DE1905499C3 - Fluidanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Fluidanordnung, bestehend aus einer länglichen, geschlossenen Wechselwirkungskammer, an deren Stirnseiten achsgleich einander gegenüberliegend zwei identische, mit einem ersten und einem zweiten Fluid beaufschlagte Düsen zur Erzeugung einer resultierenden Fluid-Strömung angeordnet sind, wobei an beiden Enden der Wechselwirkungskammer seitliche Austrittsöffnungen für die resultierende Fluid-Strömung vorgesehen sind,

Eine Fluid-Anordnung dieser Art ist an sich bekannt (US-Patentschrift 34 26 780). Es handelt sich bei dieser Anordnung um einen Fluid-Verstärker, bei welchem die an den Stirnseiten der Wechselwirkungskammer vorgesehenen Düsen jeweils mit einer Fluid-Speiseströmung beaufschlagt werden, während ein Fluid-Steuersignal zwei an der Seitenwandung der Wechselwirkungskammer im Bereich dieser Düsen vorgesehenen Einlassen zugeführt wird, wobei jeweils ein Einlaß einer Düse zugeordnet ist. An zwei ebenfalls an der Seiten- bzw. Umfangswandung der Wechselwirkungskammer vorgesehenen Auslässen kann dann ein in Abhängigkeil von dem Steuersignal sich änderndes Ausgangssignal entnommen werden.

Dieser Fluid-Verstärker ist verhältnismäßig kompliziert aufgebaut und eignet sich nicht zur Messung der Druckdifferenz zwischen den den beiden Düsen zugeführten Fluid-Strömungen.

Weiterhin sind auch noch Fluid-Verstärker einfacherer Ausführung bekannt (Control-Engineering, |uni 1945, Seite 88—93), bei denen die beiden Düsen an den Stirnseiten der Wechselwirkungskammer wiederum jeweils mit einer Fluid-Speiseströmung beaufschlagt werden und bei denen dann inn Bereich einer Düse an der Umfangswandung der Wechselwirkungskammer einer Steuerdüse vorgesehen ist, die aufgrund des zugeführten Steuersignals eine Querströmung in der Wechselwirkungskammer erzeugt, so daß an einer ebenfalls an der Umfangswandung der Wechselwirkungskammer vorgesehenen Auslaßöffnung ein verstärktes Ausgangssignal entnommen werden kann, welchfis iich in Abhängigkeil von dem Steuersignal ändert. Auch diese bekannten Fluid-Verstärker eignen sich nicht zur Messung der Druckdifferenz zwischen den den Düsen an der Stirnseite der Wechselwirkungskammer zugeführten Fluid-Strömungen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Fluid-Anordnung aufzuzeigen, die bei einfachem Aufbau die Messung einer Druckdifferenz zwischen zwei Fluid-Strömungen gestattet, welche den Düsen der Wechselwirkungskammer zugeführt werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Fluidanordnung erfinduiigsgemäß so ausgeführt, daß bei einer Anordnung zur Messung der Druckdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Fluidstrom die Differenz des durch die beiden Austrittsöffnungen aus der Wechselwirkungskammer entweichendem Fluid ein Maß für die Druckdifferenz ist und daß an jeder Austrittsöffnung der Wechselwirkungskammer ein von der betreffenden Austrittsöfinung seitlich wegstehendes Rohr angeschlossen ist, welches eine der entsprechenden Austrittsöffnung gegenüberliegende, die Fluid-Strömung drosselnde Auslaßöffnung sowie einen zwischen der Austrittsöffnung und der Auslaßöffnung angeordneten Druckanschluß aufweist.

Die Erfindung zeichnet sicili durch einen besonders einfachen Aufbau sowie durch eine große Zuverlässigkeit im Betrieb aus, wobei die Druckdifferenz direkt an den Druckanschlüssen der beiden Rohre gemessen werden kann.

Bei der erfindungsgemäßen Fluid-Anordnung entweicht, wenn der Druck des Fluid-Stromes an einer der beiden Düsen höher ist als an der anderen Düse, das Fluid praktisch nur durch diejenige, in der Wechselwirkungskammer vorgesehene Austriusöffnung, die der mit dem höheren Druck beaufschlagten Düse entfernt liegt. Es folgt hieraus, daß je nach Druckdifferenz zwischen den den beiden Düsen zugeführten Fluid-Strömungen das Fluid hauptsächlich durch die eine oder die andere Austrittsöffnung entweicht, wobei bei gleicher Ausbildung der Düsen sowie bei symmetrischer Ausbildung der gesamten Fluid-Anordnung an beiden Austrittsöffnungen der Wechselwirkungskammer die Menge des entweichenden Fluids dann gleich ist, wenn

auch die Drücke der den Düsen zugeführten Fluid-Strömungen gleich sind.

Die Empfindlichkeit der erfindungsgemäßen Fluid-Anordnung ist eine Funktion der Abmessungen ihrer verschiedenen Teile und dabei insbesondere eine Funktion des Verhältnisses zwischen dem Durchmesser der Düsen und dem Durchmesser der Wechselwirkungskammer. Bei bestimmten Verhältnissen läßt sich sogar ein Hysterese-Effekt bei der Abhängigkeit des durch die beiden Austrittsöffnungen aus der Wechsel-Wirkungskammer entweichendem Fluid von der Druckdifferenz zwischen den den Düsen beaufschlagten ersten und zweiten Fluid-Strömungen erreichen. Dieser Hysterese-Effekt tritt beispielsweise dann ein, wenn das Verhältnis des Durchmessers der Düsen zum Durchmesser der Wechselwirkungskammer in der Größenordnung von 0.5 liegt.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figur an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fluid-Anordnung im Längsschnitt,

mer 1 durch die Düsen 4 und 5 eingeführte Fluid durch die Austrittsöffnung 9 und nur ein geringer Teil oder aber überhaupt kein Fluid durch die Austrittsöffnung 8. Wird nun der Druck ρ 1 verringert oder aber der Druck ρ2 erhöht, d.h. die Druckdifferenz (pl-p2) verkleinert, so erreicht man einen Wert von(pl-p2), der sehr nahe bei Null liegt, für welcher, die Fluid-Strömung »pendelt«, und das Fluid tritt dann auch durch die Austrittsöffnung 8 aus.

In umgekehrter Weise gilt, daß das Fluid stärker oder hauptsächlich durch die Austrittsöffnung 8 austritt, wenn der Druck ρ 1 kleiner ist als der Druck ρ 2.

Das Verhältnis der Druckdifferenz (pi-p2) zum mittleren Druck pm (pl+p2)/2, welches den Austritt des Fluids in der Austrittsöffnung 8 oder in der Austrittsöffnung 9 bewirkt, kann beliebig klein sein, wenn das Verhältnis des Querschnitts der Düsen 4 und 5 zum Querschnitt der Wechselwirkungskammer 1 zweckmäßig gewählt ist.

Wenn beispielsweise die Wechselwirkurgskammer t kreisförmigen Querschnitt mit einem Durchmesser D aufweist und eine Länge IOD besitzt, die Austrittsöffnungen 8 und 9 ebenfalls kreisförmigen Querschnitt mit einem Durchmesser von D aufweisen und unmittelbar

F i g. 2 in schematischer Darstellung eine Anwendung 25 an die Wände 2 und 3 angrenzen und darüber hinaus die

der Fluidanordnung gemäß Fig. 1 bei einer Antriebsvorrichtung einer Werkzeugmaschine,

Fig.3 in schematischer Darstellung eine weitere Anwendung der erfindungsgemäßen Fluid-Anordnung in einer Antriebs- bzw. Steuervorrichtung.

Die in Fig. 1 gezeigte Fluid-Anordnung besteht aus einer Wechselwirkungskamme'- 1 von länglicher Form, im vorliegenden Ausführungsbeisp'el in Form eines Hohlzylinders, welcher an seinen beiden Stirnseiten durch Wände 2 und 3 begrenzt ist. In diesen Wänden 2 und 3 sind zwei identische Düsen 4 und 5 vorgesehen, die einander achsgleich gegenüberliegen und die über zwei Rohrleitungen 6 und 7 mit zwei in der F i g. 1 nicnt näher dargestellten Fluid-Quellen mit den Drückern ρ 1 identisch ausgebildeten und einander achsgleich bezogen auf die Symmetrieachse der Wechselwirkungskammer 1 gegenüberliegenden Düsen 4 und 5 einen Durchmesser d besitzen, hängt das Arbeiten der Fluid-Anordnung vom Verhältnis d/Dab.

Für d/D = 0,33 fließt, wenn ρ 1 größer als ρ 2 und (p 1 -p2)/pm = ¹Ao ist, die gesamte Menge des Fluids durch die Austrittsöffnung 9. Wenn man den Wert (p 1 - ρ 2)1pm durch (p 1 -p2) verkleinert, indem man pm konstant hält, verkleinert sich die Menge des durch die Austrittsöffnung 9 entweichenden Fluids langsam, und entsprechend erhöht sich die Menge des durch die Austrittsöffnung 8 entweichenden Fluids langsam, bis das Verhältnis (p 1 - ρ 2)1 pm in der Größenordnung von

und ρ 2 beaufschlagt sind. Ander Umfangswandungder 40 2,5/100 liegt, wobei dann unterhalb dieses Verhältnisses Wechselwirkungskammer 1 sind weiterhin zwei Aus- Hip Mpnw Hp« Hurt* riie AiiurimnffnnnnQentweichentrittsöffnungen 8 und 9 für das über die Düsen 4 und 5
zugeführte Fluid vorgesehen, wobei diese Austrittsöffnungen unmittelbar an die Wände 2 und 3 angrenzen.

Von jeder Austrittsöffnung 8 und 9 erstreckt sich seitlich ein Rohr 13 bzw. 14 weg, welches an seinem Ende eines der entsprechenden Austrittsöffnung 8 bzw. 9 gegenüberliegende, die Fluid-Strömung drosselnde

Auslaßöffnung 15 bzw. 16 sowie einen der betreffenden

Auslaßöffnung 15 bzw. 16 zugeordneten Druckanschluß 50 Austrittsöffnung 8 aus.

die Menge des durch die Austrittsöffnung 9 entweichenden Fluids sehr schnell abnimmt und schließlich gleich der durch die Austrittsöffnung 8 entweichenden Menge des Fluids wird, bis die Fluid-Strömung durch die Austrittsöffnung 9 kleiner wird als die entsprechende Fluid-Strömung durch die Austrittsöffnung 8. Bei einer Veränderung von (pi—ρ2)/pm von 5% tritt der größere Teil der Fiuid-Strömung, der bei ρ 1+ρ 2 durch die Austrittsöffnung 9 entwich, bei ρ 1 < ρ 2 durch die

17 bzw. 18 aufweist.

Die Rohre 13 und 14 bestehen jeweils aus einem zylinderförmigen Endteil, in welchem der Druckanschluß 17 bzw. 18 sowie die Auslaßöffnung 15 bzw. 16 In einem anderen Fall, bei dem das Verhältnis d/D — 0,4 beträgt, sind die Vorgänge qualitativ gesehen die gleichen. Der Wert von (p \-p2)lpm, bei dem sich eine plötzliche Änderung in den Fluid-Strömungen an

vorgesehen sind und aus einer sich von der Austrittsöff- 55 den Austrittsöffnungen 8 und 9 in Abhängigkeit von nung 8 bzw. 9 zu diesem Endteil hin stetig erweiterndem (p 1 - ρ 2) ergibt, liegt dann jedoch in der Größenord-Längsteil. nung von 2/1000.

Obwohl die beiden Drücke ρ 1 und ρ 2 in etwa gleich Schließlich entweicht bei einer anderen Ausführungs-

sind, wird in der Praxis zwischen beiden Drücken stets form, bei der das Verhältnis d/D = 0,5 gewählt ist, bei eine geringe Differenz bestehen, und es ist Zweck der 60 ρ 1 > ρ 2 die gesamte Menge des Fluids durch die

gezeigten Fluid-Anordnung, diese sehr geringe Differenz zwischen den Drücken ρ 1 und ρ 2 zu messen, ohne daß man von vornherein weiß, welcher der beiden Drücke im betreffenden Augenblick größer ist.

Die Fluid-Anordnung arbeitet für diesen Zweck folgenderweise:

Wenn der Druck ρ 1 beispielsweise größer ist als der Druck i»2, entweicht das in die Wechselwirkungskam-Austrittsöffnung 9. Wenn sich dann der Wert von (pl-p2) verkleinert, zu Null wird oder sogar im Vorzeichen ändert, strömt weiterhin fast die gesamte Menge des Fluids durch die Aüslaßöffnung 9, bis (p2~p l)/pm einen Wert von 2/100 annimmt, bei dem die Fluid-Strömung schlagartig von der Austrittsöffnung 9 an die Austrittsöffnung 8 überwechselt. Wird dann der Wert von (p2-p l)/pm verringert, so gilt in

umgekehrter Weise, daß das gesamte Fluid durch die AuslaOöffnung 8 entweicht, bis bei Umkehrung des Vorzeichens von (p2-p\) die Größe (pl-p2)/pm einen Wert von 2/100 erreicht, bei welchem die Fluid-Strömung schlagartig von der Austrittsöffnung 8 auf die Austrittsöffnung 9 überwechselt. Bei einem Verhältnis von d/D = 0,5 behält das von der Differenz des durch die beiden Austrittsöffnungen 8 und 9 abgeleitete Meßergebnis bei ρ 1 = ρ 2 das Vorzeichen der früheren Druckdifferenz (p 1 -p2) bei. Um dieses Vorzeichen bzw. Meßergebnis aufzuheben oder zu ändern, muß an der Fluid-Anordnung eine Druckdifferenz mit entgegengesetztem Vorzeichen und beispielsweise einen Wert (p 1 - ρ 2)1 pm = 2/100 anliegen.

Diese Zahlenwerte sind als Beispiel gegeben, um zu zeigen, daß die Fluid-Anordnung gemäß der Erfindung in ihrer Funktion von dem Verhältnis des Querschnitts der Düsen 4 und 5 zu dem Querschnitt der Wechselwirkungskammer abhängt, das heißt in Abhängigkeit von diesem Verhältnis unterschiedliche Empfindlichkeit bzw. Speichereigenschaften besitzt und somit auch als Speicherelement zur Speicherung einer Binärinformation dienen kann. Das Meßergebnis wird in Form eines Drucksignals bei der Fluid-Anordnung an den Anschlüssen 17 und 18 entnommen.

Als praktisches Anwendungsbeispiel der Fluid-Anordnung gemäß F i g. 1 ist in F i g. 2 in schematischer Darstellung eine Antriebseinrichtung eines Teiles einer Werkzeugmaschine dargestellt, wobei eine Abmessung eines maschinell zu bearbeitenden Werkstückes oder aber eine Längenfunktion betreffend die Einstellung oder Verstellung eines Teiles der Maschine einen vorgegebenen Bezugswert erreichen soll. Die Veränderungen der Abmessung oder der Länge, die mit dem Bezugswert bzw. der Bezugslänge zu vergleichen sind, haben den veränderlichen Abstand Λ von einer festen Oberfläche 19 zu einer Öffnung 20. Die Bezugslänge wird in Form eines festen Abstandes ho einer Festwand 21 zu einer Öffnung 22 angenommen. Die Öffnungen 20 und 22 liegen an den äußeren Enden stromabwärts von zwei Leitungen 24 und 25, welche entsprechend stromaufwärts mit kalibrierten Öffnungen 26 und 27 versehen sind und von der gleichen Druck- bzw. Fluidquelle 28 gespeist werden. In der Abzweigung zwischen den Leitungen 24 und 25 befindet sich die Fluid-Anordnung 29, die in F i g. 1 gezeigt ist und deren Druckanschlüsse 17 und 18 mit zwei Kammern in Verbindung stehen, die in einem Zylinder 30 durch einen beweglichen Kolben 31 begrenzt werden. Wenn beispielsweise die Öffnungen 26 und 27 und ebenso die Öffnungen 20 und 22 jeweils identisch sind, ist der Druck ρ 1 in der Leitung 24 größer als der Druck ρ 2 in der Leitung 25, wenn h größer als Zi₀ ist. Der Kolben 31 befindet sich dann in der mit nichtunterbrochenen Linien dargestellten Stellung. Der Kolben befindet sich in der mit unterbrochenen Linien dargestellten Stellung 31A, wenn h größer als />o ist, wobei der Übergang von der einen zu der anderen Stellung dann stattfindet, wenn h den Bezugswert ho überschreitet. Der Kolben 31 ist kraftschlüssig mit einem Maschinenteil verbunden und bewirkt damit eine Steuerung dieses Maschinenteils in Abhängigkeit davon, ob die in Betracht gezogene Abmessung erreicht ist oder ob der Bezugswert überschritten wird.

F i g. 3 zeigt die Anwendung der Fluid-Anordnung gemäß der Erfindung für die Überprüfung eines Werkstückes mit vorgegebener Toleranz. Die zu überprüfende Abmessung ist eine Funktion des

Abstandes h von einer festen Wand 32 zu einer Öffnung 33. wobei die äußersten Werte der zu überprüfenden Abmessung bzw. Toleranz der Abweichung von h von den Werten Λο und /?i entspiechen. Die Öffnung 33 liegt am Ende stromabwärts in einer Leitung 34, welche

ίο stromaufwärts eine kalibrierte Öffnung 35 enthält. Parallel zu der Leitung 34 sind zwei Leitungen 36 und 37 vorgesehen, welche die kalibrierten Öffnungen 38 und 39 stromaufwärts und die kalibrierten Öffnungen 40 und 41 stromabwärts enthalten. Die drei Leitungen 34, 36

ij und 37 werden von derselben Fluid-Quelle 42 gespeist. An der Abzweigung zwischen den Leitungen 34 und 36 befindet sich eine Fluid-Anordnung 43 und an der Abzweigung zwischen den Leitungen 34 und 37 eine weitere Fluid-Anordnung 44 gemäß der Erfindung. Die Ausgänge 45 und 46 der Fluid-Anordnung 43 und die Ausgänge 47 und 48 der Fluid-Anordnung 44 stehen mit den beiden gegenüberliegenden Teilen eines Sichtanzeigers in Verbindung. Dieser Anzeiger weist zwei parallelepipedische Hohlräume 49 und 50 auf, welche parallelepipedische Schieber 51 und 52 enthalten, die sich frei in den Hohlräumen 49 und 50 mit einem Minimum an Spiel verschieben können. Die Wände 53 und 54 der Hohlräume sind durchsichtig, während die Schieber 51 und 52 aus undurchsichtigem Material hergestellt sind. Der Teil der Wand 55 des Hohlraumes 49 ist beispielsweise rot, während der Teil der Wand 56 grün ist. Die Fläche 57 und 58 der Schieber sind weiß. Die bei den Kammern, die in jedem Hohlraum 49 und 50 durch den Schieber begrenzt werden, stehen bei dem Hohlraum 49 mit den Ausgängen 45 und 46 der Fluid-Anordnung 43 und bei dem Hohlraum 50 mit den Ausgängen 47 und 48 der Fluid-Anordnung 44 in Verbindung. Wenn die Öffnungen 40 und 41 so gewählt sind, daß sie den Werten Z)₀ und h\ von dem die Grenzen der Toleranz festsetzenden Λ entsprechen, ergibt sich.

daß, wenn h < h₀ < /?i ist, die beiden Schieber den Teil der Wand 53 abdecken, so daß der Anzeiger durch die

Wände 53 und 54 hindurch weiß und grün erscheint.

Wenn Zi₀ < h < ft, ist, decken die beiden Schieber die Wände 55 und 56 ab, und der Anzeiger ist weiß. Wenn schließlich h₀ < h\ < h ist, decken die beiden Schieber die Wand 56 ab, und der Anzeiger ist rot und weiß.

Verwendet man zusätzlich zu der Leitung 34 (F i g. 3) nicht nur zwei, sondern π Leitungen, von denen jede am Ende stromabwärts kalibrierte Öffnung entsprechend einem Wert h enthält, so kann man noch allgemeiner den Wert eines Werkstückes in bezug auf π im voraus festgelegte Werte klassifizieren. Benützt man einen analog dem in Fig. 3 dargestellten Sichtanzeiger,

welcher η Hohlräume und Zahlen anstelle von Farben enthält, so erhält man ein Meßgerät zur digitaler! Ablesung.

Die Verwendung eines Sichtanzeigers ist selbst verständlich nur als Ausführungsbeispiel angegeber

to worden. Es ist selbstverständlich mit Hilfe vor Schiebern und Kolben auch möglich, elektrische Kontakte herzustellen oder zu unterbrechen oder abei direkt die Bewegung beispielsweise der Teile eine Sortiermaschine zu steuern.

Hierzu 2 Blatt Zciclinunccn

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Fluidanordnung, bestehend aus einer länglichen, geschlossenen Wechselwirkungskammer, up ^rτη Stirnseiten achsgleich einander gegenüber end zwei identische, mit einem ersten und einem /weiten Fluid beaufschlagte Düsen zur Erzeugung einer resultierenden Fluid-Strömung angeordnet sind, wobei an beiden Enden der Wechselwirkungskammer seitliche Austrittsöffnungen für die resultierende Fluid-Strömung vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Anordnung zur Messung der Druckdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Fluidstrom die Differenz des durch die beiden Austrittsöffnungen (8, 9) aus der Wechselwirkungskammer (1) entweichenden Fluid ein Maß für die Druckdifferenz ist und daß an jeder Austrittsöffnung (8,9) der Wechselwirkungskammer (1) ein von der betreffenden Austrittsöffnung seitlich wegstehendes Rohr (13, 14) angeschlossen ist, welches eine der entsprechenden Austrittsöffnung (8, 9) gegenüberliegende, die Fluid-Strömung drosselnde Auslaßöfinung (15 bzw. 16) sowie einen zwischen der Austrittsöffnung (8, 9) und der ;-s Auslaßöffnung (15,16) angeordneten Druckanschluß (17,18) aufweist.

2. Fluidanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Rohr (13, 14) eine sich von der Wechselwirkungskammer (1) bis zu einem im wesentlichen zylindrischen Endteil fortschreitend erweiternden Längsteil aufweist und daß der Druckanschluß (17, 18) an dem Endteil vorgesehen ist.

3. Fluidanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Durchmessers, der Düsen (4, 5) zum Durchmesser der Wechselwirkungskammer (1) in der Größenordnung von 0,33 oder 0,4 liegt.

4. Fluidanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines Hysterese-Effektes bei der Abhängigkeit der Differenz des durch die beiden Austrittsöffnungen (8, 9) aus der Wechselwirkungskammer (1) entweichendem Fluid von der Druckdifferenz des den Düsen (4, 5) zugeführten ersten bzw. zweiten Fluids das Verhältnis des Durchmessers der Düsen (4, 5) zum Durchmesser der Wechselwirkungskammer (1) in der Größenordnung von 0,5 liegt.

50