DE2149006B2

DE2149006B2 - Stroemungsmittelbetriebener freistrahl-unterbrecherschalter

Info

Publication number: DE2149006B2
Application number: DE19712149006
Authority: DE
Inventors: Anthony Beltsville Kopera, Md. (V.StA.)
Original assignee: Bowles Fluidics Corp
Current assignee: Bowles Fluidics Corp
Priority date: 1970-10-02
Filing date: 1971-09-30
Publication date: 1973-06-07
Also published as: US3677276A; DE2149006A1; BE773318A; AT322877B; IT939436B; GB1369822A; FR2109863A5; CH531652A

Description

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Abta„tkanal 29 bzw. dessen Anschluß 15. Wird der Strahl nicht unterbrochen, ist der Druck im Abtastkanal 29 relativ hoch.

Wie aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich ist, zweigt von dem Einlaßkanal 17 ein Kanal 21 mit einem Strömungsmittehviderstand 23 ab. Nach diesem führt der Kanal 21 weiter zu einer Anströmdüse 25, die in den Spalt 11 ins Freie austritt und der Hauptdüie 19 genau gegenüberliegt.

In Richtung des der Anströmdüse 25 zugeführten Strömungsmittel«; bildet die Achse des an die Anströmdüse 25 anschließenden Abtastkanals 29 einen spitzen Winkel mit der Achse der Anströmdüse 25. Vorzugsweise beträgt der Winkel zwischen den Achsen etwa 30^r. Dabei befindet sich die an die Anströmdüse 25 anschließende Anschlußstelle des Abtastkanals 29 an einer Stelle stromaufwärts der Düsenaustrittsöffnung.

Das dem Einlaßkanal 17 zugeführte Strömungsmittel ist gefiltert und im wesentlichen frei von Fremdteilchen. Der Druck des zugeführten Strönungsiiiitteis iit derart gewählt, daß von der Hauptdüse 19 in Richtung auf die Anströmdüse 25 ein Freistrahl mit Staupunkt kurz vor der Anströmdüse abgegeben wird, wobei dieser Freistrahl im folgenden als Taststrahi bezeichnet wird. Gelangt in den Spalt 11 ein Gegenstand zwischen die Hauptduse 19 und die Anströmdüse 25. wie in Fig. 2 dargestellt ist, wird der Taststrahl vor der Öffnung der Anströmdüse 25 abgefangen (unterbrochen). Die Folge ist. daß über den Kanal 21 zugeführtes Strömungsmittel aus der Anströmdüse 25 in den Spalt 11 austreten kann, wobei das Strömungsmittel aus dem Abtastkanal über den Kanalabschnitt 29 injektorartig mitgerissen wird. Wenn also der Taststrahl durch einen Gegenstand in dem Spalt abgefangen (unterbrochen) wird, wird am Auslaß des Unterbrecherschalters ein relativ niedriger oder leicht negativer Druck gemessen.

Befindet sich jedoch in dem Spalt 11. wie in Fig. 3 veranschaulicht ist. kein Gegenstand, trifft der Taststrahl auf die aus der Anströmdüse 25 austretende Strömung. Der Strömungswiderstand 23 in dem Kanal 21 ist derart gewählt, daß der Druck des von dem Kanal 21 zu der Anströmdüst 25 fließenden Strömungsmitiels gleich oder etwas größer ist als der Druck des Taststrahles an oder unmittelbar vor der Öffnung der Anströmdüse.

Hierdurch wird verhindert, daß der Taststrahl (und damit auch von ihm mitgeführte Verunreinigungen) in die Anströmdüse 25 eintreten kann.

Das sich unmittelbar vor der Öffnung der Anströmdüse 25 einstellende Strömungsgleichgewicht zwischen den aufeinandertreffenden Strahlen bewirkt be' Abwesenheit eines Gegenstandes in dem Spalt 11 einen Rückstau in der Anströmdüse 25, woraufhin sich eine Sekundärströmung ausbildet, die über den Abtastkanal 29 in den anschließenden Kanal 27 gelangt. Die Folge ist, daß der Strömungsmitteldruck in dem Abtastkanal einen relativ hohen Wert annimmt.

Da verhindert wird, daß Strömungsmittel des Taststrahles in den Abtastkanal eindringt und sichergestellt ist, daß lediglich filtriertes Strömungsmittel (gefilterte Luft) in den Abtastkanal gelangt, ist die Möglichkeit einer Verschmutzung eines an den Abiastkanal angeschlossenen, nicht dargestellten, digitalen Strömungsmittelverstärkers weitgehend ausgeschlossen. Hierbei kann es sich z. B. um ein bekanntes, strömungsmittelbetriebenes OR/NOR-Element handeln.

Bei der Abmessung des Strömungsmittelwiderstan-006 /

des 23 ist die Lastaufnahme des an dem Abtastkana' angeschlossenen Strcmur.gsmitteherstärkers als auch der Druck des Taststrahles an der Öffnung der Anströmdüse in Rechnung zu stellen. Je höher der erforderliche Strömungsmitteldruck für den angeschlossenen Strömungsmittelverstärker ist, um so geringe.' ist der Druck der Strömung, die von dem Kanal 21 zu der Anströmdüse 25 gelangt. Wird der Druck dieser Strömung zu niedrig, gelangt der Taststrahl in die Anströmdüse 25 und weiter in den Abtastkanal 29. Benötigt der Strömungsmittelverstärker im Anschluß an den Abtastkanal einen höheren Strömungsmitteldruck als ursprünglich angenommen, muß der Querschnitt des Strömungsmittelwiderstandes vergrößert werden, damit die vorstehenden Schwierigkeiten ausgeschaltet sind.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer Spaltweite von 0.25 Zoll (6.35 mm) wurden folgende Abmessungen der S.^:umungsmittelwege als günstig ermittelt, die sämtlich einen rechteckigen Querschnitt aufwiesen:

Einlaßkanal 17.

Kanäle 21. 27 0.062" Breite ■ 0.062" Tiefe

(1.56 mm · 1.56 mm)
Strömungsmittelwiderstand 23 0.024" Breite · 0.028" Tiefe

(0.61 mm ■ 0.71 mm)
Hauptdüse 19 0.040" Breite ■ 0.040 Tiefe

(1.02 mm · 1.02 mm)
Anströmdüse 25 0,050" Breite ■ 0,040" Tiefe

(1.27 mm · 1.02 mm)
Abtastkanal 29 0.020" Breite · 0.040" Tiefe

(0.51 mm · 1.02 mm)

Die Kanäle, Düsen und der Ströi.iungimittelwiderstand können Vertiefungen in einer Platte 14 bilden, die durch eine Platte 12 abgedeckt ist.

Zu beachten ist, daß der Querschnitt 25' der Anströmdüse 25 etwas größer ist als der der Hauptduse 19. Hierdruch wird eine verbesserte Druckrückgewinnung des Taststrahles an der Öffnung der Anströmdüse 25 erreicht, was im Hinblick auf die Dispersion (Auseinanderströmung) des Taststrahles beim Durchströmen des Spaltes 11 von Vorteil ist. Eine verbesserte Druckrückgewinnung an der Öffnung der Anströmdüse ohne eine Vergrößerung des Abtastkanals 29 ist in Fig. 4 schematisch dargestellt. Hieraus wird deutlich, daß die Anströmdüse 25 stromaufwärts üer Eintntfsstelle des Abtastkanals 29 einen kleineren Querschnitt aufweist als stromabwärts von dieser Eintrittsstelle. Der größere Querschnitt 25' der Anströmdüse 25 wird durch eine Zurücksetzung des Wandabschnittes erreicht, durch den der Abtastkanal 29 hindurchtritt. Der Vorteil dieser Ausbildung besteht darin, daß der stromaufwärtige, geringere Querschnitt der Anströmdüse 25 einen relativ hohen Widerstand bildet und eine Rückströmung verhindert. Hierdurch .vird erreicht, daß ein stärkerer sekundärer Strömungsfluß in den Auslaßkanal gelangt.

Der Freistra'il-Unterbrecher nach der Erfindung ist durch die Wahl der Hauptdüse 19, der Anströmdüse 25 und des Abtastkanals sowie des Strömungsmittelwiderstandes 23 möglichst derart auszubilden, daß bei Abwesenheit eines Gegenstandes in dem Spalt durch den in Richtung auf die Anströmdüse strömenden Taststrahl aus der Anströmdüse im wesentlichen kein Strömungsmittel austritt, ohne daß jedoch der Tast-

strahl in die Anströmdüse tiefer einzudringen vermag. Das heißt, daß sich unmittelbar vor der Anströmdüse ein Strömungsgleichgewicht zwischen den entgegenströmenden Strahlen einstellt und das ü'^.r den Kanal 21 zugeführte Strömungsmittel im wesentlichen in den Abtastkanal 29 abgedrängt wird. Gelangt ein Gegenstand in den Spalt 11 und wird dabei der Taststrahl unterbrochen, so wird das Strömungsgleichgewicht vor der Anströmdüse gestört unu Strömungsmittel tritt aus der Anströmdüse 25 in den Spalt aus, wobei durch eine Injektorwirkurig zusätzlich Strömungsmittel aus dem Abtastkanal abgesaugt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Einflüsse gegenüber dem aus der Hauptdüse austre- Patentansprüche: tenden Freistrahl sich nicht wieder unmittelbar vor der Anströmdüse einstellt, sondern kurzzeitig in die Düsen-

1. Strömungsmittelbetriebener Freistrahl-Unter- öffnung hineinschwingt. Hierdurch können Fremdbrecherschalter mit zwei sich in einem vorgegebe- 5 teilchen in die Anströmdüse und die anschließenden nen Abstand gegenüberstehenden Düsen, von Kanäle hineingetragen werden, wodurch die Scnaltwelchen die eine (Hauptdüse) direkt und die andere sicherheit der bekannten Schalter über längere Zeit-(Anströmdüse) über einen Strörnungsmittelwider- räume in Frage gestellt ist.

stand an eine Strömungsmitteldruckquelle ange- Aufgabe der Erfindung ist es. einen Freistrahl-

schlossen und an der Änströmdüse hinter dem io Unterbrecherschalter der eingangs genannten Art so Strömungsmittelwiderstand, in Strömu lgs-ichtung auszubilden, daß sichergestellt ist, daß der Staupunkt gesehen, ein Abtastkanal, verbunden mit einem auch nicht kurzzeitig tiefer in die Anströmdüse hineindigitalen Strömungsmittelverstärker, angeordnet schwingt, so daß keinerlei Fremdteilchen aus dem Spalt ist, dadurch gekennzeichnet, daß, in. zwischen Haupt- und Anströmdüse in den Abtast-Richrung des von der Strömungsmitteldruckquelle 15 kanal mitgerissen werden können.
fliePenden Strör. ngsmittels gesehen, der Quer- Diese Aufgabe wird in der Weise gelöst, daß erfin-

schnitt der AnströmHüse (25) vor dem Abtastkanal dungsgemäß in Richtung des von der Strömungsmittel-(29) geringer ist als der Querschnitt (25') hinter druckquelle fließenden Strömungsmittels gesehen, der dem Abtastkanal (29) durch Zurücksetzen des bei Querschnitt der Anströmdüse vor dem Abtastkanal dem Abtastkanal (29) liegenden Wandabschnittes 20 geringer ist als der Querschnitt hinter dem Abtastkanal der Anströmdüse (25) zwisdiei, Abtastkanal und durch Zurücksetzen des bei dem Abtastkanal liegenden Mündung der Änströmdüse Wandabschnittes der Anströmdüse zwischen Abtast-

2. Strömungsmittelbetriebener Freistrahl-Unter- kanal und Mündung der Anströmdüse,
brecherschalter nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Durch diese Ausbildung der Änströmdüse wird in zeichnet, daß der Querschnitt der Anströmdüse 35 Verbindung mit dem Abtastkanal zweierlei erreicht. (25) größer als der Querschnitt der Hauptdüse (19) Zum einen vermag der aus der Anströmdüse austreist. tende Strahl vor allem an der dem Abtastkanal zuge-

3. Strömungsmittelbetriebener Γ-eistrahl-Unter- kehrten Wand der Anströmdüse auf Grund des bebrecherschalter nach Anspruch 1, dadurch gekenn- kannten Coandaeffektes besonders fest anzuhaften, zeichnet, daß die Achsen des Abtastl· .nals (29) und 30 so daß die eingangs erwähnten Staupunktschwingunder Änströmdüse (25) einen spitzen Winkel mitein- gen auch nicht zu einem kurzzeitigen Ablösen des ander einschließen. Strahles von der betreffenden Wand führen können.

Erst hierdurch kann sichergestellt werden, daß aucli nicht kurzzeitig Strömung ?us dern Spalt zwischen der

35 Haupt- und Anströmdüse in den Abta^tkanal abgedrängt wird.
Zum anderen wird hierdurch gegenüber dem Ab-

Die Erfindung betrifft einen strömungsmittelbetrie- tastkanal eine besonders hohe Injektorwirkung erzielt, benen Freistrahl-Unterbrecherschalter mit zwei sich in wenn der aus der Hauptdüse austretende Strahl untereinem vorgegebenen Abstand gegenüberstehenden 40 brechen ist. Erst damit kann ein sicheres Umschalten Düsen, von welchen die eine IHauptdüse) direkt und eines an den Abtastkanal angeschlossenen Strömungsdie andere (Anströmdüse) über einen Strömungsmittel- mittelverstärkers durch Staudrücke vor der Anströmwiderstand an eine Strömungsmitieldruckquelle ange- düse erreicht werden, ohne daß dabei eine Verschlossen und an der Anströmdüse hinter dem Strö- schmutzung des Strömungsmittelverstärkers durch in mungsmittehviderstand, in Strömungsrichtung gesehen, 45 den Abtastkanal hineingetragene Fremdteilchen beein Abtastkanal, verbunden mit einem digitalen Strö- fürchtet werden muß.
mungsmittelverstärker, angeordnet ist. Vo.ieilhafte Ausführungen der Erfindung sind den

Derartige Freistrahl-Unterbrecherschalter arbeiten Unteransprüchen zu entnehmen.

so, daß aus den beiden sich gegenüberliegenden Haupt- An Hand der Zeichnungen ist ein schematisches

und Anströmdüsen Freistrahlen austreten, die in dem 50 Ausführungsbeispiel der Erfindung nachstehend näher freien Raum zwischen den Düsen aufeinandertreffen erläutert,
und dort einen Staupunkt bilden. Der der Anström- Es stellt dar:

düse vorgt^- lialtete Strömungsmittelwiderstand ist da- Fig. 1 ein perspektivische Ansicht eines Freistrahl-

bei derart gewählt, daß si"h der Staupunkt unmittel- Unterbrecherschalters,
bar vor der Anströmdüse einstellt. 55 Fig. 2 und 3 eine Darstellung der Arbeitsweise des

Wird nun der aus der Hauptdüse austretende Frei- Unterbrechersclialters nach Fig. 1 und
strahl durch äußere Einflüsse, z. B. durch einen festen Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung der Anström-

Gegenstand oder durch einen quer auf den Freistrahl düse nach den Fig. 1 bis 3.

auftreffenden Freistrahl unterbrochen bzw. gestört, r-o Der in Fig. 1 dargestellte Freistrahl-Unterbrecher-

wird der aus der Anströmdüse austretende Freistrahl 60 schalter 10 besitzt im wesentlichen eine U-förmige durch den entgegenströmenden Freistrahl nicht mehr Gestalt, die einen Spalt 11 frei läßt. Ein unter einem oder in einem wesentlich geringeren Maße gestaut. Die Druck befindliches Strömungsmittel, z. B. Druckluft, Folge ist, daß der Druck im Anströmkanal beachtlich wird über den Anschluß 13 einem Einlaßkanal 17 sinkt und dadurch der an den Anströmkanal ange- zugeführt, an den eine Hauptdüse 19 anschließt, über schlossene Verstärker zum Ansprechen gebracht wird. 65 die der Strahl in den Spalt 11 austritt. Wie nachstehend

Nachteilig ist jedoch bei den bekannten Schaltern mehr im einzelnen beschrieben ist, führt eine Unterder <:vigangs genannten Art, daß der Staupunkt nach brechung des; Strahles durch einen Gegenstand in dem der Entfernung bzw. nach dem Ausbleiben der äußeren Spalt 11 zu einem relativ niedrigen Druck in einem