DE2424696A1

DE2424696A1 - DEVICE FOR CONTROLLING A FLUID FLOW

Info

Publication number: DE2424696A1
Application number: DE2424696A
Authority: DE
Inventors: Kenneth Henry Fischbeck; Eric Mcphail Leyton
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1973-05-21
Filing date: 1974-05-21
Publication date: 1974-12-12
Also published as: US3924974A; DE2424696C3; FR2230879A1; GB1470388A; CA1008909A; FR2230879B1; JPS5028946A; DE2424696B2

Description

7686-74/Ks/Ba7686-74 / Ks / Ba

RCA 67,164RCA 67,164

Brit. Ser. No. 24140/73Brit. Ser. No. 24140/73

Filed: May 21, 1973Filed: May 21, 1973

RCA Corporation, New York, N.Y. (V.St.A.)RCA Corporation, New York, N.Y. (V.St.A.)

Einrichtung zur Steuerung einer FluidströmungDevice for controlling a fluid flow

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Steuerung einer Fluidströmung und ist dazu geeignet, den Ausstoß eines Fluids aus einer Düse zu steuern. Eine Ausführungsform der Erfindung ist insbesondere zur Anwendung auf dem Gebiet der Tintenstrahl-Registriergeräte gedacht.The invention relates to a device for controlling a fluid flow and is suitable for the ejection of a fluid to control from a nozzle. One embodiment of the invention is particularly for use in the field of ink jet recorders thought.

Bekannte Steuereinrichtungen für Fluidströmungen enthalten ein rohrförmiges Element, durch welches das Fluid hindurchströmt. Die durch das rohrförmige Element fließende Strömungsmenge wird mittels einer Einrichtung zur Querschnittsänderung des Rohrs gesteuert. Einige dieser bekannten Steuereinrichtungen sind so ausgelegt, daß sich mit ihnen Strahlen des Fluids oder Strahlen von Fluidtropfen ausstoßen lassen. Zu diesem Zweck wird an einem Ende des Rohrs eine Düse mit relativ kleiner Öffnung angeordnet, während das andere Ende des Rohrs gegenüber der Fluidströmung abgeschlossen wird und das Rohr abhängig von einem Steuersignal zu starken Volumenänderungen gebracht wird. Das Steuersignal ist üblicherweise elektrisch, es kann jedoch auch von anderer Natur, z.B. mechanisch sein.Known control devices for fluid flows contain a tubular element through which the fluid flows. The amount of flow flowing through the tubular element is controlled by means of a device for changing the cross section of the pipe. Some of these known control devices are designed so that jets of fluid or jets of fluid droplets can be ejected with them. To this end becomes a nozzle with a relatively small opening at one end of the tube arranged, while the other end of the tube is closed to the fluid flow and the tube is dependent on a control signal is brought to strong volume changes. The control signal is usually electrical, but it can also of a different nature, e.g. be mechanical.

Diese bekannten Steuereinrichtungen gibt es in vielen verschie-These known control devices are available in many different

409850/Ί077409850 / Ί077

denen Ausführungsformen. Bei einer dieser Ausführungsformen ist das Rohr von einem piezoelektrischen Material umgeben, um es abhängig von einem elektrischen Steuersignal in radialer Richtung nach innen zusammenzudrücken und dadurch die Querschnittsfläche (und mithin das Volumen) des Rohrs zu vermindern. Bei einer anderen Ausführungsform besteht das Rohr aus einem magnetostriktiven Material und ist so ausgelegt, daß es sich abhängig von einem axialen magnetischen Feld in Axialrichtung zusammenzieht, womit sich sein Volumen verkleinert.which embodiments. In one of these embodiments the tube is surrounded by a piezoelectric material in order to make it dependent on an electrical control signal in the radial direction compress inward and thereby reduce the cross-sectional area (and therefore the volume) of the pipe. At a Another embodiment, the tube is made of a magnetostrictive material and is designed so that it depends on an axial magnetic field contracts in the axial direction, which reduces its volume.

Die Eigenschaften magnetostriktiver Stoffe und die Wirkungsweise magnetostriktiver Strukturen ist bekannt. So ziehen sich bekanntlich bestimmte ferromagnetische Metalle und Legierungen wie z.B. Nickel und Nickel-Eisen-Legierungen in Richtung eines im Metall induzierten magnetischen Feldes zusammen, und zwar unabhängig von der Polarität des magnetischen Feldes. Andere ferromagnetische Metalle und Legierungen wie z.B. Eisen und Eisen-Nickel-Legierungen dehnen sich in Richtung des im Metall induzierten magnetischen Feldes aus, und zwar ebenfalls unabhängig von der Polarität des Feldes. Eine ausführlichere Beschreibung der magnetostriktiven Eigenschaften von Metallen befindet sich beispielsweise in dem Handbuch "Magnetostriction Transducers", welches von der International Nickel Company im Juli 1968 veröffentlicht wurde.The properties of magnetostrictive substances and the mode of action magnetostrictive structures are known. So, as is well known, pull themselves certain ferromagnetic metals and alloys such as nickel and nickel-iron alloys in the direction of an im Metal induced magnetic field together, regardless of the polarity of the magnetic field. Other ferromagnetic Metals and alloys such as iron and iron-nickel alloys expand in the direction of the magnetic field induced in the metal, also independently on the polarity of the field. A more detailed description of the magnetostrictive properties of metals can be found for example in the manual "Magnetostriction Transducers", which was published by the International Nickel Company in July 1968.

Typische Beispiele für bekannte magnetostriktive Fluidsteuereinrichtungen findet man in den USA-Patentschriften 2 317 166 und 3 334 350. In jeder dieser beiden Patentschriften ist ein magnetostriktives Fluidsteuergerät beschrieben, welches ein magnetostriktives zylindrisches Element mit einer darum gewickelten elektrischen Spule enthält. Die Enden des zylindrischen Elements sind so ausgelegt, daß ein Durchsatz wesentlicher Strömungsmengen durch das zylindrische Element verhindert wird. An einem Ende des zylindrischen Elements befindet sich eine öffnung, um das Fluid unter Druck aus dem zylindrischenTypical examples of known magnetostrictive fluid control devices is found in U.S. Patents 2,317,166 and 3,334,350. In each of these two patents there is a Magnetostrictive fluid control device described which comprises a magnetostrictive cylindrical element with a wound around it Includes electric coil. The ends of the cylindrical member are designed so that throughput is more substantial Flow rates through the cylindrical member is prevented. At one end of the cylindrical element is located an opening to let the fluid under pressure out of the cylindrical

409850/1077409850/1077

Elernent ausstoßen zu können. Das zylindrische Element 1st so beschaffen, daß es sich beim Anlegen eines axialen magnetischen Feldes zusammenzieht. Wenn ein die Steuerinformation darstellender Steuerstrom durch die Spule geschickt wird, dann wird im zylindrischen Element ein axiales Magnetfeld erzeugt. Als Reaktion auf dieses Magnetfeld zieht sich das zylindrische Element axial zusammen, so daß sein Innenvolumen abnimmt und der auf das Fluid ausgeübte Druck entsprechend anwächst, was zum Ausstoß eines Tintenstrahls führt. Die Einrichtung nach der oben erwähnten USA-Patentschrift 2 317 166 enthält ferner eine zweite magnetostriktive Anordnung, die eine ähnliche Form wie das besagte zylindrische Element hat und so ausgelegt ist, daß sie sich in Axialrichtung ausdehnt. Diese zweite magnetostriktive Anordnung liegt konzentrisch innerhalb des zylindrischen Elements, und das zu steuernde Fluid wird zwischen diesen beiden Zylinderkörpern hindurchgeleitet.Elernent to be able to expel. The cylindrical element is like this such that it contracts when an axial magnetic field is applied. When a representative of the control information Control current is sent through the coil, then an axial magnetic field is generated in the cylindrical element. As reaction in response to this magnetic field, the cylindrical element contracts axially, so that its internal volume decreases and that decreases the pressure applied to the fluid increases accordingly, resulting in the ejection of an ink jet. The establishment to the top U.S. Patent 2,317,166 mentioned also includes a second one magnetostrictive arrangement which is similar in shape to said cylindrical element and designed to be expands in the axial direction. This second magnetostrictive arrangement lies concentrically within the cylindrical element, and the fluid to be controlled is passed between these two cylinder bodies.

Zur wirksamen Steuerung des Fluids sind im allgemeinen große Volumenänderungen erwünscht. Die sich axial zusammenziehenden magnetostriktiven Anordnungen liefern zwar einen hohen Druck, jedoch geringe Volumenänderungen. Außerdem enthalten die magnetostriktiven Anordnungen des oben beschriebenen Typs keine gut wirksamen magnetischen Flußwege, so daß man Steuersignale mit unerwünscht hoher Leistung anlegen muß. Schließlich haben magnetostriktive Anordnungen, die auf axiale Magnetfelder ansprechen, relativ kurze Wirbelstromwege, wodurch die Ansprechzeit auf das Steuersignal unerwünscht lang wird. Es besteht daher Bedarf an einer magnetostriktiven Einrichtung zur Fluidsteuerung, bei welcher der magnetostriktive Effekt wirtschaftlich ausgenutzt wird, um einerseits starke Volumenänderungen herbeizuführen und andererseits mit Steuersignalen relativ geringer Leistung auszukommen und die Ansprechzeit auf solche Steuersignale relativ kurz zu halten.In order to control the fluid effectively, large changes in volume are generally desired. The axially contracting Magnetostrictive arrangements deliver high pressure but small changes in volume. In addition, the Magnetostrictive devices of the type described above do not have effective magnetic flux paths, so that control signals must create with undesirably high performance. Finally, they have magnetostrictive arrangements that rely on axial magnetic fields respond, relatively short eddy current paths, reducing the response time on the control signal becomes undesirably long. There is therefore a need for a magnetostrictive device for Fluid control, in which the magnetostrictive effect is used economically, on the one hand to avoid strong changes in volume bring about and on the other hand get by with control signals of relatively low power and the response time to such Keep control signals relatively short.

Es sind magnetostriktive Einrichtungen bekannt, mit denen sichThere are known magnetostrictive devices with which

409850/1077409850/1077

in verschiedenen Strömungsmedien Vibrationen für Sonar-Zwecke und dgl. erzeugen lassen. Von besonderem Interesse sind magnetostriktive Strukturen rohrförmiger Gestalt zur Erzeugung radial gerichteter Wellen als Reaktion auf oszillierende radiale Kontraktionen und Expansionen der rohrförmigen Struktur, die dadurch hervorgerufen werden, daß in der rohrförmigen Struktur oszillierende, in Umfangsrichtung verlaufende Hagnetfelder (azimutale Felder) erzeugt werden. Eine solche Struktur ist in der Figur 7 des oben erwähnten Handbuchs "Magnetostriction Transducers" gezeigt. Bisher wurden jedoch die Prinzipien dieser Magnetostriktionstechnik auf dem Gebiet der Fluidströmungssteuerung nicht angewendet.Vibrations for sonar purposes and the like can be generated in various flow media. Magnetostrictive ones are of particular interest Structures of tubular shape for generating radially directed waves in response to oscillating radial contractions and expansions of the tubular structure caused by being in the tubular structure oscillating magnetic fields (azimuthal fields) extending in the circumferential direction are generated. Such a structure is in 7 of the above-mentioned manual "Magnetostriction Transducers". So far, however, the principles have been this Magnetostriction technology in the field of fluid flow control not applied.

Eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Steuerung einer Fluidströmung enthält ein erstes Element, welches mindestens einen Teil einer Wand einer rohrförmigen Kammer bildet, durch welche das Fluid strömt. Dieses erste Element besteht aus einem Material, welches abhängig von einem ihm angelegten Signal die Umfangslänge des ersten Elements quer zur Länge der Kammer ändert, um die Querschnittsfläche der Kammer zu ändern. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Querschnittsfläche des ersten Elements (quer zur Länge der Kammer) bogenförmig begrenzt, wobei sich zwischen beabstandeten Punkten des ersten Elements, welche die Enden einer Sehne der bogenförmigen Querschnittsbegrenzung des ersten Elements bilden, ein zweites Element erstreckt.A device according to the invention for controlling a fluid flow includes a first element which defines at least part of a wall of a tubular chamber through which the Fluid flows. This first element consists of a material which, depending on a signal applied to it, the circumferential length of the first member across the length of the chamber to change the cross-sectional area of the chamber. According to a preferred Embodiment of the invention, the cross-sectional area of the first element (transverse to the length of the chamber) is limited in an arc shape, being located between spaced points of the first member defining the ends of a chord of the arcuate cross-sectional boundary of the first element, extending a second element.

Wie es aus der nachfolgenden Beschreibung noch hervorgehen wird, hat die erfindungsgemäße Einrichtung gegenüber dem Stande der Technik Vorteile, weil beispielsweise die mit einem Steuersignal gegebener Amplitude oder gegebenen Energiegehalts bewirkte Änderung der Querschnittsfläche der Kammer zu einer Änderung des Kammervolumens führt,, die unerwartet größer als die mit demselben Signal beim Stand der Technik mögliche Volumenänderung ist.As will become apparent from the following description, the device according to the invention has compared to the prior art Technology advantages because, for example, the change brought about by a control signal of a given amplitude or given energy content the cross-sectional area of the chamber leads to a change in the chamber volume, which is unexpectedly larger than that with the same Signal in the prior art is a possible change in volume.

409850/1077409850/1077

DIe Erfindung wird nachstehend anhand von Zeichnungen ausführlich erläutert.The invention is explained in detail below with reference to drawings.

Flg. 1 1st eine Isometrische Darstellung eines bekannten magnetostriktiven Fluidsteuergeräts;Flg. 1 is an isometric view of a known magnetostrictive fluid controller;

Fig. 2 ist eine isometrische Darstellung eines bekannten magnetostriktiven Schwingungswandlers für Sonar-Zwecke u. dgl.;Fig. 2 is an isometric view of a known magnetostrictive vibration transducer for sonar and the like;

Fig. 3 zeigt in isometrischer Darstellung und teilweise imFig. 3 shows in an isometric view and partially in

Querschnitt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zur Steuerung eines Fluidstrahls;Cross section of a preferred embodiment of the invention for controlling a fluid jet;

Fig. 4 zeigt in einem Querschnitt, der ähnlich wie der Querschnitt nach Fig. 3 gelegt ist, eine andere Ausführungsform der Erfindung;Fig. 4 shows, in a cross section similar to the cross section of Fig. 3, another embodiment of the invention;

Fig. 5 zeigt in einem Querschnitt, der ähnlich wie der Querschnitt nach Fig. 3 gelegt ist, eine dritte Ausführungsform der Erfindung;Fig. 5 shows a third embodiment of the invention in a cross-section similar to the cross-section of Fig. 3;

Fig. 6 zeigt in einem Querschnitt, der quer zu dem in Fig. 3FIG. 6 shows in a cross section which is transverse to that in FIG. 3

sichtbaren Querschnitt gelegt ist, eine weitere Ausführungsform der Erfindung zur Bildung eines Fluidgleichrichters, der in einem Tintenstrahl-Registriergerät verwendet werden kann.As shown in cross section, another embodiment of the invention to form a fluid rectifier that can be used in an inkjet recorder.

In der nachstehenden Beschreibung werden für gleiche oder ähnliche in den verschiedenen Figuren gezeigte Teile jeweils dieselben Bezugszahlen verwendet.In the description below, the same reference numbers are used for the same or similar parts shown in the various figures.

Bevor im einzelnen auf die erfindungsgemäßen Ausführungsformen eingegangen wird, sei der vorstehend erwähnte Stand der Technik noch einmal etwas ausführlicher erläutert.Before the embodiments according to the invention are discussed in detail, the above-mentioned prior art should be considered explained again in more detail.

Das in Fig. 1 gezeigte bekannte magnetostriktive Gerät zur Steuerung von Fluidströmen ist ein typischer Vertreter der inThe known magnetostrictive device shown in Fig. 1 for Control of fluid flows is a typical example of the in

409850/1077409850/1077

—Ο""—Ο ""

den weiter oben erwähnten USA-Patentschriften beschriebenen Einrichtungen. Das bekannte Gerät nach Fig. 1 besteht aus einem zylindrischen Rohr 10, um welches eine elektrische Spule 12 schraubenförmig gewickelt ist. Das zylindrische Rohr 10 besteht aus einem magnetostriktiven Stoff wie z.B. Nickel, einer Nickel-Eisen-Legierung, Kobalt oder einer Kobalt-Eisen-Legierung, so daß sich das Rohr 10 zusammenzieht, wenn es einem durch die Spule 10 erzeugten axialen Magnetfeld ausgesetzt wird. Wenn also Strom durch die Spule 12 fließt, dann wird ein axiales Magnetfeld erzeugt, welches das zylindrische Rohr 10 in axialer Richtung zusammenzieht. Es sei noch einmal darauf hingewiesen, daß der magnetostriktive Effekt bei Beaufschlagung eines magnetostriktiven Materials mit einem Magnetfeld unabhängig von der Polarität bzw. dem Richtungssinn des Magnetfeldes ist. Das heißt, das zylindrische Rohr 10 zieht sich beim Anlegen eines axialen Magnetfeldes in Axialrichtung zusammen, wobei es keinen Unterschied macht, ob das Magnetfeld in Richtung des Pfeils 17 oderjin Richtung des Pfeils 19 verläuft. Jeder Strom durch die Spule 12, ob er nun negatives oder positives Vorzeichen hat, führt daher zu einer axialen Kontraktion des zylindrischen Rohrs 10. Wenn sich das zylindrische Rohr 1O in Axialrichtung zusammenzieht, wird sein Volumen kleiner, weil seine Länge L kleiner wird.the above-mentioned United States patents. The known device according to FIG. 1 consists of one cylindrical tube 10 around which an electrical coil 12 is helically wound. The cylindrical tube 10 is made of a magnetostrictive substance such as nickel, a nickel-iron alloy, cobalt or a cobalt-iron alloy, see above that the tube 10 contracts when it is exposed to an axial magnetic field generated by the coil 10. If so Current flows through the coil 12, then an axial magnetic field is generated, which contracts the cylindrical tube 10 in the axial direction. It should be pointed out again that the magnetostrictive effect when a magnetostrictive material is exposed to a magnetic field independent of the Is polarity or the sense of direction of the magnetic field. That is, the cylindrical tube 10 is pulled when a axial magnetic field in the axial direction, it makes no difference whether the magnetic field in the direction of arrow 17 orj runs in the direction of arrow 19. Every current through the coil 12, whether it has a negative or positive sign, therefore leads to an axial contraction of the cylindrical tube 10. When the cylindrical tube 1O contracts in the axial direction, its volume becomes smaller because its length L becomes smaller will.

Die in Fig. 1 gezeigte Anordnung wird zu einem Fluidstaahlgerät, wenn.ein Ende des zylindrischen Rohres 10 effektiv gegenüber der Fluidströraung abgeschlossen wird und wenn man am anderen Ende des Rohrs 10 eine Düse 13 oder eine ähnliche Vorrichtung anbringt. Bei einer derart abgewandelten Anordnung führt eine Volumenverkleinerung des Rohrs 10 zu einem Druckanstieg im Rohr. Der erhöhte Druck innerhalb des Rohrs 10 führt wiederum dazu, daß aus der Düse 13 ein Fluidstrahl ausgestoßen wird.The arrangement shown in Fig. 1 becomes a fluid steel device, when one end of the cylindrical tube 10 is effectively closed off from the fluid flow and when one is at the other At the end of the tube 10 a nozzle 13 or a similar device is attached. In such a modified arrangement, one leads Reduction in volume of the pipe 10 leads to an increase in pressure in the pipe. The increased pressure within the pipe 10 leads in turn to the effect that a jet of fluid is ejected from the nozzle 13.

Die Volumenänderung im zylindrischen Rohr 10 beim Anlegen eines axialen Magnetfeldes folgt der Gleichung:The change in volume in the cylindrical tube 10 when applying a axial magnetic field follows the equation:

409850/1077409850/1077

^ -^ (1 - 2σ_ρ) (1)^ - ^ (1 - 2σ _ρ ) (1)

In dieser Gleichung ist V das ursprüngliche Volumen innerhalb des zylindrischen Rohrs 10, AV die Volumenänderung innerhalb des Rohrs 10 bei Beaufschlagung des Rohrs mit einem axialen Magnetfeld, L die ursprüngliche Länge des zylindrischen Rohrs 10, AL die Längenänderung des zylindrischen Rohrs 10 bei Beaufschlagung des Rohrs mit einem Magnetfeld, σ_ρ der Kontraktionskoeffizient (Poisson-Zahl) des das Rohr bildende magnetostriktiven Materials (diese Zahl habe annähernd den Wert 0,3). Wenn also die Länge des zylindrischen Rohrs 10 um 30 ppm (Teile je Million) verringert wird, dann nimmt gemäß Gleichung (1) das Volumen des Rohrs 10 um 12 ppm ab. Dieses sehr kleine Ausmaß der Volumenänderung läßt sich besser erkennen, wenn man bedenkt, daß mit einer Längenabhahme von 30 ppm eine Zunahme des Rohrumfangs um 9 ppm einhergeht, die der Volumenabnahme entgegenwirkt. Das heißt, während die Höhe des Zylinders zur Verkleinerung des Volumens abnimmt, wächst die Querschnittsfläche des Rohrs, was der Volumenverkleinerung entgegenwirkt.In this equation, V is the original volume within the cylindrical tube 10, AV is the change in volume within the tube 10 when the tube is exposed to an axial magnetic field, L is the original length of the cylindrical tube 10, AL is the change in length of the cylindrical tube 10 when the tube is exposed with a magnetic field, σ _{ρ is} the contraction coefficient (Poisson's number) of the magnetostrictive material forming the pipe (this number is approximately 0.3). Thus, if the length of the cylindrical tube 10 is reduced by 30 ppm (parts per million), then according to equation (1), the volume of the tube 10 decreases by 12 ppm. This very small amount of change in volume can be better recognized when one considers that a decrease in length of 30 ppm is accompanied by an increase in the pipe circumference of 9 ppm, which counteracts the decrease in volume. That is, as the height of the cylinder decreases to reduce the volume, the cross-sectional area of the pipe increases, which counteracts the volume reduction.

Die Leistungsfähigkeit der bekannten Anordnung nach Fig. 1 kann dadurch erhöht werden, daß man koaxial innerhalb des magnetostriktiven zylindrischen Rohrs 10 ein zweites magnetostriktives zylindrisches Rohr 16 kleineren Durchmessers einsetzt, welches an beiden Enden geschlossen ist und sich bei Beaufschlagung mit einem axialen Magnetfeld in axialer Richtung ausdehnt. Dieses zweite Rohr 16 ist in Fig. 1 gestrichelt dargestellt. Wenn man an diese mit dem zweiten zylindrischen Rohr 16 versehene Anordnung ein axiales Magnetfeld legt, dann wird das Volumen zwischen äen Rohren 10 und 16 kleiner, wenn sich das Rohr 16 in Längsrichtung ausdehnt und das Rohr 10 zusammenzieht. Dies führt zu einem relativ starken Druckanstieg des Fluids 14.The performance of the known arrangement of FIG. 1 can be increased by being coaxial within the magnetostrictive cylindrical tube 10, a second magnetostrictive cylindrical tube 16 of smaller diameter, which is closed at both ends and when applied with an axial magnetic field expands in the axial direction. This second tube 16 is shown in dashed lines in FIG. If an axial magnetic field applies to this arrangement provided with the second cylindrical tube 16, then the volume is between The tubes 10 and 16 are smaller when the tube 16 extends in the longitudinal direction expands and the tube 10 contracts. This leads to a relatively large increase in the pressure of the fluid 14.

Die in Fig. 2 dargestellte bekannte magnetostriktive Anordnung wird für Sonar-Zwecke u. dgl. verwendet. Die Anordnung nachThe known magnetostrictive arrangement shown in Fig. 2 is used for sonar purposes and the like. The arrangement according to

409850/1077409850/1077

Fig. 2 ist ähnlich wie die in Fig. 7 des oben erwähnten Handbuchs "Magnetostriction Transducers" gezeigte Anordnung. Sie besteht aus einem zylindrischen Rohr 20 und einem flachen Magnetkern 22. Das Rohr 20 ist aus einem geeigneten magnetostriktiven Material wie z.B. Nickel oder einer Nickel-Eisen-Legierung, so daß der IMfang des Rohrs 20 abnimmt und sich das Rohr radial zusammenzieht, wenn ein in ümfangsrichtung verlaufendes "azimutales" Magnetfeld angelegt wird, welches (wie mit den Pfeilen 24a und 24b dargestellt) in ümfangsrichtung durch die zylindrische Wand des Rohrs 20 verläuft. Wenn also das Rohr 20 einem solchen azimutalen Magnetfeld ausgesetzt wird, dann zieht sich das Rohr in Ümfangsrichtung zusammen, wodurch sich gleichzeitig jeder Punkt am Rohrumfang radial nach innen bewegt. Das kreisrunde Rohr 20 zieht sich also im Endeffekt radial nach innen zusammen. Der Kern 22 besteht aus einem geeigneten (laminierten oder unlaminierten) Material, in welchem sich leicht ein magnetisches Feld induzieren läßt. Er ist mit einer elektrischen Spule 26 umwickelt, deren Achse quer zur Längsachse des Rohrs 20 liegt. Wenn ein Strom durch die Spule 26 fließt, dann wird im Kern 22 ein Magnetfeld erzeugt, wie es mit den Pfeilen 24a angedeutet ist. Der Kern 22 ist über einen Luftspalt 23 mit der zylindrischen Wand des Rohrs 20 magnetisch gekoppelt, so daß in dieser Wand der mit den Pfeilen 24b angedeutete azimutale Magnetfeldverlauf induziert wird. Dieses in der Zylinderwand verlaufende azimutale Magnetfeld führt dazu, daß das Rohr 20 radial nach innen vibriert.Figure 2 is similar to the arrangement shown in Figure 7 of the Magnetostriction Transducers manual referred to above. she consists of a cylindrical tube 20 and a flat magnetic core 22. The tube 20 is made of a suitable magnetostrictive material such as nickel or a nickel-iron alloy, so that the IMfang of the tube 20 decreases and the tube contracts radially when a circumferential direction "Azimuthal" magnetic field is applied, which (as shown by arrows 24a and 24b) in the circumferential direction through the cylindrical wall of the tube 20 runs. So if the tube 20 is exposed to such an azimuthal magnetic field, then pulls the pipe together in the circumferential direction, whereby at the same time every point on the pipe circumference moves radially inwards. The circular tube 20 thus in the end follows radially inside together. The core 22 consists of a suitable (laminated or unlaminated) material in which can easily induce a magnetic field. It is wound with an electrical coil 26, the axis of which is transverse to the longitudinal axis of the tube 20 is located. When a current flows through the coil 26, then a magnetic field is generated in the core 22 as is is indicated by the arrows 24a. The core 22 is magnetic with the cylindrical wall of the tube 20 via an air gap 23 coupled so that the azimuthal magnetic field course indicated by arrows 24b is induced in this wall. This in The azimuthal magnetic field extending along the cylinder wall causes the tube 20 to vibrate radially inward.

Im Falle der Anwendung beim Sonar wird das kreisrunde Rohr 20 ins Wasser getaucht, wobei das Innere des Zylinders vorzugsweise gegenüber dem Wasser abgedichtet wird. Die Spule 26 wird periodisch erregt, so daß das Rohr 20 in Radialrichtung vibriert und dadurch Sonar-Wellen in Radialrichtung abstrahlt.In the case of use in sonar, the circular tube 20 is immersed in the water, the interior of the cylinder preferably is sealed against the water. The coil 26 is energized periodically, so that the tube 20 in the radial direction vibrates and thereby radiates sonar waves in a radial direction.

Die bei Beaufschlagung des Rohrs 20 mit einem azimutalen Magnetfeld auftretende Volumenänderung innerhalb des Rohrs ist durchWhen the tube 20 is subjected to an azimuthal magnetic field occurring volume change within the pipe is through

409850/1077409850/1077

folgende Gleichung bestimmt:the following equation determines:

In dieser Gleichung bedeutet V das ursprüngliche Innenvolumen des Rohrs 20, AV die Volumenänderung im Inneren des Rohrs 20 bei dessen Beaufschlagung mit einem azimutalen Magnetfeld, P die ursprüngliche Umfangslänge des Rohrs 20, ΔΡ die Umfangsänderung des Rohrs bei dessen Beaufschlagung mit einem azimutalen Magnetfeld, σ_ρ die Poisson-Zahl des das zylindrische Rohr 20 bildenden magnetostriktiven Materials, die zu annähernd 0,3 angenommen wird. Wenn die Ümfangslänge des zylindrischen Rohrs 20 um 30 ppm abnimmt, dann ergibt sich daraus gemäß Gleichung (2) eine Volumenabnahme AV von 51 ppm. Diese Volumenabnahme ist im Vergleich zu der 12 ppm-Volumenabnähme bei der bekannten Anordnung nach Fig. 1 viel größer, was sich daraus erklärt, daß sich die Querschnittsfläche des zylindrischen Rohrs 20 mit dem Quadrat der Ümfangslänge ändert. Ein auf ein zylindrisches magnetostriktives Rohr wirkendes azimutales Magnetfeld führt somit zu einer 4 1/4 mal so großen Volumenänderung als sie ein axiales Magnetfeld bei einem zylindrischen Rohr gleicher Abmessung bewirken kann.In this equation, V means the original internal volume of the pipe 20, AV the change in volume inside the pipe 20 when it is subjected to an azimuthal magnetic field, P the original circumferential length of the pipe 20, ΔΡ the change in circumference of the pipe when it is subjected to an azimuthal magnetic field, σ _{ρ is} the Poisson's number of the magnetostrictive material forming the cylindrical tube 20, which is assumed to be approximately 0.3. If the circumferential length of the cylindrical tube 20 decreases by 30 ppm, then according to equation (2), the decrease in volume AV is 51 ppm. This decrease in volume is much greater compared to the 12 ppm decrease in volume in the known arrangement according to FIG. 1, which is explained by the fact that the cross-sectional area of the cylindrical tube 20 changes with the square of the circumferential length. An azimuthal magnetic field acting on a cylindrical magnetostrictive tube thus leads to a volume change that is 4 1/4 times as large as an axial magnetic field can produce in a cylindrical tube of the same dimensions.

Die in Fig. 3 gezeigte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung stellt eine Einrichtung dar, mit welcher sich Fluldstrahlen erzeugen lassen. Die Fig. 3 zeigt auch eine Schnittansicht aus der Richtung der Längsachse des Fluidstrahlgeräts, um den Querschnitt des Geräts darzustellen. Das in Fig. 3 gezeigte Fluidstrahlgerät ist besonders geeignet für Tintenstrahlschreiber, Kraftstoffeinspritzungen und dgl.. Es wird durch ein Rohr 30 gebildet, welches eine krummlinig begrenzte Querschnittsform hat. Der mit 34 bezeichnete Querschnitt setzt sich zusammen aus zwei bogenförmigen Abschnitten 34a und 34b sowie aus einem flachen oder ebenen Element 32, welches sich längs der Achse des Rohrs 30 erstreckt. Das flache Element 32 spannt sich zwischen gegen-The preferred embodiment of the invention shown in Fig. 3 represents a device with which fluid jets let generate. Figure 3 also shows a sectional view from the direction of the longitudinal axis of the fluid jet device to show the cross section of the device. The fluid jet device shown in FIG. 3 is particularly suitable for ink jet pens, fuel injections and the like. It is formed by a tube 30, which has a curvilinearly limited cross-sectional shape. The cross section denoted by 34 is composed of two arcuate sections 34a and 34b and a flat or planar element 32 which extends along the axis of the tube 30 extends. The flat element 32 spans between opposing

4098 5 0/10774098 50/1077

überliegenden Wandabschnitten des Rohrs 30 längs des Hauptdurchmessers des krummlinigen Querschnitts 34 wie eine Sehne für die beiden bogenförmigen Abschnitte. Das Gerät enthält ferner eine Düse 36, die an der Schnittlinie 37 zwischen dem Rohr 30 und der Düse 36 mit dem Rohr 30 verbunden ist. Das flache Element 32 unterteilt das Rohr 30 in zwei Kammern oder Kanäle 35a und 35b für das Fluid. Jede Kammer hat eine Querschnittsfläche, die von jeweils einem bogenförmigen Abschnitt und der sich zwischen den bogenförmigen Abschnitten spannenden Sehne umschlossen wird. Die als "bogenförmig" gekennzeichneten Abschnitte haben vorzugsweise die Form eines gewölbten Bogens.overlying wall sections of the pipe 30 along the main diameter of the curvilinear cross section 34 like a chord for the two arcuate sections. The device also includes a Nozzle 36, which is connected to the tube 30 at the intersection 37 between the tube 30 and the nozzle 36. The flat element 32 divides the tube 30 into two chambers or channels 35a and 35b for the fluid. Each chamber has a cross-sectional area that is enclosed by an arcuate section and the tendon stretching between the arcuate sections. The sections marked as "arcuate" preferably have the shape of an arched arch.

Das Rohr 30 besteht aus irgendeinem geeigneten magnetostriktiven Material wie z.B. aus Nickel oder aus einer Nickel-Eisen-Legierung, welches so gewählt ist, daß der bogenförmige Abschnitt in Umfangsrichtung eine Längenverminderung erfährt, wenn ein azimutales Magnetfeld in umfangsrichtung durch den krummlinigen Querschnitt 34 verläuft. Das heißt, das Rohr 30 besteht aus einem solchen magnetostriktiven Material, daß sich sein Umfang beim Anlegen eines in Umfangsrichtung verlaufenden Magnetfeldes zusammenzieht, wodurch einzelne Punkte des anfangs radial nach innen rücken, so daß sich das Rohr 30 im Endeffekt radial nach innen zusammenzieht. Die gebogenen Abschnitte können irgendeinen geeigneten krummlinigen Verlauf haben, z.B. kreisförmig, elliptisch, parabolisch, hyperbolisch oder dgl. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind diese Abschnitte Bogen von Kreisen, deren Durchmesser größer als die Hauptachse des Querschnitts 34 sind.The tube 30 is made of any suitable magnetostrictive Material such as nickel or a nickel-iron alloy, which is selected so that the arcuate portion in The circumferential direction experiences a reduction in length when an azimuthal magnetic field passes through the curvilinear cross section in the circumferential direction 34 runs. That is, the tube 30 is made of such a magnetostrictive material that its circumference when Application of a magnetic field running in the circumferential direction contracts, whereby individual points move radially inward at the beginning, so that the tube 30 in the end moves radially contracts inside. The curved sections can have any suitable curvilinear shape, e.g. circular, elliptical, parabolic, hyperbolic or the like. In a preferred embodiment of the invention, these sections are Arcs of circles, the diameters of which are greater than the major axis of the cross-section 34.

Das sich in Richtung des Hauptdurchmessers der Querschnittsform 34 spannende flache Element 32 besteht aus irgendeinem geeigneten magnetostriktiven Material wie z.B. aus Eisen oder aus einer Eisen-Nickel-Legierung, die so gewählt ist, daß der geradlinige Abschnitt eine seitliche Längenausdehnung in der Spannrichtung des sehnenförmigen Elements 32 erfährt, wenn ein längs der Hauptachse des Querschnitts 34 gerichtetes seitliches Magnetfeld an-The flat member 32 extending in the direction of the major diameter of the cross-sectional shape 34 consists of any suitable magnetostrictive material such as iron or an iron-nickel alloy, which is chosen so that the straight Section experiences a lateral longitudinal expansion in the tensioning direction of the tendon-shaped element 32 when a along the main axis of the cross-section 34 directed lateral magnetic field

409850/1077409850/1077

gelegt wird.is placed.

Um das flache Element 32 ist in Axialrichtung des Rohrs 30 eine Spule 38 gewickelt, die zur Erzeugung des mit den Pfeilen 33 angedeuteten Magnetfeldes dient. Zur Vereinfachung ist nur eine Windung dieser Spule 38 gezeigt, in der Praxis können natürlich Windungen jeder geeigneten Zahl vorgesehen sein. In einer Ausgestaltung der in Rede stehenden Ausftihrungsform ist die Spule eine mit dem flachen Element 32 verbundene gedruckte Schaltung.Around the flat member 32 in the axial direction of the tube 30 is a Coil 38 is wound, which is used to generate the magnetic field indicated by the arrows 33. For the sake of simplicity, there is only one Turn of this coil 38 is shown, in practice, of course, turns of any suitable number can be provided. In one embodiment In the embodiment in question, the coil is a printed circuit board connected to the flat element 32.

Das flache Element ist in geeigneter Weise mit den gegenüberliegenden Wandabschnitten des Querschnitts 34 verbunden, damit ein guter magnetischer Flußweg für ein Magnetfeld gebildet wird, welches beim Fließen eines Stroms durch die Spule 38 entsteht. Wenn die Spule 38 von Strom durchflossen wird, dann entsteht ein Magnetfeld, wie es mit den Pfeilen 33 angedeutet ist. Dieses Magnetfeld setzt sich zusammen aus einem magnetischen Querfeld, welches innerhalb des flachen Elements 32 in der Spannrichtung der durch dieses Element gebildeten Sehne verläuft, und aus einem azimutalen Magnetfeld, welches innerhalb des Rohrs 34 in Umfangsrichtung verläuft.The flat element is in a suitable manner with the opposite Wall sections of cross-section 34 connected to form a good magnetic flux path for a magnetic field, which occurs when a current flows through the coil 38. When current flows through coil 38, a Magnetic field, as indicated by arrows 33. This magnetic field is composed of a magnetic transverse field, which runs within the flat element 32 in the direction of tension of the tendon formed by this element, and out an azimuthal magnetic field which runs within the tube 34 in the circumferential direction.

Der steuernde Signalstrom kann irgendeinen geeigneten zeitlichen Verlauf haben, es kann z.B. ein Gleichstrom, ein einzelner Stromimpuls oder eine Impulskette sein, je nach dem speziellen Anwendungsfall. Wenn man beispielsweise das Rohr 30 (ohne die Düse 36) zur Steuerung der Menge des hindurchfließenden Fluids verwenden will, dann kann der durch die Spule 38 geschickte Strom ein kontinuierliches Gleichstromsignal sein. Die augenblickliche Stromstärke bestimmt die augenblickliche Querschnittsfläche des Rohrs 30 und somit den Augenblickswert der hindurchfließenden Strömung. Falls man das Rohr 30 (mit der Düse 36) zum Ausstoßen eines Fluidstrahls verwenden will, dann wird man dem durch die Spule 38 geschickten Strom die Form einer Impulskette oder dgl. geben.The controlling signal stream can have any suitable time course, e.g. it can be a direct current, a single Be a current pulse or a pulse train, depending on the specific application. For example, if you have the pipe 30 (without the If you want to use nozzle 36) to control the amount of fluid flowing through it, the one sent through the coil 38 can be used Current can be a continuous DC signal. The instantaneous current strength determines the instantaneous cross-sectional area of the tube 30 and thus the instantaneous value of the flow through it Flow. If one wants to use tube 30 (with nozzle 36) to eject a jet of fluid, then one will Give the current sent through the coil 38 the form of a pulse train or the like.

409850/1077409850/1077

Beim Anlegen des Magnetfeldes dehnt sich das flache Element 32 quer in Richtung seiner Spannweite aus. Gleichzeitig zieht sich das Rohr 30 in Umfangsrichtung zusammen. Die Folge ist eine geometrische Verzerrung der Querschnittsform des Rohrs 30 und eine entsprechende Verminderung des Volumens innerhalb des Rohrs. Wie oben erwähnt, ist der magnetostriktive Effekt unabhängig vom Richtungssinn des Magnetfeldes. In der Fig. 3 ist zwar mit den Pfeilen 33 eine bestimmte Feldrichtung angenommen, der magnetostriktive Effekt wäre jedoch der gleiche, wenn das Feld in umgekehrter Richtung verlaufen würde.When the magnetic field is applied, the flat element 32 expands across in the direction of its wingspan. At the same time, the tube 30 contracts in the circumferential direction. The consequence is a geometric one Distortion of the cross-sectional shape of the tube 30 and a corresponding reduction in volume within the tube. As mentioned above, the magnetostrictive effect is independent of the direction of the magnetic field. In Fig. 3 is with the Arrows 33 assume a certain field direction, but the magnetostrictive effect would be the same if the field were reversed Direction would go.

Die mit der Öffnung 39 versehene Düse 36 ist mit dem Ende 31a des Rohrs 30 verbunden. Das Ende 31b des Rohrs 30 wird an irgendeine geeignete Fluidquelle angeschlossen, die einen ausreichenden Druck liefert, um das Fluid in das Rohr 30 zu schicken und ein Zurückfließen durch das Ende 31b zu verhindern. Die Öffnung 39 ist klein im Vergleich zur Querschnittsfläche 34 des Rohrs 30. Wenn die Querschnittsfläche 34 als Reaktion auf das Magnetfeld geometrisch verzerrt wird (und somit das Volumen des Rohrs 30 vermindert wird), dann wird ein Fluidstrahl durch die Öffnung 39 aus dem Rohr 30 ausgestoßen.The nozzle 36 provided with the opening 39 is connected to the end 31 a of the pipe 30. The end 31b of the tube 30 is to any connected to a suitable fluid source which provides sufficient pressure to send the fluid into the tube 30 and prevent backflow through end 31b. The opening 39 is small compared to the cross-sectional area 34 of the tube 30. When the cross-sectional area 34 in response to the magnetic field is geometrically distorted (and thus the volume of the tube 30 is reduced), then a jet of fluid is made through the opening 39 ejected from the tube 30.

Zur Realisierung der Erfindung ist nicht unbedingt eine Düse (36) erforderlich, d.h. die Anordnung nach Fig. 3 kann auch ohne die Düse 36 überall dort verwendet werden, wo es gilt, die Strömung eines Fluids zu steuern. Man kann somit durch Anlegen eines geeigneten Steuerstroms an die Spule 38 die Querschnittsfläche des Rohrs 30 und somit das Rohrvolumen beeinflussen, um den Fluiddurchsatz durch das Rohr 30 zu steuern. Wie erwähnt, kann der durch die Spule 38 geschickte Strom je nach der Anwendungsart ein Wechselstrom (z.B. ein Impuls oder eine Impulskette) oder ein Gleichstrom sein.To implement the invention, a nozzle (36) is not absolutely necessary, i.e. the arrangement according to FIG. 3 can also be used without the Nozzle 36 can be used wherever it is necessary to control the flow of a fluid. One can thus create a suitable Control current to the coil 38 affect the cross-sectional area of the tube 30 and thus the tube volume to the Control fluid flow through tube 30. As mentioned, the current sent through the coil 38 can be an alternating current (e.g. a pulse or a pulse train) depending on the type of application. or be a direct current.

Das in Fig. 3 gezeigte erfindungsgemäße Fluidsteuergerät hat gegenüber den bekannten Einrichtungen zur Steuerung einer Fluidströmung mehrere wesentliche Vorteile. Um ein Beispiel für dieThe fluid control device according to the invention shown in FIG. 3 has, compared to the known devices for controlling a fluid flow several major advantages. To give an example of the

409850/1077409850/1077

beträchtliche Volumenänderung zu geben, die durch die erfindungsgemäße Verzerrung des Querschnitts 34 innerhalb des Rohrs 30 stattfindet, sei ein Rohr 30 mit den folgenden ursprünglichen Abmessungen betrachtet:to give considerable change in volume by the inventive Distortion of cross section 34 within tube 30 takes place, let a pipe 30 with the following original Dimensions considered:

c = 1,414 χ 1O~³ Meter
1 = 1,475 χ 10"³ Meter
R = 2,858 χ 1O~³ Meter
Θ = 0,5 Bogeneinheitenc = 1.414 χ 10 ~ ³ meters
1 = 1.475 χ 10 " ³ meters
R = 2.858 1O ~ ³ meters
Θ = 0.5 sheet units

Dabei sei c die Länge des Hauptdurchmessers der Querschnittsform 34 bzw. die Breite des Quergliedes 32, R der Radius eines Kreises, dessen Bogenstücke jeweils eine Hälfte des krummlinigen Querschnitts 34 bilden, Θ der Mittelpunktswinkel des Kreises mit dem Radius R, der die Bogenstücke für den Querschnitt 34 definiert, und 1 die Länge dieser Bogenstücke. Es sei angenommen, daß beim Anlegen eines in Richtung der Pfeile 33 verlaufenden Magnetfeldes die Größe c um 30 ppm wächst, wenn die Größe 1 um 30 ppm abnimmt. Das Verhältnis der Änderung der Querschnittsfläche zur ursprünglichen Querschnittsfläche, d.h.Let c be the length of the main diameter of the cross-sectional shape 34 or the width of the cross member 32, R the radius of a Circle whose arc pieces each have a half of the curvilinear one Form cross-section 34, Θ the central angle of the circle with radius R, which is the arc pieces for the cross-section 34 defines, and 1 the length of these arc pieces. It is assumed that when you create a running in the direction of arrows 33 Magnetic field the size c increases by 30 ppm when the size 1 decreases by 30 ppm. The ratio of change in Cross-sectional area to the original cross-sectional area, i.e.

AA — 4AA - 4th

die Größe ~, ist dann 28,53 χ 10 . Der Ausdruck:the size ~, is then 28.53 χ 10. The expression:

M _β ΔΑ _ ΔΙ ,M _β ΔΑ _ ΔΙ,

VA ^σΡ 1 ¹³⁾ VA ^σ Ρ 1 ¹³⁾

gibt die relative Volumenänderung als Funktion der Änderung der Querschnittsfläche einer magnetostriktiven Anordnung des in Fig. 3 gezeigten Typs wieder, wenn diese Anordnung einem Magnetfeld ausgesetzt wird, welches aus einem Querfeld und einem azimutalen Feld besteht. Wenn das in Fig. 3 gezeigte magnetostriktive Fluidsteuergerät die oben angegebenen ursprünglichen Abmessungen hat und die oben angegebenen Dimensionsänderungen erfährt, dann ergibt sich gemäß Gleichung (3) für das Verhältnis der Volumenänderung zum ursprünglichen Volumen ein Wert von 28,44--χ-10" (2844 ppm). Bei der bekannten magnetostriktiven Anordnung nach Fig. 1 betrug das Verhältnis der Volumenände-gives the relative change in volume as a function of the change in Cross-sectional area of a magnetostrictive arrangement of the in Fig. 3 again when this arrangement is exposed to a magnetic field, which consists of a transverse field and an azimuthal Field exists. If the magnetostrictive fluid control device shown in FIG. 3 has the original dimensions given above and experiences the dimensional changes indicated above, then according to equation (3) results for the ratio the change in volume to the original volume has a value of 28.44 - χ-10 "(2844 ppm). In the case of the known magnetostrictive The arrangement according to Fig. 1 was the ratio of the volume changes

4098507107740985071077

rung zum ursprünglichen Volumen 12 χ 10 (12 ppm). Das in
Fig. 3 gezeigte erfindungsgemäße magnetostriktive Fluidsteuergerät kann somit eine Volumenänderung entwickeln, die um das
237-fache größer ist als im Falle der bekannten Anordnung nach Fig. 1.to the original volume 12 χ 10 (12 ppm). This in
Fig. 3 shown inventive magnetostrictive fluid control device can thus develop a change in volume, which by the
237 times larger than in the case of the known arrangement according to FIG. 1.

Wenn man also gemäß der Erfindung ein magnetostriktives Rohr
mit krummliniger Querschnittsform und einem flachen magnetostriktiven Element vorsieht, welches sich längs der Hauptachse des Rohrs in Querrichtung spannt, und wenn man an diese Anordnung ein Magnetfeld legt, welches gleichzeitig die Breite des
flachen Elementes vergrößert und die Länge der das flache Element überspannenden Bogenstücke vermindert, dann erhält man
eine geometrische Verzerrung, die zu einer Volumenänderung
führt, welche mehrere hundertmal größer ist als die mit den
bekannten Anordnungen möglichen Volumenänderungen.So if you have a magnetostrictive tube according to the invention
with a curvilinear cross-sectional shape and a flat magnetostrictive element, which stretches along the main axis of the tube in the transverse direction, and if you apply a magnetic field to this arrangement, which at the same time the width of the
Flat element is increased and the length of the arcuate pieces spanning the flat element is reduced, then one obtains
a geometric distortion that leads to a change in volume
leads, which is several hundred times larger than that with the
known arrangements possible volume changes.

Mit der Erfindung wird außerdem ein magnetischer Flußweg niedrigen nagnetisehen Widerstands geschaffen, so daß man mit Steuersignalen geringerer Leistung als bei den bekannten Anordnungen auskommt. Außerdem wird mit der Erfindung für einen Wirbelstromweg gesorgt, der zu kürzeren Ansprechzeiten als bei den bekannten Anordnungen führt.The invention also makes a magnetic flux path low nagnetic resistance created so that you can use control signals lower performance than with the known arrangements. In addition, the invention for an eddy current path taken care of, which leads to shorter response times than with the known arrangements.

IM die Vorteile der vorliegenden Erfindung gegenüber dem Stand der Technik vor Augen zu führen, seien nachstehend einige Betrachtungen hinsichtlich der Leistungserfordernisse und Ansprechzeiten von magnetostriktiven Fluidsteuergeräten angestellt.IM the advantages of the present invention over the prior art The following are some considerations regarding the performance requirements and response times to bring the technology in mind employed by magnetostrictive fluid control devices.

Es läßt sich zeigen, daß die Induktivität je Wicklung der Erregerspule 12 bei der in Fig. 1 gezeigten bekannten Anordnung, die von einem durch die Spule erzeugten axialen Magnetfeld beaufschlagt wird, gegeben ist durch:It can be shown that the inductance per winding of the excitation coil 12 in the known arrangement shown in FIG. 1, which is acted upon by an axial magnetic field generated by the coil is given by:

409850/1077409850/1077

wobei P der Umfang des Rohrs 10, L die Länge des Rohrs 10, δ die Dicke des Rohrs 10 und μ die magnetische Permeabilität des Materials ist, aus dem das Rohr 10 hergestellt ist. Ähnlich läßt sich zeigen, daß die Induktivität je Windung der Erregerspule 26 in der Anordnung nach Fig. 3, die einem von der Spule erzeugten azimutalen Magnetfeld ausgesetzt ist, gegeben ist durch:where P is the circumference of the tube 10, L is the length of the tube 10, δ the Thickness of the tube 10 and μ is the magnetic permeability of the material from which the tube 10 is made. Similarly lets show that the inductance per turn of the excitation coil 26 in the arrangement according to FIG. 3, the one generated by the coil exposed to an azimuthal magnetic field is given by:

LOy . (5) LOy . (5)

wobei P der Umfang des Rohrs 30, L die Länge des Rohrs 30, δ die Dicke des Rohrs 30 und μ die magnetische Permeabilität des das Rohr 30 darstellenden Materials ist. Falls die Größen P, L, μ und δ für beide Rohre 10 und 30 gleiche Werte haben, ist das Verhältnis zwischen der Induktivität der in Fig. 3 gezeigten Anordnung und der Induktivität der in Fig. 1 gezeigten bekannten Anordnung folgendes:where P is the circumference of the pipe 30, L is the length of the pipe 30, δ is the thickness of the pipe 30 and μ is the magnetic permeability of the the tube 30 is constituting material. If the quantities P, L, μ and δ have the same values for both pipes 10 and 30, that is Relationship between the inductance of the arrangement shown in FIG. 3 and the inductance of the known one shown in FIG Arrangement the following:

L² L ²

(6)(6)

Da L typischerweise 5 bis 10 mal größer ist als P, kann die Induktivität je Windungseinheit bei der erfindungsgemäßen Anordnung nach Fig. 3 etwa 100 mal größer sein als bei der bekannten Anordnung nach Fig. 1. Wegen dieser wesentlich größeren Induktivität benötigt die Anordnung nach Fig. 3 wesentlich weniger Strom als die bekannte Anordnung nach Fig. 1.Since L is typically 5 to 10 times greater than P, the inductance per winding unit in the arrangement according to the invention 3 be about 100 times larger than in the known arrangement according to FIG. 1. Because of this much larger The arrangement according to FIG. 3 requires considerably less inductance Current than the known arrangement according to FIG. 1.

Die Ansprechzeit magnetostriktiver Strukturen hängt bekanntlich teilweise von den Ansprechzeitkonstanten der Stromwege ab, über welche Wirbelströme fließen können. Die den Wirbelstromwegen zugeordnete Zeitkonstante läßt sich durch folgende Gleichung bestimmen:As is known, the response time of magnetostrictive structures depends in part on the response time constants of the current paths which eddy currents can flow. The time constant associated with the eddy current paths can be given by the following equation determine:

τ - ϊ4- ■ (7)τ - ϊ4- ■ (7)

e me m

wobei r der elektrische Widerstand des Wirbelstromweges und r_m where r is the electrical resistance of the eddy current path and r _m

409850/ 1 077409850/1 077

der magnetische Widerstand des Wirbelstromweges ist. Der elektrische Widerstand r. und der magnetische Widerstand r , dieis the magnetic resistance of the eddy current path. The electric one Resistance r. and the magnetic resistance r, the

e me m

bei Beaufschlagung der bekannten in Fig. 1 dargestellten Anordnung mit einem axialen Magnetfeld wirksam sind, richten sich nach folgenden Gleichungen:when the known arrangement shown in FIG. 1 is applied are effective with an axial magnetic field are based on the following equations:

^re ^s ^r e ^s

wobei σ die elektrische Leitfähigkeit des Rohrs 10 ist und alle anderen Symbole dieselbe Bedeutung wie im Ausdruck (4) haben. Somit bestimmt sich die Zeitkonstante für die bekannte Anordnung nach Fig. 1 aus folgender Gleichung:where σ is the electrical conductivity of the tube 10 and all other symbols have the same meaning as in expression (4). The time constant for the known arrangement is thus determined according to Fig. 1 from the following equation:

τ = μσδ² (9)τ = μσδ ² (9)

Der elektrische Widerstand r , der magnetische Widerstand r und die Zeitkonstante, die sich in der Anordnung nach Fig. 3 beim Anlegen eines azimutalen Feldes ergeben, bestimmen sich in ähnlicher Weise nach folgenden Gleichungen:The electrical resistance r, the magnetic resistance r and the time constant, which are in the arrangement according to FIG Applying an azimuthal field are determined in a similar way according to the following equations:

(10) (11) (12)(10) (11) (12)

Durch Vergleich der Gleichung (12) mit der Gleichung (9) läßt sich erkennen, daß die erfindungsgemäße Anordnung nach Fig. 3 eine Zeitkonstante hat, die nur den vierten Teil der Zeitkonstante der bekannten Anordnung nach Fig. 1 ausmacht.By comparing equation (12) with equation (9) it can be seen that the arrangement according to the invention according to FIG has a time constant which makes up only the fourth part of the time constant of the known arrangement according to FIG.

Eine nähere Betrachtung des Ausdrucks (5) offenbart, daß der vom Fluidsteuergerät nach Fig. 3 benötigte Strom sich mit derCloser examination of expression (5) reveals that the current required by the fluid controller of FIG

409850/1077409850/1077

^re ^s ^r e ^s ^rm ⁼ ^r m ⁼ τ ^s τ ^s ALAL
' σΡδ ' σΡδ μΡδμΡδ _ss MilMil
44th

Umfangslänge P des Querschnitts 34 ändert (weil sich die Induktivität dieser Anordnung umgekehrt mit P ändert). Bei näherer Betrachtung des Ausdrucks (12) erkennt man ferner, daß sich die Ansprechgeschwindigkeit der Anordnung nach Fig. 3 umgekehrt mit dem Quadrat der Dicke des Rohrs 30 (6 ) ändert. Es ist daher vorteilhaft, den Umfang des Rohrs 30 so kurz und dünn wie möglich zu machen.The circumferential length P of the cross-section 34 changes (because the inductance of this arrangement changes inversely with P). With closer Examination of expression (12) it can also be seen that the response speed of the arrangement of FIG. 3 is inversely with the square of the thickness of the tube 30 (Fig. 6) changes. It is therefore advantageous to make the circumference of the tube 30 as short and thin as possible.

Man sollte jedoch darauf achten, daß das Rohr 30 dick genug ist, damit es der Materialspannung widersteht, die es durch den Druck bei Komprimierung des darin befindlichen Fluids erfährt. Als Beispiel sei angenommen, daß das Rohr 30 aus Nickel besteht,Care should be taken, however, that the tube 30 is thick enough to so that it withstands the material tension that it experiences from the pressure when the fluid therein is compressed. as For example, assume that the tube 30 is made of nickel,

welches einen Elastizitätsmodul von 21 χ 10¹⁰ hat. Ferner sei angenommen, daß das im Rohr30 befindliche F¹SuId Wasser ist, dessen Elastizitätsmodul für Druck 2,18 χ 10⁹ beträgt. Schließlich sei angenommen, daß beim Zusammenziehen des Rohrs 30 die auf den Fluiddruck zurückgehende Materialspannung in der Rohrwandung halb so groß wie die magnetostriktive Materialspannung ist und daß die restliche Materialspannung dazu verwendet wird, einen Fluiddruck von 10 zu erzeugen. Die auf den Umfang P bezogene Dicke des RoWs 30 wird dann bestimmt durch das Verhältnis zwischen dem Elastizitätsmodul für Wasser und dem Elastizitätsmodul des Wandmaterials:which has a modulus of elasticity of 21 χ 10 ¹⁰ . It is also assumed that the F ¹ SuId located in the pipe 30 is water, the modulus of elasticity of which for pressure is 2.18 χ 10 ⁹ . Finally, assume that when the tube 30 is contracted, the material stress in the pipe wall due to the fluid pressure is half the magnetostrictive material stress and that the remaining material stress is used to generate a fluid pressure of 10. The thickness of the RoW 30 related to the circumference P is then determined by the ratio between the elastic modulus for water and the elastic modulus of the wall material:

j_ . . ₁₀-2 ₍₁₃₎ j_. . ₁₀ -2 ₍₁₃₎

~~2tT 21 χ 10~~ 2tT 21 χ 10

Eine Untersuchung der Gleichung (13) zeigt, daß die Dicke desExamination of equation (13) shows that the thickness of the

ρ Rohrs 30 unter diesen Bedingungen größer oder gleich ρ pipe 30 under these conditions is greater than or equal to

sein sollte. Es sollte auch darauf geachtet werden, daß das flache Element 32 dick genug ist, damit es den Kräften, die von den gebogenen Abschnitten des Rohrs 30 auf es ausgeübt werden, ohne Ausbeulung widersteht.should be. Care should also be taken that the flat member 32 is thick enough to withstand the forces exerted by the bent portions of the tube 30 are exerted on it without buckling.

409850/1077409850/1077

Schließlich sollte man die Dicke und den magnetischen Widerstand des flachen Elements 32 Im Verhältnis zur Dicke und zum magnetischen Widerstand der Wand des Rohrs 30 so wählen, daß das Im flachen Element 32 Induzierte magnetische Querfeld leicht gekoppelt wird und In ümfangsrichtung in der Wand des Rohrs 30 welterläuft.Finally, one should consider the thickness and reluctance of the flat member 32 in relation to the thickness and to the Select the magnetic resistance of the wall of the tube 30 so that the magnetic transverse field induced in the flat element 32 is easily coupled and in the circumferential direction in the wall of the Rohrs 30 is running all over the world.

Fluidstrahlerate des in Fig. 3 gezeigten Typs können vielseitig verwendet werden. Die in Fig. 3 gezeigte Anordnung eignet sich besonders für einen Tintenstrahlschreiber. In einem Tintenstrahlschreiber kann der Fluidstrahlerzeuger nach Fig. 3 leicht aus einem Tank mit Tinte versorgt werden und einen Tintenstrahl auf ein Aufzeichnungsmedium treffen lassen. Fluidstrahlerzeuger des in Fig. 3 gezeigten Typs können auch zur Kraftstoffeinspritzung für Verbrennungsmotoren in Automobilen und dgl. verwendet werden.Fluid jet rates of the type shown in Figure 3 can be used in many ways. The arrangement shown in Fig. 3 is suitable particularly suitable for an inkjet printer. In an ink jet pen, the fluid jet generator of FIG. 3 can easily be used are supplied with ink from a tank and allow an ink jet to strike a recording medium. Fluid jet generator of the type shown in Fig. 3 can also be used for fuel injection for internal combustion engines in automobiles and the like.

Ein Automobil mit einem Achtzylindermotor benötigt beispielsweise 12 000 Einspritzungen von jeweils 0,02 ecm pro Minute, wenn die Tourenzahl des Motors 3000 Umdrehungen je Minute beträgt, das Automobil etwa 97 km pro Stunde (1,6 km pro Minute) fährt und einen durchschnittlichen Kraftstoffverbrauch von etwaAn automobile with an eight-cylinder engine, for example, requires 12,000 injections of 0.02 ecm per minute each, if the number of revolutions of the engine is 3000 revolutions per minute, the automobile is about 97 km per hour (1.6 km per minute) drives and an average fuel consumption of about 14,5 1/100 km hat. Für diesen Fall muß der Fluidstrahlerzeuger14.5 1/100 km. In this case, the fluid jet generator

—8 3-8 3

nach Fig. 3 mit einer Volumenänderung AV von 2 χ 10 m arbeiten. Dies läßt sich erreichen, wenn der Fluidstrahlerzeuger nach Fig. 3 eine Länge von etwa 10 cm und einen Hauptdurchmesser (Durchmesser in Richtung der größeren Querschnittsachse)3 work with a volume change AV of 2 10 m. This can be achieved if the fluid jet generator according to Fig. 3 a length of about 10 cm and a major diameter (diameter in the direction of the larger cross-sectional axis) von etwa 1,3 cm hat. Bei einer solchen Dimensionierung wirdof about 1.3 cm. With such a dimensioning

2 ein Fluidstrahl mit einem Druck von etwa 67 kg/cm ausgestoßen. 2 ejected a fluid jet at a pressure of about 67 kg / cm.

Die Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung in einem Querschnitt, der in derselben Richtung gelegt ist wie der in Fig. 3 sichtbare Querschnitt der ersten Ausführungsform. Das in Fig. 4 dargestellte Fluidsteuergerät besteht aus einem magnetostriktiven Rohr 40 (ähnlich dem Rohr 30 nach Fig. 3) mitFig. 4 shows another embodiment of the invention in a cross section taken in the same direction as that in Fig. 3 visible cross section of the first embodiment. The fluid control device shown in Fig. 4 consists of a magnetostrictive tube 40 (similar to the tube 30 of FIG. 3) with

409850/1077409850/1077

allgemein ovaler Querschnittsform 42 und aus einem kreuzförmigen Element 44. Dieses Kreuzglied 44 setzt sich aus zwei flachen Quergliedern 44a und 44b zusammen, deren eines in Richtung des (kleineren) Nebendurchmessers und deren anderes in Richtung des (größeren Hauptdurchmessers der allgemein elliptischen Querschnittsform 42 gespannt ist. Das magnetostriktive Rohr besteht aus einem geeigneten magnetostriktiven Material, z.B. aus Nickel oder aus einer Nickel-Eisen-Legierung, damit es sich unter der Wirkung eines azimutalen Hagnetfeldes in Umfangsrichtung zusammenzieht. Das Kreuzglied 44 besteht aus einem solchen magnetostriktiven Material, z.B. aus einer Eisen-Nickel-Legierung, daß es sich radial nach außen ausdehnt, wenn es einem Magnetfeld ausgesetzt wird, dessen Feldlinien dem Hauptdurchmesser und dem Nebendurchmesser der Querschnittsform 42 folgen. Das Kreuzglied 44 gibt dem Rohr 40 eine gewisse Steifigkeit, damit die allgemeine geometrische Form des Querschnitts 42 eingehalten bleibt. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann nur eines der Querglieder (44a oder 44b) aus magnetostriktivem Material bestehen, während das andere Querglied aus irgendeinem geeigneten Baustoff (z.B. ein Metall oder ein Kunststoff) besteht .generally oval cross-sectional shape 42 and a cruciform Element 44. This cross member 44 is composed of two flat cross members 44a and 44b, one in the direction of the (smaller) secondary diameter and the other in the direction of the (larger main diameter of the generally elliptical Cross-sectional shape 42 is stretched. The magnetostrictive tube consists of a suitable magnetostrictive material, e.g. made of nickel or from a nickel-iron alloy, so that it is under the action of an azimuthal magnetic field in the circumferential direction contracts. The cross member 44 is made of such a magnetostrictive material, for example an iron-nickel alloy, that it expands radially outward when exposed to a magnetic field whose field lines are the major diameter and the minor diameter of the cross-sectional shape 42 follow. The cross member 44 gives the tube 40 a certain rigidity, so that the general geometric shape of the cross section 42 is maintained remain. According to another embodiment, only one of the cross members (44a or 44b) can be made of magnetostrictive Material, while the other cross member is made of any suitable building material (e.g. a metal or a plastic) .

Der elliptische Querschnitt 42 wird durch das Kreuzglied 44 in einzelne Quadranten (48a bis 48d) unterteilt. Jeder Quadrant wird außen von einem bogenförmigen Abschnitt des Querschnitts 42 begrenzt. Jeder dieser bogenförmigen Abschnitte ist ein Bogenstück einer geeigneten krummlinigen geometrischen Figur, z.B. eines Kreises, einer Ellipse, einer Parabel oder dgl. Vorzugsweise haben die bogenförmigen Abschnitte die Gestalt von Kreisbögen. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann das Rohr 40 einen allgemein kreisförmigen Querschnitt haben, wobei das Kreuzgiied 44 aus flachen Elementen gleicher Länge besteht.The elliptical cross section 42 is divided into individual quadrants (48a to 48d) by the cross member 44. Every quadrant is delimited on the outside by an arcuate section of the cross section 42. Each of these arched sections is a Arc of a suitable curvilinear geometrical figure, e.g. a circle, an ellipse, a parabola or the like. Preferably the arcuate sections have the shape of arcs of a circle. According to another embodiment, the tube 40 have a generally circular cross-section, the cross member 44 being made up of flat members of equal length.

In Fig. 4 ist eine Spule 46 dargestellt, deren Windungen in Richtung der Achse des Rohrs 40 verlaufen. Wenn durch die SpuleIn Fig. 4, a coil 46 is shown, the turns in the direction the axis of the tube 40 run. When by the coil

409850/1077409850/1077

eln Strom fließt, dann entsteht ein magnetisches Feld, wie es mit den Pfeilen 43 angedeutet 1st. Dieses Feld setzt sich zusammen aus einem azimutalen Magnetfeld, welches im Rohr 40 in Umfangsrichtung verläuft, und einem magnetischen Querfeld, welches innerhalb des Kreuzgliedes 44 längs der Hauptachse und der Nebenachse des Querschnitts 42 verläuft. Wenn das in Fig. 4 gezeigte Fluidsteuergerät diesen Magnetfeldern ausgesetzt wird, dann zieht sich das Rohr 40 in ümfangsrichtung zusammen, während sich die das Kreuzglied 44 bildenden Querglieder 44a und 44b radial nach außen ausdehnen, so daß die Querschnittsform des Rohrs 40 eine geometrische Verzerrung erfährt, ähnlich wie es weiter oben beschrieben ist.When a current flows, a magnetic field like this is created indicated by the arrows 43 1st. This field is composed from an azimuthal magnetic field, which in the tube 40 in the circumferential direction runs, and a magnetic transverse field, which within the cross member 44 along the main axis and the minor axis of the cross section 42 runs. When the fluid control device shown in Fig. 4 is exposed to these magnetic fields, then the tube 40 contracts in the circumferential direction while the cross members 44a and 44b forming the cross member 44 expand radially outward, so that the cross-sectional shape of the pipe 40 experiences a geometric distortion, similar to it is described above.

Das in Fig. 4 gezeigte Fluidsteuergerät kann als Fluidstrahler zeuger ähnlich dem Fluidstrahlerzeuger nach Fig. 3 ausgestaltet werden, indem man an einem Ende des Rohrs 40 eine Düse (ähnlich der Düse 36 nach Fig. 3) anbringt und das andere Ende des Rohrs 40 an eine Fluiddruckguelle anschließt, um das Rohr 40 mit Fluid zu versorgen.The fluid control device shown in FIG. 4 can be used as a fluid jet Generators similar to the fluid jet generator according to FIG. 3 designed by attaching a nozzle (similar to nozzle 36 of FIG. 3) to one end of tube 40 and the other end of the Tube 40 connects to a fluid pressure source to supply the tube 40 with fluid.

Je nachdem, ob das Rohr 40 zur Steuerung des Durchflusses oder zur Erzeugung eines Fluidstrahls verwendet wird, fließt entweder eine Fluidströmung in jedem Quadranten des Querschnitts 42 oder jeder Quadrant enthält eine bestimmte Fluidmenge. Wenn der Querschnitt unter dem Einfluß eines geeigneten Magnetischen Feldes eine geometrische Verzerrung erfährt, dann wird in beiden Fällen das Innenvolumen des Rohrs 40 kleiner. Falls das Rohr 40 zur Durchflußsteuerung verwendet wird, setzt das verminderte Volumen der Fluidströmung einen größeren Widerstand entgegen, so daß der Fluiddürchsatz gesteuert wird. Falls das Rohr 40 jedoch als Fluidstrahlerzeuger ausgelegt ist, bewirkt die Volumenabnahme einen relativ hohen Druck im- Fluid, so daß aus der öffnung der Düse ein Fluidstrahl ausgestoßen wird. Bei Verwendung des Rohrs 40 als Durchflußregler wird der Spule 46 vorzugsweise ein Gleichstromsignal zugeführt. Bei Verwendung des Rohrs 40 zur Fluidstrahlerzeugung wird an die Spule 46 vorzugsweiseDepending on whether the pipe 40 to control the flow or is used to generate a fluid jet, either a fluid flow flows in each quadrant of the cross section 42 or each quadrant contains a certain amount of fluid. When the cross-section is under the influence of a suitable magnetic field experiences a geometric distortion, then the internal volume of the tube 40 becomes smaller in both cases. If the pipe 40 is used for flow control, the reduced volume provides greater resistance to the fluid flow, so that the fluid flow rate is controlled. However, if the tube 40 is designed as a fluid jet generator, this causes the volume to decrease a relatively high pressure in the fluid, so that a fluid jet is ejected from the opening of the nozzle. Using of the tube 40 as a flow regulator, the coil 46 is preferably supplied with a direct current signal. When using the pipe 40 for fluid jet generation is preferably attached to the coil 46

A09850/1077A09850 / 1077

-21-ein Wechselstromsignal angelegt.-21-an AC signal applied.

Die mit der Anordnung nach Fig. 4 erzielbaren Volumenänderungen sind nicht so stark wie bei der Anordnung nach Fig. 3. Andererseits ist die strukturelle Festigkeit der Anordnung nach Fig. 4 dank des Kreuzgliedes 44 größer als diejenige der Anordnung nach Fig. 3, was in bestimmten Anwendungsfällen, bei denen es auf diese Festigkeit ankommt, von Vorteil sein kann.The volume changes that can be achieved with the arrangement according to FIG are not as strong as in the arrangement of FIG. 3. On the other hand, the structural strength of the arrangement of FIG thanks to the cross member 44 larger than that of the arrangement of FIG. 3, which in certain applications in which it is on this strength matters, can be beneficial.

Die Figur 5 zeigt eine wiederum andere Ausführungsform der Erfindung in einem Querschnitt, der in der gleichen Richtung wie der in Fig. 3 sichtbare Querschnitt gelegt ist. Die in Fig. 5 gezeigte Anordnung zur Steuerung einer Fluidströmung entspricht der Anordnung nach Fig. 3, nur daß die Spule 38 fehlt. Zur Erzeugung eines Magnetfeldes, welches das Rohr 30 in Umfangsrichtung zusammenzieht und das flache Querglied 32 in seitlicher Richtung ausdehnt, ist anstelle der in Fig. 3 gezeigten Spule 38 ein Magnet 50 vorgesehen, dessen Nordpol (N) mit 50b und dessen Südpol (S) mit 50a bezeichnet ist. Zur Bildung des magnetischen Nordpols 50b und des magnetischen Südpols 50a kann irgendeine bekannte Magnetstruktur dienen. Vorzugsweise wird hierzu ein Elektromagnet verwendet, damit sich die in Fig. 5 gezeigte Fluidsteueranordnung abhängig von einem elektrischen Steuersignal betreiben läßt, welches zwischen den Polstücken 50b und 50a ein Magnetfeld erzeugt, wie es mit den Pfeilen 52a und 52b angedeutet ist.FIG. 5 shows yet another embodiment of the invention in a cross section which is taken in the same direction as the cross section visible in FIG. The in Fig. 5 The arrangement shown for controlling a fluid flow corresponds to the arrangement according to FIG. 3, only that the coil 38 is missing. To the generation a magnetic field which contracts the tube 30 in the circumferential direction and the flat cross member 32 in the lateral Direction extends, a magnet 50 is provided instead of the coil 38 shown in Fig. 3, the north pole (N) with 50b and whose south pole (S) is denoted by 50a. To form the north magnetic pole 50b and the south magnetic pole 50a any known magnetic structure can serve. An electromagnet is preferably used for this so that the in Fig. 5 can operate the fluid control arrangement shown depending on an electrical control signal, which between the pole pieces 50b and 50a generates a magnetic field, as indicated by arrows 52a and 52b.

Die mit den Pfeilen 52a in Fig. 5 gezeigte Richtung des azimutalen Magnetfeldes im Rohr 30 ist der Richtung des azimutalen Magnetfeldes im Rohr 30 der Fig. 3 zwar entgegengesetzt, jedoch führt der im Falle der Fig. 5 auftretende magnetostriktive Effekt zu einer ähnlichen Querschnittsverzerrung des Rohrs 30 wie der im Falle der Fig. 3 auftretende magnetostriktive Effekt. Somit ist die Wirkungsweise der Anordnung nach Fig. 5 zur Steuerung der Fluidströmung die gleiche wie die weiter oben beschriebene Wirkungsweise der Anordnung nach Fig. 3.The direction of the azimuthal magnetic field in the tube 30 shown with the arrows 52a in FIG. 5 is the direction of the azimuthal magnetic field Although the magnetic field in the tube 30 of FIG. 3 is opposite, the magnetostrictive effect occurring in the case of FIG. 5 results to a similar cross-sectional distortion of the tube 30 as the magnetostrictive effect occurring in the case of FIG. Consequently the operation of the arrangement of FIG. 5 for controlling the fluid flow is the same as that described above Mode of operation of the arrangement according to FIG. 3.

A09850/1077A09850 / 1077

Die Fig. 6 zeigt einen Querschnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung, die als Tintenstrahlerzeuger mit Fluidgleichrichtung dienen kann. Der in Fig. 6 gezeigte Querschnitt liegt in einer Ebene, die quer zu der in Fig. 3 sichtbaren Schnittebene verläuft. Der Fluidstrahlerzeuger 60 kann ähnlich ausgebildet sein wie die Anordnungen nach den Fig. 3, 4 oder 5 bzw. deren Abwandlungen. Das der Düse 36 gegenüberliegende Ende des Fluidstrahlerzeugers 60 steht mit einem Tank 68 in Verbindung, der das Rohr 30 des Fluidstrahlerzeugers 60 mit Tinte versorgt. Die gezeigte Platte 62 ist Teil einer Kammer 69, die einen die Düse 36 umgebenden Fluidvorrat enthält. Die Platte 62 hat eine öffnung 64, durch welche die von der Anordnung 60 erzeugten Fluidstrahlen aus der Kammer 69 ausgestoßen werden können.Figure 6 shows a cross-section through an embodiment of the invention which can serve as a fluid rectification ink jet generator. The cross section shown in Fig. 6 is in a plane which runs transversely to the sectional plane visible in FIG. 3. The fluid jet generator 60 can be configured similarly be like the arrangements according to FIGS. 3, 4 or 5 or their modifications. The end of the fluid jet generator 60 opposite the nozzle 36 is in communication with a tank 68, the the tube 30 of the fluid jet generator 60 is supplied with ink. the The plate 62 shown is part of a chamber 69 which contains a fluid supply surrounding the nozzle 36. The plate 62 has an opening 64 through which the fluid jets generated by the arrangement 60 can be expelled from the chamber 69.

Wenn man Fluidstrahlen oder Strahlen aus Fluidtropfen mit Hilfe einer hin- und hergehenden Pumpanordnung erzeugt, dann besteht die Gefahr der Luftblasenbildung. Solche Luftblasen beeinträchtigen die Strahlerzeugung und begrenzen die Betriebsfrequenz, mit der die Strahldüse arbeiten kann. Das heißt, wenn aus der Düse des Strahlerzeugers Fluid ausgestoßen wird, dann kann infolge der oszillierenden Wirkung des Strahlerzeugers Luft durch die Düse eingesaugt werden. Diese Luft bildet dann Blasen, welche die öffnung "verstopfen" können und die Funktion des Strahlerzeugers stören können.When using fluid jets or jets from fluid droplets generated by a reciprocating pump arrangement, then there is a risk of air bubble formation. Such air bubbles affect the beam generation and limit the operating frequency, with which the jet nozzle can work. That is, when fluid is ejected from the nozzle of the jet generator, air can pass through as a result of the oscillating effect of the jet generator sucked into the nozzle. This air then forms bubbles which can "clog" the opening and disrupt the function of the jet generator.

Wenn bei der Anordnung nach Fig. 6 Tinte aus der Düse 36 ausgestoßen wird und durch die öffnung 64 gelangt, dann ersetzt das die Düse 36 umgebende Fluid das durch den Strahlerzeuger ausgestoßene Fluid und verhindert somit, daß Luft in die öffnung 39 gezogen wird. Damit werden Funktionsstörungen durch Luftblasen im wesentlichen vermieden. Das Fluid in der äußeren Kammer 69 kann gefiltert und umgewälzt werden, um irgendwelche Partikel und Luftblasen, die sich an der öffnung 39 festsetzen können, zu entfernen und den Betrieb des Fluidgleichrichters zu verbessern. Gemäß der Darstellung nach Fig. 6 ist der Fluidstrahlerzeuger 60 mit einem gesonderten Tintentank 68 verbunden, so daßIf, in the arrangement according to FIG. 6, ink is ejected from the nozzle 36 and passes through the opening 64, then this replaces the fluid surrounding the nozzle 36, the fluid ejected by the jet generator and thus prevents air from entering the opening 39 is pulled. This essentially avoids malfunctions caused by air bubbles. The fluid in the outer chamber 69 can be filtered and circulated to remove any particles and air bubbles that may adhere to the opening 39, to remove and improve the operation of the fluid rectifier. As shown in FIG. 6, the fluid jet generator 60 is connected to a separate ink tank 68, so that

409850/1077409850/1077

die aus der Düse 36 durch die öffnung 64 ausgestoßene Tinte aus dem Tank 68 wieder nachgefüllt werden kann. Der Tank 68 kann jedoch auch fortgelassen werden, da der Fluidstrahlerzeuger so betrieben wird, daß die aus der Düse 36 ausgestoßene Tinte durch Ansaugen durch die öffnung 39 der Düse 36 wieder nachgefüllt wird, wenn das Rohr 30 beim Nachlassen des magnetostriktiven Effekts sein ursprüngliches Volumen wieder annimmt.the ink ejected from the nozzle 36 through the opening 64 the tank 68 can be refilled. However, the tank 68 can be omitted because the fluid jet generator is so it is operated that the ink ejected from the nozzle 36 is refilled again by suction through the opening 39 of the nozzle 36 when the tube 30 returns to its original volume when the magnetostrictive effect subsides.

Obwohl die vorstehenden speziellen Ausführungsformen der Erfindung als magnetostriktive Einrichtungen beschrieben worden sind, ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt. Um die erfindungsgemäßen Einrichtungen zur Steuerung einer Fluidströmung bzw. zur Erzeugung von Fluidstrahlen zu realisieren können statt der magnetostriktiven Materialien oder in Verbindung mit solchen Materialjen auch andere Stoffe wie z.B. piezoelektrische Materialien verwendet werden, die sich unter Einwirkung elektrischer Felder ausdehnen und zusammenziehen.Although the foregoing specific embodiments of the invention have been described as magnetostrictive devices, the invention is not so limited. To the invention Devices for controlling a fluid flow or for generating fluid jets can be implemented instead of magnetostrictive materials or in connection with such materials also other substances such as piezoelectric materials are used, which under the action of electrical Expand and contract fields.

Das den bogenförmigen Abschnitten und den anderen Elementen angelegte Signal muß nicht unbedingt elektrisch oder magnetisch sein, sondern kann auch anderer Natur sein. So kann z.B. ein mechanisches Signal dazu herangezogen werden, die Längenausdehnung der bogenförmigen und flachen Elemente in Richtung der Querschnittsebenen quer zur Längsachse der Kammern zu ändern.That laid out on the arched sections and the other elements The signal does not necessarily have to be electrical or magnetic, but can also be of a different nature. For example, a mechanical signal can be used to determine the linear expansion of the arcuate and flat elements in the direction of the cross-sectional planes transverse to the longitudinal axis of the chambers.

Bei den Ausführungsformen nach den Fig. 3 bis 6 ist ein zweites Element (Querglied 32 in Fig. 3, Querglied 44a in Fig. 4 usw.) vorhanden, welches aus einem flachen Materialstück besteht und welches sich in gleicher Richtung erstreckt und von gleicher Ausdehnung ist wie die "Sehne" zwischen beabstandeten Punkten des bogenförmigen Elements. Dieses zweite Element muß jedoch nicht unbedingt eben sein und auch nicht mit den besagten "Sehnen" zusammenfallen. Das zweite Element kann stattdessen z.B. einen mittleren Krümmungsradius haben, der kleiner ist als der mittlere Krümmungsradius des bogenförmigen Elements. Unter diesen Umständen kann das zweite Element einerseits so. angeord-In the embodiments according to FIGS. 3 to 6, a second element (cross member 32 in FIG. 3, cross member 44a in FIG. 4, etc.) present, which consists of a flat piece of material and which extends in the same direction and of the same Extension is like the "chord" between spaced points of the arcuate element. However, this second element must not necessarily be level and also not coincide with the said "tendons". You can use the second element instead e.g. have an average radius of curvature which is less than the average radius of curvature of the arcuate element. Under these circumstances, the second element can on the one hand so. arranged

409850/1077409850/1077

net «ein, daß die Enden «einer Querschnitteform mit den oben erwähnten beabstandeten Punkten auf den bogenförmigen Element su«auaenfallen, während es andererseits gegenüber dem bogenförmigen Element so orientiert ist, daß die nach innen weisenden Oberflächen der Elemente (die eine das Fluid enthaltende Kammer bilden) einen mondförmigen Querschnitt definieren.It is assumed that the ends of a cross-sectional shape with the above-mentioned spaced-apart points fall outside on the arc-shaped element , while on the other hand it is oriented with respect to the arc-shaped element so that the inwardly facing surfaces of the elements (the one chamber containing the fluid form) define a moon-shaped cross-section.

409850/1077409850/1077

Claims

1)) Einrichtung zur Steuerung einer Fluidströmung mit einem ersten Element, welches mindestens einen Teil der Wandung einer rohrförmigen, von der Fluidströmung durchflossenen Kammer bildet und welches aus einem solchen Material besteht, daß es beim Anlegen eines Steuersignals eine Längenänderung in Richtung einer quer zur Längsachse der Kammer verlaufenden Querschnittsebene erfährt, um die Querschnittsfläche der Kammer zu verändern, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Querschnittsbild (34) des ersten Elements (z.B. 30) quer zur Längsachse der Kammer aus Bogenstücken (34a,34b) zusammensetzt, und daß ein zweites Element (z.B. 32) vorgesehen ist, welches sich zwischen beabstandeten Orten des ersten Elements spannt, die im besagten Querschnittsbild die Endpunkte einer Bogensehne bilden.1 )) Device for controlling a fluid flow with a first element which forms at least part of the wall of a tubular chamber through which the fluid flow flows and which consists of such a material that when a control signal is applied there is a change in length in the direction of a transverse to the longitudinal axis The chamber experiences the cross-sectional plane extending in order to change the cross-sectional area of the chamber, characterized in that the cross-sectional image (34) of the first element (e.g. 30) transversely to the longitudinal axis of the chamber is composed of curved pieces (34a, 34b), and that a second element (eg 32) is provided, which spans between spaced-apart locations of the first element, which form the end points of a bowstring in said cross-sectional image.

2) Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Element (z.B. 32) aus einem Material besteht, welches unter dem Einfluß des Steuersignals seine zwischen den besagten beabstandeten Orten gemessene Länge ändert.2) Device according to claim 1, characterized in that the second element (e.g. 32) is made of a material which, under the influence of the control signal, is intermediate between the said distance measured length changes.

3) Einrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch sich derart unterscheidende Materialien des ersten und des zweiten Elements (30,32), daß unter dem Einfluß des Steuersignals das eine Element eine Verkürzung erfährt, wenn das andere Element . eine Verlängerung erfährt.3) Device according to claim 2, characterized by such differing materials of the first and the second Elements (30,32) that under the influence of the control signal the one element experiences a shortening when the other element. is extended.

4) Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Element (32) flach ist und im Querschnitt wesentlich dem Verlauf der Bogensehne zwischen beabstandeten Punkten des Querschnittsbildes des ersten Elements (30) folgt, und daß sich unter dem Einfluß des Steuersignals das erste Element in Richtung des Bögenverlaufs zusammenzieht und das zweite Element in4) Device according to claim 3, characterized in that the second element (32) is flat and substantially in cross section the course of the bowstring between spaced points of the cross-sectional image of the first element (30) follows, and that under the influence of the control signal, the first element contracts in the direction of the arc and the second element in

A09850/1077A09850 / 1077

Richtung der Sehne ausdehnt.The direction of the tendon expands.

5) Einrichtung nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Element (30,32) jeweils aus einem magnetostriktiven Material besteht und daß das Steuersignal ein magnetischer Fluß ist, der parallel zu einer Querschnittsebene der Kammer durch die Elemente fließt.5) Device according to claim 3, 4 or 5, characterized in that the first and the second element (30,32) each consists of a magnetostrictive material and that the control signal is a magnetic flux flowing through the elements parallel to a cross-sectional plane of the chamber.

6) Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer an einem Ende eine Ausgangsöffnung hat.6) Device according to one of the preceding claims, characterized in that the chamber has an outlet opening at one end.

7) Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsöffnung eine Düse (36) aufweist.7) Device according to claim 6, characterized in that the outlet opening has a nozzle (36).

8) Einrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Steuersignals eine Spule (38) um das flache zweite Element (32) gewickelt ist, deren Windungen in axialer Richtung der Kammer verlaufen.8) Device according to claims 4 and 5, characterized in that a coil for generating the control signal (38) is wound around the flat second element (32), the turns of which run in the axial direction of the chamber.

9) Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule durch eine am flachen zweiten Element befestigte gedruckte Schaltung gebildet ist.9) Device according to claim 8, characterized in that the coil is formed by a printed circuit attached to the flat second element.

10) Einrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Steuersignals in der Nähe der gegenüberliegenden Enden der Sehnen, deren Endpunkte im Querschnittsbild quer zur Längsachse der Kammer die beabstandeten Orte des ersten Elements bilden, jeweils ein magnetisches Polstück angeordnet ist.10) Device according to claims 4 and 5, characterized in that for generating the control signal in the vicinity of the opposite ends of the tendons, the end points of which form the spaced-apart locations of the first element in the cross-sectional image transverse to the longitudinal axis of the chamber, each a magnetic one Pole piece is arranged.

11) Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (36) innerhalb eines Fluidgleichrichters angeordnet ist, der eine zweite Kammer (39) aufweist, die gegenüber der Düsenöffnung (36) eine öffnung (64) hat; die Düse umgibt und mit Fluid gefüllt ist.11) Device according to claim 7, characterized in that the nozzle (36) is arranged within a fluid rectifier which has a second chamber (39) opposite the nozzle opening (36) has an opening (64); surrounds the nozzle and is filled with fluid.

409850/1077409850/1077