DE1774859B1 - Elektro-fluidischer signalumformer - Google Patents

Description

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Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei stellt rechte Schaltarm 6 durch den entstehenden Unterim einzelnen dar druck in den Strömungsmittelausgang 3 herein-

F i g. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines elek- gedreht wird. Sobald dieser Schaltarm 6 von der tro-fluidischen Signalumformers gemäß der Erfin- Strömung in dem Strömungsmittelausgang 3 erfaßt dung, 5 wird, wird er an dessen Außenwand gedrückt, so

F i g. 2 eine zweite Ausführungsform, daß der Schalthebel wiederum eine Stellung einnimmt,

F i g. 3 eine dritte Ausführungsform, wie in F i g. 1 dargestellt ist.

F i g. 4 eine vierte Ausführungsform. Bei abgeschalteten Elektromagneten 9 und 10

Ein elektro-fluidischer Signalumformer I (vgl. die oszilliert demnach der Schalthebel 5 zwischen zwei Fig. 1) weist ein nichtmetallisches Gehäuse 1 auf, in io jeweils einen der Strömungsmittelausgänge3 und 4 das ein Strömungsmitteleingang 2 und zwei symme- verschließenden Stellungen. Die Oszillation des irische Strömungsmittelausgänge 3 und 4 eingefräst Schalthebels 5 verläuft dabei annähernd ungedämpft, sind, die ihrerseits durch einen Strömungsmittelteiler wenn, wie in der F i g. 1 veranschaulicht, zwischen 21 getrennt sind. In einer Unterbrechung des Strö- dem Volumen, das von den Schaltarmen 6 bzw. 7, der mungsmittelteilers 21 ist auf der den Strömungsmittel- 15 Kante 19 bzw. 20 und der jeweils benachbarten Wand eingang 2 teilenden Mittellinie ein Schalthebel 5 mit der Ausnehmungen 27 bzw. 28 begrenzt ist, und der zwei Schaltarmen 6 und 7 um einen Zapfen 8 drehbar Umgebung ein schneller Druckausgleich möglich ist. gelagert. Dieser Schalthebel besteht aus einem ferro- Dazu dienen die in der F i g. 1 ersichtlichen Zwimagnetischen Metall oder enthält ferromagnetisches schenräume zwischen dem Schalthebel 5 und den Metall. Zur Aufnahme jeweils eines Schaltarmes 6 20 Wänden der Ausnehmungen 27 und 28 bzw. beson- bzw. 7 ist der Strömungsmittelteiler 21 mit Aus- dere, hier nicht gezeigte Druckausgleichslöcher,
nehmungen 27 und 28 versehen, die stromaufwärts Bei eingeschalteten Elektromagneten nimmt der be-

jeweils eine Kante 19 bzw. 20 aufweisen. Der Schalt- schriebene elektro-fluidische Signalumformer eine bihebel 5 ist dabei so gelagert, daß bei seiner maxima- stabile Charakteristik an. Wird z. B. durch ein eleklen Auslenkung jeweils ein Schaltarm den zugehöri- 25 trisches Eingangssignal der bisher den Schalthebel 5 gen Strömungsmittelausgang vollständig verschließt arretierende Elektromagnet abgeschaltet und der und der andere Schaltarm in der ihn aufnehmenden andere eingeschaltet, so wird der Schalthebel, wie Ausnehmung des Strömungsmittelteilers 21 liegt, so oben beschrieben, durch die Strömung zu dem jetzt daß der ihm benachbarte Strömungsmittelausgang erregten Elektromagneten hinübergedreht und dort völlig freigegeben ist. 30 arretiert.

In der Nähe der Anschläge der Schaltarme 6 und 7 Selbstverständlich wirkt während der Drehung des

sind außerhalb der Strömungsmittelausgänge 3 und 4 Schalthebels 5 auch das Feld des Elektromagneten Elektromagnete 9 und 10 angebracht. Diese bestehen auf den Schalthebel. Da jedoch zum Arretieren des jeweils aus einer Erregerspule 14 und 15 mit den zu- Schalthebels wegen des geringen Luftspaltes zwischen gehörigen elektrischen Zuleitungen 11 und 12 bzw. 35 diesem und dem Elektromagneten in der arretierten 16 und 17 und einem Spulenkern 13 bzw. 18. Die Stellung nur geringe Leistungen notwendig sind, ist beiden Elektromagnete 9 und 10 sind elektrisch so diese Kraft wegen des während des Umschaltvorgeschaltet, daß jeweils nur einer der Elektromagne- ganges vorhandenen großen Luftspaltes vernachten 9 oder 10 erregt ist. lässigbar klein.

Wenn bei abgeschalteten Elektromagneten dem be- 40 In einem zweiten Ausführungsbeispiel eines schriebenen elektro-fluidischen Signalumformer eine elektro-fluidischen Signalumformers II (vgl. die Flüssigkeits- oder Gasströmung durch den Strö- F i g. 2) ist im Unterschied zu dem ersten Ausfühmungsmitteleingang 2 zugeführt wird und dabei, wie rungsbeispiel der Schalthebel 5 am Scheitelpunkt des in F i g. 1 veranschaulicht, der Schalthebel nach rechts Strömungsmittelteilers 21 angebracht. Durch diese gedreht ist, so staut sich ein Teil dieser Strömung in 45 Anordnung wird die jeweilige Staulänge der Strömung dem durch den Schaltarm 6 verschlossenen Strömungs- in dem gerade verschlossenen Strömungsmittelausmittelausgang 3. Die Strömung fließt dann durch den gang zwischen den Schaltarmen 6 und 7 und dem Strömungsmittelausgang 4 und wird an der Kante 20 Strömungsmitteleingang 2 verkürzt, so daß die verwirbelt, so daß der Schaltarm 7 in der Ausneh- Oszillationsfrequenz des Schalthebels 5 und damit die mung 28 des Strömungsmittelteilers 21 in einem 50 Schaltfrequenz des Signalumformers erhöht wird.
Unterdruckgebiet der Strömung liegt. Der Unterdruck Da bei diesem Ausführungsbeispiel die Wirbel er-

ist dabei so groß, daß der Schaltarm 7 in den Strö- zeugenden Kanten 19 und 20 des ersten Ausführungsmungsmittelausgang 4 hineingezogen wird und, so- beispiels nicht mehr vorhanden sind, ist der Schaltbald er von der Strömung erfaßt wird, an die Außen- hebel derart geformt, daß jeweils in der arretierten wand des Strömungsmittelausganges 4 gedrückt wird. 55 Stellung der dem erregten Elektromagneten ab-Während dieses Vorganges wird der rechte Schalt- gewandte Schaltarm nicht in die aus dem Strömungsarm 6 von der Außenwand des Strömungsmittelaus- mitteleingang fließende Strömung hineinragt. Der der ganges 3 in die Ausnehmung 27 des Strömungsmittel- Strömung zugewandte Schaltarm wird dann lediglich tellers hinübergedreht. Bei dieser Lage des Schalt- mit dem durch die hohe Strömungsgeschwindigkeit hebeis 5 staut sich jetzt die Strömung vor dem Strö- 60 verringerten statischen Druck beaufschlagt und beim mungsmittelausgang 4 und schlägt wie oben beschrie- Abschalten des gerade erregten Elektromagneten in ben zum Strömungsmittelausgang 3 um, sobald der den bisher freien Strömungsausgang gezogen,
verschlossene Strömungsmittelausgang 4 mit der Bei dem dritten Ausführungsbeispiel eines elektro-

Flüssigkeit oder dem Gas der Strömung bis zum fluidischen Signalumformers III ist als Schalthebel Scheitelpunkt des Strömungsmittelteilers aufgefüllt ist. 65 eine am oberen Ende gabelförmig eingeschnittene

In diesem jetzt freigegebenen Strömungsmittelaus- Blattfeder 22 im Scheitelpunkt des Strömungsmittelgang 3 wird die Strömung wiederum an der Kante 19 teilers 21 fest eingespannt, so daß durch den Fortfall des Strömungsmittelteilers 21 verwirbelt, so daß der drehbeweglicher Teile die Halterung des in der Strö-

mung oszillierenden Schalthebels sehr einfach ist. Zudem wird der Umschaltvorgang durch die beim Arretieren gespeicherte und jetzt frei werdende potentielle Energie der Blattfeder 22 unterstützt, so daß noch kürzere Schaltzeiten erreichbar sind.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist zusätzlich der bistabile Charakter des elektro-fluidischen Signalumformers noch dadurch verstärkt, daß der Strömungsmitteleingang 2 durch Kanten 25 und 26 von den Außenwänden der Strömungsausgänge 3 bzw. 4 zurückgesetzt ist, so daß ein bistabiles Wandstrahlelement gebildet wird. Diese Ausführungsform ist selbstverständlich auch bei allen anderen beschriebenen Ausführungsbeispielen möglich.

Befindet sich die Blattfeder, wie in F i g. 3 dargestellt, in einer den Strömungsmittelausgang 3 verschließenden Stellung, dann fließt die aus dem Strömungsmitteleingang 2 austretende Strömung in den Strömungsmittelausgang 4, wobei sie sich auf Grund des Coandaeffektes an die Außenwand dieses Strö- so mungsmittelausganges anlegt. An dieser Wand bleibt die Strömung so lange haften, bis nach dem Abschalten des erregten Elektromagneten 9 sich die Blattfeder 22 an die Außenwand des bisher freien Strömungsmittelausganges 4 angelegt hat.

Die Ausführung des elektro-fluidischen Signalumformers als bistabiles Wandstrahlelement bewirkt also eine zusätzliche Sicherung gegen ein Rückpendeln der Blattfeder 22 auf Grund der eigenen Rückstellkraft und des Einflusses der Strömung vor Erreichen der maximalen seitlichen Auslenkung.

In einem vierten Ausführungsbeispiel eines elektrofluidischen Signalumformers IV sind stromaufwärts des Schalthebels 5 in den Strömungsmitteleingang 2 von rechts und links einmündende Steuerkanäle 23 und 24 vorgesehen. Diese Steuerkanäle dienen dazu, durch Zugabe von Strömungsmittel die aus dem Strömungsmitteleingang 2 austretende Flüssigkeits- oder Gasströmung in eine bevorzugte Richtung zu lenken, so daß es dadurch ermöglicht wird, Asymmetrien des Schalthebels 5 oder dessen Halterung auszugleichen oder aber die Umschaltzeit in eine bevorzugte Richtung kürzer zu gestalten. Selbstverständlich können diese Steuerkanäle 23 und 24 an entsprechender Stelle auch bei allen anderen Ausführungsformen angeordnet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Coanda-Effekt mitbenutzt, so daß der Schalthebel Patentansprüche: lediglich impulsmäßig in die Strömung hereingedreht zu werden braucht, um eine Umschaltung zu bewir-

1. Elektro-fluidischer Signalumformer mit ken. Gleichzeitig ist damit aber der Nachteil verbuneinem Strömungsmitteleingang, an welchen sich 5 den, daß nach einem kurzfristigen Rückstau in dem zwei durch einen Strömungsmittelteiler getrennte gerade benutzten Strömungsausgang das Strömungs-Strömungsmittelausgänge anschließen, sowie mit mittel in den anderen Strömungsausgang fließt und mindestens einem schwenkbar an seinem einen dort bleibt, auch wenn der Rückstau wieder auf-Ende gelagerten Schalthebel zum Umlenken der gehoben ist. Außerdem ist nach einer kurzen UnterStrömung und mit mindestens einem diesen io brechung der Eingangsströmung völlig ungewiß, an Schalthebel beeinflussenden Elektromagneten, welche Wand sich die Strömung anlegt, d. h. aus weldadurch gekennzeichnet, daß der chem Strömungsausgang sie ausfließt. Schalthebel (5) eine dem Strömungsmitteleingang Aufgabe der Erfindung ist es, einen elektro-fluidi-(2) zugewandte gabelförmige Ausnehmung sehen Signalumformer der eingangs genannten Art zu (Schaltarme 6 und 7) aufweist und auf der den 15 schaffen, dessen Elektromagnete nur mit geringen Strömungsmitteleingang (2) teilenden Mittellinie Leistungen betrieben werden müssen, so daß gelagert ist, derart, daß er von der Strömung schwache elektrische Signale in starke strömungsdurch die an seinen Außenflanken auftretenden mechanische Signale umgewandelt werden können. Druckunterschiede in die Strömungsmittelaus- Darüber hinaus soll die Strömungsrichtung weder gänge (3,4) wechselweise verschließende Stellun- 20 durch eine kurzfristige Unterbrechung der Eingangsgen bewegbar ist, in denen er von einem Elektro- strömung noch durch einen kurzfristigen Rückstau in magneten (9,10) arretierbar ist. dem gerade benutzten Strömungsausgang geändert

2. Elektro-fluidischer Signalumformer nach werden.

Anspruch], dadurch gekennzeichnet, daß der Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, daß erfindungs-

Schalthebel (5) in einer Unterbrechung des Strö- 25 gemäß der Schalthebel eine dem Strömungsmitteleinmungsmittelteilers (21) gelagert ist und der Strö- gang zugewandte gabelförmige Ausnehmung (Schaltmungsmittelteiler (21) die Schaltarme (6, 7) auf- arme) aufweist und auf der den Strömungsmitteleinnehmende Ausnehmungen (27, 28) aufweist. gang teilenden Mittellinie gelagert ist, derart, daß er

3. Elektro-fluidischer Signalumformer nach von der Strömung durch die an seinen Außenflanken Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der 30 auftretenden Druckunterschiede in die Strömungs-Schalthebel eine Blattfeder (22) ist. ausgänge wechselweise verschließende Stellungen bewegbar ist, in denen er von einem Elektromagneten arretierbar ist.

Bei einem derartigen elektro-fluidischen Signal-

35 umformer wird die Energie zum Umschalten des Schalthebels nur mehr — im Gegensatz zu den bekannten Signalumformern — zu einem vernachlässig-

Die Erfindung betrifft einen elektro-fluidischen bar geringen Teil von den Elektromagneten und zum Signalumformer mit einem Strömungsmitteleingang, größten Teil allein von der Strömung aufgebracht, an welchen sich zwei durch einen Strömungsmittel- 40 Damit oszilliert der Schalthebel in der Strömung teiler getrennte Strömungsausgänge anschließen, so- durch den jeweils auf die Außenflanken seiner Schaltwie mit mindestens einem schwenkbar an seinem arme wirkenden Unterdruck, solange die Elektroeinen Ende gelagerten Schalthebel zum Umlenken magnete nicht erregt sind. Die hier verwendeten der Strömung und mit mindestens einem diesen Elektromagnete dienen also lediglich der Arretierung Schalthebel beeinflussenden Elektromagneten. 45 des Schalthebels in einer einen Strömungsausgang

Derartige elektro-fluidische Signalumformer sind verschließenden Stellung.

z.B. aus der USA.-Patentschrift 3 266 512 und aus Zur Arretierung des Schalthebels ist nur eine ge-

der Zeitschrift »Technica«, Nr. 26, 1967, S. 2693, ringe Energie von dem Elektromagneten aufzubrinbekannt. Der Schalthebel ist dabei stromabwärts des gen, da in der arretierten Lage der Luftspalt zwi-Strömungsmitteleinganges drehbar gelagert, derart, 50 sehen dem Elektromagneten und den ihm zugeordnedaß er in seiner Ruhelage die aus dem Strömungs- ten Schaltarm des Schalthebels durch deren geeignete mitteleingang austretende Strömung nicht beeinflußt Formgebung gering gehalten werden kann, und auch von ihr nicht beeinflußt wird. Die Umlen- Eine strömungsmäßig günstige Ausführungsform

kung der Strömung in den einen oder anderen Strö- des elektro-fluidischen Signalumformers wird in Ausmungsausgang geschieht dadurch, daß ein dem Schalt- 55 bildung der Erfindung dadurch erreicht, daß der hebel zugeordneter Elektromagnet erregt wird und Schalthebel in einer Unterbrechung des Strömungsden Schalthebel aus seiner Ruhelage bewegt und in mittelteilers gelagert ist und der Strömungsmittelteiler die Strömung hineindreht. die Schaltarme aufnehmende Ausnehmungen auf-

Da aus geometrischen Gründen der Elektromagnet weist.

bei diesen elektro-fluidischen Signalumformern 60 Der Umschaltvorgang des elektro-fluidischen außerhalb der Strömungskanäle liegen muß, sind Signalumformers kann gemäß einer weiteren Auswegen des zumindest bei dem Umschaltvorgang auf- führungsform der Erfindung noch dadurch untertretenden großen Luftspaltes auch hohe elektrische stützt werden, daß der Schalthebel eine Blattfeder ist, Leistungen zum Umschalten des Schalthebels erfor- die auf Grund ihrer in der arretierten Lage gespeicherderlich, so daß der Verstärkungswert derartiger elek- 65 ten potentiellen Energie die jeweilige Umlenkung der tro-fluidischer Signalumformer nicht sehr hoch ist. Strömung unterstützt.

Ferner wird bei dem aus der USA.-Patentschrift Die Erfindung ist im folgenden an Hand mehrerer,

3 266 512 bekannten elektro-fluidischen Wandler der in der Zeichnung lediglich schematisch dargestellter