DE1750284A1

DE1750284A1 - Logisches Druckmittelelement

Info

Publication number: DE1750284A1
Application number: DE19681750284
Authority: DE
Inventors: Facon Pierre Jean Alphonse; Pavlin Cyrille Francois; Breant Gerard Daniel Gaston
Original assignee: Bertin et Cie SA
Current assignee: Bertin Technologies SAS
Priority date: 1967-04-21
Filing date: 1968-04-18
Publication date: 1971-09-09
Also published as: FR94386E; DE1750284C3; GB1219003A; US3524461A; FR1530484A; DE1750284B2; BE713555A

Description

PATENTANWXLTE

DR. E. WIEGAND DIPL-ING. W. NIEAAANN 1750284

DR. M. KÖHLER DIPL-ING. C. GERNHARDT MÖNCHEN HAMBURG

telefon, 395314 2000 HAMBURG 50, 17. April 1968

TELEGRAMME: KARPATENT KDNIGSTRASSE 28

W.23160/68 12/ke

Bertin & Cie Societe Anonyme Paris (Prankreich)

Logisches Druckmittelelement.

Die Erfindung bezieht sich auf ein logisches Element, welches durch Druckmittel gespeist werden soll, und zwar durch flüssige oder gasförmige Druckmittel wie Druckluft, wobei ermöglicht werden soll, einen Druckmittelstrahl in Funktion geeigneter Steuerungen in verschiedene Richtungen zu lenken.

Das logische Element weist im wesentlichen eine Arbeitsmittelschwinge auf, deren Düse in eine Reflektionskammer mündet, welche der Strahl in zwei Räume unterteilt und welche eine Austrittsöffnung aufweist, deren Querschnitt im wesentliqhen gleich dem Querschnitt des Strahles ist und die zwischen zwei konvergenten Wänden der Kammer gebildet ist, wobei Mittel vorgesehen sind, um Druckunterschiede in den beiden Räumen der Kammer bilden zu können, um eine Strahl-

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ablenkung hervorzurufen, und wobei der Austrittsöffnung divergente Wände nachgeordnet sind, die dazu bestimmt sind, den abgelenkten Strahl zu zweckentsprechenden Austritts-.kanälen zu leiten.

Wenn das Element oder wenigstens seine Kammer mit Bezug aif die Mittelebene der Düse symmetrisch ist, kann ein stabiles Arbeiten in beiden Richtungen des Austrittsstrahles erhalten werden. Ein solches Element wird als bistabiles Element bezeichnet.

Wenn eine genügende Asymmetrie eingeführt wird, hat das Element das Bestreben, eine Strahlablenkung in einer bevorzugten Richtung hervorzurufen. Ein solches Element wird als monostabiles Element bezeichnet.

Unabhängig davon, ob das Element ein bistabiles oder ein monostabiles Element ist, wirkt es durch Reflektion des Arbeitsmittelstrahles auf einer der konvergenten Wände der Kammer und durch Leiten des Austrittsstrahles entlang der gegenüberliegenden divergenten Wand zu dem entsprechenden Austrittskanal.

Wenn insbesondere die Ablenkung durch Einführen von Druckmittel in einen der Räume der Reflektionskammer hervorgerufen wird, ermöglicht die Tatsache, daß der Austritt des Strahles auf der Seite erfolgt, von welcher die Steuerung ₍

vorgenommen wird, je nach dem Fall, daß eine positive Oegen- ' reaktion des Austritts auf die Steuerung erhalten wird und daß zwischen die logischen Elemente eines Aufbaues unter sich

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verbunden werden, die in der gleichen Ebene angeordnet sind, wobei ein Überkreuzen der Kanäle vermieden ist.

Vorteilhaft sind die Abmessungen der Austrittsöffnung der Reflektionskammer mit Bezug auf den Strahlquerschnitt und damit mit Bezug auf den Austrittsquerschnitt der Düse derart bestimmt, daß der Druck das Bestrebe¹! hat, in der Reflektionskammer zu steigen. Auf diese Woite ist es möglich, das Element zu steuern, ohne daß eine Menge an Steuerflüssigkeit erforderlich ist, wodurch ermöglicht wird, mit einem einzigen Element eine große Anzahl anderer Elemente zu steuern.

Das Element kann als einfache Schwinge oder Schaukel arbeiten. Es kann auch verschiedene Funktionen ausüben, beispielsweise Funktionen wie "UND", "ODER", "NICHT" bzw. "WEDER-NOCH" usv;.

Die Erfindung ermöglicht weiterhin die Herstellung von logischen Elementen, die sehr stabil sind und die Füllung bzw. Belastung beibehalten ("tenir la charge") können, was es ermöglicht, sie für die Steuerung von Organen wie Verteilerorgane oder Manokontaktoren bzw. öldruckschalter zu verwenden, die bekanntlich mit einer dauernden Liefermenge von Null arbeiten.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise erläutert.

Fig. 1 ist eine Schnittansicht nach Linie I-I der Fig. 2 eines bistabilen logischen Elementes

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gemäß der Erfindung.
Fig. 2 ist eine Schnittansicht nach Linie H-II der

Fig. 1.
Fig. 3 ist eine Schnittansicht nach Linie IH-III der

Fig. 4 eines monostabilen logischen Elementes. Fig. 4 ist eine ScIuLt tans ich t nach Linie IV-IV der Fig. 3.

Fig. 5 bis 8 sind den vorhergehenden Figuren analoge Schnittansichten, jedoch von logischen Elementen, die dazu bestimmt sind, einerseits die Funktion "UND" und andererseits die Funktion "ODER-NICHT" bzw. "WEDER-NOCH" auszuüben.

Fig. 9 und 10 sind ebenfalls den vorhergehenden Figuren analoge Schnittansichten, jedoch einer abgewandelten Ausführungsform der Austrittskanäle und der Auslaßleitungen des Elementes.

Fig.11 ist eine Schnittansicht einer aerodynamischen Ventilvorrichtung.

Fig.12 ist eine schematische Längsschnittansicht einer asymmetrischen Schwinge, wobei der Einfluß der Winkel der Reflektionswände auf das Arbeiten der Schwinge dargestellt ist.

Fig.13 ist eine der Fig. 12 analoge Ansicht, in welcher ein logisches Element mit Gegenreaktionen, die an den Austrittskanälen entnommen sind, dargestellt ist.

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Fig. l4 ist eine der Pig. Ij3 ähnliche Ansicht, wobei die Gegenreaktionen jedoch an den Kanälen zur Umgebungsluft entnommen sind.

Pig. 15 ist eine Längsschnittansicht eines Isolierkreises.
Fig. 16 ist eine Langsschnittansicht eines bistabilen

logischen Elementes mit bevorzugter Orientierung. Fig. 17 ist eine der Pig. 1β analoge Ansicht, in der ein logisches Element dargestellt ist, bei welchem jeder Steuerkanal mit einem Isolierkreis kombiniert ist.

Fig. 18 ist eine den Fig. l6 und 17 ähnliche Ansicht, jedoch ist das dargestellte logische Element mit Isolierkreisen mit doppeltem Eintritt versehen.

Bei der in den Fig. 1 und 2 wiedergesehenen Ausführungsform weist das logische Element drei Platten aus zweckentsprechendem Material auf, beispielsweise aus synthetischem Kunststoffmaterial, Metall usw., welches mit den verwendeten Arbeitsmitteln verträglich ist, wobei die Platten Fläche an Fläche dicht zusammengesetzt sind.

Die Hinterplatte 1 ist eine volle Platte, die mittlere Platte 2 Ist zweckentsprechend ausgenommen, um die Kammern und Leitungen, die nachstehend im einzelnen beschrieben werden, zu bilden, und die Vorderplatte 2 ist mit Löchern gebohrt, mit denen die Speiseleitungen 4, die Austritts-

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leitungen 5 und die Steuerleitungen 6 des Elementes verbunden sind.

Gegenüber der Speiseleitung 4 weist die mittlere Platte 2 einen Hohlraum 7 auf, der in einem verhältnismäßig engen rechteckigen Durchgang endet, der vorzugsweise paralle-Ie Flächen hat und der die Eintrittsdüse 8 des logischen Elementes darstellt. Die Düse 8 ist dazu bestimmt, einen Strahl 9 ^zu liefern, der in eine Reflektionskamrner 10 eintritt, die konstante Dicke hat und deren Querschnitt im wesentlichen die Form eines gleichschenkligen und vorzugsweise eines gleichseitigen Dreiecks hat.

Der Strahl kommt mit Bezug auf das den Querschnitt bildende Dreieck rechtwinklig zu einer der Seiten des Dreiecks an.

Mit den dieser Seite benachbarten Spitzen sind Steuerkanäle 11a und 11b verbunden, die mit Steuerleitungen 6 • verbunden sind.

An der dritten Spitze ist eine rechteckige Austrittsöffnung 12 vorgesehen, deren Größe in der gleichen Gröflenordnung wie die Größe der öffnung der Düse 8 liegt.

Mit der Austrittsöffnung 12 sind Austrittskanäle IjJa und 13b verbunden, die an ihrem Ursprung durch Seitenwände 14a, 14b, die gebogen oder eben sein können, und eine mittlere Spitze 15 begrenzt sind. Die Kanäle 13a, 13b divergieren geringfügig, beispielsweise in einem Winkel von etwa 7 bis 11° derart, daß eine erneute Kompression des Strahles durch

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progressive Vergrößerung des ihm dargebotenen Durchschnittsquerschnitts gewährleistet ist.

Die Kanäle 13a und 13b münden in Austrittsrohren 5* welche das Druckmittel zu dem oder den geeigneten Verwendungsvorrichtungen führen.

Seitlich der Austrittskanäle 13a und 13b sind Auslaßleitungen 16a und lob angeschlossen, die in einen Raum geringeren Drucks als dem des Strahles münden, beispfelsweise in freie Luft bzw. Umgebungsluft, wenn das logische Element mit einem Strahl komprimierten Gases, beispielsweise mit einem Druckluftstrahl, gespeist wird.

Die Leitungen löa, lob sind mit den Kanälen 13a, 13b in Stromaufwärtsrichtung schräg verbunden , wie es in Fig. dargestellt ist, wonach sie nach einer großen Krümmung gegen die Endwände der Mittelplatte 2 divergieren.

Bei der in den Fig. 1 und 2 wiedergegebenen Ausführungsform ist die Austrittsöffnung 12 gegenüber der Düse 8 angeordnet, und die Reflektionskammer 10 des logischen Elementes ist mit Bezug auf die Mittelebene der Düse 8 symmetrisch.

Bei der in den Fig. 3 und 4 wiedergegebenen, abgewandelten Ausführungsform ist die Düse 8 geringfügig nach links versetzt, und zwar mit Bezug auf die Austrittsöffnung 12.

Die Arbeitsweise des soweit beschriebenen logischen Elementes ist wie folgt:

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Zunächst wird die Arbeitsweise der symmetrischen Ausführung gemäß Fig. 1 beschrieben.

Der aus der Düse 8 austretende Strahl 9 teilt die Kammer 10 in zwei seitliche Räume 10a und 10b.

Wenn die Austrittsöffnung 12 eine Größe wenigstens gleich dem Querschnitt des Strahles 9 hat, tritt dieser ohne Schwierigkeit durch die Öffnung 12 hindurch und es besteht das Bestreben, daß sich in den Räumen 10a und 10b ein Druck bildet, der niedriger als der Druck ist, der in den Steuerkanälen 11a, 11b herrscht, beispielsweise ein Druck, der niedriger als der Atmosphärendruck ist, wenn die Steuerkanäle 11a, 11b mit der Atmosphäre verbunden sind. Wenn in den Räumen 10a und 10b ein Druckunterschied hervorgerufen wird, beispielsweise dadurch, daß ein Steuerstrahl durch den Steuerkanal 11a eingeführt wird, wird der Strahl 9 gegen die Wand 17b der Kammer 10 gedrückt und der von dieser Wand 17b reflektierte Strahl 9 tritt durch den Kanal IJa entlang der V/and 14a aus. Um die Stellung des Strahles 9 umzukehren genügt ist, das Einführen von Steuermittel in den Kanal Ha zu beenden und Steuermittel in den Kanal 11b einzuführen.

Es ist zu bemerken, daß der Strahl 9 aus dem Kanal austritt, der auf der gleichen Seite wie der Steuerkanal liegt, durch welchen hindurch Steuermittel eingeführt wird.

Wenn die Austrittsöffnung 12 kleiner als der Querschnitt des Strahles 9 ist, ist die Arbeitsweise etwas verschieden, weil das Bestreben besteht, daß sich in der Kammer

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10 einDruck einstellt, der umso größer ist, je kleiner die Öffnung 12 ist. In der Praxis kann unter Berücksieht Igung, daß der Strahl sich umso mehr vergrößert bzvi. ausbreitet, wie er sich von der öffnung der Düse 8 entfernt, diese Arbeitsv/eise dadurch erhalten v/erden, dai3 der Austrittsöi'friurig 12 die gleiche Größe wie dem Austrittsquersehriitt der Düse 8 gegeben wird,

Es ifjt zu bemerken, daß die Vorrichtung ein geringfügiges Bestreben zu Beginn hat, in einem bestimmten Sixiii zu arbeiten.

Wenn tatsächlich die Symmetrie vollkommen ist und in den beiden Steuerkanälon 11a und 11b der gleiche Druck narrscht, hat der Strahl ') keinerlei Grund, sieh nach rechüs oder nach links abzulenken,

Diese vollkommene iJyr.uii-~tr.ie ist jedoch lodi^'-i-h ein Idealfall· und in der Pi axis wird der Strahl ) um::·- dan vorausgesetzten Bedingungen immer geringfügig abgelenkt.

F¹Ur die Klarheit der Lfischreibung ί/lrd angenommen, dai3 de anfängliche Ablenkung nioh rechts erfolgt.

Der Strahl 9 trifft an seiner rechtenKunte auf -las Ende der Wand l?b, w^lcii? lie Kammer¹ 10 ;;<iiLll'!h b-o;,iⁱ-:i\.;t, Unter der Wirkung die;:; or, Auf tr e ff ens strömt .-in r^vUi.^v Tell der Druckmi ttoi.men-ΐ-ϊ in den Raum lOn d-:;r Kanm^-r 10 ;:ί-rUilr, x'Lohtoi ij!.oh teUt/fiiso go;5on den Kanal lib laid -let- /.ιν-bleibende Teil kehrt lui'ch Ansaugwirkung in den rjtr.a zurück.

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Zufolge der Reflektion an der Wand IYb v/ird der verbleibende Teil des Strahles 9 nach links abgelenkt, und unter der Annahme, daß er nicht vollständig durch die öffnung 12 austreten kann, teilt er sich seinerseits in zwei Ströme, und zv/ar in einen Strom, welcher der //and 1^a folgt, um aus dem Austrittskanal 1^a auszutreten, und einen anderen, welcher auf das Ende der Wand 17a der Kammer 10 auftrifft.

Der Strom, welcher auf die V/and 17a auf trifft, richtet sich teilweise gegen den Steuerkanal 11a und der· verbleibende Teil richtet sich gegen den Strahl ')» üer ihn durch Ansaugwirkung wieder aufnimmt.

V/ird angenommen, daß der Eintritt des so mit Bezug auf de './and 17a abgelenkten Stromes viel größer als der Eintritt de.^r; Teiles des auf die V/and 17b auf treffenden Strahles ist, so i:;t die Drucknilttelmenge, die das Bestreben hat, sich in dem Raum 10a der Kammer¹ 10 anzusammeln, viel größer als diejenige Menge, die das Bestreben hat, sich in dem anderen Raum 10b zu sammeln, und zwar derart, daß sich in dem Raum 10a ein geringfügiger Überdruck bildet, der das Bestreben hat, die Ablenkung des Strahles zu verstärken oder· wenigstens den abgelenkten Strahl aufrechtzuerhalten.

Dieser Überdruck ist jedoch gering und es genügt, ihn zu überwinden, d. h. zu ermöglichen, daß der Druck: in dem Raum LOb der Kammer 10 genügend steigt, um die Ablenkung des Strahles umzukehren und die beschriebenen Vorgänge Ihre Richtung ändern.

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.π-' 1750294

Die Vorrichtung bzw. das logische Element kann wie

bei der zuvor beschriebenenArbeitsweise gesteuer-t werden,

der
indem der eine oderdbr andere/Steuerkanäle 11a, 11b mit Druckmittel in Verbindung gebracht wird, jedoch genügt es in der Praxis, da das Druckmittel.konstant das Bestreben hat, durch die Steuerkanäle zu entweichen, den Steuerkanal auf derjenigen Seite zu versperren, auf welcher eine Ablenkung hervorgerufen v/erden soll.

Wenn beispielsweise in dem Fall des anfänglichen Arbeitens, wie es oben erklärt worden ist und bei welchem der Strahl zu Anfang nach rechts und dann gegen den Austrittskanal 13a abgelenkt ist, verhindert wird, daß das Druckmittel durch den Kanal 11b entweicht, steigt der Druck in dem Raum 10b der Kammer 10 geringfügig mehr und mehr an und der Strahl wird gegen die V.'and 17a abgelenkt, wodurch eine Umkehrung bzw. das Schwingen des logischen Elementes hervorgerufen •..ird, wobei der Strahl nunmehr durch den Austrittskanal 13b austritt.

Die Leitungen loa und lob haben die Funktion auszuüben, das Entweichen von Druckmittel zu ermöglichen, wenn aus dem einen oder dem anderen Grund die Menge in den Kanälen 13a oder 13b abnimmt, um Störungen in dem Arbeiten des * Elementes zu verhindern.

Die Stellung und die Form der !leitungen loa und 16b hängen von den zulässigen Drücken in dem Element ab. Die Leitungen IGa, l6b ermöglichen weiterhin eine Vergrößerung

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der durch die Verwendungsleitungen austretenden Menge zufolge eines Düseneffektes, der durch ihren Verbindungswinkel mit den Austrittskanälen Ij5a, IjJb gegeben ist.

Mit der symmetrischen Anordnung gemäß den Pig. I und kann das logische Element in stabilen Zuständen arbeiten, die in den beiden Richtungen vergleichbar sind. Es wird dann als bistabiles Element bezeichnet.

Das in den Fig. j5 und 4 wiedergegebene Element ist geringfügig anders, und zwar insoweit, als eine Asymmetrie eingeführt worden ist, indem die Düse 8 der Austrittsöffnung 12 der Kammer 10 nicht genau gegenüber angeordnet ist.

Unter diesen Bedingungen trifft der Strahl 9, wenn vorausgesetzt wird, daß die Steuerkanäle lla und 11b unter gleichem Druck stehen, auf die Kante der Wand l?a auf und wird als Folge in Richtung gegen den Austrittskanal 13b abgelenkt. Ein solches Element wird als monostabiles Element bezeichnet, denn die Ablenkung in den Austrittskanal IjJa kann nur durch besondere Steuerung erhalten werden _t d. h. durch genügenden Überdruck in dem Raum 10 a der Kammer 10. Wenn diese Steuerung endigt, kehrt sich das Element selbsttätig um und der Strahl wird wiederum in den Kanal Ij5b gerichtet. Der Kanal IjJb wird als bevorzugter Kanal bezeichnet.

Selbstverständlich wird eine Bevorzugung für den Kanal 13a dadurch erhalten, daß in dem Element eine 0 Asymmetrie im anderen Sinn vorgesehen wird.

Im übrigen ist das Arbeiten des monostabilen Elementes

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dem Arbeiten des bistabilen Elementes identisch.

In den Fig. 5 und 6 ist eine Möglichkeit der Anwendung eines monostabilen Elementes für die Darstellung eines aktiven "UND" Stromkreises erläutert.

Die Düse 8 ist mit Bezug auf die Austrittsöffnung 12 nach links versetzt. Es wird angenommen, daß das Element beispielsweise mit Druckluft gespeist wird, die durch die Leitung 4 ankommt. Der Steuerkanal 11b sowie die Leitungen 16a und 16b sind mit der Atmosphäre verbunden. Der Steuerkanal 11a teilt sich in mehrere Kanäle, beispielsweise in zwei Kanäle, die in Rohrleitungen 20 und 21 verhältnismäßig großen Durchmessers münden.

Das Verhältnis zwischen der Austrittsöffnung der Düse und der Austrittsöffnung 12 der Kammer 10 ist derart, daß sich ein geringfügiger Überdruck in der Kammer 10 zu bilden sucht.

Wenn die Leitungen 6, 20 und 21 mit der Atmosphäre verbunden sind, strömt der Strahl 9 durch die bevorzugte Lei- tmg IJb.

Wenn nicht eine der Leitungen 20 oder 21 versperrt wird, beispielsweise durch mechanische Mittel oder durch Einführen eines zweckentsprechenden Gegendruckes, findet nichts statt.

Um Umkehrung des Elementes hervorzurufen, d. h. Schwingen (fee Strahles von der Leitung 13b zur Leitung 13a hervorzurufen, ist es erforderlich, die Leitung 20 und die Leitung

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zu verschließen.

Das Element übersetzt dann die Punktion "UND". Die in Fig. 11 wiedergegebene Ausführung ermöglicht, zu verhindern, daß ein in eine der Leitungen 20 oder 21 eingeführter Gegendruck eine Umkehrung des Elementes hervorruft. Diese Ausführung setzt sich aus einem Injektor 31, der mit Druckmittel gespeist werden kann, beispielsweise aus einem Austritt eines vorhergehenden logischen Elementes, und aas einem Diffusor 33 großen Querschnitts zusammen, der mit einer der Leitungen 20 oder 21 verbunden ist, wobei die andere Leitung gleichfalls eine Einrichtung aufweist, die der in Fig. 11 wiedergegebenen Einrichtung analog ist. Die Arbeitsweise ist wie folgt.

Wenn der Injektor 32 gespeist wird, erzeugt er einen Überdruck in dem Diffusor 33 und dadurch in einer der Leitungen 20 oder 21. Wenn im Gegensatz hierzu der Injektor 32 nicht gespeist wird, befindet sich der Diffusor 33 auf dem Umgebungsdruck.

Wenn ein einziger der den Leitungen 20 und 21 zugeordneten Injektoren yi gespeist wird, bleibt der Steuerdruck in dem Raum 10a dem Umgebungsdruck sehr eng benachbart, da die Menge durch den anderen Steuerkanal austritt ohne eine Umkehrung des Elementes hervorzurufen.

Bei der abgewandelten Ausführungsform gemäß den Pig. und 8 ist das Element ebenfalls ein monostabiles Element mit dem Bestreben eines Druckanstiegs in der Kammer 10.

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Der Steuerkanal 11a ist über Kanäle 22, 23, 24, 25 mit einer gewissen Anzahl, beispielsweise vier, Arbeitsmitteldioden 26, 27, 28, 29 verbunden.

Es ist bekannt, daß solche Dioden durch einen zylindrischen Raum gebildet sind, der mit einer tangentialen Düse und einer mittleren Düse versehen ist. Der Druckverlust ist viel größer, wenn ein Arbeitsmittel oder Druckmittel von der tangentialen Düse zu der mittleren Düse strömt als bei Strömung in umgekehrter Richtung.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die vier Kanäle 22, 23, 24, 25 mit tangentialen Düsen der entsprechenden Druckmitteldioden 26, 27, 28 bzw. 29 verbunden, deren mittlere Düsen mit Steuerleitungen 30 verbunden sind.

Wenn keine der mittleren Düsen verschlossen ist, liefert das logische Element'in den bevorzugten Kanal 13b.

Die Düsen sind derart geeicht, daß es genügt, daß eine einzige von ihnen gespeist wird, damit der Druck in dem Raum 10a der .Kammer 10 genügend steigt, um das Schwingen des Strahles vorr. Kanal 13b zum Kanal 13a hervorzurufen.

Die Strömung durch den Kanal 13b übersetzt somit die Funktion "NICHT" bzw. "WEDER-NOCH", und die Strömung durch den Kanal 13a die Funktion "ODER".

Die in den Fig. 9 und 10 wiedergegebene abgewandelte Ausführungsform ist der Ausführungsform gemäß den Fig. 1 und 2 ähnlich, jedoch sind die Austrittskanäle 13a, 13b geradlinig und die Auslaßleitungen l6a, l6b beginnen kurz hinter

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der Austrittsöffnung 12 der Kammer 10. Sie münden in Rohre Jl.

Wie in Fig. 12 wiedergegeben, können bistabile oder monostabile logische Elemente gebildet werden, indem die WinkelcC und c<-₂ bestimmt werden, welche die Winkel der konvergenten Reflektionswande 17a und 17b der Kammer 10 mit einer Senkrechten zur Richtung des aus der Düse 8 austretenden Leistungsstrahles 9 bilden.

Wenn die Austrittsöffnung 12 der Düse 8 gegenüber angeordnet ist und wennc(. ι gleich oC ρ ist, ist das Element symmetrisch und sein Schwingen ist bistabil.

'Wenn eine Asymmetrie eingeführt wird, indem beispielsweise der V/inkel cL ₂ mit Bezug auf den Winkel J^« verkleinert wird., wird die Schwinge monostabil, wenn der Unterschied zwischen den .erten der Winkel«^, und cL₂ ausreichend ist.

Allgemein wird dem Winkel ο'., ein Wert zwischen 50 und 80 und vorzugsweise 60 gegeben. Der bevorzugte Winkelwert von <^p zum Bilden einer monostabilen Schwinge kann dann 40° betragen.

Die in Fig. 12 wiedergegebene Schwinge, bei welcher diese Winkel verwirklicht sind, ist eine monostabile Schwinge, wobei der Kanal 13a der bevorzugte Kanal ist.

Wie oben erwähnt, bewirkt die Ablenkung des Leistungsstrahles 9 durch die Reflektionswande, daß der Strahl von der Seite, von welcher die Steuerung erfolgt, abgelenkt wird,

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wodurch ermöglicht ist, daß in das logische Element eine positive Gegenreaktion eingeführt werden kann, und zwar mittels eines Kanals, der in der gleichen Ebene verbleibt, die dieallgemeine Ebene des Elementes ist.

In Pig. 13 ist jede Austrittsöffnung 5a und 5b, in welche die Kanäle 13a, IjJb münden, mit dem entsprechenden Steuerkanal 11a bzw. 11b durch einen Gegenreaktionskanal J^a bzw. ^4b verbunden.

Die Kanäle J>ha.> j54b sind unter einem spitzen Winkel den Kanälen 13a und IJb folgend derart angeordnet, daß genügend dynamischer Druck wiedergewonnen wird, damit eine Gegenreaktion selbst dann erzeugt wird, wenn der Austritt nicht belastet ist. Wenn der Austritt progressiv belastet wird, steigt die Intensität der Gegenreaktion, wodurch das Blockieren des Leistungsstrahles intensiviert wird. Es kann somit der Austritt vollständig belastet werden und selbst der Austrittsdruck über den maximalen Druck hinaus künstlich vergrößert werden, der von dem Element ertragen v/erden kann (mit Hilfe einer Hilfsspeisung), ohne ein Schwingen zur unrechten Zeit hervorzurufen. Diese Eigenschaft (Überlastungsfähigkeit) kann wertvoll sein, wenn das Element zum Steuern eines Apparates mit geschlossener Kapazität (beispielsweise einen Mariokontaktor oder öldruckschalter) verwendet wird, der in einem gewissen Abstand angeordnet ist; im Fall von Änderungen des Speisedrucks kann eine zeitweilige Überlastung in der Leitung herrschen.

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Wenn eine maximale Menge mit dem Druck Null wiedergewonnen werden soll oder wenn die Geometrie der Vorrichtung, von der das Element einen Teil bildet, sich für die Ausführung der Reaktionsschleife nicht anbietet (beispielsweise integrierter Stromkreis), kann es vorteilhaft sein, die Gegenreaktionskanäle 34a, 34b mit den zur Umgebungsluft führenden Leitungen 16a und 16b zu verbinden, wie es in Pigr 14 dargestellt ist. Die Intensität der Gegenreaktion ist gering, wenn der Austrittswiderstand selbst gering ist, und sie wächst progressiv mit dem Anwachsen der Belastung, denn die in die zur Umgebungsluft führenden Leitungen zurückgeführte Menge steigt ebenfalls. Diese Ausführung ist jedoch nur möglich bei bistabilen Ausführungen (symmetrischen Elementen) für alle Belastungswerte. Mit monostabilen Elementen ist es erforderlich, daß die Belastung an dem gewöhnlich nicht gespeisten Kanal bereits genügend erhöht ist.

■Es ist aus Fig. 14 ersichtlich, daß die Gegenreaktionskanäle direkt in die Kammer 10 münden, wodurch ein Raumgewinn ermöglicht ist.

In Fig. 15 ist schematisch ein Isolierstromkreis dargestellt, der einen Aufnahmeraum 35 aufweist, der über einen direkten Kanal 3" mit einer zur Umgebung führenden öffnung 37 verbunden ist. In den Kanal 36 mündet ein Kanal 38* der mit einer Leitung 39 verbunden ist, über welche ein Signal ankommen kann. Der Kanal 38 bildet einen zweckentsprechenden Winkel mit dem Kanal 36 und gegenüber seiner Mündung ist eine

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Ausnehmung 40 vorgesehen.

Der Isolierstromkreis kann als Arbeitsmitteldiode angesehen werden. Tatsächlich erscheint ein von der Leitung 39 ausgesandter Druckimpuls direkt an dem Raum 35* während in den Raum 35 eingeführtes Arbeitsmittel oder Druckmittel durch den Kanal 36 zu der öffnung 37 strömt, ohne daß sich eine Mengenänderung oder irgendeine beträchtliche Druckänderung in der Leitung ergibt. Ein solcher Stromkreis, der einem Steuerkanal zugeordnet ist, ermöglicht das Abkoppeln der Arbeitsmi^telstromkreise voneinander.

In den Fig. l6 bis l8 sind Ausführungsbeispiele von logischen Elementen, die eine solche Zuordnung verwenden, wiedergegeben.

Eine Gegenrealction erzeugt eine Druckerhöhung in der Reflektionskammer 10 des Elementes. Diese Druckerhöhung kann durch die Steuerkanäle zurückwandern, wodurch die Gefahr gegeben ist, daß die Stromkreise gestört werden, mit denen diese Kanäle ggf. verbunden sind, beispielsweise wenn zwei logische Elemente durch ein und dasselbe Signal gesteuert werden. Durch Verwendung eines Isolierstromkreises werden die Steuerkanäle gegen die V/irkungen eines solchen Überdrucks geschützt. Es wird gleichfalls verhindert, daß ein übermäßiger Steuerdruck sich quer über die Schwinge auf den gegenüberliegenden Steuerkanal auswirkt (was als "Transparenz" der Schwinge bezeichnet wird).

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Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 16 ist die Reflektionskammer 10 des Elementes derart asymmetrisch, daß der Austrittskanal 13b bevorzugt ist.

Der entsprechende Steuerkanal 11b ist mit einem Isolieräromkreis kombiniert, dessen Kammer 10 den Aufnahmeraum bildet, während der direkte Kanal 41 mit der Umgebungsluft verbunden ist und die Signalankunftsleitung 42 mit der Steueröffnung 6b des logischen Elementes verbunden sind.

Der andere Steuerkanal 11a ist seinerseits einerseits über den direkten Kanal 43, welcherjdie Rolle des Gegenreaktionskanals für den gewöhnlich nicht stabilen Kanal 13a spielt, mit der Austrittsöffnung 5& und andererseits über eine Abzweigleitung 44 mit der Steueröffnung 6a verbunden.

Auf diese Weise wird ein bistabiles Element mit bevorzugter Orientierung erhalten. Bei Inbetriebnahme und bei Fehlen jedweder Steuerung ist es der gewöhnlich gespeiste Kanal 13b der monostabilen Schwinge, welcher liefert. Es ist samit eine Vieldeutigkeit beim Austritt verhindert. Wenn die Steuerung aufhört, wird der Kanal, der gespeist war, weiter gespeist, und zwar bis zur folgenden Steuerungsänderung.

Gemäß Fig. I7 ist das logische Element symmetrisch und besitzt wie im Fall der Fig. 14 Kanäle 34a und 34b für Gegenreaktion, welche die zur Umgebungsluft führenden Leitungen l6a und l6b mit der Kammer 10 verbinden.

Jeder der Steuerkanäle 11a und 11b ist mit einem Isolierstromkreis kombiniert, dessen direkter Kanal 4la bzw. 4lb mit

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der Umgebungsluft verbunden ist, während die Abzweigleitung 42a bzw'. 42b mit der Steueröffnung 6a bzw. 6b verbunden ist. Diese Ausführung ist insbesondere vorteilhaft, wenn das Steuersignal bei verringerter Belastung schwach ist.

Bei der abgewandelten Ausführungsform gemäß Fig. 18 weist die Schwinge Gegenreaktionen an den Austrittsöffnungen derart auf, wie es in Verbindung mit der Ausführungsform gemäß Fig. IJ> beschrieben ist.

Jeder der Steuerkanäle 11a und 11b ist mit einem Isolierstromkreis mit zwei Eintrittsleitungen verbunden, deren direkter Kanal 4la bzw. 4lb mit der Umgebungsluft verbunden ist, während die Eintrittsleitungen von dem Gegenreaktionslanal 54a bzw. ^4b und von einer Abzweigleitung gebildet sind, dLe mit der Eintrittsöffnung 6a bzw. 6b des logischen Elementes verbunden ist. Auf diese Weise wird ein Zurückwandern des Druckes in die Steuerkanäle verhindert.

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Claims

Patentansprüche

1. Logisches Druckmittelelement mit einer Druckmittel-.schwinge, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (8) der Druckmittelschwinge in eine Reflektionskammer (10) mündet, die von dem Strahl (9) in zwei Räume (lOa, 10b) unterteilt wird und die eine Austrittsöffnung (12) aufweist, deren Querschnitt im wesentlichen gleich dem Querschnitt des Strahles ist und die zwischen zwei konvergenten Wänden (17a, 17b) gebildet ist, eine Einrichtung zum Hervorrufen von Druckunterschieden in den beiden Räumen der Kammer zum Hervorrufen einer Strahlablenkung, und divergente Wände (14a, 14b) hinter der Austrittsöffnung (12), um den abgelenkten Strahl zu zweckentsprechenden Austrittskanälen (ljte* l^b) zu führen, vorgesehen sind.

2. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektionskammer (10) dreieckförmigen Querschnitt aufweist, die Düse (8) rechtwinklig an einer Seite des Dreiecks mündet und die Austrittsöffnung (12) an der gegenüberliegenden Spitze des Dreiecks gebildet ist und Steuerkanäle (Ua, Hb) an den der genannten Seite benachbarten Spitzen münden.

J. Element nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

das .Dreieck im wesentlichen ein gleichseitiges Dreieck ist. \

4. Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet«

daß die divergenten Wände (l4a, l4b) gebogene Wände sind.

5. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge-

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kennzeichnet, daß die Austrittskanäle (IjJa, IJb) divergent ausgebildet sind.

6. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß den Austrittskanälen (I3^a* 13t») Auslaßtitungen (l6a, l6b) zugeordnet sind.

7. Element nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßleitungen (l6a, l6b) mit den Austrittskanälen (13a, 13b) in spitzen Winkeln derart verbunden sind, daß ein Düseneffekt hervorgerufen ist.

8. Element nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßleitungen (l6a, lob) mit den Austrittskanälen (13a, 13b) kurz hinter der Austrittsöffnung (12) der Reflektionskammer (10) verbunden sind.

9. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der Kammer (10) und der Düse (8) gebildete Ausführung mit Bezug auf die Mittelebene der Düse zum Bilden eines bistabilen Elementes symmetrisch ist.

10. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der Kammer (IO) und der Düse (8) gebildete Ausführung mit Bezug auf die Mittelebene der Düse derart asymmetrisch ist, daß einer der Austrittskanäle (13a oder 13b) des Elementes einen bevorzugten Charakter hat, wodurch das Element monostabil ist.

11. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Austrittsöffnung (12) kleiner als die Querschnittsgröße des Strahles (9) auf der Höhe der

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öffnung ist derart, daß der Druck im Betrieb in der Reflektions· lammer (10) zu steigen sucht.

12. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausübung der Funktion "UND" das Element als monostabiles Element gebildet ist und der auf der nicht bevorzugten Seite liegende Raum der Reflektionskammer (10) mit mehreren Steuerleitungen (20, 21) verhältnismäßig großen Querschnitts verbunden ist.

15. Element nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß den Steuerleitungen (20, 21) großen Querschnitts aerodynamische Ventil vorrichtungen zugeordnet sind, clie die Wirkungen von Gegendrücken zu beseitigen gestatten.

14. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausüben der Punktion "ODER-NICHT" bzw. "WEDER-NOCH" das Clement als monostabiles Element gebildet ist und der auf der nicht bevorzugten Seite der Re-

fle'ctionskammer liegende Raum mit Arbeitsmitteldioden (26, 27* 28, 29) verbunden ist, die derart angeschlossen sind, daß zum Hervorrufen des Schwingens des Strahles es genügt, eine von ihnen zu schließen.

15. Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Art der Stabilität des logischen Elementes durch zweckentsprechende Wahl derjenigen Winkel (cL· O^_p) bestimmt ist, welche die konvergenten Wände (l4a, l4b) der Reflektionskammer (lO) mit der Richtung des Leistungsstrahles (9) beim Austreten aus der Düse (8) bilden.

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16. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß es wenigstens eine positive Gegenreaktionseinrichtung aufweist, die mittels einer in seiner Ebene bleibenden Leitung gebildet ist.

17. Element nach Anspruch l6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenreaktionsleitung oder jede Gegenreaktionsleitung einen Austrittskanal der Druckmittelschwinge mit dem entsprechenden Steuerkanal verbindet.

18. Element nach Anspruch I7, dadurch gekan zeichnet, daß die Gegenreaktionsleitung oder die Gegenreaktionsleitungen nit dem entsprechenden Austrittskanal unter einem spitzen Winkel derart verbunden sind, daß genügend dynamischer Druck wiedergewonnen wird, damit die Gegenreaktion sich bildet, selbst wenn der Austritt nicht belastet ist.

19. Element nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenreaktionsleitung oder jede Gegenreaktionsleitung mit einem zur Umgebungsluft führenden Kanal der Schwinge des logischen Elementes verbunden ist.

20. Element nach Anspruch I9, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenreaktionsleitung oder die Gegenreaktionsleitungen in der Reflektionskammer (lO) des logischen Elementes münden.

21. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeiphnet, daß es mit wenigstens einem Isolierstromkreis versehen ist, der durch einen Aufnahmeraum (35) gebildet ist, der über einen direkten Kanal mit einem Austritt und über einen Abzweigkanal mit einer Steueröffnung verbunden ist.

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22. Element nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmeraum durch die Reflektionskammer gebildet ist, der Abzv/eigkanal an einer Steueröffnung des logischen Elementes mündet und der entsprechende Steuerkanal einen Teil des direkten Kanals bildet.

23. Element nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem monostabilen Element der auf der nicht bevorzugten Seite des Kanals gelegene Steuerkanal mit einem Isolierstromkreis kombiniert ist, dessen direkter Kanal als Gegenreaktionsleitung dient, während der andere Steuerkanal mit dnem Isolierstromkreis kombiniert ist, dessen direkter Kanal mit der Umgebungsluft verbunden ist.

24. Element nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß im Fall eines bistabilen Elementes die beiden Steuerkanäle mit Isolierstromkreisen kombiniert sind, deren direkte Kanäle mit Umgebungsluft verbunden sind.

25. Element nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Isolierstromkreis eine zweite Abzweigleitung -aufweist, die durch einen Gegenreaktionskanal gebildet ist, der mit dem Austritt der Schwinge des logischen Elementes verbunden ist.

26. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß es durch dichtes übereinanderanordnen dreier zweckmäßig übereinstimmender Platten gebildet ist.

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