DE1973188U - Rueckstroemungs-isolator. - Google Patents

Description

P.A. 569 917*-5.10.67

Dr. Ing. E. BERKENFELD, Patentanwalt, KÖLN, Universitätsstraße

Anlage Aktenzeichen

zur Eingabe vom Name d. Anm. CORNING GLASS WORKS

Corning, New York, USA

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf mit einem Fluidum betätigte Systeme und betrifft insbesondere eine Vorrichtung zur Isolierung oder Beseitigung der Wirkung stromabwärts auftretender Störungen oder eines stromabwärts auftretenden Rückstaues in einem mit einem Fluidum betriebenen System., während die Erfindung auf derartige Anwendungsfälle jedoch nicht beschränkt ist.

Der Einfachheit halber wird die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit Strömungsverstärkern beschrieben. Bei einem Strömungsverstärker tritt eine Fluidumsströmung, die im folgenden als Arbeitsströmung bezeichnet wird., aus einer Düse oder Öffnung aus, die derart konstruiert ist, daß die Arbeitsströmung räumlich gut abgegrenzt ist. Eine Steuerströmung wird im wesentlichen rechtwinklig auf die Arbeitsströmung gerichtet, um quer zur Arbeitsströmung einen Druckunterschied oder ein Druckgefälle zu schaffen. Das Gerät ist mit mindestens zwei Auslässen oder Fluidumsanschlußöffnungen oder -kanälen versehen, die der Arbeitsströrnung gegenüberliegen, wobei die Anschlußöffnungen oder - kanal e derart angeordnet sind, daß, wenn die Arbeitsströmung von der Steuerströmung nicht abgelenkt wird, die gesamte Arbeitsströmung in einen der Auslaßkanäle gerichtet wird. C 46/28 - 1 -

Die Ablenkung der Arbeitsströmung durch die Steuerströmung führt zur Abgabe mindestens eines Teiles der Arbeitsströmung in den zweiten Auslaßkanal,, wo ein Teil der kinetischen Energie der in den zweiten Auslaßkanal eintretenden Arbeitsströmung zurückgewonnen werden kann oder von wo das so geleitete Pluidurn an eine Verbrauchsvorrichtung abgegeben werden kann. Eine Arbeitsströmung niedriger Energie kann eine räumlich gut begrenzte., energiereiche Arbeitsströmung in dem Umfang ablenken, wie es erforderlich ist, um einen erheblichen Teil der Arbeitsströmung in den zweiten Auslaßkanal abzugeben,, während die Unversehrtheit oder die gute Begrenzung der Arbeitsströmung nach der Einwirkung der zwei Strömurgp" aufeinander so weit erhalten bleibt., daß die Gesamtenergie oder di( Änderung der an den zweiten Auslaßkanal abgegebenen Gesamtenergie größer sein kann als die Energie oder die Energieänderung, die zur durchführung dieser Ablenkung erforderlich ist. Da also die Energieänderungen., die in der Verbrauchsvorrichtung durch Ablenkung der Strömung erzeugt werden, größer sind als die zur Erzeugung dieser Ablenkung erforderlichen Energieänderungen, ist das Gerät zu einer Verstärkung fähig und kann einen Kraftgewinn erzeugen. Hierbei handelt es sich natürlich nur um ein Strömungsverstärkersystem und der mit einem bestimmten System erzielbare Gewinn ist verschieden und hängt in gewissem Umfang vom Abstand zwischen den Auslaßkanälen und der Düse ab., aus der die Arbeitsströmung austritt .

Wenn nach dem Eintritt der Arbeitsströmung in einen Auslaßkanal der stromabwärts vorhandene Strömungswiderstand oder Druck aus irgendeinem Grunde zunimmt, etwa durch die Punktionsweise der

Verbrauchsvorrichtung, nimmt die stromaufwärts vorhandene Strömung ab. Zudem kann eine aus irgendeinem Grunde vorhande Strömung im anderen Auslaßkanal auf die Arbeitsdüse hin, die hier als Rückströmung bezeichnet wird., auch eine Veränderung der Strömungseigen C 46/28 - 2 -

schäften der Arbeitsströmung verursachen. Es ist offenbar, daß eine deratige Erhöhung des Strömungswiderstandes und des Druckes oder eine derartige Rückströmung unerwünscht sind, weil die Strömungseigenschaften der Arbeitsströmung durch Ursachen beeinflußt werden, auf die man nur geringe oder keine Kontrolle ausüben kann.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, Mittel zur Erzeugung eines Arbeitsströmungs-Strömungsverstärkers zu schaffen, die vollkommen unabhängig von irgendwelchen stromabwärts auftretenden Strömungs- oder Belastungsänderungen sind.

Ferner soll die Erfindung Mittel zur Erzeugung einer gutbegrenten, energiereichen Pluidumsströmung schaffen, die vollkommen unabhängig von stromabwärts auftretenden Strömungswiderstands- oder Druckänderungen sind und die völlig unabhängig von irgendwelchen Rückströmungen oder einem Rückstau von irgendeiner stromabwärts gelegenen Quelle oder Ursache her sind.

Ferner soll die Erfindung Strömungsverstärker mit optimalen Kennwerten schaffen.

Allgemein betrachtet wird gemäß der Erfindung ein Ruckströmungs-Isolator geschaffen, der einen Emitter zum Abgeben einer Fluidumsströmung unter Druck aufweist, der ferner einen Kollektor aufweist, welcher derart angeordnet ist, daß er die Strömung aufnimmt, und der eine Kammer mit konstantem Druck zwischen dem Emitter und dem Kollektor aufweist, wobei diese Strömung derart durch diese Kammer hindurchtritt, daß sie unversehrt bleibt und ein wesentliche Teil der Strömung an den Kollektor abgegeben wird. C 46/28 - 2 -

Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich für den Fachmann aus der folgenden Einzelbeschreibung, in der auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird, welßhe nur der Erläuterung der Erfindung dienende Ausführungsbeispiele darstellen.

Fig. 1 zeigt eine Teildraufsicht auf eine mit einem Fluidum betriebene Vorrichtung, die einen Rückströmungs-Isolator gemäß der Erfindung aufweist.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt nach der Linie 2-2 in Fig. 1.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt nach der Linie j5-;? in Fig. 1.

Fig. 4 zeigt eine Teildraufsicht auf eine mit einem Fluidum betriebene Vorrichtung, in der eine andere Ausfuhrungsform des Rückströmungs-Isolators gemäß der Erfindung dargestellt ist.

Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf einen bistabilen Strömungsverstärker, der einen Rückströmungs-Isolator in zwei seiner Auslaßöffnungen aufweist.

Die vorliegende Erfindung kann bei multistabilen Strömungsverstärkern oder anderen mit einem Fluidum betriebenen Vorrichtungen verwendet werden, bei denen ein energiereicher Fluidumsstrom durch einen Kanal oder eine Öffnung hindurchtritt. Das Strömungsfluidum kann komprimierbar sein, weh. etwa Luft, Stick&off oder andere Gase, oder es kann nichtkomprimierbar sein, wie etwa Wasser oder andere Flüssigkeiten. Die Erfindung ist nicht auf irgendein bestimmtes Fluidum beschränkt.

In den Figuren 1,2 und 3 ist eine mit einem Fluidum betriebene 46/28 - 4 -

Vorrichtung 10 darstellt* die Platten 12 und 14 aufweist und in deren Platte 12 Strömungskanäle oder Öffnungen 16 und 18 für das Pluidum ausgebildet sind. Eine Rückströmungs-Isolator-Emitterdüse 20 ist derart gestaltet, daß sie in der Öffnung 16 endet. An die Öffnung 18 ist ein Kollektor 22 angeschlossen, der derart ausgebildet ist, daß er im Abstand von der Emitterdüse 20 liegt und mit dieser in Längsrichtung fluchtet und das Fluidum aufnimmt. Sine Kammer 24 mit konstantem Druck, die einen Kanal und Öffnungen 28 und ^O aufweist, ist zwischen der Emitterdüse und dem Kollektor 22 ausgebildet und trennt diese. Der Kanal und die Öffnungen 28 und 30 sind in der Platte 12 ausgeformt und ragen durch die Platte 14 auf die Außenseite der Vorrichtung Der Druck in der Kammer 24 wird konstant gehalten, weil diese Kammer zur Umgebung hin offen ist.

Die Platten 12 und 14 können aus irgendeinem geeigneten Werkstoff hergestellt sein, beispielsweise aus Metall, Glas, Keramik, Kunststoff oder dergleichen, und sie sind mittels irgendeines geeigneten dem Fachmann vertrauten Verfahrens dicht miteinander verbunden.

Wenn eine gutbegrenzte, energiereiche Arbeitsströmung durch die Öffnung 16 in Richtung des in Fig. 1 dargestellten Pfeiles strömt, tritt sie in den Emitter 20 ein. Da die Strömung genau begrenzt und energiereich ist, tritt sie durch den Kanal 26 der Kammer 24 hindurch und wird vom Kollektor 22 aufgenommen oder tritt in diesen ein, wobei sie ihre einwandfreie Begrenzung beibehält, so daß sie durch die Öffnung 18 hindurchtreten kann und die an der (nicht

dargestellten) Verbrauchsstelle erforderliche Energie liefert. Durch irgendeine Änderung des Strömungswiderstandes oder des Druckes stromabwärts der Kammer 24, etwa infolge des Arbeitens der Verbrauchsvorrichtung, infolge von Abzweigungen oder infolge

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irgendeiner anderen Ursache, oder durch irgendeine Rückströmui oder einen Rückstau niedriger Energie durch die Öffnung 18 werden die Qualität oder die Eigenschaften der Strömung in der Öffnung nicht beeinflußt, weil eine solche Änderung oder ein derartiger Rückstau in der Kammer 24 abgeleitet wird. Geeignete Verbrauchsvorrichtungen sind beispielsweise Zeitgeber, Digital-Logik-Schaltelemente, Analogschaltelemente oder dergleichen.

Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung. Der Emitter ;52 ist gegenüber der Emitterdüse 20 mit einem trichterförmigen Querschnitt ausgebildet, wobei dieser trichterförmige Querschnitt dazu beiträgt, daß die Arbeitsströmung ihre gutbegrenzte Form beibehält und daß irgendeine Rückströmung oder ein Rückstau abgeleitet wird.

Fig. 5 zeigt eine bistabile Strömungsverstärkervorrichtung 3>4, die in jeder ihrer Auslaßöffnungen Rückströmungs-Isolatoren gemäß der Erfindung aufweist. Auch diese Vorrichtung kann von zwei Platten gebildet werden, wie das im Zusammenhang mit der in den Figuren 1 bis j5 dargestellten Vorrichtung beschrieben wurde, wobei hier zur Verdeutlichung die obere Platte j56 jedoch durchsichtig dargestellt ist. Eine in geeigneter Weise regulierte Fluidumsströmung, die von einem Kompressor, einer Pumpe oder einer anderen Quelle dieser Art (nicht dargestellt) geliefertwird tritt in die Öffnung 38 ein. Die Fluidumsströmung tritt durch die Düse 40 hindurch und tritt aus dieser als gutbegrenzte, energiereiche Arbeitsströmung aus. Am Auslaß der Düse 40 sind zwei Auslaßkanäle 42 und 44 ausgebildet.

Die Außenwände der in Form eines auf dem Kopf stehenden ¹¹V" aus-46/28 - 6 -

gebildeten Auslaßkanäle 42 und 44, das heißt die linke Wand des Kanals 42 und die rechte Wand des Kanals 44 sind gegenüber der Düse 40 zurückgesetzt, so daß gemäß dem Bernoullischen Lehrsatz die aus der Düse 40 austretende energiereiche Arbeitsströmung einen Bereich niedrigen Druckes an jeder dieser Wände erzeugen kann, wodurch bewirkt wird, daß sich die Strömung an diese Wand anlegt. Dieser Zustand wird so lange aufrecht erhalten, wie Fluidum in die Öffnung 38 eingespeist wird und nicht die Arbeitsströmung stört.

Zur Steuerung sind zwei Steuersignaleingangsöffnungen 46 und 48 vorgesehen. Wenn die Arbeitsströmung gegen die linke Wand des Kanäes 42 anliegt und Druck auf die Öffnung 46 gelassen wird, tritt eine Steuerströmung aus der Steuerdüse 50 aus und trifft auf die Arbeitsströmung, wobei sie diese verlagert und bewirkt, daß sie sich gegen die rechte Wand des Kanales 44 anlegt. Umgekehrt gilt das gleiche. Wenn die Arbeitsströmung gegen die rechte Wand des Kana.es 44 anliegt und ein Druck auf die Öffnung 48 gelassen wird, so tritt eine Steuerströmung aus der Steuerdüse 52 aus und verlagert die Arbeitsströmung wiederum, so daß diese sich gegen die linke Wand des Kanales 42 anlegt.

Eine gemeinsame Kammer 54 mit konstantem Druck ist quer zu beiden Auslaßkanälen 42 und 44 angeordnet. Die Kammer 54 weist Kanäle und 58 und Öffnungen 60, 62 und 64 auf. Wenn die energiereiche Arbeitsstsrömung durch den Kanal 42 fließt, tritt sie durch die Emitterdüse 66 und den Kanal 56 hindurch in den Kollektor 68, von dem sie durch den Kanal 70 zu einer Verbrauchsstelle fließt. Wenn die energiereiche Arbeitsströmung durch den Kanal 44 fließt, gelangt sie durch die Emitterdüse 72 und den Kanal 58 zum Kollektor 74, von wo sie durch den Kanal j6 wiederum zu einer Verbrauchs-46/28 - 7 -

stelle fließt. Irgendeine stromabwärts auftretende Erhöhung desj Strömungswiderstandes oder des Druckes oder irgendein Rückstau oder eine Rückströmung durch eine der Öffnungen 70 oder 76 wird unabhängig davon, durch welche Öffnung die Arbeitsströmung gerade hindurchfließt., von der Kammer 54 abgeleitet, so daß derartige Störungen die Arbeitsströmung stromaufwärts der Kammer 54 nicht beein-trächtigen.

Ein typisches Ausführungsbeispiel eines Rückströmungs-Isolators, der in einen Strömungsverstärker etwa gemäß der Fig. 5 eingebaut ist, sieht folgendermaßen aus. Die Emitterdüse und der Kollektor haben eine Weite von 0,762 mm (0,03 inch) und eine Höhe gleich der Arbeitsströmungsduse von 1,016 mm (0,04 inch). Die Kammer mit konstantem Druck hat eine Weite, das ist der Abstand zwischen der Smitterdüse und dem Kollektor, von 0,508 mm (0,02 inch) und eine Länge von 2,286 mm (0,09 inch). Die KammerÖffnungen haben einen Durchmesser von 2,032 mm (0,08 inch). Es hat sich gezeigt, daß eine Arbeitsströmung mit einem Druck von 0,14 kg/cm (2psi) stromaufwärts eines Rückströmungs-Isolators mit den obigen Abmessungen beim Austritt aus dem Isolator einen Druck von etwa 0,134 kg/cm² (1,9 psi) hat.

Es wurde gefunden, daß bei einer Weite W der Arbeitsströmungsdüse die bevorzugte Weite der Emitterdüse und des Kollektors zwischen etwa W und 10W liegt, während die gleiche Höhe beibehalten wird. Es wurde weiter gefunden, daß die Weite der Kammer mit konstantem Druck vorzugsweise mindestens 2W beträgt. Weder die Länge des Kammerkanals noch die Größe der Kammeröffnungen sind kritisch.

Der Fachmann weiß, daß die endgültige Gestaltung irgendeines

speziellen Rückströmungs-Isolators zumindest teilweise von der 46/28 - 8 -

Dichte, der Temperatur und dem Druck des Fluidums ebenso wie
von den Solleigenschaften der Arbeitsstromung an der Verwendungsstelle abhängt. Man beachte, daß zum richtigen Arbeiten der Kanal der Kammer mit konstantem Druck so weit sein muß, daß die gutbegrenzte, energiereiche Strömung durch ihn hindurchtreten kann,
während gleichzeitig stromabwärts auftretende Störungen oder Veränderungen durch diesen Kanal abgeleitet werden.

Die Erfindung wurde zwar mit Bezug auf spezielle Einzelheiten und bestimmte Ausführungsformen beschrieben, diese Einzelheiten sollen den in den folgenden Ansprüchen abgesteckten Rahmen der Erfindung jedoch nicht einengen.

Patentansprüche

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Claims (3)

R A. 5 6 9 917 * - 5.10.6 7 Dr. Ing. E. B E R K E N F E LD, .Patentanwalt, KÖLN, Universitätsstraße Anlage Aktenzeichen zur Eingabe vom Name d. Anm. CORNING GLASS WORKS Corning, New York., USA P a t^-ff tßfnsprüche

1. Rückströmungs-Isolator mit Mitteln, um eine gutabgegrenzte Fluidumsströmung hoher Energie austreten zu lassen., gekennzeichnet durch einen Kollektor (22,32,68,74), der im Abstand, die Strömung auffangend und axial mit den erwähnten Mitteln (20,66,72) zur Aufnahme oder Führung der Strömung angeordnet ist, und durch eine Kammer (24,54) zwischen den erwähnten Mitteln- zur Aufnahme der Strömung und dem Kollektor, wobei die Strömung durch dieseKammer führbar ist.

2. Isolator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor (32) einen der Düse (20) gegenüberliegenden trichterförmigen Teil aufweist.

3. Isolator nach den Ansprüchen 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Anordnung einer Verbrauchseinrichtung zur Aufnahme der aus der Kammer kommenden Fluidumsströmung, wobei die stromaufwärts der Kammer befindliche Strömung durch Änderungen des

3trömungszustandes stromabwärts der Kammer nicht beeinflußt wird. 46/28 - 10 -