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Schrittschaltmechanismus für digitale Daten verarbeitende Vorrichtungen
Die Erfindung bezieht sich auf einen Schrittschaltmechanismus für digitale Daten
verarbeitende Vorrichtungen mit mindestens einem in einer vorgegebenen Richtung
bewegbaren, mehrere Zähne tragenden Körper, zum Betreiben mit einem gasförmigen
oder flüssigen Medium.
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Die üblichen Schrittschaltmechanismen werden hauptsächlich mechanisch
oder elektrornechanisch in Gang gesetzt. Da sich mit Medien betriebene Verstärker
für digitale Daten verarbeitende Verfahren als leicht anpaßbar erwiesen haben, hat
man Daten verarbeitende Einrichtungen entwickelt, in denen die logischen Verknüpfungen
mit strömenden Medien durchgeführt werden. Während in den elektrischen, Daten verarbeitenden
Verfahren auf elektrische Im-,pulse ansprechende Schaltungen benutzt werden, benötigen
die mit Medien betriebenen Einrichtungen Geräte, die mit Strömungsimpulsen arbeiten.
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Es ist bekannt, in einer Vorrichtung zum Transport von Bändern, Blättern
oder ähnlichen Gegenständen einen Freistrahlverstärker vorzusehen, der einerseits
mit der Hauptquelle eines flüssigen oder gasförinigen Mediums und andererseits mit
zwei in entgegengesetzter Richtung ständig angetriebenen Trommeln in Verbindung
steht, von deren gelochter Außenfläche der Gegenstand durch körperliche Reibung
in der einen oder anderen Richtung mitgeführt wird. Um die Antriebsrichtung und/oder
-geschwindigkeit des Gegenstandes beeinflussen zu können, sind an dem besagten Strahlverstärker
ferner zwei Steuersignalquellen derart angeschlossen, daß gleichzeitig zwei Strahlströme,
die je ein Steuersignal darstellen, gegeneinander und auf die aus der Hauptquelle
kommende Strömung zur Einwirkung gebracht werden. Falls der eine steuernde Strahlstrom
stärker als der andere ist, wird diese Strömung so abgelenkt, daß ihr größerer Anteil
zu der einen Trommel und ein kleinerer Restanteil zur anderen Trommel gelangt. Weil
dann der Druck an der Oberfläche der ersten Trommel gesteigert wird, nimmt die Reibung
zwischen ihr und dem Gegenstand ab, so daß dieser von ihr schlechter mitgenommen
werden kann und sich daher seine Geschwindigkeit verringert. Schließlich bleibt
der Gegenstand stehen und kehrt seine Richtung um, da er von der anderen Trommel
mitgeführt wird. In Abhängigkeit von den dem Verstärker zugeleiteten steuernden
Strahlströmen hebt das Medium der Hauptströmung den Gegenstand mehr oder minder
stark von der einen oder anderen treibenden Trommeloberfläche ab.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schrittschaltmechanismus
für digitale Daten verarbeitende Vorrichtungen mit mindestens einem in einer vorgegebenen
Richtung bewegbaren, mehrere Zähne tragenden Körper mit einem gasförmigen oder flüssigen
Medium zu betreiben.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zähne des
Körpers zwei sich gegenüberliegende, zur Zahnbasis asymmetrische Seitenflächen aufweisen,
die am Zahnscheitel aneinanderstoßen, daß zwischen je zwei benachbarten Zähnen
ein Loch zur Aufnahme des Mediums in den Körper hineinläuft und daß der Abstand
zwischen zwei Düsen, die neben dem Körper angeordnet sind und die Ausgänge einer
digitale Daten verarbeitenden Vorrichtung bilden, derart gewählt ist, daß bei Ausrichtung
der einen Düse auf das Loch die andere Düse gegen die eine der beiden asymmetrischen
Seitenflächen des Zahns gerichtet ist.
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Auf diesen Körper, der das Schaltrad des Schrittschaltmechanismus
darstellt, wirken daher zwei Strömungen des Mediums ein, von denen zuerst die Drehung
des Schaltrades herbeigeführt und dann nach der Drehung um einen bestimmten Winkel
das Schaltrad gesperrt wird. Die beiden Strömungen können dabei aus einem bekannten,
mit einem Medium betriebenen Freistrahlverstärker austreten.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher erläutert. Die Einzelheiten der Figuren geben die zu
patentierenden Merkmale wieder.
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F i g. 1 a und 1 b zeigen einen bevorzugten Schrittschaltmechanismus
gemäß der Erfindung von der Seite bzw. von oben;
F i g. 2
zeigt eine weitere Ausführungsform des Schrittschaltmechanismus gemäß der Erfindung.
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Gemäß den F i g. la und lb wird ein drehbares Rad
10 abwechselnd von Strahlströmen eines Mediums (Gas oder Flüssigkeit) angetrieben,
die von einem mit reinen Medien arbeitenden Verstärker abgegeben werden. Das Schaltrad
10 ist auf einer Welle 12 drehbar gelagert, die ihrerseits mit einer die
Drehung ausnutzenden Vorrichtung 14, z. B. einem Zähler, verbunden sein kann, der
auf die Drehung der Welle anspricht. Am Rad 10 befinden sich mehrere Zähne
16 bis 23, die in gewissen Winkelabständen um dieAchse12angeordnet
sind. EineVorderflächeabzw. gegenüberliegende Rückfläche b sind an einem
Scheitel c verbunden, der seinerseits im Hinblick auf die Basis der Flächen a und
b asymmetrisch liegt, wie später näher erläutert ist. Zwischen der Basis
von zwei benachbarten Zähnen befindet sich je eine das Medium aufnehmende Öffnung
25 bis 32 (F i g. 1 a und 1 b). Diese Öffnungen oder
Löcher stehen über je eine Innenbohrung 33 bis 40 mit einer in der
Mitte des Rades 10 gelegenen Aufnahmekammer 42 für das Medium in Verbindung,
mit der über die hohle Achse 12 ein Vorratsbehälter verbunden ist; je nach Wunsch
kann das Medium durch gewisse Bohrungen in ein Loch eintreten, das sich auf der
einen Seite des Rades befindet, und frei aus der gegenüberliegenden Seite des Rades
austreten. Diese letztere Anordnung ist für ein Rad mit einer geraden Zahl von Zähnen
besonders geeignet, da je zwei Bohrungen diametral gegenüberliegen, wenn
der Abstand zwischen den Zähnen gleich ist.
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Ferner sind in F i g. 1 a zwei Düsen 44 und 46 zu sehen, die
in einem bestimmten Winkelabstand am Radumfang außerhalb des Rades liegen und so
orientiert sind, daß sie einen Strahlstrom des Mediums etwa radial auf die Achse
des Rades richten, der auf eine Fläche des unmittelbar neben der Düse befindlichen
Zahnes auftrifft. Mit anderen Worten ausgedrückt, sind die Düsen derart orientiert,
daß der aus ihnen austretende Strahl am Auftreffpunkt auf dem Zahn etwa senkrecht
auf der gekrümmten Linie steht, die die Teile des Rades bei der Drehung durchlaufen.
Wie später ausführlich beschrieben sei, ist der spezielle Abstand zwischen den Düsen
44 und 46 relativ zur asymmetrischen Lage der Zahnscheitel c und der aufnehmenden
Löcher 25 bis 32 so gewählt, daß die abwechselnd in den Düsen 44 und
46 erscheinenden Strahlströme eine stufenweise Drehung des Rades in der einen Richtung
bewirken.
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Bei der bevorzugten Ausführungsform des Schrittschaltmechanismus werden
die reinen Medien den Düsen 44 und 46 von einem Verstärker 48 in der richtigen Reihenfolge
zugeführt, damit sich eine stufenweise Drehung des Rades ergibt. Ein typischer,
mit einem reinen Medium arbeitender Verstärker (F i g. la) enthält einen
Einlaßkanal für die Hauptströmung, der neben einer Düse 52 in der einen Abschlußwand
einer Kammer 54 endigt, an deren entgegengesetztem Ende Auslaßzweigkanäle
56 und 58
für die Hauptströmung mit Hilfe einer Verteilerspitze
60 zerteilt sind. Zwei Kanäle 62 und 64 für einander entgegen-erichtete,
dem Steuern dienende Strömungen treten etwa im rechten Winkel zur Strömungsachse
der Düsenöffnung 52 für die Hauptströmung ebenfalls in die Kammer 54 ein.
Dem Kanal 50 wird von einer normalerweise ununterbrochen arbeitenden Quelle
68 eine Hauptströmung von ziemlich starker Energie zugeführt. Die Steuerströmungen
werden von wahlweise betätigten Quellen 74 und 76 über je eine Leitung
70 bzw. 72 dem Kanal 62 bzw. 64 zugeführt. Wie es dem Fachmann
auf dem Gebiet der reinen Medien bekannt ist, kann die vom Kanal 50 in die
Kammer 54 eintretende Hauptströmung als Ganzes so abgelenkt werden, daß sie ohne
Verlust ihres Zusammenhangs den Verstärker entweder über den Kanal 56 oder
über den Kanal 58 verläßt. Die Ablenkung geschieht dadurch, daß dem einen
Einlaßkanal der Steuerströmung ein Signal aufgeprägt wird. In einem mit einem reinen
Medium betriebenen Verstärker, in dem ein Momentenaustausch erfolgt, tritt das dem
Steuerkanal 64 zugeführte Medium als Strahl in die Kammer 54 ein und trifft auf
den Strahl der Hauptströmung, der aus der Düsenöffnung 52 austritt. Der steuernde
Strahl kann eine weit niedrigere Energie als der Hauptstrahl aufweisen; infolge
des Momentenaustausches bewirkt er, daß der Hauptstrahl in der Kammer 54 um einen
solchen Winkel schwenkt, daß dieser völlig durch den Auslaßkanal 58 hindurchgeht.
Umgekehrt tritt das als steuernde Strömung zugeführte Medium in Form eines Strahles
mit ziemlich geringer Energie in die Kammer 54 ein und trifft dort auf den Strahl
der Hauptströmung, der in den Auslaßkanal 56 gelenkt wird. Andere Verstärker
dieser Art können in der Weise arbeiten, daß dem einen Steuerkanal ein Unterdruck
aufgeprägt wird, wodurch quer zur Hauptströmung ein Druckgradient erzeugt wird,
der seinerseits eine Ablenkung in den einen Auslaßkanal bewirkt. Fernerhin kann
die Hauptströmung nach Beendigung des vom Medium übertragenen Steuersignals in dem
einen oder in beiden Auslaßkanälen stabil sein. Ein anderer Weg, eine derartige
Stabilität zu erzielen, besteht darin, den Verstärker so zu konstruieren, daß er
eine Sperrerscheinung an seiner Grenzschicht verursacht. Diese Erscheinung tritt
dann auf, wenn die Hauptströmung beim Durchgang durch den Auslaßkanal das Medium
zwischen sich und der benachbarten Seitenwand der Kammer 54 mitreißt, wodurch der
Druck in diesem Bereich gesenkt wird. Hierdurch entsteht von selbst ein Druckgradient,
der die Ablenkung der Hauptströmung aufrechterhält, selbst nachdem das Steuersignal
verschwunden ist. Andere Arten von stabilen, mit einem Medium arbeitenden Verstärkern
benutzen Rückkopplungskanäle, die von den Kanälen der Hauptströmung aus angezapft
werden, damit das Medium der Steuerströmung ständig auf die Hauptströmung auftrifft.
Die Kanäle und Düsen 44 und 46 des Verstärkers können in einem einheitlichen Körper
untergebracht sein, der eine mittlere Scheibe 78 aufweist, in der die Kanäle
ausgeschnitten oder herausgeätzt sind, und der zur Bildung der Deck- und Bodenwand
der Kanäle eine obere und untere Deckplatte 80 bzw. 82 trägt. Hierdurch
ergeben sich Kanäle mit rechteckigem Strömungsquerschnitt, der besonders geeignet
ist, wenn zahlreiche mit Medien arbeitende Verstärker in einem möglichst kleinen
Raum untergebracht werden müssen. Es können natürlich für die Kanäle auch andere
Querschnittsformen angewendet werden.
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Im allgemeinen wird die Ausführungsform der F i g. 1 a und
1 b in der folgenden Weise betrieben, wobei der Zyklus in der dargestellten
Lage des Rades 10 beginnt. Es sei angenommen, daß die Quelle 76
zeitweilig
das Medium als steuernde Strömung abgibt, damit die Hauptströmung durch den Auslaßkanal
58
gelenkt wird. Diese im Kanal 58 vorhandene Hauptströmung
tritt über die Düse 44 aus und folgt einer radialen Bahn in Richtung auf das Loch
32 des Rades 10. Dieses Loch 32 und die verbindende Bohrung
40 sind bereits auf die Bahn der Hauptströmung ausgerichtet, so daß das aus der
Düse 44 austretende Medium in die Kammer 42 gelangt und in den meisten Fällen durch
die gegenüberliegende Bohrung 36 aus dem Loch28 in die äußere Umgebung austritt.
Wenn jedoch das Rad 10 etwas aus der in F i g. la angegebenen Stellung
gegen den Uhrzeigersinn abgewichen wäre, würde die aus der Düse44 austretende Strömung
zumindest teilweise durch die Fläche a des Zahns 16 behindert werden,
wodurch ein vollständiges Durchtreten zum gegenüberliegenden Loch28 nicht möglich
ist. In der zuletzt erwähnten Stellung würde das Rad von der Kraft des Strahls,
der aus der Düse44 austritt und auf die Fläche a des Zahns 16 wirkt, etwas
im Uhrzeigersinn gedreht, bis das Loch32 genau auf den Strahl aus der Düse 44 ausgerichtet
ist. Solange wie der Strahl aus der Düse44 austritt, wird das Rad unter der Wirkung
des in das Loch 32 eintretenden Strahls in der vorgegebenen Winkelstellung
festgehalten oder versperrt. Dies rührt daher, weil jede andere, nicht im Gleichgewicht
stehende Kraft, die von außen auf das Rad 1.0 wirkt und es aus der ausgerichteten
Lage herauszudrehen sucht, den aus der Düse 44 austretenden Strahl auf die Fläche
a des Zahns 16 oder die Fläche b des Zahns 23 bringen
würde, wodurch eine tangentiale Gegenkraftkomponente entsteht, die das Loch
32 auf den Strahl auszurichten sucht.
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Wenn nun das steuernde Medium dem Kanal 62
des Verstärkers 48
zugeführt wird, wird die Hauptströmung zum Auslaßkanal 56 geleitet, so daß
der Strahl aus der Düse 46 austritt. Wenn das Rad 10 zu diesem Zeitpunkt,
in dem der aus der Düse 46 austretende Strahl auf der Fläche b des Zahns
23 aufzutreffen beginnt, die in F i g. 1 a angegebene Lage einnimmt,
wird eine tangentiale Kraftkomponente erzeugt, die das Rad 10 gegen den Uhrzeigersinn
dreht, bis das Loch 32 auf den aus der Düse 46 austretenden Strahl ausgerichtet
ist. Diese Ausrichtung des Loches 32 bedeutet auch, daß infolge der Drehung
des Rades 10 die radiale Bahn des aus der Düse 44 austretenden Strahls auf
die Fläche b des Zahns 16
auftreffen würde. Folglich erzeugt ein Strahl,
der nach Beendigung des aus der Düse 46 austretenden Strahls anschließend von der
Düse 44 aus zugeführt wird, eine tangentiale Kraftkomponente gegen den Uhrzeigersinn,
die das Rad 10 dreht, bis das Loch 25
auf die Düse 44 ausgerichtet
ist. Infolge dieser Ausrichtung des Loches 25 wird die Fläche b des
Zahns 16 ebenfalls in die radiale Bahn des aus der Düse 46 kommenden Strahls
gestellt. Wenn der aus der Düse 44 kommende Strahl nochmals unterbrochen wird und
der aus der Düse 46 kommende Strahl einsetzt (z. B. infolge einer richtigen Umlenkung
der Hauptströmung vom Auslaßkanal 58 zum Auslaßkanal 56),
erfolgt eine
weitere stufenweise Bewegung des Rades 10 gegen den Uhrzeigersinn, wodurch
das Loch 25
auf die Düse 46 ausgerichtet und die Fläche b des Zahns
1.7 in die Linie der Düse 44 gestellt wird. Wie beachtet sei, bewirkt eine
abwechselnde Umschaltung des durch den Verstärker strömenden Mediums zwischen den
Düsen 44 und 46 eine genaue Einstellung des Winkels des Rades 10, bei der
die aus der erregten Düse 44 oder 46 austretende Strömung in ein spezielles Loch
zwischen den Zähnen eintritt und durch dieses hindurch das diametral gegenüberliegende
Loch verläßt, was eine stabile Lage darstellt.
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Die Prinzipien der Erfindung liegen auch der Konstruktion nach F i
g. 2 zugrunde, bei der ein mehrere Zähne tragender Körper 90 als Zahnstange
zumindest in der Richtung eines Pfeils 92 geradlinig bewegbar ist. Die Zahnstange
90 trägt zahlreiche Zähne 93 bis 96, deren Vorderfläche a und
Rückfläche b am Scheitel c verbunden sind, der hinsichtlich der Zahnbasis
asymmetrisch liegt. Zwischen zwei benachbarten Zähnen liegt ein das Medium aufnehmendes
Loch 98
bis 101, mit dessen Hilfe die Zahnstange versperrt werden kann,
wenn es unmittelbar in der Linie eines Strahls liegt, der aus einer Düse 102 oder
104 austritt. Wenn das Medium Luft ist und sich die Zahnstange 90 in der
äußeren Atmosphäre befindet, laufen die Löcher 98 bis 101 durch die
andere Seite der Zahnstange 90 hindurch, damit der Luftstrahl frei in die
umgebende Atmosphäre austreten kann. Der Ab-
stand zwischen den Düsen 102
und 104 richtet sich relativ zur Form der Zähne nach bestimmten Prinzipien. Diese
Düsen 102 und 104 sind so orientiert, daß die Bahn des aus den Düsen austretenden
Strahls im wesentlichen senkrecht zu der geradlinigen Bewegung des Körpers
90 steht. Die Bewegung und/oder die Stellung des Körpers können über einen
Verbindungsarm 106 einem Zähler 108 übermittelt werden. Der Arm
106 kann beispielsweise an seinem einen Ende eine Zahnreihe tragen, die für
irgendeinen Zweck in ein Zahnrad eingreift.