DE2006857A1 - Fluidischer Oscillator - Google Patents

Description

Me Erfindung betrifft sog. fluidi3che Bauelemente und insbesondere einen fluidisenen Oscillator _Λ der bei einer minimalen Empfindlichkeit gegenüber dem Yersorgungsdruek, der Temperatur und Vibration bei einer vorbestimmten Frequenz zu arbeiten vermag»

Viele fluidiselae Schaltungen verwenden einen Oscillator zur Erzeugung einer foestinnnten ¥ergleichsfrequenz_a mit der- eine andere Frequenz_Λ die an irgendeiner Stelle in der Schaltung erzeugt wird, entweder direkt ©der indirekt verglichen wird. Beispielsweise besitzt ein Hauptantrieb, wie z» B- ein Strahltriebwerk oder ein furbostralaltrietowerk eine ©renze für die $iellendreihza3il ₃und ein kontinäierliciher Betrieb oberhalb dieser •maximalen Wellendreiazakl würde sclaädlieh für den Antrieb sein-

Somit wird es notwendig, ein überwachungssystem zu schaffen, das einen Betrieb bei überhöhter Drehzahl auf ein Minimum herabsetzt, lin derartiges Überwachungssystem weist eine fluidisch« Schaltung auf, die direkt oder indirekt ein der Wellendrehzahl proportionales Frequenzsignal mit einem fluidischen Frequenzsignal vergleicht, das ein Maß für die obere Grenze der Wellendrehzahl darstellt. Somit wird ein Oscillator für eine Vergleichsfrequenz erforderlich, der den Umgebungsbedingungen des Flugtriebwerkes angepaßt ist. Diese Umgebungsbedingungen, die von Kontrollgeräten auf einem Flugtriebwerk untersucht worden sind, machen es erforderlich, daß die flui™ dischen Komponenten einschließlich des Oscillators relativ unempfindlich gegenüber Versorgungsdruckänderungen, Temperatur und Vibration und desgleichen kleinen Verunreinigungen in dem Strömungsmittel sind, so daß die Gewichtsbelastungen und Zuverlässigkeit sanf orderungen, die mit Geräten, wie z. B. Druckregulatoren und Strömungsfiltern verbunden sind, auf ein Minimum gebracht wer-* den können.

Es sind bereits mehrere Oscillatoren bekannt, die ein relativ kon~ stantes Frequenzausgangssignal liefern. Diesbezüglich wird auf die IES Patente 3 275 015 und 3 333 596 verwiesen. Vorrichtungen dieser Art sind jedoch einer oder mehreren der oben beschriebenen Wirkungen' unterworfen. Beispielsweise sind Vorrichtungen, die eine schwingende Zunge oder einen Schenkel einer Stimmgabel als Prallplatte verwenden, um abwechselnd kleine Austrittsöffnungen zu öffnen und zu schließen, um somit den Rüekdruck in einer Strö- «ungsleitung zu verändern, sowohl gegenüber Verunreinigungeji als auch gegenüber dem Versorgungsdruck enqafiiwllich,. Pie JEmpfindlich"-fceit gegenüber Verunreinigungen resultiert aus der niedrigen Grenze für die Öffnungsgröße, und die Empfindlichkeit gegenüber dem Versor^gungsdruck ergibt sich aus der Kraft, die ein ans einer Austrittsöffnung austretendes Strömungsmittel auf die schwingende Prallplatte ausübt, denn diese Kraft ist von dem Druck des der Vorrichtung zugeführten Strömungsraittels abhängig.

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Es -"-fet dVsiiaiLb Aufgäbe- de*%forliegenden Erfindung, einen fluidischeri' Öäcillatorkon8*an-ter Frequenz zu schaffen» der von dem Versörgüngsdrüdk unabhängig und gegenüber Verunreinigungen re Ia üfiietBpflndliich ist; "

Diese Aufgabe wird erfindüngsgemäß durch ein Strahlrohr§yötem gelöst mit einem Strahlrohr, das für eine Drehschwingung gegenüber einem "Unterteil beweglich an diesem befestigt ist und das Durchlässe zur Zuführung einer Druckströmung in den Innenraum des Strahlrohres; eine Strähldüse-zur Umwandlung der Druckströmung in eihetl Strömungsstrahi und zwei sich gegenüberliegende und mit radialem Abstand zur Rotationsachse des Strahlrohres angeordnete Reaktionsflächen aufweist, ferner mit einem Paar im Unterteil ausgebildeten und darin angeordneten S^;t rahlauf nehmern ,die s ich in Ruhelage des Strahlrohres auf entgegengesetzten Seiten der Längsachseides Strählrohres befinden, mit zwei Antriebslöchern, die jeweils gegenüber einer der Reaktionsflächen und mit ausreichendem Abstand zu diesem angeordnet sind, so daß die Reaktionsflächen .<zwischen den Antriebslöchern bewegbar sind, und mit einer Öegenköpplung> durch die das Ausgangssignal von den Strahlaufneh.--mern derart zu den AntMebsöffnungen zurückleitbar ist, daß die Strählrohrdüse bzw. eine der Reaktionsflächen auf dem Strahl- , . rohr in ihre jeweils entgegengesetzt« Lage drückbar ist,. .

Es wird nunanfeand der folgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen eine Ausführungsform der Erfindung näher erläu,--

Eigur 1· ist -eine, teilweise schematische, teilweise als. Draufsicht. dargestellte Ansicht eines ,fluidischen O sei Hat prs. gemäß ; der Erfindung. . , · ·. - -" . . '■ ._v...-..-..

Figur 2 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie 2-2 in .Figur

Figur 3 ist eine Teildarstellung und zeigt einen Schnitt entlang der Linie 3-3 in Figur 1. ■

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BAD OBJQtNAL

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Figur 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung mit einem Strahlrohrsystem 10, das Strahlaufnehmer 12 und 14, ein Paar gegenüberliegend angeordnete Antriebsöffnungen 16, 18 und zwei Reaktionsflächen 20, 22 aufweist, die auf einer Verlängerung 24 des Strahlrohres 26 und zwischen den Antriebsöffnungen 20, angeordnet sind. Die Strahlaufnehmer 12, 14 sind auf entsprechende Weise über Leitungen oder Kanäle (die zwei Begriffe sind hier gegeneinander austauschbar) 23, 30 mit den Regelöffnungen 32, 34 eines Pluidverstärkers 36 verbunden. Der Fluidverstärker 36 ist ein Proportionalverstärker bekannter Art mit einer Leistungsdüse, die schematisch bei 38 dargestellt ist, und einem Paar Empfänger 40, 42, die stromabwärts von der Leistungsdüse 38 und bezüglich deren Achse auf entgegengesetzten Seiten angeordnet sind. Die Regelöffnungen 32, 3¹I sind auf entgegengesetzten Seiten der Achse der Leistungsdüse 38 auf einer Linie angeordnet, die die Achse auf einem Punkt zwischen der Düse 38 und den Empfängern 40, 42 schneidet. Somit kann ein mit relativ hoher Geschwindigkeit aus der Düse 38 austretender Strömungsstrahl durch relativ kleine Strömungsstrahlen, die aus den Regelöffnungen 32, 34 austreten, abgelenkt und in Richtung auf einen oder mit wechselndem Anteil auf beide Empfänger 40, 42 gelenkt werden, um zwischen den Leitungen oder Kanälen 46, 48 ein Ausgangssignal zu liefern. Ein Teil der in die Empfänger 40, 42 eintretenden Strömung wird von den Ausgangsleitungen 46, 48 über Leitungen 50, 52 zu den Antriebsöffnungen 16, Ί8 zurückgeleitet, damit sie auf die Reaktionsflächen 20 bzw. 22 auftreffen und die Schwingung des Strahlrohres 26 fördern.

Aus den Figuren 1-3 wird deutlich, daß das Strahlrohrsystem 10 einen Unterteil 54 einen Wulst oder Ring 56, der durch ein /

Torsionsfederelement, das im allgemeinen auch als flexibler Zapfen bezeichnet wird, an dem Unterteil 54 biegbar befestigt ist und einen Teil aufweist, der rechtwinklig zur Drehachse des WuIr stes 56 an diesem befestigt ist. Dieser Teil umfaßt eine Verlängerung 24 und das Strahlrohr 26. Das Strahlrohr 26 weist einen Innenkänal 57 auf, von dem ein Ende in der Nähe der Drehachse

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des Wulstes 56 liegt und der am anderen Ende ah der Strahldüse 58 mündet, die in der gleichen Ebene wie die Empfänger 12, 14 angeordnet ist. Die Zuführungen für das Strömungsmittel zu dem Kanal 57 .umfassen eine Leitung 59» die von einer Leitung 45 zu einem Durchlaß 62 in dem Unterteil 5^ abzweigt, einen Kanal 64, der durch das Torsionsfederelement 55 zürn Innenraum des Wulstes 56 führt, einen kurzen Durchlaß 68, der von dem Hohlraum 70, in dem das Torsionsfederelement 55 befestigt ist, zu einem das Strahlrohr 26 umgebenden .Ringraum 72 führt, und ein Paar radial angeordnete Löcher fk, die durch die Wandung des Strahlrohres 26 hindurch zu dessen Innenraum verlaufen.

-Neben den Empfängern 12, 14 und dem Kanal 62, die in den Unterteil 54 gebohrt oder auf andere Weise darin ausgebildet sind, weist der Unterteil 5^ einen Hohlraum 76, in dem das untere Ende des .Torsionsfederelement 55 befestigt/? und ein Paar Stützen oder Ständer (standards) 78, 80 auf, die etwa bis zum oberen Ende der Verlängerung 24 nach oben ragen und die die Antriebsöffnungen 16, 18 enthalten. Die Stützen 78, 80 umfassen weiterhin zweckmäßige Kanäle 82, 84, die auf entsprechende Weise mit Leitungen 50, 52 verbunden sind.

Der Betrieb des Oscillators ist folgender. Wenn von der Druckquelle. 44 dem Innenraum des Strahlrohres 26 keine Druckströmung zugeführt ist, so befindet sich das Strahlrohr 26 bezüglich der Empfänger 12, 14 in einer derartigen Lage, daß die Abgabe des Strömungsstrahles von der Düse 58 in den einen oder anderen der Empfänger 12, 14 bevorzugt ist. Dieser Zustand ergibt sich aus den Herstellungstoleranzen, vorausgesetzt daß aufgrund der Herstellung der eine oder andere der Empfänger 12, 14 bevorzugt ist. Sobald nun dem Innenraum des Strahlrohres 26 eine Druckströmung zugeführt wird, tritt aus der Strahldüse 58 ein Strömungsstrahl aus, der zwischen den Empfängern 12, 14 in einem Verhältnis,.das von der tatsächlichen statischen Lage des Strahlrohres 26 abhängt, aufgeteilt wird. Der eine "oder der andere der Empfänger 12, 14 erhält einen größeren Anteil der Strömung, wodurch eine Druck- und Strömungsdifferenz zwischen den Regelo.fi>-.-

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BAD ORIQtNAU

nungen 32, 34 des Fluidverstärkers 36 hervorgerufen wird. Diese Druckdifferenz führt dazu, daß der gleichzeitig erzeugte und aus der Leistungsdüse 38 austretende Leistungsstrahl·in Richtung auf·den einen oder den anderen der Empfänger 40, 42 abgelenkt wird, und zwar in einem Verhältnis, das von der Druckdifferenz abhängig ist. Dabei wird ein Ausgangssignal erzeugt, das als eine Druck- oder Stromungsdifferenz zwischen den Leitungen 46, 48 auftritt. Ein Teil der Strömung in der Leitung 46 wird über eine Leitung oder einen Kanal 50 und einen Durchlaß 82 zur Antriebsöffnung 16 zurückgeleitet. Auf ähnliche Weise wird ein Teil der sich in der Leitung 48 befindlichen Strömung über eine Leitung 52 und einen Durchlaß 84 zur Antriebsöffnung 18 zurückgeführt. Aus jeder öffnung 16, 18 tritt nun ein Strömungsstrahl aus, wobei der relative Impuls der zwei Strahlen von der relativen Strömungsmenge abhängig ist, die in die. Leitungen 46, 48 abgegeben wird. Somit wird der Wulst 56 einem Drehmoment unterworfen, das von den auf die Reaktionsflächen 20 bzw. 22 auftreffenden Strömungsstrahlen aus den Löchern 16, 18 erzeugt wird, und aufgrund der physikalischen Kopplung zwischen den Reaktionsflächen 20, 22 und dem Strahlrohr 26 wird dieses von,seiner Ausgangsstellung in eine Lage gedrückt, in dem der andere Strahlaufnehmer 12, 14 in seiner Wirkung denjenigen übertrifft, der anfangs begünstigt war. Dadurch wird die Richtung der Druckdifferenz am Ausgang der Strahlaufnehmer 12, 14 umgekehrt und folglich wird auch das Ausgangssignal zwischen den Leitungen 46, 48 umgekehrt, so daß sich der vorstehend beschriebene Rückkopplungseffekt gegenüber der eingangs beschriebenen Rückkopplung in entgegengesetzter Weise vollzieht. Infolgedessen wird das Strahlrohr etwa in seine Ausgangslage zurückbewegt. Der eben beschriebene Vorgang wiederholt sich dann unbegrenzt, und das Strahlrohr 26 wird in eine Schwingung mit Eigenfrequenz des Systems versetzt, die, falls die fluidischen Bauelemente und die Leitungen einen vernachlässigbaren kapazitiven und induktiven Widerstand besitzen, bei der Eigenfrequenz des Feder-Massesystems liegen wird. Zu dem Hassesystem gehört die Torsionsfeder 55, der Wulst 56, das Strahlrohr 26 und die Verlängerung 24.

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Die Funktion des beschriebenen Oscillators ist gegenüber Verunreinigungen, die in dem von der Quelle 60 zugeführten Strömungsmittel auftreten, relativ unempfindlich, da die Strahldüse 58 und die Strahlaufnehmer 12, 14 eine ausreichende Größe erhalten können, so daß die am häufigsten auftretenden Verunreinigungen durchgelassen werden. Daferner jede Wechselwirkung zwischen dem aus der Düse 53 austretenden Strömungsstrahl und den Strahlaufnehmern 12, l4 Kraftkomponenten parallel zur Schwingungsebene aufweist, d. a. die durch die Längsachse des Strahlrohres 26 und der Drehachse des Wulstes 26 gebildete Ebene, tritt kein Drehmoment zwischen dem Strahlrohr 26 und den Strahlaufnehmern 12, 14 auf, das zu einer Dämpfung.der Schwingung führen könnte. In diesem Zusammenhang sei ferner erwähnt, daß, falls die Strahlaufnehmer 12, 14 in der Nähe des Endes 36 des Strahlrohres 26 in der Schwingungsebene, d. h. in der Ebene senkrecht zur Drehachse des Wulstes 56, angeordnet wären und die Strahldüse 50 in Längsrichtung durch das Ende 86 des Strahlrohres 26 hindurchführen würde, jede Viechseiwirkung zwischen der Düse 53 und den Strahlaufnehmern 12, 14 hinsichtlich eines Dämpfungseffektes.auf die Schwingung des Strahlrohres 26 in ähnlicher We_ise 'unwirksam sein würde. Dieses Fehlen einer Dämpfung oder eines Drehmomentes, das die aktiven Schwingungsteile mit ihren Ausgangselementen verbindet, hat zur Folge, daß der Oscillator gegenüber dem von der Quelle 60 zugeführten Druck nahezu vollständig unabhängig ist. Dies steht im Qegensatz zum Ergebnis, das mit bekannten Vorrichtungen zu erhalten ist, welche eine schwingende zungenartige Prallplatte oder ein anderes ähnliches Element aufweisen, das abwechselnd die Ausströmungsöffnungen eines Leitungspaares, das ein Pruckströmungsmittel führt, verändert, um somit einem stetigen oder einem-Gleichstromsignal eine zyklische Druckänderung zu überlagern. In diesen bekannten Vorrichtungen führt die Wechselwirkung zwischen dem Gleichstronsigna-1 und dep schwingenden Teil zu Kräften, die die Schwingung zu^dämpfen-, versuchen-, wobei die. Größe der Dämpfungswirkung von der Glei_;öi|sB^oma#^$;>^bJiängig ist, die wiederum von dem Speisedruck

OG 9 8 3 9/1 34 1 : ■ - . --V.-

^; BAO ORIGINAL

Claims (4)

- 8 Ansprüche

1. Pluidischer Oscillator konstanter Frequenz, gekennzeichnet durch ein Strahlrohrsystem (10) mit einem Strahlrohr (26), das für eine Drehschwingung gegenüber einem Unterteil (5*0 beweglich an diesem befestigt ist und das Durchlässe (62, 64, 68, 7*0 zur Zuführung einer Druckströmung in den Innenraum des Strahlrohres (26), eine Strahldüse (58) zur Umwandlung der Druckströmung in einen Strömungsstrahl und zwei sich gegenüberliegende und mit radialem Abstand zur Rotationsachse des Strahlrohres angeordnete Reaktionsflächen (20, 22) aufweist,

ferner mit einem Paar im Unterteil (5*0 ausgebildeten und darin angeordneten Strahlaufnehmer (12, 1*1), die sich in Ruhelage des Strahlrohres (26) auf entgegengesetzten Seiten der Längsachse des Strahlrohres befinden, mit zwei Antriebslöchern (16, 18), die jeweils gegenüber einer der Reaktionsflächen (20, 22) und mit ausreichendem Abstand zu diesen angeordnet sind, so daß die Reaktionsflächen zwischen den Antriebslüchern (16, 18) bewegbar sind, und mit einer Gegenkopplung (36, 50, 52), durch die das Ausgangssignal von den Strahlaufnehmern (12, 14) derart zu den 4ntriebsöffnungen (I6,l8) zurückleitbar ist, daß die Strahlrohrdüse (58) bzw. eine der Reaktionsflächen (20, 22) auf dem Strahlrohr (26) in ihre jeweils entgegengesetzte Lage drückbar ist.

2. Fluidischer Oscillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Gegenkopplung einen Fluid-Verstärker (36) mit einer Leistungsdüse (38), zwei Empfängern (40, 42) und zwei Regelöffnungen (32, 34) aufweist, die über Leitungen (28, 30) mit den Strahlaufnehmern (12, 14) verbunden sind, und die Empfänger (40, 42) über Leitungen (50, 52) mit den Antriebsöffnungen (16, 18) in Verbindung stehen.

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BAD

3. Fluidischer Oscillator nach Anspruch 2, dadurch

g e k'e η η ζ e i c h η e t , daß das. Strahlrohr (26) einen Wulst (56)j der an dem Unterteil (5*0 beweglich befestigt ist, einen Kanal (57.)» der sich senkrecht zur Drehachse des Wulstes erstreckt, und einen festen Teil (24) aufweist, der in entgegengesetzter Richtung ,zum Kanal (56) verläuft und an seinem Ende die Reaktionsflächen (20, 22) trägt,

4. Fluidischer Oscillator nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet", daß die Achse der Strahldüse (53) parallel zur Drehachse des Wulstes (56) verläuft.

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Jo

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