DE2012859C3 - Dynamischer Fluid verstarker mit Unterdrucksteuerung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen dynamischen Fluidverstärker mit einer Wechselwirkungskammer, in die eine Leistungsstrahldüse und mindestens ein Steuerkanal für die Unterdrucksteuerung einmünden und von der zwei Ausgangskanäle ausgehen.

Aus der US-PS 34 17 770 ist es bekannt, an Stelle der üblichen Überdrucksteuerung dynamischer Fluidverstärker die Steuerung mit einem Unterdruck vorzunehmen, um auch bei schwächeren Steuerströmen noch einen brauchbaren Verstärkungsfaktor zu erreichen. Diese Lehre geht von der bei Fluidverstärkern mit Überdrucksteuerung üblichen Bauweise aus, welche zur Steuerung des Leistungsstrahls rechtwinklig zu dessen Strömungsrichtung verlaufende Steuerkanäle vorsieht. Zur Erzeugung eines Unterdrucks wird ein Hilfsverstärker mit einem seiner Ausgangskanäle an eine Strahlpumpe angeschlossen, welche bei Beaufschlagung eines Steuerkanals des Hauptverstärkers eine Langwirkung erzeugt. Durch den so hergestellten Unterdruck wird der Leistungsstrahl des Hauptverstärkers vom einen zum anderen Ausgangskanal umgelenkt.

Der bauliche Aufwand dieser, einen Hilfsverstärker und eine Strahlpumpe erfordernden Verstärkeranordnung ist von erheblichem Nachteil. Hinzu kommt, daß zu einer brauchbaren Steuerung des Hauptverstärkers immer noch vergleichsweise starke Steuerströme benötigf werden; es wird der gesamte Leistungsstrahl des Hilfsverstärkers benötigt, um einen den Hauptverstärker steuernden Unterdruck zu erzeugen. &5

Die Erfindung hat einen mit Unterdrucksteuerung arbeitenden dynamischen Fluidverstärker zur Aufgabe, welcher bei wesentlich vereinfachter, weniger aufwendigen und sehr kompakter Bauweise auch bei vergleichsweise schwachen Steuerströmen eine gute Verstärkung erzeugt

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zu beiden Seiten der Leistungsstrahldüse, je ein in die Wechselwirkungskammer mündender Strömungsmitnehmerkanal vorgesehen ist und wenigstens ein Mitnehmersteuerkanal entgegengesetzt zum Mitnehmerstrom im Strömungsmitnehmerkanal nahe der Leistungsstrahldüse in die Strömungsmitnehmerkanäle mündet.

In den der weiteren Erläuterung dienenden Zeichnungen zeigen die

F i g. 1 und 2 ein Ausführungsbeispiel des dynamischen Fluidverstärkers mit doppeltem Strömungsmitnehmerstrom, wobei in der F i g. 1 ein Regelsignal fehlt und in der F i g. 2 ein Regelsignal an den einen Mitnehmerstrom angelegt ist; die

F i g. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel, in dem die Mitnehirersteuerkanäle als Rückkopplungskanäle ausgebildel sind; die durchgehend gezeichneten Pfeile bezeichnen die Strömung bei Fehlen eines Steuersignals, die gestrichelten Pfeile die Strömung, wenn ein Steuersignal auftritt; die

F i g.4 ein Ausführungsbeispiel mit mehreren Steuerkanälen und einem als Rückkopplung ausgebildeten Strömungsmitnehmerkanal. als ODER/WEDER-NOCH Gerät.

Der Fluidverstärker 10 ist in bekannter Weise aus einem (nier angenommenen) Deckel, einer mittleren, mit Strömungskanälen versehenen Platte 12 und dem Boden 14 aufgebaut. Die Platten können aus Metall oder durchsichtigem Material, z. B. Glas, bestehen und sind so ve^rbunden, daß abgedichtete Strömungskanäle entstehen. Die Kanäle bestehen zunächst wie bekannt aus einer Leistungsstrahldüse 16, die in die Wechselwirkungskammer 18 mit den gegenüberliegenden, leicht gekrümmten Seitenwänden und dem Fluidteiler 24 mündet. Am entgegengesetzten Ende sind zu beiden Seiten des Fluidteilers 24 die Ausgangskanäle 26 und 28 angeschlossen. Die grundsätzliche Strömungsrichtung des Leistungsstrahls ist durch den Pfeil 30 angedeutet.

Erfindungsgemäß ist auf einer oder beiden Seiten der Düse 16 ein Strömungsmitnehmerkanal 32 und 34 vorgesehen. Das stromaufwärts gelegene Ende ist an ein Fluid angeschlossen, das durch den Leistungsstrahl in der Döse 16 in Richtung der Pfeile 36 mitgenommen bzw. mitgerissen wird und über die Wechselwirkungskammeir 18 in die Ausgangskanäle 26, 28 fließt. Je ein Mitnehmersteuerkanal 38, 40 ist mit den nahe der Wechsslwirkungskammer 18 gelegenen Mündung 42, 44 verbunden.

Bei Verwendung als Proportionalverstärker fließt ein ständiger Leistungsstrahl aus der Düse und tritt bei Fehlen eines Steuersignals zusammen mit der mitgerissenen Strömung 46, 48 in gleichen Mengen in die Ausgangskanäle 26 und 28. Dabei wird Strömungsmittel von außen in Pfeilrichtung 36 durch die öffnungen 46 und 48 mitgeführt.

In der F i g. 2 ist z. B. an den Mitnehmersteuerkanal 40 ein Steuersignal gelegt. Der aus der öffnung 44 fließende Steuerstrom 50 wirkt bei Strömung im Strömungsmitnehmerkanal 34 entgegen, so daß zwischen dem Leistungsstrahl 30 und dem Steuerstrom 50 ein Unterclruckbereich A entsteht. Da auf der gegenüberliegenden Seite des Leistungsstrahls praktisch atmosphärische Druckverhältnisse vorliegen, wird der Leistungsstrahl zum Ausgangskanal 28 umgelenkt, und es entsteht hier ein wesentlich stärkeres Ausgangssignal

als in dem Ausgangskanal 26. Da die Differenz der Ausgangssignale weit größer ist als die Druckdifferenz der Steuerströme in den Steuerkanälen 40 und 38, ist der Verstärkungsfaktor auf jeden Fall größer als 1. Im Einzelfall hängt der Verstärkungsfaktor ab von der Ausle- s gung, dem Abstand des Fluidteilers, Auslegung und Anordnung der Düse, den Ausgangskanälen usw.

Die Steuerkanäle können mit dem Leistungsstrahl einen Winkel bilden, so daß ein Kraftmomentaustausch stattrindet (vgl. als Beispiel die Steuerkanäle 262, 272, 282 der F i g. 4). Zur Verbesserung der Stabilität bei Belastung können an der gezeigten Stelle oder an zentral gelegener Stelle Entlüftungskanäle 52 vorgesehen sein.

Ein digital arbeitendes Strömungselement ist im Ausführungsbeispiel der F i g. 3 gezeigt. Hier sind die Ausgangskanäle an Rückkopplungsschleifen angeschlossen. Wie in der Ausbildung der F i g. 1 und 2 ist auf beiden Seiten der Leistungsstrahldüse 116 je ein Strömungsmitnehmerkanal 132, 134 mit den öffnungen 146, 148 ungeordnet, so daß der die Wechselwirkungskammer 118 durchströmende Leistungsstrahl f30 Strömungsmitte! mitreißt. Infolge des Coandaeffekts legt sich der Leistungsstrahl an eine der Wandflächen, z. B. die Wandung 120 an, so daß der größere Teil des Leistungsstrahls bei Fehlen eines Steuersignals entsprechend den durchgehend gezeichneten Pfeilen in den Ausgangskanal 126 fließt. Ein Teil der Strömung wird aber in die Rückkopplungsschleife des als Rückkopplungskanal 138 ausgebildeten Mitnehmersteuerkanals in Pfeilrichtung 160 umgelenkt und strömt entgegen der Strömung 136 in den Strömungsmitnehmerkanal 132. Hierdurch wird zwischen dem Leistungsstrahl 130 und dem Rückkopplungsstrahl 160 ein Unterdruckbereich A' erzeugt, der den Leistungsstrahl im Ausgangskanal 126 hält. Eine zweite Rückkopplungsschleife 140 ist zwischen dem gegenüberliegenden Ausgangskanal und dem Strömungsmitnehmerkanal 134 mit der mit dem letzteren gleichachsigen öffnung 144 vorgesehen.

Zusätzlich zu diesen Rückkopplungskanälen sind weitere, an sich bekannte Steuerkanäle 162 und 164 mit den öffnungen 166, 168 stromaufwärts von den Rückkopplungsöffnungen 142, 144 an den Strömungsmitnehmerkanal 132 bzw. 134 gelegt. Diese zusätzlichen Steuerkanäle können auch stromabwärts von den Steueröffnungen 166, 168 an den mit 170 und 172 bezeichneten Stellen vorgesehen sein. Diese, mit den öffnungen 174 und 176 in den Haftwandungen 120 versehenen Steuerkanäle an den Stellen 170, 172 wirken in grundsätzlich der gleichen Weise wie die Steuerkanäle 162, 164 und können an Stelle dieser gebraucht werden.

Wird beispielsweise an den Steuerkanal 162 ein Steuersignal gelegt, so wird die Rückkopplungsströmung 160 zum Leistungsstrahl 130 hingelenkt und der Unterdruckbereich A' aufgehoben. Dadurch wird der Leistungsstrahl seinerseits vom Auslaßkanal 126 in den Auslaßkanal 128 umgelenkt Die Rückkopplungsströmung 160 wird damit unterbrochen und durch die Rückkopplungsströmung 160' in dem zweiten Rückkopplungskanal 140 ersetzt, wie dies durch die gestrichelten Pfeile in der Fig.3 angedeutet ist Dadurch fließt der Leistungsstrahl auch nach Unterbrechung des Steuersignals im Steuerkanal 162 durch den Ausgangskanal 128. Die Fluidverstärker arbeiten also als Flip-Flop, d. h., die durch das vergleichsweise schwache Signal 178 gesteuerte Ausgangsströniung bleibt auch nach Unterbrechung des Steuersignals bestehen. Durch geeignete Anordnung, z. B. Anordnung der Steuerkanäle im Winkel zum Leisf.mgsstrahl, wie dies in der F i g. 4 gezeigt ist, kann auch ein Kraftmomentaustausch erzielt werden.

Nach weiterer günstiger Ausgestaltung kann der Digitalverstärker der F i g. 3 auch für spezifische Logikiunktionen eingesetzt werden. Als Beispiel zeigt die F i g. 4 einen als ODER/WEDER-NOCH-Tor arbeitenden Fluidverstärker.

In der gezeigten Ausbildung des Verstärkers fließt hier der aus der Düse 216 tretende Leistungsstrahl am Fluidteiler 224 normalerweise nicht in den der ODER-Funktion entsprechenden Ausgangskanal 228, sondern in den der WEDER-NOCH-Funktion entsprechenden Ausgangskanal 226. Ein Teil 260 des Leistungsstrahls fließt durch den nur auf einer Seite des Verstärkers vorgesehenen Rückkopplungskanal 238 über die Öffnung 242 in den Strömungsmitnehmerkanal 236 entgegen der von der öffnung 246 herkommenden Strömung. An Stelle eines einzelnen Steuerkanals auf je einer Seite eines Strömungsmitnehmerkanals wie in der Ausbildung der F i g. 1 bis 3 sind hier auf der mit dem Rückkopplungskanal 238 versehenen Seite des Verstärkers mehrere, z. B. drei im gegenseitigen Längsabstand angeordnete Steuerkanäle 262, 272, 282 mit den in den Strörnungsmitnehmerkanal 232 führenden Öffnungen 266, 276, 286 vorgesehen. Fehlt ein ODER-Signal, so fließt die Strömung weites durch den Ausgangskanal 226. Sobald jedoch ein Steuersignal in irgendeinem der Steuerkanäle 262, 272, 282 oder in mehreren oder allen derselben auftritt, wird die Rückkopplungsströmung 260 zum Leistungsstrahl 230 hingelenkt und schaltet diesen vom Ausgangskanal 226 zu dem der ODER-Funktion entsprechenden Ausgangskanal 228 um. Bei Unterbrechung des Steuersignals kehrt die Strömung jedoch zum Ausgangskanal zurück, da nur dieser mit der den Unterdruckbereich A" erzeugenden Rückkopplungsschleife versehen ist.

Die Vorspannung wird entweder durch die gezeigte Ausbildung oder, bei Fortfall der Rückkopplungsschleife z. B. dadurch erreicht, daß der Leistungsstrahl auf den der WEDER-NOCH-Funktion entsprechenden Ausgangskanal gerichtet wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Dynamischer Fluidverstärker mit einer Wechselwirkungskammer, in die eine Leistungsstrahldüse und mindestens ein Steuerkanal für die Unterdrucksteugrung einmünden und von der zwei Ausgangskanäle ausgehen, dadurch gekennzeichnet, daß zu beiden Seiten der Leistungsstrahldüse (16) je ein in die Wechselwirkungskammer (18) mündender Strömungsmitnehmerkanal (32,34) vorgesehen ist und wenigstens ein Mitnehmersteuerkanal (38, 40) entgegengesetzt zum Mitnehn;erstrom (36) im Strömungsmitnehmerkanal (32,34) nahe der Leistungsstrahldüse (16) in die Strömungsmitnehmerkanäle (32,34) mündet

2. Dynamischer Fluidverstärker gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnehmersteuerkanäie (38, 40) als Rückkopplungskanäle (138, 140) ausgebildet sind.

3. Dynamischer Fluidverstärker gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beidseitig und im wesentlichen rechtwinklig zu den Mitnehmersteuerkanälen (38, 40) je ein weiterer, stromabwärts vom Auslaßende der Leistungsstrahldüse verlaufender Steuerkanal (162,164) vorgesehen ist.

4. Dynamischer Fluidverstärker gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere im gegenseitigen Abstand verlaufende Steuerkanäle (262,272,282) in einen der Strömungsmitnehmerkanäle (232) münden.