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Strahlrohrkraftschalter Die Erfindung betrifft einen Strahlrohrkraftschalter,
der im wesentlichen aus einem von einem Druckmittel gespeisten Strahlrohr sowie
an verschiedenen Seiten eines Servomotors angeschlossenen Auffangdüsen besteht,
die je nach der Größe des von einem Impulsgeber verursachten Strahlrohrausschlages
verschieden stark beaufschlagt werden, so daß sich eine den Servomotor antreibende
Druckdifferenz in der einen oder der anderen Richtung ergibt.
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Die Erfindung besteht darin, die bekannten Strahlrohrkraftschalter
dahingehend zu verbessern, daß eine Beeinflussung des Strahlrohres von sehen des
aus dem Servomotor rückströmenden Druckmittels vermieden wird. Aus diesem Grunde
werden der Erfindung gemäß die Auffangdüsenachsen überkreuz, d. h. so angeordnet,
daß der kürzeste Abstand der Auffangdüsenachsen in Strahlrichtung betrachtet, hinter
der die Eintrittsöffnungen der Auffangdüsen enthaltenden Ebene liegt. Diese Anordnung
der Auffangdüsen gibt auch die Möglichkeit, die Strahlrohraustrittsöffnung dichter
an die Eintrittsöffnungen der Auffangdüsen heranzudrücken und dadurch den gesamten
Wirkungsgrad des Kraftschalters zu steigern.
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Die in der Überkreuzanordnung liegenden Möglichkeiten lassen sich
der Erfindung gemäß dann besonders gut-auswerten, wenn der Mittenabstand der Auffangdüseneintrittsöffnungen
etwa 50 °1o größer als der Durchmesser der Strahlrohraustrittsöffnung ausgeführt
wird. Die Auffangdüsenachsen können dann nämlich noch stärker überkreuz angeordnet
werden, um die durch die Erfindung angestrebte vorteilhafte Wirkung noch zu steigern.
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Dabei ist es zweckmäßig, darauf zu achten, daß die Überkreuzanordnung
der Aüffangdüsenachsen- in dem Bereich verbleibt, in welchem der Knick des Strahles
beim Eintritt in die Düse erträglich ist. Aus diesem Grund
empfiehlt
es sich, die Überkreuzanordnung einerseits und die Vergrößerung des Mittenabstandes
der Auffangdüseneintrittsöffnungen in bezug aufeinander derart zu wählen, daß der
Abstand des Schnittpunktes der in die Strahlrohrausschlagebene projizierten Auffangdüsenachsen
von der die Auffangdüseneintrittsöffnungen enthaltenden Ebene etwa das Fünffache
des Mittenabstandes der Auffangdüseneintrittsöffnungen beträgt.
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Wegen des im Vergleich zu den bekännten Ausführungen größeren Mittenabstandes
kann trotz der stärkeren Überkreuzanordn"ung der Knick von 25° bis auf i8° vermindert
werden. Das bedeutet einen Gewinn, weil gerade in diesem Winkelbereich die Änderung
des Wirkungsgrades erheblich ist.
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Die Vergrößerung des Mittenabstandes der Auf fangdüseneintrittsöffnungen
steht mit dem bisherigen Bestreben in Widerspruch, das dahin ging, diesen Abstand,
d. h. praktisch gesehen, den die beiden Düsen voneinander trennenden Steg möglichst
klein zu bemessen, um zur Steigerung der Empfindlichkeit mit möglichst kleinen Strahlrohrausschlägen
auszukommen. Praktisch liegen die Verhältnisse aber anders, und zwar derart, daß,
so paradox es zunächst erscheinen mag, die Strahlrohrausschläge kleiner sein können,
wenn der Xbstand der Düsenmitten voneinander wesentlich vergrößert wird. Es ergibt
sich dann der gleiche Differenzdruck bereits bei kleinerem Strahlrohrausschlag,
weil der Einfluß der den wirksamen Strahlbereich vergrößernden Randwirbel erheblich
vermindert wird. Bei der üblichen bekannten Ausführung haben diese Randwirbel auch
in der Ausschlagstellung des Strahlrohres, in welchem es der einen Auffangdüse genau
gegenübersteht, noch einen merklichen Einfluß auf die Druckverhältnisse in der anderen
Düse, weil wegen der geringen Stegstärke zwischen den beiden Düsen deren Randzonen
eng aneinanderliegen. Werden gemäß der Erfindung die Randzonen durch Vergrößerung
der Stegstärke bzw. durch Vergrößerung des Düsenmittenabstandes auseinändergerückt,
so reichen die Randwirbel des Strahles in dem geschilderten Falle nicht mehr an
die andere Auffangdüse heran, können also die Druckverhältnisse in dieser überhaupt
nicht mehr oder nicht wesentlich beeinflussen.
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Wesentlich ist weiter, daß -mit der Vergrößerung des Düsenmittenabstandes
ein Absinken der beiden Drücke in den Auffangdüsen in der Strahlrohrmittelstellung
einhergeht. Für pneumatischen Betrieb bedeutet dies auch bei ausgelenktem Strahlrohr
kleinere Verdichtungsdrücke, d. h. bei gleichem vom Strahlrohr zuströmenden Luftgewicht
größere Luftvolumina in dem Servomotorkreislauf und damit eine schnellere Strömung,
d. h. größere Steuergeschwindigkeit.
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Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, in dieser Hinsicht die Anordnung
so zu treffen, da:ß der Mitteldruck, d. h. also der sich . in der Mittelstellung
des Strahlrohres einstellende Druck, etwa 5o °/o des Vordruckes beträgt, weil sich
dadurch eine symmetrische Charakteristik und eine größere Steilheit des Druckverlaufes
nach beiden Seiten von der Mittelstellung aus ergibt (vgl. Abb. 5).
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Wird aus irgendwelchen Gründen Wert darauf gelegt, bei einer vorhandenen
Energiezufuhr möglichst große Vorstellgeschwindigkeit zu erzielen, so kann der Druck
in der Mittelstellung des Strahlrohres noch mehr durch weitere Vergrößerung des
Düsenmittenabstandes abgesenkt werden.
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Die Vergrößerung des Düsenmittenabstandes bringt auch die Möglichkeit,
z. B. bei hydraulischem Betriebe die Auffangdüseneintrittsöffnungen zu vergrößern,
ohne auf die eingangs erwähnten Vorteile hinsichtlich der Verkleinerung des Strahlrohrweges
verzichten zu müssen.
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Die Zeichnung dient an Hand eines Ausführungsbeispiels zur näheren
Erläuterung des Erfindungsgegenstandes.
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Abb. i veranschaulicht schematisch den bekannten Strahlrohrkraftschalter,
dessen Strahlrohr i von irgendeinem Impulsgeber 2 ausgeschwenkt wird und je nach
der Ausschlaggröße die beiden zum Servomotor 3 führenden Auffangdüsen q. und 5 verschieden
stark beaufschlagt. Es ergibt sich dann in bekannter Weise in den beiden zum Servomotor
führenden Leitungen eine Druckdifferenz, die den Kolben des Servomotors verschiebt.
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Wie schon oben erwähnt, wurde bisher an« gestrebt, die beiden Auffangdüsen
q. und 5 an dem Eintrittsende möglichst dicht aneinander zu rücken, also den Abstand
der beiden Düsen .möglichst klein zu machen.
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Auf Grund der Erkenntnis, daß dieser Weg nicht der richtige ist, soll
der Abstand 6' der Düsenmitten (Abb. 3) wesentlich größer Aals bisher ausgeführt,
und zwar etwa 5o °/o größer bemessen werden als der Austrittsdurchmesser 7 des Strahlrohres
i.
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Die aus Abb. 3 ersichtlichen Mantellinien. 8 und g der beiden Düsen
q. und 5 müssen, um eine Durchdringung der beiden Düsen zu vermeiden, einen -Abstand
voneinander haben, der aus herstellungstechnischen Gründen ein Mindestmaß nicht
unterschreiten darf. Die Vergrößerung des Abstandes 6 gestattet nun, wie aus Abb.
3 erkennbar ist, die Achsen io und ii der beiden Düsen in diesem Freispiel im Sinne
des Uhrzeigerumlaufes stärker zu verschwenken, so daß sich die Projektionen
der
beiden Achsen io und i i in die Strahlrobrausscblagebene (Abb.2); im Gegensatz zu
der bekannten Ausführung nach Abb. i, unterhalb der die Eintrittsdüsen enthaltenden
Ebene 12, nämlich im Punkt 13 schneiden. Mit dem Verschwenken der Auffangdüsen im
Sinne. der Erfindung entfernt sich der kürzeste Abstand 6 der Auffarigdüsenachsen
ro und. i i: voneinander von der die Eintrittsöffnungen der Auffangdüsen enthaltenden
Ebene 12 in Richtung des aus dem Strahlrohr i austretenden Strahles. Je kleiner
der Abstand 14 äs Schnittpunktes 13 von der Ebene 12 ist, desto kleiner kann der
Abstand des Strahlrohres i von der Ebene 12 sein. Da nun. aber der aus dem Strahlrohr
austretende Strahl beim Eintritt in die Auffangdüsen einen Knick erfährt, der um
so stärker ist, je kleiner der Abstand 14 ist, so soll- das Maß r4 etwa gleich dem
Fünffachen des Düsenmitteniabstandes 6 sein; denn bei diesem Verhältnis ergibt sich
der beste Gesamtwirkungsgrad. -Der Knick, den der Druckmittelstrahl beim Eintritt
in die Auffangdüsen erfährt, ist am besten aus Abb.4 ersichtlich, die einen Schnitt
A-B gemäß der Abb.3 zeigt. Der aus dem Strahlrohr i austretende .Strahl ist nahezu
normal zur Ebene 12 gerichtet, während die Achse io der Auffangdüse 4 gegen die
Normale geneigt ist.
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Beim dargestellten Beispiel beträgt der Neigungswinkel 18°, während
er bisher etwa 25° betrug. Eine weitere Verkleinerung des Winkels bringt nur einen
geringen Gewinn: Bei einem Winkel von 18° ist die Ablenkung des Strahles hinsichtlich
ihres Einflusses auf den Gesamtwirkungsgrad erträglich.
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Der Gefahr einer Beeinflussung des Strahlrohres von seiten des aus
dem Servomotor kommenden Rückstromes kann zusätzlich noch dadurch begegnet werden,
daß die Mantelfläche !1Q (vgl. Abb. 2) des StrahlrohrmundL stückes eine Kegelfläche
mit so, kleinem Kegelwinkel a, erhält, daß die vom Servomotor kommenden und zu beiden
Seiten des Strahlrohrmundstückes auseinanderstrehenden Rückströme auch bei aus der
Mittelstellung ausgelenktem Strahlrohr i die kegelige Mantelfläche M nicht .streifen.
Außerdem ist es zweckmäßig, das Strahlrohrmundstück so@ auszuführen, daß die Mantelfläche
M mit der inneren Rohrwand R des Strahlrohres an der Strahlrohraustrittsöffnung
eine scharfe Kante bildet, so daß also auch die Stirnseite des Strahlrohrmundstückes
dem aus dem Servomotor kommenden Rückstrom keine Prallfläche bietet.
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Den Einfluß der neuen Ausführung gemäß der Erfindung auf die Druckverhältnissa
in den Auffangdüsen veranschaulicht das Diagrämen. nach Abb. 5. Als .'Abszisse:
sind- die Strahlrohrausschläge von der Mittelstellung nach beiden Seiten und in
Abhängigkeit hiervon, als Ordinate die zu jeder Strahlrohrstellung gehörigen Drücke
in den beiden Auffangdüsen aufgetragen. Die beiden gestrichelt angedeuteten Kurven
a und b zeigen den Druckverlauf bei. der bisher üblichen Ausführung, die sich durch-
einen möglichst kleinen Abstand zwischen den Auffangdüseneintrittsöffnungen auszeichnet.
_ Die ausgezogenen Kurven ä und b'- stellen den Druckverlauf in den beiden
Auffangdüsen für die neue Ausführung gemäß der Erfindung dar. Ein Vergleich der
beiden Kurven a und b mit den Kurven ä und .b' gibt vor allem zu erkennen,
daß, wie oben ausgeführt, der Druck in- der Strahlrohrnzittelstellung mit Vergrößerung
des Abstandes der Auffangdüseneintrittsöffnungen abnimmt (vgl. Drücke p und p').
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Aus den Kurven a, b und a', b' kann der Verlauf des
Differenzdruckes ermittelt werden. Von der Nullstellung des Strahlrohres ausgehend,
wird einerseits der mit dem Strahlrohrweg zunehmende Abstand der Kurven a und b
voneinander und andererseits der Abstand der Kurven d, b' voneinander als
Ordinate von der Abszisse aus aufgetragen. Es wird die Strecke d, d. h. die
Differenz der Ordinaten der beiden Kurven ä und b'
mit der jeweiligen Abszisse
von der Achse aus bis zum Punkt D' der Kurve c' aufgetragen: Ebenso gibt die Strecke
als Ordinatendifferenz der Kurven a und b den Punkt D
des Kurvenzuges
c.
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Es zeigt sich., daß die zu den Kurven ä und b' gehörige Differenzdruckkurve
c' steiler verläuft als die Kurve c. Dies bedeutet, daß bei ein und demselben Strahlrohrausschlag
der Differenzdruck bei der neuen Ausführung größer als bei der bisherigen Ausführung
ist und daß infolgedessen mit kleineren Strahlrohraüsschlägen der gleiche Differenzdruck
erzeugt werden kann. Demgemäß zeichnet sich der neue. Kraftschalter durch. größere
Empfindlichkeit aus.
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Es darf noch darauf hingewiesen werden, daß die rein schematische
Abb-. i keinen Anspruch auf Maßstäblichkeit erhebt, daß dagegen die Abb. 2 bis 4,
jedenfalls soweit es sich um die für die Erfindung wesentlichen Einzelheiten handelt,
streng maßstäblich ausgeführt und genau projiziert sind.