DE2000098A1 - Laminierte Filter fuer fluidische Verstaerker - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein kompaktes Filter, das einen einheitlichen Bestandteil eines fluidischen Verstärkers ohne bewegte mechanische Teile bildet und insbesondere eine laminierte Filterstruktur, bei der die Filterelemente durch Fotoätzung in einer Schicht hergestellt sind.

Die kürzlich entwickelten fluidischen Regelvorrichtungen ohne bewegte mechanische Teile, welche jetzt allgemein als fluidische Verstärker oder fluidische Elemente bekannt sind, sind im Begriff auf den verschiedensten Gebieten kommerzielle Anwendung zu finden. Die vorausgesagte, weitverbreitete Anwendung fluidischer Systeme in Regelsystemen und anderen Anwendungen kann jedoch verzögert werden durch den unzuverlässigen Betrieb des fluidischen Verstärkers infolge der Ansammlung von einzelnen Partikeln in den Einlassöffnungen des Verstärkers für das Leistungsmittel

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(power fluid) und das Steuermittel (control fluid). Einer der Hauptvorteile von fluidischen Verstärkern sollte die zuverlässige Arbeitsweise unter schlechten Umgebungsbedingungen einschliesslich einer mit Partikeln beladenen Atmosphäre sein. Daher sind die vollen Möglichkeiten des fluidischen Verstärkers bis zum gegenwärtigen Zeitpunkt nicht verwirklicht worden. Bei den gegenwärtigen Anwendungen von fluidischen Verstärkern werden äussere Filter zum Filtern des Leistungsmittels und des Steuermittels verwendet. Es werden jedoch in den Rohrleitungen, welche das Filter mit dem fluidischen Element verbinden, unbeabsichtigt einzelne Partikel belassen oder werden dann gebildet, wenn das Rohr mit einer scharfkantigen Rohrverbindung verbunden wird. Diese können ausreichend sein, um ein Versagen von einem oder mehreren fluidischen Elementen in einem fluidischen System zu bewirken. Bisher sind keine Filter zum Abfangen solcher isolierten Teilchen bekannt, und daher besteht eine Notwendigkeit, vorzugsweise in der fluidischen Verstärkervorrichtung etwas vorzusehen, was man als "letztes" Filter ("last chance" filters) bezeichnen kann.

Daher ist es eine der Hauptaufgaben der Erfindung, ein solches "letztes Filter" und eine Vorrichtung zur Geradrichtung der Strömung fUr fluidische Anwendungsgebiete zu liefern.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, das Filter in einer billigen, kompakten, laminierten Form zur integralen Einfügung in die fluidische Verstärkervorrichtung zu liefern.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, das Filter in einer solchen Form zu liefern, dass es für den leichten Zugang zwecks Reinigung geeignet ist.

Erfindungsgemäss wird eine Schicht (lamina) vorgesehen, welche zwischen die Gehäuseteile einer fluidischen Verstärkervorrichtung benachbart zu dem Gehäuseteil, der die Einlassöffnungen für das Leistungsmittel und das Steuermittel enthält, eingefügt wird.

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Die Schicht ist mit einer Vielzahl von Filtern für das strömende Mittel ausgestattet, die sich durch die Schicht hindurch erstrecken und mit den Einlassöffnungen in dem Gehäuseteil zusammenpassen. Jedes Filter umfasst eine Vielzahl von in geringem Abstand angeordneten kleinen Bohrungen. Bei Anwendungen, bei denen ein möglichst geringer Druckabfall über dem Filter erforderlich ist, wird die Filterfläche vergrössert, um den Strömungsquerschnitt zu vergrössern. Auf beiden Seiten des Filtersystems können ein Paar Platten (laminar) aufgebracht werden, die mit Öffnungen ausgestattet sind, die einen grösseren Durchmesser besitzen als die Einlassöffnungen in dem Gehäuseteil (jedoch eine Querschnittsfläche gleich der Filterfläche) und grosser als die Einlassenden der Eingangsströmungskanäle des fluidischen Verstärkers sind, um den Strömungsmittelfluss in die Filter hinein^EWs den Filtern herauf/Verteilen.

Die folgende Beschreibung zusammen mit den Abbildungen ermöglicht ein besseres Verständnis der Erfindung bezüglich ihres Aufbaues, ihrer Betriebsweise und weitere Ziele und Vorteile.

Die Figuren la bzw. Ic sind Ansichten einer Filter-Schicht bzw. einer Verteilerkanalschicht gemäss der Erfindung und Figur Ib ist eine vergrösserte Ansicht eines Teils eines Filters in der Filter-Schicht.

Figur 2 ist eine Seitenansicht der fluidischen Verstärkervorrichtung, teilweise im Schnitt, welche die Verwendung der erfindungsgemässen laminierten Filterstruktur am Einlassende der Vorrichtung veranschaulicht.

Die Figuren 2b bzw. 2c stellen Ansichten der Einlassendteile von einstufigen fluidischen Verstärkervorrichtungen mit bzw. ohne die Verteilerkanalschicht dar.

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Die Figur 3 zeigt eine zweistufige Verstärkervorrichtung vor dem Zusammenbau, welche edne zusätzliche laminierte Filterschicht für die zweite Verstärkerstufe verwendet.

Figur la zeigt ein laminiertes Filter, das gemäss der Erfindung konstruiert ist. Die Filterschicht 10 für die Strömung kann aus irgendeinem beliebigen geeigneten Material aufgebaut sein, welches nicht mit dem Strömungsmittel reagiert, das für die fluidische Verstärkervorrichtung verwendet wird, von der die Filterschicht IO ein integrales Element bildet. Da jedoch ein bequemes Verfahren zur Ausbildung der sehr kleinen Löcher in jedem Filter der Filterschicht IO das konventionelle Spritzgussverfahren bzw. ein Fotoätzverfahren bildet, besteht die Schicht IO vorzugsweise aus einem Kunststoff bzw. einem Metall. Die Abmessungen der Fläche der Schicht 10 und ihre Dicke werden bestimmt durch das vorgegebene fluidische Element zu dem die Filterschichten 10 einen integralen Bestandteil bildet. So kann im Falle einer laminierten einstufigen Verstärkervorrichtung die Fläche der Filterschicht 10 quadratisch oder leicht rechteckförmig sein. Die Figur la stellt eine vergrösserte Ansicht einer solchen Ausführungsform dar. Im Falle einer vielstufigen Verstärkervorrichtung würden die Abmessungen für die Länge und Breite der Filterschicht sich an die Abmessungen der anderen Schichten anpassen, welche eine solche vielstufige Vorrichtung bilden. Obwohl die Filterschicht besonders gut angepasst ist für die Einfügung in laminierte einstufige und mehrstufige fluidische Verstärkervorrichtungen, kann es auch bei den nichtlaminierten fluidischen Verstärkern verwendet werden, die lediglich aus zwei Gehäuseteilen bestehen und bei denen die Kanäle für den Strömungsmittelfluss des Verstärkers an den inneren Oberflächen eines der Gehäuseteile ausgebildet sind.

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Bei der einfachsten Ausführungsform der Erfindung besteht die laminierte Filterstruktur nur aus einer Filterschicht 10, die zwischen die beiden Deckelteile einer fluidischen Verstärkervorrichtung abgedichtet eingefügt ist und benachbart zu dem Deckelteil liegt, in dem die Einlassöffnungen zur Zufuhr des Leistungsmittels und des Steuermittels zu den Einlassströmungskanälen des fluidischen Verstärkers vorgesehen sind, welche zwischen den beiden Deckelteilen ausgebildet sind. In den Fällen, in denen das benachbarte Deckelteil nur mit den Einlassöffnungen ausgestattet ist, ist die Filterschicht IO mit einer Vielzahl von Filtern versehen, deren Zahl mindestens der Anzahl der Einlassöffnungen entspricht. So sind in der Schicht 10 für einen konventionellen ■ fluidischen Verstärker, welcher mindestens zwei und im allgemeinen drei Einlasse in Form einer Leistungsdüse und eines Paares einander gegenüberliegender Steuerdüsen besitzt, ein Filter 11 für das Leistungsmittel und Filter 12 für das Steuermittel vorgesehen. Zum Zwecke der Standardisierung und der sich daraus ergebenden geringeren Herstellungskosten ist die Filterschicht 10 jedoch mit den Filtern 13 und 14 ausgestattet. Die vier Filter 14 gestatten es, die Filterschicht 10 mit den verschiedensten digitalen logischen fluidischen Verstärkern zu verwenden, beispielsweise mit der "Oder-Nicht" logischen Vorrichtung, bei der die Steuerdüsen nur auf einer Seite des Leistungsstrahles angeordnet sind oder bei fluidischen Analogverstärkern, die drei oder mehr Steuermitteleinlässe verwenden. Das Filter 13 wird bei der Anwendung für einen zweistufigen Verstärker verwendet; dies wird nachstehend im Zusammenhang mit Figur 3 näher erläutert. Die bestimmten Grossen und Anordnungen der verschiedenen Filter in der Filterschicht 10 werden bestimmt durch die Grossen und Anordnungen der entsprechenden Einlassöffnungen in dem benachbarten Deckelteil, welche mit bestimmten Filtern in der Filterschicht 10 zusammenwirken und durch die Einlassenden der Einlasskanäle der fluidischen Verstärkervorrichtung, welche zwischen den beiden Deckelteilen der Vorrichtung ausgebildet

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In einem bestimmten Beispiel einer einstufigen fluidischen Verstärkervorrichtung hat die Oberfläche der Filterschicht die Abmessungen von etwa 2,5 * 2,5 cm (1 ' 1 Zoll) und eine Dicke von etwa 0,05 mm (0,002 Zoll). Die Filter 10 bis 14 sind jeweils kreisförmig und umfassen eine Vielzahl von kleinen, im engen Abstand angeordneten kreisförmigen Bohrungen, die durch Fotoätzung hergestellt sind. Die beiden Filter 11 und 13 für das Leistungsmittel haben jeweils einen Durchmesser von etwa 4,8 mm (3/16 Zoll) und die 6 Filter und 14 für das Steuermittel haben jeweils einen Durchmesser von etwa 3 mm (1/8 Zoll). Nachstehend werden beispielhafte Abmessungen für Filter angeführt, die lediglich zum Zwecke der Veranschaulichung dienen und den Umfang der Erfindung nicht beschränken. Jedes der Filter kann beispielsweise aus einem Muster von geradlinigen, parallelen Reihen von Bohrungen bestehen, die jeweils einen Durchmesser von etwa 0,13 mm (0,005 Zoll) und einen Mittenabstand zwischen benachbarten Bohrungen von etwa 0,2 mm (0,008 Zoll) besitzen. Bei dieser beispielhaften Form kann beispielsweise der Strömungsquerschnitt dieses Filters etwa 1,6 mal so gross wie der Strömungsquerschnitt des Einlasses (24 in Figur 2a) sein, der an die entsprechende Einlassöffnung in dem Deckelteil angeschlossen ist. Die Filterschicht 10 wird gegen das Strömungsmittel abgedichtet, zwischen den Deckelteilen der fluidischen Verstärkervorrichtung durch beliebige zweckmässige Mittel gehalten. Ein geeignetes Mittel zur Festlegung der Filterschicht ist die Anwendung von kreisförmigen Öffnungen 15 in den vier Ecken der Schicht, die mit ähnlichen Öffnungen in anderen Schichten einschliesslich der Vorrichtung und der Deckelteile zusammenpassen und von geeigneten durch die Bohrungen durchgeführten Schrauben. In der Schicht 10 sind auch ein Paar Öffnungen 16 vorgesehen, die mit Auslassöffnungen zusammenfallen, die ebenfalls in dem angrenzenden Deckelteil angeordnet sein können und mit den entsprechenden Auslassenden der Auslassströmungskanäle der Empfänger des fluidischen Verstärkers in Verbindung stehen. In gleicher Weise sind zwischen den Öffnungen 12 und

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16 ein Paar Öffnungen 17 vorgesehen, die zu Entlüftungsöffnungen in dem angrenzenden Deckelteil und zu entsprechenden Auslassenden von seitlichen Entlüftungskanälen führen, die zwischen den Empfängern und den Steuerdüsen des Verstärkers angeordnet sind. Die übrigen sechs Öffnungen 18 werden bei einer einstufigen fluidischen Verstärkervorrichtung 16 nicht verwendet; sie finden jedoch Anwendung als Verteiler- und Zwischenverbindungsvorrichtung für kompliziertere fluidische Schaltungen. Solche Anwendungen für die öffnungen 18 werden im einzelnen in einer schwebenden US Patentanmeldung beschrieben. Alle Öffnungen der Filterschicht IO sind vorzugsweise kreisförmig, gewünschtenfalls können sie jedoch nichtkreisförmig sein.

Figur Ib zeigt eine vergrösserte Ansicht eines Teils eines der in Figur la gezeigten Filter. Es sei beispielsweise angenommen, dass das Filter in Figur Ib ein Filter 11 darstellt und dieses Filter einengesamten Durchmesser von etwa 4,8 mm (3/16 Zoll) hat und jede durch Fotoätzung in dem Filter angebrachte Bohrung einen Durchmesser von etwa 0,13 mm (0,005 Zoll) besitzt und Mittelpunkte der Bohrungen für die bestimmte zuvor beschriebene beispielhafte Ausführungsform einen Abstand von etwa 0,2 mm (0,008 Zoll) aufweisen. Diese bestimmten Abmessungen ergeben ein Filter, in dem etwa 35 % der Oberfläche von den Bohrungen gebildet wird. Die Filterbohrungen können offensichtlich sowpUl in ihrer Grosse als auch im Abstand variiert werden. Vorzugsweise nehmen sie jedoch einen Anteil der Filterfläche im Bereich von 20 bis 70 $ ein. Im allgemeinen Falle haben alle Bohrungen eines Filters vorzugsweise den gleichen Durchmesser im Durchmesserbereich von etwa 0,05 mm bis etwa 0,5 ram (0,002 bis 0,020 Zoll), obwohl kleinere Bohrungen verwendet werden können. Ebenso können die Filter und die Filter- , bohrungen im gewünschten Falle nicht-kreisförmige Form besitzen. Offensichtlich ändert jede Änderung in der Grosse der Filterbohrungen oder im Abstand der Bohrungen den Anteil des Strömungsquerschnittes in jedem Filter. Man wird

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verstehen, dass jedes beliebige Verfahren zur genauen Lokalisierung und Ausbildung der Filterbohrungen durch die Filterschicht verwendet werden kann, um eine zufriedenstellende Arbeitsweise des Filters zu erhalten, und dass die inhärente Genauigkeit der Verfahren der Fotoätzung und des Spritzgusses fUr diesen Zweck besonders gut geeignet sind.

Für viele Anwendungen sind die Filter in der Filterschicht 10 von gleicher Grosse wie die Öffnungen in dem benachbarten Gehäuseteil und die mit ihnen zusammenfallenden Enden der Einlassströmungskanäle. Die Verwendung einer solchen Schicht 10 benachbart zu dem Gehäuseteil der fluidischen Verstärkervorrichtung führt jedoch zu einem Druckabfall in dem durch das Filter hindurchgehenden Strömungsmittel im Bereich von etwa 6 bis 10 % des dem Verstärkerelement zugeführten Druckes. Für viele Anwendungen ist dieser Druckabfall Ubermässig gross und wird dadurch verringert, dass man die Filterfläche erhöht und dadurch den Strömungsquerschnitt durch das Filter erhöht. In einem solchen Falle wird vorzugsweise eine in Figur Ic dargestellte Schicht 19 zwischen den Gehäuseteil und die Filterschicht 10 eingefügt. Die Schicht 19 ist mit Öffnungen von im wesentlichen gleicher Grosse und Anordnung wie die Öffnungen und Filter in der Schicht IO versehen und es ergibt sich daher eine Verteilerkanalwirkung für das von dem Deckelteil zu der Filterschicht 10 strömende Strömungsmittel. Auf der Seite der Filterschicht 10, die der ersten Verteilerkanalschicht 19 entgegengesetzt ist, wird vorzugsweise eine zweite Verteilerkanalschicht 19 aufgelegt, da dann eine oder mehrere der Einlassenden der Einlassströmungskanäle in dem fluidischen Verstärker eine kleinere Grosse als die Fläche des mit ihnen zusammenfallenden Filters besitzen. Die Anwendung des Schichtenfilters IO und zweier Verteilerkanalschichten 19 führt zu einem Druckabfall von etwa 2 bis 4 % des Versorgungsdruckes und ändert nicht bedeutungsvoll die Leistung des fluidischen Verstärkerelementes. Daher kann die erfindungsgemässe laminierte Filterstruktur eine einzelne Filterschicht 10, oder

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eine Filterschicht 10 und eine Verteilerkanalschicht 19, oder eine Filterschicht 10 und zwei Verteilerkanalschichten 19 umfassen. Die Verteilerkanalschicht 19 hat im allgemeinen eine grössere nicke als die Filterschicht 10. Typische Dickenbereiche für das Filter bzw. die Verteilerkanalschicht sind etwa 0,025 mm bis 0,13 mm (0,001 bis 0,005 Zoll) bzw. 0,13 mm bis 0,5 mm (0,005 bis 0,02 Zoll). Offensichtlich ist die Erfindung nicht auf diese Dickenbereiche beschränkt, da bestimmte Anwendungen Schichtdicken ausserhalb dieser Bereiche erforderlich machen können.

Ein typisches Ausführungsbeispiel einer fluidischen Verstärkervorrichtung mit der laminierten Filterstruktur ist dargestellt' in der Figur 2a, welche teilweise im Schnitt gezeigt ist. Die fluidische Verstärkervorrichtung umfasst einen oberen Deckelteil 20, einen unteren Deckelteil 21, eine laminierte Filterstruktur, welche die Filterschicht 10 und zwei Verteilerkanalschichten 19 und eine Vielzahl von zwischengefügten Schichten 22 umfasst. Zum Zwecke der Vereinfachung ist der untere Deckelteil 21 nur mit einer Einlassöffnung 23 zur Zufuhr des Leistungsmittels zu der fluidischen Verstärkerschaltung definiert in der Schicht 22 dargestellt. Der Einlassanschluss 24 ist in der Öffnung 23 so befestigt, dass sich dann eine abgedichtete Anordnung ergibt. Es ist zu beachten, dass die erste Verteilerkanalschicht 19 benachbart zu dem Deckelteil 21 aufgelegt ist und die zweite Verteilerkanalschicht 19 an der entgegengesetzten Seite der Filterschicht 10 aufgelegt ist. Die grössere Abmessung des Filters in der Schicht 10 und der Öffnungen in der Schicht 19, verglichen mit der Breite des Einlasskanals 23 und des sich durch die Schicht 22 vertikal nach oben erstrekkenden Kanals sind in der Figur 2a klar ersichtlich. Die abgedichtete Befestigungsvorrichtung ist zur Vereinfachung nicht dargestellt.

Figur 2 zeigt eine Ansicht des Einlassendes eines einstufigen fluidischen Analogverstärkers vor dem Zusammenbau, der eine

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laminierte Struktur der in Figur 2a gezeigten Art hat. Mit dem Ausdruckeinlassende ist der Teil der Vorrichtung bezeichnet, der sich bis zu der ersten Schicht erstreckt, welche die Strömungskanäle enthält, die den Verstärker definieren, und diese Schicht mit einschliesst. Daher umfassen die unmittelbar vor dem Zusammenbau übereinander angeordnet gezeigten einzelnen Elemente in der angeführten Reihenfolge folgende Teile! unterer Deckelteil 21, erste Verteilerkanalschicht 19, Filterschicht 10, zweite Verteilerkanalschicht 19, Abstandsschicht 25, Verstärkerschicht 26. Bei dieser bestimmten Ausführungsform sind die Auslass- und Entlüftungsöffnungen durch den unteren Deckelteil 21 geführt. Selbstverständlich könnten sie auch durch den nicht gezeigten oberen Deckelteil geführt sein. Der Zweck der Abstandsschicht 25 dieser Ausführungsform besteht darin, die Querschnittsflächen der vertikalen Kanäle zu verringern und dadurch anzupassen, welche für die Eingangsströmungsmittel vorgesehen sind, die von der zweiten Verteilerkanalschicht 19 zu der Schicht 26 strömen, und dadurch an die Querschnittsflächen der Einlassenden der Einlassströmungskanäle in der Schicht 26 angepasst werden. Die Geradführung der Strömung ergibt sich durch die Anwesenheit der Vielzahl oder des Netzes von kleinen Filterbohrungen in der Schicht 10. Das Netz löst eine hereinkommende Turbulenz grösseren Massstabes und Wirbel auf und ergibt ein gleichmässiges Geschwipdigkeitsprofil der Strömung strömungsabwärts von dem Filter. Das Netz isoliert daher die Leistungs- und Steuerdüse des fluidischen Elementes und strömungsaufwarts auftretende Störungen der Strömung, wie kleinen Krümmungsradien und Düsen, voneinander. Die Anzahl und Grosse der Filterbohrungen relativ zum Filterdurchmesser bestimmt die auf diese Weise erhaltene Geradführung der Strömung. Als typisches Beispiele! angegeben, dass man für die weiter oben angegebenen Abmessungen, nämlich für Bohrungen von etwa 0,13 mm (0,005 Zoll) Durchmesser, Lochabstand von etwa 0,2 mm (0,008 Zoll) und einen Durchmesser des Filters von etwa 4,8 mm (3/16 Zoll) eine wirksame Geradführung der Strömung erhält. Die Abstandsschicht 25 gewährleistet ebenfalls, dass die grösseren Einlassöffnungen in der Verteilerschicht 19, welche

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-limit den Filtern 11 und 12 in der Filterschicht 10 zusammenfallen, nicht andere Elenente überlappen, sondern nur die Einlassenden der zugehörigen Einlass- und Strömungskanäle in der Schicht 26. Jede der Schichten 19 und 2P ist mit 25 Öffnungen ausgestattet (im Falle der Filterschicht 10 17 Öffnungen und 8 Filter), die wie in der Abbildung dargestellt, zueinander ausgerichtet sind, 80 dass das Filter 11 mit der Einlassöffnung 11' für das Leistungsmittel in dem Deckelteil 21 und dem Einlassende H'' des Leistungsmittelkanals in der Schicht 26 ausgerichtet ist. Die Filter 12 sind mit den Steuermitteleinlassöffnungen 12' und den Einlassenden 12'' der Kanäle für das Steuermittel in der Schicht 26 ausgerichtet. Die Öffnungen 16 sind mit den Auslassöffnungen 16' und den Auslassenden 16'' der Empfänger in der Schicht 26 ausgerichtet und die öffnungen 17 sind ausgerichtet mit den seitlichen Entlüftungsöffnungen 17' und den Auslassenden 17'' der seitlichen Entlüftungskanäle in der Schicht 26. Offensichtlich können im gewünschten Falle eine grössere oder kleinere Anzahl von Öffnungen (und Filtern in der Schicht 10) vorgesehen werden. Die verschiedenen Entlüftungen für den fluidischen Analogverstärker, von denen nicht alle notwendigerweise verwendet werden müssen, sind über die Entlüftungsöffnungen im unteren Deckelteil 21 zur Atmosphäre hin offen und stehen vorzugsweise auch in Verbindung mit Entlüftungsöffnungen in dem oberen nicht gezeigten Deckelteil und können wahlweise durch die Seitenkanten der Schichten herausgeführt sein. So sind die Seitenentlüftungskanäle 17 '' in der Schicht 26, wie zuvor beschrieben, gegen die Atmosphäre hin offen und der mittlere Entlüftungskanal 30'' ist durch die öffnungen 30 in den Schichten 10, 19 und 2P und die mittlere Auslassöffnung in dem Deckelteil 21 offen. Die beiden kleinen Entlüftungsbohrungen 31 an jeder strömungsabwärts gelegenen Seite der seitlichen Entlüftungskanäle unmittelbar benachbart zu der Leistungsdüse sind offen zur Atmosphäre durch die Öffnungen 31 und die Entlüftungsöffnung 31'. Wie bereits beschrieben, besteht ein bequemes Mittel zur Zusammenfassung des aus Schichten aufgebauten fluidischen Verstärkers zu einer abgedichteten Vorrichtung in der Verwendung von 4 Schrauben, die durch 4 an

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den Ecken angebrachte öffnungen 15 in den einzelnen Schichten und den Deckelteilen gehen. Der leichte Zusammenbau und Ausbau der Vorrichtung gewährleistet einen bequemen Zugang zur leichteren Reinigung der Filter in der Schicht 10. Dann werden noch geeignete Anschlüsse an die Einlassöffnung für das Leistungsmittel, für das Steuermittel und die Auslassöffnungen angebracht, um die Vorrichtung in eine entsprechende fluidische Schaltung einzufügen.

Eine zweite AusfUhrungsform, welche auf der Anwendung der erfindungsgemässen laminierten Filterstruktur beruht, wird in Figur 2c gezeigt.

Figur 2c zeigt eine Ansicht des Einlassendes eines einstufigen digitalen fluidischen Verstärkers mit schichtenförmigem Aufbau vor dem Zusammenbau. Insbesondere entsprechen die einzelnen Schichten den in Figur 2b abgebildeten Schichten, mit Ausnahme der Verteilerschicht 19. Wie bereits zuvor beschrieben, können eine oder beide der Verteilerschichten weggelassen werden, wenn der dann entstehende grössere Druckabfall in der Filterschicht 10 zugelassen werden kann. Da die Verteilerkanalwirkung der Schicht 19 bei dieser Ausführungsform nicht ausgenutzt wird, dient die Verwendung der in der Schicht 10 der Figur 2b gezeigten Filter mit grösserer Fläche keinem besonderen Zweck ausser der Standardisierung, und die Filter der Schicht 10' besitzen daher eine kleinere Fläche. Da der Digitalverstärker nicht mit einer mittleren Entlüftungsöffnung 30'' und kleinen EntlUftungsöffnungen 31'' ausgestattet ist, sind diese öffnungen in der Schicht 25' weggelassen und in den Deckelteilen sind die entsprechenden EntlUftungsöffnungen weggelassen. Zwecke Veranschaulichung einer Alternative der AusfUhrungsform nach Figur 2b sind die Auslassöffnungen nicht In dem unteren Deckelteil vorgesehen (sie sind daher in dem oberen nicht gezeigten Deckelteil vorgesehen), und aus diesem Grunde ist die Abstandeschicht 25' ebenfalls nicht mit den Öffnungen 16 versehen, welche mit den Auslassenden der Empfänger in der Schicht 27 zusammenfallen.

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Die Figur 3 veranschaulicht eine dritte Ausführungeform der laminierten Filterstruktur, welche einen integralen Bestandteil einer laminierten fluidischen Verstärkervorrichtung bildet, vor dem Zusammenbau. Die in den Figuren 2b und 2c gezeigten Ausführungsformen verwenden jeweils eine einzige Filterschicht in einer einstufigen Anordnung. Die AusfUhrungrfbrm nach Figur 3 verwendet zwei laminierte Strömungsfilteranordnungen, die einen integralen Bestandteil einer zweistufigen digitalen fluidischen Verstärkervorrichtung bilden. Insbesondere enthält sie in der angegebenen Reihenfolge die folgenden übereinander angeordneten Elemente: Unterer Deckelteil 21, erste Verteilerkanalschicht 19, erste Filterschicht 10, zweite Verteilerkanalschicht 19, erste Abstandsschicht 25', erste Schicht 35 mit Durchflussmuster, welche eine erste Stufe eines digitalen fluidischen Verstärkers definiert, zweite Abstandsschicht 25", zweite Schicht 36 mit einem Strömungsmuster, welche die zweite Stufe des digitalen Verstärkers definiert, dritte Abstandsschicht 25', dritte Verteilerkanalschicht 19, zweite Filterschicht 10, vierte Verteilerkanalschicht 19 und oberen Deckelteil 20. Die verschiedenen öffnungen, Filter und Öffnungen sind, wie zuvor beschrieben, miteinander ausgerichtet. Wie im Falle der AusfUhrungsformen der Figur 2b und 2c kann jede Verstärkerstufe mehr als eine Schicht mit einem Strömungsmuster enthalten, um das gewünschte Aspectverhältnis (ratio) und die gewünschte Strömungskapazität für den Verstärker zu erhalten. Der obere Deckelteil 20 kann, wie dargestellt, benachbart zu der vierten Verteilerkanalschicht 19 aufgelegt werden, oder es können zusätzliche Schichten, die andere fluidische Verstärker-Schaltkreiselemente enthalten, beispielsweise passive Strömungswiderstände, zwischen die vierte Verteilerkanalschicht 19 und den oberen Deckelteil 20, wie im Falle der Ausführungsformen nach Figur 2b und 2c, eingefügt werden. Bei einer Anordnung der verschiedenen aufeinandergefügten Schichten nach Figur 3 sind die Ausgänge der Empfänger der ersten Verstärkerstufe in Verbindung mit den Eingängen für das Steuermittel der zweiten Verstärkerstufe und die Ausgänge der Empfänger der zweiten Verstärkerstufe sind in Verbindung mit den Ausgangsöffnungen 16' im

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oberen Deckelteil 20. Daher sind für die beatIrate geseifte Anordnung dieser dritten Ausführung«form nur die Einlassöffnungen 11', 12' und die seitlichen Entlüftungeöffnungen 17' In de« unteren Deckelteil 21 angeordnet. Der 1 inlass für das Lelstttag·- alttel für die zweite Verstärkerstufe wird la ein·« Kanal von der Einlassöffnung 13' im oberen Deekelteil 20 durch die aufein ander ausgerichteten öffnungen und Filter 13 in den Schichten bzw. IO nach unten geführt. Is ist su beachten, dass das ttrö- mungsmuster der zweiten Verstärkerstufe umgekehrt verläuft wie das der ersten Stufe. Bei einigen Anwendungen können beide Zuführungen für das Leistungsmittel durch einen Deekelteil ge führt werden, und dann ist nur eine Filterschicht erforderlich. In dem oberen Deekelteil sind auch seitliche Entlttftungsöff- nungen 17' angeordnet. Das Fehlen von öffnungen 16 in der ersten (und der dritten) Schicht 25', welche mit den Empfängern der ersten Verstärkerstufe zusammenfallen (und mit den Steuereingängen der zweiten Verstärkerstufe), verhindert, dass die Ausgänge (und die Eingänge) derselben durch die ersten (und die letzten) drei Schichten 19, IO und 19 gehen. In ähnlicher Weise verhindert die Abwesenheit von öffnungen 12 in der zweiten Abstandsschicht 25" (welche tatsächlich die umgekehrte Schicht 25' ist), die mit den Steuereingängen der ersten Verstärkerstufe zusammenfallen, eine Zwischenverbindung der Steuerein gänge der ersten Stufe und der Ausgänge der zweiten Stufe. Man wird verstehen, dass die AusfUhrungsform nach Figur 3 so modifiziert werden kann, dass der Ausgang der zweiten Verstärkerstufe an Ausgangsöffnungen in dem ersten Deekelteil 21 dadurch geführt wird, dass zusätzliche Schichten verwendet werden, die mit geeigneten Umleitungskanälen versehen sind, welche den Ausgang der Empfänger der zweiten Stufe zu Öffnungen leiten, welche in der zwischengefügten Schicht nicht verwendet werden, wie beispielsweise die in Figur la angedeuteten öffnungen 18. Schliesslich können leicht der AusfUhrungsform nach Figur 3 zusätzliche Verstärkerstufen dadurch zugeführt werden, dass eine zusätzliche Abstandsschicht 25 und eine Schicht mit umgekehrtem Strömungsmuster für jede zusätzliche Stufe verwendet wird. In allen vorbeschriebenen Ausführungsformen ist jedes Filter ein "letztes"

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Filter, d. h. es dient nicht dazu, das zugeführte Strömungsmittel zu reinigen sondern lediglich dazu, irgendwelche Einzelpartikel einzufangen, welche entweder durch das Hauptfilter hindurchgegangen sind oder zwischen dem Hauptfilter und dem fluidischen Verstärker erzeugt wurden. Weiterhin dient jedes Filter ebenfalls zur Geradrichtung der Strömung, um die Stabilität zu erhöhen, und die Reproduzierbarkeit (repeatability) des Betriebs des Verstärkers zu gewährleisten. In Abwesenheit der Geradrichtung der Strömung durch das Filter kann eine geringe Fehlausrichtung eines Einlassanschlusses an der Einlassöffnung des Deckelteils oder eine andere strömungsaufwarts gelegene Störung der Strömung eine grosse Turbulenz oder Wirbelbildung in dem Strömungsmittelstrom im fluidischen Element und eine Nichtreproduzierbarkeit (inconsistency) der Arbeitsweise des Elementes zur Folge haben.

Die vorstehende Beschreibung zeigt, dass die Ziele der Erfindung erreicht worden sind. Insbesondere wurde ein "letztes Filter" erhalten, das eine laminierte Struktur hat und einen integralen Bestandteil mit der bestimmten fluidischen Verstärkervorrichtung bildet. Die laminierte Filterstruktur, welche ebenfalls noch die Geradrichtung der Strömung übernimmt, ist infolge ihrer laminierten Konstruktion sehr kompakt und ist billig. Die Filter können infolge der leichten Demontage der fluidischen Vorrichtung und der sich daraus ergebenden leichten Zugänglichkeit der F,ilter leicht gereinigt werden. Im Falle zusätzlicher fluidischer Schaltungselemente, die zwischen den beiden Deckelteilen mit der fluidischen Verstärkervorrichtung in Verbindung stehen und eine Ablenkung der Strömungsmittelströmung um 90° ergeben, können lediglich für die Geradrichtung der Strömung zusätzlich· laminierte Filterstrukturen verwendet werden.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1. Fluidische VerstärkerVorrichtung ohne bewegte mechanische Teile mit zwei Deckelteilen und mindestens zwei Auslass-Strömungskanälen, einer Kammer für die Wechselwirkung der . Strömungsmittelstrahlen und mindestens einem zwischen den Deckelteilen definierten Auslasskanal, wobei der erste Deckelteil mit Öffnungen versehen ist, die mit den Einlassenden der Einlassströmungskanäle zusammenfallen, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Filterschicht (10) zwischen die Deckelteile (20, 21), benachbart zu dem ersten Deckelteil (21), aufgelegt ist und eine Vielzahl von Filtern (11 bis 14) für die. Strömungsmittelströmung umfasst, die durch die Filterschicht (10) hindurch ausgebildet sind und mit den Einlassenden der Einlassströmungskanäle verbunden sind und eine Vorrichtung (15) zur Befestigung dieser ersten Filterschicht (10) in einer abgedichteten Weise zwischen den Deckel· teilen besitzt.

   2. Fluidische Verstärkervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung drei Strömungskanäle fUr den Einlass und zwei Strömungskanäle für den Auslass enthält und der erste Deckelteil weiterhin mit Öffnungen ausgestattet ist, die zu den Auslassenden der Ausgangsströmungskanäle führen, wobei die Vorrichtung zur Festlegung der Schicht vier aufeinander ausgerichtete Öffnungen (15) umfasst, die in der ersten Filterschicht (10) und den Deckelteilen (20, 21) ausgebildet sind sowie durch die Öffnungen führende Schrauben, und die erste Filterschicht weiterhin eine fünfte und sechste öffnung umfasst, die mit den Auslassenden der Auslassströmungskanäle zusammenfallen.

   3. Fluidische Verstärkervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Vielzahl von Filtern (11 bis 14) für den Strömungsmittelstrom

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   eine Vielzahl von la engen Abstand angeordneten Bohrungen umfasst, die durch die erste Filterachicht (10) hindurch durch Fotoätzung eingearbeitet sind, wobei Jede Bohrung einen Durchmesser im Bereich von etwa 0,05 bis 0,8 am besitzt.

   4. Fluldische Verstärkervorrichtung nach Anspruch 1, d a -du rch gekenn zeich η e t , dass sie eine zweite Schicht (19) enthält, die «wischen die erste Filterschicht (10) und den ersten Deckelteil (21) abgedichtet eingefügt ist, wobei diese zweite Schicht eine Vielzahl von öffnungen aufweist, die alt den Einlassenden der Einlasset röeungskanäl β (H", 12") zusamenpassen, wobei die öffnungen Jeweils einen grösseren Durchmesser haben als der Durchmesser der entsprechenden zugehörigen Öffnung (H', 12') in dem Deckelteil (21), wodurch diese zweite Schicht (19) als Verteilerkanal für die Strömungsmittelströme dient, die aus den öffnungen in dem ersten Deckelteil in die Filter in der ersten Schicht strömen.

   5. Fluidische Verstärkervorriehtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an der von der zweiten Schicht (19) abgewandten Seite der ersten Filterschicht (10) eine dritte Schicht (19) anliegt, welche eine gleiche Vielzahl von Öffnungen wie in der zweiten Schicht (19) und mit gleicher Abmessung und Orientierung umfasst, wodurch diese dritte Schicht als Verteilerkanal für die aus den Filtern (11 bis 14) in der ersten Schicht (10) in die Strömungskanäle strömenden Strömungsmittel dient.

   6. Fluidische Verstärkervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterbohrungen 20 bis 70 % der Oberfläche Jedes Filters ausmachen.

   7. Fluidische Verstärkervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Filterschicht (10) eine Dicke im Bereich von bis zu 0,13 mm für Filterbohrungen bis zu einem Durchmesser von 0,13 mm besitzt. . 009829/1124

   8. Pluidiach· Verstärkervorrichtung ohna aechaniache bewegte Tell· und alt aval Packaltallan und alna Vielzahl von dazwischen aufeinandergefttgtan Schichten, wobei «lndeatena eine der Schichten zwei darin Ausgebildete aia durchaafcende S£nlaaaatr0aungakanäle, eine Kaaaer für die Wechselwirkung der Ströaungsmlttelstrahlen und aindeatena einen Ausgangaströaungakanal und ein Paar von seitlichen IntlOftungakanälen baaltst und dar erste Dackelteil alt öffnungen versehen ist, die alt dan Binlassenden dar Ilnlaaaetroauagskanäle zusaaaenpassen, dadurch gekennzeichnet , daaa aia eine laalnlerte Pllteratruktur besitzt, welche enthält: Mindestens swai die Fllterschicht (10) durchsetzende und in Ihr auagebildete StrOaungafilter (11 bis 14), die alt den Einlassenden (H', 12') von aindeatens zwei Binlassströaungskanälen zueaamenpaasen, sowie Vorrichtungen (15), um die Vielzahl der aufeinandergelegten Schichten und die erste Filterachicht (10) in einer abgedichteten Weise zwischen den Deckelteilen (20, 21) zu halten.

   Θ. Fluidische Verstärkervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die laminierte Filterstruktur weiterhin umfasst: eine zweite, zwischen die erste Filterschicht (10) und den ersten Deckelteil (21) eingefügte Schicht (19), eine dritte, zwischen die erste Filterschicht und die Vielzahl der aufeinandergelegten Schichten aufgelegte Schicht (19), wobei die zweite und dritte Schicht (19) Jeweils alt mindestens zwei öffnungen ausgestattet alnd, die alt dan einlassenden dar mindestens zwei Binlaaaströaungakanäle (H', 12') zusammenpassen, und die Fläche der Filter (11 bis 14) und der öffnungen grosser ist als die Fläche der entsprechenden Einlassöffnungen in dem ersten Deckelteil (21), die mit ihnen zusammenfallen, wodurch die zweite und dritte Schicht (19) als Verteilerkanäle für den Strömungsmittelstrom zu und von der ersten Filterschicht (10) dienen, und

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   Vorrichtung (15) zu« Festlegen der zweiten und dritten Schicht (19) in einer abgedichteten Weise zwischen den Deckelteilen (20, 21).

   10. Fluidische Verstärkervorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Deckelteil (21) zusätzlich mit Öffnungen ausgestattet ist, die mit den Auslassenden der Auslassströmungsmittelkanäle und den Auslassenden der seitlichen Entlüftungskanäle zusammenpassen und die erste, zweite und dritte Schicht (10, 19, 19) jeweils zusätzlich mit Öffnungen ausgestattet sind, die mit den Auslassenden der Auslassströmungskanäle und den Auslassenden der seitlichen Entlüftungskanäle zusammenpassen.

   11. Verwendung eines Gebildes in Form eines laminierten Filters und einer Struktur zur Geradrichtung der Strömung in einer fluidischen Verstärkervorrichtung ohne mechanisch bewegte Teile, dadurch gekennzeichnet, dass sie die folgenden Teile umfasst*.

   eine erste, benachbart zu einem ersten Deckelteil (21) einer fluidischen Vers^ärkervorrichtung aufgelegte Filterschicht (10), wobei der erste Deckelteil (21) mit einer Vielzahl von runden Einlassöffnungen (H', 12') ausgestattet ist, die mit den Einlassenden (H'', 12'') der Einlassströmungskanäle eines fluidischen Verstärkers zusammenpassen, welcher zwischen den ersten und zweiten Deckelteilen (20, 21) definiert ist, wobei die erste Filterschicht (10) mit einer ersten Vielzahl von Strömungsfiltern (11 bis 14) ausgestattet ist, die mit den Einlassöffnungen (H', 12') in dem ersten Deckelteil (21) zusammenpassen und bei denen jedes Filter eine Vielzahl von in engem Abstand angeordneten kleinen, diese erste Filterschicht (10) durchsetzenden Bohrungen umfasst, wodurch diese Schicht sowohl als Filter für den Strömungsmittelstrom als auch zur Geradrichtung der Strömung dient, sowie eine Vorrichtung (15) zur Festlegung der ersten Filterschicht (10) in abgedichteter Weise zwischen den Deckelteilen (20, 21)

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   der fluidlschen Verstärkervorrichtung, die dadurch eine integrale Vorrichtung bildet.

   12. Gebilde nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , dass es weiterhin eine zwischen den ersten Deckelteil (21) und die erste Schicht (10) eingefügte aufgelegte zweite Schicht (19) enthält, eine benachbart zu der ersten Schicht (10) auf der von der zweiten Schicht (19) abgewandten Seite aufgelegte dritte Schicht (19) besitzt, wobei die zweite und dritte Schicht (19) jeweils mit einer gleichen ersten Vielzahl von öffnungen ausgestattet sind, die mit den Einlassöffnungen (H', 12') in dem ersten Deckelteil (21) zusammenpassen und jede Gruppe von aufeinander ausgerichteten Öffnungen und Filterteilen eine grössere Fläche hat als die Fläche der dazu passenden Einlassöffnung (H'', 12''), wodurch der Strömungsmittelstrom zu und von den Filtern (11 bis 14) in der ersten Schicht (10) verteilt wird, und

   Vorrichtungen (15) zur Festlegung der zweiten und dritten Schicht (19) in abgedichteter Weise zwischen den Deckelteilen (20, 21) aufweist.

   .13. Gebilde nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , dass die erste Schicht (10) mit einer zweiten Vielzahl von Filtern für den Strömungsmittelstrom und einer zweiten Vielzahl von Öffnungen versehen ist, wobei die zweite Vielzahl von Filtern so eingerichtet sind, dass sie mit fluidischen Verstärkern verwendet werden können, deren Eingangsströmungsmittelkanäle anders orientiert sind als die zu der ersten Vielzahl von Filtern zugehörigen Kanäle, wobei die zweite Vielzahl von öffnungeqfso eingerichtet ist, dass sie die Auslassenden der Auslassströnungsmittelkanäle dieses fluidischen Verstärkers in eine andere Lage führt und ähnliches,

   wobei die erste und dritte Schicht (19) jeweils mit einer dritten Vielzahl von Öffnungen versehen sind, die mit der zweiten Vielzahl von Filtern und der zweiten Vielzahl von

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   Öffnungen in der ersten Schicht (10) zusammenpassen und die gleiche Grosse aufweisen.

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