DE2500682A1 - Digitales fluid-steuersystem - Google Patents

Description

• Digitales Fluid-Steuersystem Die Erfindung beschäftigt sich mit der Steuerung einer Fluid-Strömung und insbesondere mit einem digitalen Steuersystem für eine Fluid-Strömung, in welcher die Strömungsgeschwindigkeit unabhängig von Schwankungen des Druckes auf der Abstromseite ist.
• In einem digitalen Fluid-Steuersystem sind mehrere einzeln betätigbare digitale Ventilelemente zwischen einem aufstromseitigen Kanalsystem und einem abstromseitigen Kanalsystem geschaltet. Die digitalen Ventilelemente sind bistabil, d.h. entweder geöffnet oder geschlossen, und werden durch binäre elektrische Signale betätigt, welche in ihren Werten entsprechend einem Binär-Code bewichtet sind. Die Öffnungs-Querschnittsflächen der Ventilelemente sind im Verhältnis zueinander ebenfalls entsprechend dem Binär-Code bewichtet. Die Geschwindigkeit der Fluid-Strömung von dem aufstromseitigen Kanalsystem zu dem abstromseitigen Kanalsystem wird durch Öffnen und Schließen der Ventilelemente in verschiedenen Kombinationen gesteuert, welche von den binären Betätigungssignalen abhängen; aufgrund der identischen Bewichtung der binären Betätigungssignale und der Öffnungsflächen der Ventilelemente ist die Summe der Öffnungsflächen der offenen Ventilelemente proportional zu der Zahl, die von den binären Betätigungssignalen im Binär-Code repräsentiert wird.
• Rückgekoppelte Fluid-Steuersysteme werden in großem Umfang zur Automatisierung von fluidischen Prozessen benutzt. Dabei erzeugt ein Digitalrechner Betätigungssignale für das Durchflußsteersystem in Abhängigkeit von Wandlern, die die dynamischen Zustände des Prozesses anzeigen. Die Fluid-Durchsatzrate durch ein Steuerventil ist eine bekannte Funktion des aufstromseitigen Druckes, des abstromseitigen Druckes, der Auslaßfläche und der Eigenschaften des Fluids. In einem digitalen Steuersystem für Fluid-Strömung ist die Auslaßfläche bestimmt durch die Zustände der digitalen Ventllelemente und dementsprechend durch die Anzahl, die von den betätigenden Signalen im Binär-Code repräsentiert wird; die zu messenden Hauptvariablen sind der aufstromseitige und der abstromseitige Druck, und im Falle eines Gases auch die Temperatur. Die Abhängigkeit der Strömungsgeschwindigkeit von dem abstromseitigen Druck kompliziert die Berechnung der Strömungsgeschwindigkeit und der Messungen, auf welchen derartige Berechnungen basieren, insbesondere bei einem Gas, bei dem die Durchsatzgeschwindigkeit eine komplexe Funktion des Verhältnisses von aufstromseitigem Druck zu abstromseitigem Druck ist.
• Für zweckmäßige Herstellung ist es vorteilhaft, wenn das digitale Fluid-Steuersystem ein einheitliches, insbesondere ein stückiges Ventilgehäuse besitzt, in welchem die notwendigen Kanäle und Einsatzöffnungen für die digitalen Ventilelemente durch Ausbohrungen gewonnen sind. Eine derartige Konstruktion ist mit den bestehenden radialen Konfigurationen digitaler Fluid-Steuersysteme nicht möglich.
• Dazu schlägt die Erfindung gemäß einem Aspekt vor, die Differenz zwischen dem aufstromseitigen und dem abstromseitigen Druck in einem digitalen Fluid-Steuersystem hinreichend hoch zu halten, so daß der Druck an den Öffnungen der offenen Digital-Ventilelemente unabhängig von Schwankungen im Abstromdruck ist. Im Ergebnis trennen die Öffnungen das auf stromseitige Kanalsystem von dem abstromseitigen Kanalsystem. Die Berechnung der Strömungsrate und die notwendigen Messungen werden dadurch beträchtlich -vereinfacht.
• Vorzugsweise ist jede derartige Trenn-Öffnung der Hals eines doppeltrichterförmigen Rohres (z.B. einer Venturidüse) das bzw. die ohne weiteres Hindernis in das abstromseitige Kanalsystem führt. Ein derartiges doppeltrichterförmiges Rohr ermöglicht größere Druckuntersuchung in dem abstromseitigen Kanalsystem und stabilisiert die wirksame Durchlaßfläche des digitalen Ventilelements, wenn der Trenn-Durchlaß die die Strömung bestimmende Öffnung ist.
• Wenn das Fluid ein Gas ist, wird die Differenz zwischen dem aufstromseitigen und dem abstromseitigen Druck hinreichend hoch gehalten, um eine Schallströmung durch die Trennöffnung aufzubauen, d.h. eine Strömung von Schallgeschwindigkeit. Als Folge ergibt sich, daß der Druck an der Trenn-Öffnung ein konstanter Bruchteil des aufstromseitigen Druckes ist, unabhängig von Schwankungen im abstromseitigen Druck.
• Wenn das Fluid eine Flüssigkeit ist, wird der Unterschied zwischen dem aufstromseitigen und dem abstromseitigen Druck hinreichend hoch gehalten, um die Dampfphase der Flüssigkeit an der Trenn-Offnung aufzubauen. Als Folge ergibt sich, daß der Druck an den Trenn-Öffnungen gleich dem Dampfdruck der Flüssigkeit ist, welcher bei gegebener Temperatur eine Konstante ist, unabhängig von Schwankungen in dem abstromseitigen Druck.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein digitales Steuersystem fur eine Fluid-Strömung geschaffen, bei der das Ventilgehäuse aus einem einstückigen Material stück besteht. Axial fluchtende und Abstand aufweisende aufstromseitige und abstromseitige Leitungen in dem Ventilgehäuse sind durch radiale Strömungskanäle in dem Ventilgehäuse verbunden, in welchen einzeln betätigbare digitale Ventilelemente angeordnet sind. Die aufstromseitigen und abstromseitigen Leitungen, die radialen Strömungskanäle und die Zugangsöffnungen in dem Ventilkörper für die digitalen Ventilelemente sind sämtlich durch Bohrungen in dem Ventilgehäuse ausgebildet. Vorzugsweise umfaßt jeder radiale Kanal das folgende: eine Bohrung parallel zu den aufstromseitigen und abstromseitigen Leitungen sowie seitlich versetzt dazu und zwischen ihnen sich erstreckend; eine senkrechte Bohrung, die die aufstromseitige Leitung mit der parallelen Bohrung in der Nähe eines Endes verbindet; eine andere senkrechte Bohrung, die die abstromseitige Bohrung mit der parallelen Bohrung in der Nähe des anderen Endes verbindet.
• Die Erfindung wird nachstehend anhand einiger Ausführungsbeispiele im einzelnen beschrieben, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird. Im einzelnen zeigen: Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines digitalen Steuersystems für eine Fluid-Strömung, in welchem die Erfindung verkörpert ist; Fig. 2 eine teilweise Vorderansicht des Systems aus Fig. 1; Fig. 3 ein schematisches Diagramm eines doppeltrichterförmigen Rohres mit der Trenn-Öffnung der digitalen Ventilelemente aus Fig. 1; Fig. 4 einen Seitenschnitt eines anderen digitalen Steuersystems für eine Fluid-Strömung, in welchem ebenfalls die Erfindung verwirklicht ist; Fig. 5 ein schematisches Diagramm eines doppeltrichterförmigen Rohres mit der Trenn-Öffnung der digitalen Ventilelemente aus Fig. -4; und Fig. 6 einen Seitenschnitt einer alternativen Ausführungsform eines digitalen Ventilelements, das in dem System gemäß Fig. 4 verwendet werden kann.
• Gemäß Fig. 1 und 2 umfaßt ein digitales Steuersystem für eine Fluid-Strömung, die in erster Linie für ein kompressibles Fluid wie beispielsweise Luft geschaffen ist, ein Ventilgehäuse 10 und mehrere, d.h. neun Digitalventilelemente 11. Jedes der Ventilelemente 11 besitzt eine Verschlußkörper-Auslöseanordnung 12, einen Öffnungs-Dichtungseinsatz 13, einen Justiereinsatz 14 sowie einen Einsatz 15 für die Trenn-Öffnung.
• Das Ventilgehäuse 10 besteht aus einem einzigen, im wesentlichen zylindrischen Materialstück, das mit dem Fluid chemisch nicht reagiert und beispielsweise aus Eisen bestehen kann. Eine Auf stromleitung 16 ist in das Ventilgehäuse 10 von einer Stirnfläche her eingebohrt und fluchtet mit einer zylindrischen Achse 17 des Gehäuses 10. Das Gewinde 18 ist am Eingang der Leitung 16 ausgebildet, damit eine nicht dargestellte Quelle kompressiblen Fluids, z.B. Luft, angeschlossen werden kann. Eine Abstromleitung 22 ist von der gegenüberliegenden Stirnfläche her fluchtend mit der Achse 17 in das Ventilgehäuse 10 eingebohrt.
• Gewinde 23 ist am Eingang der Leitung 22 ausgebildet, damit ein nicht dargestellter Fluid-Empfänger angeschlossen werden kann. Wie durch die Dickpfeile angedeutet ist, strömt das Fluid längs der Achse 17 von rechts nach links bei Betrachtung der Fig. 1. Für jedes Ventilelement 11 ist eine Bohrung 24 in das Ventilgehäuse 10 von seiner abstromseitigen Stirnfläche aus eingebohrt und besitzt seitlichen Abstand von der Achse 17 und verläuft parallel zur Achse 17; ferner ist für jedes Ventilelement 11 eine Bohrung 25 senkrecht zur Achse 17 in das Ventilgehäuse 10 von seiner zylindrischen Seitenfläche aus durch die Bohrung 24 zur abstromseitigen Leitung 22 hin eingebohrt; ferner ist für jedes Ventilelement 11 eine Bohrung 26 senkrecht zur Achse 17 in das Ventilgehäuse 10 von seiner zylindrischen Seitenfläche durch Bohrung 24 zur aufstromseitigen Leitung 16 hin gebohrt. Das Ende der Bohrung 24 für jedes Ventilelement 11 zwischen Bohrung 25 und der abstromseitigen Stirnfläche des Ventilgehäuses 10 ist durch einen Stopfen 27 abgedichtet, der aus gleichem Material besteht wie das Ventilgehäuse 10.
• Der Einsatz 13 steht in Schraubverbindung 30 mit " dem Abschnitt der Bohrung 26 zwischen Bohrung 24 und der aufstromseitigen Leitung 16. Die Schraubverbindung 30 ist mit einem O-Ring 31 abgedichtet. Die Verschlußkörper-Auslöseanordnung 12 liegt über dem Einsatz 13 und ist axial auf diesen ausgerichtet. Die Anordnung 12 umfaßt einen Kern 32 aus magnetisierbarem Material, Abschluß-Ringkappen 33 und 34 aus magnetisierbarem Material, einen Spulenkörper 35 aus nicht-magnetisierbarem Material, eine elektrische Spule 36, die auf den Spulenkern 35 aufgewickelt ist, einen Sprengring 37 aus magnetisierbarem Material sowie einen hohlen zylindrischen Deckel 38 aus magnetisierbarem Material. Der Kern 32 besitzt eine Schraubverbindung 39 mit dem Abschnitt der Bohrung 26 zwischen Bohrung 24 und dem Äußeren des Ventilgehäuses 10.
• Ein O-Ring 40 dichtet die Schraubverbindung 39 ab. Der Spulenkörper 35 und die Spule 36 passen genau um den Kern 3? herum. Die Stirnkappe 34 an einem Ende des Spulenkörpers 35 wird von einer Ringschulter gehalten, die am Kern 32 ausgebildet ist und die stirnseitige Kappe 33 am anderen Ende der Spulenkörper 35 wird von einem Sprengring 37 gehalten, der in einer Nut am Ende des Kerns 32 eingerastet ist. Der Deckel 38 wird zwischen den Kappen 33 und 34 gehalten.
• Ein Verschlußkörper 19 aus magnetisierbarem Material kann in einer Ausnehmung 46 in dem Kern 32 sich vor und zurück senkrecht zur Achse 17 bewegen. Der Verschlußkörper 19 besitzt einen Dichtungseinsatz 47 aus geeignetem Dichtmaterial, wie beispielsweise aus elastomerem Gummi, an der dem Einsatz 13 zuweisenden Seite. Der Verschlußkörper 19 besitzt eine Ausnehmung 48, in welcher eine Druckfeder 49 an der dem Einsatz 13 gegenüberliegenden Stirnseite angeordnet ist. Wenn die Spule 36 kein Auslösesignal erhält, dann drückt die Feder 49 den Verschlußkörper 19 nach unten, so daß der Dichteinsatz 47 gegen den Einsatz 13 gepreßt wird und damit das Digitalventilelement geschlossen wird. Wenn ein binäres Auslösesignal durch die Spule 36 geschickt wird, dann wird der Kern 32, der Verschlußkörper 19, die Abschlußkappe 34, der Deckel 38 und die Abschlußkappe 33 magnetisiert. Die sich ergebende magnetische Anziehungskraft ist stärker -als die Kraft der Feder 49 und zieht den Verschlußkörper 19 nach oben gegen den Kern 32, wodurch das digitale Ventilelement geöffnet wird.
• Der Einsatz 15 für die Trenn-Öffnung ruht auf einer Schulter, die in der Bohrung 25 ausgebildet ist, wo er durch einen Justiereinsatz 14 gehalten wird. Der Justiereinsatz 14 besitzt eine Schraubverbindung 55 mit dem Öffnungseinsatz 15 sowie eine Schraubverbindung 56 mit der Bohrung 25. O-Ringe 57 und 58 dichten den Einsatz 14 ab. Ein Hohlraum 59 ist in dem Einsatz 14 ausgebildet und Durchbrüche 60 verbinden die Bohrung 24 mit dem Hohlraum 59. Die Durchbrüche 60 sind so groß und von solcher Anzahl.wie möglich, um nach Möglichkeit eine Beschränkung der Strömung durch sie hindurch zu vermeiden. Eine Stellschraube 61 mit einem konischen Ende 62 sitzt :in einer Bohrung 63, die sich zwischen dem äußeren des Einsatzes 14 und dem Hohlraum 59 erstreckt. Die Schraube 61 besitzt eine Schraubverbindung 64 mit der Bohrung 63, Ein O-Ring 66 dichtet die Schraubverbindung 64 ab. Ein doppelt konisches Rohr 65 (beispielsweise eine Venturidüse) ist in dem Einsatz 15 ausgebildet und verbindet das Innere des Hohlraumes 59 mit der Bohrung 25. Das konische Ende 62 der Schraube 61 erstreckt sich durch den Hals der Düse 65. Wenn die Schraube 61 justiert wird, bewegt sich das Ende 62 axial und verändert damit die wirksame Querschnittsfläche der Düse 65.
• An seinem auf stromseitigen Ende besitzt das Ventilgehäuse 10 einen ringförmigen Hohlraum 74 um die aufstromseitige Leitung 16 herum, in welcher die elektrischen Komponenten zur Versorgung der Auslöseanordnungen 12 beherbergt sind.
• Die elektrischen Komponenten sind auf einer ringförmigen Anschlußleiste 75 befestigt, die zusammen mit einer ringförmigen Unterlage 76 durch Befestigungselemente, wie etwa bei 77 angedeutet, auf dem Ventilgehäuse festgelegt sind. Ein ringförmiger Deckel 78 ist durch Befestigungselemente, wie etwa bei 79 angedeutet, an dem Ventilgehäuse befestigt. Binäre elektrische Betätigungssignale aus einem Digitalrechner oder einer anderen Quelle werden durch eine Kupplung 80 den elektrischen Komponenten auf der Anschlußleiste 75 zugeführt. Das Auslösesignal für die Verschlußkörper-Betätigungseinrichtung 12 jedes Ventilelementes 11 wird von dem Hohlraum 74 der Spule 36 sich durch eine Leitung 81 zugeführt, die/zwischen dem Hohlraum 74 und dem Deckel 38 erstreckt. Einsätze 82 und 83 dichten den Deckel 78 und das Ventilgehäuse 10 gegenseitig ab. Ein O-Ring 84 dichtet die Austrittsstelle aus jeder Leitung 81 aus dem Hohlraum 74. Hohlraum 74 ist demzufolge vollständig abgedichtet und kann gereinigt werden, um eine nicht explosive und/oder kühlende Umgebung für die Anschlußleiste 75 sicherzustellen und aufrechtzuhalten.
• Wenn ein binäres Auslösesignal der Spule 36 eines der Ventilelemente 11 zugeführt, wird der Verschlußkörper 19 von seinem Einsatz 13 angelupft und das Ventilelement befindet sich dann im Offen-Zustand. Fluid strömt dann von der Auf stromleitung 16 zur Abstromleitung 22 über einen Strömungsweg, der die Bohrung 26, den Einsatz 13, die Bohrung 24, die Durchbrüche 60, den Hohlraum 59, die Düse 65 sowie die Bohrung 25 umfaßt.
• Die Düse 65 ist die die Strömung bestimmende Öffnung in dem Durchflußkanal durch ein offenes Ventilelement 11.
• Das Verhältnis der Querschnittsflächen der Düsen 65 entspricht der Bewichtung der Binär-Signale, die diese betätigen. Somit kann beispielsweise das Verhältnis der Querschnittsflächen der Düsen 65 sich entsprechend einer geometrischen Reihe der Potenzen von zwei verändern, d.h.
• 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, oder könnte entsprechend einer modifizierten geometrischen Reihe von zwei, d. h.
• 1, 2, 4, 8, 16, 32, 32, 32, variieren. Das Feineinstellen des Verhältnisses der effektiven Querschnittsflächen der Düsen 65 wird durch Drehen der Schraube 61 erreicht.
• Die Feineinstellung wird durch eine Arretierschraube 67 beibehalten. Die anderen Abmessungen der Strömungskanäle durch die Digitalelemente 11 sind sämtlich identisch und im wesentlichen größer als die Querschnittsabmessungen der Düsen 65.
• Für einen gegebenen Dr,uck in der Auf stromleitung 16 schwankt der Druck in der Abstromleitung 22 mit dem Öffnen und Schließen der Ventilelemente 11; die kleinste Druckdifferenz tritt auf, wenn sämtliche Ventilelemente 11 geöffnet sind. Die Summe sämtlicher strömungbestimmenden Öffnungen der Ventilelemente 11 ist so ausgelegt, daß sie hinreichend klein gegenüber dem äußeren Rohrsystem ist, mit welchem das Strömungs-Steuersystem verbunden ist, und ausreichender Druck ist in der aufstromseitigen Leitung 16 vorhanden, so daß die durch die offenen Digitalventilelemente 11 strömende Fluid-Substanz mit Schallgeschwindigkeit am Hals der Düse 65 für sämtliche Zustandskombinationen der Ventilelemente 11 strör t. Im Ergebnis dient der Hals der Düsen 65 zur Trennung der aufstromseitigen Teile des Kanals durch die Ventilelemente von den abstromseitigen Teilen desselben, die den Druckschwankungen unterworfen sind, wenn der Druck in der Abstromleitung 22 schwankt. Mit anderen Worten, die Druckschwankungen in der Abstromleitung 22 beeinflussen die Strömungsgeschwindigkeit durch ein offenes Digitalventilelement 11 nicht, die allein durch den Druck und die Temperatur in der aufstromseitigen Leitung 16 bestimmt ist.
• Zusammengefaßt kann für diese Ausführungsform der Erfindung gesagt werden, daß die Düsen 65 sowohl als Trenn- Öffnungen wie auch als die die Strömung bestimmende Öffnungen der Digitalventilelemente ll dienen. Wie bereits in der Patentanmeldung P 22 38 182.4 (P 64) darges tellt ist, bleibt die Strömungsgeschwindigkeit durch offene Digitalventilelemente im wesentlichen unbeeinflußt von Schwankungen in der Stellung des Verschlußkörpers 19.
• Die die Strömung bestimmenden Öffnungen sind wesentlich kleiner als die verschließbaren Öffnungen, so daß die Strömungsgeschwindigkeit im wesentlichen nur von der Querschnittsfläche der strömungbestimmenden Öffnungen abhängt.
• Figur 3 zeigt in vergrößerter Darstellung ein schematisches Diagramm einer der Düsen 65 und soll ihre Form erläutern. Die Düse 65 besitzt einen gebogenen, zulaufenden Einlaßabschnitt 90, einen Hals 91 und einen in gerader Richtung auseinanderlaufenden Abschnitt 92. Das Fluid strömt durch die Düse 65 in der durch einen Pfeil 93 angedeuteten Richtung. Wie durch die Strömungslinien 94 angedeutet ist, konvergiert und beschleunigt sich das Fluid, wenn es durch den konvergierenden Abschnitt 90 läuft, auf eine minimale Druck- und Schallgeschwindigkeit bei einer Vena Contracta (Einschnürung) 95, die sich geringfügig abstromseitig vom Hals 91 befindet. Die Querschnittsfläche der Vena Contracta 95 ist die effektive Querschnitts-Halsfläche der Düse 65. Auf der Abstromseite der Vena Contracta 95 beschleunigt sich das Gas weiter auf supersonische Geschwindigkeit (Überschallgeschwindigkeit) zu einer Stätte in dem divergierenden Abschnitt 92, an-welcher eine kräftige Stoßwelle 96 gebildet wird. Ein Druckkonus 97 bildet sich zwischen der Stoßwelle 96 und der Vena Contracta 95. Der divergierende Abschnitt 92 bildet einen-kleinen Winkel von beispielsweise 60 mit der Düsenachse, d.h. mit der Strömungsrichtung durch die Düse 65, so daß eine Grenzschichtturbulenz 98 auf der Abstromseite der Stoßwelle 96 aufgebaut wird. Wenn der Druck auf der Abstromseite der Düse 65 absinkt und angenommen wird, daß ein konstanter Druck auf der Auf stromseite der Düse 65 herrscht, dann bewegen sich die Stoßwelle 96, der Druckkonus 97 und die Vena Contracta 95 sämtlich nach unten zur Abstromseite zum Ausgang der Düse 65, jedoch verhindert die.Grenzschicht 98, daß die Vena Contracta 95 sich in ihrer Querschnittsfläche ausdehnt. Solange der divergierende Abschnitt 92 lang genug ist, die Stoßwelle 96 und den Druckkonus 97 aufzunehmen, bleibt die Querschnittsfläche der Vena Contracta 95 konstant und es stellt sich keine Zunahme der Strömungsgeschwindigkeit durch die Düse 65 ein, wenn der Druck auf der Abstromseite abfällt. Somit bleibt die Strömungsgeschwindigkeit durch die Düse 65 bei gegebenem aufstromseitigem Druck und gegebener Temperatur konstant. Wegen der allmählichen Krümmung des konvergierenden Abschnittes 90 und der Beschränkung der Turbulenz auf die Grenzschicht 98 in dem divergierenden Abschnitt 92 tritt in der Düse 65 ein sehr geringer Reibungsverlust auf. Die Düse 65 hat, mit anderen Worten, einen hohen Wirkungsgrad. Beispielsweise wird ein Druckrückgewinn, d.h. das Verhältnis des Druckes auf der Abstromseite der Düse 65 zu dem Druck auf der Aufstromseite der Düse 65, im Bereich von 85 bis 92 % für nahezu ideale Gase mit Schallgeschwindigkeit am Hals der Düse 65 in dem System gemäß Fig. 1 und 2 erreicht. Mit Bezug auf die Kurven, die sich bei Auftragen des Druckes gegenüber der Entfernung für doppeltkonische Düsen gemäß Fig.
• 5.21 (a) auf Seite 140 des Buches The Dynamics and Thermodynamics of Compressible Fluid Flow, Band 1, von Ascher H. Shapiro, 1953, New York, ergeben, wird die Düse 65 im Bereich II betrieben. In der oben beschriebenen Weise ist das System so ausgelegt, daß die Grobdifferenz zwischen den Leitungen 16 und 22 hinreichend hoch ist, um eine Fluid-Strömung bei Schallgeschwindigkeit am Hals 91 oder etwas mehr zur Abstromseite hin für sämtliche Zustandskombinationen der Digitalventilelemente aufrechtzuerhalten.
• Insgesamt kann daher nicht nur eine Fluid-Strömung bei Schallgeschwindigkeit mit den Düsen 65 bei Vorliegen einer kleinen Druckdifferenz aufrechterhalten werden, sondern es kann darüber hinaus eine Vena Contracta mit einer konstanten Querschnittsfläche in jeder DüSe 65 gebildet werden, trotz Druckschwankungen auf der Abstromseite der Düsen 65. Somit ist die S trömungsgeschwindigkeit durch die Düsen 65 unabhängig von Schwankungen im abstromseitigen Druck. Im Gegensatz dazu schwankt die Strömungsgeschwindigkeit durch eine scharfkantige Öffnung als Funktion des abstromseitigen Druckes selbst dann, wenn das Fluid durch die Öffnung mit Schallgeschwindigkeit strömt, weil die Schwankungen in der Querschnittsfläche der Vena Contracta an der-abstromseite der Öffnung auftreten (siehe Fig. 4.17 auf Seite 100 des genannten Buches), und es wird eine große Druckdifferenz zur Aufrechterhaltung der Fluid-Strömung bei Schallgeschwindigkeit benötigt. Daher sind geeignet ausgelegte doppelkegelige Düsen vorteilhafter als scharfkantige Öffnungen in der Verwendung als strömungbestimmende Öffnungen. Jedoch schlägt die Erfindung auch die Verwendung scharfkantiger Öffnungen mit einer minimalen Druckdifferenz zwischen den Leitungen 16 und 22 vor, die ausreicht, das kritische Druckverhältnis über den Öffnungen für sämtliche Zustandskombinationen der Ventilelemente 11 aufrechtzuerhalten. Die scharfkantigen Öffnungen könnten in den Einsätzen 15 anstelle von Düsen 65 ausgebildet sein. Im Falle scharfkantiger Öffnungen wird eine kleinere Druckrückgewinnung erhalten, d.h. für Luft 52 % oder weniger.
• Figur 4 zeigt ein Steuersystem für eine Fluid-Strömung, die in erster Linie mit einer Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, arbeitet. Die Teile 102 und 103 sind durch Befestigungselemente etwa wie bei 104 und 105 angedeutet, zusammen verbolzt und bilden ein im ganzen zylindrisches Ventilgehäuse 106 mit einer Achse 118. Die Anlagefläche zwischen den Teilen 102 und 103 ist durch einen Einsatz 107 abgedichtet. Mehrere einzeln betätigbare digitale Ventilelemente 108 sind zwischen einem aufstromseitigen Kanalsystem 109 und einem abstromseitigen Kanalsystem 110 zwischengeschaltet. Mehrere Gewindebohrungen 111 sind in der aufstromseitigen Stirnfläche des Ventilkörpers 106 ausgebildet, um einen Befestigungsflansch für eine Quelle eines inkompressiblen Fluids (wie beispielsweise Wasser) an das aufstromseitige Kanalsystem 109 anzuschließen.
• Mehrere Gewindelöcher 112 sind in der abstromseitigen Stirnfläche des Ventilkörpers 106 ausgebildet, um Befestigungsflansche eines Fluidempfängers mit dem abstromseitigen Kanalsystem 110 zu verbolzen. Wie durch die dicken Pfeile angedeutet ist, strömt das Fluid längs der Achse 118 von links nach rechts bei Betrachtung von Figur 4.
• Für jedes digitale Ventilelement 108 ist in dem Ventilgehäuse 106 eine Bohrung 117 senkrecht zur Achse 118 von den zylindrischen Seitenflächen des Ventilgehäuses 106 zum abstromseitigen Kanalsystem 110 ausgebildet. Jedes digitale Ventilelement 108 weist eine Verschlußkörper-Auslöseeinrichtung auf, die eine Basis 119 aus magnetisierbarem Material, einen Kern 120 aus magnetisierbarem Material, eine Endkappe 121 aus magnetisierbarem Marerial, eine hohle zylindrische Abdeckung 122 aus magnetisierbarem Material, einen Spulenkörper 123 aus nicht magnetisierbarem Material, eine elektrische Spule 124, auf den Spulenkörper 123 aufgewickelt, eine Manschette 125 in dem Spulenkörper 123 aus nicht-magnetisierbarem Material aufweist. Die Basis 119 paßt in den Teil der Bohrung 117, der zwischen dem aufstromseitigen Kanalsystem 109 und dem Äußeren des Ventilgehäuses 106 liegt, und ein O-Ring 126 dichtet diesen Teil der Bohrung 117 ab. Die Abdeckung 122 umgibt die Spule 124, den SpulenkÖrper 123 und die Manschette 125. Die Endkappe 121 liegt über dem Ende der Abdeckung 122. Ein zentraler Abschnitt der Endkappe 21 erstreckt sich in die Manschette 125 und dient als widerlager für die Bewegung des Kernes 120, der innerhalb der Manschette 125 auf und niederfahren kann. Die Endkappe 121 ist mit Hilfe von Befestigungselementen, wie beispielsweise bei 127 angedeutet, mit dem Ventilgehäuse 106 verbunden. Die Basis 119 liegt in einer Ausnehmung 128 am Eingang der Bohrung 117, und die Abdeckung 122 wird von der Basis 119 und der Endkappe 121 gehalten, wodurch auch die anderen Komponenten der Verschlußkörper-Auslöseeinrichtung befestigt und-zusammengehalten werden. Ein O-Ring 129 dichtet die Anlagefläche zwischen der Endkappe 121 und der Manschette 125 ab. Eine Druckfeder 133 sitzt in Ausnehmungen 134 und 135 in der- Endkappe 121 und dem Kern 120. Ein Stößel 136 wird von einer Stellschraube 138 in einer Bohrung 137 gehalten, die in dem Kern 120 ausgebildet ist.
• Der Stößel 136 ist durch Befestigungselemente 140 mit einem Verschlußkörper 139 verbunden. Ein Einsatz 144 für die. Trenn-Öffnung ruht auf einer Schulter 141, die in der Bohrung 117 ausgebildet ist. Ein stationärer Käfig 145, über welchem der Verschlußkörper 139 auf und abfährt, besitzt eine Schraubverbindung 146 mit der Bohrung 117.
• Der Käfig 145 ist in die Bohrung 117 so weit eingeschraubt, daß er gegen den Einsatz 144 drückt und ihn hält. Der- Käfig 145 besitzt mehrere Druchbrüche 147, die an seiner Seite ausgebildet sind und das aufstromseitige Kanalsystem 109 mit dem Inneren des Käfigs 145 verbindet.
• Die Oberseite des Verschlußkörpers 139 besitzt mehrere Löcher 148 zum Druckausgleich im Gebiet zwischen dem Verschlußkörper 139 und dem Käfig 145.
• Wenn kein binäres, elektrisches Betätigungssignal der Spule 124 zugeführt wird, drückt die Feder 133 den Verschlußkörper 139 abwärts, welcher den Käfig 145 vollständig bedeckt und damit das digitale Ventilelement schließt. In diesem Zustand kontaktiert das Ende des Verschlußkörpers 139 einen O-Ring 149, der die Fläche zwischen Bohrung 117 und Käfig 115 und den Boden des Verschlußkörpers 139 abdichtet. Wenn ein binäres elektrisches Betätigungssignal der Spule 124 zugeführt wird, dann wird ein Magnetfluß aufgebaut, der den Kern 120 nach oben gegen die Kappe 121 zieht und den Verschlußkörper 139 von dem Käfig 145 weg anhebt, wodurch das digitale Ventilelement geöffnet wird. Die Eindringtiefe des Stößels 136 in die Bohrung 137 ist einstell- oder justierbar so, daß das Ende des Verschlußkörpers 139 über den Löchern 147 in dem Käfig 145 liegt, wenn das digitale Ventilelement geöffnet ist. Im Ergebnis werden Änderungen in der Stellung des Verschlußkörpers 139, die im Laufe der Zeit auftreten, die Strömungsgeschwindigkeit durch die Durchbrüche 147 nicht verändern oder modulieren.
• Eine doppelkegelige Düse 151 ist in dem Einsatz 144 ausgebildet. Wie weiter unten im Zusammenhang mit Figur 5 besthrieben ist, ist die Differenz zwischen dem Druck der Fluid-Quelle und dem Druck des Fluid-Empfängers hinreichend hoch, und die Düse 151 ist so ausgelegt, daß das Fluid am Hals der Düse 151 in Dampfphase vorliegt. Folglich arbeitet die Düse 151 jedes offenen Digitalventilelements als eine sogenannte blasenbildende Venturi-Düse und trennt jedes Element von Schwankungen im abstromseitigen Druck, wenn verschiedene Ventilelemente öffnen und schließen.
• Wie im Falle des Systems gemäß Fig. 1 und 2 sind die Düsen 151 die die Strömung bestimmenden Öffnungen, und ihre jeweiligen Querschnittsflächen sind entsprechend der Bewichtung der binären Betätigungssignale bewichtet.
• Die anderen Dimensionierungen der jeweiligen Strömungskanäle durch die Ventilelemente 108, einschließlich der Größe und Anzahl der Durchbrüche 147, sind sämtlich identisch von Element zu Element und sind so groß wie möglich.
• Ein ringförmiger Hohlraum 156 ist in dem abstromseitigen Ende des Ventilkörpers 106 ausgebildet. Eine oder mehrere Anschlußleisten 157 und entsprechende Unterlagen 158 sind in dem Hohlraum 156 durch nicht dargestellte Einrichtungen befestigt. Die binären Auslösesignale für die digitalen Ventilelemente 108 werden den Anschlußleisten 157 in dem Hohlraum 156 durch ein Kupplungsstück 159 zugeführt. Von den Anschlußleisten 157 laufen die Drähte für die Auslösespulen 124 jedes Ventilelements 108 zu der Verschlußkörper-Auslöseeinrichtung durch eine Bohrung 160 im Ventilgehäuse 106 und eine Bohrung 161 in der Basis 119. Der Hohlraum 156 ist durch einen ringförmigen Deckel 162 abgeschlossen, der an dem Ventilgehäuse 106 durch Schrauben, wie beispielsweise bei 163 angezeigt, festgelegt ist.
• Figur 5 ist ein schematisches Diagramm, das die Form der Düse 151 verdeutlichen soll; die Düse 151 besitzt einen geradlinigen zulaufenden Einlaßabschnitt 170, einen Hals 171 und einen geradlinigen, divergierenden Auslaßabschnitt 172. Wenn das digitale Ventilelement geöffnet ist, dann strömt Fluid in flüssiger Phase durch die Düse 151 in Richtung des Pfeiles 173. Man bemerke, daß der konvergierende Abschnitt 170 lang ist und einen kleinen Konvergenzwinkel besitzt. Mit einer geeignet geformten Düse gemäß Darstellung und einem hinreichend hohen Unterschied zwischen dem Fluid-Druck auf der Aufstromseite der, Düse 151 und dem Fluid-Druck auf der Abstromseite der Düse 151, beschleunigt sich das durch den konvergierenden Abschnitt 170 strömende Fluid auf eine hinreichend hohe Geschwindigkeit, so daß der statische Druck auf den Dampfdruck des Fluids in der Umgebung des Halses 171 abfällt. Dies ist das durch Schraffur angezeigte Gebiet 174. Die Gas- oder Dampfphase des Fluids wird um den Hals 171 herum aufrechterhalten. Nachdem das Fluid den Hals 171 passiert hat, beginnt es sich zu verzögern.
• Der begleitende Anstieg des statischen Druckes beendet die Dampfphase und das Fluid fließt dem Ausgang der Düse 151 in flüssigem Zustand zu. Als Folge des konstanten Dampfdruckes am ifals 171 beeinflussen Schwankungen des Druckes auf der Abstromseite der Düse 151 nicht die Strömungsgeschwindigkeit durch sie hindurch. Mit anderen Worten, der Teil eines digitalen Ventilelementes auf der Aufstromseite der Düse 151 wird vom abstromseitigen Kanalsystem 107 abgetrennt. Die Strömungsgeschwindigkeit durch das digitale Ventilelement ist proportional zur Differenz zwischen dem Druck der Fluid-Quelle und dem Dampfdruck des Fluids, der eine Konstante bei gegebener Temperatur ist. Die Trenn-Öffnung, die durch die Düse 151 dargestellt wird, führt direkt in das abstromseitige Kanalsystem 110, genau so wie in dem System gemäß den Fig. 1 und 2.
• Die Düse 151 ergibt eine gesteuerte Blasenbildung und eliminiert eine Vena Contracta auf der Abstromseite der Düse 151. Mit anderen Worten, die Blasenbildung findet in der Umgebung des Halses 171 statt so, daß die Gasphase des Fluids kontinuierlich an jenem Punkt aufrechterhalten bleibt und somit die gewünschte Trennung von dem abstromseitigen Kanalsystem 110 ergibt, wobei der Fluid-Strom keinerlei Beschränkungen auf der Abstromseite dess Halses 171 unterworfen ist. Im Gegensatz dazu wird dann, wenn eine scharfkantige Öffnung verwendet wird, das Fluid in der Öffnungsebene nicht in der Gasphase erhalten bleiben. Sporadische und ungesteuerte Blasenbildung kann auf der Abstromseite der scharfkantigen Öffnung stattfinden. Derartige Blasenbildung würde Druckstörungen in dem abstromseitigen Kanalsystem 110 erzeugen, die die Strömungsgeschwindigkeit durch die digitalen Ventilelemente beeinflussen würden. Weiter erzeugt eine scharfkantige Öffnung auf der Abstromseite eine Vena Contracta mit einem druckabhängigen Querschnitt, es sei denn, die Ströme aus verschiedenen Ventilelementen werden aufeinander gerichtet, um die Vena Contracta abzuleiten, wie in dem Aufsatz 'digital Control Valves" von H. Friedland und A.W. Langill, veröffentlicht in Instrument Society of American Transactions, Band 8, 1969, Nr. 4, Seiten 251 ff., beschrieben ist. Obgleich somit das System gemäß Fig. 4 die Ströme aus den Ventilelementen 108 aufeinander richtet, würde dies jedoch nicht notwendig sein, um die druckabhängigen Vena Contractae zu vermeiden, und zwar wegen der Düsen 151. Daher schlägt die Erfindung auch die Verwendung von blasenbildenden Düsen vor, wie etwa die Düsen 151 für ein digitales Steuersystem für eine Fluid-Strömung, in welchem die Fluid-Ströme aus den Ventilelementen nichtvaufeinander zu gerichtet sind.
• Wenn der minimale Druckunterschied zwischen den Kanalsystemen 109 und 110, dh. die Druckdifferenz, wenn sämtliche Ventilelemente 108 geöffnet sind, etwa 10 ó des Druckes in dem aufstromseitigen Kanalsystem 109 oder mehr beträgt, findet die Blasenbildung in den Düsen 151 wie beschrieben statt. Die Summe sämtlicher strömungbe'stimmender Öffnungen der Ventilelemente 108 ist so ausgelegt, daß sie klein genug ist gegenüber dem Äußeren- Rohrsystem, an welches das Durchflußsteuersystem angeschlossen ist, um die erforderliche minimale Druckdifferenz zu erzeugen.
• Das digitale Steuersystem fürFluid-Strömung gemäß vorstehender Beschreibung und nachfolgenden Ansprüchen kann in zahlreichen und verschiedenartigen Anlagen Anwendung finden. Beispielsweise könnten diese Steuersysteme als Moduln 10 gemäß Fig. 1 der Patentanmeldung P 22 38 182.4 (P 64) oder als Elemente 35 bis 44 gemäß Fig. 1A, 1B und 1C aus dem Aufsatz "Digital Fluid Flow Rate Measurement" von A.W Langill, Veröffentlicht im Journal of Applied Measurements, Band 1, Nr. 3, Dezember 1973; oder als Modul 12 gemäß Fig. 1 der US-Patentschrift 3 726 296 eingesetzt werden. Auf diese drei Beschreibungen wird ausdrücklich für das Verständnis der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, soweit sich dies als notwendig erweisen sollte.
• Der in dieser Beschreibung verwendete Ausdruck Strömung bestimmende Cffnung" bedeutet Teile der Strömungskanäle durch die jeweiligen digitalen Ventilelemente, deren Querschnittsflächen in einem Verhältnis zueinander stehen, das gleich der Bewichtung des Binär-Codes oder der Binär-Signale ist, die die digitalen Ventilelemente betätigen.
• Figur 6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Ventilelemente 108 aus dem System der Fig. 4. Diese Ausführungsform ist vorzugsweise für ein kompressibles Fluid, wie beispielsweise Luft, mit hohen Strömungsgeschwindigkeiten ausgelegt. Die Verschlußkörper-Betätigungseinrichtung ist nicht dargestellt und könnte eine zweistufige Anordnung sein, nämlich eine pneumatische Leistungsstufe, die von einer magnetischen Leitstufe gesteuert wird, was im einzelnen in der US -Patentschrift 3 746 041 beschrieben ist, deren Beschreibung hier ausdrücklich in Bezug genommen wird. Das Ende eines Stößels 180, der von der Leistungsstufe der Betätigungseinrichtung angetrieben ist, ist an einem beweglichen Verschlußkörper 181 angesetzt. Ein stationärer Käfig 182, über welchem der Verschlußkörper 181 auf und abfährt, besitzt eine Schraubverbindung mit Bohrung 117 Der Käfig 182 besitzt mehrere Durchbrüche 184 an seiner Seite, und verbindet das aufstromseitige Kanalsystem 109 mit dem Inneren des Käfigs 182. Eine doppeltkegelförmige Düse 185 ist in einem Einsatz 186 ausgebildet und führt vom Inneren des Käfigs 182 zu dem abstromseitigen Kanalsystem 110. Der Einsatz 186 besitzt eine Schraubverbindung mit Käfig 182. Die Düse 185, die in der im Zusammenhang mit Fig. 3 beschriebenen Weise arbeitet, besitzt einen kurzen, gebogenen, konvergierenden Abschnitt sowie einen langen, geradlinigen divergierenden Abschnitt. Wenn das Ventilelement geschlossen ist, liegt das Ende des Verschlußkörpers 181 an einem O-Ring 188 an, der die Anlagefläche zwischen Bohrung 117 und Käfig 182 und dem Boden des Verschlußkörpers 181 abdichtet. Ein O-Ring 189 dichtet den oberen Teil des Verschlußkörpers 181. Wenn das digitale Ventilelement sich im offenen Zustand befindet, liegt das Ende des Käfigs 139 über Lochern 147 im Käfig 145. Eine Stellschraube 190 besitzt eine Schraubverbindung 191, die mit einem O-Ring 192 abgedichtet ist. Das Ende der Schraube 190 besitzt eine konische Fläche, die in die Düse 185 vorragt. Wenn die Schraube 19 gedreht wird, verändert die Axialbewegung der konischen Fläche die Durchflußgeschwindigkeit durch die Düse 185, so daß sich eine Feinjustierung der wirksamen Öffnungsfläche des Ventilelementes ergibt.
• In praxi wird jede Düse mit Abmessungen gebaut,die etwa 5 -°/ größer sind als die berechneten Werte und dann wird jeder Käfig mit seinem Einsatz individuell in einem Durchflußstativ placiert, in welchem er genau auf die gewünschte, effektive Durchlaßfläche dadurch geeicht wird, daß die Feinjustierungsschraube gedreht wird.
• Schließlich wird jeder geeichte Käfig mit seinem Einsatz als Einheit in seine Bohrung 117 eingeschraubt-.
• Dieses Verfahren erleichtert die Herstellung wesentlich, weil enge Toleranzen nicht eingehalten werden müssen-.
• Dieses Verfahren erübrigt ebenfalls, das -gesamte System unter Einschluß des voluminösen Ventilgehäuses in ein Teststativ zur Eichung einzusetzen, und erlaubt einf-achen Ersatz oder Nacheichung der strömungsbestimmenden Flächen des Systems. Obgleich eine konische Feineinstellungsfläche, wie dargestellt, vom Standpunkt des Düsenwirkungsgrades her bevorzugt wird, könnten die Enden der Feinjustierschraube auch gerundet oder stumpf sein. In jedem Falle verändert sich die wirksame Durchlaßfläche der Düse, wenn sich die Schraube axial bewegt. Es ist nicht notwendig, daß das Ende der Feinjustierschraube in den Hals der Düse Vorsteht; die Schraube muß nur hinreichend weit gegen die Düse so vorstehen, um die Strömung in dem konvergierenden Abschnitt der Düse zu unterbrechen.
• An den oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung sind mancherlei sinderungen möglich, ohne daß dadurch vom Erfindungsgedanken abgewichen wird. Beispielsweise können die Systeme gemäß Fig. 1 und 2 auch eine Flüssigkeit behandeln, in welchem Falle die Düse 65 zweckmäßiger weise die in Fig. 5 dargestellte Form haben sollte; das System der Fig. 4 könnte auch zur Verarbeitung eines kompressiblen Fluids herangezogen werden, in welchem Falle die Düse 151 vorzugsweise die in Fig. 3 dargestellte Form haben könnte; die Ausführungsform gemäß Fig 6 könnte auch für eine Flüssigkeit ausgelegt sein, im welchem Falle die Düse 185 zweckmäßigerweise die in Fig. 5 dargestellte Form haben könnte; schließlich könnten in den Fig. l-und 2 die Fluide auch in umgekehrter Richtung strömen, d.h. die Verschlußkörper könnten auch auf der Abstromseite der strömungsbestimmenden und/oder isolierenden Durchlässe sein. Obgleich es für die isoleerenden Durchlässe zweckmäßig ist, als strömungsbestimmende Durchlässe wie beschrieben zu dienen, können grundsätzlich natürlich die strömungsbestimmenden Durchlässe auch an anderer Stelle gedacht werden, d.h. die Durchbrüche in den Käfigen; in diesem Falle ist der Druck an den strömungsbestimmenden Öffnungen auch unabhängig von dem abstromseitigen Druck, und zwar vermöge der trennenden Durchbrüche. Anstelle doppeltkonischer Düsen als Trenndurchlässe für die digitalen Ventilelemente für ein kompressibles Fluid könnten auch scharfkantige Durchlässe verwendet werden, obgleich dann die Trennung nicht so vollständig wäre; wie die von geeignet geformten doppeltkonischen Düsen bewirkte, und höhere Druckdifferenzen würden erforderlich sein, um die Schallströmung aufrechtzuerhalten. In einigen Fällen, bei denen eine extrem gute Genauigkeit nicht erforderlich ist, brauchen nur die Ventilelemente mit den größeren Durchlaßflächen Düsen zu sein, d.h. blasenbildende Venturi-Rohre oder Schallgeschwindigkeits-Gasdüsen, weil sie den größten Einfluß bei der Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit besitzen.
• Insgesamt wurde ein digitales Steuersystem für eine Fluid-Strömung mit einer Fluid-Quelle eines ersten Druckes und einem Fluid-Empfänger von zweitem Druck beschrieben, wobei der zweite Druck kleiner als der erste Druck ist und~ das System einzeln betätigbare, digitale Ventilelemente besitzt, die die Quelle mit dem Empfänger verbinden. In dem Strömungskanal jedes Ventilelementes ist ein Trenn-Durchlaß vorgesehen, an welchem der Druck unabhängig von Schwankungen des zweiten Druckes ist, und zwar vermöge des Unterschiedes zwischen dem ersten und dem zweiten Druck. Der Trenn-Durchlaß jedes Ventilelementes ist vorzugsweise der Hals einer doppeltkonischen Düse, die in den Empfänger mündet. In einer Ausführungsform sind mit Abstand angeordnete-axial ausgerichtete aufstromseitige und abstromseitige Leitungen in einem Ventilgehäuse ausgebildet; radiale Kanäle, in welchen die digitalen Ventilelemente angeordnet sind, verbinden diese Leitungen.

Claims (1)

1. A n s p rü c h e

   1, Steuersystem für strömendes Medium, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem Medium-Einlaß (16, 109), an dem ein erster Medium-Druck herrscht, und einem Medium-Auslaß (22, 110), an dem ein kleinerer zweiter Medium-Druck herrscht, mehrere,'-jeweils den Einlaß und den Auslaß verbindende Strömungskantile (26, 24, 25; 117) vorgesehen sind, deren Querschnitte zur digitalen Medium-Durchflußsteuerung einzeln geöffnet oder geschlossen werden können.

   2. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Strömungskanal ein individuell betätigbares, digitales Ventilelement mit einem Einlaß und Auslaß verbindenden Strömungskanal, einer doppeltkonischen Diese mit einem Düsenhals, einem bistabilen Verschlußkörper sowie eine Positioniervorrichtung für den Verschlußkörper aufweist, wobei die Positioniervorrichtung den Verschlußkörper nur in einer vollständig offenen oder in einer vollständig geschlossenen Stellung positioniert, und wobei die minimale Differenz zwischen dem ersten und dem geringeren zweiten Druck hinreichend hoch ist, um den Druck in dem Hals der Düse von dem zweiten Druck unabhängig zu machen.

   3. Steuersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein stationärer Käfig in dem Kanal jedes digitalen Ventilelementes ausgebildet ist, welcher durchbrochene Seiten aufweist, die das Innere des Käfigs mit dem Einlaß verbinden, und wobei der Käfig ferner ein offenes Ende besitzt, das das Innere des Käfigs mit dem Auslaß verbindet; und daß die doppeltkonische Düse jedes digitalen Ventilelements am offenen Ende des Käfigs angeordnet ist; und daß der Verschlußkörper jedes digitalen Ventilelements den Käfig in der geschlossenen Stellung abdeckt und in der Offen-Stellung freigibt.

   4. Steuersystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium kompressibel ist und daß die Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Druck hinreichend hoch ist, um die Mediumströmung mit Schallgeschwindigkeit durch den Hals der doppeltkonischen Düse aufrech-bzuerhalten.

   5. Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium eine Flüssigkeit ist, und daß die Differenz zwiscien dem ersten und dem zweiten Druck hinreichend hoch ist, um die Gasphase des Mediums im Hals der doppeltkonischen Düse aufrechtzuerhalten.

   6. Steuersystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hals der Düse der strömungsbestimmende Durchlaß des entsprechenden Ventilelements ist.

   7. Steuersystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einige der Düsen der Ventilelemente Querschnittsflächen haben1 die relativ zueinander entsprechend einer geometrischen Reihe von 2 bewichtet sind.

   8. Steuersystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß eine aufstromseitige Medlumleitung ist, die an eine Quelle für unter erstem Druck stehendes Medium anschließbar ist; daß der-Auslaß ein abstromseitiges Kanalsystem ist, das an einen Medium-Empfänger anschließbar ist, in dem der zweite Medium-Druck herrscht.

   9. Steuersystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Positioniervorrichtung für aie Verschlußkörper auf binär bewichtete Signale anspricht.

   10. Steuersystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Positioniervorrichtung auf elektrische Binär-Signale anspricht.

   11. Steuersystem nach Anspruch 9 oder =0, dadurch gekennzeichnet, daß die Binär-Signale aus einer Quelle in einer solchen Anzahl geliefert werden, die gleich der Anzahl der Ventilelemente ist.

   12. Steuersystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Kanal des Ventilelementes ein abdichtbarer Durchlaß zwischen der Düse und Einlaß oder Auslaß angeordnet ist, wobei der Verschlußkörper den dichtbaren Durchlaß im geschlossenen Zustand abdeckt und im Offen-Zustand freigibt.

   13. Steuersystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß statt der doppeltkonischen Düse in jedem Ventilelement ein strömungbeschränkender Durchlaß in dem Strömungskanal ausgebildet ist, wobei der Verschlußkörper die Strömung durch den Kanal binär steuert 140 Steuersystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die minimale Druckdifferenz zwischen Einlaß und Auslaß hinreichend hoch ist, um eine Medium-Strömung bei Schallgeschwindigkeit: durch den Durchlaß jedes Ventilelements aufrechtzuerhalten, wenn der Verschlußkörper sich in der Offen-Stellung befindet.

   15. Steuersystem nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaß jedes Ventilelements den Hals einer doppeltkonischen Düse aufweist.

   16. Steuersystem nach einem der vorstehenden .Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der divergierende Teil der Düse so lang ist, daß die Schockwelle für die-maximale Druckdifferenz zwischen Einlaß und Auslaß in ihm enthalten bleibt.

   17. Steuersystem nach einem der Ansprüche 13 - 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaß scharfkantig ist, und daß die minimale Druckdifferenz größer ist als das kritische Druckveerhältnis des Mediums.

   18. Steuersystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Ventilgehäuse, in welchem eine blind endende aufstromseitige Leitung sowie eine blind endende abstromseitige Leitung in axialer Ausrichtung auf die aufstromseitige Leitung mit Abstand vom geschlossenen Ende der aufstromseitigen Leitung ausgebildet sind; durch mehrere radial um die Leitungen herum angeordnete Strömungskanäle, von denen jeder die aufstromseitige Leitung mit der abstromseitigen Leitung verbindet; durch eine Quelle für mehrere Binär-Signale, deren Anzahl gleich der Anzahl der Kanal ist.; und durch eine Positioniervorrichtung zum Öffnen und Schließen der einzelnen Kanäle in Abhängigkeit von den empfangenen Binär-Signalen.

   19. Steuersystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Positioniervorrichtung mehrere digitale Ventilelemente in den einzelnen Strömungskanälen aufweist, wobei jedes Ventilelement einen bistabilen Verschlußkörper besitzt, der in einem geschlossenen Zustand oder einem Offen-Zustand positionierbar ist; und daß eine auf die Binär-Signale ansprechende Einrichtung zur Steuerung des Zustandes des bistabilen Verschlußkörpers vorgesehen ist.

   20. Steuersystem nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilgehäuse aus einem einzigen Material stück gefertigt ist.

   21. Steuersystem nach einem der Ansprüche 18 - 20, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Kanäle jeweils eine erste Bohrung in dem Ventilgehäuse aufweisen und parallel zu den Leitungen mit Abstand von diesen verlaufen sowie sich zwischen deren abgeschlossenen Enden erstrecken; und daß jeder Radialkanal eine zweite Bohrung in dem Ventilkörper aufweist, die senkrecht zu den Leitungen verläuft und die aufstromseitige Leitung mit der ersten Bohrung in der Nähe ihres ersten Endes verbindet; und daß eine dritte Bohrung in dem Ventilkörper senkrecht zu den Leitungen ausgebildet ist, die die Abstromleitung mit der ersten Bohrung in der Nähe ihres anderen Endes verbindet.

   22. Steuersystem nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilgehäuse eine ungefahr zylindrische Form mit zylindrischen Seitenwänden, einer ersten Stirnwand und einer zweiten Stirnwand aufweist, wobei eine Leitung und die erste Bohrung jedes Radialkanals in der ersten Stirnwand münden und dit andere Leitung in die zweite Stirnwand mündet; und daß die zweiten und dritten Bohrungen der Radialkanäle in die zylindrische Seitenwand öffnen.

   23. Steuersystem nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß eine ringförmige Vertiefung in der zweiten Stirnwand um die andere Leitung herum zur Beherbergung elektDrischer Anschlüsse vorgesehen ist.

   24. Steuersystem nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß die digitalen Ventilelemente in einem einzigen langgestreckten Gehäuse untergebracht sind, das an der zylindrischen Seitenwand befestigt ist; und daß der Verschlußkörper sich in die zweite oder dritte Bohrung erstreckt und in dem zugehörigen Radialkanal positionierbar ist; und daß eine Steuereinrichtung sich aus dem Ventilgehäuse heraus erstreckt.

   25. Steuersystem nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Radialkanal außerdem einen Einsatz aufweist, der einen Strömungskanal miL- einem Durchlaß enthält, sowie einen axialen Justierkörper enthält, der eine Veränderung der QuerschnittsElache des Durchlasses ermöglicht, wobei der Einsatz ån der zylindrischen Seitenwand des Ventilgehäuses befestigt ist und sich in die dritte Bohrung so weit erstreckt, daß der Durchlaß in dem Radialkanal angeordnet ist.

   26. Steuersystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenachse jedes digitalen Ventilelements längs des Strömungskanals liegt und daß ein Paßkörper zur Unterbrechung der Strömung durch die Düse längs der Düsenachse verschiebbar ist.

   27. Steuersystem nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Paßkörper eine konische Fläche besitzt, die sich in die Düse von ihrem aufstromseitigen Ende her erstreckt.

   28. Steuersystem nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß ein stationärer Käfig im Strömungskanal jedes digitalen Ventilelementes mit perforierten Seiten ausgebildet ist, die das Innere des Käfigs mit dem Einlaß verbinden, wobei der Käfig ein offenes Ende besitzt, das das Innere des Käfigs mit dem Auslaß verbindet, wobei ferner die doppeitkonische Düse jedes digitalen Ventilelementes am offenen Ende des entsprechenden Käfigs angeordnet ist.

   29. Steuersystem nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß der Paßkörper eine Schraube ist, die in Schraubverbindung mit dem Käfig steht; und daß die doppeltkonische Düse in einem Einsatz ausgebildet ist, der mit dem Käfig verschraubt ist.

   30. Steuersystem nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Käfig mit seiner Schraube und Einsatz als kompakte Baueinheit an dem Ventilgehäuse austauschbar ist.

   31. Steuersystem nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellschraube an dem Ende des Käfigs gegenüber seinem offenen Ende befestigt ist und sich in Richtung des offenen Endes bei Justierung bewegt.

   32. Steuersystem nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß ein stationärer Käfig in dem Strömungskanal jedes digitalen Ventilelements ausgebildet ist, der eine perforierte Seite, die das Innere des Käfigs mit dem Einlaß verbindet, und ein offenes Ende besitzt, welches das Innere des Käfigs mit dem Auslaß verbindet, wobei die doppeltkonische Düse jedes digitalen Ventilelementes am offenen Ende des entsprechenden Käfigs angeordnet ist.

   33. Steuersystem nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß jedes digitale Ventilelement ein Gehäuse besitzt und daß der Paßkorper eine Schraube ist, die eine Schraubverbindung mit dem Gehäuse besitzt.

   34. Steuersystem nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß die doppeltkonische Düse in einem Einsatz ausgebildet ist, der mit dem Gehäuse verschraubt ist.

   35. Steuersystem nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß Einlaß und Auslaß-Kanalsystem in einem Ventilgehäuse ausgebildet sind, und daß die Gehäuse Schraubverbindungen mit Bohrungen in dem Ventilgehäuse besitzen, so daß jedes Gehäuse mit seiner Schraube und Einsatz als eine Einheit einzeln an dem Ventilgehäuse ersetzbar ist.