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Hydromechanischer Impulsgeber, insbesondere für Datenausgabeeinrichtungen
Die Erfindung betrifft einen hydromechanischen Impulsgeber, bei dem eine aus einem
Hauptkanal austretende Hauptströmung über zwei Steuerkanäle durch hydraulische Steuerimpulse
in einen von zwei Zweigkanälen umlenkbar ist, wobei eine durch die Hauptströmung
druckbeaufschlagbare Rückkopplungsleitung zur Erzeugung eines Umsteuerimpulses am
Verzweigungspunkt der Kanäle angeordnet ist.
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Derartige, insbesondere in Datenausgabeeinrichtungen vorteilhaft einsetzbare
Impulsgeber sind als pneumatisch oder hydraulisch wirksame Verstärker bekanntgeworden
und arbeiten nach dem Prinzip der Umsteuerung einer kontinuierlichen Hauptströmung
durch eine Steuerströmung geringerer Energie. Das erhaltene Ausgangssignal ist dabei
um ein Vielfaches stärker als das eingegebene Steuersignal. Als besonders vorteilhaft
haben sich dabei solche Vorrichtungen bewährt, bei denen es mittels entsprechender
Anordnung und Gestaltung der Leitungen nicht notwendig ist, die Steuerströmung für
die Dauer der gewünschten Umsteuerung aufrechtzuerhalten, sondern bei denen ein
einzelner Steuerimpuls in Form eines Drucksignals genügt, die Umsteuerung einzuleiten
und aufrechtzuerhalten.
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Es sind weiterhin derartige Vorrichtungen bekannt, bei denen das hydraulische
bzw. pneumatische Ausgangssignal zur Betätigung eines beweglichen Elementes, z.
B. eines einfach wirksamen Kolbens, dient und die als Anzeigeeinrichtung, beispielsweise
für binäre Zähler, angewendet werden können. So ist in einer bekannten Vorrichtung,
die monostabil oder bistabil bzw. als Oszillator betrieben werden kann, der hydraulischen
Schaltvorrichtung eine strömungsbetätigte Vorrichtung nachgeschaltet, bezüglich
derer die hydraulische Schaltvorrichtung steuernd bzw. antreibend wirksam ist. Die
bekannte Vorrichtung ist aber wegen der getrennten Anordnung der Funktionsgruppen
für die Anforderungen, die bei Datenausgabeeinrichtungen meistenteils gestellt werden,
ungünstig.
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Durch die Erfindung wird demgegenüber die Aufgabe gelöst, eine strömungsbetätigte
Vorrichtung zu schaffen, in der sowohl der rein hydraulische als auch der mechanische
Teil organisch in einem vereinigt sind, wobei sich eine außerordentlich gedrungene
Bauweise und somit die Möglichkeit der Vereinigung einer größeren Anzahl von Grundeinheiten
zu einem Block ergibt. Diese Vorteile sind insbesondere dann sehr wesentlich, wenn
der Impulsgeber zur Betätigung von Datenausgabeeinrichtungen eingesetzt wird, wie
z. B. für die Lochstempel von Lochern und Stanzern sowie für die Druckdrähte bzw.
Druckhämmer von Druckwerken. Solche Einrichtungen müssen nämlich nicht nur mit hoher
Frequenz betrieben werden können und zuverlässig arbeiten, sondern insbesondere
auch möglichst wenig Baugröße beanspruchen, da für die einzelnen Loch-bzw. Druckstellen
in Lochern, Druckern usw. nur ein -sehr geringer Raum zur Verfügung steht. Bekanntlich
muß das zu betätigende Element, z. B. der Druckdraht, nicht nur jeweils eine Bewegung
in einer Richtung ausführen, wie es bei der binären Darstellung der Fall ist, sondern
bei jeder Betätigung im Anschluß an die Vorwärtsbewegung sofort eine Rückbewegung
ausführen, damit das Weiterschalten des verwendeten Aufzeichnungsträgers unmittelbar
nach dem Aufzeichnungsvorgang einsetzen kann.
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Die genannten Vorteile werden gemäß der Erfindung dadurch erreicht,
daß in einem der Zweigkanäle ein abdichtendes Organ beweglich angeordnet ist, das
entweder über diesen Kanal auf der einen Seite oder über den zweiten Zweigkanal
auf der anderen Seite dem Druck der Hauptströmung ausgesetzt ist und dabei die Rückkopplungsleitung
freigibt bzw. sperrt und das mit einem zu betätigenden Ausgabeelement verbunden
ist.
Nach der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird
dabei das bewegliche Organ zuerst über den einen Zweigkanal der Hauptströmung ausgesetzt
und zur Betätigung des Stempels, Druckdrahtes od. ä. vorgeschoben; der Druck in
diesem Zweigkanal wird gleichzeitg mit dieser Vorschubbewegung des Organs durch
Selbststeuerwirkung in die Rückkopplungsleitung geleitet und dadurch am Verzweigungspunkt
der Hauptströmung als -Steuerimpuls zur sofortigen Umsteuerung des Kolbens wirksam
gemacht, wodurch der Druckdraht unmittelbar nach seiner Vorwärtsbewegung rückgestellt
wird.
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Vorteilhaft ist das abdichtende Organ als Kolbenschieber ausgebildet
und über eine durch eine Lagerbuchse geführte Kolbenstange mit dem Ausgabeelement
verbunden. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung sind den
Zweigkanälen Auslaßöffnungen zugeordnet, die das Entstehen eines Staudrucks beim
jeweiligen Erreichen der Kolbenschieberendlagen verhindern.
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Nach einer weiteren Maßnahme mündet die Rückkopplungsleitung in den
auf der gleichen Seite des Hauptkanals befindlichen Steuerkanal. Es ist besonders
vorteilhaft, wenn der Querschnitt dieser Steuerleitung vor der Mündung der Rückkopplungsleitung
veränderbar ausgebildet ist. Dies kann gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung mittels eines Nadelventils erreicht werden.
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Ein besonderer Vorteil des Impulsgebers gemäß der Erfindung ist seine
Verwendungsmöglichkeit als plattenförmig ausgebildetes Grundelement in einem Block
aus mehreren- zusammengeschalteten Impulsgebern mit fluchtenden Druckzuführungs-
und -auslaßöffnungen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind dabei die Steuerkanäle
der Grundelemente direkt an die Empfangsleitungen einer pneumatischen Abfühlstation
für gelochte Aufzeichnungsträger angeschlossen.
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Weitere Einzelheiten ergeben sich an Hand der. Zeichnungen aus der
folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles eines hydromechanischen Impulsgebers
mit hydraulischer Wirkungsweise; selbstverständlich kann. die Vorrichtung auch pneumatisch
betrieben werden.
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F i g. 1 ist ein Schnitt durch einen hydromechanischen Impulsgeber
zur Betätigung eines Druckdrahtes eines Druckwerkes für Aufzeichnungsträger; F i
g. 2 ist ein Schnitt in der Ebene 2-2 von F i g. 1, und F i g. 3 ist die schaubildliche
Darstellung einer Anordnung von mehreren plattenförmig ausgebildeten Grundelementen
gemäß F i g. 1, die zu einem Block zusammengeschaltet sind, im Zusammenwirken mit
einer pneumatisch arbeitenden Abfühlstation für gelochte Aufzeichnungsträger.
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Gemäß F i g. 1 und 2 besteht der hydromechanische Impulsgeber aus
einem Gehäuse 10 mit einer Düse 11, durch die eine hydraulische Strömung aus einer
Einlaßöffnung 12 wahlweise einem von zwei Zweigkanälen 13,14 zugeführt wird. Steuerkanäle
15 und 16 münden etwa am Verzweigungspunkt der Zweigkanäle 13, 14 ein, in den gleichzeitig
die Düse 11 mündet. Die Kanäle 15 und 16 können wahlweise mit Druckflüssigkeit beschickt
werden, um die Strömung aus der Düse 11 zu einem der Zweigkanäle 14 bzw. 13 zu leiten.
Die äußeren Wandungen 13a, 14a der Zweigkanäle 13 bzw. 14 sind an der Mündung der
Düse 11 abgeschrägt. Dadurch entsteht bei X ein Bereich niedrigen Druckes, wenn
die Flüssigkeitsströmung in den Zweigkanal 13 geleitet wird, und die Strömung wird
durch Grenzschichtbeeinflussung an der Wand 13ct »festgehalten« und auch dann weiterhin
in den Zweigkanal 13 geleitet, wenn die Zufuhr von Druckflüssigkeit durch den Steuerkanal
16 nicht aufrechterhalten wird. Die Strömung kann demnach durch einen hydraulischen
Druckimpuls umgeschaltet werden und bleibt nach dem Wirksamwerden des Impulses umgeschaltet.
In entsprechender Weise entsteht ein Bereich niedrigen Druckes bei Y, wenn die Strömung
in den Zweigkanal geleitet wird: Die Strömung wird an der Wand 14a »festgehalten«
und bleibt in dieser Richtung gerichtet. Eine derartige Anordnung und Wirkungsweise
ist in der-Technik als bistabiler Flüssigkeitsverstärker mit Festhalteeffekt bekannt.
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Ein Kolbenschieber 17 ist längsverschieblich in einer Bohrung 18 angeordnet,
deren eines Ende in den Zweigkanal 14 und deren anderes Ende in eine gekrümmte Verlängerung
des Zweigkanals 13 einmündet. Der Kolbenschieber 17 ist zweifach wirksam und dient
sowohl als hydraulisch gesteuertes Betätigungsglied als auch als Steuerorgan für
eine eingeleitete Operation, indem er bei Zufuhr von Druckflüssigkeit zum Zweigkanal
14 eine Rückkopplungsverbindung zum Kanal 16 öffnet und diesem Druckflüssigkeit
zuführt; die Strömung wird dadurch aus dem Zweigkanal 14 in den Zweigkanal 13 umgelenkt,
dadurch der Kolben wieder in seine Normallage rückgestellt und gleichzeitig die
Verbindung zwischen den Kanälen 14 und 16 wieder getrennt.
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In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine Kolbenstange 19 koaxial
mit demjenigen Ende des Kolbenschiebers 17 verbunden, das dem im Zweigkanal 13 herrschenden
Druck ausgesetzt ist. Diese Kolbenstange ist durch die zentrale Bohrung einer Lagerbuchse
20 geführt, die zur verbesserten Führung der Kolbenstange eine abgesetzte Verlängerung
20a aufweist. Diese Lagerbuchse ist mittels eines Gewindes in die Bohrung 21 eingeschraubt,
die von der Außenseite des Gehäuses 10 mit der Bohrung 18 fluchtend nach innen verläuft
und in die Bohrung 18 koaxial einmündet. Im äußeren Ende der Kolbenstange 19 ist
durch eine Klemmhülse 23 ein Druckdraht 22 befestigt. Wie die Zeichnungen zeigen,
hat das Gehäuse 10 vorzugsweise die Form einer Platte und besteht aus Metall, Kunststoff
oder ähnlichem geeignetem Werkstoff. In jedem Gehäuse 10 sind durch Ätzen, Pressen
oder auf andere Weise die beschriebenen Kanäle und Öffnungen hergestellt. Alle Gehäuse
sind einander gleich und Seite an Seite zu einem Block miteinander verbunden. Am
Ende des Stapels ist an das letzte Gehäuse ein Druckrohr 25 angeschlossen, durch
das Flüssigkeit unter Druck zu den nebeneinanderliegenden Einlaßöffnungen 12 und
weiter zu den Düsen 11 jedes Gehäuses gefördert wird. Die am entgegengesetzten Ende
des Blokkes befindliche Einlaßöffnung 12 ist durch eine Platte 24 geschlossen.
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Gemäß den Zeichnungen hat jedes Gehäuse 10 außerdem eine Auslaßöffnung
24, die durch die Außenwand 13 a des Zweigkanals 13 führt, und eine Auslaßöffnung
27, die durch die Außenwand 14a des Zweigkanals 14 hindurchgeführt ist. Weiterhin
hat
jedes Gehäuse 10 eine Auslaßöffnung 28, die zwischen den Innenwänden
der Zweigkanäle 13,14 liegt und mit dem Verzweigungspunkt der Kanäle 13,14 verbunden
ist. Schließlich befindet sich in jedem Gehäuse eine Auslaßöffnung 29, die durch
eine Leitung 40 mit dem Kanal 16 nahe dem Düsenaustrittspunkt verbunden ist.
Die Öffnungen 26 bis 29 der einzelnen Gehäuse 10 sind jeweils koaxial zueinander
ausgerichtet und fluchten außerdem mit entsprechenden Öffnungen 26' bis 29' in der
Platte 24 (F i g. 2); die je zwei Enden dieser Öffnungen münden in den Atmosphärendruck
des äußeren Raumes.
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Beim Aneinanderreihen der einzelnen Gehäuse 10 gemäß F i g. 3 liegen
die einzelnen Druckdrähte 22 in einer gemeinsamen Reihe. Diese verläuft quer zu
der Richtung (Pfeil 32 in F i g. 1), in der ein Aufzeichnungsträger, z. B. ein Band
T, über eine Platte 33 transportiert wird. Diese Platte 33 enthält je eine Öffnung
für jeden Druckdraht, so daß dieser durch die Platte hindurch auf ein Farbband R
stoßen kann, hinter dem das Band T und eine .Schreibwalze P angeordnet sind.
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Auf diese Weise wird auf dem Band ein punktförmiger Abdruck erzeugt.
Das FarbbandR wird vorzugsweise senkrecht zur Richtung des Pfeils 32 in der Ebene
des Bandes langsam bewegt.
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Die beschriebene Anordnung kann auch als Kurvenzeichengerät verwendet
werden. In diesem Falle entspricht der Maßstab der Ordinatenpositionen dem vorbestimmten
Abstand der Druckdrähte voneinander, und die Abszissenpositionen weisen eine durch
die Transportgeschwindigkeit des Bandes T und einer Lochkarte C (F i g. 3) bestimmte
Zeitteilung auf.
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In dem gezeigten Ausführungsbeispiel werden die Druckdrähte 22 entsprechend
den aus der Karte C z. B. pneumatisch abgetasteten Daten betätigt. Das Druckmedium
wird über ein Zuführungsrohr 34 zu einem Verteiler 35 geleitet. Beim Transport der
Karte C in Richtung des Pfeiles 36 läuft die Karte mit geringem Abstand zwischen
den Mündungen der vomVerteiler nach unten gerichtetenLeitungsstutzen 37 und den
vertikal mit diesen ausgerichteten Mündungen der in einem Block 39 angeordneten
Empfangsleitungen 38 hindurch. Die Querabstände der Leitungen 37, 38 entsprechen
dem Abstand zwischen benachbarten Reihen der beispielsweise sechs Zeilen enthaltenden
Karte C. Bei der spaltenweisen Bewegung der Karte zwischen den Mündungen der Leitungen
37 und 38 hindurch wird daher Druckmedium aus dem Verteiler 35 immer dann zu einer
bestimmten Leitung 38 geführt, wenn die Karte an dieser Stelle eine Lochung aufweist.
Fluchtet keine Lochung mit einer der Leitungen 38, so wirkt die Karte als Dichtung
und verhindert die Zufuhr von Druckflüssigkeit zu den Leitungen 38 und den jeweiligen
Steuerkanälen 15 (F i g. 1) mit denen sie verbunden sind.
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Im folgenden wird nun die Wirkungsweise der Vorrichtung beschrieben.
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Zunächst sei als Ausgangslage angenommen, daß Druckmedium zu den Rohren
25 und 34 geleitet wird und daß die Karte C alle Steuerkanäle 15 gegen die Atmosphäre
und den Verteiler 35 abdichtet.
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Die durch die einzelnen Düsen 11 innerhalb jedes Gehäuses 10 zugeführte
Strömung wird zur Wand 13a »angesaugt«, da das Ende des Steuerkanals 15 durch
die Karte C abgedichtet ist, während der Steuerkanal 16 über die Leitung 40 und
die Auslaßöffnung 29 zur Atmosphäre hin. offen ist. Daher bleibt die Strömung an
der Wand 13 a haften und wird in den Zweigkanal 13 geleitet - auch wenn der Steuerkanal
15 zur Atmosphäre hin geöffnet würde, und zwar wegen des niedrigen Druckes, der
infolge der Abschrägung im Bereich X herrscht. Ein Teil der in den Zweigkanal 13
geleiteten Druckflüssigkeit bewegt den Kolbenschieber 17 in seine (untere) Normallage
(F i g. 1), und die restliche Druckflüssigkeit entweicht durch die Auslaßöffnungen
26, 28.
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Wenn eine Lochung in der Karte mit einem Leitungsstutzen 37 und einer
Empfangsleitung 38 fluchtet, wird Druckmedium aus dem Verteiler 35 über diese Leitungen
zum Steuerkana115 des zugeordneten Gehäuses 10 geleitet und ein hydraulischer Druckimpuls
zum Bereich X übertragen. Dadurch wird die Grenzschicht an der Wand 13 a beeinflußt
und bewirkt eine Ablösung von dieser Wand, die eine Umlenkung der Strömung in den
Zweigkanal 14 zur Folge hat. Dadurch fällt der Druck, der von der Oberseite (F i
g. 1) auf den Kolbenschieber wirksam war, ab, und der Kolbenschieber wird unter
der Wirkung des erhöhten Druckes im Zweigkanal 14 nach oben verstellt, wodurch der
mit ihm verbundene Druckdraht 22 gegen das Farbband R und das Band T gestoßen wird.
Die Strömung fließt nun durch die Auslaßöffnungen 27 bis 29 ab.
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Bei der Aufwärtsbewegung des Kolbenschiebers 17 öffnet dieser für-
den Kanal 14 eine Rückkopplungsverbindung über den Steuerkanal 1.6, so daß ein Teil
der Druckflüssigkeit aus dem Kanal 14 zum Bereich Y zurückfließen kann. Dadurch
wird nun die Grenzschicht der vorher beschriebenen Strömung von der Wand 14a abgesaugt,
die Strömung abgelöst und wieder in den Kanal 13 geleitet. Die Zufuhr von Druckflüssigkeit
zum Kanal 14 ist damit beendet, und der Kolbenschieber 17 wird unter der Wirkung
der in der Ausgangsstellung herrschenden Druckverhältnisse in seine Ausgangslage
zurückgestellt.
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Bei der beschriebenen Anordnung ist vorausgesetzt worden, daß der
wirksame Querschnitt der Leitung 40 im Verhältnis zum Querschnitt der Steuerkanäle
15, 16 groß genug ist, um die Bildung eines Unterdruckfeldes im Bereich Y zu verhindern,
durch das bei Öffnungen des Kanals 15 zur Atmosphäre die Strömung an der Wand 14
a festgehalten würde. Daher arbeitet die beschriebene Vorrichtung monostabil, Kolbenschieber
17 und Druckdraht 22 befinden sich also an sich in ihrer Normallage gemäß F i g.
1 und werden nur kurzzeitig in ihre wirksame (Druck-)Lage gebracht, wenn der Steuerkanal
15 einen Druckimpuls erhält.
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Wird dagegen angenommen, daß der Querschnitt der Leitung 40 wesentlich
kleiner oder diese Leitung ganz weggelassen ist, so entsteht für die .Strömung an
der Wand 14a eine Saugwirkung, wenn der Steuerkanal 15 zur Atmosphäre geöffnet
ist. Jedesmal, wenn nun die Strömung in den Kanal 14 umgeleitet wird, verschiebt
sie aber in der beschriebenen Weise den Kolbenschieber, dieser öffnet die Rückkopplungsverbindung
und saugt so die Grenzschicht an der Wand 14 a ab, wodurch die .Strömung vorübergehend
bis zum erneuten Schließen des Ventils in den Kanal 13 geleitet wird. Dann
aber wird sofort die Strömung wieder in den Kanal 14 gezogen. Die so gestaltete
Vorrichtung arbeitet also als Oszillator, indem der Druckdraht 22 fortlaufend betätigt
wird,
solange aus der Düse 11 eine Strömung austritt.
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Durch Zwischenschaltung eines Nadelventils (nicht gezeigt) in die
Leitung 40, also zwischen den Steuerkanal 16 und die zugehörige Auslaßöffnung 29,
kann die Vorrichtung wahlweise entweder als monostabile oder als Oszillatoranordnung
verwendet werden.
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Die Auslaßöffnungen 26, 27, 28 verhindern das Entstehen eines Staudrucks
beim jeweiligen Erreichen der Kolbenschieberendlagen.