DE1600577A1 - Symmetrisch gesteuertes bistabiles Fluidelement - Google Patents

Description

SISMElS AlCIIH&ESELLSCHÄff Münelien

16 OO 577*9-55

PA 67/2109

Symmetrisch gesteuertes bistabile® Pluid@l@m@nt

Zum Aufbau, you fluidmechaaisclieE Binärzählero werdea "bistabile Pliaidelemeate mit nur eiaem Steuereiagang ₉ d symmetrisch gesteuerte Element® bsaötigt* Ia Analogi© den entsprechenden elektronischeB. Kippschaltungen Müs si© dursii einen ersten Eingangsimpul© iß di@ @ia© stabil© Lag® uneL dureh, einen zweites, Eia-ganggispiilis as d@a®©lfe©a

Sag© ®@

PA 9/411/1081 -2~

Durch die amerikanische Patentschrift 3 016 066 ist schon eine Anordnung (Warren-Eler.ent) "bekannt» Vielehe an sich diese Bedingungen erfüllt. Der oterc Teil des Ylarren-Sleinentes nach Pig. 1 dar Zeichnung enthält eine bistabile Kippschaltung mit den in die Einatrör.düse übergehenden fersorgungseingang V, den beiden Ströniungsauogüngen. A1 und A2 und den beiden Steuereinkünften S1 und 32. Ihre Wirkungsweise beruht auf den sogenannten Coandaoffekt, auch als Wandeffekt oder als Grens-Gchichtcffekt bezeichnet. Da dieser Effekt schon die Stabilität der leiden r.ö'clichen Strür.ungslagcn verursacht, kann bei ihn von einer inneren positiven Rückkopplung gesprochen werden.

Die beiden Stouereingängo S1 und S2 sind ait swe-i nach unten abbiecenden Stromunnskanälen verbunden_s die sich schließlich vereinigen und in den Eingang 1 für das· SchaXtaignal münden. In diesen Strönungsksnülen bildet sich bsi einer be st iinr.it en Lage der Ausgangoströnun3 eine schwache linlaufatröraung um das herzförmige üittelstück des Elerentes sus. Tritt nun am Eingang E eine Eingancss tr ör.ung auf, so wird diese von aar Tlnlauf Strömung nitgenor.sr.en und bewirkt das Ur.sehaltes. der He^gtatrönung in die andere stabile Lag@_s In der Pigc Ί siaS tie Strönungsrichtun^en unmittelbar" %\ ν öen ÜEccfe^ltss is ilis aMöre stabile Lage durch Pfeil^ngsieutet^ Is IiIi¹J si'jtfc. seiles sab&nd der Zeichnung erkennen₉ daß dis itsbiSJ-ä&a eia©? derartigen AnoTummg insgesant sehr gering ist= fi?i Ils ^πϊ1^'α£"ε*"-^3Γ:^ηπ stwas zu si^rlc,

1800577

ΡΛ 9/411/1081 -3-

so Gehaltet sie von sich aus die Hauptströr.ung in die andere Lage um; die Anordnung ist astabil. Eine zu schwache Umlaufstrür.ung vermag dagegen die Eingangsströmung nicht nehr sicher in die jeweils gewünschte Richtung unzulenkcn.

Ein weiteres symmetrisch gesteuertes bistabiles Pluidolerient i3t durch die'schweizerische Patentschrift 387 992 bekannt. Diece in Pig. 2 scher.atisch dargestellte Anordnung (Glättli-Elcment) te steht aus zwei sogenannten Strahlablablenkungselcr.cnten, von denen das otere aktiv und das untere passiv arbeitet. Das obere aktive Elcr.ent besitzt einen Versorgungsoingang V, von den aus das üediun zunächst etwa in Richtung der unterbrochenen Linie senkrecht nach oten strömt. Die Strömung wird aber infolge vercchicdener Ursachen" niemals völlig symmetrisch sein, so daß die eine oder die andere der beiden_f nit den Ausgängen A1 bzw. A2 verlunder.en Fcngdüsen einen größeren Strömun^santeil erhält. Durch die nunmehr einsetzende Rückkopplung Über den entsprechenden äußeren Kanal R11 bzw. R12 stabilisiert sich die Lage der Strömung. Zum Umschalten des Elementes sind zwei weitere Eingänge vorgesehen.

Aufbau und Y/irkungsweisc dea unteren, passiven Elementes sind ähnlich.· Der wesentliche Unterschied zun aktiven Element besteht lediglich darin, daß anstelle des Versorgungseingaftgs V ein Eingang E für das Schaltsignal der Gesantanordnung vorhanden ist. _4_

BAD ORIGINAL

009886/0413

VK 9/411/1081 -4-

Eine Eingangsströrung, die bei E eintritt, wird durch den rückgekoppelten Strüraingsanteil durch den Kanal R21 "bzw. R22 und die Strömungsdrossel D1 bzw. D2 2u der entsprechenden Pan~düse abgelenkt und bewirkt sodann das Umschalten der Hauptstrünung' zwischen den beiden Auogängon A1 und Λ2. Trotz der nun einsetzenden Gegenkopplung bleibt die ursprüngliche Lage der Eingangsströr.un~ wegen der gleichzeitigen Beeinflussung über den Hückkopplungskanal R31 bzw. R32 bis zur Beendigung des Eingangssignals erhalten.

Insgesamt ist jedoch die Stabilität auch dieser bekarrten Anordnung gering, da sie aus analog arbeitenden Bestandteilen aufgetaut ist. Die Stärke der Eingangcströnung, ihre eigene Rückkopplung und die positive bzw. negative Rückkopplung von den Ausgängen A1 bzw. A2 her nüssen sehr sorgfältig aufeinander abgestimmt werden. Belastungsünderungen an den Ausglln^en kön&en die gegenseitige Abstimmung leicht stören.

Durch die amerikanische Patentschrift 3 277 913 ist ein syr.rr.otrisch gesteuertes bi3tabilos Fluideler.ent bekannt, das aus zwei eigenstabilon Wandstrahlelor.enten aufgebaut ist. Dieses Fluideler.ent ist in Fig. 3 dargestellt. Das obere (aktive) Wand8trahlcler.ent 12 wird über seinen Versorgungseingang 24 von einer Quelle konstanten Druckes gespeist. Die beiden Ausgänge 30, 31 dieses ZLenentec führen einerseits zu den ent-

-5-

009188/0413

ΡΛ 9/411/1081 -5-

sprechenden Ausgängen A1, A2 der Gesantanordnung, andererseits sind sie durch die gekreuzten, in verschiedenen Ebenen liegenden Kanäle 33, 39 mit den Steuereingängen 20, 21 des unteren (passiven) V/andstrahleler.entes 11 verbunden. Die Ausgänge 16, 17 dieses Elementes führen wiederum zu den Steuereingängen 32, 33 des oberen Elementes.

In stationären Zustand fließt die durch den Versorgungseinganj 24 des oteren (aktiven) Elementes 12 eintretende Strömung durch eine der beiden Austrittcüffnun^en Λ1 oder A2 im wesentlichen If.vieder ab. Es sei angenommen, daß die Hauptströmung durch die Öffnung Λ1 austritt. Ein Teil der Strömung wird durch den Kanal 33 abgezweigt und dem Steuereingang 21 des unteren Siebentes 11 zugeführt. Ein durch den Versorgungsein~ang 13 (E) eintretender Strömungsinpuls wird daher an die linke Haftwand des unteren Elementes 11 abgelenkt und gelangt zun Steuereingang 32 des oteren Elementes 12. Die Strömung in diesen Element wird auf den rechten Ausgang 31 bzw. auf die Austrittfcöffnun^ A2 umgeschaltet. Damit wechselt auch der rückgoführte Strönungsanteil auf den Steuereingang 20 über. Die Stärke der rückgeführten Strömung muß so bemessen werden, daß der Schaltzustand des unteren Elementes 11 dadurch nicht beeinflußt wird, solange der Strörr.ungsimpuls, der die Umschaltung bewirkt hat, noch andauert. Erst durch einen neuen Eingangsinpuls soll die Anordnung wieder in den ursprünglichen

-6-

BAD OBiGSNAt

009886/0A13

PA 9/411/1081 -6-

Zuatand vorsetzt werden.

Der Bereich, in den sich da3 Verhältnis der rückgeführten Strömung zur Strömung dec Eingangsimpulses verändern darf, ist sehr gering. Uni einen zuverlässigen Betrieb als biatabiler Schalter zu erreichen, r.uß daher sichergestellt werden, daß die Schaltinpulse jeweils beendet sind, vor die Strömung entsprechend den neuen Schaltzustand zwischen den Steuereingängen 20, 21 wechselt. Das erfordert ober zusätzliche Bauelemente.

Es ist daher die Aufgate der Erfindung, die durch die amerikanische Patentschrift 3 277 913 bekannte Anordnung so zu verbessern, daß eine wesentlich höhere Stabilität erreicht wird, und daß die Schaltinpulsc beliebig lange andauern können. Gcniiß der Erfindung wird dies tei den aus zwei Wandstrahlelerr.enten bestehenden, symmetrisch gesteuerten bistabilen Pluidclencnt dadurch erreicht, daß die Ausgängedss ersten '.Yandstrahlelcr.entes jeweils nit den eigenen» auf der Gegenseite des Elerientes liegenden Steuercingängen verbunden sind.

Y/eitere Einzelheiten ergeben sich aus der nachstehenden Eeschreibung in Zucaimenhang nit den Pie· 4, 5a und 5b der Zeichnung.

Die Pig. 4 zeigt stark acheratisiert die erfindung3geinäße

—7—

009Ö8S/Q413

PA 9/411/1081 -7-

Anordnung. Der untere Kreis stellt das passive erste Wandstrahlelenont mit den Eingang E für das Schaltsignal und der obere Kreis das aktive zweite Wandstrahlolement mit den beiden Ausgängen Al und A2 dar. Der schraffierte kleinere Kreis innerhalb dec Symbols für das obere Wand3trahlclenent kennzeichnet dieses Element als aktives Elenent, d. h. als ein Element, desse-n Versorgungseingang V in üblicher Weise nit der Druckversorgung verbunden ist. Die äußeren Verbindungen zwischen den beiden Vtendctrahlelcnenten, insbesondere auch der Verlauf der Kanäle für positive (R1 und R2) und negative (G1 und G2) Rückkopplung sind der Zeichnung eindeutig zu entnehmen. Mit D1 und D2 sind Ströraungsdrosseln in den Rückkopplungen G1 und G2 bezeichnet.

In den Figuren 5a und 5b ist das Pluidclement naoh der Erfindung nochmals in weniger schematisierter Art dargestellt. Durch kleine Pfeile sind die Strümungsverlaufe für zwei bestimmte Strümunjszustände in Fluideler.ent angedeutet. Pig. 5a entspricht einer stabilen Lage der Strömung, in der sie durch den linken Ausgang A1 austritt. Ein Teil der Strömung wird abgezweigt und fließt zum linken Stoucroingang des unteren, passiven V.andstrahlelcr.entes, wobei ihre Stärke im wesentlichen durch die Strömungsdrossel D1 bestimmt ist.

Tritt nun auf den Steuereingang E eine Eingangsströnung (Schalt-

-8-

BAD

000186/0413

PA 9/411/1081 -8-

signal), so wird sie durch die Rückkopplungsströmung in den rechten Ausgangskanal des passiven Wandstrahlelcnentes abgelenkt und somit schlügt die Haupts tr önun~ des oberen aktiven Vt'andStrahlelementes auf den rechten Ausgang A2 um. Solange das Schaltsrgnal an E noch andauert, bildet sich ein Strömungsverlauf aus, ν.io er in ?ig. 5b durch Pfeile angedeutet ist. Die Rückkopplung von Ausgang A2 wirkt nunmehr negativ, d. h. sie versucht die bisherige Lage der Eingangsströmung zu verändern, Ihre 'wirkung wird jedoch durch die positive Rückkopplung über den Kanal R1 (siehe Pig. 4) zumindest annähernd aufgehoben. Überdies wirkt die innere Rückkopplung infolge des Coanda-Effektes und die den 7/andstrahlelenenten eigene Hysterese wesentlich stabilisierend auf die Strömun_t':slage.

Nach Beendigung des S ehalt signals ergibt sich eintStrörnungsbild, das genau spiegelbildlich zu den von Pig. 5s. ist» Ein erneutes Schaltsignal schaltet die Ausgangsströmung wiede^r auf den Ausgang A1 zurück. Der Strönungsverlauf ist nunmehr spiegelbildlich su dem in Fig. 5b eingezeichneten.

Die Darstellungsform des Pluidelenentes nach der Erfindung in den Fig. 5a und 5b ist so gewühlt, daß sich die Verbindungskanüle zwischen den Ausgängen des passiven V/andstrahleler.entcs und den StcuercingUngen dos aktiven V/andotrahleler.entes bei ihrer Kreuzung gegenseitig durchdringen.

-9-

003886/0413

ΡΛ 9/411/1081 . -9-

Das Fluidelenerii kann daher, wie es in Pig. 5a bzw» 5b durch die eingezeichnete Urcrandungslinie angedeutet ist, als einheitlicher Baustein hergestellt v/erden, bei. dem alle Kanäle in der gleichen Ebene liegen»

Durch die gegenseitige Durchdringung der gekreuzten Kanäle

in allgemeinen unv/oscntliclior entsteht ein geringer/Druckverlust der in diesen Kanälen verlaufenden Strömung. In Fällen, in denen ein solcher Druckverlust nicht r.ehr tragbar erscheint, beispielsweise v/eil die Aucgangsströinung der vorhergehenden Sleniente nur zum kleinen Teil als Schaltsignal zur Verfügung steht₅ können die Yerbindungskanäle in verschiedene Ebenen verlegt und so ohne gegenseitige Berührung gekreuzt werden. Das Pluidelenent läßt sich auch aus zwei normalen und untereinander völlig gleichen 7/andstr-ahleleraenten aufbauen ο

Durch das erfinüimgsgenäße Pluidelereent ergehen sich ferner folgende Torteiles

a) das Elofient ist sehr stabil aufgrund der iraisren -■ - und äußeren IJitlcopplimg und der Hysterese. Deshalb ist keine Begrenzung ü®t Eiiigangsimpulsdaxier ®r«

h) JDi® Einstsllußg öer Mit- waM ßegeakopipomg ist Ie

PA 9/411/1081 -10-

c) Das Element stellt nur geringe Ansprüche an die Plankensteilheit dec Eincangoimpulses, an die Symmetrie des Aufbauen und an die Konstanz des Yorsorgungsdruckes.

!Figuren
Ansprüche

Claims (2)

1. ΡΛ 9/411/1081 -11-

   Patentansprüche

   .,ins zwei V.'andstrahleler.ent "bestehendes, symmetrisch gesteuerten bistabiles Pluidelcnent, bei den das Schaltsignal an den Versorgungsoingang (E) dea ersten V/andstrahlelenentes angelegt wird und der Versorgungseingang (V) des zweiten "iVand-

   strahleler.entes mit einer Quelle konstanten Drucks verbunden ist, bei den die Ausgänge des ersten Y.'andstrahloler.ente jeweils mit den Steuercingiingen (E21, E22) des zweiten Y/andstrahlelcr.entcG und die Ausgänge des zweiten Y/andstrahleler.entes jeweils nit den Steueroingängen (E11_S E12) des ersten V/andstrahldecibntes derart verbunden sind, daß sich eines der beiden hierzu erforderlichen Paare von Verbindungskanälen kreuzt, dadurch gekennzeichnet _s daß die Ausgänge des ersten Y/andstrchleler.entes durch Kanäle (RI₉ R2) jeweils nit den eigenen, auf der Gegenseite des Elementes liegenden Steuereingangen (EU, E12) verbunden sind.
2. 2. Pluidelcr.ent nach Anopruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die beiden Verlindungskanäle von den Ausgängen des ersten V/andstrahlelcnentes zu den Steuerein^üngon (E21, E22) des zweiten V«'andstr£hleleir.entec kreuzen und in einer Ebene liegen,' a, Ii. sich gegenseitig durchdringen.

   |i-^ö OBSGiNAL