DE1523450B2 - Stroemungsmittelkomparator - Google Patents

Description

14 eingegebenen Strömungsmittelsignals dem Druck des in die Einlaßdüse 15 gegebenen Strömungsmittelsignals gleich ist, tritt aus der Mündung 18 ein Signal aus, dessen Strömungsmenge und Impuls im Vergleich zur Strömungsmenge und Impuls des aus der Mündung 17 tretenden Strömungsmittels größer sind.

Für einen Nullzustand im Strömungsmittelkomparator 10, d. h. eine symmetrische Strömung in bezug auf die Mittellinie CL, muß der von der Einlaßdüse

15 ausgeübte Druck kleiner sein als der von der Einlaßdüse 14 ausgeübte Druck.

Die entgegengesetzten Strömungsmittelsignale, welche aus den Einlaßdüsen 14 und 15 austreten, treten in der Wechselwirkungskammer 22 in Wechselwirkung, und der größere Impuls und die größere Strömungsmittelmenge des aus der Einlaßdüse 15 austretenden Strömungsmittels bewirkt, daß im wesentlichen das Ganze aus der Einlaßdüse 14 austretende Strömungsmittel in den Auslaßkanal 26 zusammen mit einem Teil des aus der Einlaßdüse 15 austretenden Strömungsmittels tritt. Ein Nullzustand tritt lediglich dann ein, wenn die Größe des Drucks des von der Einlaßdüse 15 abgegebenen Strömungsmittels geringer ist als der-Druck des von der Einlaß- düse 14 abgegebenen Strömungsmittels. Um Seitenwandeinwirkungen auszuschalten, sind durch die. Platte 11 gebohrte Entlüftungsöffnungen 33 und. 34-— vorgesehen und neben den Seiten wänden 20 bzw. 21 angeordnet, durch welche Strömungsmittel in eine bzw. aus einer Anordnung mit Umgebungsdruck oder vorgegebenen Druck strömt und dadurch die Drücke auf beiden Seiten in der Wechselwirkungskammer 22 ausgleicht.

Die Seitenwände 20, 21 sind so angeordnet, daß sie von den Teilen hoher Geschwindigkeit der in Wechselwirkung tretenden Strömungen entfernt sind. So wird die Wechselwirkung zwischen den Strömungen und entsprechend die endgültige Richtung der zusammengesetzten Strömungen eine Funktion der Impulse der zwei Steuerströmungen, wobei die Seitenwände wenig Einwirkung auf die Ergebnisse der Wechselwirkung haben.

Jedoch können die beiden Seitenwände 20, 21 auch ausreichend nahe an den Mündungen der Einlaßdüsen angeordnet werden, so daß Grenzschichtwirkungen zwischen den zusammengesetzten Strömungsmittelsignalen und den Seitenwänden der Wechselwirkungskammer auftreten. Eine derartige Bauweise ergibt, daß die zusammengesetzte Strömung nur in den einen oder den anderen der zwei Auslaßkanäle 26, 27 in Abhängigkeit von den relativen Größen der Steuerströme tritt. Daher ist bei dieser Ausbildung des Strömungsmittelkomparators kein »Nullzustand« wie bei der vorher beschriebenen Anordnung vorhanden, da die zusammengesetzte Strömung immer nur aus dem einen oder dem anderen Auslaßkanal strömt.

Der Scheitel des Strömungsmittelteilers ist auf einer symmetrisch durch den Strömungsmittelkomparator gelegten Mittellinie CL angeordnet, und die Seiten des Strömungsmittelteilers verlaufen allgemein parallel zur linken und rechten Seitenwand der Wechselwirkungskammer.

Der Impuls einer Signalströmung hängt von der Größe und Geschwindigkeit der Strömung und von ^! der Dichte, Viskosität, Kompressibilität und anderen Eigenschaften der verwendeten Strömungsmittel ab.

Unter der Annahme, daß die Stärke der zwei in Wechselwirkung tretenden Strömungen und die in beide Einlaßdüsen gegebenen Strömungsmittel gleich sind, rufen bei einem Strömungsmittelkomparator, bei welchem die Abmessungen der Einlaßdüsen und die Strömungsmittel gleich sind, die an den Mündungen der Einlaßdüsen anstehenden Drücke Strömungen gleicher Menge und gleicher Energie hervor. Daher zeigt der Nullzustand bei einem derartigen Strömungsmittelkomparator eine Gleichheit der drei grundlegenden Parameter der Strömungsmittelströmung an. Wenn es jedoch erwünscht ist, die Wirkung dieser drei Parameter zu trennen und eine Nullbedingung lediglich in einem derselben nachzuweisen, beispielsweise der Strömungsmenge, müssen Unterschiede in den Strömungen erzeugt werden. Bei einem Ausführungsbeispiel ist daher die Abmessung einer der Einlaßdüsen (Mündungsgröße) größer als die der anderen. Wenn unter dieser Voraussetzung die Drücke der den zwei Einlaßdüsen zugeführten Strömungsmittel gleich sind, so sind die Geschwindigkeiten der Strömungen gleich, jedoch sind ihre Strömungsmengen und dadurch ihre Impulse verschieden. Da die Richtung der zusammengesetzten Strömungen eine Funktion der relativen Impulse der Strömungen ist, wird die zusammengesetzte Strömung in diesem Fall von dem Nullzustand abweichen.

Um den Nullzustand wieder herzustellen,_.mü'& der Druck des der Einlaßdüse mit verhältnismäßig kleinerem Querschnitt zugeführten Strömungsmittels erhöht werden, um die Strömungsmenge und die Geschwindigkeit des aus dieser Düse austretenden Strömungsmittels zu erhöhen.

Da gemäß F i g. 2 die Mündung 172 weiter stromab in der Wechselwirkungskammer 222 angeordnet ist als die Mündung 182, ist die Ablenkungswirkung auf die aus der Einlaßdüse 152 austretende Strömung geringer als in der Anordnung nach Fig. 1. Dementsprechend ist der Strömungsmittelkomparator 102 zugunsten der Einlaßdüse 152 vorbelastet.

F i g. 3 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel eines vorbelasteten Strömungsmittelkomparators 103, bei welchem die Einlaßdüse 143 etwa unter einem Winkel von 90° in bezug auf die Längsachse der nicht verwendeten Leistungsdüse 133 und die Einlaßdüse 153 unter einem Winkel, welcher beträchtlich kleiner ist als 90° in bezug auf die Längsachse der Leistungsdüse 133., angeordnet ist. Infolge der unsymmetrischen Anordnung der Einlaßdüsen ist wiederum eine gegenüber der anderen vorbelastet. Es können Entlüftungsöffnungen 333 und 343 neben den Seitenwänden 203 bzw. 213 vorgesehen werden, um das Auftreten von Grenzschichtwirkungen längs dieser Seitenwände zu verhindern. Für den Nullzustand des Strömungsmittelkomparators 103 muß die Einlaßdüse 153 ein stärkeres Eingangssignal als das von der Einlaßdüse 143 aufgenommene erhalten.

Die Mündung einer Einlaßdüse kann auch in einem spitzen Winkel zur Längsachse der Einlaßdüse angeordnet sein, um einen vorbelasteten Strömungsmittelkomparator zu realisieren. Der in F i g. 4 dargestellte Strömungsmittelkomparator 105 weist eine Mündung 185 für eine Einlaßdüse 155 auf, welche fluchtend zum Auslaßkanal 265 liegt. Da das aus der Mündung 185 austretende Eingangssignal unter einem Winkel mit der Achse der nicht verwendeten Leistungsdüse austritt, ist das der Einlaßdüse 155 zu-

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geführte Steuersignal weniger wirksam, und daher mungsmittel auf beiden Seiten der Wechselwirkungs-

wird der Strömungsmittelkomparator 105 zugunsten kammer, so daß jede Druckverminderung in den Be-

des Auslaßkanals 275 vorbelastet. reichen zwischen den zwei Seitenwänden 20 und 21

F i g. 5 veranschaulicht eine Düse 35, welche als der Wechselwirkungskammer 22 und den Seiten der Einlaßdüse bei den Strömungstnittelkomparatoren 5 Strömungsmittelströmung gleich ist.
der oben beschriebenen Art verwendbar ist, um Wenn jedoch die beiden Signalströmungen vereinen vorbelasteten Strömungsmittelkomparator zu schiedene Parameter aufweisen, so wird die zusamerhalten. Die Düse 35 weist eine Mündung 36 auf, mengesetzte Strömung mehr gegen eine Seitenwand welche durch rechtwinklige Seitenwände 37 bzw. 38 als gegen die andere abgelenkt, beispielsweise mehr gebildet wird. Die Seitenwand 37 endet in einem ebe- io zur Seitenwand 20 als zur Seitenwand 21, weil der nen Teil einer Seitenwand 40 der Wechselwirkungs- Druckbereich zwischen einer Seite der Strömung und kammer 226. Die Seitenwand 38 erstreckt sich von der Seitenwand 20 kleiner wird als der entsprechende der Ebene der Seitenwand 40 so weit nach außen, Druckbereich auf der anderen Seite der Strömung, daß die aus der Düse 35 austretende Strömung mehr Der Druck im Bereich zwischen einer Seite der Strönach rechts als nach links austritt, wie in F i g. 5 für 15 mung und der Seitenwand wird so stärker herabgeeine gegebene Länge der Seitenwand 38 dargestellt setzt als der Druck an der anderen Seite der Ströist. Somit wird ein Strömungsmittelkomparator, in mung. Diese Erscheinung ergibt einen Druckunterweichem die Düse 35 enthalten ist, entsprechend der schied quer zur zusammengesetzten Strömung, wel-Lage der größeren Länge der Mündungsseitenwand eher bezüglich des Strömungsmittelkomparators die vorbelastet. 20 gleiche Wirkung wie ein Unterschied der Parameter

Zusätzlich zu den oben beschriebenen Ausfüh- zwischen zwei Eingangssignalen hat. Entsprechend

rungsbeispielen können vorbelastete Strömungsmit- geht der Strömungsmittelkomparator nicht dann

telkomparatoren durch unsymmetrische Anordnung durch eine Nullstellung, wenn die Signale aus den

des Strömungsmittelteilers in bezug auf die Mittelli- zwei Mündungen gleich sind, weil der oben beschrie-

nie CL geschaffen werden, so daß die Strömungsver- 25 bene Druckunterschied ebenfalls noch überwunden

teilung in den Auslaßkanälen unsymmetrisch ist, fer- werden muß.

ner durch die Anordnung verschiedener Strömlings- Diese Erscheinung wurde bisher als Resthystefese

mittelwiderstände in den Eingangssignaiteitungen, eines Strömungsmittelkomparators bezeichnet und

welche Strömungsmittel den beiden Einlaßdüsen zu- stellt die prozentuale Druckänderung "clar, welche zur

führen, so daß entsprechend verschiedene Geschwin- 30 Schaltung in einen neuen NullzTistand erforderlich

digkeitsprofile zwischen den aus den beiden Einlaß- ist, wenn der Nullzustand einmal eingestellt ist. Die

düsen austretenden Strömungsmitteln bestehen, oder Entlüftungsöffnungen 33 und 34 bei dem in F i g. 1

die den beiden Einlaßdüsen zugeführten Strömungs- dargestellten Ausführungsbeispiel und die entspre-

mittel können von verschiedener Art sein, oder die chenden Entlüftungsöffnungen gemäß den F i g. 2

den beiden Einlaßdüsen zugeführten Strömungsmittel 35 bis 4 ermöglichen die Einströmung und Ausströmung

können verschiedene Teilchenmengen mitführen. von Strömungsmittel in die und aus der Wechselwir-

Eine niedrige Resthysterese ist für einen Strö- kungskammer in Abhängigkeit von den relativen mungsmittelkomparator notwendig. Um klarzustel- Druckunterschieden zwischen den an der Wechsellen, was durch den Ausdruck »Resthysterese« ge- Wirkungskammer gelegenen Enden der Entlüftungsmein ist, wird angenommen, daß Strömungsmittel 40 öffnungen und den äußeren Enden dieser Entlüfdurch die Wechselwirkungskammer 22 gemäß F i g. 1 tungsöffnungen. Im allgemeinen vermindern diese strömt. Die Strömung reißt das Strömungsmittel auf Entlüftungsöffnungen die Resthysterese des Ströbeiden Seiten der Wechselwirkungskammer mit und mungsmittelkomparators, da sie gleiche Druckuntersucht den Druck auf beiden Seiten der Kammer in- schiede zwischen den beiden Seiten einer Strömungsfolge der Abführung von Strömungsmittel durch die- 45 mittelströmung aufrechtzuerhalten suchen,
ses Mitreißen zu vermindern. Wenn die aus den Der Strömungsmittelkomparator 10 besitzt zwar Mündungen der Einlaßdüsen austretenden Strömun- noch eine geringe Resthysterese, der Betrag der Restgen gleiche Eigenschaften aufweisen, so teilt sich die hysterese bei jedem der_oben erläuterten Strömungszusammengesetzte Strömung in bezug auf den Schei- mittelkomparatoren ist jedoch geringer als bei Strötel des keilförmigen Strömungsmittelteilers 24 gleich- 50 mungsmittelkomparatoren, welche bewegliche memäßig auf, und diese Strömung des Strömungsmittels chanische Teile enthalten. Das gleiche gilt hinsichtwirkt gleichmäßig bei der Entfernung von Strö- lieh der Schaltzeit.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1 2 Fehlens eines Leistungsstroms bereits sehr geringe Patentansprüche: Änderungen des einen Steuerstromes als starke Schwankung des Ausgangsstroms bemerkbar.

1. Strömungsmittelkomparator mit einer Wech- Die Ausbildung von logischen Strömungsmitteleleselwirkungskammer, in welche zwei beidseits 5 menten ebenfalls ohne Leistungsstrom, mit welchen einer Mittellinie durch die Wechselwirkungskam- Subtraktionen durchgeführt werden können, ist an mer liegende, durch einen keilförmigen Strö- sich bekannt, aber nur in Freistrahlausführung ohne mungsmittelteiler getrennte Auslaßkanäle sowie Verwendung einer Wechselwirkungskammer, die zwei beidseits der Mittellinie liegende, ihre Strö- nicht so vielseitig einsetzbar ist wie der Strömungsmung in die Wechselwirkungskammer abgebende io mittelkomparator nach der Erfindung (Die Technik, Eingangssignalleitungen mit Einlaßdüsen an- Heft 6, Juni 1954, S. 362).

geordnet sind, dadurch gekennzeich- In weiterer Ausgestaltung des Strömungsmittel-

n e t, daß die Achsen der einander genau oder komparators sind im Grenzschichtbereich der Wech-

versetzt gegenüberstehenden Einlaßdüsen (14, selwirkungskammer Entlüftungsöffnungen senkrecht 15; 152; 143, 153; 155) einen Winkel zwischen 15 zu einer durch die Steuerdüsen gelegten Ebene an-

90 und 180° miteinander einschließen. geordnet.

2. Strömungsmittelkomparator nach An- Ausführungsformen der Erfindung werden nachspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die stehend an Hand der Zeichnungen an Ausführungs-Durchmesser der Einlaßdüsen (14, 15; 152; 143, beispielen näher erläutert. Es stellt dar

153; 155) unterschiedlich sind. 20 Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Strömungsmittel-

3. Strömungsmittelkomparator nach An- komparator,

spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Win- F i g. 2 bis 4 Draufsichten auf andere Ausführungs-

kel zwischen den Achsen der Einlaßdüsen (143, beispiele von Strömungsmittelkomparatoren,

153; 155) und .der Mittellinie (CL) unterschied- F i g. 5 die Ausbildung einer Einlaßdüse.

lieh sind. 25 Der in F i g. 1 dargestellte Strömungsmittelkompa-

4. Strömungsmittelkomparator nach . An- rator 10 besteht ausr einer ebenen Platte -11,__ die spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der-&trö- durch Ausformen, Fräsen oder Gießen hergestellt ist, mungsmittelteiler (24) unsymmetrisch gegenüber um die nötigen Düsen und Kanäle ^iKerhalten. Die der Mittellinie (CL) angeordnet ist. Platte 11 kann aus jedem mit dem Strömungsmittel

5. Strömungsmittelkomparator nach einem der 30 verträglichen Material, beispielsweise aus Metall, vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- Kunststoff oder Keramik bestehen. Das Strömungszeichnet, daß im Grenzschichtbereich der Wech- mittel kann gasförmig oder flüssig sein oder eine Zuselwirkungskammer (22) Entlüftungsöffnungen sammensetzung aus beidem darstellen.

(33, 34) senkrecht zu einer durch die Einlaßdü- Die Platte 11 wird mit einer anderen ebenen Platte

sen (14, 15) gelegten Ebene angeordnet sind. 35 12 abgedeckt, welche an der Platte 11 dichtend befe

stigt ist, beispielsweise durch Schrauben, Klemmen oder Klebstoff. Derartige Anordnungen sind bei

Strömungsmittelanordnungen bekannt.

Bei dem Strömungsmittelkomparator 10 werden 40 nur die beiden Einlaßdüsen 14 und 15 betrieben,

Die Erfindung betrifft einen Strömungsmittelkom- welche in Mündungen 17, 18 enden, die an den Seiparator mit einer Wechselwirkungskammer, in tenwänden 20 und 21 der Wechselwirkungskammer welche zwei beidseits einer Mittellinie durch die 22 angeordnet sind. Ein symmetrischer keilförmiger Wechselwirkungskammer liegende, durch einen keil- Strömungsmittelteiler 24 ist zwischen den Seitenwänförmigen Strömungsmittelteiler getrennte Auslaßka- 45 den 20 und 21 angeordnet, so daß die Seiten des näle sowie zwei beidseits der Mittellinie liegende, Strömungsmittelteilers 24 die inneren Seitenwände ihre Strömung in die Wechselwirkungskammer abge- der Auslaßkanäle 26 und 27 bilden. Strömungsmitbende Eingangssignalleitungen mit Einlaßdüsen an- telsignale werden in den Strömungsmittelkomparator geordnet sind. 10 durch Eingangssignalleitungen 31, 32 eingegeben,

Es sind bereits Strömungsmittelanordnungen die- 50 welche in die Einlaßdüsen 14, 15 münden. Um die ser Art bekannt, mit welchen Subtraktionen und da- Wirkungsweise eines Strömungsmittelkomparators zu mit Größenvergleiche ausgeführt werden können, erläutern, sei angenommen, daß die Strömungsmittelwobei bei der bekannten Anordnung die Steuer- signale, welche in die Eingangssignalleitung 31 gegeströme in Verbindung mit einem Leistungsstrom ar- ben werden, auf konstanten Druck gehalten werden beiten (französische Patentschrift 1 323 784 und 55 und daß die Eingangssignalleitung 32 ein schwanken-Control Engineering, Mai 1960, S. 26, 28 und 30). des Strömungsmittelsignal erhält. Das in die Ein-Dies gilt auch für die Strömungsmittelkomparatoren, gangssignalleitung 32 gegebene schwankende Signal die in der Veröffentlichung »Fluid Amplification kann durch eine bekannte, auf einen Zustand anspre-9. Logic Elements« der Harvey Diamond Laborato- chende Strömungsmitteleinrichtung, beispielsweise ries aus dem Jahre 1963 (S. 6 und 12) bekannt sind. 60 einen ausdehnbaren und zusammendrückbaren

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Druckbalg oder durch eine Schwenkdüse, erzeugt Strömungsmittelkomparator besonders empfindlich werden, weiche veränderliche Mengen von unter auszubilden. Druck stehendem Strömungsmittel in die Eingangs-

Dies wird dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß signalleitung 32 in Abhängigkeit von der Winkelsteldie Achsen der einander genau oder versetzt gegen- 65 lung der Düse liefert.

überstehenden Einlaßdüsen einen Winkel zwischen Die Mündung 18 der Einlaßdüse 15 hat einen grö-

und 180° miteinander einschließen. ßeren Querschnitt als die Mündung 17 der Einlaß-

Bei dieser Anordnung machen sich infolge des düse 14 und obwohl der Druck des in die Einlaßdüse