abge- stellt darin, einen belüfteten Wirbelstromverstärker

schlosserten Auffangkanal (40) eine Gegensirö- der eingangs definierten Art zu schaffen, der einen

mung. entgegengesetzt zu dem aus dem Auslaß- Bereich äußerst hoher Verstärkung aufweist, wobei

kanal (36) fließenden Strömungsmittel, eingeführt -5 dieser Bereich ein großes Rauschsignalverhältnis bzw.

ist. Rauschabstand aufweist.

2. Belüfteter Wirbelstromverstärker nach An- Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegen- .-mem Wirbelstromverstärker aus, der in bekannter ström'- ·" von einer dem AuslaiJkanal (j6) in der Weise aufgebaut ist und einen zentral gelegenen Wirbt, .turner gegenüberliegenden Öffnung (50) 20 Auslaßkanal aufweist, aus welchem das Strömungsabnehmbar ist. mittel in der Gestalt eines mehr oder weniger geöffne-

3. Belüfteier Wirbelstromverstärker nach An- ten Trichters austritt. Der öffnungswinkel des Ströspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Gegen- mungskegels oder Trichters hängt dabei bekanntlich strömung von einer getrennten Strömungsmittel- von der in der Wirbelkammer erzeugten Wirbelströquelle (70) abgeleitet ist. 25 mung ab.

4. Belüfteter Wirbelstromverstärker nach den Zur Lösung der genannten Aufgabe wird nun dieser Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Wirbelstromverstärker so ausgebildet, daß erfindungsin einer Leitung (54, 58, 78) zwischen der Auffang- gemäß in dem mit einem Abschlußwiderstand abgeöffnung (40) und der Gegenströmungsquelle (ge- schlcssenen Auffangkanal eine Gegenströmung, enttrennte Strömungsmittelquelle [70], Öffnung [50]) 30 gegengesetzt zu dem aus dem Auslaßkanal fließenden ein einstelloares Ventil (56; 72) angeordnet ist. Strömungsmittel, eingeführt ist. Die sich dabei unter

5. Belüfteter Wirbelstromverstärker nach den anderem einstellende Wirkung besteht darin, daß man Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß einen weitgehend verbesserten Rauschabstand innerdie Kammer (42) durch ein . :euerbares Ventil (68) halb eines vorbestimmten Verstärkungsbereiches erentlüftet ist. 35 hält.

6. Belüfteter Wirbelstromverstärker nach An- Obwohl die sich dabei abspielenden Strömungsspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ab- verlaufe und Wirkungen noch nicht vollständig erstand (5) der Mündung des Auffangkanals (40), forscht sind, da sie sich mathematisch sehr schwer erdessen Durchmesser dem Durchmesser (D₁) des fassen lassen, so gibt es dennoch für diese über-Auslaßkanals (36) entspricht, zu dem Auslaßkanal 40 raschende Wirkung eine Erklärung, die darin besteht, (36) etwa gleich dem Durchmesser (D₁) ist. daß offenbar die aus dem Auffangkanal austretende

7. Belüfteter Wirbelstromverstärker nach den Gegenströmung den mittleren Bereich des Strömungsvorangegangenen Ansprüchen, dadurch gekenn- kegeis stabilisiert und das Auftreten von Schwingzeichnet, daß er zum Erfassen einer Drehbewegung neigung als auch kleinen Strömungsturbulenzen unterum seine Zylinderachse drehbar gelagert ist. 45 bindet bzw. dämpft.

Gemäß einer Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Gegenströmung von einer dem Auslaß-

kanal in der Wirbelkammer gegenüberliegenden Öffnung abnehmbar ist.

50 Eine weitere Möglichkeit besteht auch darin, daß

Die Erfindung betrifft einen belüfteten Wirbelstrom- die Gegenströmung von einer getrennten Strömungsverstärker mit einem von der Wirbelkammer aus- mittelquelle abgeleitet wird.

gehenden Auslaßkanal, von welchem das austretende Um den belüfteten Wirbelstromverstärker nach der

Strömungsmittel in einen koaxial zum Auslaßkanal vorliegenden Erfindung auch an unterschiedliche Ver- und diesem in einem vorbestimmten Abstand gegen- 55 sorgungsdrücke bzw. Steuerdruckbereiche anpassen überstehende!. Auffangkanal einer belüfteten, sich an zu können, ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Wirbelkammer anschließenden Kammer eintritt. vorgesehen, daß in einem Verbindungskanal zwischen Bei einer bekannten Verstärkeranordnung für Strö- der Auffangöffnung und der Gegenströmungsquelle mungsmittelsignale sind zwei Verstärkerstufen hinter- (getrennte Strömungsmittelquelle, öffnung) ein eineinandergeschaltet, und vom Ausgang der zweiten 60 stellbares Ventil angeordnet ist. Hierdurch läßt sieh Verstärkerstufe führt eine Gegenkopplungsleitung der Arbeitspunkt des Wirbelstromverstärkers einzum Steuereingang der ersten Verstärkerstufe. Obwohl stellen.

man bekanntlich durch Hintereinanderschalten mehre- Um darüber hinaus noch dien Wirbelstromverstärker

rer Verstärkerstufen die Gesamtverstärkung ent- nach der Erfindung an verschiedene Bedingungen ansprechend erhöhen kann, wird jedoch gleichzeitig die 65 passen zu können, kann die belüftete Kammer, welche Linearität der Verstärkung verschlechtert, so daß man also den Auffangkanal umgibt, durch ein steuerbares Gegenkopplungen vorsehen muß, um den Verstär- Ventil entlüftet sein, kuncsbereich zu linearisieren. Hierdurch wird die Zweckmäßig wird die Anordnung so getroffen, daß