DE1750619A1

DE1750619A1 - Saettigbare proportionale Stroemungs-Verstaerker-Vorrichtung

Info

Publication number: DE1750619A1
Application number: DE19681750619
Authority: DE
Inventors: Bermel Thomas William
Original assignee: Corning Glass Works
Current assignee: Corning Glass Works
Priority date: 1967-05-31
Filing date: 1968-05-17
Publication date: 1971-05-13
Also published as: DK124422B; NL6801869A; US3524460A; BE715968A; CH477050A; SE339629B; GB1194292A; FR1566012A

Description

Sättipbare proportionale StrömunKs-Yer st ärker-Vorrichtung

Die Erfindung "betrifft eine hydraulische bzw. pneumatische Vorrichtung zur Wandlung und/oder Verstärkung von Strömungen, insbesondere von Strömungssignalen, bei welchen der zugeführte Arbeitsstrom mittels zweier einander gegenüberliegender, in den Arbeitsstrom einmündender Steuerströme im Verhältnis der Steuerströme auf zwei Auslässe aufgeteilt wird.

Bei den bekannten proportionalen Strömungs-Verstärker-Vorrichtungen dieser Art bewirkt ein Ansteigen der Differenz der Einlaßdrucke an den Kontrolldüsen über den normalen Arbeitsbereich hinaus eine Umkehrung und Abnahme der Differenz der Auslaßdrucke.

Ungleich herkömmlichen bistabilen "lock-on"-!Typ Verflüssigkeitsverstärkern, bei welchen der Kraftstrom die eine oder die andere Wandung einer Zwischenkammer sperrt und der Kraftstrom im wesentlichen vollständig zu einem oder den anderen eines Paares von Auslässen in Abhängigkeit von an den Steuerdüsen angewendeten Signalen gerichtet ist, sperrt ein proportionaler Plüssigkeitsverstärker nicht die eine oder die andere Wandung, sondern ver- ' teilt die Flüssigkeit zwischen den Auslaßkanälen in Abhängigkeit zu dem Druckdifferenzial an den Kontrolldüsen. Ein propor-

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tionaler Strömungsverstärker ist demnach eine Anälog-Vorrichtung. Es gibt zwei Arten von Proportional-Strömungs-Verstärkern. Bei beiden Arten wird die Flüssigkeit in Abhängigkeit von dem an deb ffontrolldüse angewandten Differenzdruck in den einen oder deia. anderen Auslaß gerichtet, zwischen beiden proportional aufgeteilt oder gegenüber beiden abgelenkt und in die Umgebung entlüftet. Wenn die Druckdifferenz an den Kontrolldüsen ausreichend vergrößert wird, um den Arbeitsstrom entweder teilweise oder vollständig jenseits der Auslaßdurchgänge abzulenken, so daß wenigstens ein bedeutender Teil davon entlüftet wird, bezeichnet man den Verstärker als im negativen "Bereich" befindlich.

Die Zunahme bzw. Verstärkung eines proportionalen Strömungsverstärkers ist bestimmt durch das Verhältnis der Differenz zwischen den Drucken innerhalb der Auslaßkanäle zu der Differenz der Drucke an den Steuerdüsen. Innerhalb des Arbeitsbereiches bis zum negativen Steigerungspunkt des Verstärkers, d.h. bis zu dem Punkt, an welchem der negative Bereich beginnt, bewirkt ein Ansteigen der an den Kontrolldösen angewandten Druckdifferenz ein Ansteigen der Druckdifferenz zwischen den Auslaßkanälen. Nachdem der negative Bereich erreicht ist, führt ein weiteres Ansteigen der Druckdifferenz an den Kontrolldüsen zu einer Abnahme der Druckdifferenz an den Auslaßkanälen. Dies kommt daher, daß mehr und mehr des Arbeitsstromes nach außen entlüftet wird, anstelle durch einen der Auslaßkanäle zu gehen. Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine sättigbare, proportionale Strömungsverstärkervorrichtung zu schaffen, welche die bisher aufgetretenen Nachteile beseitigt und welche eine Stabilisierung erlaubt, und zwar eine Stabilisie-

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rung erlaubt, und zwar eine Stabilisierung der Druckdifferenz an den Auslaßkanälen der Vorrichtung bei Ansteigen der an den KoniiDlldüsen angebrachten Druckdifferenz nach Erreichen desjenigen Arbeitspunktes der Vorrichtung, bei welchem der negative Bereich, also das Abfallen der Differenz der Auslaßdrucke iaormalerweise beginnen würde.

Dies soll nach der Erfindung dadurch erreicht werden, daß erste udn zweite proportionale Verstärker mit je einer Einlaß-, einem Paar von Krontrolldüsen und einem Paar von Ausläßen vorgesehen g sind, daß eine Quelle für Steuersignale mit einer Steuerdüse des besagten ersten Flüssigkeitsverstärkers verbunden ist, daß eine Verbindung zwischen einem der Ausläße der ersten Verstärker und einer der Steuerdüsen des besagten zweiten Verstärkers vorgesehen ist, daß eine Quelle von Druckflüssigkeit zu der anderen der Kontrolldüsen jedes der ersten und zweiten proportionalen Flüssigkeitsverstärker geführt ist und daß eine Flüssigkeitsquelle verbunden ist mit jeder der Arbeitsstromdüsen der besagten proportionalen Flüssigkeitsverstärker, wobei der Auslaß des zweiten proportionalen Flüssigkeitsverstärkers der Auslaß " der Vorrichtung ist. (Es sind also zwei Verstärker der eingangs angegebenen Art so hintereinander geBohaltet, daß ein Auslaß des ersten Verstärkers als Steuersignal des zweiten Verstärkers dient. )

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung:

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Fig. 1 ist eine Draufsicht auf einen bekannten proportionalen Flüssigkeitsverstärker,

Fig. 2 ist eine Draufsicht auf einen anderen bekannten proportionalen Flüssigkeitsverstärker,

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung eines proportionalen Flüssigkeitsverstärkers,

Fig. 4 ist ein Diagramm des Verhältnisses zwischen den Differenzen von Einlaßdruck und Auslaßdruck der bekannten proportionalen Flüssigkeitsverstärker,

Fig. 5 sind die Auslaßdrucke über die Differenz der Steuerdrucke aufgetragen,

Fig. 6 ist ein schematisches Diagramm eines sättigbaren proportionalen Flüssigkeitsverstärkers gemäß der Erfindung,

Fig. 7 ist ein Diagramm der Einlaß- und Auslaß-Druckdifferenz der Vorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 8 ist ein schematisches Diagramm einer anderen Ausführungsform der Erfindung. ■ ,

W Unter dem Begriff "Strömung" ist jedes kompressible Medium, wie Luft, Stickstoff oder anderes Gas oder inkompressibles Medium, wie Wasser oder dergl. zu verstehen, welche Medien fest Partikel enthalten können. Diese Erfindung ist nicht auf ein bestimmtes Medium beschränkt.

Fig. 1 zeigt einen proportional Medium-Verstärker 10. Bei einem solchen wird der von einer Arbeitsdüse 12 ausgesandte Arbeitcstrom zu dem einen oder dem anderen oder zu beiden Auslaßkanälen 14

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gerichtet in Abhängigkeit von der Stärke eines Steuersignals, welches an der Kontrolldüse bzw. Steuerdu.se 16 angebracht wird. Durch die Kanäle 18 kann überschüssiges Medium abfließen.

In Pig. 2 ist ein proportionaler Strömungsverstärker 20 mit zentraler Abflußleitung gezeigt. Bei diesem Verstärker kann der Arbei':3strom nach einem der Auslaßkanäle 14 oder zu dem zentralen Entlastungsdruchlaß 22 strömen. Antriebsflüssigkeitsfluß und Abführung von Überschußflüssigkeit werden durch den Durchgang 24 bewerkstelligt. Bekanntlich vermindert ein proportionaler Flüssigkeitsverstärker mit zentraler Entlastungsöffnung den Sekundärfluß innerhalb der Vorrichtung.

Pig. 3 zeigt ein Diagramm eines typischen proportionalen Strömungsverstärkers mit einem Einlaßmundstück 26, einem Paar von Steuerdüeen 28, 50, einem Paar von Auslaßkanälen 32, 34. Die Differenz zwischen den an den Steuerdüsen 28 und 30 angewandten Drucken ist £ P^. Die Differenz in den Drucken des Auslaßkanals 32 und Auslaßkanals 34 ist / P . Die Zunahme bzw. das Verstärkerverhält-

nis eines solchen proportionalen Druckwandlers i;>t dann gleich A P_Q dividiert durch ^. ϊ⁵. ·

Die Fig. 4 und ■> illustrieren die Druckverhältni^se in dem Wandler nach Fig. 3· Wenn /^ P. null ist, d.h. also wenn der Druck an der Kontrolldüse du gleich dem Druck an der Kontrolldür.e 30 ist, ist A ^₀ ^auctl null, da die Strömung durch den Auslaß 32 gleich der Strömung durch Auslaß 34 ist. Dementsprechend ist in Figur 4 /^ P, gleich null, wenn ^ P gleich null ist.

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Diese Bedingungen sind auch in Fig. 5 dargestellt, in welcher, der Auslaßdruck P am Auslaß 32 durch die Kurve P 32 und der Aualaßdruck am Auslaß ^¹V durch die Kurve P 3^ dargestellt ist. Es zeigt sich, daß bei /\ ^\ gleich null P 32 gleich P 34 ist. Wenn an eine oder an beiden der Steuerdüsen 28, 30 ein Signal derart angewendet wird, daß J^ P^ nicht gleich null ist, nimmt ^ P zu oder ab. Dies ist in Fig. 4 durch den linearen Anstieg der Kurve im Arbeitsbereich gezeigt. Aus Fig. 5 ist ersichtlich, daß im Arbeitsbereich ^ ^ nicht gleich null ist. Der Druck im Auslaß 32 ist verschieden vom Druck im Auslaß 34, da der von der Einlaßdüse 26 ausgehende Strom nun aufgeteilt wird zwischen die Auslaßdüsen 32 und 34-> und zwar im gleichen Verhältnis wie die Steuerdrucke an den Steuerdüsen 28, 30. ^ P· kann bis auf einen Wert vergrößert werden, bei dem der von der Einlaßdüse 26 ausgehenden Strom soweit abgelenkt wird, daß nur ein Teil von ihm in die Auslaßdüse 32 oder 3^ eintritt, während ein großer Teil zur Umgebung entlüftet wird. Bei dieser Steuerdruckdifferenz tritt die Vorrichtung in den sogenannten negativen Bereich ein, bei welchem eine weitere Vergrößerung von ^ Pi nicht nur keine weitere Vergrößerung von ^ P sondern im Gegenteil eine Abnahme von /^ P bewirkt (Fig. 4). Dies liegt daran, daß mehr und mehr des Einlaßstromes zur Umgebung entlüftet wird, statt in die eine oder die andere der Auslaßkanäle 32, 34 zu fließen. Ea wird sodann ein Punkt erreicht, bei dem der gesamte Einlaßstrom jenseits der Auslaßöffnungen abgelenkt wird, so daß /\ P_Q null wird, wenn £ F^ sehr hoch wird. Es zeigt sich also, daß Jenseits des Arbeibsbereiches die Vorrichtung negativ

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wird, also ihr Verhalten umgekehrt, was für die meisten Anwendungsfälle nachteilig ist.

Durch die Erfindung soll dieser Nachteil abgestellt werden. Es soll also eine Vorrichtung der angegebenen Art geschaffen werden, bei der kein Abfall der Differenz der Auslaßdrucke erfolgt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist ein Fig. 6 illustriert. Ein erste·, proportionaler Druckwandler 36 hat einen Einlaß 38, zwei Steuerdüsen 40, 42 und zwei Auslässe 44, 46. Ein zweiter Druckwandler 48 hat eine Einlaßdüse 50, zwei Steuerdüsen 52, 54- und zwei Auslässe 56, 58. Das Medium wird den Einlassen 38, 50 von entsprechenden Druckmittelquellen 60, 62 zugeführt. Ein Druckmedium wird der Steuerdüse 42 des Wandlers 36 aus einer passenden Quelle 64 zugeführt, während dem zweiten Wandler aus einer Quelle 66 über die Steuerdüse 52 Steuermedium zugeführt wird. Der Wert für ^ P^ dieser Vorrichtung ist die Differenz der Drucke an den Steuerdüsen 40 und 42. Der Wert für Δ P ist die Differenz der Drucke an den Ausläßen 56 und 58.

Anhand der Fig. 7 soll nun die Arbeitsweise der Vorrichtung nach Fig. 6 dargestellt werden. Steuersignale von einer beliebigen Quelle werden der Steuerdüse 40 des Wandlers 36 zugeführt. Der Arbei :sstrom vom Einlaß wird auf die AusläSse 44, 46 entsprechend einem an der Steuerdüse 40 zugeführten Druck aufgeteilt, da der Druck an der Steuerdüse 42 konstant gehalten ist. Der Auslaß 46 führt zur freien Atmosphäre, während der Auslaß 44 als Steuerdruck bzw. Steuermedium der Steuerdüse 54 des Wandlers 48 zugeführt wird. Daher wird ^ P eine Funktion des Druckes an der

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Steuerdüse 54, da der Druck an der Steuerdüse 52 konstant gehalten wird. Wenn der Druck an der Steuerdüse 40 ansteigt, steigt __ P_Q ebenfalls an, da der Auslaß 44 abfällt. Wenn der Druck an der Steuerdüse 40 soweit ansteigt, daß der am Einlaß 38 zuger führte Strom fast gänzlich durch den Auslaß 46 ins Freie abger führt wird, ist der geringstmögliche Druck in der Leitung 44 null. Daher kann bei einem bestimmten unveränderlichen Druck an der Steuerdüse 52 des Verstärkers 48 ^ P^ .nur einen bestimmten, defiriierten Wert erreichen, welcher dem Druck an der Steuerdüse 52 entspricht. Diese maximale Druckdifferenz Ρ_Λ bleibt

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konstant, wie noch auch immer __ Pj ansteigt, da ja der Druck an der Steuerdüse 54 nicht weniger als null sein kann. Es zeigt sich also, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht negativ wird, ihr Verhalten also nicht umgekehrt, sondern daß die Auslaßdifferenz bis zu einer bestimmten Steuerdruckdifferenz etwa linear ansteigt und sodann bei weiterem Ansteigen der Einlaß-Steuerdruckdifferenz konstant bleibt.

Die Vorrichtung nach Fig. 6 hat getrennte vorgespannte Steuerdruckquellen, wie auch getrennte Einlaßdruckquellen 64, 66 bzw. 60, 62. Die Vorrichtung kann aber auch mit nur einer einzigen Druckquelle 68 gemäß Fig. 8 betrieben werden* Die Druckquell· 68 ist dabei unmittelbar verbunden mit den ünläeeen 58 und 50 der Wandler 36 und 48. Durch eine Drossel 70 wird ferner der Steuerdüse 42 Druckmittel aus der Quelle 68 zugeführt. Durch eine zweite Drossel 72 w±d der Steuerdüse 52 des Wandlers 48 ebenfalls Steuerdruck zugeführt. Mittels der Drosseln 70, 72 kann der Druck der Quelle 68 beliebig nach Bedarf eingestd.lt werden.

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Der sättigbare proportionale Druckwandler gemäß der Erfindung ist verwendbar zum Erzeugen eines Strömungs-Geschwindigkeits-Auslaßsignals aus einem Strömungs-Einlaßsignal, um die Operation eines Lüfters anzuzeigen oder dergl.

Obwohl die vorliegende Erfindung beschrieben wurde unter Hinweis auf spezifische Einzelheiten bestimmter Ausführungsformen der Erfindung, ist nicht beabsichtigt, daß solche Einzelheiten Beschränkungen des Umfanges der Erfindung darstellen. "

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Claims

I MÖNCHEN 23, den 15- Mai 1968 tiorpetwl . "* Anmelderin: Conning Glass Works, Corning, New York Patentansprüche

1) Sättigbarer, proportionaler Druckwandler bzw. Strömungssignalverstärker, dadurch gekennzeichnet, daß er aus zwei Verstärkern besteht, die je einen Arbeitsstrom-Einlaß (38, 50), zwei Steuerdüsen (40,. 42) bzw. (52, 54) und zwei Auslassen (44, 46) bzw. (56, 58) aufweisen,

daß eine Quelle für Einlaßsignale an einer der Steuerdüsen (40) des ersten Wandlers vorgesehen ist,

daß einer (44) der Auslässe (44, 46) des ersten Wandlers (36) mit einer der Steuerdüsen (54, 52) des zweiten Wandlers (48) verbunden ist,

daß die jeweils andere Steuerdüse (42 bzw. 52) des ersten und zweiten Wandlers (36, 48) mit einer konstanten Druckmitielquelle (64 bzw. 66) verbunden ist, und daß sowohl der Einlaß (38) des ersten Wandlers (36) als auch der Einlaß (50) des zweiten Wand lers (48) mit einer Arbeitsstromquelle (60, 62) verbunden ist,

Wobei die Auslässe (56, 58) des zweiten Wandlers (48) die Auslässe der gesamten Vorrichtung bilden.

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Eventualanspruch (1)

Strömungsdruckverstärker, bei welchem der zugeführte Arbeitestrom mittels zweier einander gegenüberliegender, in den Ar* beitsstrom einmündender Steuerströme im Verhältnis der Steuerströme auf zwei Auslässe aufgeteilt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Wandler (36, 48) dieser Art, deren jeweils einer Steuerdüee (42, 52) konstanter Druck zugeführt wird, derart miteinander verbunden sind, daß der Auslaß (44) des ersten Wandlers (36) als variabler Steuerstrom des zweiten Wandlers (48) dient.

2) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine einzige Druckmittelquelle (68) vorgesehen ist, von der die Einlasse (38, 59) des ersten (36) und zweiten (48) Wandlers direkt gespeist werden, während die eine Steuerdüse (42) des ersten Wandlers (36) über eine Drossel (70) und die eine Steuerdüse (52) des zweiten Wandlers (48) über eine Drossel (72) von der Quelle (68) gespeist ist.

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