DE19944163C2 - Staudüse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Staudüse, mit einem Speisekanal, der zu einer Speiseluft-Austrittsöffnung führt, die von einer Annäherungsfläche an einer Staudüsen-Stirnseite umschlossen ist, zur Signalgabe auf Grundlage des beim Annähern eines Ge­ genstandes an die Annährungsfläche im Speisekanal hervorgeru­ fenen Speiseluft-Rückstaus.

Eine Staudüse dieser Art, wie sie beispielsweise aus der DE 42 22 489 A1 hervorgeht, arbeitet nach dem Rückstauprinzip. Wird die der Staudüse zugeführte und zur Austrittsöffnung ge­ langende Speiseluft durch angenähertes oder vollständiges Ab­ decken der die Austrittsöffnung umschließenden Annäherungs­ fläche durch den jeweiligen Gegenstand am Austritt gehindert, entsteht ein Rückstau, der als Signal für einen Steuerungs- oder Messvorgang ausgewertet wird. Dabei wird beim Annähern des betreffenden Gegenstandes an die Annäherungsfläche zwi­ schen dem Gegenstand und der Annäherungsfläche ein Luftspalt gebildet, durch den hindurch die aus der Austrittsöffnung kommende Speiseluft abströmt. Mit zunehmender Annäherung des Gegenstandes nimmt die Spaltbreite ab und somit der vom Luft­ spalt gebildete Strömungswiderstand zu, so dass in der Stau­ düse der erwähnte Rückstau entsteht.

Staudüsen werden häufig in eine entsprechende Aufnahmeausneh­ mung eines Staudüsenträgers eingesetzt und von diesem gehal­ ten. Dabei bildet der Staudüsenträger eine zur Annäherungs­ fläche der Staudüse fluchtende oder leicht parallel versetzte Trägerfläche. Diese begrenzt zusammen mit dem sich annähern­ den Gegenstand einen verhältnismäßig großflächigen, den Luft­ spalt zwischen Gegenstand und Annäherungsfläche nach außen hin fortsetzenden Spaltraum.

In der Praxis besteht die Gefahr, dass dieser Spaltraum stel­ lenweise unabsichtlich abgedichtet wird, so beispielsweise wenn die der Staudüse und dem Staudüsenträger zugewandte Ge­ genstandsfläche nicht exakt plan verläuft oder wenn bei einem Einsatz in Werkzeugmaschinen Schneidöl oder Kühlflüssigkeit in den Spaltraum gelangt. Hierdurch wird das Rückstauverhal­ ten der Staudüse verändert, so dass das Steuerungs- oder Messsignal bei einem vom gewollten Abstand zwischen Staudü­ sen-Annäherungsfläche und Gegenstand abweichenden Abstands­ wert auftritt. Eine solche Ungenauigkeit kann sich auch dann ergeben, wenn gleichzeitig mehrere Staudüsen nahe beieinander eingesetzt werden.

Staudüsen mit vergleichbarem Aufbau und entsprechender Prob­ lematik offenbaren auch die US 4 724 701 (dort Fig. 1) und die DE 38 14 697 A1.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Staudüse der eingangs genannten Art mit einem von äußeren Einflüssen möglichst unabhängigen Staudruckverhalten und somit einer möglichst genauen Erfassung des Abstandes zwi­ schen dem sich annähernden Gegenstand und ihrer Annäherungs­ fläche zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass vom die Annäherungsfläche umgebenden Umgebungsbereich der Staudü­ sen-Stirnseite mindestens ein Abströmkanal wegführt, über den der Umgebungsbereich in Gebrauchslage der Staudüse abseits ihrer Stirnseite mit der Außenatmosphäre verbunden ist.

Auf diese Weise kann die gesamte aus der Speiseluft-Aus­ trittsöffnung austretende und durch den Luftspalt zwischen Gegenstand und Annäherungsfläche gelangende Luft durch den mindestens einen Abströmkanal nach außen gelangen. Somit ist die Austrittsöffnung in ihrer unmittelbaren Umgebung inner­ halb der Stirnseite der Staudüse mit der Atmosphäre verbun­ den, wobei der Querschnitt des mindestens einen Abströmkanals so groß ist, dass beim Abströmen der Luft kein oder zumindest kein merklicher Druckabfall entsteht. Daher stört ein even­ tuell neben der Staudüse zwischen dem Gegenstand und dem Staudüsenträger auftretender Strömungswiderstand nicht, so dass die Funktion der Staudüse unabhängig von Einflüssen aus der weiteren Umgebung ist. Es ist deshalb unbedeutend, ob der Gegenstand neben der Staudüse beispielsweise infolge von in den Spaltraum eingedrungenem Schneidöl oder Kühlflüssigkeit abgedichtet am Staudüsenträger anliegt oder ob noch weitere Staudüsen vorhanden sind.

Aus der GB 10 88 085 geht zwar bereits eine bei einer Mess­ vorrichtung verwirklichte Düsenanordnung hervor, bei der ne­ ben dem Speisekanal ein weiterer Kanal verläuft, der in der Nachbarschaft der Speiseluft-Austrittsöffnung ausmündet. Im Gegensatz zur erfindungsgemäßen Staudüse bildet hier die Dü­ senanordnung allerdings eine sogenannte Reflexdüse, wobei der weitere Kanal einen Reflexkanal darstellt, der prinzipbedingt erforderlich ist, um die von einem gegenüberliegenden Gegen­ stand teilweise reflektierte Luft zu einer den "Reflexions­ druck" verarbeitenden Einrichtung zu leiten. Ein rasches Ab­ strömen der Luft mit minimalem Strömungswiderstand, wie dies bei der erfindungsgemäßen Staudüse angestrebt ist, wird hier nicht bezweckt.

Die DE 23 35 902 A1 beschreibt einen pneumatischen Messtas­ ter, der abweichend vom Prinzip der erfindungsgemäßen Staudü­ se keine berührungslose Messmöglichkeit vorsieht, sondern auf einer berührenden Antastung basiert. Wird bei einem Messvor­ gang eine Tastkugel seitwärts ausgelenkt, führt dies zu einer partiellen Freigabe einer Messdüse, so dass sich der im ange­ schlossenen Speisekanal herrschende Druck abbauen und der Druckabbau als Messsignal herangezogen werden kann. Bei einer möglichen Bauform sind zwar in den Grundkörper der Messdüse Abströmkanäle eingearbeitet, die das freie Ausströmen der aus der Austrittsöffnung des Speisekanals austretenden Luft er­ möglichen. Diese Anordnung hat ihre Ursache jedoch wiederum in dem speziellen Messverfahren, das, vergleichbar einer Reflexdüse, Abströmkanäle zwingend voraussetzt. Im Übringen spricht der bekannte Messtaster nicht auf die Annäherung ei­ nes Gegenstandes an, sondern dient zur Erfassung von Maßab­ weichungen quer zur Orientierungsrichtung der Austrittsöff­ nung des Speisekanals.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Un­ teransprüchen hervor.

Zweckmäßigerweise ist der die Annäherungsfläche umgebende Um­ gebungsbereich mit Bezug auf die Annäherungsfläche zurückge­ setzt, so dass der Abstand zwischen dem Gegenstand und der Staudüsen-Stirnseite an der Annäherungsfläche stets kleiner als im Umgebungsbereich um die Annäherungsfläche herum ist. Dabei kann der zurückgesetzte Umgebungsbereich in radialer Richtung bis zum Staudüsenumfang reichen.

Eine weitere zweckmäßige Maßnahme besteht darin, dass mehrere kreisartig verteilt um die Austrittsöffnung herum angeordnete Abströmkanäle vorhanden sind.

Der mindestens eine Abströmkanal führt zweckmäßigerweise zur der Stirnseite entgegengesetzten Staudüsen-Rückseite. Dies ist insbesondere bei solchen Staudüsen vorteilhaft, die in eine Aufnahmeausnehmung eines Staudüsenträgers eingesetzt werden, die die Staudüsen-Rückseite freilässt.

In diesem Zusammenhang kann des weiteren vorgesehen sein, dass der Speisekanal die Staudüse von einem Speiseluftan­ schluss an der Staudüsen-Rückseite her durchzieht. Dabei kann an der Staudüsen-Rückseite ein Speiseluft-Anschlussstutzen vorhanden sein, der zentral zu einer die in die Außenatmo­ sphäre mündende Kanalmündung des mindestens einen Abströmka­ nals enthaltenden Ringfläche angeordnet ist und nach hinten hin absteht.

Bei einer in eine Aufnahmeausnehmung eines Staudüsenträgers einzusetzenden Staudüse kann der mindestens eine Abströmkanal von einer in die Mantelfläche der Staudüse eingeformten, in der Gebrauchslage durch die Wandung der Aufnahmeausnehmung überdeckten Kanalnut gebildet werden. Dies ist herstellungs­ technisch einfach und ermöglicht eine große Querschnittsflä­ che des mindestens einen Abströmkanals.

In jedem Falle ist es vorteilhaft, dass die Annäherungsfläche ringkantenartig schmal ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Staudüse im Längsschnitt in ihrer in einen Staudüsenträger eingesetzten Ge­ brauchslage zusammen mit dem Gegenstand, dessen Abstand zur Staudüse erfaßt werden soll, und einer Ejektoreinrichtung, wobei die Staudüse in ausgezo­ genen Linien dargestellt und der Staudüsenträger, der Gegenstand und die Ejektoreinrichtung strich­ punktiert angedeutet sind, und

Fig. 2 die Staudüse in Stirnansicht gemäß Pfeil II.

Die aus der Zeichnung hervorgehende Staudüse 1 stellt einen Luftsensor dar und weist einen Staudüsenkörper 2 auf, der ei­ nen Speisekanal 3 enthält, dem von einer nicht dargestellten Druckluftquelle in Richtung gemäß Pfeil 4 Druckluft zugeführt werden kann. Hierzu befindet sich an der Rückseite 5 der Staudüse 1 ein Speiseluftanschluß 6, der beim Ausführungsbei­ spiel von einem nach hinten hin abstehenden Anschlußstutzen 7 gebildet wird, an den ein Zufuhrschlauch 8 für die Speiseluft angeschlossen werden kann.

Der Speisekanal 3 durchzieht die Staudüse 1 bzw. deren Stau­ düsenkörper 2 in Längsrichtung der Staudüse 1 bis zur der Rückseite 5 entgegengesetzten Staudüsen-Stirnseite 9, wo er mit seiner Mündung 10 eine Speiseluft-Austrittsöffnung 11 bildet. Die Austrittsöffnung 11 wird von einer Annäherungs­ fläche 12 an der Staudüsen-Stirnseite 9 ringartig umschlos­ sen.

Vom die Annäherungsfläche 12 umgebenden Umgebungsbereich 13 der Staudüsen-Stirnseite 9 führt mindestens ein Abströmkanal 14 weg, über den der Umgebungsbereich 13 in Gebrauchslage der Staudüse 1 abseits ihrer Stirnseite 9 mit der Außenatmosphäre verbunden ist. Beim Ausführungsbeispiel sind mehrere solche Abströmkanäle 14 um die Austrittsöffnung 11 herum angeordnet. Die dargestellten Abströmkanäle 14 verlaufen zur Staudüsen- Rückseite 5 und dabei zweckmäßigerweise parallel zum Speise­ kanal 3.

Der Anschlußstutzen 7 steht, wie erwähnt, an der Staudüsen- Rückseite 5 ab, so daß er an seiner Ansatzstelle an den Stau­ düsenkörper 2, da er zentral angeordnet ist, von einer Ring­ fläche 15 umgeben ist. Diese Ringfläche 15 enthält die Mün­ dungen der Abströmkanäle 14.

Die Staudüse 1 dient zum Erfassen des Abstandes eines Gegen­ standes 16 von der Annäherungsfläche 12 mit der von dieser umschlossenen Austrittsöffnung 11. Dabei wird die Staudüse 1 an ihrem Einsatzort so befestigt und angeordnet, daß sie in der Bewegungsbahn des Gegenstandes 16 liegt. Prinzipiell könnte die Anordnung auch umgekehrt sein, daß die Staudüse an einem bewegten Teil angebracht wird, dessen Position mit Be­ zug auf einen feststehenden Gegenstand sensiert werden soll.

Der Gegenstand 16 liegt der Annäherungsfläche mit einer mit Bezug auf den Querschnitt der Austrittsöffnung 11 größeren Gegenstandsfläche 17 gegenüber. Beim Annähern an die Staudü­ sen-Stirnseite 9 wird der zwischen dem Gegenstand 16 und der Annäherungsfläche 12 vorhandene Luftspalt 18, durch den beim Betrieb die aus der Austrittsöffnung 11 austretende Speise­ luft zur Seite hin abströmt, schmäler. Hierdurch erhöht sich der Strömungswiderstand, so daß im Speisekanal 3 ein von der Spaltbreite und somit vom Abstand des Gegenstandes 16 von der Annäherungsfläche 12 abhängiger Rückstau entsteht. Dieser Ef­ fekt wird als Signal für einen Steuer- oder Meßvorgang ausge­ wertet. Diese Auswertung und wozu das beispielsweise das An­ halten des Gegenstandes 16 in einer Endlage bestimmende Si­ gnal im einzelnen verwendet wird, ist im vorliegenden Zusam­ menhang von untergeordneter Bedeutung.

Beim Ausführungsbeispiel erfolgt die Auswertung mittels einer Ejektoreinrichtung 19, die ein rohrförmiges Einlaufteil 20, ein ebenfalls rohrförmiges Auslaufteil 21 und einen seitlich abgehenden Sauganschluß 22 enthält. Das Einlaufteil 20 ragt in das Auslaufteil 21 und weist an seinem im Auslaufteil 21 angeordneten Ende eine Ejektordüse 23 auf. Das Auslaufteil 21 umschließt die Ejektordüse 23 mit Abstand, so daß ein ring­ förmiger Zwischenraum 24 vorhanden ist. Dieser Zwischenraum 24 ist mit dem Sauganschluß 22 verbunden. An der Eintritts­ stelle des Einlaufteils 20 in das Auslaufteil 21 ist dieses außen gegen das Einlaufteil 20 abgedichtet.

Das Einlaufteil 20 wird mit der nicht dargestellten Luft­ druckquelle, das Auslaufteil 21 über den Zufuhrschlauch 8 mit dem Speiseluftanschluß 6 der Staudüse 1 und der Sauganschluß 22 mit einer Signal-Auswerteeinrichtung 25 verbunden.

Beim Betrieb strömt die Speiseluft durch das Einlaufteil 20 und das Auslaufteil 21 zum Speisekanal 3 der Saugdüse 1 und tritt an der Austrittsöffnung 11 aus. Dabei ergibt sich bei ungehinderter Luftströmung im Sauganschluß 22, wie bekannt, ein Saugeffekt, so daß im Sauganschluß 22, bezogen auf den Atmosphärendruck, ein Unterdruck auftritt. Der im Saugan­ schluß 22 herrschende Druck ist jedoch vom beim Annähern des Gegenstandes 16 an die Austrittsöffnung 11 entstehenden Rück­ stau abhängig, so daß der Druck, ausgehend vom sich beim un­ gehinderten Ausströmen der Speiseluft einstellenden Druck, mit abnehmendem Abstand zwischen Gegenstand 16 und Austritts­ öffnung 11 ansteigt. Dabei kann die Anordnung so ausgelegt werden, daß bei dem gewünschten Abstand, bei dem beispiels­ weise ein Schaltvorgang ausgelöst werden soll, der Druck im Sauganschluß 22 sein Vorzeichen von Unterdruck zu Überdruck ändert. Dieser Vorzeichenwechsel wird in der Auswerteeinrich­ tung 25 erfaßt und zu einem Steuersignal verarbeitet.

Die aus der Austrittsöffnung 11 austretende Luft gelangt, wie bereits erwähnt, durch den Luftspalt 18 in den die Annähe­ rungsfläche 12 umschließenden Umgebungsbereich 13 der Staudü­ sen-Stirnseite 9 und von dort durch die Abströmkanäle 14 nach außen. Der Querschnitt der Abströmkanäle 14 ist so groß, daß die Abströmkanäle keinen Strömungswiderstand darstellen. Auf Grund der Abströmkanäle 14 ist die Luftströmung auf den Ort der Staudüse 1 beschränkt, wobei der Strömungswiderstand nur durch die Breite des Luftspaltes 18 bestimmt wird.

Daher spielen die örtlichen Gegebenheiten neben der Staudüse keine Rolle.

Die Staudüse 1 kann, wie strichpunktiert angedeutet, im je­ weiligen Anwendungsfall in einen Staudüsenträger 26 einge­ setzt sein, der hierzu eine die Staudüse 1 aufnehmende Auf­ nahmeausnehmung 27 enthält. Die Aufnahmeausnehmung 27 ist durchgehend ausgebildet, so daß sowohl die Staudüsen-Stirn­ seite 9 als auch die Staudüsen-Rückseite 5 frei liegen. Die Aufnahmeausnehmung 27 weist einen kreisförmigen Querschnitt auf. Dementsprechend ist die Mantelfläche des Staudüsenkör­ pers 2, sieht man von den Abströmkanälen 14 ab, zylindrisch. Dabei kann die Staudüse 1 in die Aufnahmeausnehmung 27 einge­ schraubt sein, so daß ihre Position veränderbar ist.

Der Staudüsenträger 26 bildet an seiner der Austrittsöffnung 11 der Staudüse 1 zugewandten Außenseite eine Trägerfläche 28, die je nach der Position der Staudüse 1 in der Aufnahme­ ausnehmung 27 mit der Annäherungsfläche 12 fluchtet oder leicht parallel versetzt zu dieser ist.

Dabei ist es zweckmäßig, daß die Trägerfläche 28 um einen kleinen Betrag vor der Annäherungsfläche 12 der Staudüse 1 angeordnet ist. Auf diese Weise ist die Staudüse gegen eine Beschädigung durch den Gegenstand 16 geschützt.

Die Abströmkanäle 14 werden jeweils von einer in die Mantel­ fläche der Staudüse 1 eingeformten und somit am Umfang des Staudüsenkörpers 2 offenen Kanalnut gebildet, die in der Ge­ brauchslage, wenn die Staudüse 1 in den Staudüsenträger 26 eingesetzt ist, durch die Wandung der Aufnahmeausnehmung 27 überdeckt wird.

Die Abströmkanäle könnten jedoch auch rundum geschlossen im Staudüsenkörper verlaufen.

Der die Annäherungsfläche 12 umschließende Umgebungsbereich 13 an der Staudüsen-Stirnseite 9 ist, wie aus Fig. 1 hervor­ geht, mit Bezug auf die Annäherungsfläche 12 zurückgesetzt, so daß der Abstand zwischen dem sich annähernden Gegenstand 16 und der Staudüsen-Stirnseite 9 beim Umgebungsbereich 13 größer als bei der Annäherungsfläche 12 ist. Auf diese Weise kann sich die aus der Austrittsöffnung 11 austretende Luft nach dem Überstreichen der Annäherungsfläche 12 sofort ent­ spannen und in die Abströmkanäle 14 eintreten.

Beim Ausführungsbeispiel reicht der zurückgesetzte Umgebungs­ bereich 13 in radialer Richtung bis zum Staudüsenumfang. Im in den Staudüsenträger 26 eingesetzten Zustand ergibt sich somit vor den Abströmkanälen 14 ein radial außen durch die Wandung der Aufnahmeausnehmung 27 begrenzter Ringraum 29.

Der Umgebungsbereich 13 setzt sich aus einer ringförmigen Schulterfläche 30, an der die Abströmkanäle 14 münden, und aus einer Kegelfläche 31 zusammen, die von der Schulterfläche 30 aus zur Annäherungsfläche 12 hin ansteigt.

Die Annäherungsfläche 12 ist, wie aus der Zeichnung hervor­ geht, zweckmäßigerweise ringkantenartig schmal ausgebildet.

Anstelle eines Einschraubens kann die Staudüse 1 in die Auf­ nahmeausnehmung 27 auch eingepreßt sein. In diesem Zusammenhang sind die an der Stirnseite 9 vorhandene Schulterfläche 30 und die an der Rückseite 5 vorhandene Ringfläche 15 von Vorteil, da die Staudüse an diesen Stellen verhältnismäßig große Kräfte aufnehmen kann, so daß das Einpressen der Stau­ düse in die Aufnahmeausnehmung 27 oder gegebenenfalls das Herauspressen durch Angreifen an der Schulterfläche 30 oder der Ringfläche 15 erfolgen kann, ohne daß die Gefahr einer Beschädigung der Austrittsöffnung 11 und des Anschlußstutzens 7 besteht.

Claims (9)

1. Staudüse, mit einem Speisekanal (3), der zu einer Spei­ seluft-Austrittsöffnung (11) führt, die von einer Annähe­ rungsfläche (12) an einer Staudüsen-Stirnseite (9) umschlos­ sen ist, zur Signalgabe auf Grundlage des beim Annähern eines Gegenstandes (16) an die Annährungsfläche (12) im Speisekanal (3) hervorgerufenen Speiseluft-Rückstaus, dadurch gekenn­ zeichnet, daß vom die Annäherungsfläche (12) umgebenden Umge­ bungsbereich (13) der Staudüsen-Stirnseite (9) mindestens ein Abströmkanal (14) wegführt, über den der Umgebungsbereich (13) in Gebrauchslage der Staudüse (1) abseits ihrer Stirn­ seite (9) mit der Außenatmosphäre verbunden ist.

2. Staudüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Umgebungsbereich (13) mit Bezug auf die Annäherungsfläche (12) zurückgesetzt ist.

3. Staudüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zurückgesetzte Umgebungsbereich (13) in radialer Richtung bis zum Staudüsenumfang reicht.

4. Staudüse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mehrere kreisartig verteilt um die Austrittsöffnung (11) herum angeordnete Abströmkanäle (14) vor­ handen sind.

5. Staudüse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der mindestens eine Abströmkanal (14) zur der Stirnseite (9) entgegengesetzten Staudüsen-Rückseite (5) führt.

6. Staudüse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Speisekanal (3) die Staudüse (1) von einem Speiseluftanschluß (6) an der Staudüsen-Rückseite (5) her durchzieht.

7. Staudüse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an der Staudüsen-Rückseite (5) ein Speiseluft-Anschlußstutzen (7) vorhanden ist, der zentral zu einer die in die Außenat­ mosphäre mündende Kanalmündung des mindestens einen Abström­ kanals (14) enthaltenden Ringfläche (15) angeordnet ist und nach hinten hin absteht.

8. Staudüse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei einer in eine Aufnahmeausnehmung (27) eines Staudüsenträgers (26) einzusetzenden Staudüse der min­ destens eine Abströmkanal (14) von einer in die Mantelfläche der Staudüse (1) eingeformten, in der Gebrauchslage durch die Wandung der Aufnahmeausnehmung (27) überdeckten Kanalnut ge­ bildet wird.

9. Staudüse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Annäherungsfläche (12) ringkantenartig schmal ist.