DE2153877C3

DE2153877C3 - Turbulenzverstärker

Info

Publication number: DE2153877C3
Application number: DE2153877A
Authority: DE
Inventors: George B. Lake Forest Ill. Richards (V.St.A.)
Original assignee: Fluid Device Corp Highland Park Ill (vsta)
Current assignee: Fluid Device Corp Highland Park Ill (vsta)
Priority date: 1970-10-30
Filing date: 1971-10-28
Publication date: 1981-02-26
Also published as: JPS6038563B2; NL172982B; NL7113764A; DE2153877A1; DE2153877B2; AU465009B2; FR2111973B1; ZA716464B; JPS5749764B1; NL172982C; JPS57161308A; BE774095A; FR2111973A1; CA936806A; US3703907A; GB1344302A; AU3408771A; CH527372A; IT940975B

Description

Die Erfindung betrifft einen Turbulenzverstärker laut Oberbegriff des llaiiptanspniches. «

Turbulenzverstärker dieser Art sind bekannt (Töpfer. Schrepel, Schwarz: Pneumatische Bausteinsysteme der Digitaltechnik 1967 Seiten 15 bis 18). Bei diesen bekannten Turbulenzverstärker wird die Druckänderung in der Fangdüse beim Übergang von laminarer ^W) Strömung zu turbulenter Strömung als Ausgangssignal ausgenutzt. Diese Druckänderung ist relativ gering und die bekannten Turbulenzverstärker sind daher auch relativ unempfindlich und störanfällig.

Es ist Aufgabe der firfindung, die Empfindlichkeit ^h'' eines Turbulenz.verstärkers dieser Art zu verbessern.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Turbulenzverstärker laut Oberbegriff des Hauptanspruches durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Beim erfindungsgemäßen Turbulenzverstärker wird nicht nur die Druckänderung des Strahles in der Fangdüse beim Obergang von laminarer zu turbulenter Strömung als Ausgangssignal ausgenutzt sond :rn durch die zusätzliche Führungswand wird erreicht daß gleichzeitig auch noch der turbulente Strahl in der Fangdüse abgelenkt wird. Solange die laminare Strömung anhält wird der Fangdüse in bekannter Weise der gesamte Strahl zugeführt Wenn die laminare Strömung in die turbulente Strömung übergeht wird schlagartig auch der Strahl abgelenkt und es gelangt überhaupt keine Flüssigkeit mehr zur Fangdüse. Das Ausgangssignal wird beim erfindungsgemäßen Turbulenzverstärker also zwischen Strömung = 0 und Strömung = Maximum umgeschaltet was eine maximal mögliche Druckänderung bedeutet. Ein erfindungsgemäßer Turbulenzverstärker ist daher wesentlich empfindlicher und es werden mit Sicherheit Fehlsteuerungen vermieden, er kann auch wesentlich universeller für die verschiedenartigsten Anwendungsfälle eingesetzt werden. Besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, einen solchen Turbulenzverstärker als Pegelfühler einzusetzen.

Es sind an sich Flüssigkeitsverstärker bekannt, die mit Strahlablenkung arbeiten. Hierbei wird jedoch nicht der Übergang von laminarer Strömung zu turbulenter Strömung als Steuergröße ausgenutzt Mit diesen Ablenkverstärkern ist der erfindungsgemäße Turbulenzverstärker daher nicht unmittelbar vergleichbar.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 perspektivisch eine bevorzugte Ausführungsform eines flüssigkeitsgesteuerten Verstärkers;

F i g. 2 in einer perspektivischen Teilansicht eine abgeänderte Ausführungsform der Steuereinrichtung des flüssigkeitsgesteuerten Verstärkers nach Fig. 1;

F i g. 3a und 3b jeweils in einem Schnitt längs der Linie 3a-3a in F i g. I das Betriebsverhalten des flüssigkeitsgesteuerten Verstärkers nach Fig. 1 bei seiner Verwendung in einem Flüssigkeitsbehälter;

F i g. 4 teilweise schematisch und teilweise im Schnitt einen flüssigkeitsgesteuerten Verstärker ähnlich demjenigen nach Fig. I. der jedoch so ausgebildet ist, daß er als flüssigkeitsgesteuerter Oszillator arbeitet;

F i g. 5 in einer teilweise weggebrochen gezeichneten perspektivischen Darstellung eine weitere Ausführungsform der Erfindung;

F i g. 5a bis 5c in Querschnitten längs der Linie 5a-5a in F i g. 5 das Betriebsverhalten des flüssigkeitsgesteuert ten Verstärkers beim Fühlen der .Standhöhe einer Flüssigkeit in einem Behälter;

F i g. 6 in einer teilweise weggebrochen gezeichneten perspektivischen Darstellung eine weitere Ausführungsform der Erfindung;

F i g. 6a bis 6c in Querschnitten längs der Linie 6a-6a in Fig. 6 das Betriebsverhalten des Verstärkers nach F i g. 6 für den Fall seiner Verwendung als Vorrichtung zum Fühlen der Standhöhe einer Flüssigkeit;

Fig. 7 in einem senkrechten Schnitt eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit einer Betätigungseinrichtung, die durch den flüssigkeiisgesteuerten Verstärkernach Bedarf betätigt werden kann;

Fi g. 7a einen Schnitt längs der Linie 7«7-7a in Fig. 7;

Fig.7b in einer Fig.7 ähnelnden Darstellung das Betriebsverhalten des Verstärkers nach F i g. 7.

Der flüssigkeitsgesteuerte Verstärker 20 umfaßt eine gemeinsame Einlaß- und Auslaß- Kopfkonstruktion 22, s die mit einer Einlaßflüssigkeitsdruckleitung 24 und einer Auslaßflüssigkeitsdruckleitung 26 verbunden ist Das untere Ende des Kopfstücks 22 ist mit Außengewinde versehen, damit es mit abdichtender Wirkung in eine Gewindeöffnung eines Druckbehälters eingeschraubt ι ο werden kann. Der Verstärker 20 umfaßt ferner eine Einlaßanordnung in Form einer Rohrleitung 28, die mit der Einlaßdruckleitung 24 durch die Kopfkonstruktion 22 verbunden ist Das untere Ende der Einlaßleitung 28 ist unter einem Winkel von 180° so gekrümmt, daß ein Flüssigkeitshauptstrom einer Auslaßanordnung 30 zugeführt werden kann, die gleichachsig mit dem Einlaßkanal, jedoch in einem Abstand davon angeordnet ist. Im vorliegenden Fall umfaßt die Auslaßanordnung eine Rohrleitung 30, die durch das Kopfstück 22 mit einer Auslaßrohrleitung 26 verbunden ist, welche ihrerseits an eine nicht dargestellte Betätigungs- oder Steuervorrichtung angeschlossen ist Natürlich kann die Auslaßanordnung eine Betätigungs- oder Steuervorrichtung umfassen, die in der Nähe des aus der Einlaßleitung 28 austretenden Flüssigkeitsstroms angeordnet ist während im Gegensatz hierzu bei der Ausführungsform nach F i g. 1 die Steuer- oder Betätigungsvorrichtung an einer entfernten Stelle angeordnet ist, wobei ihr das Flüssigkeitsdrucksignal über di° Leitungen 30 und 26 zugeführt wird.

Wie aus F i g. 1 ersichtlich, hat das Bauteil 32 eine sich glockenförmig erweiternde Mündung, die der Auslaßleitung 30 zugewandt ist sowie eine Zugangsöffnung 32a die zu dem Flüssigkeitshauptstrom führt und sich durch Js die Seitenwand des Bauteils 32 erstreckt. Bei der Ausführungsform nach F i g. I hat die Zugangsöffnung 32a die Form einer in der Seitenwand des Bauteils 32 ausgebildeten waagerechten zylindrischen Bohrung. Es wurde jedoch festgestellt daß eine zweckmäßige Zugangsöffnung auch in der verschiedensten Weise anders ausgebildet sein kann. Eine der überraschendsten Alternativen besteht gemäß F i g. 2 darin, daß es möglich ist, einer Teil der Seitenband des Bauteils 32 derart wegzuschneiden, daß ein vollständiger Umfang'· abschnitt des Flüssigkeitshauptstroms zugänglich gemacht wird. Abgesehen von dem beschriebenen Ausschnitt kann das Bauteil 32 nach F i g. 2 ebenso ausgebildet sein wie das Bauteil 32 nach Fig. I. In der Praxis kann das Bauteil 32 nach F i g. 2 als Formstück w ausgebildet sein, d. h, seine Wand wird nicht mit einem Ausschnitt versehen, sondern dieser Ausschnitt entsteht lediglich durch <?as Fortlassen von Werkstoff an der betreffenden Stelle. Ferner hat es sich gezeigt, daß !.ich der fortgelassene Teil der Wand vorzugsweise nicht « über mehr als 25% bis 30% des Umfangs der Wand erstrecken darf, wenn ein einwandfreies Arbeiten des Verstärkers gewährleistet werden soll.

Weitere Einzelheiten der Konstruktion der Steuereinrichtung und der Wirkungsweise des Verstärkers 20 w> sind aus Fig.3a und 3b ersichtlich. Gemäß Fig.3a ist das untere Ende des Bauteils 32 mit einer zentralen Bohrung versehen, die mit enger Passung das benachbarte Ende der Einlaßrohrleitung 28 aufnimmt. Aus Gründen der Zweckmäßigkeit ist eine düsenähnli- *>'"· ehe öffnung zum Abgrenzen des Hauptstroms in Form einer einen kleineren Durchmesser aufweisenden zentralen Bohrung vor kreisrundem Querschnitt in dem Bauteil 32 ausgebildet Diese enge Bohrung des Bauteils 32 dient dazu, einen im wesentlichen laminaren Flüssigkeitshauptstrom zu erzeugen, dessen Querschnittsform und Querschnittsfläche der Querschnittsform und Querschnittsfläche der Düse entspricht; der durch die Bohrung erzeugte Hauptstrom bewegt sich längs einer vorbestimmten Achse in Richtung auf die gleichachsig mit der Bohrung angeordnete Auslaßleitung 30.

Das Bauteil 32 umfaßt einen Wandabschnitt 326, der gegenüber dem Flüssigkeitshauptstrom um eine vorbestimmte Strecke seitlich nach außen versetzt ist und den Hauptstrom mindestens teilweise umgibt Die Wand 326 beginnt an einer äußeren Stufe nahe dem Ende der Bohrung oder Düse im unteren Ende des Bauteils 32. Von diesem Punkt aus erstreckt sich die Wand 326 nach oben über einen Teil ihrer Länge als eine zylindrische Wand, die sich dann allmählich nach außen zu einer glockenförmigen Mündung erweii.; i. Die geometrische Form der Wand 326 kann je nach de: j Verwendungszweck des Verstärkers, dem gewünschten Betriebsverhalten und dergleichen abgeändert werden. Beispielsweise kann der Flüssigkeitsstrahl eine rechteckige Quer chnittsform erhalten, und in diesem Fall erhält die Wand 326 eine entsprechende Form.

Während des Betriebs des Verstärkers erzeugt die düsenähnliche öffnung im unteren Abschnitt des Bauteils 32 einen zylindrischen laminaren Hauptstrahl, der sich längs einer Achse bewegt die mit der Achse einer einen kleineren Durchmesser aufweisenden zentralen Düse in dem Auslaßkanal 30 zusammenfällt. Der hierbei in dem Auslaßkanal 30 erzeugte Flüssigkeitsdruck kann als Signal benutzt werden, um ein druckempfindliches Ventil oder eine andere Steuervorrichtung bekannter Art zu betätigen, laniit in der schon erläuterten Weise eine vorbestimm e Steuerfunktion durchgeführt wird. Der Hauptstrahl fährt fort, in der beschriebenen Weise zu strömen, bis über die Zugangsöffnung 32a ein Störsignal zugeführt wird, um zu bewirken, daß der Flüssigkeitshauptstrom aus seinem normalen laminaren Strömungszustand in einen im wesentlichen turbulenten Strömungszustard übergeht, und da3 er eine Querschnittsfläche einnimmt, die erheblich größer ist als diejenige des ursprünglichen Hauptstroms. In dieser Beziehung wurde festgestellt, daß das Verhältnis zwischen den Abmessungen des turbulenten Hauptstroms und der Wand bewirkt daß im wesentlichen verhindert wird, daß Luft oder ein anderes sekundäres Fluid zwischen der Wand und dem Hauptstrom nach unten strömt, um das Fluid zu ersetzen, das durch den Hauptstrom nahe dem Einlaß millet issen wird. Infolgedessen baut sich zwischen dem turbulenten Hauptstrom und der Wand 326 und insbesondere an dem der Zugangsöffnung 32a gegenüberliegenden Teil der Wand 326 ein Unterdruck auf. Dieser Unterdruck bewirkt, daß der Hauptstrom gegenüber seiner zentralen Achse umgelenkt wird und sich an die Führungsflächeder Wand 326anlegt.

Ein Störsignal der genannten Art tritt 1. B. dann auf, wenn die Standhöhe der Flüssigkeit in einsffi Behälter oder dergleichen ansteigt, bis der Flüssigkeitsspiegel die Zugangsöffnung 32a mindestens teilweise überlappt. Es hat sich gezeigt, d*Q die genaue Standhöhe, bei welcher der Übergang aus einer laminaren Strömung in eine turbulente Strömung erfolgt, bei einem gegebenen Verstärker sehr scharf ausgeprägt ist, und daß man ihn bei jeder Verstärkerkonstruktion empirisch ermitteln kann.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 1 hat es sich gezeigt, daß der Flüssigkeitshauptstrom seinen laminaren Strömungszustand bei allen Standhöhen der Flüssigkeit in dem Behälter beibehält, die unter der Zugangsöffnung liegen, und sogar nach oben bis zu dem in F i g. 3a gezeigten Punkt, bei dem ein großer Teil der Zugangsöffnung durch die Flüssigkeit verschlossen ist. Wenn jedoch gemäß Fig.3b die Standhöhe der Flüssigkeit bis zu einem Punkt ansteigt, der kurz über der Oberkante der Zugangsöffnung 32a liegt, geht der Flüssigkeitshauptstrom plötzlich in eine turbulente Strömung über, und der Hauptstrom legt sich analog dem bekannten Coanda-Effekt an den Führungsflächenteil der Wand 326 an.

Bei einer praktisch ausgeführten Konstruktion hatte die zentrale Bohrung des Bauteils 32 zum Abgrenzen des laminaren Hauptstroms ebenso wie die Düse in der ihr gegenüberliegenden Auslaßanordnung 30 einen Durchmesser von etwa 2,4 mm. Der Durchmesser des unteren Teils der Wand 326 betrug etwa 3,2 mm, und diese Wand erweiterte sich in der in Fig.3a gezeigten Weise allmählich nach oben und außen bis auf einen Durchmesser von 6,35 mm. Bei den angegebenen Abmessungen und bei einem Flüssigkeitsdurchsatz des Verstärkereinlasses von etwa 3,8 ltr/min wurde im Ruhezustand ein Drucksignal von etwa 0,7 atü am Auslaß erzeugt. Wenn dagegen der Hauptstrom gegenüber der Achse des AuslaBkanals 30 umgelenkt wurde, ging der Signaldruck in dem Auslaß plötzlich auf Null zurück.

Somit arbeitet diese Ausfuhrungsform im echten Sinne digital, und ein sehr erwünschtes Merkmal dieser Ausführungsform besteht darin, daß sie auf das Erreichen einer einzigen bestimmten Standhöhe der Flüssigkeit in dem Behälter anspricht. Ferner hat es sich überraschenderweise gezeigt, daß ein einfaches Verschließen oder Verdecken der Zugangsöffnung 32a keinen Einfluß auf die Art oder die Richtung des Strömens des Flüssigkeitshauptstroms ausübt. Mit anderen Worten, ein Öffnen und Schließen der Zugangsöffnung 32a hat praktisch keinen Einfluß auf die üroue des an aem Auslaß M erscheinenden Hüssigkeitsdrucksignals. Ein weiteres neuartiges Merkmal des Betriebsverhaltens dieses Verstärkers besteht darin, daß sich der Hauptstrom an einen Teil der Wand 32 anlegt, der der Zugangsöffnung 32a gegenüberliegt.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 1 hat der Übergang die Wirkung, daß das Strömen des sekundären Fluids längs der Wand 326 nach unten zu einem Punkt nahe der Basis des Hauptstroms zum Ersetzen des durch den Hauptstrom mitgerissenen Fluids erheblich verzögert wird. Infolgedessen besteht eine Neigung dazu, daß sich nahe der Basis des Hauptstroms ein Unterdruck aufbaut, doch spielt sich dieser Vorgang auf der der Zugangsöffnung gegenüberliegenden Seite des Hauptstroms schneller ab, da sich die Flüssigkeit und ein kleiner Teil des sekundären Fluids mindestens teilweise dem auf dieser Seite des Stroms erzeugten Unterdruck anpassen können. Daher wird der Hauptstrom stets in Richtung auf eine Führungswand abgelenkt, die von der Zugangsöffnung 32a durch einen Winkelabstand von etwa 180° getrennt ist

Der Orientierung des Verstärkers 20 gegenüber der Oberfläche der Flüssigkeit in dem Behälter kommt bezüglich seiner Wirkungsweise keine kritische Bedeutung zu; wenn der Verstärker dazu dient, die Standhöhe der Flüssigkeit zu fühlen, ist es jedoch vorzuziehen, den Verstärker so anzuordnen, daß er sich annähernd im rechten Winkel zum Flüssigkeitsspiegel erstreckt Außerdem arbeitet der Verstärker 20 grundsätzlich ähnlich, wie es soeben beschrieben wurde, wenn mar den Verstärker in dem Behälter in umgekehrter Lage Ί anordnet, d. h„ so, daß die Einlaßleitung 28 über dem Flüssigkeitsspiegel liegt und die Auslaßleitung daruntei angeordnet ist. Eine ähnliche Wirkung läßt sich auch erzielen, wenn man das Bauteil 32 mit dem freien Ende der Rohrleitung 30 verbindet und die Flüssigkeit in det

in entgegengesetzten Richtung durch den Verstärket strömen läßt.

Ein Störsignal kann dem Flüssigkeitshauptstrom auch auf andere Weise zugeführt werden als durch die Verlagerung eines Flüssigkeitsspiegels in einem Behäl-

>^r> ter. Ein Beispiel für eine solche Anordnung bildet der in F i g. 4 dargestellte flüssigkeitsgesteuerte Verstärker Dieser Verstärker ähnelt grundsätzlich dem anhand von F i £ 1 hp«-hriehenen Fr Ut mit einem F.inlaßkanal 42 versehen, dessen Ende in einer Aufnahmebohrung eines

-"> ringförmigen Bauteils 44 angeordnet ist Das Bauteil 44 weist eine Bohrung von kleinerem Durchmesser auf, die gleichachsig mit dem Einlaßkanal 42 angeordnet ist und eine zylindrische Düse bildet, die dem Flüssigkeitshauptstrom die gewählte Querschnittsform verleiht. Eine

-'' Bohrung 44a, die sich durch die Seitenwand des Bauteils 44 erstreckt, bildet die Zugangsöffnung, über die dem Hauptstrom das Störsignal zugeführt wird. Ein innerer Wandabschnitt 446 des Bauteils 44 ist in unmittelbarer Nähe der Einlaßdüse für den Flüssigkeitshauptstrahl

i» nach außen abgestuft und erstreckt sich über eine kurze

Strecke als zylindrischer Kanal, der sich dann allmählich

nach außen zu einer konischen oder glockenförmigen

Mündung erweitert. Die Einrichtung zum Zuführen des Störsignals zu dem

" Verstärker 40 ist so ausgebildet, daß sie den Verstärker veranlaßt, als flüssigkeitsgesteuerter Oszillator zu arbeiten. Zu diesem Zweck ist das untere Ende einer Rohrleitung 46 in die Zugangsöffnung 44a eingebaut, und das obere Ende dieser Rohrleitung ist über ein

^w Zumeßventil 41 mit einem Flüssigkeitsbehälter 48 oder dergleichen verbunden. Mit Hilfe des Zumeßventiis 41 werden einzelne getrennte 1 eilmengen oder Iropten einer Flüssigkeit aus dem Behälter 48 dem Flüssigkeitshauptstrom zugeführt, wie es in F i g. 4 dargestellt ist, wo getrennte Tropfen von dem Zumeßventil 41 aus durch die Rohrleitung 46 zu dem Hauptstrom gelangen. Wie in Fig.4 schematisch angedeutet, führt das Auftreffen eines Tropfens auf den Hauptstrom dazu, daß der Hauptstrom plötzlich aus der laminaren Strömung in eine turbulente Strömung übergeht was zur Folg hat, daß sich der Hauptstrom an den der Rohrleitung 46 gegenüberliegenden Teil der Seitenwand 446 des Bauteils 44 anlegt und daher gegenüber seinem normalen geraden Strömungsweg abgelenkt wird. Die in F i g. 4 durch die Strecke χ bezeichneten Abstände zwischen den durch die Rohrleitung 46 herabfallenden Tropfen bestimmen die Schwingungsfrequenz des Verstärkers 40. Für den Fachmann liegt es auf der Hand, daß man auch andere Arten von Störsignalen verwenden kann, um die verschiedenen hier beschriebenen Verstärker zu triggern.

In Fig.5 ist ein flüssigkeitsgesteuerter Verstärker dargestellt der allgemein dem in F i g. 1 gezeigten ähnelt bei dem jedoch der Flüssigkeitshauptstrom keine kreisrunde, sondern eine rechteckige Querschnittsform hat Der Verstärker 50 umfaßt zwei schichtförmige Platten 52 und 54, weiche die obere und die untere Wand des Verstärkers bilden. Zwischen den Platten 52 und 54

ist ein Bauteil 56 angeordnet, das so profiliert ist, daß es die benötigten Strömlingskanäle sowie die Steuer- und Führungsflächen für den Flüssigkeitshauptstrom bildet. Gemäß Fig. 5 ist in dem Bauteil 56 eine kreisrunde Bohrung 56a ausgebildet, die in Verbindung mit einer durch die Platte 52 ragenden Flüssigkeitseinlaßleitung 54 stein. Ein in dem Bauteil 56 ausgebildeter schlitzförmiger Kanal steht in Verbindung mit dem Einlaß und bildet zusammen mit den Platten 52 und 54 eine Düse von rechteckigem Querschnitt. Unmittelbar über dieser Düse und auf ihrer rechten Seite ist das Bauteil 56 mit einer Einkerbung versehen, jenseits welcher das Bauteil längs eines Kreisbogens gekrümmt ist, um eine Führungsfläche 56c· zu bilden. Auf der linken Seite der Düse ist das Bauteil 56 mit einer waagerechten Fläche 56b versehen. Das Bauteil 56 und die Platten 52 und 54 umschließen den Hauptstrom auf drei Seiten, während die vierte Seiie oberhalb üci F iäCnc 5fti> offen ist, um die erforderliche, zu dem Hauptstrom führende Zugangsöffnung zu bilden.

In F i g. 5a ist der flüssigkeitsgestcuerte Verstärker 50 in Verbindung mit einem Flüssigkeitsbehälter dargestellt, wobei der Flüssigkeitsspiegel in dem Behälter tiefer liegt als die waagerechte Fläche 560 des Verstärkers. Unter diesen Umständen bewegt sich der vom Einlaß des Verstärkers abgegebene Flüssigkeitshauptstrom von rechteckigem Querschnitt in senkrechter Richtung längs einer vorbestimmten Achse und im wesentlichen in Form einer laminaren Strömung. Gemäß F i g. 5a ist der gekrümmte Führungsflächenabschnitt 56c gegenüber dem Flüssigkeitshauptstrahl seitlich versetzt, so daß die Luft, die durch den Flüssigkeitshauptstrahl in der Nähe der Einkerbung unterhalb der gekrümmten Führungsfläche 56c mitgerissen wird, durch Luft ersetzt wird, die in diese Zone längs des engen Raums zwischen dem Hauptstrom und der gekrümmten Führungsfläche einströmt. Ferner sind eine nicht dargestellte Auslaßanordnung und eine Steuervorrichtung vorgesehen, die so angeordnet sind, daß sie den Flüssigkeitshauptstrahl aufnehmen.

Wenn dip Standhöhp dpr Flüqqipkeil in dem Rehälter über die Fläche 56fc hinaus bis zu dem vorbestimmten Fühlpegel ansteigt, wie es in F i g. 5b gezeigt ist, geht der laminare Hauptstrom in eine turbulente Strömung über, und er nimmt einen so großen Querschnitt an, daß er in Berührung mit der gekrümmten Führungsfläche 56c kommt. Unter diesen Bedingungen wird verhindert, daß Luft oder ein anderes sekundäres Fluid innerhalb der Anordnung zu der Einkerbung unter der Führungsfläche 56c gelangt, so daß sich in dieser Zone ein Unterdruck aufbaut. Der hierbei längs des Hauptstroms entstehende Druckgradient führt dazu, daß sich der Flüssigkeitsstrahl an die gekrümmte Führungswand 56c anlegt und gemäß Fig.5c gegenüber seiner senkrechten Achse abgelenkt wird. Auch in diesem Fall ist bei einer gegebenen Verstärkerkonstruktion der Flüssigkeitspegel, bei dessen Erreichen der Hauptstrom umgeschaltet wird, mit sehr hoher Genauigkeit bestimmt Für den Fachmann liegt es auf der Hand, daß man den Umschaltzeitpunkt bei dem Verstärker dadurch einstellen kann, daß man die Abmessungen des umschlossenen Raums, die Profilform der Führungswand 56c sowie andere Parameter, z. B. die Viskosität der Flüssigkeit, entsprechend wählt.

Ein flüssigkeitsgesteuerter Verstärker, der grundsätz-Hch dem soeben beschriebenen ähnelt, ist in Fig.6 dargestellt. Der insgesamt mit 60 bezeichnete Verstärker umfaßt zwei einander gegenüberliegende Platten 62

und 64, welche die obere und die untere Wand des Verstärkers bilden. Die inneren Strömungskanäle des Verstärkers sind durch zwei durch einen Abstand getrennte Bauteile 66 und 68 abgegrenzt. Das Bauteil 66 hat eine zylindrische Bohrung 66a, die mit einer Flüssigkeitseinlaßleitung 70 durch eine öffnung in der Platte 62 verbunden ist. Ein schlitzförmiger Kanal in dem Bauteil 66 steht in Verbindung mit der zylindrischen Bohrung 66a, um zusammen mit den Platten 62 und 64 eine Einlaßdüse von rechteckigem Querschnitt zu bilden. In der Strömungsrichtung unmittelbar hinter der Einlaßdüse ist das Bauteil 66 auf seiner linken Seite mit einer waagerechten Fläche 666 versehen, während das Bauteil auf seiner rechten Seite auf gleicher Höhe mit der Fläche 666 eine Stufe aufweist, an die sich eine senkrecht nach oben ragende Führungssäule 66c anschließt. Die Führungssäule 66c und die Platten 62 und v4 umschließen zussiTirnsr! einen Tci! des H.3Uⁿ'.-stroms; ferner ist eine zu dem Hauptstrom führende Zugangsöffnung vorgesehen, die durch die Lücke zwischen den Platten 62 und 64 oberhalb der waagerechten Fläche 666gebildet ist.

Das Bauteil 68 dient auf der Auslaßseite als Strömungsunterteiler, und zu diesem Zweck ist das Bauteil allgemein dreieckig ausgebildet, wobei ein Scheitel dieses Bauteils dem Flüssigkeitshauptstrom zugewandt ist, der von dem rechteckigen Einlaßkanal abgegeben wird. Wie am besten aus F i g. 6a ersichtlich, ist dieser Scheitel des dreieckigen Bauteils 68 gegenüber der Achse des Flüssigkeitshauptstroms nach rechts um einen kleinen Betrag derart versetzt, daß sich der Hauptstrom normalerweise an der linken Seite des Scheitels vorbei bewegt, um vollständig zu einem auf der linken Seite liegenden Flüssigkeitsauslaßkanal zu strömen. Auf der rechten Seite ist ein weiterer Flüssigkeitskanal durch eine andere Seitenwand des dreieckigen Bauteils 68 und das senkrecht stehende Säulenteil 66c abgegrenzt.

Während des Betriebs des Verstärkers bewegt sich ein im wesentlichen laminarer FIüssi<?keitshauptsfrom mit einer vorbestimmten Querschnittsfläche von dem Einlaßkanal aus in Richtung auf das dreieckige Strömungsumlenkteil 68. Da das Umlenkteil 68 gegenüber dem Flüssigkeitshauptstrom seitlich versetzt ist, wird der Hauptstrom gemäß F i g. 6a vollständig zu dem Flüssigkeitskanal des Verstärkers auf der linken Seite umgelenkt. Wenn jedoch dem Flüssigkeitshauptstrom über die Zugangsöffnung ein Störsignal zugeführt wird, geht der Hauptstrom in eine turbulente Strömung über, so daß sich sein Querschnitt vergrößert, und daß der Hauptstrom jetzt durch den Scheitel des Bauteils 68 aufgeteilt wird, woraufhin ein Teil des Stroms in jeden der beiden Auslaßkanäle eintritt. Gemäß F i g. 6b kann dieses Störsignal dadurch hervorgerufen werden, daß der Flüssigkeitsspiegel in dem Behälter über die waagerechte Fläche 666 hinaus ansteigt, und daß die Flüssigkeit in Berührung mit dem Hauptstrom kommt. Die über den rechten Kanal des Verstärkers gemäß F i g. 6 abströmende Flüssigkeit verhindert im wesentlichen, daß ein sekundäres Fluid, z. B. Luft, längs des Kanals nach unten strömt, um die Luft zu ersetzen, die durch den Strom in dem Bereich zwischen dem Strom und dem senkrechten Säulenteil 66c mitgerissen wird. Infolgedessen baut sich in dieser Zone ein Unterdruck auf, der bewirkt, daß der Fiüssigkeilshaupistrom gemäß F i g. 6c vollständig zu dem Auslaß auf der rechten Seite umgelenkt wird. Das Ausströmen der Flüssigkeit über den rechten Kanal setzt sich fort, bis sich der

flüssigkeitsspiegel in dem Behälter bis unterhalb des F^;ühlpegels senkt; sobald dies geschieht, nimmt der Hauptstrom wieder den in F i g. ba gezeigten Verlauf an.

Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der der Flüssigkeilshauptstrom auf erheblich andere Weise umgelenkt wird als bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen. Der insgesamt mit 80 bezeichnete Verstärker umfaßt eine Flüssigkeitseinlaüleitung 82 mit einem sich verengenden Kndabschnitt 82a, der eine düsenähnliche Öffnung bildet, welche den Flüssigkeilshauptstrom so abgibt, daß er sich durch einen freien Kaum in Richtung auf eine Umlenkplatte 84 bewegt; gemäß F i g. 7 ist die Umlenkplatte 84 mit einer Öffnung versehen, die in Flüchtling mit dem Fliissigkeitshauptstrahl angeordnet ist und eine solche Qiierschnitlsfläche hat, daß der Strahl normalerweise vollständig durch diese Öffnung strömt. Der durch die Düse 82;; erzeugte I laiiptstralil kann einen kreisrunden oder rechteckigen oder einen anderen Querschnitt haben, und die Öffnung der Umlenkplatle braucht nur eine etwas größere Querschnittsfläche aufzuweisen; die Öffnung der llmlenkplalte hat vorzugsweise eine ähnliche Querschnittsforni wieder Hauptstrahl.

lerner umfaßt der Verstärker 80 eine Betätigungsvorrichtung 86, die gemäß Fig. 7a zwischen zwei parallelen Tragplatten gelagert ist. Die Betätigungsvorrichtung 86 umfaßt eine in ilen beiden Tragplatten drehbar gelagerte Welle 86,/, die ein Kingteil trägt, das mittels einer Kleinnischraube befestigt und gegenüber der Welle winkelverstellbar ist. Das Kingteil trägt zwei durch einen Winkelabstand getrennte, radial nach außen ragende Kraftübertragungsteile 86c· und 86</. Die Welle 86;/ ist mit einer Steuereinrichtung, z. IJ. einem Ventil 88 oder dergleichen gekuppelt, die dazu dienen kann, einen I lüssigkcitsstroni in Abhängigkeit von der Winkelstellung der Welle 86,7 zu regeln. Der Drehbereich der Welle 86,7 ist durch zwei durch einen Winkelabstand getrennte Anschläge 92 und 94 begrenzt, die so angeordnet sind, daß sie mit einem gegenüber dem

Ringteil radial nach außen ragenden Stift zusammenarbeiten können.

Der Finfachheit halber wird die Wirkungsweise des flüssigkeitsgesteuerten Verstärkers wiederum für ilen Fall beschrieben, daß er dazu dient, die Standhöhe einer Flüssigkeit zu fühlen; jedoch lallt sich der Verstärker nach Fig. 7 auch in anderen Fällen benutzen, (iemäß Fig. 7 liegt der Flüssigkeitsspiegel in dem Behälter tiefer als die F.iiilaßöffnung 82;/. Infolgedessen behält der Flüssigkeilsstrom seine genau bestimmte Querschnittsforni bei, während er sich durch den freien Raum in Richtung auf die öffnung der Umlenkplatle 84 bewegt. Somit bewegt sich der llauptstrom vollständig durch diese Öffnung hindurch, so daß er auf das Kraftübertragiingsglied 86c trifft, wodurch die Welle 86,7 entgegen dem Uhrzeigersinne gedreht wird, bis der Stift 86czur Anlage an dem Anschlag 92 kommt.

Wenn die .Standhöhe der Flüssigkeit in dem Behälter zunimmt, bis die Flüssigkeit in Berührung mit dem Fliissigkeitshauptstioin kommt, wie es in Fig. 7b gezeigt ist, gehl der Hauptstrom aus einer laminaren Strömung in eine turbulente Strömung über, so daß sich sein Querschnitt erheblich vergrößert. Infolgedessen trifft der llauptstrom jetzt auf die gekrümmte Umlenkplatte 84. Ks hat sich gezeigt, daß die neben der Öffnung auf die Umlenkplatte treffende Flüssigkeit mit einer solchen Kraft umgelenkt wird, dall sie den gesamten Strom von der öffnung weg längs der gekrümmten Umlenkplatte so umlenkt, daß der Strom auf das Kraftübertragiingsglied 86i/trifft. Nunmehr wird die Welle 86,7 gemäß F i g. 7b im Uhrzeigersinne gedreht, bis der Stift 86c· zur Anlage an dem Anschlag 94 kommt, und hierbei wird das Ventil 88 betätigt. Dieser Strömungszustand bleibt erhalten, bis der Flüssigkeitsspiegel in dem Behälter bis unterhalb des Fühlpegels zurückgeht, so daß der Haiiptstrom wieder eine laminare Strömung bildet. Sobald dies geschieht, arbeitet der Verstärker wieder in der in F i g. 7 dargestellten Weise.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Turbulenzverstärker, bei dem ein zwischen einer Strahldüse und einer Fangdüse erzeugte laminare Strahl durch die Einwirkung einer Steuerströmung in einen turbulenten Strahl änderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Steuerströmung eine sich nahe des laminaren Strahles erstreckende, den turbulenten Strahl ablenkende Führungswand (32Ä, 56q 66c) vorgesehen ist

2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungswand mindestens im Bereich gegenüber der Zufahröffnung (32a, 56b, 66b) der Steuerströmung vorgesehen ist <

3. Verstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die Führungswand den laminaren Strahl mindestens teilweise umschließt

4. Verstärker nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die Führungswand unmittelbar gegenüber der Zuführöffnung für die Steuerströmung im Abstand parallel zum laminaren Strahl und in Strömungsrichtung anschließend vom laminaren Strahl weg nach außen gekrümmt ausgebildet ist

5. Verstärker nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die Zuführöffnung (32a) für die Steuerströmung in einem den laminaren Strahl umschließenden Bauteil angeordnet (32) und in diesem die Führungswand (32ό)ausgebildet ist.

6. Verstärker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß die Zuführöffnur ·; (32a) durch einen in dem Bauteil (32) ausgebildeten Längsschlitz gebildet ist «

7. Verstärker nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß der Führungswand eine Umlenkplatte (84) nachgeordnet ist. die eine mit dem laminaren Strahl gleichachsige Öffnung aufweist (F i g. 7). *o

8. Verstärker nach Anspruch 7, dadurch gekeimzeichnet, daß der Umlenkplatte (84) eine Betätigungsvorrichtungtee) zugeordnet ist.

9. Turbulenzverstärker nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- ⁴^ zeichnet, daß zu seiner Verwendung als Pegelfühler seine Zuführöffnung für die Steuerströmung in der Höhe der festzustellenden Standhöhenänderung des Flüssigkeitspegel* gehalten ist.