DE1523662C3

DE1523662C3 - Fluid operated logic switching element

Info

Publication number: DE1523662C3
Application number: DE19661523662
Authority: DE
Inventors: Norman Adrian De Cambridge Bruyne (Grossbritannien)
Original assignee: Techne Cambridge Ltd
Current assignee: Techne Cambridge Ltd
Priority date: 1965-01-20
Filing date: 1966-01-20
Publication date: 1974-05-30
Also published as: FR93911E; SE312985B; FR1473172A; DE1523662B2; DE1523662A1

Description

Die Erfindung betrifft ein strömungsmittelbetriebenes Logik-Schaltelement mit einem durch eine Membran in eine Steuerkammer und eine Ausgangskammer unterteilten Gehäuse, bei welchem in die Steuerkammer ein oder mehrere strömungsmittelsignaleingangskanäle und in die Ausgangskammer eine Strömungsmitteleingangsleitung mit einem Strömungsmittelwiderstand und eine Strömungsmittelausgangsleitung führen.The invention relates to a fluid-operated logic switching element having a through a Diaphragm divided into a control chamber and an output chamber housing, in which the Control chamber one or more fluid signal input channels and one into the output chamber Fluid inlet conduit with a fluid resistance and a fluid outlet conduit to lead.

Ein solches strömungsmittelbetriebenes Logik-Schaltelement ist bekannt (französische Patentschrift 1 352 826). Bei dem bekannten Logik-Schaltelement wird der Strömungsmitteldurchfluß durch die Ausgangskammer mit einer Membran gesteuert, die auf der einen Seite durch ein Steuersignal in einem der Strömungsmittelsignaleingangskanäle beaufschlagt wird und sich bei einer Beaufschlagung auf den Durchgang einer Düse legt, um den Strömungsmittelfluß durch die Ausgangskammer zu unterbrechen. Durch die Dimensionierung der beaufschlagten Flächen dieser Membran ist zwar der Druck des Steuersignals kleiner als der gesteuerte Druck des Strömungsmittels, das durch die Ausgangskammer fließt, jedoch besteht die Gefahr, daß das aus der Düse in die Ausgangskammer austretende Strömungsmittel die Membran entgegen dem Druck durch das Steuersignal verstellt. Darüber hinaus ist es bei umfangreichen Strömungsmittel-Steuervorrichtungen oft notwendig, eine Vielzahl von Schaltelementen zu verwenden, wozu das bekannte strömungsmittelbetriebene Logik-Schaltelement wegen seines komplizierten Aufbaus und damit hoher Kosten nicht geeignet ist. Außer den Kosten spielt dabei noch eine Rolle, daß die Wartung und die Ausfallquote durch mög- -liehst einfache Schaltelemente niedrig gehalten werdenkann. ■ · ;'..Such a fluid-operated logic switching element is known (French patent specification 1 352 826). In the known logic switching element, the flow of fluid is through the exit chamber controlled with a membrane, which is on the one hand by a control signal in one of the Fluid signal input channels is applied and when applied to the Passage of a nozzle sets to interrupt the flow of fluid through the exit chamber. The pressure of the control signal is indeed due to the dimensioning of the exposed surfaces of this membrane less than the controlled pressure of the fluid flowing through the exit chamber, however, there is a risk that the fluid emerging from the nozzle into the exit chamber the diaphragm is adjusted against the pressure by the control signal. In addition, it is at extensive Fluid control devices often necessary to use a variety of switching elements including the well-known fluid-operated logic switching element because of its complexity Structure and thus high costs is not suitable. In addition to the costs, it also plays a role that maintenance and the failure rate can be kept low by switching elements that are as simple as possible. ■ ·; '..

Aufgabe der Erfindung ist "es daher, ein strömungsmittelbetriebenes ' Logik-Schaltelement zu schaffen, welches bei kleinen Abmessungen und einfächer Konstruktion billig herzustellen ist.The object of the invention is therefore "to provide a fluid-operated 'To create logic switching element, which with small dimensions and simpler Construction is cheap to manufacture.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein strömungsmittelbetriebenes Logik-Schaltelement so ausgebildet, daß erfindungsgemäß in der. Ausgangskammer eine mit der Strömungsmitteleingangsleitung verbundene, einseitig abgeschlossene und in ihrer Ruhelage Strömungsmitteldichte Schraubenfeder angeordnet ist, welche durch die Membran strömungsmitteldurchlässig aüslenkbar ist.To solve this problem, a fluid-operated logic switching element is designed in such a way that that according to the invention in the. Outlet chamber one connected to the fluid inlet line, Helical spring closed on one side and arranged in its rest position fluid-tight which can be deflected through the membrane in a fluid-permeable manner.

Beim Betrieb wird somit an der Strömungsmitteleingangsleitung der Ausgangskammer ein ins Negative gehendes Ausgangssignal abgeleitet. An der Strömungsmitteleingangsleitung steht zunächst ein erhöhter Druck mit einem vorbestimmten Druckniveau an. Wenn die Schraubenfeder durch die von dem Steuersignal beaufschlagten Membran ausgelenkt wird, wird dieser Druck vermindert, so daß sich in der Strömungsmitteleingangsleitung das ins Negative gehende Ausgangssignal ergibt. Das durch die Windungen der Schraubenfeder in die Ausgangskammer eintretende Strömungsmittel tritt durch eine Öffnung aus dem Schaltelement aus, die den Strömungsmittelfluß nicht drosselt, so daß sich in der Ausgangskammer kein erhöhter Druck aufbauen kann, der die Membran entgegen dem Druck des Steuersignals verschieben könnte.During operation, it is therefore on the fluid inlet line a negative output signal derived from the output chamber. At the Fluid inlet line is initially at an increased pressure with a predetermined pressure level on. When the helical spring is deflected by the diaphragm acted upon by the control signal is, this pressure is reduced, so that in the fluid inlet line the negative outgoing output signal. That through the turns of the coil spring into the exit chamber Incoming fluid exits through an opening from the switching element, which the fluid flow does not throttle, so that no increased pressure can build up in the outlet chamber, which could move the membrane against the pressure of the control signal.

Weiterhin hat das gesteuerte Drucksignal einen steilen Anstieg, weil schon eine geringe Auslenkung der Schraubenfeder dazu führt, daß die sich öffnenden Windungen der Schraubenfeder eine große Entlastungsöffnung für das in der Strömungsmitteleingangsleitung vorhandene Druckmittel bilden.Furthermore, the controlled pressure signal has a steep rise, because even a small deflection of the coil spring results in the opening turns of the coil spring creating a large relief opening for the pressure medium present in the fluid inlet line.

Es* ist bekannt, Schraubenfedern als Entlastungsventile für Dampfkessel oder als Entspannungsven- -tile von pneumatisch betriebenen WeichensteUvorrichtungen und Wettertüröffnera zu verwenden (USA.-Patentschrift 2 638 925, deutsches Gebrauchsmuster 1772 316). In diesen Fällen der Steuerung, die in der Elektrotechnik der Starkstromsteuerung entsprechen wurden, werden die Schraubenfedern ^: It is known to use coil springs as relief valves for steam boilers or as relief valves for pneumatically operated switch control devices and weather door openers (USA patent 2 638 925, German utility model 1772 316). In these cases of control, which in electrical engineering correspond to power control, the coil springs are ^:

praktisch nur als Überlastventile, jedoch nicht in Steuerkreisen selbst eingesetzt. Man hat es offenbar nicht für möglich gehalten, solche Schraubenfedern auch in strömungsmittelbetriebenen Steuerkreisen, die in der Elektrotechnik der Schwachstromsteuerung entsprechen würden, zu verwenden, weil die erforderliche Genauigkeit und Empfindlichkeit bei dem Betrieb solcher Schraubenfederventile nicht gegeben schien. Das strömungsmittelbetriebene Logik-Schaltelement nach der Erfindung zeigt jedoch, daß ein Schraubenfederventil, welches durch eine Membran betätigt wird, ein sehr vorteilhaftes Bauelement für Strömungsmittelsteuerungen (entsprechend Schwachstromtechnik) sein kann.
In Ausgestaltung der Erfindung ist an der Schraubenfeder ein Verlängerungshebelarm angeordnet, welcher an der Membran anliegt. Durch diesen Hebelarm wird die Ansprechempfindlichkeit der Schraubenfeder erhöht, wie noch erläutert wird.practically only used as overload valves, but not in control circuits themselves. It has evidently not been considered possible to use such coil springs in fluid-operated control circuits, which would correspond to low-voltage control in electrical engineering, because the required accuracy and sensitivity in the operation of such coil spring valves did not seem to be given. The fluid-operated logic switching element according to the invention shows, however, that a helical spring valve which is actuated by a membrane can be a very advantageous component for fluid controls (corresponding to low-voltage technology).
In an embodiment of the invention, an extension lever arm is arranged on the helical spring which rests against the membrane. This lever arm increases the sensitivity of the helical spring, as will be explained below.

1 b'Zo öt>21 b'Zo öt> 2

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind in dem Strömungsmittelsignaleingangskanal und der Strömungsmitteleingangsleitung Strömungsmittelwiderstände in Form von Reduzierstücken angeordnet. Durch diese Reduzierstücke läßt sich die Flankensteigung des Ausgangssignals sowie der Druckanstieg in der Steuerkammer steuern.In a further embodiment of the invention, the fluid signal input channel and the Fluid inlet line fluid resistances arranged in the form of reducers. With these reducers, the slope of the output signal and the increase in pressure can be reduced Control in the control chamber.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es stellt darEmbodiments of the invention will now be explained in more detail with reference to the drawings. It puts represent

F i g. 1 eine Seitenansicht einer Schraubenfeder, wie sie bei dem Logik-Schaltelement verwendet wird,F i g. 1 is a side view of a helical spring as it is used in the logic switching element,

F i g. 2 und 3 eine perspektivische Darstellung bzw. einen Schnitt eines Logik-Schaltelementes,F i g. 2 and 3 a perspective view or a section of a logic switching element,

F i g. 4 bis 7 mehrere Steuerschaltungen, die mit dem Logik-Schaltelement aufgebaut sind.F i g. 4 to 7 several control circuits constructed with the logic switching element.

Gemäß F i g. 1 ist eine Schraubenfeder 1 an einem Ende 2 geschlossen und an dem anderen Ende offen. An dem offenen Ende herrscht ein Druck P. Das un-> ter dem Druck P stehende Strömungsmittel fließt durch ein Reduzierstück 4 und ein Rohr 5 in die Schraubenfeder 1. Die Schraubenfeder 1 ist auf dem ' Rohr 5 mit ihrem offenen Ende befestigt. An dem geschlossenen Ende der Schraubenfeder 1 ist der Verlängerungshebelarm 6 angeordnet. Die Druckänderung dp über der Schraubenfeder in Abhängigkeit von der Auslenkung dy des Verlängerungshebelarmes kann wie folgt ausgedrückt werden:According to FIG. 1, a coil spring 1 is closed at one end 2 and open at the other end. At the open end there is a pressure P. The fluid under pressure P flows through a reducer 4 and a tube 5 into the helical spring 1. The helical spring 1 is attached to the pipe 5 with its open end. The extension lever arm 6 is arranged at the closed end of the helical spring 1. The change in pressure dp across the helical spring as a function of the deflection dy of the extension lever arm can be expressed as follows:

dp _ 1,3Z)₀ ²P
dy ~ Z)₁ ² (/ + 2) ' dp _ 1,3Z) ₀ ² P
dy ~ Z) ₁ ² (/ + 2) '

wobei 1 die Länge der Schraubenfeder, b die Länge des Verlängerungshebelarmes, D₀ den Innendurchmesser der Schraubenfeder und D₁ die Durchtrittsweite in dem Reduzierstück charakterisieren. Aus dieser Gleichung wird der Einfluß des Verlängerungshebelarmes 6 auf den Druckabfall über der Schraubenfeder 1 ersichtlich, der darin besteht, daß sich die durch Aufbiegen der Windungen der Schraubenfeder gebildete Entlastungsöffnung feiner einstellen läßt.where 1 is the length of the helical spring, b is the length of the extension lever arm, D _{0 is} the inside diameter of the helical spring and D _{1 is} the passage width in the reducer. From this equation, the influence of the extension lever arm 6 on the pressure drop across the helical spring 1 can be seen, which consists in the fact that the relief opening formed by bending open the turns of the helical spring can be adjusted more finely.

Die dicht gewundene Schraubenfeder 1 kann aus rostfreiem Stahl hergestellt sein. In Ruhestellung sind die Windungen geschlossen, wodurch der Durchtritt von Strömungsmittel verhindert wird, wenn die Feder nicht seitlich verbogen ist, um die Windungen auf einer Seite zu trennen bzw. zu öffnen.The tightly wound coil spring 1 can be made of stainless steel. Are in rest position the coils closed, preventing the passage of fluid when the spring is not bent to the side in order to separate or open the turns on one side.

Aus den F i g. 2 bis 7 ist ersichtlich, daß eine Membrane bei ihrer Auswölbung den Verlängerungshebelarm 6 auslenkt, wodurch die Schraubenfeder 1 aufgebogen wird. Ein auf die Membran 8 drückender Signalimpuls eines Strömungsmittels ruft somit eine seitliche Verbiegung der Schraubenfeder 1 mit nachfolgender Trennung ihrer Windungen hervor. Das Logik-Schaltelement ist in einem Gehäuse 7 angeordnet, das durch die Membran 8 in eine Steuerkammer 9 und eine Ausgangskammer 9 α unterteilt ist (F i g. 2 und 3). In die Steuerkammer 9 führen mehrere Strömungsmittelsignaleingangskanäle 10, in denen jeweils ein Reduzierstück Aa (F i g. 3) angeordnet ist. An die Membran 8 mit dem Verlängerungshebelarm anliegend ist die Schraubenfeder 1 angeordnet, welche im Innern einem erhöhten Strömungsmitteldruck ausgesetzt ist, der jedoch nicht für die Trennung der Windungen der Schraubenfeder 1 ausreicht. Wenn an einem der Strömungsmittelsignaleingangskanäle 10 der Druck erhöht wird, wird die Membran 8 derart ausgelenkt, daß sie den Verlängerungshebelarm 6 der Schraubenfeder 1 verstellt, so daß die Schraubenfeder 1 seitlich verbogen wird. Dadurch werden die Windungen der Schraubenfeder 1 auseinandergebogen bzw. getrennt, so daß sich eine plötzliche Drucksenkung in dem an die Strömungsmitteleingangsleitung 11 angeschlossenen Strömungsmittelkreis ergibt. Das Gehäuse 7 hat eine Öffnung 12, durch die das zwischen den Windungen derFrom the F i g. 2 to 7 it can be seen that a membrane deflects the extension lever arm 6 when it bulges, whereby the helical spring 1 is bent open. A signal pulse of a fluid pressing on the membrane 8 thus causes a lateral bending of the helical spring 1 with subsequent separation of its coils. The logic switching element is arranged in a housing 7 which is divided by the membrane 8 into a control chamber 9 and an output chamber 9 α (FIGS. 2 and 3). A plurality of fluid signal input channels 10, in each of which a reducer Aa (FIG. 3) is arranged, lead into the control chamber 9. The helical spring 1 is arranged resting against the membrane 8 with the extension lever arm and is exposed inside to an increased fluid pressure which, however, is not sufficient to separate the turns of the helical spring 1. When the pressure is increased at one of the fluid signal input channels 10, the membrane 8 is deflected in such a way that it displaces the extension lever arm 6 of the helical spring 1, so that the helical spring 1 is bent laterally. As a result, the turns of the helical spring 1 are bent apart or separated, so that there is a sudden pressure drop in the fluid circuit connected to the fluid inlet line 11. The housing 7 has an opening 12 through which the between the turns of the

ίο Schraubenfeder 1 durchtretende Strömungsmittel in die Atmosphäre entweichen kann.ίο Coil spring 1 passing fluid in the atmosphere can escape.

Das in der F i g. 2 perspektivisch und in F i g. 3 im Schnitt dargestellte Logik-Schaltelement ist in F i g. 4 nochmals schematisch dargestellt. Die Reduzierstücke 4 α sind dabei durch das entsprechende elektrische Symbol für den Widerstand ersetzt. Die F i g. 5, 6 und 7 veranschaulichen schematisch die Verwendung des Logik-Schaltelementes in einer Flip-FIöp-Schaltung, einem ODER-Gatter und einem UND-Gatter bzw. wobei die Auslenkung der Schraubenfeder in jedem Fall durch Auslenkung einer Membran 8 unter einer momentanen Druckerhöhung erfolgt.The in the F i g. 2 in perspective and in FIG. 3 logic switching element shown in section is in FIG. 4 again shown schematically. The reducers 4 α are replaced by the corresponding electrical symbol for the resistance. The F i g. 5, 6 and 7 schematically illustrate the use of the logic switching element in a flip-flip circuit, an OR gate and an AND gate, or the deflection of the helical spring is effected in each case by deflection of a membrane 8 under a momentary increase in pressure .

Die in F i g. 5 veranschaulichte Flip-Flop-Schaltung besteht aus zwei der oben beschriebenen Logik-Schaltelementen. Die bistabile Arbeitsweise ergibt sich dabei durch die Verbindung der beiden Strömungsmittelsignaleingangskanäle in der Form, daß von vier parallel gestalteten Reduzierstücken 4 a an einem Strömungsmittelsignaleingangskanal jeweils zwei an einen Stelleingang S bzw. Rücksetzeingang R angeschlossen und die anderen zwei des gleichen Eingangs an die Verbindung zwischen Reduzierstück 4 und Schraubenfeder 1 des anderen Logik-Schaltelementes geführt sind. Damit wird durch einen Impuls am Stelleingang 5 die diesem Eingang zugeordnete Schraubenfeder ausgelenkt, womit durch den Druckabfall an der obengenannten Verbindung das Druckhaltesignal an dem Strömungsmittelsignaleingangskanal für das gegenüberstehende Logik-Schaltelement verschwindet. Durch den Druckaufbau an de*ssen Schraubenfeder steht dann ein Druckhaltesignal für die durch den Impuls verstellte Membran des ersten Logik-Schaltelementes zur Verfügung. -The in F i g. 5 illustrated flip-flop circuit consists of two of the logic switching elements described above. The bistable mode of operation results from the connection of the two fluid signal input channels in such a way that of four parallel reducers 4 a on a fluid signal input channel, two are connected to a control input S or reset input R and the other two of the same input are connected to the connection between the reducer 4 and coil spring 1 of the other logic switching element are guided. The helical spring assigned to this input is thus deflected by a pulse at the control input 5, which means that the pressure drop at the abovementioned connection causes the pressure hold signal at the fluid signal input channel for the opposite logic switching element to disappear. As a result of the pressure build-up on this helical spring, a pressure hold signal is then available for the diaphragm of the first logic switching element that has been adjusted by the pulse. -

Das ODER-Gatter gemäß F i g. 6 besteht wieder aus zwei Logik-Schaltelementen, wobei die Steuersignale^ oder B über die Reduzierstücke Aa an dem Strömungsmittelsignaleingangskanal des ersten Logik-Schaltelementes anstehen. Durch die Verbindungsleitung von der Verbindung zwischen Reduzierstück 4 und Schraubenfeder 1 des ersten Logik-Schaltelementes zu dem Strömungsmittelsignaleingangskanal des zweiten Logik-Schaltelementes steht an diesem ein Ausgangssignal A' oder B' (Druck) an, wenn durch das Steuersignal A oder .B die Schraubenfeder des ersten Logik-Schaltelementes ausgelenkt und damit der Druck in der Verbindungsleitung abgesenkt wird, wodurch das zweite Logik-Schaltelement in die Schließstellung verbracht wird.The OR gate according to FIG. 6 again consists of two logic switching elements, the control signals ^ or B being applied via the reducers Aa to the fluid signal input channel of the first logic switching element. Through the connection line from the connection between reducer 4 and helical spring 1 of the first logic switching element to the fluid signal input channel of the second logic switching element, an output signal A ' or B' (pressure) is available at this when the helical spring is triggered by the control signal A or B of the first logic switching element is deflected and thus the pressure in the connecting line is lowered, whereby the second logic switching element is brought into the closed position.

Bei der Zusammenschaltung von drei Logik-Schaltelementen gemäß F i g. 7 läßt sich ein UND-Gatter realisieren. Durch die Steuersignale A und B werden die Schraubenfedern der ersten beiden Logik-Schaltelemente ausgelenkt. Es steht dann am Ausgang des dritten Logik-Schaltelementes ein Ausgangssignal A' undo' an, weil durch den gleichzeitigen Druckabfall an den oben definierten Verbindungen zwischen Reduzierstück 4 und Schraubenfeder 1When interconnecting three logic switching elements according to FIG. 7 an AND gate can be implemented. The helical springs of the first two logic switching elements are deflected by the control signals A and B. There is then an output signal A ' undo' at the output of the third logic switching element, because due to the simultaneous pressure drop at the connections defined above between the reducer 4 and the helical spring 1

und der damit verbundenen Steuerkammer des dritten Logik-Schaltelementes dessen Schraubenfeder nicht mehr ausgelenkt wird.and the control chamber of the third logic switching element connected to it, its helical spring is no longer deflected.

Obwohl in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen eine geschlossene Schraubenfeder in dem Logik-Schaltelement vorgesehen ist, kann statt der Schraubenfeder auch eine Röhre aus Kunststoffmaterial mit einem oder mehreren radialen Schlitzen in den Seitenwänden vorgesehen sein, wobei sich die Schlitze öffnen, wenn die Röhre aus ihrer Ruhelage heraus, d. h. aus der geraden in eine gebogene Form, gebracht wird.Although in the embodiments described above, a closed coil spring in the Logic switching element is provided, a tube made of plastic material can also be used instead of the helical spring be provided with one or more radial slots in the side walls, the Slits open when the tube is out of its rest position, i. H. from a straight to a curved shape, is brought.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Fluid-operated logic switching element with a housing divided by a membrane into a control chamber and an output chamber, in which one or more fluid signal input channels lead into the control chamber and into the output chamber a fluid input line with a fluid resistance and a fluid output line, characterized in that in the output chamber (9 a) a helical spring (1) connected to the fluid inlet line (11), closed on one side and fluid-tight in its rest position, which can be deflected through the membrane (8) in a fluid-permeable manner.

2. Logic switching element according to claim 1, characterized in that an extension lever arm (6) is arranged on the helical spring (1) which rests against the membrane (8).

3. logic switching element according to claim 1 or 2, characterized in that in the fluid signal input channel (10) and the fluid input line (11) fluid resistances in the form of reducers (4 a or 4) are arranged.