DE1625950B2 - Fluidischer Schalter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen fluidischen Schalter mit wenigstens einem analogen und einem bistabilen Fluidverstärker, die hintereinandergeschaltet sind, und von denen jeder Fluideingangs-, Fluidausgangs- und Fluidsteuerkanäle aufweist, wobei die Steuerkanäle des bistabilen Fluidverstärkers mit den Ausgangskanälen des analogen Fluidverstärkers verbunden sind.

Fluidische Schalter dieser Art sind bekannt, und sie dienen beispielsweise als Einrichtung zum Feststellen und Anzeigen von Fehlern (US-PS 32 28 602). Hierzu werden oszillierende Fluidsignale an die Steuereingänge eines Fluidverstärkers angelegt. Als Ausgangssignale werden dann amplituden modulierte Fluidschwingungen erzeugt. Die Erfindung bezieht sich jedoch auf Schwellwertschalter. Bei bekannten Schwellwertschaltern besteht der Nachteil, daß ein unveränderlicher fester Auslöspunkt vorhanden ist. Hieraus ergibt sich eine unveränderliche Empfindlichkeit gegenüber einem Steuersignal, dessen Größe ausreichend ist, um zu bewirken, daß der Leistungsstrahl von einem ersten Ausgangskanal zu einem zweiten Ausgangskanal stabil umschaltet. Zusätzlich sind solche übliche fluidische Schalter oftmals unerwünscht empfindlich, so daß ihr Ansprechen auf Änderungen der Ausgangsbelastung nicht vorhersagbar ist, d. h. ihr Ansprechen auf das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein verschiedener Vorrichtungen, die mit den Ausgangskanälen des Verstärkers verbunden sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen fluidischen Schalter der einleitend genannten Art so auszuführen, daß der Auslöspunkt verändert werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß ein Steuereingang des analogen Fluidverstärkers mit einer Quelle von voreinstellbaren Fluidvorspannsignalen verbunden ist.

Durch die Erfindung ist ein fluidischer Schalter geschaffen, bei welchem der Auslöspunkt bzw. die Empfindlichkeitsschwelle verändert bzw. eingestellt werden kann, wobei gleichzeitig Unempfindlichkeit gegenüber Änderungen der Ausgangsbelastung gegeben ist.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem analogen Fluidverstärker und dem bistabilen Fluidverstärker eine Mehrzahl von analogen Fluidverstärkern angeordnet ist, jeweils ein Ausgangskanal jedes Fluidverstärkers mit einem Steuerkanal dies nächstfolgenden Fluidverstärkers verbunden ist, die Ausgangskanäle des letzten analogen Fluidverstärkers mit den Steuerkanälen des bistabilen Fluidverstärkers verbunden sind, und daß ein Ausgangskanal des bistabilen Fluidverstärkers mit einem Steuereingang eines OR-NOR-Tores verbunden, und der andere Ausgangskanal des bistabilen Fluidverstärkers zur Atmosphäre entlüftet ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert.

Fig. 1 ist eine Seitenansicht eines fluidischen Schalters gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ist eine Draufsicht eines fluidischen Schalters gemäß der Erfindung;

Fig.3 ist ein schematisches pneumatisches Diagramm des Schalters gemäß Fig. 2;

Fig.4 ist ein schematisches pneumatisches Diagramm einer anderen Ausführungsform der Erfindung.

Das Fluid kann kompressibel, beispielsweise Luft, Stickstoff oder ein anderes Gas oder inkompressibel sein, wie Wasser oder andere Flüssigkeiten. Sowohl das kompressible als auch das inkompressible Fluid kann festes Material enthalten.

Gemäß Fig. 1 weist ein fluidischer Schalter Platten 12,14 und 16 auf, in denen Durchgänge oder öffnungen gebildet sind. Die Durchgänge und inneren Öffnungen in den Platten 12 und 16 müssen mit einer Tiefe gebildet sein, die geringer als die Plattendicke ist, da diese Platten weiterhin die Deckel des Schalters bilden. Beispielsweise kann der Schalter teilweise in einer der Platten gebildet sein, während der Rest von ihm in einer anderen der Platten gebildet ist, wobei die Platten danach derart zusammengebaut werden, daß eine richtige Verbindung der Durchgänge ermöglicht ist. Rohre 18, 20 und 22 schaffen eine Verbindung zu den verschiedenen Durchgängen. Für die Einfachheit der Beschreibung und Erläuterung ist die Platte 12 aus transparentem Material gebildet.

Die Platten 12, 14 und 16 können aus irgendeinem geeigneten Material, beispielsweise aus Metall, Glas, Keramik, Kunststoff od. dgl. gebildet sein, und sie können durch irgendein geeignetes bekanntes Verfahren aneinander befestigt oder miteinander verbunden sein, beispielsweise durch Zusammenschmelzen der Platten, Befestigen der Platten mit Schrauben usw.

Gemäß den Fig.2 und 3 ist eine nicht dargestellte Fluidquelle eines Wandstrahlverstärkers mit einer öffnung 24 verbunden, aus welcher das Fluid durch eine Leistungsstrahlöffnung 26 strömt und aus dieser als gut begrenzter Leistungsstrahl austritt, der in eine Wechselwirkungskammer 28 eintritt und zu einem von zwei Fluidausgangskanälen 30 und 32 strömt. Steuerkanäle 34 und 36 sind in der Wechselwirkungskammer 28 vorgesehen. Der Leistungsstrahl wird durch einen Steuerstrahl zur gegenüberliegenden Wand der Wechselwirkungskammer 28 abgelenkt, und er bleibt angelegt, selbst nachdem der Steuerstrahl nicht mehr

vorhanden ist. Entlüftungsöffnungen 38 ermöglichen das Mitführen einer Strömung für den Leistungsstrahl in bekannter Art.

Eine zweite ebenfalls nicht dargestellte Fluidquelle ist mit einer öffnung 40 eines analogen Fluidverstärkers verbunden, von welcher das Fluid durch einen Fluideingangskanal 42 strömt und aus dieser als gut begrenzter Strahl austritt. Zwei Ausgangskanäle 44 und 46 sind vorgesehen, deren eines Ende mit den Steuerkanälen 34 bzw. 36 des Wandstrahlverstärkers verbunden ist. Die Wechselwirkungskammer 48 ist mit Entlüftungskanälen 50 direkt verbunden.

Eine Quelle von Vorspannfluid ist mit einer Öffnung 52 verbunden, aus welcher das Vorspannfluid durch einen Steuereingang 54 in die Wechselwirkungskammer 48 strömt. Eine weitere Quelle von Fluidsteuersignalen ist mit einer Steueröffnung 56 verbunden, aus welcher dieses Fluid durch einen Steuerkanal 58 in die Wechselwirkungskammer 48 strömt.

Die Arbeitsweise eines solchen fluidischen Schalters ist wie folgt:

Wenn eine Fluidquelle an die Öffnung 24 angeschlossen ist, legt sich der gut begrenzte Leistungsstrahl, der aus der Leistungsstrahlöffnung 26 austritt, anfänglich entweder an die Wand 64 des Ausgangskanals 30 oder an die Wand 66 des Ausgangskanals 32 an. Für die Zwecke der Beschreibung sei angenommen, daß der Leistungsstrahl sich anfänglich an die Wand 64 anlegt und bewirkt, daß der Leistungsstahl durch den Ausgangskanal 30 strömt. Eine andere Fluidquelle ist an die Öffnung 40 angeschlossen, und dieser Strahl tritt aus dem Fluideingangskanal 42 aus. Da keine Seitenwände vorhanden sind, an welche der Strahl sich anlegen kann, tritt er in die Ausgangskanäle 44 und 46 ein, und zwar anteilig entsprechend der Vorspannung und den Strahlen von Steuersignalfluid, wie es nachstehend beschrieben wird. Eine Quelle von Vorspannfluid vorbestimmten Drucks ist an die öffnung 52 angeschlossen und dieses Fluid tritt aus dem Steuereingang 54 aus und trifft auf den aus dem Fluideingangskanal 42 austretenden Strahl auf. Der Druck und die Strömung des Vorspannfluidsmittels sind vorbestimmt und gesteuert, beispielsweise durch ein Ventil, und zwar derart, daß der aus dem Fluideingangskanal 42 austretende Strahl in den Ausgangskanal 44 abgelenkt wird. Eine Quelle von Steuersignalfluid ist an die Steueröffnung 56 angeschlossen und ein Steuersignalstrahl tritt aus dem Steuerkanal 58 aus und trifft ebenfalls auf den aus dem Fluideingangskanal 42 austretenden Strahl auf. Gewöhnlich haben die Steuereingänge 54 und 58 gleiche Größe, so daß der aus dem Fluideingangskanal 42 austretende Strahl das Bestreben hat, in die Ausgangskanäle 44 und 46 einzutreten, und zwar in Anteilen, die dem Druck des Fluids entsprechen, das aus den Steuereingängen 54 und 58 austritt. Wenn beispielsweise keine Strömung durch den Steuerkanal 58 hindurch vorhanden ist, wird der aus dem Fluideingangskanal 42 austretende Strahl durch das Vorspannfluid abgelenkt und tritt in den Ausgangskanal 44 ein. Wenn durch den Steuereingang 58 Fluid hindurchströmt und auf den aus dem Fluideingangskanal 42 austretenden Strahl auftrifft, hat es das Bestreben, diesen in Richtung gegen den Ausgangskanal 46 abzulenken und der Strahl wird zwischen den Ausgangskanälen 44 und 46 geteilt. Wenn die Strömung durch den Steuereingang 58 hindurch sich derart vergrößert hat, daß sie den Vorspannstrahl aus dem Steuereingang 54 vollständig überwindet, wird der aus dem Fluideingangskanal 42 austretende Strahl vollständig in den Ausgangskanal 46 abgelenkt. Ein analoger Fluidverstärker kann weiterhin mit einem Entlüftungskanal ausgeführt sein, der zwischen den Ausgangskanälen 44 und 46 angeordnet ist, so daß der aus dem Fluideingangskanal 42 austretende Strahl ausgelassen werden kann, wenn die Steuersignale und das Vorspannfluid etwa gleich sind.

Wenn ein Vorspannfluid durch den Steuereingang 54 hindurch in ausreichendem Maße strömt, um einen beträchtlichen Teil des aus dem Fluideingangskanal 42 austretenden Strahles in den Ausgangskanal 44 abzulenken, tritt der größte Teil des Strahles aus dem Steuerkanal 34 aus, wodurch bewirkt wird, daß der an der Wand 64 anliegende Leistungsstrahl zu dem Ausgangskanal 32 abgelenkt wird, wonach er sich an die Wand 66 anlegt. Wenn ein Fluidsignal an den Steuereingang 56 angelegt wird, das ausreichend ist, die Strömung aus dem Steuereingang 54 zu überwinden und den aus dem Fluideingangskanal 42 austretenden Strahl weiterhin in den Ausgangskanal 46 abzulenken, tritt der größte Teil dieses Strahles aus dem Steuerkanal 36 aus und bewirkt, daß der aus der öffnung 26 austretende Leistungsstrahl von dem Ausgangskanal 32 zu dem Ausgangskanal 30 abgelenkt wird und sich an die Wand 64 anlegt.

Es ist daher ersichtlich, daß in Abhängigkeit von der Strömung von Steuersignalfluid und in Abhängigkeit von der Einstellung des Vorspanndruckes und der Vorspannströmung ein Ausgang abwechselnd von den Fluidausgangskanälen 30 und 32 erhalten werden kann. Der Ausgang der Kanäle 30 und 32 kann an eine Alarmvorrichtung, eine Zäh' 'orrichtung, eine Anzeigevorrichtung od. dgl. angeschlossen sein Die Signalquelle, die an die Steueröffnung 56 angeschlossen ist, kann eine Flüssigkeitsspiegelsteuerung oder eine Anzeigeeinrichtung sein, die ein Signal erzeugt, wenn eine Werkzeugmaschine oder ein Bearbeitungswerkzeug eine vorbestimmte Strecke zurücklegt od. dgl. Wenn beispielsweise an die Steueröffnung 56 Fluidsignale angelegt werden, die aus einer Flüssigkeitsspiegelkontrolleinrichtung austreten, die einen Flüssigkeitsspiegel in einem Tank abfühlt, und der Ausgangskanal 30 mit einer Einrichtung zum Einführen von Flüssigkeit in den Tank verbunden ist, kann der pneumatische Fluidschalter dazu verwendet werden, die Höhe der Flüssigkeit in dem Tank aufrechtzuerhalten, indem die Einrichtung zum Füllen des Tanks jedesmal erregt wird, wenn der Flüssigkeitsspiegel unter einen vorbestimmten Punkt absinkt.

Da die Menge an Vorspannfluid geregelt und gesteuert werden kann, kann der Auslösepunkt, an welchem der aus der öffnung 26 austretende Leistungsstrahl abgelenkt werden kann, gesteuert werden.

In Fig.4 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Drei analoge Fluidverstärker 68, 70 und 72 sind derart in Reihe geschaltet, daß die Ausgangskanäle jedes Verstärkers mit den Steuerkanälen des nächstfolgenden Verstärkers verbunden sind. Demgemäß strömt der Ausgang des Verstärkers 68 über Ausgangskanäle 74 und 76 und tritt aus Steuerkanälen 78 und 80 des Verstärkers 70 aus, so daß dieses Fluid das Steuerfluid für den Verstärker 70 wird. In ähnlicher Weise tritt der Ausgang des Verstärkers 70 durch Ausgangskanäle 82 und 84 hindurch und dann aus Steuerkanälen &S und 88 des Verstärkers 72 aus und wird somit das Steuerfluid für diesen Verstärker 72. Das aus dem Verstärker 72 austretende Fluid tritt durch Ausgangskanäle 90 und 92 hindurch und dann aus

Steuerkanälen 94 und % eines bistabilen Fluidverstärkers 98 aus, wodurch es das Steuerfluid für diesen Verstärker 98 wird. Ein Ausgangskanal 100 des bistabilen Fluidverstärkers 98 ist mit einem Steuerkanal 102 eines OR-NOR-Tores 104 verbunden. Ein anderer Ausgangskanal 106 des Verstärkers 98 ist zur Umgebung entlüftet. Das Tor 104 ist eine monostabile Einrichtung, die stabil ist, wenn der Ausgang durch ihren Ausgangskanal 108 strömt. Der Ausgang des Tores 104 kann nur dann zu einem Ausgangskanal 110 abgelenkt werden, wenn eine Fluidströmung durch den Steuerkanal 102 vorhanden ist.

Der Steuerkanal 112 des Verstärkers 68 ist mit einer Fluidsteuersignalquelle verbunden, während der Steuerkanal 114 mit einer Vorspannfluidquelle verbunden ist, die durch irgendeine Einrichtung, beispielsweise ein Ventil 116, geregelt und gesteuert wird, bevor das Vorspannfluid aus dem Steuerkanal 114 austritt. Fluideingangskanäle 118, 120, 122 und 124 der Verstärker 68, 70, 72 bzw. 98 sind in gemeinsamer Verbindung dargestellt, mit der eine Quelle unter hohem Druck stehenden Fluids (nicht dargestellt) verbunden ist. Diese Fluideingangskanäle könnten mit einzelnen Quellen unter hohem Druck stehenden Fluids verbunden werden, wenn es gewünscht wird. Der Fluideingangskanal 126 des Tores 104 ist gemäß der Darstellung mit einer getrennten Verbindung zu einer geeigneten Quelle unter hohem Druck stehenden Fluids versehen.

Die Vorteile der Ausführungsform gemäß Fig.4 bestehen darin, daß ein kleines Differential zwischen dem Vorspannfluid und dem Steuersignal verwendet werden kann, um den aus dem Ausgangskanal 106 austretenden Strahl zu dem Ausgangskanal 100 des Verstärkers 98 abzulenken, indem dieser Unterschied in einer Mehrzahl von Stufen verstärkt wird, beispielsweise in den Verstärkern 68,70 und 72. Demgemäß kann ein sehr kleiner Unterschied derart verstärkt werden, daß er zum Betätigen des Verstärkers 98 ausreichend ist. Der Vorteil der Verwendung des Tores 104 besteht

ίο darin, daß die aus dem Tor 104 austretende Strömung in einen Ausgangskanal strömt, wenn nicht und bis das aus dem Steuerkanal 112 austretende Fluidsteuersignal von genügender Größe ist, so daß das Vorspannfluid um einen vorbestimmten Wert überwunden wird, zu welchem Zeitpunkt ein Ausgang aus dem Ausgangskanal 110 des Tores 104 austritt. Sobald das Fluidsteuersignal unter den vorbestimmten Wert fällt, kehrt sich die aus dem Tor 104 austretende Strömung um und strömt durch den Ausgangskanal 108. Ein anderer Vorteil der Verwendung des Tores 104 besteht darin, daß das aus ihm austretende Fluidsignal einen höheren Druck haben kann, und zwar durch Verbindung mit einer getrennten Quelle von unter hohem Druck stehenden Fluid mit dem Eintrittskanal 124.

Die endgültigen Gestaltungsparameter besonderer Fluidvorrichtungen hängen, wie es in der Technik bekannt ist, wenigstens teilweise von der Dichte des Fluids, der Temperatur und dem Druck sowie den Charakteristiken ab, die für den Ausgangsstrahl an der Stelle seiner Verwendung gefordert werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Fluidischer Schalter mit wenigstens einem analogen und einem bistabilen Fluidverstärker, die hintereinandergeschaltet sind und von denen jeder Fluideingangs-, Fluidausgangs- und Fluidsteuerkanä-Ie aufweist, wobei die Steuerkanäle des bistabilen Fluidverstärkers mit den Ausgangskanälen des analogen Fluidverstärkers verbunden sind, d a durch gekennzeichnet, daß ein Steuereingang (54) des analogen Fluidverstärkers mit einer Quelle (52) von voreinstellbaren Fluidvorspannsignalen verbunden ist.

2. Fluidischer Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem analogen Fluidverstärker und dem bistabilen Fluidverstärker eine Mehrzahl von analogen Fluidverstärkern (70, 72) angeordnet ist, jeweils ein Ausgangskanal jedes Fluidverstärkers mit einem Steuerkanal des nächstfolgenden Fluidverstärkers verbunden ist, die Ausgangskanäle des letzten analogen Fluidverstärkers mit den Steuerkanälen des bistabilen Fluidverstärkers (98) verbunden sind, und daß ein Ausgangskanal (100) des bistabilen Fluidverstärkers mit einem Steuereingang (102) eines OR-NOR-Tores (104) verbunden, und der andere Ausgangskanal (106) des bistabilen Fluidverstärkers zur Atmosphäre entlüftet ist.