DE2120076B2 - Elektrofluidischer Wandler - Google Patents

Description

das Strömungsmittelrohr (21) und die Ausgangs- Dieser elektrofluidische Signalumformer hat den

kanäle (23 bis 26) durch Ausnehmungen in min- Nachteil, daß er aus sehr vielen Einzelteilen zusam-

destens einer Lamelle (1) gebildet sind, welche mengesetzt ist. Die Einzelteile müssen mit großer Ge-

durch beids.ntige Decklamellen (2, 3) abgedichtet 30 nauigkeit gefertigt werden; ihr Zusammenbau erfor-

sind. dert genaue und zeitraubende Justierarbeiten. Der Si-

4. Analoger elektrofluidi: .her Signalumformer gnalumformer ist deshalb sehr teuer in seiner Hernach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge- stellung.

kennzeichnet, daß die Ausgangskanäle (23, 24) Bei dieser Bauart sind einer Verkleinerung des Si-

als Diffusoren ausgebildet sind. 35 gnalumformers Grenzen gesetzt, weil die einzelnen

5. Analoger elektrofluidischer Signalumformer Bauteile eine gewisse Größe nicht unterschreiten dürnach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge- fen, wenn der Aufwand beim Herstellen und beim kennzeichnet, daß das das Strömungsmittelrohr Zusammenbau der Teile wirtschaftlich vertretbar (21) enthaltende Teil (10) durch zwei im wesent- bleiben soll.

liehen parallel zur Symmetrieachse des Signalum- 40 Aus der USA.-Patentschrift 3 452 773 ist schon ein

formers verlaufende Einschnitte (11) und durch digital arbeitendes elektromagnetisch betriebenes

zwei senkrecht dazu angeordnete Einschnitte ²/₃-Wegeventil bekannt, das einen aus Lamellen auf-

(13), welche sich bis in zwei beidseits des Strö- gebauten Ventilschieber und einen getrennten, eben-

mungsmittelrohres (21) parallel dazu und ge- falls Iamellierten, Steuerkanäle enthaltenden Teil

trennt davon verlaufende Schlitze (14) erstrek- 45 aufweist. Auch dieses Ventil ist aus vielen Einzeltei-

ken, in der Lamelle (1, 2, 3) gebildet ist. len aufgebaut und weist insofern die gleichen Nach-

6. Analoger elektrofluidischer Signalumformer teile auf wie der zuerst beschriebene bekannte Signalnach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich- umformer.

net, daß das das Strömungsmittelrohr (21) ent- Es ist demnach Aufgabe der Erfindung, einen haltende Teil (10) an seinem freien, aus der Steu- 5p elektrofluidischen Signalumformer zu schaffen, der envicklung (9) herausragenden Ende mit klauen- billig herzustellen ist, dabei aber — auch im Dauerartigen Vorsprüngen (15) versehen ist, denen ent- betrieb — hohe Anforderungen an Genauigkeit und sprechende Ausnehmungen (16) an den dem Teil Zuverlässigkeit erfüllt. Außerdem soll der Signalum-

(10) zugewandten Innenseiten der Fortsätze (4, former seiner Konzeption nach geeignet sein, auch 5) gegenüberstehen. 55 als miniaturisiertes Bauteil ausgeführt zu werden.

7. Analoger elektrofluidischer Signalumformer Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich- daß das Strömungsmittelrohr in einem von dünnen net, daß je zwei Fortsätze links (4, 6) und rechts Stegen getrennten Teil wenigstens einer Lamelle und (5, 7) des Ankers (8, 10) des Magneten durch je die Ausgangskanäle in dem aus dünnen Lamellen beein Weicheisenjoch (17') magnetisch verbunden 60 stehenden Anker des Magneten angeordnet ist.
werden und daß jedes Weicheisenjoch (17') mit Das hat den Vorteil, daß die Hauptteile des elekje einem Pol eines die Steuerwicklung (9) umgrei- trofluidischen Signalumformers — Magnet und fluifenden Permanentmagneten (17) zusammenarbei- discher Verstärker — ohne besondere Verbindungstet, elemente und unter Verwendung einer einzigen ge-

65 meinsamen Stützstruktur in einem integrierten Bauteil vereint werden. Der Aufbau des elektrofluidi-

Die Erfindung betrifft einen analogen elektroflui- sehen Signalumformers aus dünnen Lamellen ermög-

dischen Signalumformer mit einem einseitig fest ein- licht es außerdem, zu deren Herstellung die Verwen-

dung fotochemischer Ätzmethoden heranzuziehen, zen 6, 7 und den entsprechenden Polen des Weichejdie besonders gut geeignet sind, selbst komplizierte senjochs ein Luftspalt 18,19 als Pendant zu dem ge-Formgebilde sehr genau und mit geringem Aufwand nannten Arbeitsluftspalt klafft. Jedes Weicheisenjoch auszuführen. 17' arbeitet mit je einem Pol eines die Steuerwick-

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Ma- 5 lung 9 umgreifenden Permanentmagneten 17 zusamgneten ergibt sich, wenn je zwei Fortsätze links und men. Dabei berührt jeder Schenkel des hufeisenförrechts des Ankers des Magneten durch je ein Weich- mig gebogenen Permanentmagneten mit seiner ganeisenjoch magnetisch verbunden werden und wenn zen Breite das Weicheisenjoch auf seiner ganzen jedes Weicheisenjoch mit je einem Pol eines die Steu- Länge,

erwicklung umgreifenden Permanentmagneten zu- iq Aus F i g. 2, in der die drei den elektrofluidischen sammenarbeitet. Signalumformer bildenden Lamellen in einer soge-

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nannten »Sprengzeichnung« dargestellt sind, wird Zeichnung dargestellt. Diese zeigt in der fluidische Verstärkelteil des eluktrofluidischen

F i g. 1 einen elektrofluidischen Signalumformer, Signalumformers ersichtlich.

F i g. 2 drei Lamellen, die aufeinandergelegt einen 15 In der mittleren Lamelle 1 sind kanalartige Austiektrofluidischen Signalumformer bilden. nehmungen als Schlitze angeordnet. Zusammen mit

Der dargestellte eiektrofluidische Signalumformer den abdeckenden Lamellen 2, 3, die auf der ganzen besteht aus drei aufeinandergelegten Lamellen, einer Oberfläche druckdicht mit der mittleren Lamelle 1 mittleren Lamelle 1 und zwei abdeckenden Lamel- verbunden sind, werden geschlossene, rohrförmige len 2, 3. Alle Lamellen und damit der elektrofluidi- 40 Ströinungskanäle ais Leiter für das Betriebsmedium sehe Signalumformer haben die gleiche Außenkon- gebildet. So ist im unteren Teil der Lamelle 1 eine tür: Ein längliches Rechteck mit gerundeten Schmal- Zuführungsbohrung 20 angeordnet, von der ein Kaseiten. Oberhalb und unterhalb des den Anker bil- nal ausgeht, der das auf der Symmetrieachse des denden Mittelteils, der um rasche magnetische Sätti- elektrofluidischen Signalumformers im Teil 10 vergung zu erhalten, nur aus zwei sehr schmalen Ste- 25 izufende Strömungsmittelrohr 21 bildet. Das obere, gen 8 besteht, deren Breite allein durch die erforder- freie Ende des Strömungsmittelrohres 21 ist ais Düse liehe mechanische Festigkeit, bestimmt ist, sind an 22 ausgebildet und öffnet sich in den von dem den langen Seiten des elektrofluidischen Signalum- Durchbruch 12 gebildeten Raum. Der Düse 22 geformers rechteckige, nach außen vorspringende Fort- genüber sind zwei durch einen Strömungsmittelteiler sätze 4, 5, 6, 7 angeordnet. (Die Begriffe »oberhalb« 30 getrennte Ausgangskanäle 23, 24 angeordnet, welche und »unterhalb« werden in diesem Zusammenhang als Diffusoren ausgebildet sind. Die Diffusoren gehen hier auf den in F i g. 1 dargestellten elektroflui- am Ende in Anschlußbohrungen 25, 26 über. Sämtdischen Signalumformer bezogen.) Zwischen den liehe Bohrungen sind bei dem hier beschriebenen Fortsätzen ist um die Stege 8 die Steuerwicklung 9 Ausführungsbeispiel — ebenso wie zwei Befestides Elektromagneten gewickelt. Innerhalb der Stege 8 35 gungsbohrungen 27, 28 — als den elektrofluidischen ist ein Teil 10 des Elektromagneten angeordnet, Signalumformer durchsetzende Bohrungen ausgebilder durch zwei im wesentlichen parallel zur det, die damit in allen Lamellen 1, 2, 3 angeordnet Symmetrieachse des elektrofluidischen Signalumfor- sind.

mers verlaufende Einschnitte 11 gebildet ist. Die Der vom Durchbruch 12 gebildete Raum ist mit

Einschnitte 11 gehen von einem im oberen Endbe- 40 einer Rücklaufleitung zum Tank bzw. mit der freien reich im elektrofluidischen Signalumformer angeord- Atmosphäre verbunden.

neten Durchbruch 12 aus. Das Teil 10 bildet zusam- Ein ankommendes elektrisches Signal wird vom

men mit den Stegen 8 den Anker. Um das einseitig elektrofluidischen Signalumformer derart in ein ana-· fest eingespannte Teil 10 elastisch leicht bewegbar zu loges fluidisches Signal umgewandelt, daß das Teil machen, ist sein wirksamer Querschnitt an der Ein- 45 10 des Elektromagneten mit dem Strömungsmittelspannung verringert und der so geschwächte, leicht rohr 21 entsprechend dem die Steuerwicklung 9 biegbare Bereich verlängert worden. Dies geschieht durchfließenden elektrischen Strom ausgelenkt wird, dadurch, daß die Einschnitte 11 in ihrem innersten Im fluidischen Verstärkerteil, dessen Steuerorgan

Bereich rechtwinklig auf die Symmetrieachse zu ab- das Teil 10 ist, wird durch die mechanische Stellbeknicken und sich als senkrecht zur Symmetrieachse 50 wegung der aus dem Strömungsmittelrohr 21 über verlaufende Einschnitte 13 bis in zwei innerhalb dsr die Düse 22 austretende Mediumstrahl entsprechend Einschnitte 11 aber parallel zu diesen verlaufende der Auslenkung des Steuerorgans mehr auf den lin-Schlitze 14 erstrecken. ken Ausgangskanal 24 geleitet, wodurch das fluidi-

An seinem freien, aus der Steuerwicklung heraus- sehe Differenzdruck-Ausgangssignal entsteht,
ragenden Ende ist das Teil 10 mit. klauenartigen Vor- 55 Die Wirkungsweise des Magneten im einzelnen ist Sprüngen 15 versehen, die mit entsprechenden Aus- folgende-maßen: Der Permanentmagnet 17 erzeugt nehmungen 16 an den dem Teil 10 zugewandten In- einen von seinem Nord- zu seinem Südpol verlaufennenseiten der Kernfortsätze 4, 5 zusammenarbeiten, den Erregerfluß 29, 29' im elektrofluidischen Signalindem sie in diese eintauchen. Zwischen dem Teil 10 umformer über das linke Weicheisenjoch 17', den und den diesem zugewandten Innenseiten der Kern- 60 Fortsatz 4, den linken zwischen Fortsatz und Teil 10 fortsätze befindet sich ein Arbeitsluftspalt des Elek- befindlichen Arbeitsluftspalt, das Teil 10, den rechtromagneten. ten Arbeitsluftspalt, über den Fortsatz 5 und das

Je zwei Fortsätze links 4; 6 und rechts 5; 7 des rechte Weicheisenjoch 17'. Im unteren Teil des elek-Ankers8, 10 und damit der Symmetrieachse des trofluidischen Signalumformer verläuft der Erregerelektrofluidischen Signalumformers sind durch je ein 65 fluß über das linke Weicheisenjoch 17', den Ruhe-Weicheisenjoch IT magnetisch verbunden. Die obe- luftspalt 18, die Fortsätze6, 7, den Ruheluftspalt 19 ren Fortsätze 4, 5 berühren die Pole des Weicheisen- und das rechte Weicheisenjoch 17'. In der neutralen iochs 17'. während zwischen den unteren Fortsät- Mittelstellung des Teils 10 weisen die Ruheluftspalte

5 6

18, 19 einen gleichgroßen magnetischen Widerstand 26 entstehende Differenzdruck-Ausgangssignal is

auf, wie die zwischen Teil 10 und den entsprechen- also Null. Wird das Teil 10 nun in einer Richtun]

den Fortsätzen 4, 5 angeordneten Arbeitsluftspalte. ausgelenkt, so wird der dann dem freien Ende de

Fließt nun durch die Steuerwicklung 9 ein Steuer- Strömungsmittelrohres 21, also der Düse 22 gegen

strom — das ankommende elektrische Signal — so 5 überliegende Ausgangskanal mehr vom Strahl getrof

erzeugt dieser einen magnetischen Steuerfluß 30, 30'. fen, so daß sich dort dann ein höherer Druck als ii

Die zwischen dem Teil 10 und den oberen Fortsät- dem anderen Ausgangskanal ausbildet. Die Höhe de;

zcn 4, S befindlichen Arbeitsluftspalte, innerhalb de- sich jeweils einstellenden Drucks hängt davon ab

rer sich das Teil 10 bewegen ka.in, werden also von wie stark der jeweilige Ausgangskanal vom Medium

der Summe von Erreger- und Steuerfluß durch- io strahl getroffen wird. Das Differenzdruck-Ausgangs

strömt. Da die beiden magnetischen Flüsse im linken signal ist also direkt proportional der Auslcnkuni

Arbeitsluftspalt einander entgegengesetzt sind, im des Teils 10 und damit auch dem Eingangssignal

rechten sich addieren, resultiert auf das Teil 10 eine d. h. dem Steuerstrom.

dieses nach rechts auslenkcnde Kraft. Ändert der Wird an den Anschlußbohrungen 25. 26 kein Mc

Steuerstrom nun seine Richtung, so ändert sich die 15 dium verbraucht, so strömt die aus der Düse 22 aus

Richtung des Stcucrflusses 30. 30' und damit auch tretende Menge aus dem vom Durchbruch 12 gebil

die Kraftrichtung bzw. die Auslenkung des Teils 10. deten Raum, der natürlich durch nicht dargestellte

Die Anordnung der klauenartigen Vorsprünge 15 Abdeckplatte!! anch gegen die Atmosphäre abgedich

am Teil 10 bzw. der damit zusammenarbeitenden tet werden kann, zum Tank bzw. in die Atmosphäre

Ausnehmungen 16 an den Fortsätzen hat den Zweck, ao ab.

die magnetische Anzugskraft unabhängig von der Bei einem anderen, einfacheren Ausführungsbci-

Auslenkung zu machen. Die jeweilige Auslenkung spiel des elektrofluidischen Signalumformers ist aul

des Teils 10 ist also nur abhängig von der Höhe und die Ausbildung der klauenförmigen Vorsprünge If

Richtung des Steuerstromes. »nd die Anordnung entsprechender Ausnchmunger

Dem fluidischen Verstärkerteil 1 wird über die Zu- as 16 verzichtet worden, so daß die Arbeitsluftspaltc führungsbohrung 20 ein gasförmiges oder flüssige? durch ebene Flächen — wie die Ruheluftspalte 18 Medium zugeführt, das unter einem bestimmten 19 — begrenzt werden. Dieser mit einem etwas cin-Spcisedruck steht. Nach Durchströmen des Strö- fächer ausgebildeten Magneten versehene clcktrofluimungsmitielrohres 21 wird die im Medium cnthal- dische Signalumformer führt aber dennoch zu tene Druckenergie beim Durchgang des Mediums 30 brauchbaren Differcnzdruck-Ausgangssignalcn. Bcdurch die Düse 21 weitgehend in kinetische Energie sonders gut eignet er sich, wenn nur digitale Ausumgesetzt, gangssignale notwendig sind.

Wenn sich das Teil 10, das Steuerorgan des fluidi- Um einen Magneten mit besonders guten magnetischen Teils, in seiner Ruhelage befindet, wird der sehen Eigenschaften zu erhalten, ist ein weichmagneaus der Düse 22 austretende Mediumstrahl zu glei- 35 tischcr Werkstoff. z.B. Weicheisen, besonders \orchen Teilen den linken 23 ur.d den rcciiten 24 Aus- teilhaft.

gangskanal treffen. In den als Diffusorcn ausgebildc- Natürlich kann ler clcktrofluidische Signalumfor-

ten Kanälen wird aus der kinetischen Energie wieder mer, wenn z. B. größere Strömungsquerschnittc ge-

Druckcnergic zurückgewonnen: d. h., es entsteht bei fordert werden, auch aus einer größeren Anzahl von

Ruhelage ^des Teils 10 in beiden Diffusoren der 40 Lamellen aufgebaut werden als die hier beschriebc-

glciche Druck. Das an den Anschlußbohrungen 25. nen Ausführungsformen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 2 Patentansprüche: gespannten, elastischen Strömungsmittelrohr, dessen

1. Analoger elektrofluldischer Signalumformer freies Ende, teilweise den Anker eines Magneten mit mit einem einseitig fest eingespannten, elastischen einer von einem elektrischen Signal beaufschlagten Strömungsmittelrohr, dessen freies Ende, teil- Steuerwicklung bildend, mit Abstand zwei durch weise den Anker eines Magneten mit einer von 5 einen Strömungsmittelteiler getrennten Ausgangskaeinem elektrischen Signal beaufschlagten Steuer- nälen in einer Ebene gegenübersteht und durch das wicklung bildend, mit Abstand zwei durch einen das elektrische Signal in dieser Ebene auslenkbar Strömungsmittelteiler getrennten Ausgangskanä- ist.

len in einer Ebene gegenübersteht und durch das Aus der französischen Patentschrift 1 575 978 ist

elektrische Signal in dieser Ebene auslenkbar ist, io ein elektrofluidischer Signalumformer bekannt, bei

dadurch gekennzeichnet, daß das Strö- dem in dem Querträger eines Metallblocks einseitig

mungsmittelrohr (21) in einem von dünnen Ste- ein Strahlrohr eingespannt ist. Nahe seinem freien

gen (8) getrennten Teil (10) wenigstens einer La- Ende ist auf dem Strahlrohr rechtwinklig eine Me-

melle (1) und die Ausgangskanäle (23 bis 26) in tallplatie angeordnet. Die Metallplatte arbeitet mit

dem aus dünnen Lamellen (1 bis 3) bestehenden ij zwei gleichen, einander gegenüberliegenden Elektro-

Anker (8, 10) des Magneten (8, 9, 10, 17) an- magneten zusammen. Diese Metallplatte taucht in

geordnet ist. einen Luftspalt von C-förmig gebogenen Eisenkernen

2. Analoger elektrofluidischer Signalumformer beider Elektromagneten ein. Beide Elektromagneten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sind an dem Metallblock angeschraubt, der wieder Anker ^8, 10), von der Steuerwicklung (9) 20 derum auf einer Grundplatte aufgeschraubt ist. Dem umschlossen, an seinen über die Steuerwicklung freien Ende des Strahlrohres gegenüberliegend sind

(9) hinausragenden Enden rechtwinklig zur An- in einem in die Grundplatte eingesetzten Düsenteil kerrichtung liegende Fortsätze (4, 5, 6, 7) auf- zwei zylindrische Bohrungen in einer Ebene — der weist. Bewegungsebene des Strahlrohres — aber in spitzem

3. Analoger elektrofluidischer Signalumformer 35 Winkel zueinander angeordnet, die als Auffangdüsen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dienen.