DE1956927A1 - Flow amplifier - Google Patents
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Description
Patentanwälte Dipl.-Ing. F. Weickmann, 1956927Patent attorneys Dipl.-Ing. F. Weickmann, 1956927
Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K.Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. HuberDipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A. Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber
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MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 48 39 21/22MÖHLSTRASSE 22, NUMBER 48 39 21/22
CÖGACOGA
η. ι-:. HOBSor lihiticdη. ι- :. HOBSor lihiticd
Africa House,- Ki ng s wayAfrica House, - Ki ng s way
ο trötrungsaitt elver stärke!"ο consolation string elver strength! "
Die 3v£inü.vraz bezieht sich auf einen Ströraungsmittelveratllrlrer unter Yerwendung. von Vortez-^Veirbilen.The 3v £ inü.vraz refers to a disinfectant regulator using. of Vortez- ^ Veirbilen.
Aufgabe der lirfindung ist es, einen ütröraungsraittelver-Gtäri'ier zu schaffen, der zur Verstärkung eines Stx-ömungsraitt el druckes--Vortex-Ventile Terv/endet und der bewegliclio Toile "vermeidet. . . - ...The task of the invention is to create a transmission system which, in order to intensify the flow rate pressure, ends with vortex valves and avoids moving the toilet... - ...
Boi oinera StröiaungsTnittelverstärker der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein VerstUrkerteil ein Paar sondenartige, gegenläufig arbeitende Vor tez-Ventile auf v/ei st, die an eine Druckver sorgung angeschlossen sind, daß ferner eine Vergleiehseinrichtung vorgesehen ist, die ein Paar gegenläufig arbeitende Vortex-Vontile aufweist, die ebenfalls an eine Druckver-Boi oinera flow enhancer of the aforementioned Art this object is achieved in that an amplifier part a pair of probe-like, counter-rotating Vor tez valves on v / ei st, which are connected to a pressure supply are connected that also a comparison device is provided, which has a pair of counter-rotating vortex valves, which are also connected to a pressure
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sorgung angeschlossen sind und miteinander verbundene-Steuereingänge besitzen, daß ein Vortex-Ventil einen v/eiteren an eine den zu verstärkenden Signal druck li,e--fernde Signaldruckquelle angeschlossenen Steuereingang ' aufweist, während das andere Vortex-Ventil ebenfalls einen weiteren Steuereingang aufweist," der an einer von dem Verstärkerteil kommende Rückführleitung liegt und daß schließlich eine Schaltungseinrichtung vorgesehen ist zur Beaufschlagung der St-euereingäiige der Ventile des Verstärket eil s mieden zwischen den Ζϋ-führlei tung en zu den Ventilen der Vergleichseinrichtung auftretenden Differenzdruckpunkt. ' "--."-■-supply and interconnected control inputs own that a vortex valve is a v / pus to a signal pressure to be amplified li, e - fernde Signal pressure source connected control input ' has, while the other vortex valve also has a further control input, "which is connected to a return line coming from the amplifier part is located and that finally a circuit device is provided is to charge the tax revenue of the Valves of the reinforcement part s avoided between the Ζϋ-guide lines devices to the valves of the comparison device occurring differential pressure point. '"-." - ■ -
Eine vorteilhafte Anwendungsmöglichkeit der Erfindung ergibt sich für pneumatische Hessgeber, von denen einige bereits in einem anderen Zusammenhang vorgeschlagen worden sind.An advantageous application of the invention arises for pneumatic Hessgeber, some of which have already been proposed in a different context have been.
Mit der Bezeichnung "Vortex-Ventil" ist eine scheibenförmige zylindrische Kammer geraeint, die eine Einlassöffnung für eine radiale Zuströmung von Strömungsmittel in die Kammer, eine Auslassöffnung zur axialen Ausströmung des Strömungsmittels aus der Kammer heraus und e.inen St eil er eingang für eine tangential e Zu strömung einer Steuerströmung in die Kammer aufweist. Ein derartiges Ventil kann sowohl für gasförmige als auch für flüssige Strömungsmittel verwendet v/erden und hat die Eigenschaft, daß bei Beaufschlagung des Steuereingangs mit einem Strömungsmittel, dessen Druck größer ist als der Eingangsdruck der Einlassöffnung, in der Kammer eine turbulente Strömung entsteht, so daß der Druckabfall zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung bei gleicher Durchströmmenge stark zunimmt. The term "vortex valve" denotes a disk-shaped cylindrical chamber that has an inlet opening for a radial inflow of fluid into the chamber, an outlet opening for the axial The fluid flows out of the chamber and a part of the inlet for a tangential flow having a control flow into the chamber. Such a valve can be used for both gaseous and used for liquid fluids and has the property that when a fluid is applied to the control input, its pressure is greater is than the inlet pressure of the inlet port, in the chamber a turbulent flow arises, so that the pressure drop between the inlet opening and the outlet opening increases sharply with the same flow rate.
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Das Ventil kann eine Mehrzahl von Einlassöffnungen und Steuereingängen und ein Paar Ausgangsöffnungen an jedem Ende der Kammer aufweisen. Die Zuströraung des Strömungsmittel in die Kammer kann über eine oder Hehrere radiale Öffnungen in der Außenwand der Kammoi' oder über eine poröse Außenwand der Kammer erfolgen. Eine andere Ausfüllungsmöglichkeit besteht darin, daß die Einlassöffnung in einer Stirnwand der Kammer angeordnet ist und mit der ringförmigen Kammer verbunden ist.The valve can have a plurality of inlet ports and control inlets and a pair of outlet ports at each end of the chamber. The influx of the fluid in the chamber can be via a or several radial openings in the outer wall of the Kammoi 'or via a porous outer wall of the chamber take place. Another option is available in that the inlet opening is arranged in an end wall of the chamber and with the annular Chamber is connected.
Typische Beispiele für Vortex-Ventile sind in den Figuren 1 bis 3 der anliegenden Zeichnungen dargestellt. Typical examples of vortex valves are shown in Figures 1 to 3 of the accompanying drawings.
Fig. 1 zeigt schematisch ein Ventil, das eine Kammer 10, eine radiale Einlassöffnung 11, eine axiale Auslassöffnung 12 und einen tangentialen Steuereingang 13 aufweist.Fig. 1 shows schematically a valve that has a chamber 10, a radial inlet opening 11, an axial Outlet opening 12 and a tangential control inlet 13 has.
Der Fluss des Strömungsmittels ohne Steuerströmung ist durch die Pfeile in Fig. 1a dargestellt. Der Strö— inungsmittelfluss bei einer positiven Steuerströmung ist durch die Pfeile in der Fig. Id gezeigt.The flow of the fluid without control flow is shown by the arrows in FIG. 1a. The river The flow of medium in the case of a positive control flow is shown by the arrows in FIG. 1d.
Fig. 2 zeigt ein Ventil jeweils im Schnitt. Bei -dem Ventil ist eine Kammer mit 10, zwei radiale Eingangsöffnungen mit 11, 11A, zwei.axiale Ausgangsoffnungen mit 12, 12A und zwei tangentiale Steuereingänge mit 13, 13A bezeichnet.Fig. 2 shows a valve in each case in section. In which Valve is a chamber with 10, two radial inlet openings with 11, 11A, two axial outlet openings with 12, 12A and two tangential control inputs with 13, 13A.
Fig. 3 zeigt in ähnlicher Weise wie .Fig. 2 ein anderes Ventil, das eine einzige ringförmige Eingangsöffnung 111 bes-itzt.Fig. 3 shows in a manner similar to .Fig. 2 another Valve that has a single annular inlet port 111 owned.
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Bei einem typischen Ventil hat die Kammer einen Durchmesser vcra 15 mn und eine Tiefe von 2,5 bis 7,5 πα, der Durchmesser jeder Eingangsöffnung 3,5 mm, der Durchmesser jedes 3teuereingangs 2,5 mm und. der Durchmesser der Ausgangsöffnung 5 mm.In a typical valve, the chamber has a diameter of vcra 15 mm and a depth of 2.5 to 7.5 πα, the diameter of each inlet opening 3.5 mm, the diameter of each control inlet 2.5 mm and. the diameter of the exit opening 5 mm.
Ein Vorte^-Ventil ist analog zu einer Triodenröhre, da ein kleiner Steuerfluss dazu verwendet wird, einen starken Strömungsmittelfluss zu steuern und da die turbulente Strömung durch Veränderung des Steuerdrucks gesteuert wird. Die turbulente Strömung kann auch durch Änderung des ilückstaudruckes an der Auslassöffnung gesteuert werden, da eine solche Änderungen den Druck in der Eiugangsöffnung ändert und damit auch das Verhältnis zwischen dem Strömungsmitteldruck- und dem Steuerdruck.A Vorte ^ valve is analogous to a triode tube, there a small control flow is used to control a strong fluid flow and since the turbulent one Flow is controlled by changing the control pressure. The turbulent flow can also be due to change the back pressure at the outlet opening can be controlled, as such changes the pressure in the entrance opening changes and with it the relationship between the fluid pressure and the control pressure.
Wenn sv/ei S.teueroingänge zugleich beaufschlagt sind, dann können in der Kammer zwei gegenläufige turbulente Strömungen erzeugt werden, und in diesem Pail wird das Ventil in den Betriebszustand gebxnacht, in dem die Steuerdrücke .deχ", beiden Steuereingänge sich um einen kleinen vorgegebenen Bet rag untersehei den.If sv / ei S. control inputs are acted upon at the same time, then two opposing turbulent flows can be generated in the chamber, and in this Pail the valve is in the operating state gebx n eight, in which the control pressures .deχ ", both control inputs are around one the small predetermined amount.
Ein solches Ventil kann als Verstärker verwendet werden, ^ indem, wie in den Figuren 4 oder 5 gezeigt, eine Ausgangs- Ψ . leitung vorgesehen ist. Wie hieraus ersichtlich, wird der dem zu verstärkenden Eingangssignal entsprechende. Eingangsdruck auf einen Steuereingang 13 des Turbulenz-Ventiles gegeben. Die Ausgangsöffnung 12 ist entlüftet, während Strömungsmittel unter hohem Druck in die Einlassöffnung 11 gespeist wird. In ^ig. 4 geht die Ausgangsleitung von einem Punkt in der Druckleitung zwischen einer Drossel 14 und der Einlassöffnung 11 ab. In Fig. geht die Ausgangsleitung von der Eiitlüftimgsleitung von einem Punkt zwischen der Ausgangsöffnung 12 und einer . Drossel 15 ab.Such a valve can be used as an amplifier by, as shown in Figures 4 or 5, an output Ψ . line is provided. As can be seen from this, the corresponding to the input signal to be amplified. Input pressure given to a control input 13 of the turbulence valve. The outlet port 12 is vented while fluid under high pressure is fed into the inlet port 11. In ^ ig. 4, the outlet line starts at a point in the pressure line between a throttle 14 and the inlet opening 11. In Fig. The outlet line goes from the ventilation line from a point between the outlet opening 12 and one. Throttle 15.
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In beiden Fällen liegt de Verstärkung in der Größenordnung 0,1 bis 1. Eine Ausführungsforra mit einer viel höliertm Verstärkung wird- mit einem sondenförraigen Turbulenz-Ventil erreicht, wie es in Pig. 6 dargestellt ist. Bei dieser Ausgestaltung entweicht die Ausgangsstreuung teilweise bei 14 und wird teilweise vom Eingang einer Sonde 15 eingefangen., dessen Eingangst ail 15 sich vorzugsweise nacli vorne verjüngt. Kit dieser Ausbildung wird im wesentlichen eine Verstärkung erzielt, die beispielsweise in der Größenordnung von 10 iw Verhältnis sum Strömmgsmittelfluss und in der Größenordnung" von 20 im Verhältnis zum Strö-Dungsuittoidruck liegt.In both cases, the gain is in the order of magnitude 0.1 to 1. An execution form with a lot Höliertm reinforcement is with a probe-shaped Turbulence valve achieved as it did in Pig. 6 is shown. In this configuration, the escapes Output scatter partially at 14 and becomes partially captured by the entrance of a probe 15., whose entrance t each 15 preferably tapers towards the front. Kit of this training is achieved essentially a gain, for example in the order of magnitude of 10 essentially the ratio to the flow of electricity and on the order of "20" relative to the Strö-Dungsuittoid pressure lies.
Din Ausfüiirungsbeispiel eines solchen Strömungsmittel--Verstärkers soll nun anhand der anliegenden Zeichnungen mit den übrigen Figuren erläutert werden.This is an exemplary embodiment of such a fluid amplifier will now be explained with reference to the accompanying drawings with the other figures.
Pig. 7 zeigt ein Schaltbild von Vortex-Ventilen und. Pig. 8 zeigt ein Blockschaltbild.Pig. 7 shows a circuit diagram of vortex valves and. Pig. 8 shows a block diagram.
Die prinzipielle Wirkungsweise soll zunächä "anhand von Pig. 0 beschrieben werden._ Wie dort gezeigt, gelangt ein oignaldruck P.. durch eine Druckluftanordnung 20 zu einem Ut j-'örauivcDmitt elver stärker 21 hoher Verstärkung. Hinter dom ot^omungsraittelverstärker 2.1 wird der Druck P~ in ein Druoklul'tpotentiometer 22 zurückgeführt. Das Drucklui'trjotentiometer 22 hat einen gedrosselten Ausgang. Hierbei ist der vom Potentiometer 22 abgezweigte Druck Pp ein ο reaktor Bruchteil P< . P„ des Druckes Ρ™ , wobei oC kleiner als Eins ist und durch die Öffnungen der beiden Drosseln 23 und 24 im Potentiometer bestimmt ist. Die Anordnung 20 zieht vom Signardruck P.. den Druck Pp ab und gibt auf den Verstärkereingang einen Druck, derThe basic mode of operation will first be described with reference to Pig. 0. As shown there, a signal pressure P. Pressure P ~ fed back into a pressure potentiometer 22. The pressure release potentiometer 22 has a throttled output. Here, the pressure Pp branched off from the potentiometer 22 is a reactor fraction P < .P "of the pressure Ρ ™, where ° C is less than one and is determined in the potentiometer by the openings of the two throttles 23 and 24. The arrangement 20 draws the pressure Pp from the signal pressure P .. and applies a pressure to the amplifier input which
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BAD ORlGlNAUBAD ORlGlNAU
-β --β -
P1 - P entspricht. Ist G die Terstärkunc des "Ye:rstai> kers : ■ "'"'- ■" ''£'■"· '" '■'·"P 1 - P corresponds. If G is the strength of the "Ye : rstai > kers : ■"'"' - ■"'' £ '■ "·'"'■' · "
(-pi -(- p i -
77Z 77 Z
Ist G- genügend groß, können P~ =. . P., undjC so ge-If G- is sufficiently large, P ~ =. . P., undjC so
gewählt werden, daß P& z. B. 3 mal P1 ist.be chosen so that P & z. B. 3 times P 1 .
Zur Erreichung hoher Genauigkeit muß die Verstärkung des Verstärkers sehr hoch sein und der Rückfluss durch das Druckluftpotentiometer muß ein kleiner Bruchteil der Strömung durch das Potentiometer betragen, wenn im Signalfluss keine Schallgeschwindigkeit erzielt wird.To achieve high accuracy, the gain of the Amplifier must be very high and the return flow through the compressed air potentiometer must be a small fraction of the Flow through the potentiometer when in signal flow no speed of sound is achieved.
Die in Mg. 7 gezeigte Anordnung liefert das oben beschriebene Ergebnis. In dieser Mgur bezeichnen V1 bis Vo.Vortex-Ventile, Die Ventile V,- bis Vo sind sondenförmige Ventil α, wie sie in Fig. 6 dargestellt sind. Mit 1L· bis IL· sind Drosseln bezeichnet und G1-und G„ stellen kapazitive , Speicheranordnungen dar, in denen Gas komprimiert oder dekomprimiert wird. Letztere dienen zu Stabilisierungszwecken. The arrangement shown in Fig. 7 provides the result described above. In this Mgur, V 1 to Vo denote vortex valves, The valves V 1 to Vo are probe-shaped valves α, as shown in FIG. 6. Chokes are denoted by 1L · to IL · and G 1 - and G "represent capacitive storage arrangements in which gas is compressed or decompressed. The latter are used for stabilization purposes.
Die Ventile V^ bis VQ entsprechen dem Verstärker 21 in B'ig. 8, die Drosseln R1-, Rg entsprechen dem Druckluft-Potentiometer 22. Die Strömung durch Rg wird gedrosselt. Die Ventile V1 bis V übernehmen die !Punktion der Anord-. nung 20.The valves V ^ to V Q correspond to the amplifier 21 in B'ig. 8, the throttles R 1 -, Rg correspond to the compressed air potentiometer 22. The flow through Rg is throttled. The valves V 1 to V take over the! Puncture of the arrangement. tion 20.
Druck-Druckluft mit dem/PQ fließt parallel tlurch die Drosseln R1, Rp zu den beiden .Turbulenzventilpaaren V^, V^ und V,, Vp und von dort durch die Drossel R7 zu einer Aus— ■Compressed air with the / P Q flows in parallel through the throttles R 1 , Rp to the two .Turbulenzventilpaaren V ^, V ^ and V ,, Vp and from there through the throttle R 7 to an outlet
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μ "7 ·* ■μ "7 · * ■
trittsÖffnung. Der Einspeisedruck wird direkt auf die Steuereingänge 13 der Ventile V,, Y. gegeben.» Die Ven-.step opening. The feed pressure is given directly to the control inputs 13 of the valves V ,, Y. » The ven-.
tile V4 r V0 haben quer miteinander verbundene Steuerein-Tiles V 4 r V 0 have transversely interconnected control units
gänge 13 » und außerdem einen weiteren Steuereingangecorridors 13 »and an additional control input
ρ
Der andere Steuereingang 13 des Ventils V1 wird vom
Eingangssignaldruck P1 und der andere Steuereingangρ
The other control input 13 of the valve V 1 is from the input signal pressure P 1 and the other control input
2
13 des Ventiles V2 wird vom Signalrückfluß beaufschlagt»
Der Ausgangsdruck P vom Ventil Vg beträgt nach der
Drosselung im Potentiometer R1-»■ Rg P =<*<>?„ 0 2
13 of valve V 2 is acted upon by the signal return flow »The output pressure P from valve Vg is after throttling in potentiometer R 1 -» ■ Rg P = <* <>? " 0
Die Differenz zwischen Signal- und Rückflußdruok spiegelt sich in der Differenz zwischen Wirbeldämpfung in den Ventilen V- und V2 und der Ausgangsströmung der Ventile V, und Y. wieder, die durch Wirbelbildung in den Drosseln R.., R2 vorgespannt sind. Ein Differenzsignal Λ P entsprechend dieser Differenz erscheint im Punkt 30 und wird nach einer Verzögerung in den Speicherräumen Cj und C2 auf die Steuereingänge 13 der Ventile Vc und Vg gegeben. Der verstärkte Differenzdruck, z. B, 100 δ Ρ, baut sich zwischen den Sonden 15 (Fig. 6) der. Ventile Vc und Vg auf und wird auf die Steuereingänge 13 der Ventile V„ und VQ gegeben, wobei ein weiter verstärkter Differenzdruck von TO Λ P an den Sonden 15 der Ventile V7 und Vq ersoheinto Das erstere ist "geerdet" und das: andere speist.die Rückführung über das Potentiometer Rc»The difference between signal and return pressure is reflected in the difference between vortex damping in valves V- and V 2 and the output flow of valves V, and Y. , which are biased by vortex formation in throttles R .. , R 2. A difference signal Λ P corresponding to this difference appears at point 30 and, after a delay in the memory spaces Cj and C 2, is given to the control inputs 13 of the valves Vc and Vg. The increased differential pressure, e.g. B, 100 δ Ρ, builds up between the probes 15 (Fig. 6) of the. Valves Vc and Vg open and is applied to the control inputs 13 of the valves V „and V Q , with a further increased differential pressure of TO Λ P at the probes 15 of the valves V 7 and Vq ersoheinto The former is" earthed "and the other feeds the feedback via the potentiometer Rc »
Für einen typischen Anwendungsfall sei der Druck P_ der Druokversorgung beispielsweise 4,2 atü, der durchschnittliehe Eingangsdruck P1 0,7 atü, der durchsohnittliohe Ausgangsdruok P„ 2,1 atü und der durchsohnittliohe Druck an den Punkten 30 2,8 atü. Bei einem bevorzugten Beispiel wird bei einer Druckänderung von ± β,07 atü im Eingangsdruok P1 eine Druckänderung an den Punkten 30 von + 0,035 atü hervorgerufen.For a typical application, the pressure P_ of the pressure supply is, for example, 4.2 atm, the average inlet pressure P 1 0.7 atm, the average output pressure P 2.1 and the average pressure at points 30 2.8 atm. In a preferred example, a pressure change of ± β.07 atü in the input pressure P 1 causes a pressure change at points 30 of + 0.035 atü.
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Die beiden Drosseln H0 und. RQ, die eine Vorspannung des Steuerflusses zu ölen Ventilen V7 und Vg hervorrufen, vermindern die Ausgangsleistung der V curb ils V1-- und Yr . Der Ausgangsdruck soll allein von J.er Differenz zwiseilen Ausgangsdruck und dem IJingaiigssignaldruck. abhängen und soll keine Komponente enthalten, die in !Beci ellung zur Höhe des Eingangs signal druckes steht. Dies wird, verhindert:The two throttles H 0 and. R Q , which bias the control flow to oil valves V 7 and Vg, reduce the output of the V curb ils V 1 - and Yr . The outlet pressure should be based solely on the difference between the outlet pressure and the actual signal pressure. and should not contain any component that is related to the level of the input signal pressure. This is prevented:
a) weil bei einem Ansteigen der Steuersignale an den Steuereingängen der Ventile Y1, und. Yr entsprechend dem Ansteigen des Signaldruckes die Ventile ihren Zuführdruck anheben,a) because with an increase in the control signals at the control inputs of valves Y 1 , and. Y r the valves increase their supply pressure according to the increase in the signal pressure,
b) weil die Drossel i.U jeden Druckvochsel in ucr Drocsel H1 , d.ej" durch einen Wechsel des jJingar^js-Signal drucices entsteht, durch entsprechende jaid.orung des Ströraungsr.iittelujfuckca in der Drossel il_ v/iede;1 auf fängt .b) because the throttle iU catches every pressure valve in ucr drocsel H 1 , d.ej "by a change in the jJingar ^ js signal pressure, by corresponding jaid.orung the flow rate iittelujfuckca in the throttle il_ v / iede; 1 .
Der oben beschriebene otrötnungsmittelverstärkor kann auch zur Verstärkung eines Strö'raungsnitteldruckes verwendet werden. Unter normalen Bedingungen einer nicht kaviti er enden Stx^öaung wird eine genaue Verstärkung in Abhängigkeit von Druckdifferenzen erhalten, beispielsweise zwischen Eingangs- und. Abströmdruck odex1 Ausgangs- und Abströmdruck. Die Drosselung der Dr.'uckluft im Po t ent i ου et er der Rückfülirleitung eri-io glicht eine Verstärkung eines Druckes in absoluten Beträgen.The reddening agent intensifier described above can also be used to intensify a reddening agent pressure. Under normal conditions of a non-cavitating Stx ^ öaung an accurate gain is obtained as a function of pressure differences, for example between the inlet and. Discharge pressure odex 1 outlet and discharge pressure. The throttling of the exhaust air in the po t ent i ου et er the return line eri-io an increase in pressure in absolute amounts.
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Claims (1)
versorgung angeschlossen sind.Fluid amplifier according to claim 1 or 2, characterized in that the vortex valves (V .., Vp) of the comparison device are connected to the outputs of a second pair of vortex valves (V ^, Y Λ - .., their pressure supply inputs and their Control inputs are connected to the pressure supply (P 0 ) and that the control inputs of the valves (V r , Vg) of the amplifier part are above the control inputs of the other two vortex valves
supply are connected.
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