DE2013589B2

DE2013589B2 - Fluidisches Positionssteuersystem

Info

Publication number: DE2013589B2
Application number: DE2013589A
Authority: DE
Inventors: Charles Michael Fareham Hampshire Fitzmaurice; Robert Barry Chandler's Ford Matthews
Original assignee: Plessey Co Ltd
Current assignee: Plessey Co Ltd
Priority date: 1969-03-25
Filing date: 1970-03-21
Publication date: 1974-01-31
Also published as: GB1283982A; FR2037256A1; FR2037256B1; DE2013589C3; DE2013589A1; US3720217A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf fluidische Positionssteuersysteme, und sie betrifft insbesondere ein fluidisches Positionssteuersystem, das einer nichtlinearen fluidischen Kreis und einen linearen fluidischen Bezugskreis, die in Parallelschaltung mit einer einzigen Strömungsmittelquelle verbunden sind, enthält, wobei der nichtlineare fluidische Kreis so angeordnet ist, daß er an einer von der Strömungsmittelquelle durch ihn hindurchfließenden Strömung einen derartigen Druckabfall erzeugt, daß das Verhältnis des an ihm anliegenden Eingangs- zum Ausgangsdruck als eine nichtlineare Funktion des Eingangsdruckes variiert, und wobei der Bezugskreis einen Ausgangsdruck erzeugt, der ein Bruchteil des anliegenden Eingangsdruckes ist, und das ferner einen Steuerverstärker zum Erzeugen eines Ausgangssignals in Abhängigkeit von der Differenz zwischen den Ausgangsdrücken dieser Kreise, wenn eine solche Differenz vorhanden ist, enthält.

In der britischen Patentschrift 1 143 057 ist bereits ein Steuersystem beschrieben worden, das einen nichtlinearen fluidischen Kreis und einen linearen fluidischen Kreis enthält, die beide mit der gleichen Quelle verbunden sind. Die Differenz in den Ausgangsströmen zwischen den zwei Kreisen wird zum Steuern eines Verstärkers benutzt. Der nichtlineare Kreis besteht im wesentlichen aus der Serienkombination von zwei Ausflußöffnungen, von denen eine unter »gedrosseilten Bedingungen« arbeiten kann, bei denen Fluid mit Schallgeschwindigkeit durch die Ausflußöffnung hindurchströmt. Der Kreis besitzt nur über einen sehr schmalen Bereich an dem Punkt der Drosselung eine im wesentlichen flache Druckverhältnischarakteristik, woraus sich die nichtlineare Eigenschaft ergibt. Daher \ai dieses System seinem Prinzip nach ein EIN/AUS-System und ermöglicht nicht das Durchführen einer Steuerung über einen großen Druckverhältnisbereich.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein fluidisches Positionssteuersystem zu schaffen, das eine echte Steuerung über einen großen Druckverhältnisbereich gestattet und damit für die Positionssteuerung geeignet ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der nichtlineare Kreis einen Strahlwandler enthält.

Durch die Erfindung wird also ein fluidisches Steuersystem geschaffen, das einen Strahlwandle', zur Steuerung des Verhältnisses des anliegenden Eingangsdruckes zum Ausgangsdruck als Funktion des Eingangsdruckes eines fluidischen Stromes, der dem Strahlwandler zugeführt wird, ein Bezugssystem zur Erzeugung eines fluidischen Ausgangsdruckes, der ein Bruchteil des Eingangsdruckes ist und Steuervorrich-

¹S tungen enthält, die auf die Druckdifferenz zwischen den Ausgangsdrucken des Bezugssystems und des Strahlwandiers ansprechen und einen Ausgangsdruck in Abhängigkeit vom Wert des Eingangsdruckes erzeugen. Dabei sind der Strahlwandler und das Be-

»° zugssystem mit einer einzigen Strömungsmittelquelle verbunden, und der Strahlwandler ist derartig angeordnet, daß er einen Druckabfall auf dem aus der Strömungsmittelquelle durch ihn fließenden Strom bewirkt, so daß das Verhältnis des anliegenden Ein-

^a5 gangsdruckes zum Ausgangsdruck als Funktion des Eingangsdruckes variiert. Die Steuervorrichtungen liefern einen Ausgangsdruck in Abhängigkeit von der Differenz zwischen den Ausgangsdrücken des Strahlwandlers und des Bezugssystems, falls eine solche Differenz vorhanden ist, und Rückkopplungsvorrichtungen variieren den Druckabfall an dem Bezugssystem mit der Tendenz, die Druckdifferenz auf Null zu reduzieren.

Der Vorteil der Verwendung eines Strahlwandlers in dem nichtlinearen Schaltkreis liegt darin, daß der Strahlwandler eine glatte Charakteristik besitzt und keinem steilen Wechsel unterliegt. Γ'-adurch wird es möglich, eine Steuerung sowohl glatt und stetig als auch über einen sehr weiten Druckverhältnisbereich durchzuführen. Es wurde gefunden, daß das System in der Praxis mit Druckverhältnissen bis zu 20:1 arbeiten kann.

Im folgenden werden fluidische Positionssteuersysteme an Hand von Ausführungsbeispielen mit der vorliegenden Erfindung unter Zuhilfenahme der Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt Fig. 1 eine Schaltung eines fluidischen Positionssteuersystems,

Fig. 2 die Eingangs/Ausgangsdruckverhältniskennlinie des planaren Strahlkollektors, der in Fig. 1 dargestellt ist,

Fig. 3 eine Schaltung einer abgewandelten Form

des fluidischen Positionssteuersystems nach Fig. 1, Fig. 4 und 5 Abwandlungen der Schaltung nach Fig. 3,

F i g. 6 eine Gasturbine mit einem Entlüftungsventil in der Kompressorstufe,

Fig. 7 bis 10 entsprechend 4 fluidische Positionssteuersysteme, die zur Steuerung des Entlüftungsven-

So tils nach Fig. 6 verwendet werden.

Wie aus F ig. 1 zu entnehmen ist, umfaßt das fluidische Positionssteuersystem einen planaren Strahlkollektor oder Strahlwandler 12, der aus einer nicht dargestellten Druckqucllc mit einem Druck P4 beaufschlagt wird. Der Strahlkollektor 12 besitzt einen Entlüftungsausgang, an dem ein im wesentlichen atmosphärischer Druck Pl anliegt.

Der Ausgangsdruck PC aus dem Strahlkollektor

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12 wird einem Steuerstrahleingang 14 eines Proportionalverstärker 18 zugeführt, d«r einen Eingang 20 aufweist, der so verbunden ist, daß er den Druck ΡΛ aus der Druckquelle aufnehmen kann. Die Druckquelle versorgt auch das Druckbezugssystem in Form von zwei Austrittsöffnungen 22 und 24, die in Reihe geschaltet sind. Die stromaufwärts gelegene Austrittsöffnung 22 besitzt eine feste Fläche, während die stromabwärts gelegene Austrittsöffnung 24 eine Fläche aufweist, die variiert werden kann. Zwischen den zwei Austrittsöffnungen ist ein Abzweig vorhanden, um den Druck PR, der zwischen den zwei Austrittsöffnungen besteht, einem zweiten Steuerstrahleingang 16 des Proportionalverstärkers 18 zuzuführen.

Der Proportionalverstärker 18 ist mit zwei Ausgangszweigen 26 und 28 versehen, die von dem Eingang 20 mit dem Strömungsmittel versorgt werden, wobei das Verhältnis des gesamten Strömungsmittels, das durch jeden Zweig strömt, durch die Druckdifferenzbestimmt wird, die zwischen den Steuerstrahleingängen vorhanden ist.

Die Ausgangszweige 26 und 28 des Proportionalverstärkers sind mit irgendeiner mechanischen Rückkopplung verbunden, die die Fläche der veränderlichen Austrittsöffnung 24 steuert.

Der planare Strahlkollektor 12 arbeitet derart, daß das Verhältnis des Ausgangs- zum Eingangsdruck (PC/PA, bekannt als das Ausgangsdiuckverhältnis) welches dort anliegt, sich als Funktion des Eingangsdruckes verändert.

F i g. 2 zeigt eine Kurve des Ausgangsdruckverhältnisses aufgetragen über dem Eingangsdruckverhältnis, wobei das Eingangsdruckverhältnis das Verhältnis des Eingangsdruckes P4 zum Entlüftungsdruck Pl ist, wobei der Druck Pl im wesentlichen konstant bleibt. Wie somit aus der Kurve ersichtlich ist, sinkt das Ausgangsdruckverhältnis PCIPA wenn der Eingangsdruck ?A ansteigt.

Andererseits ist das Druckbezugssystem 22, 24, vorausgesetzt, daß die Bezugsaustrittsöffnungen sich in der Fläche nicht verändern, derart, daß der Abzweigdruck PR dem Eingangsdruck P4, wie durch die geraue Linie A-A in Fig. 2 ersichtlich ist, direkt proportional ist.

Daher sind die Kennlinien des planaren Strahlkollektors 12 und des Druckbezugssystems 22, 24 unterschiedlich. Die zwei Kennlinien jedoch schneiden sich in einem Punkt, d. h., für einen besonderen bestimmten Eingangsdruck P4 sind die Ausgangsdrucke PC und PR gleich (siehe den Schnittpunkt der Linie A-A in F i g. 2 mit der Kennlinie des planaren Strahlkollektors). Wenn dies vorkommt, ist die Menge des durch jeden Ausgangszweig des Proportionalverstärkers 18 fließenden Strömungsmittel gleich.

Wenn sich nun der Eingangsdruck P4 verändert, wird zwischen den Ausgangsdrui.ken PC und PR eine Druckdifferenz erzeugt, die wiederum zwischen den Ausgangszweigen 26 und 28 des Proportionalverstärkers 18 eine Druckdifferenz erzeugen, Diese letztere Druckdifferenz bewirkt, daß eine nicht näher dargestellte Antriebsvorrichtung wirksam wird, und ein Rückkopplungssignal an die variable Bezugsaustrittsöffnung 24 liefert. Das Rückkopplungssignal verändert die Fläche der Austrittsöffnung 24 in einem derartigen Sinne, daß sie den Ausgangsdruck PR verändert, bis er mit dem Ausgangsdruck PC des planaren Strahlkolletctors 12 gleich ist. Wenn die Drücke PR und PC wieder gleich sind, sind auch die Drücke in den Ausgangszweigen 26 und 28 des Proportionalverstärkers gleich, und die Antriebsvorrichtung bleibt in einer Stellung stehen, die von dem neuen Wert von P4 abhängt.

Die Wirkung der Größenveränderung der Austrittsöffnung 24 besteht daher in der Modifizierung der Beziehung von PR zu P4, so daß anstatt daß PR direkt proportional P4 ist, wie durch die Kurve A-A der F i g. 2 zu entnehmen ist, PR nunmehr P4 in glei-

eher Weise wie PC folgt. PR/PA über P4/P1 aufgetragen hat daher die gleiche Form wie die gewölbte Kennlinie von PC/P4 aufgetragen über P4/?l. Nun ist PR einem Bruchteil von P4 proportional, wobei der Bruchteil durch die Wirkung des Rückkopplungs-

»5 ki eises seinerseits der Verschiebung der Antriebsvorrichtung proportional ist. Die gewölbte Kennlinie nach F i g. 2 kann daher auch als eine Kurve der Verschiebung der Antriebsvorrichtung, aufgetragen über PAIPl, betrachtet werden.

In einer Abwandlung des Proportionalverstärkers 18 ist zwischen jedem Ausgangszweig und der Entlüflungsfläche ein Strömungsumkehrschalter vorgesehen, so daß irgendein Rückstrom, der von dem Rückkopplungssystem entlang den Ausgangszweigen 28

»5 und 26 in die Entlüftungsflächen in eine Richtung zurückkehrt, die irgendeine Wechselwirkung mit dem Einlaßstrahl des Proportionalverstärkers verringert. Da das Rückkopplungssystem üblicherweise derart ist, daß der normale Strom aus dem Einlaß des Verstärkers überwiegend in einen Zweig (z. B. Zweig 28) geleitet wird, so werden die Austrittsöffnungen in jedem der Stromumkehrschalter so eingestellt, daß der Verstärker einen größeren Wirkungsgrad erhält, wenn das Strömungsmittel in diesen Zweig (Zweig 28) ge-

leitet wird, und zwar auf Kosten des Wirkungsgrades, als wenn das Strömungsmittel zum anderen Zweig geleitet wird (Zweig 26).

In der obengenannten Abwandlung ist es vorteilhaft, daß die zwei Strahleingänge in der Entlüftungs-

λο fläche durch einen pfeilkopfförmigen Umlenker getrennt sind, der eine Umlenkung eines Rückstromes von der Wechselwirkungsfläche des Verstärkers weg, unterstützt.

In einer weiteren Abwandlung sind Vorrichtungen vorgesehen, die auf eine Veränderung des Eingangsdruckes, der dem Verstärker zugeführt wird, ansprechen, um eine Phasennacheilung oder Voreilung der Druckänderung in Abhängigkeit von der Richtung, in der der Druck sich ändert, bewirkt.

Fig. 3 zeigt eine Anordnung, mit einem modifizierten fluidiscben Positionssteuersystem, in der Teile Jie mit denjenigen in F i g. 1 ähnlich sind, mit gleichen Bezugszckhen bezeichnet sind.

Die Figur zeigt die Kompressorsiufen 30 einer Gasturbine. Eine der Schwierigkeiten, die in der Kompressorstufe einer Gasturbine auftritt, besteht darin, daß dann wenn die Maschine zu schnell beschleunigt oder verzögert wird, die sich ergebende Änderung des Ausgangsdruckes P4 aus dem Kompressor (d. h. eine Druckwelle) bewirken kann, daß der Kompressor unstabil wird. Dies ist jedoch unerwünscht, und um dem zu begegnen, ist der Kompressor mit einer veränderlichen Einlaßführungsschaufel 32versehen, die derartig betrieben werden kann, daß sie die Änderungsrate des

6s Wertes von P4 während der schnellen Beschleunigung und Verzögerung verringert.

Die Änderungbrate des Wertes von P4 kann durch das System nach F i g. 3 gesteuert werden, das das Sy-

stein gemäß Fig. 1 darstellt, welches in geeigneter Weise abgewandelt ist, um einen ausreichenden Leistungsausgang zu erzielen, so daß die veränderliche Einlaßführungsschaufel 32 betrieben werden kann. Die Abwandlung besteht in der Hinzufügung von zwei weiteren Proportionalverstärkern 34 und 36, die mit dem Verstärker 18 in Kaskade gekoppelt sind, um den Strömungsmittelfluß von den Ausgangszweigen 26 und 28 des Proportionalverstärkers 18 zu verstärken. Der Verstärkerausgang von dem auf diese Weise gebildeten Dreistufenverstärker ist an den Ausgangszweigen 38 und 40 des Proportionalverstärkers 36 vorgesehen.

In F i g. 3 ist der Antriebsmechanismus in Art eines pneumatischen Kolbens 42 dargestellt, der einen geschlossenen Zylinder 44 und einen beweglichen Kolben 46 besitzt, wobei die Ausgangszweige 38 und 40 mit den zwei Enden des Zylinders 44 entsprechend verbunden sind. Eine Kolbenstange 48, die mit dem Kolben 46 befestigt ist, ist mit der Einlaßführungsschaufel 32 über ein Hebelsystem 50 verknüpft. Zwei Grenzanschläge 52 sind vorgesehen, um die Bewegung des Kolbens 46 und damit die Einlaßfiihrungsschaufel innerhalb eines bestimmten Bereiches zu begrenzen.

Das System arbeitet in ähnlicher Weise wie das in Verbindung mit Fig. 1 beschriebene. Wenn der Druck PA ansteigt, bewirkt dies daher eine Druckdifferenz an den Ausgangszweigen 26 und 28 des Proportionalverstärkers 18. Diese Druckdifferenz wird durch die Proportionalverstärker 34 und 36 verstärkt, und die verstärkte Druckdifferenz erscheint an den Zweigen 38 und 40. Diese verstärkte Druckdifferenz wird dem Druckkolben 42 zugeführt, so daß der Kolben 42 nach rechts, wie aus Fig. 3 ersichtlich, getrieben wird. Wenn der Kolben 42 nach rechts bewegt wird, wird das auf der rechten Seite des Zylinders befindliche Strömungsmittel in den Zweig 40 zurückgetrieben und erscheint durch die Entlüftung 54 des Proportionalverstärkers 36. Zur gleichen Zeit wird die Einlaßführungsschaufel 32 in einem Sinne ausgerichtet, um die Druckanstiegsrate PA zu verringern und ein Rückkopplungshebel 56 betätigt die veränderliche Austrittsöffnung 24, um die Drücke PC und PR auszugleichen.

Wenn der Druck PA aufgehört hat anzusteigen und die Drücke PC und PR folglich ausgeglichen sind, wird der Kolben stationär, und es existiert ein stetiger Zustand.

Die zwei Anschläge 52 sind nur wirksam, wenn der Druckwert PA ein bestimmtes Maximum überschreitet, oder unter ein bestimmtes Minimum fällt.

Fig. 4 zeigt eine Abwandlung des Systems nach F i g. 3, wobei der Kompressor, der Druckkolben und die Einlaßführungsschaufel der Klarheit wegen fortgelassen ist. Die drei Ausgangsentlüftungeii 60, 58 und 54 der entsprechenden drei Proportionalverstärker 18, 34 und 36 sind alle mit dem atmosphärischen Druck PL über einen Begrenzer 62 in Verbindung, der verändert werden kann, um den Druck an jedem Entlüitungsausgang zu erhöhen. Dies hat die Wirkung, daß das Eingangs/Ausgangsdruckverhältnis an jedem Proportionalverstärker gesenkt wird.

Fig. 5 zeigt eine Abwandlung des Systems nach Fig. 4, in der die zweite und dritte Verstärkerstufe der Klarheil wegen fortgelassen ist. Der Abzweig zwischen den zwei Austrittsöffnungen 22 und 24, die mit dem Steuerstrahleingang 16 in Verbindung stehen, besitzt eine Wirbelkammerdiode 64 und einen fluidischen Kondensator 66. Hierdurch wird sichergestellt, daß die dynamische Empfindlichkeit des Systems sich bei ansteigendem Druck PA von derjenigen unterscheidet, wenn der Druck PA abnimmt. Die Einlaßführungsschaufeln unterliegen daher einer angemessenen vorübergehenden Bewegung, und zwar sowohl wenn der Kompressor beschleunigt als auch wenn der Kompressor verzögert wird, wobei die Bewegungen

*» den unterschiedlichen Erfordernissen des Kompressors unter den zwei Bedingungen entsprechen.

An Stelle der Führungsschaufel 32 kann zur Steuerung des Druckes P4ein Ablaßventil verwendet werden.

¹S Fig. 6 zeigt eine Gasturbine mit einem Entlüftungsventil in der Kompressorstufe. Die Kompressorstufe 68 umfaßt eine Niederdruckschaufel 70, die einen Druck Pl aufbaut, einen Zwischendruckkompressor 72, der den Druck von Pl auf P3 erhöht und

^ao einen Huchdruckkompressor 74, der den Druck auf eine endgültige Höhe von PA bringt. Um den Umfang der Kompressorstufe 68 ist eine Beipaßströmungskammer 78 vorgesehen, die durch die Niederdruckschaufel 70 versorgt wird. Zwischen der Beipaßströ-

^a5 mungskarnmer 78 und der Kompressionskammer ist an einer EIeWe zwischen den Mittleren- und den Hochdruckkompressoren 70 und 74 ein Entlüftungsventil 76 vorgesehen.

Wenn daher der Druck PA zu schnell anzusteigen

beginnt, kann er durch öffnung des Ablaßventils 76 zur Verringerung des Druckes P3 und damit der Druck PA verringert werden.

Fig. 7 zeigt ein Desitionssteuersystem zur Steuerung des Ablaßventils 76 in F i g. 6, das nun im folgenden beschrieben wird.

Das System nach Fi g. 7 unterscheidet sich von dem System, das in den F i g. 1 und 3 dargestellt ist, indem die Austrittsöffnung 24 in Fig. 1 und 3 durch eine Austrittsöffnung 108 ersetzt wird, die eine feste Fläehe besitzt. Darüber hinaus ist der Proportionalverstärker 18 durch ein fluidisches bistabiles Element 114 und der planare Strahlkollektor 12 durch einen abgewandelten Strahlkollektor 100 ersetzt. Der Strahlkollektor 100 besitzt einen Versorgungsstrahleingang

104 und einen Steuerstrahleingang 102, die beide mit dem Druck PA versorgt werden. Das fluidische bistabile Element 114 ist in der Lage, zwischen zwei Zuständen in Abhängigkeit von der Richtung der Di iickdifferenz, die an den zwei Steuerstrahleingängen 110 und 112 besteht, zu schalten, hierbei ist ein Steuerstrahleingang 112 mit dem Ausgang des Strahlkollektors 106, während der andere Steuerstrahleingang mit einem Abzweig zwischen zwei Austrittsöffnungen 106 und 108 verbunden ist. Das bistabile Element 114 wird mit dem Druck PA versorgt und besitzt zwei Ausgangszweige 122 und 124, von denen nur einer in jedem Augenblick ein Strömungsmittel liefert, wobei der Ausgangszweig, der das Strömungsmittel Hefern soll, in Abhängigkeit von der Richtung der Druckdifferenz an den Steuerstrahleingängen 110 und 112 ausgewählt wird.

Die Ausgangszweige 122 und 124 liefern an einen Druckkolben 116, der dem in Fig. 3 ähnlich ist, ein Strömungsmittel. Der Druckkolben 116 steuert ein Zweiwegeventil 118, dfis einen Kolben und eine Zylinderanordnung 120 entweder mit einer Strömungsmittelquelle 128 oder einer Strömungsmittelsenke 130 (Abfluß) verbindet. Die Kolben- und Zylinder-

Unordnung 120 besitzt eine Fccler 126, die den Kolben in eine Richtung zwingt, so daß, wenn die Kolben- und Zylinderanordnung 120 mit einem Strömungsmittelabfluß 130 verbunden ist, das Strömungsmittel von dem Zylinder durch den Kolben unterstützt wird.

Der Kolben besitzt eine Kolbenstange, die den Betrieb des Entlüftungsventils 76 (siehe F i g. 6) steuert, das die Form eines Drosselklappenventils aufweist.

Der Strahlkollcktor 100 arbeilet während des Betriebes grundsatzlich in gleicher Weise wie der planare Strahlkollektor 12nach Fig. 1. Der zusätzliche Steuerstrahleingang 102 jedoch, der nur mit einem kleinen Anteil des Strömungsmittels, das dem Eingang 104 zugeführt wird, versorgt wird, übt auf den Hauptströmungsmittelstrom aus dem Eingang 104 eine Wechselwirkung aus, derart, daß der Hauptstrom eine leichte Ablenkung erhält, wodurch eine stabilere Strömung des Strömungsmittels durch den Strahlkollektor erfolgt. Wie in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben wurde, bildet sich zwischen den Ausgangsdrücken des Strahlkollektors 100 und dem Abzweig der zwei Austrittsöffnungen 106 und 108 dann, wenn eine Druckänderung P4 vorliegt, eine Druckdifferenz aus. Diese Druckdifferenz erscheint an den Steuerstrahleingängen des bistabilen Elementes 114, das in Abhängigkeit von der Richtung der Druckdifferenz (d. h. posiMv oder negativ) entweder den Zustand des bistabilen Elementes nicht beeinflußt, oder das bistabile Element in einen anderen Zustand kippt.

Wenn das bistabile Element 114 sich im ersten Zustand befindet, gelangt ein Strömungsmittel durch den Zweig 124 zum Druckkolben 116, so daß das Ventil 118 die Versorgungsquelle 128 mit der Kolben- und Zylinderanordnung 120 verbindet, und daher das Entlüftungsventil 76 im geschlossenen Zustand bleibt. Sobald das bistabile Element seinen Zustand ändert, liefert der Zweig 122 Strömungsmittel zum Druckkolben 116 und betätigt das Ventil 118 derart, daß verhindert wird, daß die Versorgungsquelle 128 mit der Kolben- und Zylinderanordnung 120 in Verbindung steht, und verbindet die Kolben- und Zylinderanordnung 120 mit dem Strömungsmittelabfluß 130. Die Feder 126 preßt daher das gesamte Strömungsmittel aus der Kolben- und Zylinderanordnung 120 und öffnet das Entlüftungsventil 76. Da die Austrittsöffnungen 106 und 108 feste Flächen aufweisen und kein Rückkopplungssignal wie in Fig. 1 erzeugen, arbeitet das System nach Fig. 8 in einer einfachen Ein/Ausweise und kann so angeordnet werden, daß es jedesmal schaltet, wenn der Druck PA über einen bestimmten Wert ansteigt, oder auch wenn der Druck PA unter einen bestimmten Wert abfällt.

Die Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit des Drosselklappenventils 76 wird durch Begrenzungsvorrichtungen, die in der Strömungsmittelquelle 128 und dem Strömungsmittelabfluß 130 des Ventils 118 entsprechend befestigt sind, begrenzt.

Das System nach Fig. 8 unterscheidet sich von demjenigen nach Fig. 7 dadurch, daß das bistabile Element 114 durch ein Impulswechselwirkungsproportionalelement 132 und die feste Austrittsöffnung 108 durch eine veränderliche Austrittsöffnung 138 mit einer Trimmaustrittsöffnung 1386 ersetzt wird. Ferner unterscheiden sie sich in der mechanischen Anordnung zur Betätigung des Entlüftungsventiis. Die Ausgänge aus dem Abzweig zwischen den Austrittsöffnungen 22, 138 und aus dem Strahlkollektor 100 sind mit den Steuerstrahleingängen 110 und 112 des Impulswechselwirkungsproportionalelements 132 verbunden. Die zwei Ausgangszweige des Proportionalelemcnts 132 sind mit einem Druckkolben 134 verbunden, der dem in Fig. 7 dargestellten ähnlich ist, jedoch mit Federn 136 und 140 verschen ist, die den Kolben des Druckkolbens 134 in einer zentralen Stellung halten. Zwischen den Zweigen des Proportionalclementes 132 und dem Druckkolben 134 sind Begrenzer 146 vorgesehen, die die Menge des Strömungsmittelflusses zum Druckkolben begrenzen. Die Kolbenstange des Druckkolbens steuert ein Ventil 142, das wiederum den Strömungsmittelfluß aus zwei Eingängen zu einem Abflußausgang steuert.

Eine Zylinder- und Kolbenanordnung 144 umfaßt einen geschlossenen Zylinder, dem an jedem Ende ein Strömungsmittel unter einem Druck PX\on einer nicht dargestellten Quelle zugeführt wird. Jedes Ende des Zylinders steht auch mit einem entsprechenden Einlaß des Ventils 142 in Verbindung. In jeder Zu-

^ao führungsleitung zum Zylinder ist ein Begrenzer 148 vorgesehen, um die Strömungsmenge des Strömungsmittels zum Zylinder zu begrenzen. Der Kolben der Zylinder- und Kolbenanordnung 144 ist mit dem Entlüftungsventil 76 (siehe Fig. 6) in Form eines Dros-

^a5 selklappenventils (nicht dargestellt) verbunden.

Die Kolbenstange ist auch mit der variablen Austrittsöffnung 138 verknüpft, so daß die Fläche der Austrittsöffnung bei Bewegung des Kolbens verändert werden kann. Die variable Trimmaustrittsöffnung 138fr kann eingestellt werden, um die Bezugshetricbsstellungder Austrittsöffnung 138 zu verändern. Wie zuvor beschrieben, entsteht an den Steuerstrahleingängen 110 und 112 des Proportionalelementes 132 eine Druckdifferenz, wenn der Druck P4 ansteigt. Diese Druckdifferenz bewirkt, daß mehr Strömungsmittel durch den rechten Zweig des Proportionalelementes als durch den anderen 7weig fließt, und deshalb wird der Kolben des Druckkolbens 134 aus seiner normalen Stellung gebracht und bewegt sich nach links in bezug auf Fig. 9. Die Bewegung des Druckkolbens wiederum betätigt das Ventil 142, so daß eine größere Menge Strömungsmittel aus einer Seite der Zylinder- und Kolbenanordnung 144 als aus der anderen austritt und dies bewirkt, daß der Kolben der Kolben- und Zylinderanordnung durch den Druck PX verschoben wird, und betätigt das Entlüftungsventil 76 in einem Sinne, das der Druck PA reduziert wird. Gleichzeitig stellt der Kolben die variable Austrittsöffnung 138 ein, um seine Fläche zu vergrößern.

Diese Flächenvergrößerung bewirkt eine Druckabnahme an dem Steuerstahleingang 110, wodurch die Druckdifferenz an dem Proportionalelement 132 verringert wird. Diese Verringerung der Druckdifferenz bewirkt schließlich, daß der Kolben der Kolben- und Zylinderanordnung 144 stehen bleibt, wenn endlich ein Gleichgewicht erreicht ist.

Eine entsprechende Formgebung des Sitzes des Ventils 142 kann in vorteilhafter Weise das zeitliche Verhalten des geschlossenen Kreissystems ver-

bessern.

Fig. 9zeigt ein weiteres Positionssteuersystem zur Steuerung des Entlüftungsventils nach Fig. 6. Fig. 9 stellt in der Tat eine Abwandlung der Fig. 8 dar, und die der Fig. 8 ähnlichen Teile sind mit gleichen Be-

zugszeichen versehen. In dieser Ausführungsform versorgen die Ausgangszweige des Proportionalelementes 132 anstatt eines Druckkolbens wie in Fig 9 zwei weitere Proportionalelemente 152 und 154 d'e

mit dem ersten Proportionalelement 132 in Kaskade geschaltet sind, um einen Dreistufenverstärker zu bilden. Das Strömungsmittel fließt zum Steuerstrahleingang der dritten Stufe, zum Proportionalelement 154, wird durch eine begrenzte Strömung des Strömungsmittcls, das aus der Druckquelle geleitet wird, ergänzt, wobei die Strömung durch Begrenzer 156 begrenzt wird.

Die Ausgangszweige des Proportionalelementes 154 führen der Kolben- und Zylinderanordnung 144 das Strömungsmittel direkt zu. Das Element 154, das mit dem Druck PXbeaufschlagt wird, steuert dadurch das Entlüftungsventil 76, das nicht näher dargestellt ist. So wie in Fig. 9 steuert auch der Kolben 150 der Kolben- und Zylinderanordnung 144 nach F i g. 10 die Fläche der Austrittsöffnung 138.

Die Betriebsweise des Systems nach Fig. 10 ist ähnlich derjenigen, die in Verbindung mit Fig. 8 beschrieben wurde, jedoch an Stelle der Druckkolben- und Ventilsteuerung erfolgt die Betriebsweise der Kolben- und Zylinderanordnung 144 direkt durch zwei Stufen der Verstärkung.

Fig. 10 gibt noch ein weiteres Positionssteuersystem zur Steuerung des Entlüftungsventils nach F i g. 6 wieder. Die Fig. 10 stellt eine andere Abwandlung nach F i g. 8 dar, und es sind ebenfalls Teile, die denjenigen in F i g. 8 entsprechen, mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Hier, wie in F i g. 9, sind der Druckkolben 134 und das Ventil 142 der Anordnung nach Fig. 9 durch einen fluidischen Verstärker ersetzt, der eine Kolben- und Zylinderanordnung 144 direkt betreibt. In diesem Falle besitzt der fluidische Verstärker zwei Wirbelkammerverstärker 158 und 160, die in einer Schub/ Zugweise arbeiten. Der Steuerstrahleingang eines jeden Wirbclkammerverstärkers wird von einem entsprechenden Ausgangszweig des Proportionalelementes 132 bedient, und der Versorgungsstrahleingang eines jeden Wirbelkammerverstärkers wird mit dem Druck PX versorgt. Die zwei Ausgänge der Wirbelkammerverstärker 158 und 160 sind mit der Zylin-

¹S der- und Kolbenanordnung 144 verbunden, um den Kolben 150 in Abhängigkeit von der zwischen ihnen vorhandenen Druckdifferenz anzutreiben.

Die Betriebsweise des Systems ist dem in Verbindung mit Fig. 10 beschriebenen ähnlich.

^a° Der Ausgang jedes Wirbelkammerverstärkers wird in vorteilhafter Weise in einer Empfängersonde aufgefangen, die axial zur Kammer mit einem bestimmten Spalt zwischen der Austrittsöffnung und dem Empfänger angeordnet ist. Diese Anordnung ergibt ein

^a5 hohes Umkehrverhältnis und erzeugt eine hohe Druckdifferenz an der Kolben- und Zylinderanordnung 144.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch;

Fluidisches Positionssteuersystem, das einen nichtlinearen fluidischen Kreis und einen linearen fluidischen Bezugskreis, die in Parallelschaltung mit einer einzigen Strömungsmittelquelle verbunden sind, enthält, wobei der nichtlineare fluidische Kreis so angeordnet ist, daß er an einer von der Strömungsmittelquelle durch ihn hindurchfließenden Strömung einen derartigen Druckabfall erzeugt, daß das Verhältnis des an ihm anliegenden Eingangs- zum Ausgangsdruck (PAIPC) als eine nichtlineare Funktion des Eingangsdruckes (P4) variiert, und wobei der Bezugskreis einen Ausgangsdruck (PR) erzeugt, der ein Bruchteil des anliegenden Eingangsdruckes ist, und das ferner einen Steuerverstärker zum Erzeugen eines Ausgangssignals in Abhängigkeit von der Differenz [PC-PR) zwischen den Ausgangsdrücken dieser Kreise, wenn eine solche vorhanden ist, enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtlineare Kreis einen Strahlwandler (12) enthält.