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Die Erfindung betrifft ein fluidisches Bauelement für Zeitverzögerungsschaltkreise, zusammengesetzt aus mehreren übereinanderliegenden flachen Platten, von denen wenigstens eine Platte mit Anschlüssen für Strömungsmittelleitungen versehen ist und Wandungen Aussparungen für Haupt-, Steuer- und Auffangkanäle mit Zu- und Abflussöffnungen zur Schaffung eines Strömungsmittelschaltkreises begrenzen, wobei das Bauelement mindestens einen von dem Strömungsmittelschaltkreis abgesonderten Raum konstanten Volumens als Zeitverzögerungsglied aufweist, und Öffnungen vorgesehen sind, die den Raum an mindestens einer bestimmten Stelle des Fluidschaltkreises mit diesem verbinden.
Es sind fluidische Zeitverzögerungsschaltkreise bekannt, die zur Schaltverzögerung der Schaltkreise mit abgeschlossenen Hohlräumen in Verbindung stehen. Da vielfach das Volumen von Verbindungsleitungen oder Verbindungsschläuchen für Zeitverzögerungsschaltkreise nicht ausreicht, waren besondere Behälter erforderlich, die über zusätzliche Verbindungsleitungen an die Schaltkreise angeschlossen werden mussten. Besonders bei einer grösseren Anzahl von in einem Schaltgehäuserahmen unterzubringenden Zeitverzögerungsschaltkreisen war ein erheblicher Raum zum Unterbringen der Behälter erforderlich, die mittels besonderer Halterungen am Rahmen befestigt werden mussten.
Es sind bereits fluidische Bauelemente für Schaltverzögerungskreise bekanntgeworden, die einen Raum bestimmten Volumens in einer einstückigen Platte enthalten und das Volumen nur über Öffnungen mit dem Schaltkreis verbunden ist.
Weiter sind bereits Stapel von Platten zum Aufbau komplexer fluidischer Schaltkreise bekanntgeworden, wobei die einzelnen Platten einfache Schaltkreise enthalten, die über Durchbrechungen in den Platten miteinander verbunden sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein fluidisches Bauelement für Zeitverzögerungsschaltkreise vorzuschlagen, dessen Volumen als Zeitverzögerungsglied auf besonders einfache Weise zum Aufbau der verschiedensten Zeitverzögerungsschaltkreise verwendbar ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Strömungsmittelschaltkreis über eine oder mehrere Durchbrechungen in einer den Strömungsmittelschaltkreis einseitig abdeckenden Zwischenplatte mit dem in einer Grundplatte angeordneten Raum verbunden ist, welche Grundplatte mit den Anschlüssen versehen ist, die über von dem Raum getrennten Kanälen in der Grundplatte und anschliessenden Durchbrechungen in der Zwischenplatte mit dem Schaltkreis in Verbindung stehen.
Eine bevorzugte Ausführungsform nach der Erfindung besteht darin, dass die Grundplatte einen den Raum umgrenzenden Rand aufweist, der eine Auflagefläche für die Zwischenplatte bildet und der Rand die Anschlüsse mit den Kanälen aufnimmt.
Vorteilhafterweise kann die Zwischenplatte wenigstens zwei Durchbrechungen zu dem Raum aufweisen, wobei die eine Durchbrechung zu dem Raum über wenigstens einen von den übrigen Kanälen des Schaltkreises getrennten Verbindungskanal mit wenigstens einem Anschluss und die andere Durchbrechung zum Raum mit einem Steuerkanal eines monostabilen Strömungsschaltkreises verbunden ist. Dabei kann die eine Öffnung zu dem Raum mit einem Auffangkanal eines monostabilen Strömungsschaltkreises und die andere Öffnung zu dem Raum mit einem Steuerkanal eines bistabilen Strömungsschaltkreises verbunden sein, wobei die beiden Strömungsschaltkreise einen Verzögerungsschaltkreis bilden.
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele nach der Erfindung vergrössert dargestellt. Es zeigt : Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines fluidischen Bauelementes nach der Erfindung, wobei Einzelteile in auseinandergezogener Anordnung dargestellt sind ; Fig. 2 einen ersten fluidischen Schaltverzögerungskreis zur Verwendung in dem Bauelement nach Fig. l ; Fig. 3 einen zweiten fluidischen Schaltverzögerungskreis zur Verwendung in dem Bauelement nach Fig. l und Fig. 4 einen dritten fluidischen Schaltverzögerungskreis zur Verwendung in dem Bauelement nach Fig. 1.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines fluidischen Bauelementes, das für einen Zeitverzögerungskreis nach der Erfindung besonders geeignet ist. Das Bauelement besteht aus einer relativ flachen, im wesentlichen rechteckigen Anschlussplatte --1--, deren Oberseite eine aus Fig. l erkennbare, sich über einen wesentlichen Teil der Platte erstreckende Ausnehmung-2-enthält, die von einem festen Rand --3-- umgeben ist. An der einen Stirnseite-4-der Anschlussplatte--l--sind mehrere (im Beispielsfalle 13) Leitungsanschlüsse
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die Anschlussplatte--l--und einer zwischenplatte --12-- die zwischen der Abschlussplatte--l-und der Strömungsplatte-11-angeordnet ist.
Die Zwischenplatte --12-- dient einerseits zum Abdecken von Haupt-, Steuer- und Auffangkanälen mit Zu- und Abflussöffnungen in der Strömungsleitplatte --11--.
Ausserdem ist die Zwischenplatte --12-- mit dem Rand-3-der Anschlussplatte-l-verbunden, um die Ausnehmung --2-- zur Schaffung eines Speicherraumes abzuschliessen. In der Zwischenplatte--12befinden sich Zu- bzw. Abflussöffnungen, die die Kanäle in der Strömungsleitplatte--11--mit den Öffnungen
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--9-- in dem Rand--3--verbinden. Gegebenenfalls sind weitere Öffnungen zur Verbindung des Raumes --2-- mit Kanälen der Strömungsleitplatte--11--vorgesehen.
Sind die Platten--l, 11 und 12--miteinander verbunden, so ist ein kompaktes Blockschaltelement geschaffen, das an der einen Stirnseite Leitungsanschlüsse --6-- aufweist und an der entgegengesetzten andern Stirnseite nicht dargestellte Stifte aufweisen kann, die die Verbindung von Blockschaltelementen erleichtern.
In Fig. 2 ist eine Strömungsleitplatte --14-- dargestellt, auf deren einen Seite sich mehrere Kanäle in Form von Vertiefungen befinden, die einen fluidischen Schaltkreis--16--bilden. Im Beispielsfalle handelt es sich um einen monostabilen Schaltkreis mit einer Hauptdüse--17--, einer ersten (unteren) Steuerdüse --18--, einer zweiten (oberen) Steuerdüse--19--, einen ersten (unteren) Auffangkanal --21-- und einen zweiten (oberen) Auffangkanal--22--. Der untere Auffangkanal steht mit einer ersten Entlüftungsöffnung - zur Atmosphäre in Verbindung. Die Öffnung --23-- erstreckt sich derart durch die Strömungsleitplatte --14--, dass eine Entlüftung möglich ist. Bei der Strömungsleitplatte --11-- nach Fig.1 würde eine entsprechende Entlüftungsöffnung an ihrer Oberseite ins Freie münden.
Der Auffangkanal-22-
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Nahe dem aus der Hauptdüse ausströmenden Hauptstrahl befinden sich beidseitig Seitenwände, die ein Anhaften des Hauptstrahles auf Grund bekannter Grenzschichtwirkungen ermöglichen. Der Verbindungskanal von der einen Steuerdüse--19--zu der Entlüftungsöffnung --24-- bewirkt, dass dem Hauptstrahl einseitig
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Hauptströmung verbunden. Ein Kanalende--28--in der Strömungsleitplatte--14--steht über eine weitere Öffnung in der Zwischenplatte --12-- mit einer weiteren Öffnung --9-- in dem Rand --3-- der Verteilerplatte--l--in Verbindung.
Das Kanalende --28-- gehöt zu einem Kanal--29--der bei --31-- endet. Das Kanalende --31-- ist über eine öffnung in der Zwischenplatte --12-- mit dem Raum --2-- in der Anschlussplatte --1-- verbunden.
In ähnlicher Weise ist die Steuerdüse-18-mit einem Kanalende --32-- in der Strömungsleitplatte - -14-- verbunden, welche über eine Öffnung in der Zwischenplatte--12--mit dem Raum--2--in der Anschlussplatte verbunden ist. Der Auffangkanal --21-- des monostabilen Schaltkreises --16-- ist über einen Austrittskanal --33-- mit einem erweiterten Kanalende-34, 36- verbunden, das über zwei benachbarte Öffnungen in der Zwischenplatte--12--mit zwei benachbarten Anschlussöffnungen--9--in der Anschlussplatte --1-- in Verbindung steht.
Weiterhin ist der Anschlusskanal --2-- über den Austrittskanal --37-- mit einem erweiterten Kanalende-38, 39-verbunden, das ebenfalls über zwei benachbarte Öffnungen in der Zwischenplatte --12-- mit zwei weiteren benachbarten Anschlussöffnungen --9-- in der Anschlussplatte--l--verbunden ist.
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Dadurch, dass ein Eingangssignal über das Kanalende --31-- in den Raum--2--und von dort über das Kanalende --32-- in der Steuerdüse --19-- der monostabilen Schaltung zugeführt werden kann, wirkt der Raum--2--als eine Kapazität, die durch das Volumen des Raumes--2--bestimmt ist. Wird ein Druckimpuls über einen Leitungsanschluss --6-- dem Kanalende --28-- zugeführt. so gelangt er über den Verbindungskanal--29--in den Raum --2-- der Anschlussplatte --1--. Die Amplitude des
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wie der Druck auf der der Steuerdüse --19-- zugekehrten Seite des Strahles innerhalb eines von einer Wandungsdiskontinuität beeinflussten Grenzschichtbereiches, höher ist als der Druck auf der entgegengesetzten Seite des Strahles.
Mit andern Worten wird die Differenz der Drücke zu beiden Seiten des Strahles durch Zuführung des Steuersignals in einer Weise geändert, dass der Strahl an der der Steuerdüse-18-- gegenüberliegenden Wandung zum haften kommt, die stromabwärts an die Wandungsdiskontinuität anschliesst. Bekanntlich entstehen die unterschiedlichen Drücke zu beiden Seiten des Strahles durch seitlich mitgerissene Luftteilchen, die im Bereich einer Wandungsdiskontinuität eine abgeschlossene Wirbelzone bilden, stromabwärts derer der Strahl an der betreffenden seitlichen Wandung wegen des höheren Druckes auf der entgegengesetzten andern Seite des Strahles haftet.
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--28-- zugeführtenVerzögerungszeit beim Schalten des Arbeitsstrahles von seiner stabilen in die astabile und von dieser zurück in die stabile Lage bewirkt.
Verschiedene Verzögerungszeiten können weiterhin bestimmt werden durch die Wahl
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Verzögerungszeiten zum Um- und Zurückschalten des Strahles aus bzw. in seine stabile Lage im wesentlichen gleich gross. Ist dagegen die Öffnung --32-- gross gegenüber der Öffnung --31--. so sind die Verhältnisse entsprechend umgekehrt. Fig. 3 zeigt einen fluidischen Schaltkreis mit einer definierten Verzögerungszeit zwischen der Abgabe eines Steuerimpulses an den Schaltkreis und dem Schalten des Schaltkreises, wobei jedoch das Rückschalten normal, d. h. ohne wesentliche zeitliche Verzögerung erfolgt. Die Strömungsleitplatte --41-mit den einseitig als Vertiefungen angebrachten Strömungskanälen und Öffnungen zur Bildung des Strömungsmittelkreises enthält eine monostabile Schlaltung --42-- und eine bistabile Schaltung-43-.
Die
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--42-- enthält47--und linke und rechte Steuerkanäle mit Steuerdüsen --48 und 49--. Die Schaltung enthält Entlüftungsöffnungen--51 und 52--verbunden bzw. in Verbindung mit den linken und rechten
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--42-- zu- 43-- enthält eine Hauptdüse --53-- und Steuerdüsen --54,56--zu beiden Seiten der Hauptdüse. Beidseitig zur Mittellinie der Schaltung --43-- befinden sich Auffangkanäle --57 und 58--, wobei der
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--54-- sichmonostabilen Schaltung --42-- geleitet werden.
Der Hauptstrahl der monostabilen Schaltung tritt normalerweise aus dem rechten Auffangkanal --47-- aus und bewirkt, dass der Hauptstrahl der bistabilen
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sich in dem Raum--2--ein bestimmter Druck aufgebaut hat. über die Steuerdüse-54-wird dann der Hauptstrahl der bistabilen Schaltung --43-- in seine andere bistabile Lage geschaltet, in der er über den Auffangkanal --58-- zur Anschlussöffnung --68-- nahe einer Randzone der Platte-41-strömt.
Bei Beendigung des Steuersignals an der Steuerdüse --49-- shaltet der Hauptstrahl der monostabilen
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Schaltung sofort in seine stabile Lage zurück, so dass ein Signal an die Steuerdüse --56-- der bistabilen Schaltung--43--abgegeben wird. Hiebei wird der Hauptstrahl der bistabilen Schaltung in seine Ausgangslage
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--67-- ein--56-- geführten Mediums und somit ein Umschalten der bistabilen Schaltung bei dem letzteren Druck sichergestellt wird.
Es ergibt sich somit, dass der Raum-2-der Anschlussplatte eine Zeitverzögerung zwischen dem an die Schaltung abgegebenen Steuerimpuls und dem Auftreten eines Schaltimpulses an der Anschlussöffneung --68--
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Der Schaltkreis nach Fig. 4 wird unmittelbar durch ein Steuerimpuls umgeschaltet, jedoch bei Ausbleiben des Steuerimpulses verzögert zurückgeschaltet. Der Schaltkreis setzt sich ebenfalls aus einer monostabilen Schaltung--71-- (Flip-Flop) und einer bistabilen Schaltung-72-- (Flip-Flop) zusammen. Ein Auffangkanal --73-- der monostabilen Schaltung --71-- ist mit dem Raum-2-der Anschlussplatte
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Der Hauptstrahl der monostabilen Schaltung --71- ist normalerweise zum Austrittskanal--73-gerichtet. über den Raum --2-- der Anschlussplatte --1-- gelangt dabei Strömungsmedium zu dem Steuerkanal oder der Steuerdüse --78-- der bistabilen Schaltung--72--.
Bei Abwesenheit eines Steuersignals ist der Hauptstrom der bistabilen Schaltung --72-- zm Auffangkanal mit der Anschlussöffnung - -81-- gerichtet.
Bei Erscheinen eines Steuersignals wird dieses zu der Steuerdüse --82-- der monostabilen Schaltung --71-- geleitet, wodurch der Hauptstrahl der monostabilen Schaltung --71-- aus seiner stabilen Lage in Richtung auf den Auffangkanal --76-- und damit zum Anschluss an den Steuerkanal --77-- der bistabilen Schaltung --72-- umgeschaltet wird. Da die Anschlussöffnung --79-- zum Raum --2-- der Anschlussplatte --1-- sowie die Steuerdüse bzw. der Kanal-78-der bistabilen Schaltung --72-- relativ sehr schmal sind, bewirken diese einen relativ starken Druckabfall.
Demgegenüber weist die Strömung, die zur Steuerdüse--77--geführt wird, einen höheren Druck auf und vermag das Signal an der Steuerdüse--78-- zu überlagern. Dadurch wird der Hauptstrahl der bistabilen Schaltung --72-- unter diesen Bedingungen zum Auffangkanal mit der Anschlussöffnung --83-- gerichtet. Bei Unterbrechung eines dem Schaltkreis nach Fig. 4 zugeführten Steuersignals wird der Hauptstrahl der monostabilen Schaltung --781-- in die zum Auffangkanal - führende stabile Lage zurückgeschaltet. Dabei wird der Druck in dem Raum-2-der
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Der Schaltkreis nach Fig. 4 weist eine hohe Ansprechempfindlichkeit auf Grund eines dem Schaltkreis zugeführten Steuersignals auf. Bei Beendigung des Steuersignals wird eine bestimmte Verzögerungszeit wirksam, die den Umschaltzeitpunkt des Schaltkreises nach Beendigung des zugeführten Steuersignals festlegt. Die
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Im folgenden wird ein Anwendungsbeispiel für die Schaltkreise nach den Fig. 2 bis 4 bzw. entsprechende
Schaltkreise aufgezeigt. Angenommen in einer automatischen Vorschubsteuerung beispielsweise für eine Werkzeugmaschine wird beim Erscheinen eines Startsignals gewünscht, ein Werkstück einzuspannen und in eine Arbeitsstellung zu bringen. Nach der Bearbeitung soll das Werkstück in eine neue Arbeitsstellung geführt und wieder freigegeben werden. Anschliessend soll der Zuführmechanismus in seine Ausgangsstellung zurückgebracht werden.
Bei einem derartigen Steuerungssystem sind Schaltkreise nach Fig. 3 und 4 verwendbar. Bei der Einspannsteuerung liesse sich das unverzögerte Einschalten und verzögerte Abschalten nach Fig. 4 und bei der Vorschubsteuerung das verzögerte Einschalten sowie das normale Abschalten nach Fig. 3 verwenden. Im besonderen würde in gleicher Weise zur Steuerung der Steuerdüse-49-der monostabilen Schaltung nach Fig. 3 und der Steuerdüse --82-- der onostabilen Schaltung nach Fig. 4 ein Start bzw. ein hoher Druckimpuls geeignet sein. Der Schaltkreis nach Fig. 4 würde am Ausgang --83-- mit üblicher Verzögerung eine Einspannoperation anzeigen. Im Anschluss an eine bestimmte Zeit würde ein Vorschubsignal am Ausgang --68-- in Fig. 3 erscheinen, um mit einer Vorschuboperation zu beginnen.
Nach Beendigung des Arbeitszyklus würde das den Düsen --49 und 82--zugeführte Drucksignal beendet und ein Signal würde nach normaler Verzögerung am Ausgang --67-- zum Einleiten einer weiteren
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Vorschubbewegung abgegeben. Zu einer späteren Zeit würde ein Signal am Ausgang--81--von Fig. 4 erscheinen um das Werkstück freizugeben.
Wenn das Werkstück nach Beendigung der Operation von Hand entfernt wird, dann kann der Schaltkreis nach Fig. 2 zur Steuerung des Vorschubes und der Rückführbewegung verwendet werden (anders bei der vorher angeführten zweifachen Vorschub- und selbsttätigen Rückführbewegung). Der Festspann- und Entspannzyklus liesse sich schaltungstechnisch ohne Verzögerung durchführen, wobei die Vor- und Rückführbewegung relativ zur Festspann- und zur Entspannoperation verzögert erfolgen würde.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Fluidisches Bauelement für Zeitverzögerungsschaltkreise, zusammengesetzt aus mehreren übereinanderliegenden flachen Platten, von denen wenigstens eine Platte mit Anschlüssen für Strömungsmittelleitungen versehen ist und Wandungen Aussparungen für Haupt-, Steuer- und Auffangkanäle mit Zu- und Abflussöffnungen zur Schaffung eines Strömungsmittelschaltkreises begrenzen, wobei das Bauelement mindestens einen von dem Strömungsmittelschaltkreis abgesonderten Raum konstanten Volumens als Zeitverzögerungsglied aufweist, und Öffnungen vorgesehen sind, die den Raum an mindestens einer bestimmten Stelle des Fluidschaltkreises mit
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Zwischenplatte wenigstens zwei Durchbrechungen zu dem Raum (2) aufweist, wobei die eine Durchbrechung (31) zu dem Raum (2)
über wenigstens einen von den übrigen Kanälen des Schaltkreises getrennten Verbindungskanal (29) mit wenigstens einem Anschluss (6) und die andere Durchbrechung (32) zum Raum (2) mit einem Steuerkanal eines monostabilen Strömungsschaltkreises (16) verbunden ist.
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