DE2009713B2 - Gegenstrahlverstärker - Google Patents

Description

2. Gegenstrahlverstärker nach Anspruch 1, da- nur positiv. -„«an,·., _e:„_M«,K«,
durch gekennzeichnet, daß die Mittelachsen der Durch die Erfindung sou em vietfaltig em etzbarer Steuerstrahl (16, 17) zueinander versetzt zur Gegenstrahlverstärker geschaffen werde., uer nicht Mittelachse dei Hauptttrahles (3) diesen durch- ao nur positive und negative Verstarung ermoghcht. _drin ¹^ sondern der auch die Realisierung der verschieden-

3. Gegenstrahlverstärker nach Anspruch 1 sten logischen Funktionen gestattet

oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Diese Aufgabe wird gelost durch die im Kenn-

(ersten) Steuerdüse (11, 12) eine weitere (zweite) zeichnungsteil des Patentanspruchs 1 angegebenen Steuerdüse (20, 21) zugeordnet ist, deren Steuer- a₅ Merkmale. Weil die Steuerstrahlen der Steuerdusen strahl (22, 23) senkrecht auf dem Steuerstrahl unter einem spitzen Winkel gegen den Hauptstrahl (16,17) der ersten Steuerdüse (11,12) steht. gerichtet sind und ihre dem Hauptstrahl entgegenge-

4. Gegenstrahlverstärker nach einem der An- richteten Impulskomponenten den Impuls des spräche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Hauptstrahlers verringern, ermöglicht der erfinmehrere Gruppen von um den Hauptstrahl (3) 30 dungsgemäße Gegenstrahlverstärker sowohl positive herum angeordneten ersten Steuerdüsen (11, 12) wie auch negative Verstärkung, in dem durch Veranvoreesehen sind. derung des Druckes an den Steuerdusen auch der

Impuls der Steuerstrahlen und damit die gegen den Hauptstrahl gerichtete Impulskomponente vergrößert

3₅ oder verkleinert wird. Selbst wenn der Druck in nui

einer Steuerdüse verändert wird, ändert sich die Strömungsrichtung des Hauptstrahles nicht oder nur un-

Die Erfindung betrifft einen Gegenstrahlverstärker wesentlich, weil die senkrecht zur Richtung des mit zwei koaxial ausgerichteten, längs einer Mittel- Hauptstrahles wirkende ImpuisKomponenten dei achse einander gegenüberliegenden Düsen für 40 Steuerstrahlen sich gegenseitig aufheben. Die Steue-Hauptstrahlen mit mindestens einer Steuerdüse, de- rung des Gegenstrahlverstarkers durch Impulsausren Steuerstrahl einen der Hauptstrahlen kreuzt. tausch zwischen dem Hauptstrahl und den gegen die

Derartige Gegenstrahlverstärker werden in Fluid- Strömungsrichtung des Hauptstrahles gerichteter Regelsystemen verwendet. Komponenten der Steuerstrahlen ergibt eine wesent-

Verschiedene dynamische Fluid-Einrichtungen 45 Hch empfindlichere Verstärkungscharakteristik mii sind bereits bekannt, um die Strömung und/oder die besseren Lineraritätseigenschaften, weil die relativ« Drücke zu verstärken. Die verschiedenen Formen Lage der beiden Hauptstrahlen zueinander nicht ver· der Verstärker arbeiten mit reiner Ablenkungssteue- ändert wird. Es wird lediglich der Impuls des durch rung, Wandhaftung und Grenzschichtregslung, Wir- die Steuerstrahlen beeinflußten Hauptstrahls veran belregelung u. dgl. Ein dynamisches Fluid-Ablenksy- so dert.

stern ist beispielsweise in der USA.-Patentschrift Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sine

3 186 422 beschrieben. in den Unteransprüchen dargestellt. Danach kam

Ein Gegenstrahl-Verstärker und/oder eine diesbe- durch die Anordnung weiterer Steuerdüsen, die se zügliche Schalteinrichtung ist auch in der USA.-Pa- kundäre Steuerstrahlen abgeben, welche senkrech tentschrift 3 272 215 beschrieben. Dabei wird als 55 auf die primären Steuerstrahlen gerichtet sind. ein< Ausgangsgröße der Druck in einer Kammer, die die sehr feinfühlige Steuerung der primären Steuerstrah sogenannte Fangdüse umgibt, durch die relative len erreicht werden, indem diese von dem Haupt Stärke eines Paares entgegenwirkender, aufeinander- strahl abgelenkt werden.

•rauender Strahlen geregelt Der Gegenstrahlverstär* Ferner ermöglicht die Anordnung mehrerer Grup ker ist mit einer Steuerdüse versehen, die entweder 60 pen von primären und/oder sekundären Steuerdüsei direkt oder durch eine Ouerablenkungssttömung zur mit entsprechenden Steuerstrahlen die Verwirkli Steuerung die relative Ausrichtung der aufeinander- chung eines Gegenstrahlverstarkers mit unterschiede prallenden Strahlen steuert, Das führt zu einer Ände- chen Verstärkungen für die verschiedenen Steuerein rung in der Auftrefflage in bezug zur Lage der Aus- gänge. Das läßt sich insbesondere dadurch erreichen trittsöffnung der Kammer und zu einer entsprechen- 65 daß die verschiedenen Gruppen der den Hauptstrah den Änderung der Ausgangsgröße. Dieser Gegen- kreuzenden Steuerstrahlen mit unterschiedliche strahlverstärker ist hochempfindlich und besitzt eine Winkeln gegen den Hauptstrahl gerichtet sind um hohe Verstärkung. Zusätzlich zur gewünschten ho- deshalb unterschiedliche Impulskomponenten besit

3 4

gen, die de_ro Impuls dei Hauptstrahles entgegenge- der Ausgangsdruck der Fangkaromer? gegenüber

ncnteteinfl, dem Steuerdruck als Charakteristik des Verstärkers

Die Erßndung wird an Hand von Ausfühningsbei- aufgetragen. Wird beispielsweise die das Pnroar-

j^ielen, die to der Zeichnung dargestellt sind, erWu- signal abgebende Steuerdüse 11 abgeschaltet und ein '

tert; es zeigt ₅ prünäragne.] an die andere Steuerdüse U gelegt, so

Fig.* eine perspektivische Darstellung eines Ge- entspricht der Ausgangsdruck in der Fangkammer7

genspaJUverstarkers, im wesentlichen der negativen Verstärkungslinie 18

Fig.2 einen Längsschnitt durch den Gegenstand nach Fig,4. Ein ähnliches Ergebnis ergibt sicü,

nachFig.l, wenn die Steuerdüse 12 abgeschaltet und ein Signal

F Jg. 3 eraeu Querschnitt durch den Gegenstand io an die Steuerdüse 11 gegeben wird.

naeöFig.1, Weiterhin führen Signale an beiden Steuerdüsen

Figv4 eine graphische Darstellung der Verstär- 11 und 12 auf Grund der Winkelorientierung zu der

tangscharaktenstiken, negativen Verstärkungscbarakteristik 18. In Abwe-

Fig.5 eine DarsteHung ähnlich Fig.3, die die senheit eines Signals an beiden Steuerdüsen 11 und

Arbeitsweise im positiven Verstärkungsbereich dar- 15 12 erscheint ein maximaler Ausgangsdruck in der

stellt, Fangkammer 7, der durch den Druck der Haupt-

F i g. 6 eine schematische Darstellung einer Anord- strahlen 3 und 4 gesteuert wird. Wenn ein zunehmen-

nung mit Mehrfachsteuereingängen, der Druck an die Steuerdüsen 11 und 12 gegeben

Fig.7 einen Längsschnitt durch ein anderes Aus- wird, vermindern die entsprechenden Steuerstrahl

führungsbeispiel eines Gegenstrahlverstärker. 20 16 oder 17 allein oder zusammen die Impulsstärke

Der in den F i g. 1 und 2 dargestellte Gegenstrahl- des Hauptstrahles 3, was zu eine, nach außen gerich-

verstärker umfaßt ein Paar sich gegenüberstehender teten Bewegung der Auftreffstelle J> zur Steueröff-

Düsenl und 2, die aufeinander ausgerichtet sich ge- nungS hinführt. Dies ergibt einen verminderten \us-

genüberstehend gelagert sind und entgegengesetzte, gangswert, so lange, bis die Abschaltstelle 19 in

aufeinanderprallende Hauptstrahlen 3 und 4 erzeu- 25 F i g. 4 erreicht ist.

gen. Nach der dargestellten Ausführungsform der Er- Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind se-

findung ist die Düse 1 als unabhängige Versorgungs- kundäre Steuerdüsen 20 und 21 auf entgegengesr.tz-

düse, die Düse 2 als Fangdüse ausgebildet. Ein Ge- ten Seiten des Hauptstrahles 3 angeordnet und se po-

häuse6 ist in der Nähe der Fangdüse 2 gelagert und sitioniert, daß sie die Primärsteuerstrahlen 16 bzw.

bildet eine die Fangdüse 2 umgebende Fangkam- 30 17 steuern können.

Bier7. Das Gehäuse6 umfaßt eine Steueröffnung8, Da die Steuerdüsen 20 und 21 nach der in Fig.3

die auf die Bahn der Hauptstrahlen 3 und 4 angerich- und 5 dargestellten Ausführungsform in gleicher

tet ist. Die Hauptstrahlen 3 und 4 treffen an einer Weise positioniert sind, genügt es, die Steuerdüse 20

Aufprallstelle 9 aufeinander, deren Ort von der rela- im weiteren zu beschreiben. Die Steuerdüse 21 wird

tiven Stärke der entgegengesetzten, aufeinanderpral- 35 durch die entsprechenden, mit Beistrich versehenen

lenden Strahlen 3 und 4 abhängt. Im allgemeinen be- Zahlen identifiziert. So ist die Steuerdüse 20 mit ih-

findet sich die Aufprallstelle 9 an oder in der Nähe rer öffnung gegen den zugeordneten primären Steu-

der Steueröffnung 8, wobei der Druck in der Fang- erstrahl 16 gerichtet, derart, daß der von ihr gebil-

kammer7 ais Ausgangsgröße des Verstärkers von dete Strahl 22 eine Aufprallkomponente aufweist, die

der relativen Lage der Aufprallstelle 9 abhängig ist. 40 senkrecht zum Strahl 16 ist. Nach der dargestellten

Nach der dargestellten Ausführungsform ist eine Ausführungsform schließt die Steuerdüse 20 einen

Fluidic-Last 10 schematisch mit der Fangkammer 7 Winkel 24 zwischen den Achsen der S'euerdüsen 20

verbunden. und 11 und daher zwischen den zugeordneten Strö-

Die so mit bestimmter Stärke zur Positionierung mungsbahnen ein, wobei dieser größer ais 90° ist,

der AufpraKstelle 9 bezüglich der Steueröffnung 8 ei- 45 derart, daß der Strahl 22 eine Vektorkraft oder einen

zeugten Strahlen 3 und 4 geben ein bestimmtes Impuls entgegengesetzt zum Steuerstrahl 16 aufweist.

Druck- oder Strömungssignal an die Last 10 ab. Es Der Strahl 22 ergibt primär jedoch eine Ablenksteue-

ist außerdem ein Paar primärer, die Steuerstrahlen rung, die den Primärsteuerstrahl 16 diametral oder

16 und 17 bildender Steuerdüsen 11 und 12 im we- seitlich zum Hauptstrahl 3 positioniert. In Abwesen-

sentlichen auf gegenüberliegenden Seiten des Haupt- 50 heit eines Signals an der Steuerdüse 20 wird aiso der

Strahles 3 vorgesehen, der aus der Düse 1 tritt. Die Primärsteuerstrahl 16 zur Erfassung des Hauptstrah-

Steuerdüsen 11 und 12 enden in entsprechenden Ies3 >nit einer solchen Stärke gerichtet, die allein

strömungsbildenden öffnungen 13, wobei nach der vom Druck der zugeordneten Steuerdüse 11 abhängt,

dargestellten Ausfuhrungsform der F i g. 1 bis 3 die die Aufbringung eines Druckes auf die Steuerdüce 20

Längsachsen der Steuerdüsen 11 und 12 jeweils 55 bildet den Steuerstrahl 22, der den Strahl 16 erfaßt

einen Winkel 14 mit der Achse des Hauptstrahles 3 und veranlaßt, daß dieser seitlich zum Hauptstrahl 3

einschließen. Die Winkelorientierung der Steuerdü- entsprechend der Stärke des Steuerstrahles 22 abge-

sen 11 und 12 schafft gleiche Primärsteuerströmun- lenkt wird. Letzterer wird natürlich direkt durch den

gen 16 und 17, von denen jede eine Komponente Druck tind die Strömung der Steuerdüse 20 gesteu-

senkrecht zur Stfömungsrichtung des Hauptstrahles 3 60 ert. Während also der Steuerstrahl H seitlich zum

und eitle entgegengesetzt zu dieser Strömungsrich- Hauptstrahl 3 unter der Wirkung des Strahles 22 ab*

tufig gerichtete Komponente aufweist. gelenkt wird, ni,nmt die Stärke des Hauptstrahles 3

Wie am besten aus den Fig.3 und5 hervorgeht relativ zum entgegengesetzten Strahl4 zu. Im Ergebist es vorteilhaft, die S.euerdüsen 11 und 12 mit der nis bewegt sich die Aufprallstelle 9 in Richtung zur Achse der zugeordnetem Strahlen 16 und 17 entge- 65 Steueröffnung 8 hin mit einem entsprechend vefgrögengesdtzt zueinander versetzt bezüglich der Achse Berten Druck in der Fangkammer 7. Dies führt zu des Hauptstrahles 3 anzuordnen. einer positiven Verstäsfkungscharakteristik, wie durch

In Fig. 4 ist in Form einer graphischen Analyse die gestrichelte Linie 25 in F i g. 4 dargestellt.

Das Anlegen eines Steuersignals an die Steuerdüse 21 ergibt in ähnlicher Weise den Steuerstrahl 23, der den Steuerstrahl 17 mit einer entsprechenden, positiven Verstärkungscharakteristik steuert.

Die kaskadengeschalteten Steuerstrahlen ermöglichen eine zweckmäßige Einsatzpunktverstellung, indem der feste oder gesetzte Druck des Primärstrahles verstellt wird« während der des Hauptstrahles konstant gehalten wird. Dies steht im Gegensatz zur üblichen Betriebsweise, bei der der Hauptstrahl verstellt wird und dann eine koordinierte Verstellung der Eingangs' und Ausgangsschaltungen erfolgt.

Die sehr große positive Verstärkung macht die dargestellte Ausführungsform besonders geeignet für eine logische Steuereinheit mit einer Vielzahl von Steuereingängen.

Eine logische NOR- und UND-Funktion wird durch die folgenden Werte-Tabellen gegeben:

	Düsen	UND-	Düsen
	11 12 F	Funktion	20 21 F
NOR-	0 0 1	Tafel 2	0 0 0
Funktion	0 1 0		0 1 0
Tafeil	1 0 0	1 0 0
	1 1 0	1 1 1

(mit F = Ausgangsgröße)

Nach der NOR-Funktionstafel liefert der Gegenstrahlverstärker ein Ausgangssignal, ohne daß Steuersignal« an den primären Steuerdüsen 20 und 21 verwendet würden. Die Anwendung eines Signaldrucks an eine oder beide der Steuerdüsen 11 und 12 führt zu einer Impulswechselwirkung mit dem Hauptstrahl 3, wodurch dessen Stärke bis zum Abschalten reduziert wird.

in den Tabellen zeigt also eine binäre Null die Abwesenheit eines Drucks an, eine binäre 1 gibt einen gewählten Setzdruck an, der ausreicht, um den Ausgangsdmck auf den Abschaltpunkt 19 auf der negativen Verstärkungskurve 18 in Fig.4 hin zu bewegen.

Der Gegenstrahlverstärker kann zur Erzielung einer größeren Anzahl von Eingängen weiter ausgebaut werden, indem zusätzliche Steuerdüsen, die nicht dargestellt sind, vorgesehen werden, welche ähnlich gegen die Achse des Hauptstrahles orientiert stod, um eine ähnliche Wechselwirkong mit dem Hauptstnihl 3 zb schaffen.

Nach der UND-Funktionstafel 2 wird die UND-Funktion erreicht, indem sämtliche 4 Signaleingänge verwendet werden. Die Signaldrücke werden an die primären SteuerdBseo 11 und 12 nut einem vorbestimmten, festen Vorniveau gelegt, welches ausreicht, um den Ausgang auf Abschatten zu halten.

Wird ein Signal as eine der Steuerdüsen 20 oder 21 gelegt, so tritt eine Impulswechselwirku .g zwischen den zugeordneten Strahlen ein. Wird beispielsweise ein Signal an die Steoerdüse 20 gegeben, so sorgt der zugeordnete Steuerstrahl 22 für eine Ablenkung des Steuerstrahles 16. Dies fuhrt zu einer Verminderung des entsprechenden Eingangssignals. Jedoch wird der Ausgangsdruck an der Fangkammer 7 in der AbscbahsteHung durch den Srstrhl 17 der entgegengesetzt angeordneten SteuerdQse 12 gebalten. Genauso ergibt sich, wenn ein Signal allein an die Steuerdüse 21, jedoch nicht an die Stenerdüse 20 gelegt wird, ein entsprechendes Ergebnis. Werden jedoch Signale gleichzeitig an beide Steuerdüsen 21 und 21 gelegt, so erzeugen sie gleichzeitig die zu geordneten Steuerstrahl 22 und 23. Es entsteh eine Impulswechselwirkung mit den Steuerstrahl«

16 und 17 zu beiden Seiten des Hauptstrahles 3. Dii Impulswechselwirkung vermindert die Stärken de beiden primären Steuerstrahlen 16 und 17, derart daß der Ausgangsdruck wieder erreicht wird und da UND-Gatter eingeschaltet wird. So arbeitet nach de

ίο dargestellten Ausführungsform die Einrichtung al ein UND-Gatter mit zwei Eingängen entsprechen! den Werten in Tafel 2.

Genau wie bei der NOR-Funktion kann die darge stellte Einrichtung ohne weiteres auf ein Vielfach

is UND-Gatter ausgedehnt werden, indem zusätzlich! Paare von Steuerdüsen eingeführt werden.

Die Vielseitigkeit des Gegenstrahlverstärker nacl der Erfindung und seine Verwendung, z.B. al NOR-Gatter, ist durch die schematische Fluid-Schal

ao tung 26 in Fig.6 dargestellt. Die entsprechendei Steuerdüsen sind aus Gründen der Klarheit und Ein fachhett schematisch als kreisförmige Eingänge mi entsprechender Bezifferung dargestellt. Die inte grierte Einrichtung mit vier Eingängen besteht au:

»5 fünf emzelnen logischen Elementen mit einem Paa von logischen Invertereinheiten 27 und 28 mit je weils einem Eingang, die mit den primären Steuerdü sen 11 und 12 verbunden sind, und drei logischer Doppeleingangs-Invertereinheiten 29, 30 und 31, di<

mit den Steuerdüsen 20 und 21 funktionell mit dei Einheiten 27 und 28 verbunden sind. Die logisch» Invertereinheit 29 ist mit ihren beiden Eingängen je weiis mit dem Ausgang der logischen Einheit 27, di< der Stewerdüse 11 zugeordnet ist, und der zugeordne

ten sekundären Steuerdüse 20 verbunden. Die zweit« logische Doppeleingangs-Invertereraheit 30 ist ii ähnlicher Weise an die logische Invertereinheit 28 die der Steuerdüse 12 zugeordnet ist, und die zu geordnete sekundäre Steuerdüse 21 angeschlossen

Die logische Endinvertereinheit 31 ist mit ihren bei den Eingängen an die Ausgänge der Einheiten 2i und 30 angeschlossen und erzeugt das Ausgangssi gnal in der Fangkammer 7. Die Darstellung des äquivalenten Schaltbildes nach Fig.6 legt auch andere

logische Funktionen nahe, die durch gewählte Ein gänge sowie verschiedene Analogfunktionen erhalten werden können.

Die Gröfie der Verstärkung bisbesondere im post nven Verstarfcungsbereich ist stark abhängig voi

so dem Winkel zwischen den Steuerstrahlen und den Hauptstrdd. Mit zunehmendem Winkel nimmt dei Einfluß des Signaldrocks des sekundären Steuer Strahles mit einer resultierenden höheren Verstär kung zu. So kann die Fhrid-Einrichtung mit einei

Vielzahl von Steuerdüsen mit verschiedenen ringe schlossenen Winkern konstruiert werfen, um unter schiedliche Verstärkungswerte zu ermöglichen, odei es können durch geeignete Konstruktionen die Steuerdusen selbst nrit einer verstellbaren Winkelemstel-

fr» tang zum Variieren der Verstärkung versehen sem Hierdurch würde also ein Verstärker mit unterschiedlichen Verstärkungen oder mit kontinuieriicl verstellbaren oder diskreten Verstarkungswerten ab· hangig von der Einstellung der Steueidfisen geschaf-

fen werden. In ähnlicher Weise variiert die axiale ^³S^{6 der} kaskadengeschafteten Strahlen bezüglici des Hauptstrahles die Verstärkung. ^^

In F i g. 7 ist eine Modifikation des Svstems naci

Fig.2 dargestellt. Die Elemente nach der Ausführungsform der Fig.7 entsprechen den Elementen nach F i g. 2. Sie sind nur mit einem Beistrich versehen.

Nach F i g. 7 werden die primäre Steuerdüse 12' axial -^m. der Düsel' nach außen verschoben. Die Verstärkung der ersten Kaskade mit der Steuerdüse 11' und der zugeordneten Steuerdüse 20' würde daher größer sein als die Verstärkung der zweiten Kaskade mit der Steuerdüse 12' und der zugeordneten Steuerdüse 21'.

Der dargestellte Gegenstrahlverstärker mit vier Eingängen läßt sich durch Zusatz anderer Paare von Eingängen erweitern, die auf die primären Steuerstrahlen und/oder andere Steuerstrahlen wirken.

Nach der in F i g. 7 beschriebenen Ausführungsform der Erfindung sind die paarweise vorgesehenen, kaskadengeschalteten Steuerdüsen auf sich im wesentlichen diametral gegenüberstehenden Seiten des gesteuerten Hauptstrahles angeordnet. Weiterhin sind die Steuerstrahlen im Winkel ausgerichtet und weisen eine Impulskomponente auf, die entgegengesetzt der des Hauptstrahls ist. Die Anordnung für die Steuerstrahlen läßt sich modifizieren, beispielsweise

ίο dadurch, daß die Steuerstrahlen senkrecht zum gesteuerten Strahl gelegt werden oder durch eine Hilfskomponente sowie eine senkrechte Komponente. Es ist zwar nur ein Paar kaskadengeschalteter Steuerstrahlen dargestellt. Deren Zahl läßt sich jedoch nach Wunsch erweitern.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

4095S

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Claims (1)

1. ι ²

   hen Signalverstärkung besitzt er auch eine hohe Ein-

   Patentansprüche, Q*^ tfJüSSfc «K

   mit zwei koaxial am- A-JWg^

   geri^Älanpetoer^elacb^ einander ge_; 5 ^^^^ΠΓΆΖΖΙ^

   genüberiiegenden Düsen fllr Hauptstranlen, mrt ⁸^tEE y^Arfbaii eines voUständigen

   roindestens einer Steuerdöse, deren Steuerstrahl ausaiföbren.Z^uftauemesvoimanaigen

   einen der Hauptstrahlen kreuzt, dadurch ge- systems sind ^docb eine 2^J°^S

   kennzeichnet, daß mindestens zwei Steuer- verstärkern erforderlj*·

   düsen (It, 12) mit ihren Steuerstrahlen (16, 17) » von emer SteuergrößeJ

   bezüglich der Mittelachse der Hauptstrahlen eine posiüveVeretarku

   (3,4) gegenüberliegend und unter einem spitzen Es sind ^J^