DE2064252A1

DE2064252A1 - Fluidverstarker

Info

Publication number: DE2064252A1
Application number: DE19702064252
Authority: DE
Inventors: John G St Anthony Minn Rupert (VStA)
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1970-01-07
Filing date: 1970-12-29
Publication date: 1971-07-15
Also published as: BE761262A; US3626960A; CA922630A; FR2075959A7; NL7100182A; FR2075959B3; CH515424A; GB1312366A

Description

Prankfurt am Main, den

24.De2.1970

H 31 P 2*17

HONEYWELL INC.

27OI Fourth Avenue South Minneapolis, Minn. USA

Fluidverstärker

Die Erfindung betrifft Fluidverstärker mit wenigstens zwei in Reihe geschalteten Verstärkerstufen. Die Entwicklung komplexer Fluids chaltung.en. und kompletter Fluidregftlsypteme hat zu einem Bedarf an Fluidgrundsehaltungen und -verstärkern mit höherer Arbeitsgeschv.'indigkeit, höherer- Grenzfrequenz, größerem Wirkungsgrad, geringerer Leistungsaufnahme und kleineren Abmessungen gegenüber herkömmlichen Fluidvorrichtungen geführt. Bei herkömmlichen mehrstufigen Fluidverstärkern wird eine Kaskade einstufiger Fluidverstärker verwendet, wobei jeder Fluidverstärker ein Eingangsdrucksignal erhält, dieses in ein Flußsignal umwandelt, das Flußsignal zur Ablenkung eines Druckmittelstromes höheren Energieinhalts verwendet, einen sich in Abhängigkeit von der Ablenkung ändernden Anteil des'Druckmittelstroms auffängt und die Bewegungsgröße des aufgefangenen Anteils des Druckmittels;;^r.*oms in ein Drucksignal umwandelt, welches über eine gewisse Entfernung dem Eingang der nächstfolgenden Fluidverstärkerstufe zugeführt wird. Jeder Verstärker in der Kaskadenschaltung bildet somit eine Verstärkerstufe.

Bei herkömmlichen Kaekadenverstärkern enthält jeder Verstärker einen Diffusor für die Umwandlung der kinetischen Energie, d.h. der BewegungBiji-üße des aufgefatigenen Anteils des Druckmitteinströme in potentielle Energie, nämlich in ein Drucksignal, welches über größere Entfernungen übertragen werden kann. So-

BAD ORtGiNAL

— ρ _

bald das Drucksignal an der nächsten Verstärkerstufe ankommt, wird es erneut in kinetische Energie, d.h. in eine Bewegungsgröße umgewandelt und zwar durch das Steuersignal einer Düse. Bei einem mehrstufigen Pluidverstärker bisheriger Bauart wird somit das ursprünglich in Form einer Bewegungsgröße, vielfach auch als Moment oder mechanischer Impuls bezeichnet, vorliegende Eingangssignal am Ausgang der Stufe jeweils in ein Drucksignal umgewandelt und am Eingang der nächsten Stufe in ein Bewegungsgrößensignal zurückverwandelt. Die Umwandlung eines Bewegungsgrößensignals in ein Drucksignal mit Hilfe eines Diffusors ist mit einem schlechten Wirkungsgrad verbunden, weil jede solche Umwandlung etwa 50 % der vorhandenen Leistung verbraucht.

Ein weiterer Nachteil herkömmlicher mehrstufiger Pluidverstärker besteht darin, daß die Fluidsignale innerhalb und zwischen den einzelnen Verstärkerstufen relativ große Entfernungen zurücklegen müssen. Die Arbeitsgeschwindigkeit er.nea Fluidverstärkers ist unmittelbar von der Laufzeit der Pluidsignale durch den Verstärker abhängig. Da die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Fluidsignalen relativ niedrig ist, haben die Abmessungen der einzelnen Verstärkerelemente und Verbindungsleitungen einen großen Einfluß auf die Arbeitsgeschwindigkeit von Fluidverstärkern. Bei herkömmlichen Fluidverstärkern wird der von den Fluidsignalen zurückzulegende Weg beträchtlich durch die erforderlichen Verbindungsleitungen zwischen aufeinanderfolgenden Verstärkerstufen verlängert,

• -

Darüberhinaus ergibt sich bei herkömmlichen mehrstufigen Pluidverstärkern Schwierigkeiten, sobald ein Rückköpplungsnetzwerk ! eingesetzt wird. Die von einem Rückkopplungsnetzwerk geforderte ;

Kompensation oder Signalformgebüng erfordert eine bestimmte j Phasenbeziehung zwischen dem Eingangssignal und dem flüekkopplun£&r signal. Dies kann bei gegebener Frequenz durch geeignete Piment sionierung der Rückkopplungskanäle erreicht werden. Ändert sich jedoch die Frequenz, so ändert eich gleichzeitig auch die Pha-

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senbeziehung zwischen dem Eingangssignal und dem Rückkopplungssignal. Diese Änderung kann so groß werden, daß das Rückkopplungssignal um l80° gegenüber der geforderten Phasenlage, bezogen auf das Eingangssignal,verschoben ist. Bei bisher bekannten Fluidverstärkerη hat man diese Nachteile dadurch zu kompensieren versucht, daß man in den Verbindungsleitungen und Rückkopplungsnetzverken entsprechend bemessene Fluidkapazitäten vorsieht. Bei vielen Anwendungsfällen müssen diese Pluidkapazitäten jedoch eine beträchtliche Größe haben, woraus sich eine nachteilige Vergrößerung der GesamtabmesBungen der Fluidschaltung ergibt. Große Pluidkapazitäten führen ferner zu einer Verringerung der oberen Grenzfrequenz,bis zu welcher die Schaltung verwendbar ist.

Aus vorstehenden Ausführungen ergibt sich, daß mehrstufige Pluidverstärker herkömmlicher Bauart, bei welchen einzelne Verstärkerstufen in Kaskade geschaltet sind, für die gesamte Fluidschaltung, in welcher der Verstärker eingesetzt ist, beträchtliche Einschränkungen zur Folge haben. Diese rühren aus dem hohen Energieverbrauch, der niedrigen Arbeitsgeschwindigkeit, einer relativ niedrigen oberen Grenzfrequenz und relativ großer Abmessungen der Verstärker und der Verbindungsleitungen her. Aufgabe der Erfindung ist es folglich, diese Einschränkungen und Nachteile zu beseitigen.

Der mehrstufige Pluidverstärker gemäß der Erfindung arbeitet nach dem Prinzip des Impulserhaltungssatzes angewandt auf die Bewegfungsgrö&e von Fluidströmen, d.h. die übertragung von Bewegungsgrößen auf und zwischen FluidstrÖmen. Entsprechend dieser Betrachtungsweise hat ein erster Fluidstrom mit der Dichte jp , einer Geschwindigkeit ν und einem Querschnitt A eine Bewegungsgröße, auah

ρ
Impuls genannt, von fL = £· ν A. Trifft ein zweiter, kleinerer Fluidstrom mit einer Bewegungsgröße M„ von der Seite senkrecht auf den ersten Strom, so wird der erste Strom um einen Winkel

θ = cotg -2 abgelenkt.
M

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Der wenigstens awei in Reihe geschaltete Verstärkerstufen aufweisende Pluidverstärker gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet , daß der aus der Fiuidversorgungsdüse der ersten •Verstärkerstufe austretende Fluidstrom durch einen seitlich auf ihn auftreffenden Fluidstrom aus einer Steueröffnung um einen von der Bewegungsgröße des Steuerstroms abhängigen Winkel abgelenkt wird, daß die Fiuidversorgungsdüse wenigstens einer nachfolgenden Verstärkerstufe derart angeordnet ist, daß ihre Achse die Achse der Fiuidversorgungsdüse der jeweils vorgeschalteten Verstärkeratufe schneidet, daß die letzte Verstärkerstufe W eine auf ihre Fiuidversorgungsdüse gerichtete Auffangvorrichtung für aus der Fiuidversorgungsdüse dieser Verstärkerstufe austretendes Fluid aufweist und daß der Ablenkwinkel des Fluidstroms aus jeder der letzten Stufe vorgeschalteten Fluidversorungsdüse jeweils den Anteil des Fluidstroms dieser Düse bestimmt, der seitlich auf den Fluidstrom der nächstfolgenden Verstärkerstufe einwirkt und damit den Ablenkwinkel des Fluidstroms der nächstfolgenden Verstärkerstufe und in der letzten Stufe den von der Auffangvorrichtung aufgenommenen Anteil des aus der Fiuidversorgungsdüse dieser letzten Stufe austretenden Fluidstroms bestimmt.

Die Fluidversorgungsdüsen können derart angeordnet sein, daß bei fehlender Ablenkung des Fluidstroms aus der Fiuidversorgungsdüse der ersten Verstärkerstufe auch keine Ablenkung der Fluidströme in den nachfolgenden Verstärkerstufen erfolgt. Sobald der Fluidstrom in der ersten Stufe abgelenkt wird, trifft er auf den Fluidstrom der nächsten Stufe, lenkt dic3en ab, so daß auch dieser wiederum auf den Fluidstrom der nachfolgenden Stufe auftrifft. Die Anordnung kann beispielsweise derart getroffen sein, daß bei nicht abgelenktem Fluidstrom in der ersten Stufe der Fluidstrom in der oder in jeder nachfolgenden Stufe, mit Ausnahme der letzten Stufe, auf die Düse auftrifft statt auf den aus der Düse heraustretenden Fluidstrom.

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Bei einer anderen Ausführungsform sind die Fluidversorgungsdüsen derart angeordnet, daß bei fehlender Ablenkung des Fluid-Stroms aus der Fluidversorgungsdüse der ersten Stufe der Fluidstrom in wenigstens einer nachfolgenden Verstärkerstufe durch den Fluidstrom der vorgeschalteten Verstärkerstufe um einen vorgegebenen Betrag abgelenkt wird. Sobald hier der Fluidstrom der ersten Stufe abgelenkt wird, lenkt er den Fluidstrom der darauffolgenden Stufen um einen entweder größeren oder geringeren Betrag ab.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Fluidverstärkers steht. in der ersten Verstärkerstufe der Steueröffnung eine zweite Steueröffnung gegenüber, und auf den aus der Fluidversorgungsdüse dieser Verstärkerstufe austretenden Pluidstrom wirkt die Differenz der Bewegungsgrößen der aus den beiden Steueröffnungen austretenden Steuerströme ein. Anstelle eines solchen Differentialeingangs kann der Verstärker auch nur einen einzigen Eingang haben> dem ein Steuerstrom veränderbarer Größe zugeführt wird. Die Ablenkung des Druckmittelstroms in der ersten und den folgenden Verstärkerstufen läßt sieh durch Verändern der Bewegungsgröße des Steuerstroms, beispielsweise an der Pluidquelle für den Steuerstrom, ändern. Normalerweise trifft der gesamte Steuerstrom auf den Strom aus der Pluidversorgungsdüse des Verstärkers , auf. Stattdessen kann die Steueröffnung durch eine gegenüber der-Pluidversorgungsdüse der ersten Verstärkerstufe derart versteilbar angeordnete Düse gebildet sein, daß der auf den Pluidstrom aus der Pluidversorgungsdüse einwirkende Anteil des aus der Steueröffnung austretenden Fluidstroms einstellbar ist. Auch hierdurch läßt sich der Ablenkwinkel des FluidhauptStroms ändern.

Beim Pluidverstärker gemäß der Erfindung bildet jeder auf die erste Stufe folgende Pluidstrom eine zusätzliche Signalverstärkerstufe. Durch die Ausschaltung einen Diffusors und einer Düse zur Umwandlung kinetischer Energie in potentielle Energie und

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Zurückverwandlung von potentieller Energie in kinetische Energie zwischen zwei Verstärkerstufen wird die Verlustleistung stark vermindert. Die Arbeitsgeschwindigkeit wird dadurch auf den höchstmöglichen Wert gebracht, daß die Wege, welche der Pluidstrom innerhalb der Verstärkerstufen und zwischen den einzelnen Verstärkerstufen zurücklegen muß, auf ein Minimum reduziert werden. Damit v/erden auch auf die Laufzeit der Signale zurückzuführende Phasenverschiebungen zwischen Eingangssignal und Rückkopplungssignal soweit wie möglich verringert. Darüberhinaus kann man mit kleineren Rückkopplungselementen und damit auch bei ' höheren Betriebsfrequenzen arbeiten.

Zwei Ausführungsbeispiele des Fluidverstärkers v/erden im folgenden anhand der Zeichnungen im einzelnen erläutert. Hierbei zeigt

Figur 1 einen Schnitt durch einen ersten mehrstufigen Fluidverstärker,

Figur 2 eine Ansicht dieses Verstärkers in Höhe der Linie II-JI in Figur 1 und

Figur 3 einen Schnitt durch eine zweite Ausfuhrüngsform eines mehrstufigen Fluidverstärkers.

In den Figuren 1 und 2 weist der Fluidverstärker IO einen Gehäuserahmen 11 von rechteckförmigem Querschnitt auf. Zwei Steueröffnungen 12 und 13» mehrere Fluidversorgungsdüsen 1*1 bis 18 und eine Auffangvorrichtung 19 sind im Gehäuserahmen 11 befestigt und damit in einer vorgegebenen gegenseitigen Lage angeordnet. Die Steueröffnungen 12 und 13 sind über Leitungen 22 und 23 an eine Quelle 20 für ein Differenzdruckeingangssignal angeschlossen. Die Düsen 14 bils 18 sind jeweils an eine eier geregelten Fluidquellen 2¹I bis 28 angeschlossen, die in dieser Reihenfolge zunehmend mit höherem Druck arbeiten. Die Auffangvorrichtung 19 steht über eine Leitung 30 mit einem Druckumformer 29 in Verbindung. Aus den Düsen lH bis 18 treten Fluidströmo 3*1 bis 38

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aus, die beim Fehlen von außen einwirkender Fluidströme längs der Düsenachse gerichtet sind. So verläuft der aus der Düse 14 der ersten Stufe austretende Fluidstrom 34 im nichtabßelenkten Zustand längs der Achse 44, welche die Achse 45 der Düse 15 und damit des aus dieser Düse austretenden Fluidstroms 35 schneidet. Letzterer wiederum schneidet die Achse 46 der Düse 16 der dritten Verstärkerstufe. Der aus dieser Düse austretende Fluidstrom 36 schneidet die Achse 47 der Düse 17» deren Fluidstrom 37 auf die Düse 18 der letzten Verstärkerstufe gerichtet ist, welche im nichtabgelenkten Zustand einen Fluidstrom 38 längs der Achse 48 aussendet. Alle Achsen 44 bis 48 liegen in einer gemeinsamen Ebene, wobei die Achse 44 die Achse 45 schneidet, letztere die Achse 46 schneidet, die Achse 46 ihrerseits die Achse 47 schneidet und diese wiederum die Achse 48 schneidet. Die Auffangvorrichtung 19 erotreckt sich längs der Achse 48 und ist auf die Düse 18 gerichtet.

Der Gehäuserahmen 11 ist beidseitig mittels je eines Deckels und 51 abgeschlossen und bildet somit zusammen mit diesen Deckeln eine die einzelnen Düsen umschließende Kammer. Hierdurch wird der Raum, in dem die einzelnen Fluidströme aufeinander einwirken, gegen äußere Fluidströme abgeschirmt und eine Beeinflussung des Verstärkers durch solche äußeren Fluidströme und damit das Entstehen von Störsignalen vermieden. Im Deckel 51 sind zwei Auslaßöffnungen 53 und 54 für den nicht von der Auffangvorrichtung 19 aufgenommenen Fluidanteil vorgesehen. Form und Lage dieser Auslaßöffnungen können jedoch auch anders gewählt sein.

' Obwohl die einzelnen Düsen im gezeigten Ausführungsbeispiel einen kreisförmigen Querschnitt haben, ist diese Ausbildung nicht entscheidend. Bei der Serienherstellung von Verstärkern erweist es sich vielmehr vielfach als zweckmäßiger, den Düsen einen rechteckförmigen Querschnitt zu geben, weil sich die Anordnung dann leicht aus einzelnen Schichten oder Platten oder

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durch Foringießen oder Formspritzen herstellen läßt. Die Signalquelle 20 kann irgendeine ein Dif ferenzdrucksii gnal erzeugende •Quelle sein, und der Druckumformer 29 kann ebenfalls eine be- - kannte auf Druck oder Strömung ansprechende Auswertevorrichtung sein. Die Quelle 20 und der» Umformer 29 können beispielsweise Teile eines größeren Fluidsystems, wie eines fluidbetriebenen Rechners, enthalten.

Im Betrieb tritt der Fluidstrom 3*1 längs der Achse M aus der Druckmittelversoi'gungsdüse 14 der ersten Verstärkerstuf'e aus. Er kann durch ein zwischen den Steueröffnungen 12 und 13 herrschendes Differenzdrucksignal nach der einen oder der anderen Seite hin abgelenkt werden. Beim Fehlen eines Differenzdrucksignals an den Steueröffnungen 12 und 13 trifft ein Teil des Fluidstroms aus der Düse 14 quer auf den Fluidstrom 35 auf, welcher aus der Düse 15 austritt. Dieser wird durch die Düse 15 selbst gegenüber dem übrigen Teil des Fluidstroms 34' abgedeckt. Die Düse 15 ist gegenüber der Düse 16 derart ausgerichtet, daß der nicht abgelenkte Strom 35 nicht auf den Fluid-, strom 36 auftrifft. Wird jedoch der Fluidstrom 35 durch den Fluidstrom 34 abgelenkt, so trifft ein Teil desStroms 35 auf den Strom 36 auf. Entsprechend ist die Düse l6 gegenüber der Düse 17 derart ausgerichtet, daß bei nichtabgelenktem Fluidstrom 36 dieser nicht auf den Strom 37 auftrifft, wohl aber bei abgelenktem Strom J>6 ein Teil dieses Stroms seitlich auf den Strom 37 trifft. Schließlich ist die Düse 17 gegenüber der Düse 18 so &.usgerichtet, daß bei nichtabgelenktem Fluidstrom 37 diener praktisch vollständig seitlich auf den Strom 38 auftrifft. Die Bewegungsgröße des Stroms 37 reicht unter diesen Umständen aus, um den Strom 38 soweit abzulenken, daß praktisch kein Fluid aus der Düse 18 :;ur Auffangvorrichtung 19 gelangt. Wird jedoch der Strom 37 durch den Strom 36 abgelenkt, so wird der Strom 38 durch die Düse 18 selbst zum Teil gegenüber dem Strom 37 abgeschirmt und damit der Einfluß des Stromes 37 auf doη Strom 38 verringert. Infolgedessen verrin-

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gert sich auch die Ablenkung des Stroms 38 und ein Teil desselben gelangt zur Auffangvorrichtung 19·

Wie Figur 1 zeigt, sind die Düsen 14 bis i8 derart angeordnet, daß beim Fehlen eines Differenzdrucksignals an den Steueröffnungen 12 und 13 der Fluidstrom 3^ nicht abgelenkt wird, während die Fluidströme 35 bis 38 jeweils um einen vorgegebenen Betrag abgelenkt v/erden. Diese vorgegebene Ablenkung der Fluidströme 36 bis 38 ist kleiner als die maximal erzielbare Ablenkung. Jeder der Fluidströme 3*1 bis 38 kann proportional zur Bewegungsgröße des auf ihn auftreffenden Fluidütroms oder Teilstroms abgelenkt werden. Folglich ist die Ablenkung jedes der Fluidströme 35 bis 38 abhängig vom Anteil der» auf ihn seitlich auftreffenden Fluidstroms.

Die von der Auffangvorrichtung 19 aufgefangene Fluidmenge kann kontinuierlich zwischen Hull und einem vorgegebenen Maximalwert geändert werden, indem man entsprechende Üifferenzdrucksignale den Steueröffnungen 12 und 13 zuführt. Ist der Druck an der Steueröffnung 12 um einen vorgegebenen Betrag höher als an der Steueröffnung 13, so wird der Fluidstrom 3¹* derart abgelenkt, daß praktisch kein Teil desselben auf den Fluidstrom 35 auftrifft. Folglich bleibt der Fluidstrom 35 unabgelenkt, so daß auch kein Teil des Stroms 35 auf den Fluidstrom 36 auftrifft. Der nichtabgelenkte Strom 36 hat zur Folge, daß auch der Fluidstrom 37 nicht abgelenkt wird. Tn diesem nichtabgelenkten Zustand trifft praktisch der gesamte Fluidstrom 37 auf den Fiuidstrom 38 und dieser wird praktisch so weit abgelenkt, daß ein Teil dieses Fluidstroms zur Auffangvorrichtung 19 gelangt.

übersteigt andererseits der Druck an der Steueröffnung 13 denjenigen an der Steueröffnung 12 um mehr als einen vorgegebenem Betrag, so wird der Fluidstrom Jh so weit abgelenkt, daß praktisch der gesamte Fluidstrom 3't seitlich auf den IMulclstrom 35

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I.

auftrifft und diesen soweit ablenkt, daß wiederum praktisch der gesamte Fluidstrom 35 auf den Fluidstrorn 36 auf trifft. Dieser wird infolgedessen soweit abgelenkt, daß er praktisch vollständig auf den Pluidstrom 37 auftrifft und diesen soweit ablenkt, daß letzterer nicht mehr auf den Pluidstrom 38 auftrifft. Dieser bleibt also unabgelenkt und der größte Teil des Fluidstromo gelangt zur Auffangvorrichtung 19.

Der mehrstufige Fluidverstärker 60 in der Ausführungsform gemäß Figur 3 hat wiederum einen Gehäuserahmen von rechteckförmigem W Querschnitt, zwei Steueröffnungen 62 und 63, mehrere Fluidversorgungsdüsen 64 bis 70 sowie zwei Auffangöffnungen 71 und 72, die durch einen in Richtung auf die Pluidversorgungsdüse 70 der letzten Verstärkerstufe spitz zulaufenden Strahlenteiler voneinander getrennt sind. All diese Teile sind im Gehäuserahmen 61 befestigt und damit hinsichtlich ihrer gegenseitigen Lage zueinander festgelegt. Die Steueröffnungen 62 und 63 sind über Leitungen 7^l\ und 75 an eine Quelle 73 für ein Differenzdruckeingangssignal angeschlossen. Die Differenzdrucksignalquelle 73 kann beispielsweise Teil eines größeren Fluidregelsystems sein. Die Düsen Sk und 65 sind an geregelte Fluidquellen B^l\ und

85 angeschlossen, welche Fluid unter einem ersten vorgegebenen

Druck liefern. Die Düsen 66 und 67 sind an ähnliche Fluidquellen

86 und 87 angeschlossen, welche Fluid unter einem zweiten vorgegebenen, vorzugsweise höheren Druck liefern. Die Düsen 68 und sind mit geregelten Fluidquellen 88 und 89 Verbunden, welche Fluid unter einem dritten vorgegebenen Drusk liefern, welcher vorzugsweise höher liegt als der zweitenannte Druck. Die Düse 70 schließlich ist an eine geregelte Füuidquelle 90 angeschlossen, die Fluid unter einem vorzugsweise noch höheren Druck zur Verfügung stellt.

Die Auffangöffnungen 71 und '\2 stehen mit Leitungen 91 und 92 in Verbindung, welche das aufgefangene Fluid den beiden Enden 93 und 9^ eines Zylinders 95 zuführen, in welchem ein Kolben 96

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in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen den beiden Leitungen 91 und 92 verstellt v/ird. Die Auffangoffnungen 71 und 72 grenzen an Diffusorleitungen 76 und 77 an, welche die Umwandlung der kinetischen Energie der von den Auffangöffnungen 71 und 72 aufgefangenen Anteile den Pluidstroms der .Düse 70 in potentielle Energie in Form von Druck erleichtern und damit die Weiterleitung dieser Signale über einen relativ langen VJeg zum Zylinder 95 ermöglichen.

Eine Deckplatte 99» ähnlich der Deckplatte 51 in Figur 1, ist am Gehäuserahmen 61 befestigt und bildet zusammen mit einer weiteren nicht gezeigten Deckplatte und dem Gehäuserahmen eine geschlossene Kammer, welche die Düsen gegen äußere Fluidströrne abschirmt. Auslaßöffnungen 100 und 101 sind in der Deckplatte 99 und gegebenenfalls auch in der anderen Deckplatte vorgesehen und ermöglichen das Abströmen des überschüssigen Fluids, welches beispielsweise Druckluft ist. Die Düsen 64 bis 7° sind in Richtung der Achsen 104 bis 110 ausgerichtet und liegen in einer gemeinsamen Ebene. Fluidquellen 84 bis 90 versorgen die Düsen bis 70 mit Fluid unter Druck, so daß aus diesen Düsen längs der Achsen 104 bis 110 entsprechende Fluidstrahlen austreten. Im nichtabgelenkten Zustand trifft der Fluidstrom aus der Düse 64 auf die Düse 66 und nicht auf den aus dieser Düse austretenden Fluidstrom. Letzterer trifft im nichtabgelenkten Zustand ebenfalls nicht auf den aus der Düse 68 der nachgeschalteten Verstärkerstufe austretenden Fluidstrom, sondern auf den Düsenkörper 68. Das gleiche gilt für den au:; der Düse 68 austretend-cn nichtabgelenkten Fluidstrom bezüglich der Düse 70 der letzten Verstärkerstufe. Da der Verstärker 60 im Bezug auf die Achse 'symmetrisch aufgebaut ist, gilt entsprechend, daß im nichtabgelenkten Zustand kein Teil des Fluids troirr, aus der Düse 65 auf den aus der Düse ü7 austretenden Strahl auftrifft, daß letzterer ebenfalls nicht auf den Strahl aus der Düse 69 auftrifft und dieser wiederum auf axe Düse 70 und nicht auf den aus ihr austretenden Strahl gerichtet ist. Unter diesen Betriebsbedingungen ge

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BAD ORtGINAl.

gleiche Anteile des aus der Düse 70 austretenden Fluidstrahls zu den Auffangöffnungen 71 und 72. Polglich entstehen in den Diffusorleitungen 76 und 77 gleiche Drücke, welche den Enden •93 und Sk des Zylinders 95 zugeleitet werden und den Kolben 96 in seiner vorhandenen Stellung stehenlassen.

Die Fluidströme aus den Düsen 6*i und 65 können abgelenkt werden durch Fluidströme aus den Steueröffnungen 62 und 63. Entsprechend der Bewegungsgröße dieser Steuerströme werden die Fluidströme aus den Düsen 6^ und 65 mehr oder vreniger abgelenkt. Die Steuerung erfolgt durch Signale der Signalquelle 73. Werden die aus den Düsen zu beiden Seiten der Achse 110 austretenden Fluidströme jeweils um den gleichen Betrag abgelenkt, so behält der Fluidstrom aus der Düse 70 seine Lage bei. Wenn also die Signalquelle 73 an die Steueröffnungen 62 und 63 Fluidströme gleichen Energieinhalts, d.h. mit gleicher Bewegungsgröße, liefert, so werden die Ströme aus den Düsen 6H und 65 um den gleichen Betrag abgelenkt. Das gleiche gilt für die Ströme aus den Düsen 66 und 67 sowie 68 und 69. Letzte führen zu einer gleich großen aber entgegengesetzten Einwirkung ihrer Druckmittelströme auf den Fluidstrom aus der Düse 70, so daß letzterer nicht abgelenkt wird.

Eine Ablenkung des Fluidstroms aus der Düse 70 ergibt sich beispielsweise dann, wenn die.Signalquelle 73 ein Differenzdrucksignal liefert, derart, daß die Bewegungsgröße des aus der Steueröffnung 62 austretenden Fluidstroms größer ist als die Bewegungsgröße des aus der Steueröffnung 63 austretenden Fluid" Stroms. Dies hat nämlich zur Folge, daß der Strom aus der Düse 6¹I weiter abgelenkt wird als der Strom aus der Düse 65 und folglich der auf den Strom aus der Düse 66 auftreffende Teil des Stroms auo der Düse 6*J größer ist ala der auf den Strom aus der Düse 67 auftreffende Teil des Stroms aus der Düse 6?. Hierdurch wiederum wird der Strom aus der Düse 66 mehr abgelenkt als de)¹ Strom aus der Düse 67 und folglich auch der Strom aus der

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Düse 68 weiter abgelenkt als der Strom aus der Düse 69» Als Folge hiervon ist der Anteil des aus der Düse 68 stammenden Pluidstroms, welcher auf den Strom aus der Düse 70 auftrifft, größer als der Anteil des von der Düse 69 in entgegengesetzter Richtung auf den Strom aus der Düse 70 auftreffenden Stroms. Der Strom aus der Düse 70 wird folglich zur Auffangöffnung 72 hin abgelenkt. Damit entsteht im Diffusor 77 ein höherer Druck als im Diffusor 76 und die entstehende Druckdifferenz verstellt den Kolben 96. In entsprechender Weise wird der Strom aus der Düse 70 mehr zur Auffangöffnung 71 abgeleitet, wenn der Strom aus der Steueröffnung 63 kräftiger ist als der aus der Steueröffnung 62.

Wird der Verstärker gemäß Figur 3 im bisher beschriebenen Sinne als Differentialverstärker eingesetzt, so empfiehlt es sich, jeweils die Düsen 64 und 65, 66 und 67 sowie 68 und 69 an eine gemeinsame Fluidquelle anzuschließen, um zu gewährleisten, daß die aus diesen Düsen austretenden Fluidströme gleich stark sind, d.h. die gleiche Bewegungsgröße haben. Andererseits kann man aber auch die einzelnen Fluidquellen 84 bis 89 einstellbar machen oder hinsichtlich des in ihnen erzeugten Fluiddrucks durch weitere Signale steuern, wodurch man in den einzelnen Verstärkerstufen den Verstärkungsgrad ändern und damit das Ausgangssignal an der Auffangvorrichtung 71*72 von weiteren Größen, insbesondere Störgrößen und Führungsgrößen, abhängig machen kann. Nach einer weiteren Ausgestaltung ist in einer die Achse 110 einschließenden aber senkrecht zur Zeichnungsebene stehenden Ebene eine mit Ausnahme der Düse 70 gleiche,zur Achse 110 symmetrische Düsenanordnung mit zwei weiteren sich gegenüberstehenden Auffangöffnungen vorgesehen, so daß der aus der gemeinsamen Düse 70 austretende Fluidstrom nicht nur in einer Ebene, sondern unter dom Einfluß von vier jeweils im rechten V/inkel zueinander angeordneten Düsen räumlich abgelenkt und somit jeweils auf eine oder mehrere der vier Auffangöffnungen hingelenkt wird. Schließt man auch hier sich jeweils gegenüberstehende Auffangüffnungen an einen Diffe-

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reriKdruckumformer der dargestellten Art an und verbindet die Kolbenstange mit je einem von zwei sich rechtwinklig zueinander bewegenden Zeigern, so kann man mit Hilfe dieser Zeiger in einem Koordinatenkreuz die Größe des resultierenden Di fferenzsignals und seine Richtung durch den in jeweils einem der vier Quadranten liegenden Schnittpunkt der beiden Zeiger zur Anzeige bringen. Das Gehäuse 6l hat dann vorzugsweise einen zylindrischen Querschnitt.

Aus der vorangehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen zeigt sich, daß die Erfindung eine Vielzahl von Einsatz- und Abwandlungsmöglichkeiten eröffnet. Man kann zwei oder mehr Verstärkerstufen einsetzen, es können auf Differenzdruck oder

auch auf einfchem Druck ansprechende Auswertegeräte angeschlossen werden. Auch das Eingangssignal braucht nicht ein Differenzsignal zu sein, sondern kann auch nur einem Eingang zugeführt werden. Ferner ist es nicht erforderlich, daß die Fluidströme aus allen Düsen in einer einzigen Ebene verlaufen, beispielsweise kann einer der Pluidströme in einer Ebene abgelenkt werden, die senkrecht zu derjenigen Ebene steht, in welcher der vom genannten Pluidstrom getroffene nächste Fluidstrom abgelenkt wird. Wie beschrieben, ist es möglich, daß im nichtabgelenkten Zustand einer der Fluidströme entweder vollständig, über-haupt nicht oder zum Teil auf den Pluidstrom der nächstfolgenden Verstärkerstufe auftrifft; diese Anfangsbedingungen können je nach dem gewünschten Anwendung^zweck des Verstärkers von Verstärkerstufe zu Verstärkerstufe verschieden gewählt sein.

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Claims

02-4345 Ge

Patentansprüche

/l. Fluidverstärker mit wenigstens zwei in Reihe geschalteten Verstärkerstufen, dadurch gekennzeichnet, daß der aus der Fluidversorgungsdüse (1*1) der ersten Verstärkerstufe austretende Fluidstrom (34) durch einen seitlich auf ihn auftreffenden FluidsLrom aus einer Steueröffnung (13) um einen von der Bewegungsgröße des Steuerstroms abhängigen Winkel abgelenkt wird, ■

daß die Fluidversorgungsdüse (15,16,17*18) wenigstens einer nachfolgenden Verstärkerstufe derart angeordnet ist, daß ihre Achse (45,^6,^7^8) die Achse (44,45,46,47) der Fluidversorgungsdüse (14,15,16,17) der jeweils vorgeschalteten Verstärkerstufe schneidet,

daß die letzte Verstärkerstufe eine auf ihre Fluidversorgungsdüse (18) gerichtete Auffangvorrichtung (19) für aus der Fluidversorgungsdüse dieser Verstärkerstufe austretendes Fluid (38) aufweist

und daß der Ablenkwinkel des Fluidstroras aus jeder der letzten Stufe vorgeschalteten Fluidversorgungsdüse jeweils den Anteil des Fluidstroms dieser Düse bestimmt, der seitlich auf den Fluidstrom der nächstfolgenden Verstärkerstufe einwirkt und damit den Ablenkwinkel des Fluidstroms der nächstfolgenden Verstärkerstufe und in der letzten Stufe den von der Auffangvorrichtung aufgenommenen Anteil des aus der Fluidversorgungsdüse (18) dieser letzten Stufe austretenden Fluidstroms (38) bestimmt.
2. Fluidverstärker nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine solche Anordnung der Fluidversorgungsdüsen (34 bis 18),daß bei fehlender Ablenkung des. Fluidstroms (34) aus der

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Fluidversorgungsdüse (1*0 der ersten Verstärkerstufe auch keine Ablenkung der Fluidströine in den nachfolgenden Verstärkerstufen erfolgt.

3· Fluidverstärker nach Anspruch 1, geke nn ζ e i chne t durch eine solche Anordnung der Fluidversorgungsdüsen (3^ bis 18), daß bei fehlender Ablenkung def3 Fluidstroms (3*1) aus der Fluidversorgungsdüse (1*0 der ersten Verstärkerstufe der Fluidstrom in wenigstens einer nachfolgenden Verstärker- h stufe durch den Fluidstrom der vorgeschalteten Verstärkerstufe um einen vorgegebenen Betrag abgelenkt wird.

*l. Fluidverstärker nach einem der Ansprüche i bis 3₅ g e kennzeichnet durch eine Vorrichtung (PO,73) zum Verändern der Bewegungsgröße des Steuerstroms.

5. Fluidverstärker nach einem dor Ansprüche 1 bis 3> g e kennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Verändern des quer auf den aus der Fluidversorgungsdüse der ersten Verstärkerstufe austretenden Fluidstrom auftreffenden Anteils des Steuerstroms.

* 6. Fluidverstärker nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Steueröffnung (13) durch eine gegenüber der Fluidversorgungsdüse (l'O der ersten Verstärkerstufe verstellbar angeordnete Düse gebildet ist.

.7« Fluidverytärkor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a durch β e k e η n. a e i c h η ο t, daß in der ernten Verstärkerstufo der Steueröffnung (13) eine zweite Steueröffnung (12) gegenübersteht und auf.den aus der Fluidversorgungsdüse (I¹O dieser Vei\?barkers!ufe austretenden Fluidstrom (3*0 die Differenz der Bewegung;;größen der aus den beiden Stoucröffnungon austretenden Steuerströme einwirkt.

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8. Fluiciverstürker nach einem der Ansprüche 1 bis 7> d a ~ durch gekennzeichnet, daß auf den aus der Pluidversorgungsdüse (70) der letzten Verstärkerstufe austretenden Fluidstrom von verschiedenen Seiten her die Pluidversorgungsdüsen (68,69) von wenigstens zwei

Verstärkerstufen gerichtet sind, welchen jeweils wenigstens eine weitere Verstärkerstufe vorgeschaltet ist.

9. Pluidverstärker nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der auf den aus der Pluidversorgungsdüse (70) der letzten Stufe austretenden Pluidstrom gerichteten Pluidversorgungsdüsen geradzahlig ist und sieh je zwei dieser Düsen (68,69) zu beiden Seiten der Achse (110) der Fluidversorgungsdüse (70) der letzten Verstärkerstufe gegenüberstehen.

10. Fluidverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 9» d a durch gekennzeichnet, daß die Auffangvorrichtung wenigstens zwei Auffangöffnungen (71,72) aufweist, die durch einen in Richtung auf die Fluidversorgungsdüse (70) der letzten Verstärkerstufe spitz zulaufenden Strahlteiler voneinander getrennt sind.

11. Pluidverstärker nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß an zwei sich zu beiden Seiten der Achse CJlO) <3er Fluiclversorgungsdüse (70) der letzten Verstärkerstttfe gegenüberstehende Auffangöffnungen (71*72) ein DifferenisclFuekueforiaer (93 bis 26) angeschlossen ist.

nach einem des* Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß alle Fluidversorgtingssdüaen» SteAieröffiumpen vincl Auffangöffnungen in eine geiaeins&ae Kataaer (99) m&n'ien, welche wenigstens eine Au» la öffnung (100,101) ftlr den nicht von den Aufaufjjefangenen Fluitianteil aufweist.

10882a/Π 7$ BAD ORIGINAL

2 O 6 A 2 5 2

13· Fluidverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch eine solche Anordnung der Fluidversorgungsdüsen, Steueröffnungen und Auffangöffnungen daß die Achsen aller Fluidströme der hintereinander geschal teten Verstärkerstufen in einer gemeinsamen Ebene liegen.

BAD ORIGINAU 1Q'982ft/n.?t

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