Anordnung mit einer Mehrzahl durch ein Fluidum betätigbarer Zellen mit digitaler Charakteristik Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung mit einer Mehrzahl durch ein Fluidum betätigbarer Zellen mit digitaler Charakteristik, in welcher Anordnung jede Zelle eine Hauptströmung aufweist, die durch ein Steuereingangsmittel gesteuert wird, welch letzteres die Hauptströmung im Sinne einer örtlichen Verschiebung beeinflusst, um diese wahlweise auf einen Ausgang fliessen zu lassen, und in welcher jede Zelle so ausgebildet ist, dass ein stabi lisierender Einfluss auf die Hauptströmung ausgeübt wird,
sobald diese durch einen Ausgang fliesst.
Es sind durch ein gasförmiges oder flüssiges Medium betätigte Einheiten bekannt, in welchen eine Haupt strömung erzeugt wird, die durch Steuerströme, welche gegen die Seite der Hauptströmung gerichtet sind, in eine erste in eine zweite Richtung umgelenkt werden kann. Die Steuerströmungen benötigen nur einen Bruchteil der Leistung der Hauptströmung. Solche Einheiten sind als Verstärker oder Flip-Flop-Anord- nungen geeignet.
In durch ein gasförmiges oder flüssiges Medium, kurz Fluidum , angetriebenen Recheneinrichtungen können die oben beschriebenen Einheiten für schnelles Schalten verwendet werden. In Anordnungen, wo solche Einheiten in Serie geschaltet sind, ist es not wendig, dass die Information steuerbar von einer Stufe zur nächsten weitergeleitet wird. Im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung umfassen die bisher bekannt gewordenen Anordnungen jeweils drei Zellen pro Stufe.
In der Anordnung nach der Erfindung sind eine erste und eine zweite Zelle in Serie angeordnet und zwar so, dass für die erste Zelle die stabilisierende Wirkung auf die Hauptströmung kleiner ist als die Verschiebungswirkung ihres Steuereingangsmittels,dass für die zweite Zelle die stabilisierende Wirkung auf die Hauptströmung grösser ist als die Verschiebungs wirkung ihres Steuereingangsmittels, und dass der Fluss des Fluidums zwecks Erzeugung der Haupt strömung der zweiten Zelle zeitlich wahlweise steuer bar ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung in näheren Einzelheiten unter Zuhilfenahme der Zeichnungen erläutert. Es zeigen: Fig. 1 perspektivisch und in die einzelnen Teile zerlegt eine Grundzelle, wie sie in der erfindungs gemässen Anordnung zur Anwendung kommt, Fig. 2 schematisch ein Schieberegister und Fig. 3 schematisch einen Binärzähler.
Die in Fig. 1 dargestellte Grundzelle besteht aus einem mit Durchgängen versehenen Block, welche Durchgänge der Führung des Fluidums und der Bil dung von Fluidumströmungen dienen. Fig. 1 zeigt perspektivisch und in die einzelnen Teile zerlegt einen solchen Block, der aus drei einzelnen Platten 14, 15 und 16 besteht. In der fertigen Zelle sind die drei Platten dicht aufeinandergelegt, so dass kein Fluidum an der Berührungsstelle der Platten von einem Durch gang zum andern gelangen kann.
Wie ersichtlich, ist die Zelle mit einem Eingang 2 versehen, von welchem eine Hauptströmung in der Richtung der scharfen Kante des Verteilers 3 ein geführt wird. Wenn keine Ablenkung der Haupt strömung stattfindet, verzweigt sich die Strömung gleichmässig auf die Ausgänge 4 und 5. Die Steuer eingänge 6 und 7 sind für die Zuführung eines Steuer fluidums vorgesehen. Wenn z. B. ein Steuerfluidum durch den Eingang 6 eingeführt wird, wird es die beim Eingang 2 eingeführte Hauptströmung örtlich umlenken oder verschieben, oder wenigstens einen überwiegenden Teil davon, und sie veranlassen auf den Ausgang 5 zu fliessen, und nur eine relativ kleine Menge Fluidum wird zum Ausgang 4 fliessen.
An dererseits, wenn ein Steuerfluidum durch den Steuer eingang 7 zugeführt wird, wird dieses die Haupt- Strömung derart umlenken, dass sie, oder wenigstens ein überwiegender Teil derselben, dem Ausgang 4, und dass höchstens eine minimale Menge Fluidum dem Ausgang 5 zufliesst. Von den Ausgängen 4 und 5 verlässt Fluidum die in Fig. 1 dargestellte Zelle durch die Ausgangskanäle 8 und 9. Die in Fig. 1 dargestellte Zelle 1 ist des weitern mit Rückkopplungskanälen 10 und 11 versehen, die in die Platten 14 resp. 16 ein gebaut sind.
Diese Kanäle stellen Fluidumdurchgänge von den Ausgängen 4 und 5 zu einem weiteren Paar von Eingängen 12 resp. 13 dar und bilden Rück kopplungen, welche einen stabilisierenden Einfluss auf die Hauptströmung ausüben, wenn sie einem der Ausgänge 4 und 5 zufliesst. Um einen geschlossenen Kanal für die Rückkopplung 10 zu erhalten, ist eine Deckplatte 14a, wie gezeigt, vorgesehen.
Um den stabilisierenden Einfluss zu erklären, sei angenommen, dass die Hauptströmung vom Eingang 2, abgelenkt durch ein bei Eingang 7 abgegebenes Steuersignal, zum Ausgang 4 verschoben wird. Unter diesen Bedingungen wird ein Teil des Fluidums der Hauptströmung in den Ausgangskanal 8 geleitet und ein anderer Teil in die Rückkopplungsverbindung 10. Diese Rückkopplungsverbindung speist den Stabili- sationseingang 13 mit einem weiteren Steuerfluidum, welches die Hauptströmung auch so verschiebt, dass sie zum Ausgang 4 fliesst und dadurch die Haupt strömung stabilisiert, damit ihr Fliessen zum Ausgang 4 bestehen bleibt.
Die Hauptströmung wird in dieser stabilisierten Lage bleiben, selbst nachdem das durch den Steuereingang 7 abgegebene Steuerfluidum auf hört zu fliessen. Der analoge Sachverhalt gilt selbst verständlich, wenn die Hauptströmung zum Ausgang 5 fliesst, so dass ein Rückkopplungssignal durch einen Fluss durch das beim Ausgang 5 gezeigte Loch, durch die Rückkopplungsverbindung 11 zum Loch des Sta- bilisationseinganges 12 in der Platte 15 erzeugt wird.
In Fig. 2 ist schematisch die Anordnung eines Schieberegisters mit den Zellen 20 bis 23 gezeigt. Die einzelnen Zellen können von der in Fig. 1 gezeigten Grundstruktur sein. Jede Zelle ist mit einer respek- tiven Hauptströmung 24, 25, 26 oder 27 versehen. Falls ein Eingangssignal an den Steuereingängen 28 bis 31 vorherrscht, werden alle Hauptströmungen ge gen die respektiven Ausgänge 32 bis 35 ausgelenkt. Falls die Steuereingänge 36 bis 39 ein Eingangssignal abgeben, sind die Hauptströmungen gegen die respek- tiven Ausgänge abgelenkt.
Fluidum, das zu den Aus gängen 32 bis 35 fliesst, wird zu den respektiven Stabilisationseingängen 44 bis 47 durch die respekti- ven Rückkopplungsleitungen 48 bis 51 zurückgeleitet. Fluidum, das von den Hauptströmungen an die Aus gänge 40 bis 43 abgegeben wird, wird zu den respek- tiven Stabilisationseingängen 52 bis 55, durch die respektiven Rückkopplungsleitungen 56 bis 59 zurück geleitet.
Des weitem sind Verbindungswege 60 und 65 vorgesehen, die zu den respektiven Eingängen 28 und 36 der ersten Zelle eine Verbindung bilden; Verbindungswege 61 und 66, die die respektiven Aus gänge 32 und 40 mit den respektiven Eingängen 29 und 37 verbinden; Verbindungswege 62 und 67, die die respektiven Ausgänge 33 und 41 mit den respek- tiven Eingängen 30 und 38 verbinden; Verbindungs wege 63 und 68, welche die Ausgänge 34 und 42 mit den entsprechenden Eingängen 31 und 39 verbinden; und Verbindungswege 64 und 69, welche mit den Ausgängen 35 und 43 eine Verbindung bilden. In die Verbindungswege 61, 66, 63 und 68 sind respektive Drosseln 70 bis 73 eingebaut.
Die Drosseln 70 und 71 sind in die Verbindungs wege 61 und 66 zwischen die Zellen 20 und 21, und die Drosseln 72 und 73 in die Verbindungswege 63 und 68 zwischen Zelle 22 und die nächstfolgende Zelle 23 eingebaut. Jedoch sind keine Drosseln zwi schen der Zelle 20 und der der Zelle 20 vorangehenden Zelle, zwischen den Zellen 21 und 22 und zwischen der Zelle 23 und der der Zelle 23 folgenden Zelle vorgesehen. Die Hauptströmungen sind so eingestellt, dass die Eingangssignale bei den Eingängen 28, 36 und den Eingängen 30, 38 stärker sind als notwendig ist, um die Stabilisierungseinwirkungen der bei den respektiven Rückkopplungseingängen 44, 52 und 46, 54 eingeführten Fluidumströmungen zu überwinden.
Andererseits ist die Drosselwirkung der Drosseln 70 bis 73 so eingestellt, dass die von den Eingängen 29, 37 und Eingängen 31, 39 abgegebenen Eingangssignale weniger Leistung besitzen als notwendig ist, um den Stabilisationseffekt bei den respektiven Rückkopp lungseingängen 45, 53 und den respektiven Rück kopplungseingängen 47, 55 zu überwinden.
Im Betrieb fliessen die Hauptströmungen 24 und 26 der Hauptzellen kontinuierlich, wogegen die Haupt strömungen 25 und 27 der Hilfszellen 21 und 23 pulsiert werden, wobei jeder Strömungsimpuls die sich im Schieberegister befindliche Information üm eine Einheit vorwärts bringt. Es sei angenommen, dass ein Steuersignal bei Eingang 36 der Zelle 20 die Hauptströmung 24 zum oberen Ausgang 40 verscho ben hat, welcher Zustand zum Beispiel eine binäre 1 darstellen soll. Wenn jetzt die Hauptströmung 25 der Zelle 21 pulsiert wird, das heisst zu fliessen be ginnt, lenkt das von Ausgang 40 durch den Verbin dungsweg 66 zum Eingang 37 abgegebene Signal die Strömung 25 nach aufwärts um, so dass die auf den Ausgang 41 der Zelle 21 fliesst.
Man beachte, dass die Strömung 25 auf den Ausgang 41 zu fliessen beginnt, bevor irgend eine Stabilisation in der Zelle 21 auftreten kann. Wenn jedoch die Hauptströmun gen einmal fliessen, wird in beiden Zellen 20 und 21 eine Stabilisation durch die respektiven Rückkopplun gen 56 und 57 erzeugt, welche auf die Hauptströ mungen in dem Sinne einwirken, dass sie in den zu den Ausgängen 40 und 41 ausgelenkten Lagen ver bleiben.
Wenn die Strömung 25 in voller Tätigkeit auf Ausgang 41 fliesst, wird ein Eingangssignal durch den Verbindungsweg 67 dem Eingang 38 der Zelle 22 eingegeben, welches - ohne Rücksicht auf die Lage, in welcher sich diese ständig fliessende Strömung befindet-die Hauptströmung 26 der Zelle 22 auslenkt um auf Ausgang 42 zu strömen, wo sie - wegen der zu Eingang 54 führenden Rückkopplung 58 - in der stabilisierten Lage bleiben wird.
Aus obigem ist ersichtlich, dass die in der Haupt zelle 20 gespeicherte und von dort bei Beginn der Haupt strömung 25 nach der Hilfszelle 21 beförderte Binär information der Hauptzelle 22 aufgedrückt wird. Zusammen mit dem Beginn der Strömung 25 beginnt auch die Hauptströmung 27 der Hilfszelle 23 zu fliessen, so dass die in Zelle 22 gespeicherte Informa tion von der Hilfszelle 23 genügend frühzeitig über nommen worden ist, bevor die sich in Zelle 21 befind liche Information der Zelle 22 aufgedrückt wird.
Andererseits, zufolge der Wirkung der Drosseln 70 und 72, haben die durch die Hauptzellen 20 und 22 abgegebenen Informationssignale, welche durch die Verbindungswege 61 und 63 geleitet werden, nicht genügend Energie, um irgendwelche Auslenkungen der Hauptströmungen 25 und 27 herbeizuführen, wenn diese zuletzt erwähnten Strömungen sich in ihrer stabilisierten Lage befinden. Demzufolge kann sich die in Zelle 20 befindliche Information nicht weiter als bis zur Zelle 22 fortbewegen, mit andern Worten, bei Beginn der pulsierenden Strömungen 25 und 27 übernehmen die Hilfszellen 21 und 23 die Information ihrer vorangehenden Hauptzellen und schieben sie in die nachfolgende Hauptzelle, wo die Information gespeichert bleibt, weil die Hauptströmungen der Hauptzellen ununterbrochen fliessen.
Daraufhin wer den die Hauptströmungen in den Hilfszellen abge schaltet.
Nehmen wir an, dass die Zelle 20 beim nächst folgenden Beginn der Strömungen 25 und 27 nun eine binäre 0 gespeichert hat. Beim neuen Schiebe befehl beginnen die Ströme 25 und 27 wieder zu fliessen. Zufolge der Tatsache, dass die Strömungen 24 und 26 nie abgeschaltet worden sind, ist - für den Fall, dass eine binäre 0 in der Zelle 20 gespeichert ist - ein Eingangssignal am Eingang 29 der Zelle 21 vorhanden, und - zufolge der Tatsache, dass eine binäre l in der Zelle 22 gespeichert ist - ein Ein gangssignal beim Eingang 39 vorhanden. Mit dem neuen Schiebebefehl fangen die Strömungen 25 und 27 wieder zu fliessen an und werden sofort durch die an diesen Eingängen 29 und 39 erscheinenden Ein gangssignale eingestellt, indem sie die Hauptströmun gen 25 und 27 auf die respektiven Ausgänge 33 und 43 zu fliessen veranlassen.
Es ist ersichtlich, dass zur Zeit des Flussbeginns der Hauptströmungen 25 und 27 keine stabilisierenden Rückkopplungen vorhanden sind, so dass die Strömungen 25 und 27 in Über einstimmung mit den an den Eingängen 29 und 39 der Zelle abgegebenen Eingangssignalen verschoben werden. Wenn sich jedoch die Hauptströmungen in den Hilfszellen 21 und 23 voll entfaltet haben, ist es nicht mehr möglich, sie von einem Ausgang zum andern umzulenken.
Der zweite Impuls bewirkt in analoger Weise wie soeben beschrieben, dass die binäre 0 somit von der Hauptzelle 20 über die Hilfszelle 21 zur nächsten Hauptzelle 22 befördert wird. Andererseits wird die zu Beginn des zweiten Impulses in der Hauptzelle 22 gespeicherte binäre 1 durch diesen Impuls in die unmittelbar der Zelle 23 folgende Hauptzelle be fördert.
Fig. 3 zeigt schematisch die Anordnung eines Binärzählers mit zwei Zellen 80 und 81 von der in Fig. 1 gezeigten Grundstruktur. In jeder Zelle können die respektiven Hauptströmungen 82 und 83 erzeugt werden. Die Eingänge 84 und 85 sind vorgesehen, um die Hauptströme zu den respektiven Ausgängen 86 und 87 auszulenken. Die Eingänge 88 und 89 sind angeordnet, um die Hauptströmungen 82 und 83 in die respektiven Ausgänge 90 und 91 auszulenken. Eine auf die Ausgänge 86 und 87 fliessende Strömung ist durch die die Eingänge 94 und 95 speisenden Rückkopplungen 92 und 93 stabilisiert.
Gegen die Ausgänge 90 und 91 gerichtete Strömungen werden durch die die Eingänge 98 und 99 speisenden Rück kopplungen 96 und 97 stabilisiert. Verbindungslinien 100, 101 verbinden den Ausgang 86 mit dem Eingang 85, bzw. den Ausgang 90 mit dem Eingang 89. In diese Verbindungslinien 100 und<B>101</B> sind zwei Dros seln 102 und 103 eingebaut. Die Verbindungslinien 104, 105 verbinden den Ausgang 91 mit dem Eingang 84, bzw. den Ausgang 87 mit dem Eingang 88.
Im Betrieb fliesst die Hauptströmung 82 der Hauptzelle 80 ständig und die Hauptstömung 83 der Hilfszelle 81 wird mit jedem in den Zähler nach Fig. 3 eingegebenen Zählbefehl an- und abgeschaltet. Es sei angenommen, dass die Hauptströmung 82 ursprünglich gegen den Ausgang 90 gerichtet war. Bei Beginn der Hauptströmung 83 wird das durch Verbindungslinie 101 zum Eingang 89 abgegebene Signal die Strömung 83 der Zelle 81 auf den oberen Ausgang 91 einstellen. Jedoch bewirkt der Hauptstrahl 83 eine Strömung durch die Verbindungslinie 104, welche beim Eingang 84 in die Zelle 80 gelangt.
Die Anordnung ist wieder so getroffen, dass der Einfluss der bei den Eingängen 84 und 88 abgegebenen Steuersignale im Stande ist, die in der Zelle 80 durch die zu den Stabilisations- eingängen 94 und 98 führenden Rückkopplungen 92 und 96 erzeugten Stabilitätskräfte zu überwinden. Demzufolge ist die Strömung 82 gezwungen, vom Ausgang 90 zum Ausgang 86 zu schalten, in welcher Lage sie durch die den Eingang 94 speisende Rück kopplungen 92 stabilisiert wird.
Angesichts der oben erwähnten Umlenkung der Strömung der Hauptzelle 80 zum Ausgang 86 wird ein Signal erzeugt, das durch die Verbindungslinie 100 und die Drossel 102 den Eingang 85 speist. Die Drosselwirkung ist so, dass das vom Eingang 85 ab gegebene Signal (oder ein Signal am Eingang 89) nicht von genügender Leistung ist, um die durch die Rück kopplung 97 (oder Rückkopplung 93) erzeugte Sta bilisation die den Eingang 99 (oder Eingang 95) speist, zu überwinden. Demzufolge verbleibt die Haupt strömung 83 in ihrer Lage, das heisst, sie fliesst auf Ausgang 91.
Daraufhin wird der Fluss der Strömung 83 der Hilfszelle 81 abgeschaltet. Wenn der nächste Impuls dem Zähler der Fig. 3 zugeführt wird, beginnt die Strömung 83 wieder zu fliessen. Unmittelbar beim Beginn des Fliessens wird keine Rückkopplungswir kung in der Hilfszelle 81 vorhanden sein. Daher, zufolge des ständigen Vorhandenseins der Strömung 82 in der Hauptzelle und demzufolge eines Signals bei Eingang 85, wird nun die Strömung 83 zum unteren Ausgang 87 ausgelenkt, wo sie wegen der Rückkopp lungswirkung der Elemente 93, 95, stabilisiert bleibt.
Andererseits wird nun eine Strömung durch die Verbindungslinie 105 zum Eingang 88 der Haupt zelle 80 erzeugt. Das beim Eingang 88 abgegebene Eingangssignal wird wieder die stabilisierende Be einflussung der zu Eingang 94 führenden Rückkopp lung 92 überwinden und die Strömung 82 zum oberen Ausgang 90 schalten, wo die Strömung zufolge der Rückkopplung 96, die den Eingang 98 speist, stabi lisiert bleibt. Andererseits wird das nun in der Ver bindungsleitung 101 erscheinende Signal, zufolge der von der Drossel 103 ausgehenden Drosselwirkung, nicht stark genug sein, um ein Schalten der Strömung 83 der Hilfszelle 81 zum oberen Ausgang 91 zu er zeugen.
Ein solches Schalten findet erst statt, nachdem die Strömung abgeschaltet und wieder eingeschaltet worden ist, in der Art und Weise wie dies bereits be schrieben wurde.
Es ist ersichtlich, dass für je zwei in den Zähler der Fig. 3 gespiesene Impulse ein kontinuierliches oder statisches Ausgangssignal vom Ausgang 106 und ein pulsierendes Ausgangssignal vom Ausgang 107 abgeleitet werden kann.
Aus dem obigen geht hervor, dass ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung darin besteht, dass das Steuersignal von zwei aufeinanderfolgenden Zellen, das heisst von einer Hauptzelle und einer Hilfs zelle, von solcher Leistung ist, dass es in der Hauptzelle die stabilisierende Wirkung der Rückkopplung über winden kann und in der Hilfszelle von kleinerer Leistung ist als notwendig, um die stabilisierende Wirkung der Rückkopplung zu überwinden. In den beschriebenen Beispielen wurde dies erreicht durch das Anbringen der Drosseln 70 bis 73 (Fig. 2) und der Drosseln 102 und 103 (Fig. 3).
Das gleiche Resultat kann auch mit -anderen Mitteln erzielt werden. Zum beispiel können in an deren, nicht dargestellten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung keine Drosseln vorgesehen sein. Statt dessen kann die Hauptströmung der Hilfs zellen (in Fig. 2 Strömungen 25, 27 und in Fig. 3 die Strömung 83) so angepasst sein, dass sie genügend Energie abgibt um Ausgangssignale zu erzeugen, welche die Stabilisation der von ihnen gesteuerten Zelle zu überwinden im Stande sind.
Andererseits müssen die Hauptströmungen der Hauptzellen 20, 22 in Fig. 2 und Strömung 83 in Fig. 3 eine solche Energie aufweisen, dass die von diesen erzeugten Ausgangs signale weniger Leistung entwickeln als notwendig ist, um die Stabilisation der Zellen, an welche sie angelegt sind, zu überwinden. Dies bedeutet, beispielsweise in Fig. 3, dass die Strömung 83 genügend Energie auf- weisen muss, um in den Verbindungslinien 104 und 105 und an den Eingängen 84 und 88 Signale zu er zeugen, welche die durch die Rückkopplungen 92 und 96 in der Zelle 80 erzeugte Stabilisation überwinden können.
Andererseits muss die Strömung 82 von solcher Energie sein, dass die in den Verbindungs linien 100 und<B>101</B> und an den Eingängen 85 und 89 erzeugten Signale weniger Leistung besitzen als not wendig ist, um die durch die Rückkopplungen 93 und 97 hergestellte Stabilisation zu überwinden.
In einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungs form der vorliegenden Erfindung kann das obige Resultat auch durch richtiges Dimensionieren der Fluidumkanäle erzielt werden. Der Querschnitt der Rückkopplungen kann zum Beispiel in den Haupt zellen entsprechend kleiner sein als in den Hilfszellen. Selbstverständlich kann das gleiche Resultat auch durch richtiges Bemessen der Querschnitte der zwei aufeinanderfolgende Zellen verbindenden Kanäle er zielt werden, wobei die die Hauptzellen speisenden Verbindungskanäle einen grösseren und die die Hilfs zellen speisenden Verbindungskanäle einen kleineren Querschnitt aufweisen.