Fluidik

Das vorliegende Buch ist einer Technik gewidmet, deren eigentliche Anfange noch keine 20 Jahre zuriickliegen: der Fluidik. Es gliedert sich in die Themenkreise physikalische Grundlagen, fluidische Bauele mente und Schaltungen mit diesen Elementen. Die Abschnitte iiber die physikalischen Grundlagen erortern V organge aus der Stromungs mechanik, die fUr die Arbeitsweise der Fluidikelemente von Bedeutung sind. Von den Bauelementen werden die meisten bisher bekannt ge wordenen Stromungselemente und mechanischen Fluidikelemente be sprochen, unter ihnen besonders diejenigen, die bereits praktische Be deutung gewonnen haben. Bei den Schaltungen werden elementare Verkniipfungen und fluidische Baugruppen sowie deren Verwendung in einigen Steuer-und Regelschaltungen diskutiert. Es wurde in erster Linie Gewicht darauf gelegt, deD;l. Leser eine Vor stellung von den oft verwickelten Vorgangen zu vermitteln, die sich in den Fluidikelementen abspielen. Auf eine mathematische Behand lung wurde dabei nach Moglichkeit verzichtet, denn es hat sich gezeigt, daB meist mehrere, gleichzeitig vorhandene physikalische Erscheinun gen die Arbeitsweise dieser Elemente bestimmen. Eine korrekte rechne rische Behandlung des Gesamtproblems wird daher schwierig. Fort schritte in der Fluidik sind bisher auch meist mehr aus dem Verstand nis der Vorgange heraus als auf Grund ausfUhrlicher Berechnungen er zielt worden.

Inhalt

1. Einleitung.- 2. Begriffe der Fluidik.- 3. Fluide, Begriffe und Definitionen.- 3.1. Allgemeines.- 3.2. Gasförmige Fluide.- 3.3. Flüssige (tropfbare) Fluide.- 3.4. Fluidströme.- 3.4.1. Fluidströme allgemein.- 3.4.2. Reibung in Fluidströmen.- 3.5. Reynolds-Zahl.- 3.6. Laminare und turbulente Strömung.- 4. Allseitig geführter Fluidstrom.- 4.1. Allgemeines.- 4.2. Lange gerade Leitung mit konstantem kreisförmigen Querschnitt.- 4.2.1. Einfluß der Wandrauhigkeit auf die Leitungseigenschaften.- 4.2.2. Leitungseinlauf.- 4.2.3. Leitungskrümmungen.- 4.3. Leitung mit konstantem rechteckigen Querschnitt.- 4.4. Leitung mit Querschnittsänderungen.- 4.5. Leitungsverzweigungen und Leitungszusammenführungen.- 4.6. Anpassung bei Leitungen.- 4.7. Zeitlich veränderliche Vorgänge auf Leitungen.- 5. Allseitig freier Fluidstrom (Fluidstrahl).- 5.1. Allgemeines.- 5.2. Ebener laminarer Strahl.- 5.3. Ebener turbulenter Strahl.- 5.4. Strahlleistung.- 5.5. Anlaufstrecke eines Strahles.- 6. Teilweise geführter Fluidstrom.- 6.1. Grenzschicht.- 6.2. Zweidimensionaler Strahl zwischen parallelen Ebenen, ebener Strahl.- 6.3. Coanda-Effekt.- 6.4. Fluidstrom längs einer konvexen Fläche.- 6.5. Fluidstrom innerhalb eines Kreiszylinders.- 7. Steuerung von Strömungselementen.- 7.1. Steuern, Begriffe und Definitionen.- 7.2. Steuern in der Fluidik.- 7.3. Steuern von Strömungselementen.- 7.3.1. Führungssteuerung.- 7.3.1.1. Strahlablenkelement.- 7.3.1.2. Gegenstrahlelement.- 7.3.1.3. Turbulenzelement.- 7.3.1.4. Induktionselement.- 7.3.1.5. Wirbelkammerelement.- 7.3.2. Haltegliedsteuerung.- 7.3.2.1. Haftstrahlelement allgemein.- 7.3.2.2. Fan-out.- 7.3.2.3. Schaltzeit.- 7.3.2.4. Ansprechempfindlichkeit.- 8. Freistrahlelemente.- 8.1. Allgemeines.- 8.2. Turbulenzelement.- 8.3. Strahlablenkelement.- 8.3.1. Strahlablenkelement allgemein.- 8.3.2. Rauschen in Strahlablenkelementen.- 8.3.3. Mehrstufige Strahlablenkverstärker.- 8.3.4. Statische Kennlinien der Strahlablenkverstärker.- 8.3.5. Dynamisches Verhalten der Strahlablenkverstärker.- 9. Haftstrahlelemente.- 9.1. Aufbau der Haftstrahlelemente.- 9.2. Geforderte Eigenschaften der Haftstrahlelemente.- 9.3. Ähnlichkeit in der Fluidik 1.- 9.4. Schaltraum in Haftstrahlelementen.- 9.4.1. Haftwände.- 9.4.2. Keil, Ausgleichsöffnungen und Austrittsöffnungen.- 9.5. Andere Haftstrahlelemente mit Zirkulation.- 9.6. Schaltlagenstabilität.- 9.7. Unistabiles Haftstrahlelement, Or-nor-Verknüpfung.- 9.8. Haftstrahlelement erhöhter Empfindlichkeit.- 9.9. Miniaturisierung von Haftstrahlelementen.- 9.10. Grundtyp eines Haftstrahlelementes.- 9.11. Kennwerte eines Haftstrahlelementes für uni- und bistabilen Betrieb.- 10. Wirbelkammerverstärker.- 10.1. Allgemeines.- 10.2. Wirbelkammerverstärker.- 10.2.1. Aufbau und Arbeitsweise.- 10.2.2. Kennwerte.- 10.2.3. Rauschen.- 10.2.4. Gegentaktverstärker.- 10.2.5. Weitere Eigenschaften des Wirbelkammerverstärkers.- 11. Andere aktive Strömungselemente.- 11.1. Gegenstrahlelement.- 11.2. Induktionselement.- 11.3. Strahlablöseelement.- 11.4. Fokussierelement.- 11.5. Schneidentonelement.- 11.6. Speicher mit Gedächtnis.- 12. Passive Strömungselemente.- 12.1. Allgemeines.- 12.2. Fluidische Widerstände.- 12.3. Fluidische Induktivitäten, Kapazitäten und Helmholtz-Resonatoren.- 12.4. Fluidische Strömungsgleichrichter.- 12.4.1. Fluidische Strömungsgleichrichter allgemein.- 12.4.2. Tesla-Diode.- 12.4.3. Wirbelkammerdiode.- 12.4.4. Andere Strömungsdioden.- 12.4.5. Doppelweggleichrichter.- 12.5. Passive logische Verknüpfungen.- 12.5.1. Passive logische Verknüpfungen allgemein.- 12.5.2. Und-Verknüpfungen.- 12.5.3. Passive Oder-Verknüpfungen.- 13. Fluidische Aufnehmer (Fühler, Sensoren, Wandler).- 13.1. Allgemeines.- 13.2. Näherungsfühler.- 13.2.1. Düsen-Prallplatten-Systeme.- 13.2.2. Anwendungsbeispiele für Näherungsfühler.- 13.3. Fühler für Winkelgeschwindigkeitsmesser.- 13.4. Aufnehmer für fluidische Regelschaltungen.- 13.5. Elektrofluidische Wandler.- 14. Mechanische Fluidikelemente.- 14.1. Allgemeines.- 14.2. Kolbenelemente.- 14.3. Kugelelement.- 14.4. Membranelemente.- 14.4.1. Membranelemente allgemein.- 14.4.2. Folienelemente.- 14.4.3. Doppelmembranelemente.- 14.5. Feäerelemente.- 15. Baugruppen mit Strömungselementen.- 15.1. Baugruppen mit Haftstrahlelementen.- 15.1.1. Multivibratoren.- 15.1.2. Digitales Speicherglied (Flipflop).- 15.1.3. Schieberegister, Ringzähler, Dualzähler.- 15.1.4. Codierer, Decodierer, Umsetzer, Vergleicher.- 15.1.5. Addierer.- 15.2. Baugruppen mit Strahlablenkelementen.- 15.2.1. Oszillatoren.- 15.2.2. Operationsverstärker.- 15.2.3. Wechselflußschaltungen mit Strahlablenkelementen.- 16. Fluidische Schaltungen, Anwendungsbeispiele.- 16.1. Anwendungsbereiche der Fluidik.- 16.2. Vergleich zwischen Schaltungen mit Strömungselementen und mechanischen Fluidikelementen.- 16.3. Planung fluidischer Schaltungen.- 16.4. Praktische Anwendungen der Fluidik, Beispiele.- 16.4.1. Fluidisches Atmungsgerät (Respirator).- 16.4.2. Raketensteuerung.- 16.4.3. Beispiele fluidischer Programmsteuerungen.- 16.4.4. Regeleinrichtung mit fluidischen Analogelementen.- 17. Praktische Ausführungen von Strömungselementen.- 17.1. Herstellung von Strömungselementen.- 17.1.1. Phototechnische Verfahren.- 17.1.2. Gieß- und Spritzverfahren.- 17.2. Kenndaten von gespritzten Strömungselementen.- 17.3. Integrierte Schaltungen mit Strömungselementen.- 17.4. Fluidisches Haftstrahl-Einheitselement.- 18. Bildzeichen der Fluidik.- 18.1. Allgemeines.- 18.2. Bildzeichen für den Signalflußplan.- 18.3. Bildzeichen für den Schaltplan.- 18.4. Bildzeichen für passive Netzwerkglieder.- 18.5. Bildzeichen für Umformer (Wandler, Umsetzer).- 18.6. Andere gebräuchliche Bildzeichen.