DE1258276B - Digital-Analog-Umsetzer - Google Patents

Digital-Analog-Umsetzer

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DE1258276B
DE1258276B DEL40051A DEL0040051A DE1258276B DE 1258276 B DE1258276 B DE 1258276B DE L40051 A DEL40051 A DE L40051A DE L0040051 A DEL0040051 A DE L0040051A DE 1258276 B DE1258276 B DE 1258276B
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DE
Germany
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valve
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valves
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analog
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Application number
DEL40051A
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English (en)
Inventor
Herbert Ernyei
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Lignes Telegraphiques et Telephoniques LTT SA
Original Assignee
Lignes Telegraphiques et Telephoniques LTT SA
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Publication date
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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B21/00Common features of fluid actuator systems; Fluid-pressure actuator systems or details thereof, not covered by any other group of this subclass
    • F15B21/08Servomotor systems incorporating electrically operated control means

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Magnetically Actuated Valves (AREA)

Description

  • Digital-Analog-Umsetzer Die Erfindung bezieht sich auf einen Digital-Analog-Umsetzer zur Umsetzung von binär verschlüsselten Daten in eine analoge physikalische Größe, bei welchem jeder Binärstelle ein Organ mit zwei stabilen Zuständen zugeordnet ist, das je nach dem Zahlenwert des entsprechenden Binärsignals nichts oder einen dem Stellenwert proportionalen Anteil zu der analogen physikalischen Größe beiträgt.
  • Die bekannten Digital-Analog-Umsetzer dieser Art arbeiteten durchwegs auf elektrischem Wege, wobei die analoge physikalische Größe gewöhnlich in einem Strom oder einer Spannung bestand und die Anteile dieser Größe beispielsweise durch Elektronenröhren, Transistoren oder ähnliche Steuerorgane gesteuert wurden. Die Bemessung der proportionalen Anteile erfolgte beispielsweise durch entsprechende Widerstände, die in die verschiedenen Stromzweige eingefügt waren.
  • Wenn derartige Digital-Analog-Umsetzer zur Steuerung mechanischer Bewegungen benötigt wurden, wie es beispielsweise in Regelanordnungen häufig der Fall ist, mußte die erzielte elektrische Analoggröße noch in eine mechanische, hydraulische oder pneumatische Größe umgewandelt werden.
  • Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Digital-Analog-Umsetzer zu schaffen, mit welchem bei Zuführung von binären elektrischen Signalen unmittelbar eine hydraulische analoge Ausgangsgröße erhalten wird.
  • Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß die Organe elektromagnetische Ventile sind, die parallel zueinander in einem Strömungsweg angeordnet sind, und deren Steuerwicklungen von den zugeordneten Binärsignalen so gesteuert werden, daß jedes Ventil entsprechend dem Zahlenwert in der betreffenden Binärstelle entweder ganz geschlossen oder ganz offen ist, daß der Strömungsquerschnitt jedes Ventils so bemessen ist, daß die Strömungsmenge bei ganz offenem Ventil dem Stellenwert der zugeordneten Binärstelle proportional ist, und daß die Gesamtströmung an der Austrittsseite der Ventile die analoge physikalische Größe darstellt.
  • Bei dem nach der Erfindung ausgeführten Digital-Analog-Umsetzer werden die verschiedenen Strömungsquerschnitte der einzelnen Ventile unmittelbar in Abhängigkeit von den zugeführten Binärsignalen so gesteuert, daß diejenigen Strömungsquerschnitte geöffnet sind, deren zugeordnete Binärsignale dem Wert »Eins« entsprechen, während diejenigen Strömungsquerschnitte geschlossen sind, deren zugeordnete Strömungsquerschnitte dem Wert »Null« entsprechen. Die Gesamtströmung entspricht daher der Summe der Stellenwerte, denen die Ziffer »Eins« zugeordnet ist, und somit der durch die Binärsignale dargestellten Zahl.
  • Der erfindungsgemäße Digital-Analog-Umsetzer kann unter Verwendung von handelsüblichen Ventilen aufgebaut werden, wobei nur eine geringe Anzahl von verschiedenen Ventiltypen benötigt wird. Er läßt sich mit beliebig großer Genauigkeit ausführen.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die elektromagnetischen Ventile in einem gemeinsamen, scheibenförmigen Ventilgehäuse angeordnet sind, das drei parallele, flache Hohlräume enthält, von denen der mittlere Hohlraum mit dem Einlaß und die beiden äußeren Hohlräume mit dem Auslaß für das Strömungsmittel verbunden sind, daß jedem Ventil zwei Ventilsitze zugeordnet sind, die gleichachsig zueinander in den Trennwänden zwischen dem mittleren Hohlraum und den beiden äußeren Hohlräumen angebracht sind, und daß jedes Ventil zwei Ventilteller aufweist, welche jeweils mit einem der beiden Ventilsitze zusammenwirken und an einer gemeinsamen Ventilbetätigungsstange sitzen.
  • Diese Ausbildung gewährleistet, daß die Betriebsverhältnisse der einzelnen Ventile im wesentlichen gleich sind und daß sich die verschieden großen Strömungen der jeweils offenen Ventile gegenseitig nicht beeinflussen, so daß der Betrieb des Umsetzers unabhängig von der jeweils umzusetzenden Zahl ist. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigt F i g. 1 einen Schnitt durch ein nach der Erfindung ausgeführtes Ventil des Typs »auf-zu«, F i g. 2 eine Oberansicht des Umsetzers nach der Erfindung und F i g. 3 einen Schnitt durch den Umsetzer von F i g. 2.
  • F i g. 1 zeigt in Einzelheiten ein entlastetes Ventil des Typs »auf-zu«, das nach der Erfindung abgeändert ist, damit eine Feineinstellung des Durchflusses auf den Wert möglich ist, der dem Stellenwert der zugeordneten Binärstelle proportional ist. Die Zeichnung zeigt den Einlaß 1 und Auslaß 2 des Ventils sowie das Gehäuse 3, das in Verbindung mit den Klemmteilen 4 und 5 die Befestigung der aktiven Teile des Ventils bewirkt. Diese bestehen hauptsächlich aus der Ventilstange 6, welche die Ventilteller 7 und 8 trägt, die auf den Ventilsitzen 9 und 10 ruhen. In der Zeichnung ist das Ventil in seiner geschlossenen Stellung gezeigt, d. h. in der Stellung, in der die Ventilstange durch den Anker 11 des Elektromagnets nach oben gezogen wird. Beim Fehlen der vom Magnet ausgeübten Anziehungskraft fällt die Stange unter der Wirkung einer Feder zurück, die sich am oberen Ende des Ankers abstützt, und das untere Ende der Stange kommt auf das Ende der Einstellschraube 12 zu liegen. Die Stellung dieser Schraube bildet eines der Mittel zur Feineinstellung des Durchflusses nach der Erfindung. Sobald die Einstellung durchgeführt ist, wird die Schraube durch die Gegenmutter 13 blockiert, und ein mit dem Ventilgehäuse verbundener abgedichteter Pfropfen 14 vervollständigt den so gebildeten mechanischen Aufbau der Anordnung. Das zweite zur Feineinstellung des Durchflusses dienende Mittel besteht aus den zwei Schürzen 15 und 16, welche mit den Ventiltellern 7 und 8 verbunden sind. Das Profil der Schürzen ändert das Profil des Weges, welcher sich für das Strömungsmittel öffnet, wenn das Ventil offen ist. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, tritt das von dem Ei,nlaß 1 kommende Strömungsmittel durch die Öffnungen 17, und es fließt durch die Leitung, welche sich zwischen den Ventiltellern und den Ventilsitzen gebildet hat. Dann dringt es durch die Öffnungen 19 in das Auslaßleitungssystem ein. Der dem Strömungsmittel entgegengesetzte Widerstand ist durch die Kombination des Profils der Schürze und des vertikalen Hubs der Ventilstange 6 bestimmt. Die Einstellschraube 12 und die beiden Ventilsitze 9 und 10 sind mit den Klemmteilen 4 und 5 durch die Zwischenstücke 20 fest verbunden, die aus einem Metall hergestellt sind, welches denselben Dehnungskoeffizienten wie die Ventilstange 6 und die Ventilsitze und Schürzen hat. So wird erreicht, daß bei jeder Temperatur der ganzen Ventilanordnung die Durchflußwege für das Strömungsmittel in der offenen Stellung denselben Widerstand haben, da die aus den beweglichen Teilen des Ventils und aus den den Strömungsweg begrenzenden feststehenden Teilen gebildeten Anordnung sich hinsichtlich der Ausdehnungen wie ein einstückiges Gebilde verhält. Es ist unnötig, hier auf die besonderen Vorsichtsmaßnahmen, die zur Erzielung einer guten Abdichtung des Ventils angewendet werden, hinzuweisen, da diese Maßnahmen den Fachleuten allgemein bekannt sind und nicht zu der Erfindung gehören. In F i g. 2 ist in Oberansicht ein Umsetzer nach der Erfindung gezeigt, und F i g. 3 stellt einen Schnitt durch die gleiche Anordnung entlang der Achse X -X' dar. Bei 30 und 31 sind der Einlaß bzw. der Auslaß für das Strömungsmittel gezeigt. Der Umsetzer besteht im wesentlichen aus einer Scheibe 32, in welcher drei runde Hohlräume 33, 34 und 35 angebracht sind, die in F i g. 3 im Schnitt erkennbar sind. Wie zu erkennen ist, steht der Hohlraum 33 mit dem Strömungsmitteleinlaß 30 in Verbindung, und die beiden Hohlräume 34 und 35 speisen parallel den Auslaß 31. Der Hohlraum 33 entspricht dem Strömungsmitteleinlaß 1 (F i g.1), und die Hohlräume 34 und 35 entsprechen dem Auslaß 2. Die Hohlräume 34 und 35 sind fast entlang ihrem ganzen Umfang miteinander verbunden. Die Ventile sind auf beiden Seiten der Scheibe angeordnet, damit das Gesamtausmaß des Umsetzers vermindert wird. Wie aus F i g. 2 und 3 ersichtlich, enthält der Umsetzer sieben verschiedene Ventile, die bei dem dargestellten Beispiel zwei verschiedenen Typen angehören. Da die Feineinstellung des Durchflusses zur Wiedergabe des Stellenwertes, der der zugeordneten Binärstelle proportional ist, durch die Kombination der Wirkung der Einstellschraube, der Verstellung der Ventilstange und durch die auf den Ventiltellern angebrachte Schürze erfolgt, ist es möglich, mehrere verschiedene Stellenwerte mit dem gleichen Ventilmodell einzustellen. Die Anzahl der in dem Umsetzer verwendeten Ventile wird einfach durch die Höchstzahl der Binärziffern bestimmt, welche der höchste Wert beinhalten kann, der in dem betreffenden System verschlüsselt werden kann. Wie ersichtlich ist, sind die Ventile 36; 37 und 38 oberhalb der Scheibe und die anderen Ventile unterhalb der Scheibe angebracht. Es ist selbstverständlich, daß die Anordnung der Ventile auf der Scheibe beliebig und hauptsächlich durch die Anzahl der Ventile bestimmt ist.
  • Es ist offensichtlich, daß die unter Bezug auf F i g.1 beschriebene Ventilausführung keinesfalls die einzig geeignete Ausführung darstellt, welche zum Aufbau eines Umsetzers nach der Erfindung verwendet werden kann. Vielmehr ist jeder beliebige Typ geeignet, der so ausgeführt ist, daß die zur Ausführung der Erfindung erforderlichen Maßnahmen getroffen werden können. Die Erfindung wurde mit einer entlasteten Ventilausführung erläutert, weil dieser Typ sich für den Bau eines Umsetzers am besten eignete; es können aber auch andere Ventilausführungen verwendet werden, insbesondere Ventile mit Servozylinder.

Claims (7)

  1. Patentansprüche: 1. Digital-Analog-Umsetzer zur Umsetzung von binär verschlüsselten Daten in eine analoge physikalische Größe, bei welchem jeder Binärstelle ein Organ mit zwei stabilen Zuständen zugeordnet ist, das je nach dem Zahlenwert des entsprechenden Binärsignals nichts oder einen dem Stellenwert proportionalen Anteil zu der analogen physikalischen Größe beiträgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Organe elektromagnetische Ventile (36, 37, 38) sind, die parallel zueinanderin einem Strömungsweg (30, 31, 33, 34) angeordnet sind, und deren Steuerwicklungen von den zugeordneten Binärsignalen so gesteuert werden, daß jedes Ventil entsprechend dem Zahlenwert in der betreffenden Binärstelle entweder ganz geschlossen oder ganz offen ist, daß der Strömungsquerschnitt jedes Ventils (zwischen 7 und 9 bzw. 8 und 10) so bemessen ist, daß die Strömungsmenge bei ganz offenem Ventil dem Stellenwert der zugeordneten Binärstelle proportional ist, und daß die Gesamtströmung an der Austrittsseite (31) der Ventile die analoge physikalische Größe darstellt.
  2. 2. Digital-Analog-Umsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetischen Ventile (36, 37, 38) in einem gemeinsamen, scheibenförmigen Ventilgehäuse (32) angeordnet sind, das drei parallele, flache Hohlräume (33, 34, 35) enthält, von denen der mittlere Hohlraum (33) mit dem Einlaß (30) und die beiden äußeren Hohlräume (34, 35) mit dem Auslaß (31) für das Strömungsmittel verbunden sind, daß jedem Ventil (36, 37, 38) zwei Ventilsitze (9, 10) zugeordnet sind, die gleichachsig zueinander in den Trennwänden zwischen dem mittleren Hohlraum (33) und den beiden äußeren Hohlräumen (34, 35) angebracht sind, und daß jedes Ventil (36, 37, 38) zwei Ventilteller (7, 8) aufweist, welche jeweils mit einem der beiden Ventilsitze zusammenwirken und an einer gemeinsamen Ventilbetätigungsstange sitzen.
  3. 3. Umsetzer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilteller (7, 8) Schürzen (15, 16) zur Begrenzung des Strömungsweges tragen.
  4. 4. Umsetzer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Ventil eine Einstellschraube (12, 13) zur Einstellung des Hubs der Ventilstange (6) enthält, die in den Weg der Ventilstange ragt.
  5. 5. Umsetzer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellschraube (12, 13) mit den Ventilsitzen (9, 10) über Zwischenstücke (20) verbunden ist, die den gleichen Ausdehnungskoeffizienten wie die Ventilsitze (9, 10) und die Ventilstange (6) haben.
  6. 6. Umsetzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Umsetzer weitgehend rotationssymmetrisch ist.
  7. 7. Umsetzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile (36, 37, 38) entlastet sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1025 692, 1025 693, 1037 788, 1038 857; britische Patentschriften Nr. 352 091, 636 363; USA.-Patentschrift Nr. 2 694 544.
DEL40051A 1960-10-07 1961-09-20 Digital-Analog-Umsetzer Pending DE1258276B (de)

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