DE1936327C3 - Analoge Fluidverstärkeranordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine analoge Fluidverstärkeranordnung mit einer ersten Lamelle, die zwischen zwei Deckplatteniluiddichi gehalten ist und in der ein Fluidverstärker mit einer Wechselwirkungskammer angeordnet ist, in die ein Leistungskanal und zwei gegenüberliegende Steuerkanäle einmünden und von der zwei Ausgangskanäle und mindestens ein Ventkanal ausgehen. Eine derartige Anordnung ist aus der US-PS 8! Mb bekannt.

FUiidische Regelgeräte, die keine sich bewegenden mechanischen Teile aufweisen und als Fluidverstärker bekannt sind, besitzen gegenüber analogen elektronischen Schaltungen viele Vorteile. Insbesondere ist der Fluidverstärker relativ einfach im Aufbau, billig in der Herstellung, er vermag extremen Umgebungsbedingungen, wie z. B. Stoß, Vibration, nuklearer Bestrahlung und hoher Temperatur, zu widerstehen, und da keine bewegten Teile vorhanden sind, ist die Lebensdauer praktisch unbegrenzt. Dadurch werden lange Betriebsperioden ohne Unterbrechung erzielt Diese Geräte ίο können als analoge und digitale Rechner- und Regelelemente und ebenso zum Betätigen von Ventilen und ähnlichen Vorrichtungen verwendet werden.

Ein einzelner Fluidverstärker liefert jedoch bei vielen Anwendungsfällen nicht den erforderlichen Verstärkungsgrad. Wenn mehrere Fluidverstärker in Reihe geschaltet werden, wird das Stör/Nutzverhältnis zu einem ernsthaften Problem. In vielen analogen Schaltungen, die eine große Verstärkung und/oder einen gewünschten Frequenzgang erfordern, wie z. B. in fluidischen Regelsystemen, die für einen sehr genauen Betrieb ausgelegt sind, sind die bekannten analogen Strömungsverstärker und die fluidischen Komponenten, die derartige Verstärker verwenden, nicht völlig zufriedenstellend gewesen. Weiterhin sind die in derartigen Schaltungen verwendeten bekannten fluidischen Widerstände nicht zufriedenstellend gewesen, da ihre Widerstandswerte nicht präzise sind.

Aus der US-PS 30 57 551 ist es zwar bekannt, eine digitale fluidische Rechnereinheit mit bewegte Teile (Relais) aufweisenden Elementen durch Zusammenschaltung von mehreren verschiedenen Elementen auf einer Platte und in mehreren Ebenen auszubilden, wobei den Elementen verschiedene Drucke zuführbar sind und Durchbrüche und Verbindungsleitungen in verschiedenen Platten vorhanden sind. Das Stör/Nutzverhältnis wird durch diese Zusammenschaltung jedoch nicht verbessert.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine analoge Fluidverstärkeranordnung zu schaffen, die einen hohen Verstärkungsgrad bei großem Stör/Nutzverhältnis besitzt.

Diese Aufgabe wird bei einer analogen Fluidverstärkeranordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der ersten Lamelle mehrere in Reihe geschaltete Fluidverstärker ausgebildet sind, daß mehrere erste Lamellen mit dazwischenliegenden zweiten Lamellen als Zwischenstück geschichtet sind, daß der den einzelnen Leistungskanälen zugeführte Fluiddruck in einer Verteilerstufe ausgebildet wird,

so die aus abwechselnd geschichteten dritten Lamellen mit einem Mittelkanal und vierten Lamellen aufgebaut ist, daß die Steuerkanäle und Ausgangskanäle der Reihenschaltungen fluchtend miteinander und durch die Verteilerstufe mit den entsprechenden Anschlüssen in der Deckplatte verbunden sind und daß die Leistungskanäle der einzelnen Fluidverstärker mit dem Mittelkanal der dritten Lamelle verbunden sind, der mit dem entsprechenden Anschluß in der Deckplatte verbunden ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß mit einer kleinen, kompakten Verstärkeranordnuiig hohe Verstärkungsgrade bei

hs geringen Störgeräuschen erhalten werden. Im Arbeitsbereich der Verstärkeranordnung gemäß der Erfindung verlaufen die Kennlinien im wesentlichen linear, und im Sättigungsbereich bleibt das Ausgarigssignal konstant.

Weiterhin kann die gesamte Anordnung als »integrierte Schaltung« aufgebaut sein, die zu großen Raumersparnissen, erhöhter Zuverlässigkeit infolge der verkürzten Wege zwischen den miteinander verbundenen Verstärkern und zu einem verbesserten Frequenz· gang führt. Zusätzlich zu den einzelnen Verstärkern in Reihen/Parallelschaltung können in gewüiGehter Weise Eingangs-, Rückkopplungs- und Zwischen widerstände in vorteilhafter Weise ausgebildet werden. Es können auch verschiedene frequenzabhängige fluidische Schaltungselemente ausgebildet werden.

Die Erfindung wird nun anhand der Beschreibung und Zeichnung eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. la, Ib und Ic zeigen eine analoge Fluidverstärkei anordnung im auseinandergezogenen bzw. zusammengebauten Zustand sowie in einem schematischen Schaltbild.

Fig. Id und Ie zeigen verschiedene Verstärkungskennlinien der Anordnung.

Fig. Ia und b zeigen eine in Lamellen unterteilte fluidische Verstärkeranordnung mit fünf Verstärkerstufen und einer internen Verteilerstufe zur Zuführung der gewünschten Fluiddrucke zu j^der Verstärkungsstufe, wobei nur eine einzelne Außenverbindung zu der Leistungsquelle des Strömungsmittels verwendet wird. Die Funktion der Verteilerstufe besteht darin, die Einspeisung des Strömungsmittels an dem Einlaß der fünften Stufe aufzunehmen und das Strömungsmittel über einen widerstandsbehafteten Strömungspfad zu den folgenden vier Stufen zu verteilen. Das Ve^sorgungs- oder Speisedruckverhältnis zwischen jeder Stufe ist ein wichtiger Faktor zur Bestimmung der Verstärkungskennlinien des Verstärkers, der Sättigung, der Linearität und des Nutz/Störverhältnisses. Es ist festgestellt worden, daß das Gesamtdruckverhältnis (von der fünften zu der ersten Stufe) in den Bereich von 25 :1 bis 5 :1 liegen sollte für einen Speisedruck an der fünften Stufe hl dem Bereich zwischen 1,75 kp/cm² und 0,14kp/cm^J. Dies ist vergleichbar mit einem Gesamtdruckverhältnis von 450 :1, das für fünf stuf ige Verstärkungsblöcke eines bekannten 1 mm-Verstärkers erforderlich ist. Diese Verringerung des Gesamtdruckverhältnisses erlaubt eine 18 bis 90-fache Erhöhung der Rückkopplungsverstärkung, die für Betriebsverstärkerzwecke verwendet werden kann.

In vielen Regelkreisen ist es wünschenswert oder sogar notwendig, daß das Ausgangssignal des Verstärkungsblockes auf seinem Sättigungswert konstant bleibt, wogegen das Ausgangssignal eines einzelnen Verstärkers im allgemeinen bei Sättigung abzufallen beginnt, wenn der Verstärker weiter übersteuert wird. Es ist festgestellt worden, daß dieser Abfall bei in Stufen unterteilten Verstärkern durch eine richtige Auswahl der Druckverhältnisse zwischen den Verstärkern steuerbar ist. Wie aus den Darstellungen in den F i g. Id und Ie hervorgeht, wird von einem fünfstufigen Verstärkungsblock eine flache Sättigung erhalten, wenn die verschiedenen Fluiddrucke so gewählt sind, daß sich jede Stufe zu sättigen beginnt, wenn sie die nächstfolgende Stufe zur Sättigung treibt. Das wichtigste Druckverhältnis ist dasjenige zwischen den fünften und vierten Stufen, und es sollte in dem Bereich von 2,5 :1 bis 4 : 1 liegen für einen Speisedruck an der fünften Stufe in dem Bereich zwischen 0,07 und 1,75 kp/cm². Die Druckverhältnisse für die ersten vier Stufen sind nicht so kritisch und liegen gewöhnlich in dem Bereich von 1 :1 bis 2,5 : I₁ wobei der Speisedruck selbstverständlich von der ersten Stufe zu den nächsten Stufen ansteigt.

Die Signalbegrenzungsfunktion kann aus den Fig. Id und Ie entnommen werden, in denen dargestellt ist, daß die Sättigungswerte konstant bleiben. Es ist festgestellt worden, daß der Verstärkungsblock ohne Verlust im Ausgangssignal durch Steuerdrucke übersteuert werden kann, die 100 mal größer sind als die für die Sättigung erforderlichen Drucke.

Im allgemeinen gestatten kleinere Speisedrucke eine Verkleinerung der Druckverhältnisse zwischen den Stufen und, wie oben bereits festgestellt wurde, dabei wird eine bessere Entkopplung zwischen den Stufen erhalten. Eine maximale Entkopplung wird durch eine minimale Differenz der Speisedrucke zwischen den Stufen erzielt Schließlich ist festgestellt worden, daß erstens das Stör/Nutzverhältnis bzw. der Rauschabstand ansteigt, wenn der Speisedruck er ersten Stufe verkleinert und die Druckverhältnisse zwischen den Stufen erhöht weiden, und zweitens die Verstärkung ansteigt, wenn der Speisedruck der ersten Stufe erhöht und das Seitenverhältnis der Speisedüse vergrößert wird.

Es sei diesbezüglich angemerkt, daß eine Vergrößerung der Verstärkung allein auch einen entsprechenden Rauschanstieg einschließt.

Somit ist die Auswahl der Speisedrucke für jede Stufe und für die Druckverhältnisse zwischen den Stufen ein wichtiger Faktor bei Überlegungen, beispielsweise für die Gesamtverstärkung, das Stör/Nutzverhältnis, die Entkopplung zwischen den Stufen, die Sättigungswerte und der Flachheit der Sättigung. Da für den wirkungsvollsten Betrieb die Speisedrucke jeder Stufe des fünfstufigen Verstärkungsblockes verschieden sind, macht die Verwendung eines internen Speisedruckverteilers die anderenfalls erforderlichen fünf getrennten Kanäle oder anderen Leitungen überflüssig, die die fünf Einlasse für das Leistungsströmungsmittel speisen, und sie erlaubt die Anwendung eines einzigen Versorgungseinlasses.

Es wird nun Fig. la näher erläutert. Hier sind die verschiedenen Elemente der Verstärkeranordnung gezeigt, die einen Speisedruckverteiler und fünf in Stufen unterteilte analoge Strömungsverstärker umfaßt. Diese sind in Lamellen unterteilt, parallel angeordnet, getrennt und miniaturisierL Um die relativen Lagen der verschiedenen Strömungskanäle und der Öffnungen in den Elementen besser darzustellen, sind die Elemente in einer übereinander angeordneten Lage dargestellt, bevor sie zusammengesetzt werden, indem sie in der gleichen Reihenfolge aufgeschichtet werden. Der Einfachheit halber sind zahlreiche Schrauben (in dieser bestimmten Ausführungsform sind es zwölf) zur Halterung der zusammengesetzten Vorrichtung in einer fluiddichten Lage nicht dargestellt. Diese sind aber in der Ansicht der zusammengesetzten Vorrichtung gemäß F i g. Ib gezeigt.

Der in Stufen unterteilte Verstärkerabschnitt der Verstärkungsanordnung ist in dem unteren Teil von Fig. la dargestellt und umfaßt eine untere Deckplatte 50, eine einzelne mit 5S-Oi bezeichnete Lamelle, zahlreiche abwechselnde Lamellen, die mit AM-2 und AM-X bezeichnet sind, und eine einzelne mit SS-02 bezeichnete Lamelle. Die verschiedenen Lamellen und Deckplatten besitzen gleiche Längen- und Breitenabmessungen und unterscheiden sich nur in der Dicke. In der jetzt zu beschreibenden bestimmten Ausführungsform weisen die Grundplatte 50 und die Deckplatte 51 jeweils eine Dicke von .3,175 mm, eine Breite von 16.67 mm und eine Lanse von 39.7 mm auf. Beide

Platten sind aus anodisicrtem Aluminium hergestellt. Es liegt auf der Hand, daß die Platten auch aus anderen Metallen oder einem anderen geeigneten Material, wie z. B. Kunststotfmaterialien, hergestellt werden können. Durch die Grundplatte 50 hindurch sind entlang der Mittelachse der Verstärkelanordnung fünf im gleichen Abstand angeordnete, große Kreisöffnun^en 52 und fünf im gleichen Abstand angeordnete, kleine Krcisöffp.uneen 13 »"«-gebilde·. Die Öffnungen 52 überdecken .uüsiandig die Ventölfnungen 21, 22 in jeder Abstandslamelle, die mit AM-2 bezeichnet sind, und die Öffnungen 43 sind mit den mittleren Vents 43 in den Abstandslamellen ausgerichtet. Wie bereits vorstehend erwähnt worden ist, sind weiterhin zahlreiche (in dieser bestimmten Ausführungsform 12) Bohrlöcher durch die Grund- und Deckplatte sowie jede Lamelle hindurch ausgebildet, um die Gesamtanordnung in einer fluiddichten Lage zusammenzuhalten.

Die Lamelle SS-Ol ist auf die Grundplatte 50 geschichtet, und auf der Mittelachse sind durch die Lamelle hindurch fünf in gleichem Abstand angeordnete große öffnungen 54 ausgebildet, die in Richtung der Lamellenbreite langgestreckt sind und abgerundete Enden aufweisen. Weiterhin befinden sich in dieser Lamelle fünf im gleichen Abstand angeordnete kleine Kreisöffnungen 43, die mit Abstand zu den öffnungen 54 angeordnet sind, die gleiche Größe aufweisen wie die öffnungen 43 in der Grundplatte und auch mit diesen auf einer Linie liegen. Die öffnungen 54 und die öffnungen 52 in der Grundplatte 50 sind ebenfalls miteinander ausgerichtet, und die öffnungen 52 überdecken vollständig die öffnungen 54. Die Lamelle SS-Ol und jede andere Lamelle in dem in Stufen unterteilten Verstärkungsabschnitt ist etwa 0,1 mm dick und ist aus rostfreiem Stahl hergestellt. Selbstverständlich können die Lamellen auf Wunsch auch aus anderen geeigneten Materialien, wie z. B. Berylliumkupfer und ähnlichen, hergestellt sein. Ein zweckmäßiges Verfahren zur Herstellung aller im folgenden zu beschreibenden Lamellen besteht im chemischen Fräsen (Ätzen), wobei die Lamelle ohne Löcher auf beiden Seiten mit einem lichtbeständigen Material überzogen, ein Negativ des zu ätzenden Musters auf der Lamelle angeordnet und dann einer ultravioletten Bestrahlung ausgesetzt wird, um die bestimmten Abschnitte des lichtbeständigen Materials empfindlich zu machen. Schließlich wird die Lamelle in eine saure Lösung gebracht, damit das empfindlich gemachte lichtbeständige Material durch das gewünschte Muster durchgeätzt wird. Die Auswahl von 0,1 mm dicken Lamellen ist als zweckmäßig befunden worden. Es können jedoch auch größere und keinere Dicken leicht angewandt werden. Die minimale Dicke wird hauptsächlich durch die Materialkosten bestimmt, die sich mit abnehmender Dicke erhöhen. Gegenwärtig ist eine minimale Dicke von 0,025 mm wirtschaftlich durchführbar. Daraufhin werden abwechselnd zahlreiche Abstandslamellen AM-2 als Zwischenstücke und Lamellen AM-\ mit Strömungsmuster auf die Lamelle SS-Ot geschichtet, wobei sich eine Abstandslamelle AM-2 mit der Lamelle SS-I in Kontakt befindet. Die bestimmte Anzahl der Abstands- und Strömungsmusterlamellen wird durch die gewünschte Fluidströmungsleistung der Verstärkeranordnung bestimmt. Die asymmetrischen Lamellen AM-X werden abwechselnd mit der Vorderfläche auf die Rückfläche und mit der Rückfläche auf die Vorderfläche geschichtet, um die Erzeugung unerwünschter Verzerrungsdrukke zu vermeiden. Die symmetrischen Lamellen AM-i werden ebenfalls abwechselnd mit der Vorderfläche auf die Rückfläche und mit der Rückfläche auf die Vorderflächc geschichtet, um geometrische und Ätzrr.ängel auszugleichen, die das Strömungsfeld beein^lussen tonnten. Dadurch wird in der Tat die Erzeugung unerwünschter Verzerrungsdrucke und anderer un.?r wünschter Effekte vermieden. Wenn es nicht anders angegeben ist. sind alle folgenden Schichtungen einer Vielzahl gleicher symmetrischer Lamellen und der nichtsymmetrischen Lamellen AM-i der Vcritärkeranordnung abwechselnd mit der Vorderseite auf der Rückseite und mit der Rückseite aiii der Vorderseite aufgeschichtet. Im allgemeinen werden »n« Strömungsmusterlamellen AM-i und ;j/3fl« Abstandslamellen AM-2 verwendet. In der speziellen beschriebenen Ausführuiigsform finden neun Abstandslamellen AM-2 und acht Strömungsmusterlamellen AM-X Anwendung, die in dargestellter Weise abwechselnd übereinander angeordnet sind. Der den Stufen unterteilte Verstärke kung^abschnitt wird abgeschlossen durch eine Lamelle SS-02, die auf die oberste Lamelle AM-2 geschichtet ist, wie es in Fig. la dargestellt ist. Die Lamelle SS-02 enthält fünf im gleichen Abstand angeordnete öffnungen 40, die in Längsrichtung der Lamelle leicht langgestreckt, auf der Mittelachse angeordnet und mit den Öffnungen 40 in den AM-2 Lamellen ausgerichtet sind. Sie besitzen auch die gleiche Größe wie die öffnungen 40. Die Lamelle SS-02 enthält ein erstes Paar rechtswinkliger öffnungen 57, die mit den öffnungen 41 in den AM-2 Lamellen fluchten, und ein zweites Paar rechteckiger öffnungen 58 (beide Paare können auch kreisförmig sein), die mit den öffnungen 42 in den AM-2 Lamellen auf einer Linie liegen. Jedes Paar ist symmetrisch zur Mittelachse angeordnet.

Durch die beschriebene Aufschichtung wird die folgende Verbindung zwischen den Lamellen und der Grundplatte geschaffen. Die Seitenvenilöcher 21, 22 in den Abstandslamellen AM-2 sind mit einem Durchlaß nach außen durch die Löcher 54 bzw. 52 in den Lamellen SS-Ol bzw. der Grundplatte 50 versehen. In gleicher Weise sorgen die Mittelöffnungen 43 in der Lamelle AM-2 für einen Durchlaß nach außen durch die Lamelle SS-Ol und die Grundplatte 50 hindurch. Dieser Auslaßweg wird durch die öffnungen 43 gebildet. Alle anderen Fluiddrucke (Steuereingangssignal, verstärktes Ausgangssignal und Leistungseinströmung) sind von dei Grundplatte durch die Lamelle SS-Ol blind abgeschlossen. Es sei jedoch erwähnt, daß die Grundplatte 50 und die Lamelle SS-Ol ähnliche, ausgerichtete öffnungen aufweisen, und daß die Lamelle SS-Ol deshalb kein unbedingt erforderliches Element ist. Es wird jedoch aus Zweckmäßigkeitsgründen verwendet, um die Verstärkerstufen von der Grundplatte zu trennen. Desgleichen sind die Ventöffnungen 21, 22 und 43 gegenüber dem Speisedruckverteiler durch die Lamelle SS-02 blind abgeschlossen. Die Lamelle SS-02 schließt auch die Steuersignale nach der ersten Stufe von dem Speisedruckverteiler blind ab. Das Steuereingangssignal zu dei ersten Stufe wird über den Speisedruckverteiler durch

Öffnungen 57 in der Lamelle SS-02 zugeführt, und da« verstärkte Ausgangssignal von der fünften Stufe wire durch die öffnungen 58 in der Lamelle SS-02 hindurch an den Speisedruckverteiler geliefert Die Abmessunger der fluchtenden öffnungen sind im allgemeiner identisch oder nahezu identisch ausgebild^f α·τι der Strömungswiderstand durch uiese öffnungen .!r.durcri zu vermindern. Schließlich leiten die öffnungen 40 in der Lamelle SS-02 den Speisedruck der Leistungsströ-

mung /μ jcdrr Verstärker.stuff.

Der Speisedruckverteiier ist aus einer oberen Deckplatte 51 und zahlreichen abwechselnd übereinandcrgelegten Lamellen SS-72 und 5.9-71 gleicher Anzahl aufgebaut. Die Deckplatte 51 enthält ein Paar kreisförmiger Anschlußöffnungen 42, die mit öffnungen 42 in der Lamelle AM-2 und Öffnungen 58 in der Lamelle 55-02 fluchten und die Ausgänge der Verslärkcranordniing bilden. Ein zweites Paar kreisförmiger Öffnungen 41, die mit öffnungen 41 in der Lamelle AM-2 und öffnungen 57 in der Lamelle 55-02 auf einer Linie liegen, bilden die Eingänge. Somit wird das Steuereingangssignal mittels der öffnungen 41 in der Deckplatte 51 (und den öffnungen 41, 57) an die erste Verstärkungsstufe gelei'c!, und das verstärkte Ausgangssigna! der fünften Stufe steht an den öffnungen 42 in der Deckplatte zur Verfügung. Eine fünfte Öffnung 61 in der Deckplatte 51 ist entlang der Mittelachse angeordnet, um der Verstärkerstufe die unter Druck gesetzte Leistungsströmung zuzuleiten.

Die Lamellen 55-72 enthalten jeweils entlang der Mittelachse fünf im gleichen Abstand angeordnete öffnungen 40 von gleicher Größe und Gestalt (für eine einheitliche Herstellung) wie die öffnungen 40 in der Lamelle 55-02. Sie sind auch zusammen auf einer Linie ausgerichtet. Die Lamellen 55-72 weisen ferner ein Paar kreisförmiger öffnungen 41 von gleicher Größe auf wie die öffnungen 41 in der Deckplatte 51 und sind mit diesen ausgerichtet, um das Steuereingangssignal an die erste Verstärkungsstufe zu leiten. Die Lamellen 55-72 besitzen zudem ein erstes Paar Kanäle 64 symmetrischer Weite, deren erste Enden mit den Ausgangsöffnungen 42 in der Deckplatte 51 fluchten und deshalb mit den öffnungen 58 in der Lamelle 55-02 und den öffnungen 42 in der Abstandslamelle AM-2 auf einer Linie liegen. Schließlich enthalten die Lamellen 55-72 ein zweites Paar Kanäle M> symmetrischer Weite und drei Paare symmetrisch angeordneter, rechtwinkliger Öffnungen 67, 68 und 69. Für eine wirtschaftliche Herstellung sollte verständlicherweise eine minimale Anzahl unterschiedlicher Lamellen hergestellt werden und somit können verschiedene öffnungen und Kanäle in dem Verstärkungsblock unbenutzt bleiben (wie z. B. die öffnungen 67, 68, 69 und die Kanäle 64, 66 in der Lamelle 55-72). Sie können aber in anderen Komponenten Verwendung finden. Die Lamellen 55-71 weisen außer einem Kanal 65 auf der Mittelachse die gleichen öffnungen und Kanäle auf wie die Lamellen 55-72. Die Länge und Breite dieses Kanales 65 ist ausreichend, um die öffnungen 40 in den Lamellen 55-72 zu überdecken. Die effektive Höhe des Mittelkanals 65 wird durch die abwechselnde Schichtung der Lamellen 55-71 unter Verwendung der Lamellen 55-72 als Zwischenstücke variiert. Sie bestimmt den Strömungswiderstand für die Leistungsströmung oder den Druckabfall dieser Leistungsströmung, wenn diese von dem Ende der fünften Stufe, das mit der Einströmungsöffnung 61 fluchtet, zu der vierten, dritten, zweiten und schließlich zu der ersten Stufe strömt, die sich auf dem kleinsten Druck befindet, wie es oben beschrieben worden ist. Die Lamellen 55-71 werden sowohl in Dicken von 0,1 mm als auch 0,05 mm hergestellt, um eine größere Kombinationsmöglichkeit der Strömungswiderstände zu erhalten, wogegen die Zwischenlamellen SS-72 jeweils nur 0,1 mm dick sind. Eine bevorzugte Schichtanordnung für die beschriebene Verteilerstufe, die eine Druckquelle für die Leistungsströmung von 0,70 kp/cm² verwendet, enthält im Regelfall, wie er in Fig. la dargestellt ist, vier Paare abwechselnd übereinander geordneter Lamellen .S'5-72 und 55-71. wobei jede Lamelle 55-71 0,05 mm dick ist.

und zwei zusätzliche Paare abwechselnd übereinander geordneter Lamellen 55-72 und 55-71, wobei jede

> Lamelle 55-71 0,1 mm dick ist. Somit ist eine Lamelle 55-72 in Kontak! mit der Deckplatte 51, und eine Lamelle 55-71 steht mit der Lamelle 55-02 in der in Stufen unterteilten Verstärkeranordnung in Berührung.

In Fig. Ib ist eine ■ Verstärkeranordnung gemäß

in Fig. la nach dem Zusammenbau gezeigt. Sie zeigt weiterhin zwölf Maschincnschraubcn 70, um die verschiedenen Lamellen und Deckplatten in fluiddichter Verbindung miteinander zu halten.

Die verschiedenen Lamellen, Grund- und Deckplatte

!5 können auf beliebige Weise zusammengesetzt werden. Beispielsweise können Stifte durch zwei sich gegenüberliegende Schraubenlöcher eingeführt werden, um die verschiedenen Teile während des Schichtverfahrens miteinander auszurichten, und dann werden die ersten zehn Schrauben 70 eingesetzt und festgezogen. Zur Herstellung einer Verbindung zwischen den Einlaß- und Auslaßöffnungen in der Deckplatte 51 und den externen Strömungsmittelleitungen können geeignete Paßstücke 71 verwendet werden. Die Gesamtabmessung der Verstärkeranordnung einschließlich der Deck- und Grundplatten und 31 Lamellen zwischen diesen Platten beträgt in der Länge etwa 40 mm. in der Breite etwa 16,5 mm und in der Dicke (Höhe) etwa 9,5 mm, wobei die Paßstücke 71 nochmals 6,35 mm in die Höhe ragen.

3» Die 12 Löcher, durch die die Schrauben 70 geführt sind, umfassen fünf Paare, die in Längsrichtung mit gleichem Abstand angeordnet sind, und ein sechstes Paar an dem Ende der öffnung 41, das mit einem größeren Abstand zu dem fünften Paar (Abstand »a«) angeordnet is:, um

^ eine falsche Schichtung irgendeiner Lamelle zu vermeiden.

Das schematische Bild (Schaltbild) der beschriebenen fünfstufigen Verstärkeranordnung ist in Fig. Ic dargestellt. Darin wird das Druckdifferenz-Steuereingangssignal öP_c = P₁I ■ P_c2 durch die öffnungen 41 in der Deckplatte 51 hindurch der ersten Strömungsverstärkerstufe 59 zugeführt, und das verstärkte Druckdif ferenz-Ausgangssignal (5P₁, = P„i - P₁* steht an den öffnungen 42 zur Verfügung, die dem Ausgang der

⁴i fünften Verstärkungsstufe 60 entsprechen. Der Fluidspeisedruck P₁ der Leistungsströmung wird der öffnung 61 zugeführt und mit einem bestimmten Druck auf den Leistungskanal einer jeden Verstärkungsstufe verteilt. Diese Verteilung erfolgt mittels des in Fig. Ic

V) dargestellten internen Speisedruckverteilers, wobei über jedem Abschnitt des Kanals 65 in den kombinierten Lamellen 55-71, 72, die in Fig. la gezeigt sind, ein Widerstand auf die fluidische Strömung erzeugt wird.
Fig. Id und Ie zeigen verschiedene Verstärkungs-

^r-' kennlinien des fünfstufigen Verstärkungsblockes. Die Ergebnisse wurden bei Verwendung von Luft als Druckmedium bei einer Temperatur von 20°C gefunden. Die Schichtanordnung des Verstärkungsblockes bestand aus acht Paaren abwechselnd übereinander

M> gelegter Lamellen AM-\ und AM-2. wobei jede Lamelle 0,1 mm dick war. Selbstverständlich können auch andere Gase oder Flüssigkeiten als Strömungsmedium verwendet werden. Fig. Id zeigt die Signalverstärkung (an der fünften Stufe vorliegend) bei einem konstanten

^fr· Speisedruck von 0,70 kp/cm² mit verschiedenen Lasten die mit den Ausgangskanälen der fünften Stufe in fluidischer Verbindung stehen, d. h. an die öffnungen 42 angeschlossen sind. In dieser Figur sind auf der Abszisse

und der Ordinate die Differentiale des Steuereingangssignales bzw. des verstärkten Ausgangssignales OP₁-bzw. rt P₁, kp/cm² aufgetragen. Jeder der Verstärker besaß eine Leistungsdüsenweite von 0,25 mm. In Fig. Id wurde eine relativ große Verstärkung von 2350 bei ganz geschlossenem Vcrstärkcrausgang, eine Zwischenverstärkung von 1010 für eine Last mit einer öffnung an jedem Ausgang mit einem Durchmesser von 0,4 mm und eine kleinere Verstärkung von 930 für eine Last mit öffnungen von 0,5 mm Durchmesser erhalten.

F i g. 1 e zeigt die Änderung der Signalverstärkung bei verschiedenen Speisedrucken der Leistungsströmung für eine Last mit öffnungen von 0,4 mm Durchmesser. Eine relativ große Verstärkung von 2300 wurde für einen Speisedruck von 0,84 kp/cm², für einen Speisedruck von 0,70 kp/cm² wurde eine Verstärkung von !6!O und für einen Speisedruck von 0,56 kp/cm^J wurde eine kleinere Verstärkung von 940 erhalten.

Aus den in Fig. Id und Ie dargestellten Verstärkungskennlinien und zusätzlichen Versuchen kann festgestellt werden, daL! die Betriebskennlinien der fünfstufigen Verstärkeranordnung einen linearen Ausgangsdruck in dem Bereich bis zu ± 1,05 kp/cm² für Speisedrucke der Leistungsströmung bis 2,10 kp/cm² liefern. Vorwärtsverstärkungen von 1800 oder mehr, die sich durch die Last und die Speisedrucke hsstimmen, sind leicht zu erzielen, und über einen Frequenzbereich von 0 bis 25 Hertz wird ein minimales Nutz/Störverhältnis von 200 : 1 erhalten. Die Eingangsimpedanz des Verstäikungsblockes liegt in dem Bereich von 700 bis 3565SCcZCm², wobei die Impedanz ais Funktion des Speisedruckes veränderlich ist. Der Frequenzgang h;it eine kleine Phasenverschiebung (Nacheilung) von etwa 0,2° pro Hertz, was gegenüber üblichen Vei Stärkungsblöcken mit einer Leistungsdüse von I mm eine wesr'iiliche Verbesserung des Frequenzganges bedeutet, i ür cif.cn Spsisedruck vor. P_s -= 2,!0 kp/cm² sind Vorwärisverstärkungen von C000 erzielt worden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

ZEICHNUNGEN ΒΙ.Απ 2

Int CM: F 15 C 5/00

Bekanntmachungstag: 22. Juni 1978

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Claims (6)

Patentansprüche:

1. Analoge Fluidverstärkeranordnung mit einer ersten Lamelle, die zwischen zwei Deckplatten fluiddicht gehalten ist und in der ein Fluidverstärker mit einer Wechselwirkungskammer angeordnet ist, in die ein Leistungskanal und zwei gegenüberliegende Steuerkanäle einmünden und von der zwei Ausgangskanäle und mindestens ein Ventkanal ausgehen, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Lamelle (AMi) mehrere in Reihe geschaltete Fluid verstärker ausgebildet sind, daß mehrere erste Lamellen (AM-t) mit dazwischenliegenden zweiten Lamellen (AM-2) als Zwischenstück geschichtet sind, daß der den einzelnen Leistungskanälen zugeführte Fluiddruck in einer Verteilerstufe ausgebildet wird, die aus abwechselnd geschichteten dritten Lamellen (SS-7i) mit einem Mitlelkanal (65) und vierten Lamellen (SS-72) aufgebaut ist, daß die Steuerkanäle und Ausgangskanäle der Reihenschaltungen fluchtend miteinander und durch die Verteilerstufe mit den entsprechenden Anschlüssen (41, 42) in der Deckplatte verbunden sind und daß die Leistungskanäle der einzelnen Fluidverstärker mit dem Mittelkanal (6S) der dritten Lamelle (SS-7i) verbunden sind, der mit dem entsprechenden Anschluß (61) in der Deckplatte verbunden ist.

2. Fluidverstärkeranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Mittelkanales (65) der dritten Lamelle (SS-7i) zwischen den einzelnen Verstärkern unterschiedlich ist zur Ausbildung von Strömungswiderständen, durch die der Versorgungsdruck der einzelnen Verstärker einstellbar ist.

3. Fluidverstärkeranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Eingangs- und Rückkopplungswiderstände vorgesehen sind zur Ausbildung fluidischer Eingangs- und Gegenkopplungsschaltungen.

4. Fluidverstärkeranordnung nach einem der Ansprüche 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Fluidkanäle einen bestimmten relativen Rauhigkeitsgrad aufweist.

5. Fluidverstärkeranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Seitenverhältnis der Fluidkanäle klein ist derart, daß der bestimmte Rauhigkeitsgrad durch die fertigungsbedingte Oberflächenrauhigkeit gebildet ist.

6. Fluidverstärkeranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Verstärker einen Leistungskanal mit einer Düsenweite von 0,25 mm oder weniger und einem Seitenverhältnis kleiner als 1 aufweist.