DE2120076C3 - Elektrofluidischer Wandler - Google Patents

Description

dung fotochemischer Ätzmethoden heranzuziehen, die besonders gut geeignet sind, selbst komplizierte Formgebilde sehr genau und mit geringem Aufwand auszuführen.

Eine besonders vorteilhafte Absgestaltung des Magneten ergibt sich, wenn je zwei Fortsätze links und rechts des Ankers des Magneten durch je ein Weicheisenjoch magnetisch verbunden werden und wenn jedes Weicheisenjoch mit je einem Pol eines die Steuerwicklung umgreifenden Permanentmagneten zusammenarbeitet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Diese zeigt in

F i g. 1 einea elektrofluidischen Signalumformer,

F i g. 2 drei Lamellen, die aufeinandergelegt einen elektrofluidischen Signalumformer bilden.

Der dargestellte elektrofluidische Signalumformer besteht aus drei aufeinandergelegten Lamellen, einer mittleren Lamelle 1 und zwei abdeckenden Lamellen 2, 3. Alle Lamellen und damit äer elektrofluidische Signalumformer haben die gleiche Außenkontur· Ein längliches Rechteck mit gerundeten Schmalseiten. Oberhalb und unterhalb des den Anker bildenden Mittelteils, der um rasche magnetische Sättigung zu erhalten, nur aus zwei sehr schmalen Stegen 8 besteht, deren Breite allein durch die erforder liehe mechanische Festigkeit bestimmt ist, sind an den langen Seiten des elektrofluidischen Signalumformers rechteckige, nach außen vorspringende Fortsätze 4, 5, 6, 7 angeordnet. (Die Begriffe »oberhalb« und »unterhalb« werden in diesem Zusammenhang hier auf den in F i g. 1 dargestellten elektrofluidischen Signalumformer bezogen.) Zwischen den Fortsätzen ist um die Stege 8 die Steuerwicklung 9 des Elektromagneten gewickelt. Innerhalb der Stege 8 ist ein Teil 10 des Elektromagneten angeordnet, der durch zwei im wesentlichen parallel zur Symmetrieachse des elektrofluidischen Signahimformers verlaufende Einschnitte 11 gebildet ist. Die Einschnitte 11 gehen von einem im oberen Endbereich im elektrofluidischen Signalumformer angeordneten Durchbruch 12 aus. Das Teil 10 bildet zusammen mit den Stegen 8 den Anker. Um das einseitig fest eingespannte Teil 10 elastisch leicht bewegbar zu machen, ist sein wirksamer Querschnitt an der Einspannung verringert und der so geschwächte, leicht biegbare Bereich verlängert worden. Dies geschieht dadurch, daß die Einschnitte 11 in ihrem innersten Bereich rechtwinklig auf die Symmetrieachse zu abknicken und sich als senkrecht zur Symmetrieachse verlaufende Einschnitte 13 bis in zwei innerhalb der Einschnitte 11 aber parallel zu diesen verlaufende Schlitze 14 erstrecken.

An seinem freien, aus der Steuerwicklung herausragenden Ende ist das Teil 10 mit klauenartigen Vorsprüngen 15 versehen, die mit entsprechenden Ausnehmungen 16 an den dem Teil 10 zugewandten Innenseiten der Kerntortsätze 4, 5 zusammenarbeiten, indem sie in diese eintauchen. Zwischen dem Teil 10 und den diesem zugewandten Innenseiten der Kernfortsätze befindet sich ein Arbeitsluftspalt des Elektromagneten.

Je zwei Fortsätze links 4; 6 und rechts 5; 7 des Ankers 8, 10 und damit der Symmetrieachse des elektrofluidischen Signalumformers sind durch je ein Weicheisenjoch 17' magnetisch verbunden. Die oberen Fortsätze 4, 5 berühren die Pole des Weicheisenjochs 17', während zwischen den unteren Fortsätzen 6. 7 und den einsprechenden Polen des Weicheisenjochs ein Luftspalt 18, 19 als Pendant zu dem genannten Arbeitsluftspalt klafft. Jedes Weicheisenjoch 17' arbeitet mit je einem Pol eines die Steuerwick- !ung 9 umgreifenden Permanentmagneten 17 zusammen. Dabei berührt jeder Schenkel des hufeisenförmig gebogenen Permanentmagneten mit seiner ganzen Breite das Weicheisenjoch auf seiner ganzen Länge.

ίο Aus F i g. 2, in der die drei den elektrofluidischen Signalumformer bildenden Lamellen in einer sogenannten »Sprengzeichnung« dargestellt sind, wird der fluidische Verstärkerteil des elektrofluidischen Signalumformers ersichtlich.

In der mittleren Lamelle 1 sind kanalartige Ausnehmungen als Schlitze angeordnet. Zusammen mit den abdeckenden Lamellen 2, 3, die auf der ganzen Oberfläche druckdicht mit der mittleren Lamelle 1 verbunden sind, werden geschlossene, rohrförmige

ao Strömungskanäle als Leiter für das Betriebsmedium gebildet. So ist im unteren Teil der Lamelle 1 eine Zuführungsbohrung 20 angeordnet, von der ein Kanal ausgeht, der das auf der Symmetrieachse des elektrofluidischen Signalumformers im Teil 10 ver-

laufende Strömungsmittelrohr 21 bildet. Das obere, freie Ende des Strömungsmittelrohres 21 ist als Düse 22 ausgcbiidet und öffnet sich in den von dem Durchbruch 12 gebildeten Raum. Der Düse 22 gegenüber sind zwei durch einen Strömungsmittelteiler

getrennte Ausgangskanäle 23, 24 angeordnet, welche als Diffusoren ausgebildet sind. Die Diffusoren gehen am Ende in Anschlußbohrungen 25, 26 über. Sämtliche Bohrungen sind bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel — ebenso wie zwei Befesti-

gungsbohrungen 27, 28 — als den elektrofluidischen Signalumformer durchsetzende Bohrungen ausgebildet, die damit in allen Lamellen 1, 2, 3 angeordnet sind.

Der vom Durchbruch 12 gebildete Raum ist mit einer Rücklaufleitung zum Tank bzw. mit der freien Atmosphäre verbunden.

Ein ankommendes elektrisches Signal wird vom elektrofluidischen Signalumformer derart in ein analoges fluidisches Signal umgewandelt, daß das Teil

10 des Elektromagneten mit dem Strömungsmittelrohr 21 entsprechend dem die Steuerwicklung 9 durchfließenden elektrischen Strom ausgelenkt wird. Im fluidischen Verstärkerteil, dessen Steuerorgan das Teil 10 ist, wird durch die mechanische Stellbewegung der aus dem Strömungsmittelrohr 21 über die Düse 22 austretende Mediumstrahl entsprechend der Auslenkung des Steuerorgans mehr auf den linken Ausgangskanal 24 geleitet, wodurch das fluidische Differenzdruck-Ausgangssignal entsteht.

Die Wirkungsweise des Magneten im einzelnen ist folgendermaßen: Der Permanentmagnet 17 erzeugt einen von seinem Nord- zu seinem Südpol verlaufenden Fn-egerfluß 29, 29' im elektrofluidischen Signalumfon.,j.r über das linke Weicheisenjoch 17', den Fortsatz 4, den linken zwischen Fortsatz und Teil 10 befindlichen Arbeitsluftspalt, das Teil 10, den rechten Arbeitsluftspalt, über den Fortsatz 5 und das rechte Weicheisenjoch 17'. Im unteren Teil des elektrofluidischen Signalumformers verläuft der Erregerfluß über das linke Weicheisenjoch 17', den Ruheluftspalt 18, die Fortsätze 6, 7, den Ruheluftspalt 19 und das rechte Weicheisenjoch 17'. In der neutralen Mittelstellung des Teils 10 weisen die Ruheluftspalte

18, 19 einen gleichgroßen magnetischen Widerstand auf, wie die zwischen Teil 10 und den entsprechenden Fortsätzen 4, 5 angeordneten Arbeitsluftspalte.

Fließt nun durch die Steuerwicklung 9 ein Steuerstrom — das ankommende elektrische Signal — so erzeugt dieser einen magnetischen Steuerfluß 30, 30'.

Die zwischen dem Teil 10 und den oberen Fortsätzen 4, 5 befindlichen Arbeitsluftspalte, innerhalb derer sich das Teil 10 bewegen kann, werden also von der Summe von Erreger- und Stcuerfluß durchströmt. Da die beiden magnetischen Flüsse im linken Arbeitsluftspalt einander entgegengesetzt sind, im rechten sich addieren, resultiert auf das Teil 10 eine dieses nach rechts auslenkende Kraft. Ändert der Steuerstrom nun seine Richtung, so ändert sich die Richtung des Steuerflusses 30, 30' und damit auch die Kraftrichtung bzw. die Auslenkung des Teils 10.

Die Anordnung der klauenartigen Vorsprünge 15 am Teil 10 bzw. der damit zusammenarbeitenden Ausnehmungen 16 an den Fortsätzen hat den Zweck, die magnetische Anzugskraft unabhängig von der Auslenkung zu machen. Die jeweilige Auslenkung des Teils IC ist also nur abhängig von der Höhe und Richtung des Steuerstromes.

Dem fluidischen Verstärkerteil 1 wird über die Zuführungsbohrung 20 ein gasförmiges oder flüssiges Medium zugeführt, das unter einem bestimmten Speisedruck steht. Nach Durchströmen des Strömungsmittelrohres 21 wird die im Medium enthaltene Druckenergie beim Durchgang des Mediums durch die Düse 22 weitgehend in kinetische Energie umgesetzt.

Wenn sich das Teil 10, das Steuerorgan des fluidischen Teils, in seiner Ruhelage befindet, wird der aus der Düse 22 austretende Mediumstrahl zu gleichen Teilen den linken 23 und den rechten 24 Ausgangskanal treffen. In den als Diffusoren ausgebildeten Kanälen wird aus der kinetischen Energie wieder Druckenergie zurückgewonnen; d. h., es entsteht bei Ruhelage des Teils 10 in beiden Diffusoren der gleiche Druck. Das an den Anschlußbohrungen 25, 26 entstehende Differenzdruck-Ausgangssignal ist also Null. Wird das Teil 10 nun in einer Richtung ausgelenkt, so wird der dann dem freien Ende des Strömungsmittelrohrcs 21, also der Düse 22 gegenüberliegende Ausgangskanal mehr vom Strahl getroffen, so daß sich dort dann ein höherer Druck als in dem anderen Ausgangskanal ausbildet. Die Höhe des sich jeweils einstellenden Drucks hängt davon ab, wie stark der jeweilige Ausgangskanal vom Mediumstrahl getroffen wird. Das Differcnzdruck-Ausgangssignal ist also direkt proportional der Auslenkung des Teils 10 und damit auch dem Eingangssignal, d. h. dem Steuerstrom.

Wird an den Anschlußbohrungen 25, 26 kein Medium verbraucht, so strömt die aus der Düse 22 austretende Menge aus dem vom Durchbruch 12 gebildeten Raum, der natürlich durch nicht dargestellte Abdeckplatten auch gegen die Atmosphäre abgedichtet werden kann, zum Tank bzw. in die Atmosphäre ab.

Bei einem anderen, einfacheren Ausführungsbeispiel des elektrofluidischen Signalumformers ist auf die Ausbildung der klauenförmigen Vorsprünge 15 und die Anordnung entsprechender Ausnehmungen 16 verzichtet worden, so daß die Arbeitsluftspalte durch ebene Flächen — wie die Ruheluftspalte 18, 19 — begrenzt werden. Dieser mit einem etwas einfacher ausgebildeten Magneten versehene elektrofluidische Signalumformer führt aber dennoch zu brauchbaren Diffcrenzdruck-Ausgangssignalen. Besonders gut eignet er sich, wenn nur digitale Ausgangssignale notwendig sind.

Um einen Magneten mit besonders guten magnetischen Eigenschaften zu erhalten, ist ein weichmagnetischcr Werkstoff, z.B. Weicheisen, besonders vorteilhaft.

Natürlich kann der elektrofluidische Signalumformer, wenn z.B. größere Strömungsquerschnitte gefordert werden, auch aus einer größeren Anzahl von Lamellen aufgebaut werden als die hier beschriebenen Ausführungsformen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

1 2 Patentansprüche: gespannten, elastischen Strömungsmittelrohr, dessen

1. Analoger elektrofluidischer 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 Memelle (1) und die Ausgangskanäle (23 bis 26) in tallplatte angeordnet Die Metallplatte arbeitet mit dem aus dünnen Lamellen (1 bis 3) bestehenden 15 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) ao 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 Verrichtung 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 »5 Winkel zueinander angeordnet, die als Auffangdüsen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dienen.

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 zusamdestens einer Lamelle (1) gebildet sind, welche mengesetzt ist. Die Einzelteile müssen mit großer Gedurch beidseitige Decklamellen (2, 3) abgedichtet 30 nauigkeit gefertigt werden; ihr Zusammenbau erforsind. dert genaue und zeitraubende Justierarbeiten. Der Si-

4. Analoger elektrofluidischer 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 elekirofluidischer 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, ebenmungsmittelrohres (21) parallel dazu und ge- falls lamellierten, Steuerkanäle enthaltenden Teil trennt davon verlaufende Schlitze (14) erstrek- 45 aufweist. Auch dieses Ventil ist aus vielen Einzelteiken, 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- 50 elektrofluidischen Signalumformer zu schaffen, der erwicklung (9) herausragenden Ende mit klauen- billig herzustellen ist, dabei aber — auch im Dauerartigen Vorsprüngen (IS) 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 ermögdischen Signalumformer mit einem einseitig fest ein- licht es außerdem, zu deren Herstellung die Verwen-