DE1750729C - Stromungsmittelverstarker, insbes fur Mess und Regelvorrichtungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Strömungsmittelverstärker, insbesondere für Meß- und Regelvorrichtungen, mit einer Saugkammer, aus welcher ein Leistungsstrahl, austretend aus einer in der Saugkammer mündenden Leistungsdüse, Strömungsmittel ansaugt, und einer sich daran anschließenden Mischkammer, aus welcher das Strömungsmittel ausströmt.

Derartige Strömungsmittelverstärker sind unter der Bezeichnung Strahlapparat bereits allgemein bekannt, wobei sich an die Mischkammer im allgemeinen ein Diffusor anschließt. Zum Verständnis soll darauf hingewiesen werden, dass der Strahlapparat aus der Venturidüse entstanden ist, bei der die Druckdifferenz der Strömung im engsten Querschnitt und der Strömung hinter dem Diffusor ausgenutzt wird, um eine Flüssigkeit oder Gas anzusaugen und wegzubewegen. Diese Druckdifferenz ergibt sich aus den physikalischen Grundlagen, die durch die Bernoulligleichung beschrieben sind.

Strahlapparate sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt, weil der Anschluß des Saugkanals auf verschiedene Arten ausgebildet werden kann. Bei der Venturidüse wird die Saugkammer am einfachsten durch eine radial, am engsten Querschnitt mündende Bohrung dargestellt; die Ansaugwirkung wird jedoch verbessert, wenn die Saugkammer als eine Art Ringraum ausgebildet ist, der koaxial zur Leistungsdüse liegt und in die Mischkammer einmündet, wobei diese Einmündung düsenförmig ausgebildet ist.

Im Strahlapparat geht ein Mischvorgang vor sich. Aus der Leistungsdüse tritt nämlich eine Strömung hoher kinetischer Energie aus, und die Moleküle dieser Strömung stoßen auf die Moleküle, die von der Saugkammer mit einer wesentlich geringeren Geschwindigkeit ankommen. Durch Impulsaustausch gleichen sich die unterschiedlichen Geschwindigkeiten der beiden Strömungen in der Mischkammer aus, und es hat sich gezeigt, dass eine Beeinflussung der Strömungsvorgänge und insbesondere des Mischvorganges hinter der Leistungsdüse einen entscheidenden Einfluß auf die Druckverhältnisse in der Saugkammer haben.

Es wurde ferner bereits vorgeschlagen, derartige Strahlapparate als Übertragungsglieder für druckmittelbetriebene Meß- und Regeleinrichtungen zu verwenden, wobei die einander zuzuordnenden Drucksignale als Leistungsstrahldruck, als Gegendruck oder als Druck in die Saugkammer bei dem Strahlapparat eingegeben werden können. Dabei wird diese Anordnung jedoch nur dazu herangezogen, zwischen den einzelnen Drucksignalen vorbestimmte, wechselseitige Beziehungen herzustellen, d. h. funktionelle Abhängigkeiten (Funktionsgeber) herbeizuführen. Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Strahlapparat als Verstärker durch Störung des Strömungsverlaufes hinter der Leistungsdüse auszubilden.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass erfindungsgemäß durch eine hinter der Mündung der Leistungsdüse liegende Steuerdüse ein Strömungsmittel einführbar ist, durch welches der an der Saugkammer abnehmbare Druck veränderbar ist. Durch diese Ausgestaltung wird erreicht, dass der Wirkungsgrad des Strömungsmittelverstärkers mit zunehmendem Steuerstrom abnimmt und der Strömungswiderstand der Strömung in der Mischkammer und/oder im Diffusor zunimmt. Das führt dazu, dass der Mischvorgang gestört wird und dass aus der Saugkammer weniger Strömungsmittel angesaugt wird. Der Druck in der Saugkammer steigt daher bei einer nur geringfügigen Steigerung des Druckes an der Steuerdüse wesentlich stärker an, so dass eine Verstärkung erreicht wird.

Die Steuerdüse kann an verschiedenen Stellen im Strömungsmittelverstärker angeordnet werden. Besonders groß wird die Verstärkung dann, wenn die Steuerdüse in die Mischkammer mündet. Dort herrscht nämlich auf Grund der Strömungsverhältnisse der niedrigste Druck, und der Strömungsmittelverstärker arbeitet dann als eine Art pneumatischer Transistor. Die mit kleinen Energien hervorgerufenen Verwirbelungen durch die Steuerdüse erhöhen den Strömungswiderstand in der Mischkammer wesentlich, was sich in einem deutlichen Druckanstieg in der Saugkammer auswirkt. Wird diese Steuerdüse so gelegt, dass sie entgegengesetzt der Leistungsdüse in der Mischkammer mündet, dann werden die Druckverhältnisse im Strömungsmittelverstärker durch das Strömungsmittel aus der Steuerdüse sehr wirksam geändert. Um zu vermeiden, dass der Staudruck von der Leistungsdüse her auf die Steuerdüse wirkt, was insbesondere bei sehr kleinen Eingangsdrücken störend sein kann, kann die Steuerdüse unter einem

Winkel zur Achse der als Rohr ausgebildeten Mischkammer münden. Dabei kann die Steuerdüse auch tangential in die Mischkammer münden, wobei diese Ausführungsform fertigungstechnische Vorteile aufweist.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform ergibt sich dann, wenn das Ausgangsdrucksignal an einem aus Strömungsmittelwiderständen gebildeten Druckteiler abgenommen wird, der einerseits an den in der Saugkammer herrschenden und andererseits an einen Speisedruck angeschlossen ist, weil sich dann die durch das Eingangsdrucksignal in der Saugkammer hervorgerufene Änderung bei höherem Druckniveau auf das Ausgangssignal auswirkt. Durch die Vorschaltung des Druckteilers kann durch die Abstimmung der beiden Strömungsmittelwiderstände des Druckteilers sowohl das Niveau als auch der Bereich des Druckes für das Ausgangsdrucksignal festgelegt und damit der Arbeitspunkt eingestellt werden.

Der dementsprechend ausgebildete Strömungsmittelverstärker weist den entscheidenden Vorteil auf, dass er keine bewegten Teile besitzt und dass auch Abdichtprobleme nicht zu befürchten sind, so dass ein besonders betriebssicherer, druckmittelbetriebener Strömungsmittelverstärker geschaffen ist, der auch in extrem kleinen Abmessungen hergestellt werden kann. Die Herstellung des Strömungsmittelverstärkers ist darüber äußerst einfach, weil im wesentlichen nur rotationssymmetrische Teile verwendet sind.

An Hand der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es stellt dar

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Strömungsmittelverstärkers mit einer mit der Leistungsdüse fluchtenden Steuerdüse zum Anschluß des Eingangssignals,

Fig. 2 eine ähnliche Ausführung wie Fig. 1, jedoch mit einer tangential in die Mischkammer mündenden Steuerdüse, und

Fig. 3 einen Schnitt durch die Fig. 2 längs der Linie III-III.

Gemäß Fig. 1 mündet die Leistungsdüse 1 eines Strömungsmittelverstärkers in eine Fangdüse 2, die sich in eine Mischkammer 3 und einen daran angrenzenden Diffusor 4 fortsetzt. Die Leistungsdüse 1 ist mit einem verhältnismäßig hohen Leistungsdruck P[tief]T beaufschlagt und gibt einen Leistungsstrahl unter hoher Geschwindigkeit in die Fangdüse 2 und in die Mischkammer 3 ab. Dadurch wird in bekannter Weise aus einer Saugkammer 5 Strömungsmittel angesaugt und vom Leistungsstrahl in die Mischkammer 3 hereingerissen. Dort mischt sich das aus der Leistungsdüse 1 und aus der Saugkammer 5 austretende Strömungsmittel, dessen Geschwindigkeitsenergie im Diffusor 4 wieder in Druckenergie umgesetzt wird. Durch den Abströmkanal 6, in dem der Gegendruck P[tief]G herrscht, strömt das Strömungsmittel ab. In die Mischkammer 3 hinein ragt nun bei der in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsform eine mit der Leistungsdüse 1 fluchtende Steuerdüse 7, die mit dem Eingangsdruck P[tief]E beaufschlagt ist. An der Saugkammer 5 ist das Ausgangsdrucksignal P[tief]A über einen Druckteiler abnehmbar, der aus den Strömungsmittelwiderständen 8 und 9 besteht, wobei an den Strömungsmittelwiderstand 9 der Speisedruck P[tief]Z angelegt ist.

Die Wirkungsweise des Strömungsmittelverstärkers ist nun folgende:

Bei gleichbleibendem Leistungsdruck P[tief]T und konstantem Speisedruck P[tief]Z wird sich bei einem gegebenen Eingangsdruck P[tief]E im Strömungsmittelverstärker ein Gleichgewichtszustand ausbilden, der einen vorbestimmten Unterdruck P[tief]S in der Saugkammer 5 zur Folge hat, der über den Strömungsmittelwiderstand 8 wiederum das Ausgangsdrucksignal P[tief]A bestimmt. Die Höhe des Ausgangsdrucksignals P[tief]A ist abhängig von der Größe des Speisedruckes P[tief]Z und von den Werten der Strömungsmittelwiderstände 8 und 9. Beispielsweise kann in der Saugkammer 5 ein Unterdruck P[tief]S herrschen, während das Ausgangsdrucksignal P[tief]A schon im Überdruckbereich liegt.

Wird nun der Eingangsdruck P[tief]E verändert, so ruft die entgegengesetzt zum Leistungsstrahl austretende Menge des Strömungsmittels eine Störung des Mischungsverlaufes in der Mischkammer 3 und damit eine Erhöhung des Strömungsmittelwiderstandes in diesem Bereich hervor. Diese Strömungsmittelwiderstandserhöhung führt zu einer Druckerhöhung in der Saugkammer 5, wodurch das Ausgangsdrucksignal P[tief]A auf ein höheres Druckniveau angehoben wird. Zur Störung des Mischungsverlaufes in der Mischkammer 3 sind nur ganz geringe Energien erforderlich, da in der Mischkammer aus Kontinuitätsbedingungen ein kleiner Druck herrscht.

Gemäß Fig. 2 mündet die Steuerdüse 7 für den Eingangsdruck P[tief]E tangential in der Mischkammer 3. Die Ausführungsform hat den Vorteil, dass der durch den Leistungsstrahl erzeugte verhältnismäßig große Staudruck nicht auf die Spitze der Steuerdüse 7 wirkt, so dass bei dieser Ausführungsform Eingangsdrucksignale mit noch niedrigeren Eingangsdrücken P[tief]E verwendet werden können. Auch diese oder in einem Winkel in der Mischkammer einmündende Zuführung von Strömungsmitteln führt nämlich zu einer Strömungsmittelwiderstandserhöhung in der Mischkammer 3.

Claims (6)

1. Strömungsmittelverstärker, insbesondere für Meß- und Regelvorrichtungen, mit einer Saugkammer, aus welcher ein Leistungsstrahl, austretend aus einer in die Saugkammer mündenden Leistungsdüse, Strömungsmittel ansaugt, und einer sich daran anschließenden Mischkammer, aus welcher das Strömungsmittel ausströmt, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine hinter der Mündung der Leistungsdüse (1) liegende Steuerdüse (7) ein Strömungsmittel einführbar ist, durch welches der an der Saugkammer (5) abnehmbare Druck veränderbar ist.

2. Strömungsmittelverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerdüse (7) in die Mischkammer (3) mündet.

3. Strömungsmittelverstärker nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerdüse (7) entgegengesetzt zur Leistungsdüse (1) in die Mischkammer (3) mündet.

4. Strömungsmittelverstärker nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerdüse (7) unter einem Winkel zur Achse der als Rohr ausgebildeten Mischkammer (3) mündet.

5. Strömungsmittelverstärker nach den Ansprüchen 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerdüse (7) tangential in die Mischkammer (3) mündet.

6. Strömungsmittelverstärker nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass an die Saugkammer (5) eine mit einem Speisedruck (P[tief]z) gespeiste Leitung über zwei Strömungsmittelwiderstände (8, 9) angeschlossen ist, zwischen welchen ein dem Unterdruck (P[tief]s) in der Saugkammer gegenüber dem Leistungsdruck (P[tief]T) und Eingangsdruck (P[tief]e) entsprechendes Ausgangsdrucksignal (P[tief]A) abnehmbar ist.