DE4241729A1

DE4241729A1 - Aktuator zum Aufprägen von Massenstrom- bzw. Druckschwankungen auf unter Druck stehende Flüssigkeitsströme

Info

Publication number: DE4241729A1
Application number: DE4241729A
Authority: DE
Inventors: Stephan Dipl Ing Gleis; Jakob Dipl Ing Hermann; Dieter Prof Dr Vortmeyer
Original assignee: Individual
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1992-12-10
Filing date: 1992-12-10
Publication date: 1994-06-16
Also published as: ES2117086T3; EP0601608A1; EP0601608B1; DE59308642D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf alle die technischen Gebiete, bei denen Flüssigkeiten unter ho hem Druck zu einer Düse gefördert werden, die den Zweck hat, die Flüssigkeit entweder fein zu zerstäuben oder einen scharfen Flüssigkeitsstrahl mit hohem Impuls zu bilden. Oftmals ist es bei den oben beschriebenen technischen Systemen notwendig, statt eines konstanten, von der Flüssigkeitsfördereinrichtung vorgegebenen mittleren Massenstromes aus der Düse einen im weiten Rahmen beliebig steuer- und regelbaren Massenstrom zu erhalten.

Langsame Änderungen des Massenstromes lassen sich durch z. B. Drehzahländerungen an der Flüssigkeitsfördereinrichtung (Pumpe), veränderte Einstellung eines Überdruck-/Überström ventiles, Einsatz eines Massenstromregelventiles etc. erreichen. Durch diese Maßnahmen las sen sich jedoch bei der Massenstromänderung lediglich Wiederholraten von DC bis zu wenigen Hertz erzielen.

Wenn höhere Frequenzen der Massenstrommodulation benötigt werden, muß auf andere kon struktive Elemente zurückgegriffen werden. Spezielle bauliche Ausführungen von Massen stromregelventilen mit Servounterstützung [1] oder piezogetriebene Ventile [2] erlauben Fre quenzen von bis zu ca. 150 Hz. Alle diese Bauformen erzielen die Änderung des Massenstro mes durch eine entsprechende Variation eines durchströmten Querschnittes. Werden höhere Frequenzen der Massenstrommodulation benötigt, so gibt es mit den bisher bekannten Bau formen keine Möglichkeit, diese zu erreichen. Spezielle Anwendungsgebiete, bei denen man auf entsprechend höhere Modulationsfrequenzen angewiesen ist, werden im folgenden be schrieben.

Die Erfindung bezieht sich z. B. auf das Gebiet der aktiven Regelung zur Unterdrückung von Verbrennungsschwingungen in Brennkammern, im speziellen für Triebwerke, Nachbrenner und Raketenantriebe. Findet eine Verbrennung in einer Brennkammer statt, kann es unter bestimm ten Betriebsbedingungen zu selbsterregten Brennkammerschwingungen kommen, oft auch als Verbrennungsinstabilitäten bezeichnet. Auslöser für diesen Mechanismus sind die Wechselwir kungen zwischen der zeitlichen Leistungsfreisetzung der Flamme und der Akustik der Brenn kammer. Bedingung für die Entstehung des beschriebenen Phänomens ist es, daß die zeitliche Leistungsfreisetzung der Flamme zum Zeitpunkt einer positiven Schalldruckamplitude erfolgt (Rayleigh-Kriterium) [3].

Das Auftreten von Verbrennungsinstabilitäten wurde bisher in vielen hoch belasteten Verbren nungssystemen beobachtet. Hier sind an erster Stelle die Antriebssysteme in der Luft- und Raumfahrt zu nennen. Aber auch in Prozeßgaserhitzern und industriellen Feuerungssystemen treten diese Instabilitäten auf [4]. Aufgrund der stark anwachsenden Amplituden von Schall druck und Energieschwingung kommt es zu einer starken Wechselbelastung der Brennkammer und im Extremfall zu deren Zerstörung. Die hohen Schalldruckamplituden in der Brennkammer führen zudem zu einer starken Lärmemission.

Bei Verbrennungsschwingungen mit Frequenzen oberhalb ca. 1000 Hz eignen sich passive Methoden zur Schwingungsdämpfung recht gut. Unter passiven Maßnahmen versteht man geometrische Veränderungen der Brennkammer, das Anbringen von schallabsorbierenden Bauteilen oder Helmholtz-Resonatoren. Bei niedrigeren Frequenzen sind diese Maßnahmen vielfach ungenügend, um die Schwingungsamplituden unterhalb eines für das Verbrennungs system schädigenden Maßes zu dämpfen.

Neben den passiven Methoden zur Unterdrückung von Verbrennungsschwingungen wurde in den letzten Jahren zunehmend an aktiven Methoden zur Schwingungsunterdrückung gearbei tet. Hierbei kamen in erster Linie Lautsprecher als Stellglieder zum Einsatz, um die Koppelbe dingung zwischen Brennkammerakustik und Energiefreisetzung zu beeinflussen. Der Aufbau der aktiven Regelung von Verbrennungsinstabilitäten stellt sich dabei wie folgt dar: Das Ein gangssignal des registrierten Schalldruckes der Brennkammerschwingung wird in geeigneter Weise phasenverschoben, verstärkt und damit ein Lautsprecher so angesteuert, daß der Schall im Verbrennungssystem durch Antischall ausgelöscht wird. In Forschungsarbeiten wird hierbei von einer Dämpfung bis zu 60 dB berichtet [5, 6, 7]. Aufgrund der Tatsache, daß mit dieser Me thode die Quelle für die selbsterregten Verbrennungsschwingungen beseitigt wird, kommt es zu einer Absenkung der Leistung des Stellsignals. Eine umfassende Patentanmeldung zu diesem Gebiet erfolgte von Williams John Eirwyn Ffowcs, Dines Philip Joseph und Maria Anna Heckl [8].

Dem Einsatz von Lautsprechern als aktive Stellglieder zum Unterdrücken von Verbrennungsin stabilitäten sind Grenzen gesetzt, da diese zum einen aufgrund ihrer Baugröße oft schwierig zu integrieren sind und zum anderen gegenüber den Verbrennungsleistungen eine zu geringe Lei stungsabgabe besitzen. Aus einer Publikation ist bekannt, daß neben der Beeinflussung der Akustik des Verbrennungssystemes auch die Modulation des Zustroms von vorgemischtem Gas mittels einer veränderlichen Blende eine Absenkung der Verbrennungsinstabilität bewirkt [9]. Diese Methode ist aufgrund der mechanischen Grenzen bei der zeitlichen Variation der Blende auf Verbrennungsinstabilitäten mit niedrigen Frequenzen beschränkt.

Sinnvoller erscheint es deshalb eine Beeinflussung der Brennstoffzufuhr vorzunehmen. Hierbei wird die selbsterregte Verbrennungsschwingung durch eine antizyklische Kraftstoffzufuhr relativ zum Brennkammerschalldruck gedämpft. Der Vorteil dieser Methode liegt in der Eingriffsstelle begründet, da gegenüber der Modulation der Gesamtmassenströme, wie sie bei der aktiven Dämpfung mit Lautsprechern oder veränderlichen Blenden notwendig ist, hier nur der Brenn stoffmassenstrom angesteuert wird. Das Konstruktionsvolumen des Stellgliedes läßt sich so wesentlich reduzieren. Die Arbeiten auf diesem Gebiet wurden bisher nur im Labormaßstab durchgeführt und beschränken sich auf die Modulation von gasförmigen Brennstoff, wobei Ab senkungen des Schalldruckpegels mit Lautsprechern bis zu 25 dB [10] und mit Auf-Zu-Ventilen bis zu 12 dB [11] erzielt wurden. Die bei den voranstehend zitierten Arbeiten verwendeten Stellglieder sind nicht geeignet, um eine Modulation des Kraftstoffmassenstromes in Druckzer stäuber-Verbrennungssystemen für Flüssigtreibstoffe zu bewerkstelligen.

Von experimentellen Untersuchungen auf dem Gebiet der aktiven Unterdrückung von Verbren nungsinstabilitäten bei Flüssigtreibstoff-Verbrennungssystemen, wie sie vornehmlich in Flug triebwerken, Nachbrennern und Raketenantrieben zum Einsatz kommen, wurde bisher nicht berichtet. Außer einer theoretischen Untersuchung aus dem Jahre 1952 auf dem Gebiet der aktiven Regelung von Verbrennungsinstabilitäten in Raketenantrieben mittels Kraftstoffmodu lation, deren konstruktiver Aufbau bzw. Antriebselemente nicht näher beschrieben wurden [12], gibt es noch eine Patentanmeldung aus dem Jahre 1990 von General Electric [1]. In der Pa tentanmeldung von GE wird als Stellglied für eine aktive Unterdrückung von Verbrennungsin stabilitäten die Modulation des Brennstoffmassenstroms vorgeschlagen. Hierzu soll ein Servo ventil eingesetzt werden. Diese Servoventile haben jedoch den Nachteil, das ihr Frequenzgang schon bei Frequenzen um 150 Hz abknickt und deshalb nur zur Ausregelung von niederfre quenten Verbrennungsschwingungen eingesetzt werden können. Für den Frequenzbereich von ca. 50 bis über 1000 Hz sind bis dato keine Stellglieder zur Modulation des Flüssigtreibstoffes bekannt. Die Notwendigkeit der Entwicklung neuer leistungsfähiger und robuster Aktuatoren läßt sich auch aus einer neueren Veröffentlichung über die bisherigen Möglichkeiten zur akti ven Unterdrückung von Verbrennungsinstabilitäten entnehmen [13].

Gegenstand der Erfindung ist ein Aktuator zum Beeinflussen des Brennstoffmassenstroms mit dem Ziel, eine aktive Regelung von Verbrennungsinstabilitäten bei Flüssigtreibstoff-Brennern und beliebigen Verbrennungssystem in einem Frequenzbereich von ca. 50 bis über 1000 Hz zu ermöglichen. Eine Beeinflussung der mittleren Leistungsfreisetzung soll dabei unterbleiben. Au ßerdem ist die Erfindung in einem wesentlich größeren Frequenzbereich als das oben be schriebene Servoventil einsetzbar, leicht zu implementieren und störungsunempfindlich. Eine Ansteuerung des Aktuators zur Schadstoffreduzierung sollte zudem gegeben sein. Der Betrieb des Aktuators als Stellglied für die aktive Regelung von Verbrennungsinstabilitäten oder als Mittel zur Schadstoffreduzierung ist hierbei parallel bzw. gleichzeitig oder auch jeweils separat möglich.

Es ist bekannt, daß die pulsierende Verbrennung eine Verminderung der Schadstoffemissionen bewirken kann [14]. Die Erfindung kann deshalb auch genutzt werden, derartige Pulsationen in der Brennkammer durch die schwingende Kraftstoffzufuhr anzuregen. Damit stellt die Schad stoffminderung bei der Verbrennung ein weiteres Einsatzgebiet für den Aktuator dar.

Verbrennungsschwingungen oder -lärm können auch durch unregelmäßige Zufuhr des Kraft stoffs oder der Verbrennungsluft angeregt werden. Ein häufiger Fall dieser Zufuhrschwankun gen betrifft die Kraftstofförderung durch die dazu eingesetzten Pumpen. Besonders gravierend wirken sich diese Schwankungen in der Zufuhr des Kraftstoffes bei Gasturbinenbrennkammern aus, da hierdurch in der nachgeschalteten Turbine die an sich schon hoch belasteten Turbinen schaufeln durch dynamische Kräfte zusätzlich belastet werden und deren Lebensdauer somit stark reduziert wird. Die Erfindung besitzt die notwendigen Voraussetzungen, um die von einer Förder- oder Zumeßeinrichtung erzeugten Druckschwankungen in der Kraftstoffzufuhr auszu regeln. Selbstverständlich läßt sich diese Möglichkeit des Ausregelns von unerwünschten Druckschwankungen auch in anderen technischen Systemen einsetzen, bei denen mit Flüssig keiten unter Druck manipuliert wird.

Weitere Anwendungsgebiete dieser Erfindung beziehen sich auf die Erzielung besonderer Ef fekte bei Geräten zur Zerstäubung von Flüssigkeiten. Ein sich zeitlich schnell ändernder Zer stäubungsdruck liefert aufgrund der Abhängigkeit von Tröpfchengrößenverteilung und Druck die Möglichkeit, die gewünschte Tröpfchengrößenverteilung einzustellen. Weitere gewünschte Effekte (z. B. spezielle Oberflächeneffekte bei der Lackierung) sind denkbar durch einen gezielt steuerbaren zeitlich sich ändernden Massenstrom. Auch für diese Aufgabe liefert der Aktuator eine mögliche Lösung.

Für hartnäckig festsitzende Verschmutzungen, Beschichtungen oder Ähnliches besteht die Aufgabe die Reinigungs- bzw. Ablösungswirkung von Strahlreinigungsgeräten (z. B. Hochdruck reiniger) zu erhöhen. Durch das Erzeugen von Druckpulsationen vor der Austrittsdüse wird ein pulsierender Reinigungsstrahl erzielt. Dies ist mit der vorgestellten Erfindung möglich.

Die Massenstrommodulation von Flüssigkeiten, die von einer Fördereinrichtung unter Druck zu einer Düse oder Drossel gefördert werden, läßt sich in einem Frequenzbereich von ca. 50 bis über 1000 Hz auf geeignet Weise mit der Erfindung "Aktuator zum Aufprägen von Massen strom- bzw. Druckschwankungen auf unter Druck stehende Flüssigkeitsströme" bewerkstelli gen. Zur Modulation des Flüssigkeitsmassenstroms ist es notwendig, den Aktuator zwischen der Düse (z. B. Mittel zur Zerstäubung von Flüssigkeit) und der Fördereinrichtung zu montieren. Der Aktuator kann selbstverständlich auch von der Flüssigkeitsleitung zwischen Fördereinrich tung und Düse durch eine Leitung abgesetzt montiert sein.

Die erfindungsgemäßen Aufgaben werden durch den Einsatz von elektrostriktiven oder magne tostriktiven Elementen (weiterhin als Antriebselement bezeichnet) erreicht, die einen Kolben antreiben, der zwischen diesen und der Flüssigkeit liegt. Diese Antriebselemente ermöglichen hohe Stellkräfte bei hoher Dynamik. Der Kolben hat die Aufgabe, den Hub und die Stellkraft vom Antriebselement auf die Flüssigkeit zu übertragen. Das Gesamtsystem Aktuatorgehäuse, Aktuatorabschlußdeckel, Kolben und Antriebselement wird im weiteren als Aktuator bezeichnet. Die Wirkungsweise der Erfindung läßt sich wie folgt darstellen:

Durch ein Stellsignal U wird eine Ausdehnung h des Antriebselementes bewirkt. Bei dynami schen Änderungen dU/dt des Stellsignals U ergibt sich bei proportionaler Ausdehnung h des Antriebselementes zum Stellsignal U, eine Bewegung dh/dt des Kolbens gemäß

h ∼ U bzw. v = dh/dt ∼ dU/dt.

Die Geschwindigkeit v des Kolbens ist gleich dh/dt. Durch die Kolbenstirnfläche A erhält man hieraus einen Volumenstrom dV_Kolben/dt, der durch die Kolbenbewegung hervorgerufen wird, gemäß

dV_Kolben/dt = A·dh/dt bzw. Δ_Kolben=A·v.

Bei inkompressiblen Medien, wie für Flüssigkeiten näherungsweise anzunehmen ist, ergibt sich der zusätzlich durch die Kolbenbewegung erzeugte Massenstrom Δ_Kolben zu:

Δ_Kolben = ρ·Δ_Kolben = ρ·A·v.

Der durch die Kolbenbewegung erzeugt Massenstrom Δ_Kolben überlagert sich dem von der Fördereinrichtung bzw. Massenstromregeleinrichtung vorgegebenen, zur Düse geförderten Massenstrom _Pumpe als Massenstromschwankung bzw. -modulation. Der aus der Düse aus tretende Gesamtmassenstrom

_Gesamt = _Pumpe+Δ_Kolben.

Analog zur Massenstrommodulation Δ_Kolben wird dem von der Fördereinrichtung bzw. Mas senstromregeleinrichtung vorgegebenen Druck p vor der Düse eine Druckschwankung Δp überlagert. Die Erklärung hierfür ergibt sich aus dem Ausströmvorgang aus einer Düse, der sich näherungsweise mit folgender Gleichung beschreiben läßt [15]:

p ∼ _Gesamt ².

Wird die Erfindung in einem Drucksystem eingesetzt, bei dem die Flüssigkeit von einer Pumpe gefördert wird und durch eine Düse ausströmt, lassen sich nach vorhergehender Beziehung mit dem Aktuator auch Druckschwankungen aufprägen. Bei einer Auslenkung des Antriebselemen tes um die Mittellage lassen sich sowohl positive als auch negative Massenstrom- bzw. Druck änderungen im Flüssigkeitsstrom erzeugen, wobei der mittlere Massenstrom, der von der För dereinrichtung bzw. einer Massenstromregeleinrichtung vorgegeben wird, nicht beeinflußt wird. Beim Einsatz von elektro- und magnetostriktiven Elementen ist aufgrund der geringen Zugbe lastbarkeit dafür Sorge zu tragen, daß das Antriebselement immer unter einer Druckvorspan nung steht. Diese Vorspannung wird üblicherweise durch Federelemente erzeugt. Bei dem Ak tuator gemäß der Erfindung kann dieses Element entfallen, wenn ein genügend hoher Flüssig keitsdruck im System vorhanden ist, der die Druckvorspannung auf das Antriebselement über den Kolben aufprägt. Der Wegfall von Federelementen zur Vorspannung der Antriebselemente stellt eine wesentliche vorteilhafte Wirkung der Erfindung dar, da Federelemente selbst je nach Federkonstante eine Resonanzfrequenz besitzen, oberhalb der die Druckvorspannung des An triebselementes nicht mehr gesichert ist. Da bei einem Aktuator gemäß Erfindung keine Fe derelemente notwendig sind, lassen sich mit diesem wesentlich höhere Modulationsfrequenzen erreichen.

Durch geeignete Abstimmung der Rohrleitungslänge (zwischen Fördereinrichtung und Aktuator oder Aktuator und Düse) oder Veränderung der akustischen Abschlußbedingungen an der För der- bzw. Zumeßeinrichtung oder/und der Düse ist es möglich, den Frequenzgang des Aktua tors gezielt zu verbessern, indem die akustische Rohrleitungseigenfrequenz angeregt wird und damit der Leitungsresonanzeffekt genutzt wird.

Ein erfindungsgemäßer Flüssigkeitsaktuator weist verschiedene weitere Vorteile auf. Aufgrund des einfachen und kompakten Aufbaus ist zum einen eine leichte Implementierung in die För derleitung möglich und zum anderen aufgrund der wenigen bewegten Teile eine große Stö rungsunempfindlichkeit gewährleistet. Die Verwendung von elektrostriktiven oder magneto striktiven Bauteilen als Antriebselement für die Modulationskolben erschließt einen großen Fre quenzbereich, in dem die Erfindung eingesetzt werden kann. Aufgrund der Funktionsweise des Aktuators ist es nicht notwendig, bei der Massenstrom- bzw. Druckmodulation der Flüssigkeit einen Strömungsquerschnitt definiert zu verändern, wie es bei allen ventilbasierenden Kon struktionen unabdingbar ist. Bei diesen Systemen haben Temperaturschwankungen einen star ken Einfluß auf die Funktionsweise, insbesondere wenn als Antrieb magneto- oder elektrostrik tive Elemente eingesetzt werden, da diese nur sehr kleine Stellwege ermöglichen, die meist in derselben Größenordnung wie die Temperaturdehnungen des Gehäuses sind. Aus diesem Grund ist der Aktuator, der gemäß der Erfindung die Massenstrom- bzw. Druckmodulation ohne definierte Querschnittsänderung bewirkt, in seiner Funktionsweise praktisch unabhängig von Temperaturschwankungen.

Die oben beschriebenen vorteilhaften Eigenschaften führen dazu, daß auf dem Gebiet der ak tiven Unterdrückung von Brennkammerschwingungen neben niederfrequenten Verbrennungs instabilitäten auch hochfrequente Oszillationen gedämpft werden können. Sowohl die Dämp fung von selbsterregten, aufgrund von Rückkopplungseffekten zwischen Verbrennung und Brennkammerakustik verursachten Brennkammerschwingungen als auch von fremderregten Verbrennungsschwingungen, die z. B. durch unstetig arbeitende Fördereinrichtungen hervorge rufen werden, ist möglich.

Neben der Einsatzmöglichkeit der Erfindung als Stellglied zum aktiven Dämpfen von Verbren nungsschwingungen eignet sich diese auch als Aktuator zur externen Anregung der Verbren nung, um eine Schadstoffreduktion zu bewirken. Hierbei ist es möglich den Aktuator extern zur Schadstoffminderung anzusteuern und gleichzeitig diesen als Stellglied zur aktiven Regelung von eventuell auftretenden Verbrennungsschwingungen heranzuziehen. Hierzu werden die bei den Ansteuersignale einfach überlagert und dem Aktuator zugeführt.

Oft reicht die ablösende Wirkung des Flüssigkeitsstrahles von Reinigungsgeräten (z. B. Hoch druckreiniger) nicht aus, um fest haftende Verschmutzungen oder alte Oberflächenbeschich tungen zu entfernen. In solchen Fällen läßt sich die schmutzlösende Wirkung durch einen pul sierenden Reinigungsstrahl wesentlich verbessern. Mit dem erfindungsgemäßen Aktuator läßt sich ein pulsierender Reinigungsstrahl erzeugen, wobei die Pulsationsintensität und -frequenz in weiten Bereichen einstellbar sind und somit dem jeweiligen Reinigungsproblem angepaßt werden können.

Im folgenden wird die Erfindung mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der Beschrei bung und durch Zeichnungen näher erläutert.

Abbildung 1 zeigt eine mögliche Ausführungsform der Erfindung in einer Prinzipskizze mit den wichtigsten Bauteilen, wobei das Antriebselement aus einem elektrostriktiven oder magneto striktiven Bauteil bestehen kann.

Abb. 2 zeigt die Erfindung in ein Flüssigkeitssystem integriert, wobei diese durch Leitun gen von der Fördereinrichtung und Düsenkopf getrennt ist.

Abb. 3a zeigt exemplarisch zwei Frequenzgänge des Einspritzdrucks der Erfindung für zwei unterschiedliche Rohrleitungslängen und bei Verwendung der gleichen Flüssigkeit (hier Dieselkraftstoff).

Abb. 3b zeigt die entsprechenden Frequenzgänge der Auswirkung der Treibstoffmodula tion auf die Verbrennung, um die Qualität des Aktuators als Stellglied zur Beeinflussung des Massenstromes bzw. der Verbrennung für die aktive Regelung aufzuzeigen.

Abb. 4 zeigt den Verlauf der Frequenzmaxima verschiedener Ordnungen über die Rohr leitungslänge aufgetragen (zwei Frequenzmaxima erster Ordnung sind in Abb. 3a für zwei Rohrleitungslängen dargestellt).

Abb. 5 ist ein möglicher Aufbau des Aktuators zum aktiven Unterdrücken von Druck schwankungen in Flüssigkeitsfördersystemen.

Abb. 6 ist ein möglicher Aufbau des Aktuators zum aktiven Unterdrücken von Verbren nungsinstabilitäten und/oder aktiven Ausregeln von Druckschwankungen im Kraftstoffördersy stem.

Abb. 7a zeigt ein erstes Ergebnis der experimentellen Untersuchungen, zur Unterdrückung von Verbrennungsinstabilitäten bei einem 36 kW Dieselkraftstoffbrenner, mit dem erfin dungsgemäßen Aktuator. Aufgetragen ist der Brennkammerschalldruck mit aktiver Kontrolle 41 und ohne aktive Kontrolle 40 der Verbrennung.

Abb. 7b zeigt die Beträge der Frequenzspektren der Signale 7a mit aktiver Kontrolle 43 und ohne aktive Kontrolle 42 der Verbrennung.

Die Bauteile 4 bis 8 in Abb. 1 stellen das bisher mit Aktuator 1 bezeichnete Stellglied dar. Die Flüssigkeit wird dem Aktuator 1 durch eine Leitung 17 zugeführt. Im Aktuatorgehäuse 4 wird der Flüssigkeit eine Druck- bzw. zeitliche Massenstromänderung durch, in diesem Fall, zwei Kolben 6 aufgeprägt. Durch den Kolben 6 wird die notwendige Trennung und Abdichtung zwischen der Flüssigkeit und dem Antriebselement sichergestellt. Die Kolben 6 werden ihrer seits von zwei Antriebselementen 7 angetrieben, welche entweder elektrostriktive oder magne tostriktive Bauelemente sein können. Die Auslenkung bzw. Länge der Antriebselemente 7 wird durch das Stellsignal 14 gesteuert. Die Antriebselemente 7 stützen sich zur Kraftaufbringung auf die Kolben 6 an den Gehäusedeckeln 5 ab. Die notwendige Rückstellkraft für die Kolben 6 wird durch den Flüssigkeitsdruck aufgebracht. Die Kolben 6 haben die Aufgabe, die Massen strommodulation durch Vergrößerung oder Verkleinerung ihrer Stirnfläche im Vergleich zu den Stirnflächen der Antriebselementen 7 zu erhöhen oder zu verringern. Die Verwendung von zwei oder mehr Kolben 6 und Antriebselementen 7 ist nicht notwendig, jedoch kann mit der Anzahl an Kolben 6 und Antriebselementen 7 die Leistung des Aktuators 1 gesteigert werden. Im glei chen Sinne können natürlich auch mehrere Aktuatoren 1 in der Flüssigkeitsleitung plaziert wer den. Bei mehreren Kolben 6 und Antriebselementen 7 ist auf die richtige Ansteuerung 14 dieser zu achten, die Längenänderung der Antriebselemente 7 hat dabei in gleicher Weise (positive Dehnung bzw. negative Dehnung) zu erfolgen.

Die Form des Kolbens 6, des Zylinders im Aktuatorgehäuse 4 und des Antriebselementes 7 sollen vorzugsweise zylindrisch ausgeführt werden. Die Form der Kolbenstirnfläche, die der Flüssigkeit zugewandt ist, kann verschiedene Geometrien aufweisen. Eine Befestigung der Antriebselemente 7 am Aktuatorabschlußdeckel 5 und am Kolben 6 ist nicht notwendig, da das Antriebselement 7 nur Druckkräfte zu übertragen hat. Das Antriebselement wird durch eine geeignete Passung im Kolben 6 und im Aktuatorabschlußdeckel 5 zentriert, geführt und gegen ein Verkippen der Antriebselemente 7 gegenüber den Kolben 6 und Aktuatorgehäusedeckeln 5 geschützt. Das Aktuatorgehäuse 4, die Aktuatorabschlußdeckel 5 und die Kolben 6 sind mög lichst steif auszuführen, um mögliche Verformungen aufgrund der hohen Stellkräfte der An triebselemente 7 bzw. Drücke der Flüssigkeiten auf die Kolben 6 und das Aktuatorgehäuse 4 zu minimieren, da ansonsten der effektiv nutzbare Stellweg der Antriebselemente 7 verringert würde. Die Verbindung zwischen dem Aktuatorgehäuse 4 und dem Aktuatorabschlußdeckel 5 ist mit den bekannten Methoden, wie z. B. Schrauben, Nieten, Löten, Schweißen usw., ebenfalls möglichst steif auszuführen. Für die Funktion ist es förderlich auf eine genaue Zentrierung fol gender Bauteile zu achten: Aktuatorgehäuse 4, Aktuatorabschlußdeckel 5, Kolben 6 und An triebselemente 7. Die Flüssigkeitsförderleitungen 17 und 18 sind aus den vorgenannten Grün den ebenfalls möglichst steif auszuführen, z. B. Kupfer- oder Stahlrohrleitungen, keine Kunst stoff- oder Gummischläuche. Die Verbindung der Flüssigkeitsförderleitungen 17 und 18 sind mit den bekannten Methoden, wie z. B. Schneidringverschraubungen, Rohrgewinde, Löten, Schweißen usw., am Aktuatorgehäuse 4 anzubringen.

Die Abdichtung zwischen dem Kolben 6 und seiner Führung bzw. dem Zylinder im Aktuatorge häuse 4 wird mittels bekannter Methoden zur Abdichtung, z. B. O-Ring 8, bewerkstelligt. Ein Verschleiß der Dichtungsbauteile durch das Bewegen der Kolben 6 ist auszuschließen, da die Kolben 6 keine nennenswerten Hübe aufgrund der geringen Stellwege der Antriebselemente 7 ausführen.

Der Stellweg des Antriebselementes 7 kann über einen auf ihm angebrachten Dehnmeßstreifen (DMS) überwacht werden und wird im weiteren als Überwachungssignal bezeichnet. Das Über wachungssignal vom DMS kann als Eingangssignal für einen Regler 31 oder 39 dienen. Die Durchführung der Überwachungs- und Stellsignalleitungen 14 für das Antriebselement 7 kann durch das Aktuatorgehäuse 4 oder durch den Aktuatorabschlußdeckel 5 oder zwischen beiden erfolgen und muß nicht zwingend abgedichtet sein. Eine leichtere Montage und Demontage wird erreicht, wenn die Überwachungs- und Stellsignalleitungen 14 zwischen Aktuatorgehäuse 4 und Aktuatorabschlußdeckel 5, z. B. in einer Nut, durchgeführt werden.

Durch Verlustleistung kann es zu einer Erwärmung der Antriebselemente 7 kommen, wodurch deren Lebensdauer beeinträchtigt werden kann. Aus diesem Grund ist es möglich die An triebselemente durch Spülen mit einem geeigneten Medium, z. B. Luft, zu kühlen. Das Kühlme dium kann in geeigneter Weise durch Öffnungen, z. B. Bohrungen, im Aktuatorgehäuse 4 und/oder Aktuatorabschlußdeckel 5 zu- und abgeführt werden.

Die Integration des Aktuators 1 in das Fördersystem wird beispielshaft in Abb. 2 erläu tert. Die Montage des Düsenkopfes 2 kann direkt am Aktuatorgehäuse 4 oder durch eine Lei tung 18 von diesem getrennt erfolgen. Das gleiche gilt für die Fördereinrichtung 3. Weitere im Fördersystem integrierte Bauteile, wie z. B. Massenstromregel-, Rückschlag- und Überdruck ventile sind für die Funktionsweise des Aktuators 1 nicht hinderlich, beeinflussen aber eventuell den nutzbaren Frequenzbereich. Um die Funktionsweise der Erfindung sicherzustellen, ist die Flüssigkeit möglichst gas- bzw. luftfrei zu fördern. Zudem ist die Konstruktion des gesamten Fördersystems so auszuführen, daß im System enthaltene Gas- bzw. Luftblasen automatisch bei der Inbetriebnahme über die Düse ausgetragen werden. Ist dies nicht gewährleistet, so müssen an kritischen Stellen des Fördersystems Entlüftungsmöglichkeiten vorgesehen werden. Zur Überwachung des Flüssigkeitsdrucks vor bzw. nach dem Aktuator können in die Förderlei tung 17, 18 Druckwandlermittel 15, 16 eingesetzt werden. Der Drucksensor 15 dient dazu, die Qualität der zu erzielenden Druckmodulation zu messen und liefert damit indirekt ein Maß für die Massenstrommodulation.

Regt man mit dem Aktuator 1 die akustische Eigenfrequenz der Flüssigkeit im Fördersystem an, das aus der Fördereinrichtung 3, den Flüssigkeitsförderleitungen 17 und 18, dem Aktuator 1 und dem Düsenkopf 2 besteht, erhält man einen ausgeprägten Resonanzpeak, der im weiteren als Rohrleitungsresonanz bezeichnet wird. In Abb. 3a sind exemplarisch die Übertra gungsfunktionen 19 und 20 des Einspritzdruckes 30 bezogen auf das unverstärkte Aktuator- Stellsignal 14 für zwei verschiedene Rohrleitungslängen 17 aufgetragen, wobei als Flüssigkeit Dieselkraftstoff eingesetzt wurde. Die Methode der Anregung der Rohrleitungsresonanz läßt sich dazu nutzen, um in einem bestimmten Frequenzbereich gezielt eine Verbesserung des Übertragungsverhaltens zu bekommen. Die Rohrleitungsresonanz läßt sich durch die Anord nung der verschiedenen Elemente des Fördersystems sowie die Längen der Flüssigkeitsförder leitungen 17 und 18 und diverse Einbauten z. B. Rückschlagventil, Massenstromregelventil usw. beeinflussen. Hierzu lassen sich neben den Maxima erster Ordnung auch die höherer Ordnung verwenden. Eine Ausweitung bzw. Veränderung des Übertragungsverhaltens (Einspritzdruck 30 bezogen auf unverstärktes Aktuator-Stellsignal 14) während des Betriebs, im Sinn der eben be schriebenen Methode, ist z. B. durch variable im Betrieb abstimmbare Längen der Flüssigkeits förderleitungen 17 und 18 möglich.

Um die Einflußmöglichkeit des Aktuators auf die Verbrennung zu zeigen, wurde in der Abb. 3b entsprechend Abb. 3a die Auswirkung der Anregung auf die Flamme in der Fre quenzgangdarstellung mit aufgezeichnet. Die zeitliche Leistungsfreisetzung der Verbrennung wurde hierbei mit einem Photomultiplier 36 anhand der Strahlung des OH-Radikals gemessen. Aus dem Verlauf ist zu entnehmen, daß der Aktuator 1 ein erhebliches Potential zur Beeinflus sung der Verbrennung und damit zum aktiven Unterdrücken von Verbrennungsschwingungen besitzt. Aufgrund der Tatsache, daß der Resonanzpeak sich durch die Rohrleitungslänge vari ieren und damit der Frequenzbereich verstellen läßt, ist dieses Stellglied für die Ausregelung von nieder- und hochfrequenten Verbrennungsinstabilitäten geeignet. Ein Aktuator mit diesen Leistungsdaten ist bis dato nicht bekannt.

In der Abb. 4 ist der Verlauf der Frequenzmaxima des Übertragungsverhaltens des Ein spritzdruckes 30 bezogen auf das unverstärkte Aktuator-Stellsignal 14 erster Ordnung 25, zweiter Ordnung 26, dritter Ordnung 27 und vierter Ordnung 28 über der Länge der Flüssig keitsförderleitung 17 aufgetragen. Aufgrund der akustischen Resonanzbedingung von Rohrlei tungen erhält man hier Hyperbeln. Wegen der noch nicht näher bestimmten Abschlußbedin gung an der Fördereinrichtung 3 und der Düse 2, ist eine genaue Modellierung (Beschreibung durch Wellenform) bisher nicht möglich.

Druck- bzw. Massenstromschwankungen, die von Förder- oder Zumeßeinrichtungen erzeugt werden, lassen sich durch eine Anordnung gemäß Abb. 5 ausregeln. Durch ein Druck wandlermittel 16 werden die durch die Förder- oder Zumeßeinrichtungen erzeugten Druck schwankungen gemessen und einem Regler 31 als Eingangssignal 29 zugeführt. Der Regler 31 erzeugt hieraus ein Aktuator-Stellsignal 14, das so gestaltet sein muß, daß die Druckschwan kungen im Fördersystem durch destruktive Interferenz mit den durch den Aktuator 1 erzeugten Druckschwankungen ausgelöscht werden. Der Regler kann z. B. aus einem Filter, Phasen schieber und Verstärker oder aus einem adaptiven Filter etc. bestehen. Die Qualität der Auslö schung der Druckschwankungen im Fördersystem kann mit dem Druckwandlermittel 15 ge messen werden. Dieses Signal kann als Reglereingangssignal 30 zur Optimierung des Regel verhaltens des Reglers 31 verwendet werden.

Abb. 6 zeigt einen möglichen Aufbau zur aktiven Unterdrückung von Verbrennungs schwingungen mit dem erfindungsgemäßen Aktuator 1. In diesem Fall sind der Düsenkopf 2 sowie das Druckwandlermittel 15 direkt am Aktuator 1 angebaut. Dem Reglersystem 39 - das entweder aus einem adaptiven Filter, einem Phasenschieber mit Verstärker oder ähnlichem bestehen kann - wird als Eingangsgröße der Schalldruck 37 und/oder die Verbrennungsleistung 38 zugeführt. Eine Korrektur des Aktuator-Stellsignals 14 hinsichtlich Abweichungen, die auf das Übertragungsverhalten des Aktuators zurückzuführen sind, ist durch Einleitung des Ein spritzdrucksignals 30 in das Reglersystem möglich. Der Einspritzdruck wird mittels eines Druckwandlermittels 15 im Aktuatorgehäuse 4 bzw. kurz vor dem Düsenkopf 2 gemessen. Aus diesen Signalen (30, 37, 38) ermittelt der Regler 39 ein Stellsignal 14, das dem Aktuator 1 zur Unterdrückung der Verbrennungsschwingung zugeführt wird. Aufgabe des Reglersystems 39 ist es, den Aktuator 1 so anzusteuern, daß die Verbrennungsschwingung durch antizyklische Brennstoffzufuhr - bezogen zur Leistungsschwankung der Verbrennung bzw. zur Schalldruck schwingung in der Brennkammer - unterdrückt wird.

Mit der gleichen Anordnung lassen sich im Fördersystem auch Brennstoffdruckschwankungen ausregeln, die andernfalls zu fremderregten Verbrennungsschwingungen führen würden. Ein Ausführungsbeispiel für die Ausregelung dieser Brennstoffdruckschwankungen ist in Abb. 5 gegeben. In Ergänzung zu Abb. 5 zeigt Abb. 6, daß das aktive Unterdrücken von selbsterregten Verbrennungsschwingungen und das Ausregeln von Brennstoffdruckschwan kungen mit einem kombinierten Reglersystem 39 möglich ist.

Erste experimentelle Untersuchungen zur Unterdrückung von selbsterregten Verbrennungs schwingungen nach dem Aufbau gemäß Abb. 6 haben gezeigt, daß Dämpfungen von bis zu 40 dB unter Verwendung des Aktuators 1 in einem Ölzerstäuberbrenner mit 36 kW thermi scher Leistung möglich sind. Das Reglersystem 39 bestand hierbei aus einem Filter zum Un terdrücken von Rauschen, einem analogen Phasenschieber zum Phasenverschieben des Ein gangssignals und einem Verstärker zur Ansteuerung des Aktuators 1. Diesem Reglersystem 39 wurde als Eingangssignal die Leistungsschwankung 38 der Verbrennung zugeführt, hier pha senverschoben und verstärkt und anschließend dem Aktuator 1 als Stellsignal 14 zugeführt. Die Phasenverschiebung wurde dabei so gewählt, daß es durch antizyklische Kraftstoffeinsprit zung - bezogen zur Leistungsschwingung der Verbrennung in der Brennkammer - zu einer Un terdrückung der Verbrennungsschwingung kam.

Um die Qualität der aktiven Regelung zu belegen, wurde das Brennkammerdrucksignal 37 mit aktiver Unterdrückung 41 und ohne aktive Unterdrückung 40 aufgezeichnet und in Abb. 7a aufgetragen. Die Frequenzanalysen mit aktiver Unterdrückung 43 und ohne aktive Unter drückung 42, der Signalabschnitte 40 und 41 wurden in Dezibel in Abb. 7b aufgetragen.

Literaturverzeichnis

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2, Schlagmüller, W.: Patent: Zumeßventil zur Dosierung von Flüssigkeiten oder Gasen. Ak tenzeichen: DE 35 33 975. Anmelder: Robert Bosch GmbH.
3, Rayleigh, J.: The Explanation of Certain Acoustical Phenomena. Nature, July 18, 1878, p. 319-321.
4, Gleis, S.; Rau, W.; Vortmeyer, D.: Beruhigung von Verbrennungsschwingungen im Pro zeßgaserhitzer einer Claus-Abgasreinigungsanlage - Eine Fallstudie. 15. Deutscher Flammentag, Bochum, 17. und 18. Sept. 1991, VDI-Bericht Nr. 922, 1991, p. 337-347.
5, Lang, W.; Poinsot, T.; Candel, S.: Active control of combustion instability. Combustion and Flame (ISSN 0010-2180), vol. 70, Dec. 1987, p. 281-289.
6, Poinsot, T.; Veynante, D.; Bourienne, F.; Candel, S. and Esposito, E.: Initiation and sup pression of combustion instabilities by active control. Symposium (International) on Com bustion, 22nd, Seattle, WA, Aug. 14-19, 1988. Proceedings (A90-32801 13-25), Pittsburgh, PA, Combustion Institute, 1989, p. 1363-1369.
7, Gutmark, E. C.; Parr, T. P.; Hanson-Parr, D. M.; Schadow, K. C.: Active Control of a Pre mixed Flame. AIAA-Paper 90-2448, Joint Propulsion Conference, 26th, Orlando, FL, July 16-18, 1990.
8, Williams, J. E. F.; Dines, P. J. A; Heckl, M. A.; Patent: Verbrennungssystem für ein Gasturbinentriebwerk. Aktenzeichen: P 34 39.903.8. Anmelder: gleich Erfinder.
9, Bloxsidge, G. J.; Dowling, A. P.; Hooper N.; Langhorne, P. J.: Active Control of Rehaet Buzz. AIAA-Paper 87-0433, Aerospace Sciences Meeting, 25th, Reno, NV, Jan. 12-15, 1987.
10, Billoud, G.; Huynh huu C.; Galland M. A.; Candel S.: Adaptive Active Control of Combu stion Instabilities. Submitted for puplication to Combustion Science and Technology, Aug. 1990. Revised version Dec. 1990.
11, Langhome, P. J.; Dowling, A. P.; Hooper, N.: Practical Active Control System for Com bustion Oscillations. Jornal of Propulsion and Power (ISSN 0748-4658), vol. 6, May-June 1990, p. 324-333.
12, Tsien, H. S.: Servo-Stabilization of Combustion in Rocket Motors. Journal of the American Rocket Society, Sept.-Oct. 1952, p. 256-268.
13, Candel, S. M.: Combustion Instabilities Coupled by Pressure Waves and their Active Con trol. Invited general lecture, 24th Symposium (International) on Combustion, Sydney, July 1992.
14, Keller, J. O.; Hongo, I.: Pulse Combustion the Mechanisms of NO_x

Production. Combu stion and Flame 1990, Vol. 80, p. 219-237.
15, Beedgen, O.: Öl- und Gasfeuerungstechnik. 2. Auflage, Werner-Verlag 1984, p. 235-236.

Verzeichnis der verwendeten Formelzeichen

A Kolbenstirnfläche
h Ausdehnung des Antriebselementes
_Gesamt Gesamt aus der Düse austretender Gesamtmassenstrom
_Pumpe Pumpe von der Förder- bzw. Massenstromregeleinrichtung vorgegebener Massenstrom
p von der Förder- bzw. Massenstromregeleinrichtung vorgegebener Druck
t Zeit
U Aktuator-Stellsignal
v Geschwindigkeit des Kolbens
V Volumen
Δ_Kolben durch die Kolbenbewegung erzeugter Massenstrom
Δp vom Aktuator erzeugte Druckschwankung
Δ_Kolben durch die Kolbenbewegung erzeugter Volumenstrom
ρ Dichte der Flüssigkeit

Legende zu den Abb. 1 bis 7

1 Aktuator bestehend aus den Teilen 4 bis 8
2 Düsenkopf bestehend aus den Teilen 9 und 10
3 Flüssigkeitsfördereinrichtung bestehend aus den Teilen 11 bis 13
4 Aktuatorgehäuse
5 Aktuatorabschlußdeckel
6 Kolben
7 Antriebselement (hier im speziellen Piezoelement)
8, Dichtungselement (hier im speziellen O-Ring)
9, Düsen- bzw. Drosselgehäuse
10 Düse bzw. Drossel
11 Überdruck- bzw. Überströmventil
12 Druckerhöhungspumpe
13 Tank
14 Stellsignal für das Antriebselement des Aktuators
15 Druckwandlermittel (hier im speziellen Piezodruckaufnehmer) zur Erfassung des Flüssig keitsdruckes zwischen Aktuator 1 und Düsenkopf 2
16 Druckwandlermittel (hier im speziellen Piezodruckaufnehmer) zur Erfassung des Flüssig keitsdruckes zwischen Flüssigkeitsfördereinrichtung 3 und Aktuator 1
17 Flüssigkeitsförderleitung zwischen Flüssigkeitsfördereinrichtung 3 und Aktuator 1
18 Flüssigkeitsförderleitung zwischen Aktuator 1 und Düsenkopf 2
19 Übertragungsfunktion des Einspritzdruckes 30 bezogen auf das unverstärkte Aktuator- Stellsignal 14 bei Rohrleitungslänge 470 mm
20 Übertragungsfunktion des Einspritzdruckes 30 bezogen auf das unverstärkte Aktuator- Stellsignal 14 bei Rohrleitungslänge 380 mm
21 Abszisse mit der Einheit [bar/Volt], Einspritzdruck 30 [bar] (gemessen durch Druckwand lermittel 15) bezogen auf das unverstärkte Aktuator-Stellsignal 14 [Volt].
22 Übertragungsfunktion der Verbrennungsleistung 38 bezogen auf das unverstärkte Aktua tor-Stellsignal 14 bei Rohrleitungslänge 470 mm
23 Übertragungsfunktion der Verbrennungsleistung 38 bezogen auf das unverstärkte Aktua tor-Stellsignal 14 bei Rohrleitungslänge 380 mm
24 Abszisse mit der Einheit [kW/Volt], Verbrennungsleistung 38 in [kW] (gemessen durch Photomultiplier 36) bezogen auf das unverstärkte Aktuator-Stellsignal 14 [Volt].
25 Verlauf der Frequenzmaxima 1. Ordnung in Abhängigkeit von der Rohrleitungslänge
26 Verlauf der Frequenzmaxima 2. Ordnung in Abhängigkeit von der Rohrleitungslänge
27 Verlauf der Frequenzmaxima 3. Ordnung in Abhängigkeit von der Rohrleitungslänge
28 Verlauf der Frequenzmaxima 4. Ordnung in Abhängigkeit von der Rohrleitungslänge
29 Reglereingangssignal - Flüssigkeitsdruck zwischen Flüssigkeitsfördereinrichtung 3 und Aktuator 1
30 Reglereingangssignal - Flüssigkeitsdruck zwischen Aktuator 1 und Düsenkopf 2
31 Regler zur Unterdrückung von Druckschwankungen in der Flüssigkeitsförderleitung.
32 Luftverteilergehäuse
33 Flammhalter bzw. Stauscheibe
34 Brennkammer
35 Druckwandlermittel (hier im speziellen Kondensatormikrophon) zur Erfassung der Brenn kammerdruckschwingung
36 optischer Sensor (hier im speziellen Photomultiplier) zur Erfassung der Verbrennungslei stung
37 Reglereingangssignal - Brennkammerdruckschwingung
38 Reglereingangssignal - Verbrennungsleistung
39 Regler zur Unterdrückung von selbst- oder/und fremderregten Verbrennungsschwingungen
40 Brennkammerdrucksignal 37 einer selbsterregten Verbrennungsschwingung
41 Brennkammerdrucksignal 37 einer selbsterregten Verbrennungsschwingung, die mit Hilfe des Aktuators 1 und eines Reglers 39 gedämpft wurde
42 Frequenzspektrum von 40
43 Frequenzspektrum von 41

Claims

1. Aktuator (1), dadurch gekennzeichnet, daß dieser zwischen einer Düse (Drossel) (2, 10) und einer Flüssigkeitsfördereinrichtung (3) geschaltet werden kann mit der Absicht, den konstanten Massenstrom bzw. Düsenvordruck zeitlich zu ändern, ohne den Gleichanteil bzw. Mittelwert zu verändern. Die Druck- bzw. Massenstrommodulation wird durch ein Antriebselement (7) bewerkstelligt, das einen Kolben (6) antreibt, der seinerseits die Stellkraft des Antriebselementes (7) auf die Flüssigkeit überträgt und dadurch eine zeit liche Druck- bzw. Massenstromänderung bewirkt. Das Antriebselement (7) besteht aus ei nem elektrostriktiven oder magnetostriktiven Bauteil. Der Kolben (6) bewirkt über seine Stirnfläche, die anders als die Stirnfläche des Antriebselementes (7) sein kann, eine Ver stärkung der zeitlichen Druck- bzw. Massenstromänderung. Zur Ausführung des Aktuators (1) gemäß der Erfindung können ein oder mehrere Kolben (6) mit Antriebselement (7) ein gesetzt werden. Durch den Einsatz von mehreren Kolben (6), erhält man eine Steigerung der Aktuatorleistung.

2. Aktuator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die akustische Resonanzfrequenz im Rohrleitungssystem (17, 18) zwischen Flüssigkeitsfördereinrichtung (3) und Düse (2, 10), in dem der Aktuator (1) eingebaut ist, gezielt abgestimmt wird, um in einem gewünschten Frequenzbereich eine Verbesserung des Übertragungsverhaltens zu er reichen. Die Resonanzfrequenz des Rohrleitungssystem (17, 18) kann z. B. durch eine Ände rung der Rohrlängen sowie der akustischen Abschlußbedingungen an der Düse (10), Druck erhöhungspumpe (12), Überdruckventil (11) etc. abgestimmt werden.

3. Aktuator (1) nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß dieser in einem Einspritzsystem zwischen der Flüssigkeitsfördereinrichtung (3) und der Düse (Drossel) (2, 10) eingesetzt und dazu benutzt wird, in der Zufuhrleitung (18) zur Düse (2, 10) Druckschwankungen auszuregeln, die z. B. durch die Fördercharakteristik der Pumpe (z. B. Kolbenpumpen, Zahnradpumpen) (12) oder anderer Bauelemente (z. B. Überdruckventil) (11) erzeugt werden. Das Stellsignal (14) für den Aktuator (1) wird durch einen Regler (31) bereitgestellt, dem als Eingangssignal (29) der Flüssigkeitsdruck zwischen Pumpe (12) und Aktuator (1) über Druckwandlermittel (16) zugeführt wird. Als weiteres Eingangssignal (30) in den Regler (31) dient die Flüssigkeitsdruckschwankung, bereitgestellt durch Druckwand lermittel (15), zwischen Aktuator (1) und Düse (2, 10). Dieses Signal (30) gilt es durch den Regelalgorithmus zu minimieren. Bei dem Regler (31) kann es sich sowohl um ein analoges als auch um ein digitales System handeln. Zur Adaption des Reglers (31) kann als weiteres Eingangssignal die Drehzahl der Druckerhöhungspumpe (12) herangezogen werden.

4. Aktuator (1) nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß dieser in einem Flüssigtreibstoff -Verbrennungssystem (Statt der Bezeichnung Treibstoff bzw. Flüssigtreibstoff sind in den vorgenannten Ansprü hen auch die Synonyme Brennstoff, Flüssigbrennstoff, Kraftstoff und Flüssigkraftstoff mit gleicher Bedeutung einsetzbar. Bei Verbrennungssystemen, bei denen der Oxidator in flüssiger Phase eingespritzt wird (H₂-O₂-Raketenantriebe), kann der Aktuator (1) ge mäß den Ansprüchen 1 bis 8 mit gleicher Wirkung zur Druck- bzw. Massenstrommodula tion des Oxidators eingesetzt werden wie ebenda beschrieben.) z. B. in einer Gasturbine, Nachbrenner, Rake tenantrieb als Stellglied für eine aktive Regelung zur Unterdrückung von Verbrennungsin stabilitäten eingesetzt wird. Fremderregte Verbrennungsschwingungen, die auf Pumpen druckschwankungen zurückzuführen sind, können durch die Verwendung eines Einspritzsy stems nach Anspruch 3 ausgeregelt werden.

5. Aktuator (1) gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß dieser in einem Verbrennungssystem zum externen Anregen der Verbrennung eingesetzt wird, mit dem Ziel der Reduktion von Schadstoffen.

6. Aktuator (1) nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß dieser in einem Verbrennungssystem mit Aktuator (1) nach Anspruch 4 und 5 zum externen Anregen der Verbrennung mit dem Ziel der Schadstoffreduktion eingesetzt wird und gleichzeitig eine Ausregelung von Verbrennungsinstabilitäten nach Anspruch 4 mit dem Aktuator (1) erfolgt. Dies geschieht durch Addition beider Signale vor der Ansteuerung des Aktuators (1). Dem Aktuator (1) wird die Summe der Signale zugeführt. Gleichzeitig kann ein Ausregeln von Treibtstoff-Druckschwankungen (Statt der Bezeichnung Treibstoff bzw. Flüssigtreibstoff sind in den vorgenannten Ansprü hen auch die Synonyme Brennstoff, Flüssigbrennstoff, Kraftstoff und Flüssigkraftstoff mit gleicher Bedeutung einsetzbar. Bei Verbrennungssystemen, bei denen der Oxidator in flüssiger Phase eingespritzt wird (H₂-O₂-Raketenantriebe), kann der Aktuator (1) ge mäß den Ansprüchen 1 bis 8 mit gleicher Wirkung zur Druck- bzw. Massenstrommodula tion des Oxidators eingesetzt werden wie ebenda beschrieben.) nach Anspruch 3 durchgeführt werden.

7. Aktuator (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Regelsy stem (39) als Eingangssignal sowohl die Leistungsschwankung der Verbrennung (38) über optoelektrische Wandler (36) als auch die Druckschwankungen im Verbrennungssystem (37) über Druckwandlermittel (35) zugeführt werden. Dabei wird das Leistungssignal (38) als Rückkoppelsignal und das Drucksignal (37) als Optimierungsgröße verwendet, die es zu minimieren gilt bzw. umgekehrt.

8. Aktuator (1) nach Anspruch 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Reg lersystem zusätzlich der Einspritzdruck (30) zwischen Aktuator (1) und Düse bzw. Drossel (2, 10) zugeführt wird, um eine Korrektur des Aktuator-Stellsignals (14) hinsichtlich der Ab weichungen, die auf das Übertragungsverhaltens des Aktuators (1) zurückzuführen sind, für den Aktuator (1) zu ermöglichen.

9. Aktuator (1) nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß dieser in Systemen, bei denen Flüssigkeiten unter Druck zu einer Düse (2, 10) gefördert werden, zwi schen der Düse (2, 10) und der Flüssigkeitsfördereinrichtung (3) eingebaut wird. Diese Sy steme haben z. B. den Zweck, die Flüssigkeit entweder fein zu zerstäuben oder einen scharfen Flüssigkeitsstrahl mit hohem Impuls zu bilden. Mit dem Einsatz des Aktuators (1) können der Flüssigkeit frequenzabhängige Druck- bzw. Massenstrommodulation aufgeprägt werden. Zweck dieser Maßnahme kann es sein, z. B. bei Lackierungen besondere Effekte, bei Reinigungsgeräten eine erhöhte Reinigungswirkung usw. zu erzielen.