DE3048876C2 - Fluidauslaßvorrichtung zum Ausrichten einer Fluidströmung - Google Patents
Fluidauslaßvorrichtung zum Ausrichten einer FluidströmungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Fluidauslaßvorrichtung zum Ausrichten einer Fluidströmung mit einer eine Einlaßöffnung sowie eine Auslaßöffnung und eine zwischen
diesen beiden öffnungen ausgebildete Verengungsstelle aufweisenden Düse, mit einer ersten sowie zweiten
Fluidsteuerkammer, von denen je eine an je einer Seite der Verengungsstelle angeordnet ist, und mit einem ersten sowie zweiten, mit je einer der Fluidsteuerkammern in Verbindung stehenden Steuerfluiddurchlaß.
Eine solche Auslaßvorrichtung ist aus dem US-Patent
83 767 bekannt. Bei dieser bekannten Vorrichtung wird eine Fluidströmung in Abhängigkeit von einem
Steuerfluid, das wahlweise aus einer der an der Verengungsstelle mündenden Fluidsteuerkammern entsprechend kontrolliert austritt, in einer trichterförmigen
Mündung entsprechend umgelenkt, so daß die Fluidströmung wahlweise auf der linken bzw. rechten Seite
bezüglich der Düse im wesentlichen die Auslaßvorrichtung verläßt. Als Element zum Umlenken der Fluidströmung verwendet diese bekannte Vorrichtung einen
Auftriebskörper, der sich abhängig von der Stärke des Steuerfluids entlang der Innenwand des Trichters bewegt und dazu einen wesentlichen Beitrag zur Umlenkung der Fluidströmung liefert, so daß relativ geringe
Steuerfluiddrücke notwendig sind. Nachteilig an dieser Vorrichtung ist, daß damit nicht kontinuierlich über den
gesamten Winke! der Trichteröffnung vorliegende Ausgangsfluidströmungen erhalten werden können, sondern entweder nur ein nach links oder nach rechts gerichteter Fluidstrom erhalten wird. Eine Steuervorrichtung für eine entsprechend kontrollierte Steuerung des
ίο Steuerfluids ist bei dieser bekannten Vorrichtung nicht
vorgesehen.
Auch ähnlich aufgebaute Fluidauslaßvorrichtungen,
die nach dem Prinzip des Wandeffekts bei Strömungseinrichtungen, wie bei Luftaustrittsdüsen von Klimaan-
lagen oder Wasserberieselungsdüsen, arbeiten, sind bekannt. (Siehe z. B. DE-OS 18 17 651 oder H. M. Schaedel, Fluidische Bauelemente und Netzwerke Vieweg
1979, Seite 121.) Diese bekannten Fluidauslaßvorrichtungen arbeiten im wesentlichen als logische Elemente,
von zwei oder drei möglichen Ausgangskanälen.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Fluidauslaßvorrichtung zum Ausrichten einer Fluidströmung der eingangs genannten Art derart
zu verbessern, daß es möglich ist, die Ausgangsströmung in jede gewünschte Richtung der Auslaßöffnung
abzulenken, insbesondere auch eine kontinuierlich nach vorne gerichtete, gradlinige Ausgangsströmung zu erhalten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen ersten sowie zweiten, je einem Steuerfluiddurchlaß zugeordneten Ventilteller, durch je einen einem
Ventilteller zugeordneten Elektromagneten und durch eine mit den Elektromagneten verbundene Steuerschal
tung, die ein erstes sowie zweites, jeweils an einen der
Elektromagnete angeschlossenes Schaltelement, einen
zeitgesteuert abwechselnde Rcchtcckwellenimpulse an die Schaltelemente legenden Stevirsignalerzeuger und
eine erste sowie zweite, mit dem ersten bzw. zweiten
Schaltelement zur Verzögerung dessen Abschaltzeitpunktes verbundene Verzögerungseinrichtung umfaßt
Erfindungsgemäß erzeugt die in der Art eines an sich bekannten Multivibrators (vgl. U. Tietze/CH. Schenk,
Halbleiterschaltungstechnik, 2. Auflage Springer-Ver
lag 1971. Seite 300-307 und Seite 348-387) arbeitende
Steuerschaltung für die Elektromagnete ein Steuersignal, welches wahlweise und entsprechend gesteuert
mit unterschiedlichen Pulsdauern diese Magnete aufschlägt und es somit ermöglicht, daß je nachdem, wie
so lange der eine oder andere Magnet geöffnet bleibt, ein in einer beliebigen Richtung orientierter Ausgangsfluidstrom erhalten wird. Eine kontinuierliche geradlinige
Strömung kann erhalten werden, indem gleichzeitig die Steuerventile mit Hilfe der Elektromagnete geöffnet
werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 ein Schaltbild einer erfindungsgemäß aufgebauten Steuerschaltung für die Elektromagnete mit geschnittener Darstellung der Düse,
F i g. 2 eine Vorderansicht der erfindungsgemäß aufgebauten Düse,
Fig.3A bis 3H Ansichten zur Darstellung der Betriebsarten der Steuerschaltung und der aus der erfindungsgemäßen Düse austretenden Richtung der Fluidströmung.
In Fig. 1 und 2 trägt die erfindungsgemäße Düsenanordnung
das allgemeine Bezugszeichen 1. Die DCse 1 umfaßt ein Gehäuse, das durch einander zuweisende
obere und untere Wandplatten 2c und 2d und ebenfalls einander zuweisende rechte und linke Wandplatten 2a
und 2b gebildet ist Das Gehäuse bildet eine Einlaßöffnung 7, Auslaßöffnung 9 und dazwischen eine Verengung
8. Die Auslaßöffnung &, die sich von der Verengung 8 erweitert, wird durch die oberen und unteren
Wandplatten und jede seitliche Wand 3a und 36 gebildet Somit ergibt sich in der Düse 1 eine Durchlaßpassage,
bestehend aus der Einlaßöffnung 7, der Verengung 8 und der Auslaßöffnung 9. Des weiteren ist ein Paar
Steuerdüsen 4a, 46 beidseitig der Verengung 8 angeordnet Jede Steuerdüse 4a, 46 steht mit einer Steuerkammer
15a, i5b und weiter mit einer Stcuerfluidpassage 5a, 56 in Verbindung. Dieser Fluidpassagen verbinden sich
mit der Einiaßöffnung 7 an ihren betreffenden aufstromseitigen Enden. Elektrisch gesteuerte Ventile 10a bis 13a
und 10ύ bis 136 sind an den betreffenden aufstromseitigen
Enden der Steuerfluidpassagen vorgesehen, jedes elektrisch gesteuerte Ventil 10a bis 13a oder 1Ot bis 13o
umfaßt einen Ventilteller 10a oder 106, der an dem aufstromseitigen
Ende der Steuerfluidpassage 5a oder 5b beweglich angeordnet ist, und eine Ankerplatte 12a
oder 126 aus Eisen, die an dem Ventilteller 10a oder 106 befestigt ist Des weiteren drückt eine Blattfeder 11a
oder 116 den Ventilteller 10a oder 106 auf eine öffnung,
die an dem Ende der Steuerfluidpassage 5a oder 56 ausgebildet ist Ein so angeordneter Elektromagnet 13a
oder 136, da er der Ankerplatte 12a oder 126 zuweist hält zwischen den Teilen einen bestimmten Spalt ein.
Diese Ventile 10a bis 13a, 106 bis 136 werden durch die von einer nachfolgend beschriebenen Steuerschaltung
abgegebenen Antriebsströme gesteuert. Des weiteren wird der Einiaßöffnung 7 der Düse 1 ein Druckfluid von
beispielsweise einer Klimaanlage zugeführt Das Fluid strömt daher durch die Düse und tritt an der Auslaßöffnung
9 aus, wobei die Richtung der Ausgangsströmung entsprechend cer Beaufschlagung der elektrisch gesteuerten
Ventile 10a bis 13a und 106 bis 136 gesteuert wird.
Die Arbeitsweise der Düse wird nachfolgend erläutert. Wenn der Elektromagnet l3a oder 136 erregt ist,
wie dies bei dem Elektromagneten 136 in F i g. 1 der Fall ist, zieht er die betreffende Ankereisenplatte 12a oder
126 und den damit verbundenen Ventilteller 10a oder 106 gegen die Federkraft der Blattfeder lla oder 116
an. Die Prallplatte 10a oder 106 bewegt sich daher in eine Stellung, bei der sie in Abstand von der Öffnung der
Steuerfluidpassage 5a oder 56 zu liegen kommt. Infolge der Bewegung des Vetiltellers 10a oder 106 kommt die
Steuerfluidpajsage 5a oder 56 in Verbindung mit der
Einlaßöffnung 7 und strömt das Druckfluid in der Einlaßöffnung 7 in die Steuerkammer 15a oder 156 durch
die Steuerfluidpassage Sa oder 56. Das Fluid in der Steuerkammer
15a oder 156 verläßt dann die Steuerdüse 4a oder 46 an der Verengungsstelle 8a der Düse 1, da der
Druck in der Steuerkammer !5a oder 156 durch das durch die Fluidpassage 5a oder 56 strömende Fluid erhöht
wird. Auf diese Weise wird ein Steuerstrahl von der Steuerdüse 4a, 46 erzeugt.
Wenn andererseits der Elektromagnet 13a oder 136 im entregten Zustand steht, wie dies bei dem Elektromagneten
13a in F i g. 1 der Fall ist, werden die Ankereisenplette 12a oder 126 und der Ventilteller 10a oder 106 auf
die öffnung der Steuerfluidpassage 5a oder 56 durch die Federkraft der Blattfeder Ha oder 116 bedrückt. Folglich
wird die Verbindung der Steuerfluidpassage 5a oder 56 mit der Einlaßöffnung 7 unterbrochen. Der Druck in
der Steuerkammer 15a, 156 wird somit auf einem negativen Wert im Vergleich zu dem Druck in der Verengungsstelle
8 gehalten. In diesem Fall entsteht daher kein Steuerstrahl an der Steuerdüse 4a oder 46.
Aus der vorausgehenden Erläuterung folgt, daß, wenn
nur der Elektromagnet 136 gemäß F i g. 1 erregt ist, nur ein Steuerstrahl an der Steuerdüse 46 auftritt Bei einem
solchen Betriebszustand der Düse wird das hindurchströmende Fluid an der Verengungsstelle 8 durch den
Steuerstrahl von der Steuerdüse 46 nach rechts an der Verengungsstelle 8, an der die Steuerdüse 4a angeordnet
ist, aufgrund des negativen Druckes in der Steuerkammer 15a an der Seite des entregten Elektromagneten
13a abgelenkt Das durch die Verengungsstelle 8 abgelenkte Fluid strömt längs der Seitenwand 3a der
Auslaßöffnung 9 und verläßt diese in einer Richtung, die rechtsseitig der Düse 1 liegt
Wenn nur der Elektromagnet 13a erregt ist, wird in gleicher Weise das durch die Düse strömende Fluid an
der Scitcnwsnci 3ί? suf^efsn^sr! und zur i;"r?Jcen Seite der
Düse 1 gerichtet Die abgelenkte Ausgangsströmung verläßt daher die Düse 1 entsprechend der Erregung
von einem der Elektromagneten 13a oder 136.
Sind beide Elektromagnete 13a und 136 erregt, verläßt
das Fiuid in den Steuerkammern ISa und 156 die
Steuerdüsen 4a und 46 in gleicher Weise wie vorbeschrieben. In diesem Fall wird das durch die Verengungsstelle
8 strömende Fluid durch Steuerstrahlen von den beidseitig der Verengungsstelle angeordneten Düsen
4a und 46 beaufschlagt so daß es die Auslaßöffnung 9 geradlinig nach vorne verläßt.
Anhand von F i g. 1 wird der Aufbau der Steuerschaltung 20 erläutert. Diese Steuerschaltung 20 umfaßt:
Operationsverstärker 21a bis 2id, Transistoren 22a und 226, einen mit einem Eingang des Operationsverstärkers
21c verbundenen veränderlichen Widerstand 26, mit den Operationsverstärkern 21a bis 2\d verbundene
Widerstände 23a bis 23*. den variablen Widerstand 26,
einen mit dem Operationsverstärker 2!a verbundenen Kondensator 24a sowie Kondensatoren 246 und 24e die
zwischen der Basis und dem Kollektor der betreffenden Transistoren 226 und 22a eingefügt sind. Ferner umfaßt
die Schaltung einen Schalter 27 und Klemmen 25a und 256 für die Energieversorgung, um eine positive und
negative Versorgungsspannung vorzusehen.
Die Operationsverstärker 21a bis 21t/ bilden einen
Rechteckwellen-Impulsgenerator, und die Beaufschlagungstransistoren
22a und 226 werden entsprechend den taktmäßigen abwechselnden Rechteckwellenimpulsen,
die durch diese Operationsverstärker erzeugt werden, gesteuert. Das Tastverhältnis von jedem Rechteckwellenitppuls
wird durch Verstellung des variablen Widerstandes 26 verändert.
Die Arbeitsweise drv vorgenannten Steuerschaltung 20 wird nachfolgend erläutert. Wenn an den Klemmen
25a und 256 der Steuerschaltung 20 die elektrische Versorgungsquelle angelegt ist, erzeugt der Operationsverstärker
21a zusammen mit dem Operationsverstärker 216 an seiner Ausgangsklemme einen Dreieckwellenimpuls
mit konstanter Frequenz. Dieser Dreieckwellenimpuls des Operationsverstärkers 21a liegt an dem invertierenden
Eingang P des als Komparator wirkenden Operationsverstärkers 21c an und wird mit einer Bezugsspannung
verglichen, die an dein nichtinvertierenden
Eingang des Verstärkers anliegt. Der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers 21c ist mit
dem Knotenpunkt zwischen dem Widerstand 23e und
dem variablen Widerstand 26 verbunden. Der Widerstand 23e steht mit der » + «Klemme 2Sa und der variable
Widerstand 26 mit der »—«Klemme 256 über einen Widerstand 23Λ in Verbindung. Die Bezugsspannung
wird daher innerhalb eines bestimmten Bereiches durch s den variablen Widerstand 26 verändert. Wenn die Spannungshöhe
des Dreieckwellenimpulses die Bezugsspannung überschreitet, erzeugt der Operationsverstärker
21c an seiner Ausgangsklemme P' ein Ausgangssignal mit hohem Pegel. Daher wird durch den Operationsverstärker
21 fein Rechteckwellenimpulssingal erzeugt und wird das Tastverhältnis dieses Rechteckwellenimpulses
durch die manuelle Betätigung des variablen Widerstandes 26 verändert.
Der Operationsverstärker 2\d hat die Aufgabe, den
vom Operationsverstärker 21c hervorgerufenen Rechteckwellenimpuls zu invertieren, und daher ist dessen
invertierende Eingangskiemme mit der Ausgangskiemme P' des Operationsverstärkers 21c verbunden. Somit
werden durch die Operationsverstärker 21a bis 21dzeittaktmäßige
abwechselnde Rcchtcckwellenimpulse erzeugt und der Basis der Beaufschlagungstransistoren
22a bzw. 22b durch die betreffenden Widerstände 23/ und 23g zur Steuerung dieser Transistoren zugeleitet.
Die Elektromagnete 13a und 136 sind zwischen der Klemme 25a und dem Kollektor der betreffenden Beaufschlagungstransistoren
22a und 22b geschaltet. Der durch den Kollektor des Beaufschlagungstransistors 22a
oder 22b fließende Strom wird entsprechend dem durch seine Basis fließenden Strom gesteuert. Daher werden
Beaufschlagungsströme für die betreffenden Elektromagnete 13a und 13b an jeder vorderen Kante der
Rechteckwellenimpulse aufgebracht.
Bei der Erfindung schaltet der Rechleckwellenimpuls an der Basis des Transistors 22b diesen durch. Mit auf
diese Weise leitend gewordenem Transistor 27b sind seine Basis- und Kollektorpotentiale gleich. Daher entlädt
sich der Kondensator 246 während der Zeitperiode des Rechteckwellenimpulses, bei der der Transistor 226
leitend ist. Während dieser Zeit findet natürlich auch eine Erregung des Elektromagneten 136 statt. Am Ende
des Rechteckwellenimpulses schaltet der Transistor ab, was zu einer Spannungspotentialdifferenz zwischen seiner
Basis und dem Kollektor führt. Der Kondensator 246 beginnt sich an dieser hinteren Kante des Rechteckwellenimpulses
aufzuladen, so daß der Beaufschlagungsstrom für den Elektromagneten 136 über eine bestimmte
Zeitdauer im Anschluß an die hintere Kante dieses Rechteckwellenimpulses, während der der Kondensator
246 aufgeladen wird, aufrechterhalten bleibt. Der Elektromagnet 13a 136 wird daher mit dem Antriebsstrom
bei der Aufladung des betreffenden Kondensators versorgt und die Prallplatte 10a oder 106 solange
offengehalten, bis die darauf wirkende Federkraft die Anziehungskraft des Elektromagneten 13a oder 136
übertrifft Durch die Tätigkeit der Steuerschaltung 20 werden die Elektromagnete 13a und 136 abwechselnd
mit einem Beaufschlagungsstrom versorgt Des weiteren und während der vorbeschriebenen Zeitdauer, bei
der sich die beiden Kondensatoren in Aufladung befinden, werden die beiden Elektromagnete 13a und 136
gleichzeitig erregt so daß die Strömung aus der Düse 1 im wesentlichen geradlinig nach vorne austritt Die
Richtung der Fluidströmung aus der Düse i wird automatisch
entsprechend den Rechteckwellenimpulsen oszillierend verändert Ferner ist der Schalter 27 in der
Steuerschaltung eingefügt, um einen kontinuierlichen Beaufschlagungsstrom bei den Elektromagneten 13a
und 13i> zuzuführen.
Anhand von Fig.3A bis 3H werden die verschiedenen
Betriebsweisen der erfindungsgemäßen Fluidauslaßvorrichtung erläutert.
Bei der Erfindung wird eine veränderliche Richtung der Ausgangsströmung durch die Kombination der Beaufschlagung
der Elektromagneten 13a und 136 erhalten. Der Beaufschlagungszeitpunkt für jeden Elektromagneten
13a und 136 wird durch die manuelle Betätigung von einem Knopf 28 bestimmt, der mit dem variablen
Widerstand 26 und dem Schalter 27 verbunden ist. Nimmt der Knopf 28 die Stellung F in F i g. 3D ein, so
hat der Rechteckwellenimpuls ein Tastverhältnis von 50%. Mit anderen Worten, die Impulsbreite ist gleich
dem Impulsintervall. Wenn in diesem Zustand der Elektromagnet 136 erregt und der Elektromagnet 13a entregt
ist. verläßt die Strömung die Düse an der rechten Seite, wie bei 31 angedeutet. Nach Verstreichen einer
durch die Steuerschaltung 20 bestimmten Zeitdauer wird auch der Elektromagnet 13a durch den Beaufschlagungstransistor
22a erregt, während der Elektromagnet 136, wie zuvor erläutert, über eine bestimmte Zeitdauer
im erregten Zustand bleibt. Die Ausgangsströmung findet daher während dieser Zeitdauer geradlinig nach
vorne statt, wie dies in Fig.3D durch das Bezugszeichen 33 angedeutet ist. Wenn der Elektromagnet 136
entregt wird, erfährt die Richtung der Ausgangsströmung eine Ablenkung nach links, vgl. Bezugszeichen 32
in F i g. 3D. Bei nachfolgender Erregung des Elektromagneten 136 wird die Richtung der Ausgangsströmung in
der vorbeschriebenen Weise nach rechts und geradlinig nach vorne abgelenkt. Auf diese Weise verläßt eine oszillierende
Ausgangsströmung die Düse 1 entsprechend den Rechteckwellenimpulsen, die durch die Steuerschaltung
20 hervorgerufen werden.
Eine Verdrehung des Knopfes 28 nach rechts verlängert
die Zeitdauer der nach rechts abgelenkten Strömung 3! und verkürzt die Zeitdauer der nach links abgelenkten
Strömung 32, während die Dauer der geradlinig nach vorne gerichteten Strömung 32 konstant bleibt,
da diese durch die Zeit für das Aufladen der Kondensatoren 246 und 24c bestimmt ist. Der Zusammenhang
zwischen der Stellung des Knopfes 28 und der Richtung der Ausgangsströmung ist in F i g. 3C gezeigt
Bei weiterer Verdrehung des Knopfes 28 wird die nach links abgelenkte Strömung 32 unterdrückt und die
Strömungsrichtung auf eine Kombination aus der nach rechts abgelenkten Strömung 31 und der geradlinig
nach vorne verlaufenden Strömung 33 gemäP Fig.3B
beschränkt. Eine weitere Verdrehung des Knopfes 28 gemäß F i g. 3A erzeugt nur eine nach rechts gerichtete
Strömung 31.
Dreht man andererseits den Knopf 28 nach links, so wird die Zeitdauer für die nach links abgelenkte Strömung
32 gemäß F i g. 3F in der gleichen Weise wie vorbeschrieben verlängert und bei weiterer Drehung des
Knopfes 28 nach links findet eine Beschränkung der Strömungsrichtung auf eine Kombination aus der linksgerichteten
Strömung 32 und der gerade nach vorne gerichteten Strömung 33 gemäß F i g. 3G statt Bei noch
weiterer Verdrehung des Knopfes 28 entsteht die nur nach links gerichtete Strömung 32 gemäß Fig.3H.
Wenn ferner eine unveränderliche geradlinige Strömung nach vorne notwendig ist wird der Knopf 28 auf
die Stellung Cgemäß F i g. 3E gebracht was den Schalter 27 unter Umgehung der Oszillationsschaltung 22
schließt so daß beide Elektromagnete direkt an den »+« und »—«Klemmen anliegen und der Dauer- oder
»EIN«-Zustand vorliegt.
Daraus folgt, daß mit der erfindungsgemäßen Fluidauslaßvorrichtung #:ine kontinuierliche nach vorne gerichtete Strömung als auch verschiedene Stcuerartcn
für die Veränderung der Richtung der aus der Düse 1 austretenden Strömung durch die Tätigkeit der Steuerschaltung 20 erhalten werden können.
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Claims (4)
1. Fluidauslaßvorrichtung zum Ausrichten einer Fluidströmung, mit einer eine Einlaßöffnung sowie
eine Auslaßöffnung und eine zwischen diesen beiden öffnungen ausgebildete Verengungsstelle aufweisenden Düse, mit einer ersten sowie zweiten Fluidsteuerkammer, von denen je eine an je einer Seite
der Verengungsstelle angeordnet ist, und mit einem ersten sowie zweiten, mit je einer der Fluidsteuerkammern in Verbindung stehenden Steuerfluiddurchlaß, gekennzeichnet durch einen ersten sowie zweiten, je einem Steuerfluiddurchlaß
(5a, 5b) zugeordneten Ventilteller (10a, iOb), durch je
einen einem Ventilteller zugeordneten Elektromagneten (13a, i3b) und durch eine mit den Elektromagneten verbundene Steuerschaltung (20), die ein erstes sovt; zweites, jeweils an einen der Elektromagnete (15s, i3b) angeschlossenes Schaltelement (22s,
22b), einen zeitgesteuert abwechselnde Rechteckwellenimpulse an die Schaltelemente legenden Steuersignalerzeuger (21a, 216, 21a 2Ic(J und eine erste
sowie zweite, mit dem ersten bzw. zweiten Schaltelement zur Verzögerung dessen Abschaltzeitpunkts
verbundene Verzögerungseinrichtung (24b, 24c) umfaßt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschaltdauer der zeitgesteuert
abwechsf'nden Rechteckwellenimpulse veränderlich ist
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungseinrichtung
einen ersten und zweiten kondensator (24c, 24b) umfaßt, die zwischen die Basis und den Kollektor
eines ersten bzw. zweiten Schaltelements (22a, 22b) geschaltet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen in die Steuerschaltung (20) eingefügten,
die Zufuhr von Antriebsströmen zu jedem der beiden Elektromagneten (13a, 13b) regelnden Schalter
(27).
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