DE1751791A1

DE1751791A1 - Vorrichtung zur Erzeugung von Druckmittelschaltsignalen

Info

Publication number: DE1751791A1
Application number: DE19681751791
Authority: DE
Inventors: Rainer Charles W
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1967-08-15
Filing date: 1968-07-26
Publication date: 1971-05-19
Also published as: US3457937A; GB1187685A; FR1581212A

Description

Prankfurt am Main, den 2 5, JuH 196*

HONEYWELL INC.
270Ϊ Fourth Avenue South Minneapolis, Minn., USA

Vorrichtung zur Erzeugung von Druckmittelschaltsignalen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Druckraittelsehaltsignalen, die sich besonders zur Steuerung eines bistabilen Fluidverstärkers eignet.

Für viele Druckmittelsysteme ist es notwendig, daß ein bistabjIes- Druckmittelelement, wie z.B. ein bistabiler Verstärker, durch ein schwaches Schaltsignal sicher und zu- ■ verlä'sK-i g geschaltet .wird. Dieses Schalten sollte möglichst ' wenig von in dem Druckmittel auftretenden Störungen abhängig sein, öle hler in Analogie zur Elektrotechnik mit Rauschen bezeichnet werden. Daher besteht ein wachsendes Interesse an Vorrichtungen zur Erzeugung von Druckmittelsohaltsignalen. die au!' kleine; Eln^ai.r.sßlgna] e ansproonen und mit deren

OBlGlNAL

Ausgangssignal ein bistabilcs Element, beispielsweise ein bistabiler Verstärker, sicher geschaltet werden kann.

Allgemein läßt sich ein bistabiles Druckmittelelement mit Hilfe eines schwachen Eingangssignales dadurch schalten, daß man das Eingangssignal auf eine Reihe von in Kaskadenschaltung angeordneten Fluidverstärkern p:ibt, wodurch es die zur Betätigung des bistabilen Elementes notwendige Verstärkung erhält. Bei sehr kleinem Eingangssignal ist dabei eine große Anzahl von Verstärkern notwendig, wodurch die Verstärkung teuer und kompliziert wird. Darüber hinaus bildet jeder Fluidverstärker eine mögliche Störungsquelle, die hier in Analogie zum elektrotechnischen Verstärker als Rauschquelle bezeichnet wird. Da nun das Verstärkerrauschen in der nächsten Verstärkerstufe immer wieder verstärkt wird, neigt die Schaltung bei nur wenig über ihrem Betätigungsschwellwert liegenden Schaltsignalen zur Instabilität.

Weiterhin hat die oben beschriebene und gewöhnlich angewandte Art der Verstärkung der Druckmitteleingangssignale den Nachteil, daß die Umschaltung des bistabilen Elements nicht nur von der Größe des das Element betätigenden Schaltsignals, sondern zum Teil auch von seiner Wirkungsdauer abhängt. Daher schaltet das bistabile Element in Abhängigkeit von der >!nderungsgeschwiridirkeit des Schaltsignals bei unterschiedlichen Vierten. Bei einer Kaskadenschaltung von Pluidverstärkern ändert sieh

109821/03S1

ÖAD ORIGINAL

aber das Schaltsignal recht langsam.und auch aus diesem Grund wird das bistabile Element nicht zuverlässig betätigt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Erzeugung von Druckmittelsignalen zu offenbaren, die durch sehr kleine Eingangssignale zuverlässig und genau geschaltet wird und die einfach aufgebaut und preiswert herzustellen 1st.

Darüber hinaus soll die Vorrichtung nur geringfügig gegen ™

Rauschen anfällig sein und selbst nur wenig rauschen.

Nach.der Erfindung wird die Aufgabe im Prinzip dadurch gelöst, daß die Vorrichtung zv\^rel proportional arbeitende, rückgekoppelte Fluidverstärker aufweist, daß die Rückkopplung einerseits durch die Verbindung des zweiten Äusgangskanals des ersten Verstärkers mit der ersten Steueröffnung des zweiten Ver.-stärkers und andererseits der ersten Ausgangsoffnung des zweiten Verstärkers mit der zweiten Steueröffnung des ersten Verstärkers ä hergestellt ist, daß das Eingangssignal der ersten Steueröffnung des ersten Verstärkers und der zweiten Steueröffnung des zweiten Verstärkers zugeführt vfird und daä das Aus gangs signal am ersten Ausgangskanal des ersten Verstärkers und am zweiten Ausgangskanal des zweiten Verstärkers abgegriffen wird. Dabei empfiehlt es sich, daß die der Zuführung des Eingangssignales dienenden Steueröffnungen an die beiden Ausgangskanäle eines dritten, proportional arbeitenden Fluidver-stärkers angeschlossen'sind, wobei die erste Steueröffnung des ersten Verstärkers mit dem

10 9821/0391

ersten Ausgangskanal und die zweite Steueröffnung des zweiten Verstärkers mit dem zweiten Ausgangskanal verbunden ist,und daß der dritte Verstärker außer den .beiden Ausgangskanälen noch eine Druckmittelversorgungsdüse sowie zwei Steueröffnungen aufweist.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist die Vorrichtung derart ausgestaltet, daß die beiden zum Abgreifen ' des Ausgangssignales dienenden Ausgangskanäle an die beiden Steueröffnungen eines bistabilen-Fluidverstärkers angeschlossen sind, wobei der erste Ausgangskanal des ersten Verstärkers mit der ersten Steueröffnung und der zweite Ausgangskanal des zweiten Verstärkers mit der zweiten Steueröffnung verbunden ist, und daß der bistabile Fluidverstärker außer den beiden Steueröffnungen eine Druckmittelversorgungsdüse sow:ie zwei Ausgangskanäle aufweist.

ψ Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird nachfolgend anhand der Zeichnung .-erläutert. Die Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung die verwendeten Druckmittelelemente und ihre Verbindungen untereinander.

Wie in der Zeichnung dargestellt, weist die Schaltung 10 einen ersten Verstärker 22 und einen zweiten Verstärker 29 auf, von denen jeweils eine Steueröffnung (21, 28) mit einem der beiden Ausgangskanäle (15, 16) eines dritten Verstärkers 11 verbunden

109821/0391

BAD ORjGINAl

ist. Der dritte Verstärker 11 weist eine Druckmittelversorgungsdüse 12, zwei einander gegenüberliegende Steueröffnung13, 14 und zwei Ausgangskanäle 15, 16 auf. Die Druckmittelversorgungsdüse 12 wird von der' Druckmittelq'uelle 17 aus über die Leitung 18 mit Druckmittel versehen. Die Steueröffnungen 13 und 14 sind über die Leitungen 19 und 20 mit irgendeinem geeigneten, hier nicht gezeigten Differenzdrucksteuersignalerzeuger verbunden. Die Steuersignalquelle kann beispielsweise*ein Teil eines größeren Druckmittelsystems sein.

Der Ausgangskanal 15 des Verstärkers 11 1st über die Leitung an die Steueröffnung 21 des proportional arbeitenden ersten Verstärkers 22 angeschlossen. Der Verstärker 22 weist noch eine zweite, der Steueröffnung 21 gegenüberliegende Steueröffnung 24, eine Druckmittelversorgungsdüse ,25 und zwei Ausgangskanäle 26 und 27 auf. Der Ausgangskanal 16 1st über die Leitung JO an die Steueröffnung 28 des proportional arbeitenden zweiten Verstärkers 29 angeschlossen. Der Verstärker 29 weist noch " eine der Steueröffnung 28 gegenüberliegende, zweite Steueröffnung 31, eine Druckmittelversorgungsdüse 32 und zwei Ausgangskanäle 33 und 34 auf. Die Verstärker 22 und 29 zeigen in ihrem Aufbau keine wesentlichen Unterschiede.

Über die Zuleitungen 35 und 36 wird das Druckmittel von der Druckmittelquelle 3^ zu den Druckmittelversorgungsdüsen 25 und 32 der Verstärker 22 und 29 geführt. Der Auspiancskanal 27 des

109821/0391 8ΑΌ

Verstärkers 22 ist mit der Steueröffnung 31 des Verstärkers 29 über die Leitung 37 verbunden. Der Ausgangskanal 33 des Verstärkers 29 ist über die Leitung38 an die Steueröffnung ^A des Verstärkers 22 angeschlossen.

Die Schaltung weist darüber hinaus einen mit einer Druckmittelversorgungsdüse 4l, zwei gegenüberliegenden SteuerÖffnungen 42, 43 und zwei Ausgangskanälen 44, 45 versehenen, bistabilen Druckmit'telverstärker 40 auf. Das Druckmittel wird von der Druckmittelquelle 46 über die Leitung 47· zur DruckmittelversorgungsdUse 4l geführt. Die SteuerÖffnungen 42 und· 43 sind jeweils über die Leitungen 48 und 49 mit dem Ausgangskanal 26 des Verstärkers 22 bzw. dem Ausgangskanal 34 des Verstärkers 29 verbunden. Die Ausgangskanäle 44 und 45 des Verstärkers 4o sind über die Leitungen 50 und 51 mit irgendeinem, hier nicht gezeigten, geeigneten Verbraucherkreis verbunden. Der Verbraucherkreis kann beispielsweise ein Teil eines größeren Druckmittelsystems sein.

Für- den ordnungsgemäßen Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es nicht notwendig, daß das Druckmittel für d:ie verschiedenen Druckmittelversorgungsdüsen aus voneinander getrennten Druckmittelquellen Yj; 34 und 46 kommt. Die erfindun^sgeii.äße Vorrichtung arbeitet ebenso gut. wenn die Druckmittelversorgungsdüsen der Verstärker aus einer einzigen Drucknil t te lquelle gespeist Werden". Das Druckmittel kann ein Gas, wie

109821/0391

⁰AD ORIGINAL

beispielsweise Luft, oder eine Flüssigkeit sein.

Während des Betriebes gibt die Druckmittelversorgungsdüse 12 das Druckmittel der Quelle 17 in Form eines Strahles ab. Falls nun keine Druckdifferenz' zwischen den Steueröffnungen IJ und besteht, wird der Druckmittelstrahl aus der Druckmittelversorgungsdüse 12 gleichmäßig auf die beiden Ausgangskanäle 15 und l6 verteilt, wodurch an der Steueröffnung 21 des Verstärkers 22 und der Steueröffnung 28 des Verstärkers 29 der gleiche Druck herrscht. Die beiden Druckmittelversorgungsdüsen 25, 32 der Verstärker 22 und 27 werden durch die Druckmittelquelle J4 gespeist. 'Da,/wie schon beschrieben, im Aufbau der beiden Verstärker 22 und 29 im wesentlichen kein Unterschied besteht, herrscht wegen des gleichen Druckes an den Steueröffnungen 21 und 28 in dem Ausgangskanal 27 des Verstärkers 22 und dem Ausgangskanal· 33 des Verstärkers 29 der gleiche Druck im Druckmittel. Daher kann, solange kein Druckunterschied zwischen den Steueröffnungen 13 und 14 des Verstärkers besteht, zwischen den Ausgangskanälen· 26 und 34 der Verstärker 22 und 29 keine Druckdifferenz auftreten. ί

Der Verstärker 4o arbeitet bistabil. Das bedeutet, daß fast der gesamte, aus der Druckmitterversorgungsduse4l austretende Druckmittelstrahl entweder in den Ausgangskanal 44 oder 45 gelangt. Durch Anlegen eines in geeignete Richtung weisenden und genügend großen Differenzdruckes an die Steueröffnungen 42 und 43 Ifißt sich der aus der aus der Druckmittelversorgungsdüse 4l austretende Flüssigkeitsstrahl von einem Ausgangskanal

109821/0391

zum anderen sehalten. Es sei beispielsweise angenommen, daß der Flüssigkeitsstrahl aus dem Ausgangskanal 45 austritt. Durch Anlegen eines Druckes an die Steueröffnung 42, der wesentlich gröi3er als der an der Steueröffnung 43 liegende ist, läßt sich der Druckmittelstrahl auf den Ausgangskanal 45 umschalten. Demgemäß strömt das Druckmittel weiterhin durch den Ausgangskanal 44, solange nicht ein Steuersignal entsprechender Richtung und Große auftritt. Strömt umgekehrt das Druckmittel durch f) den Ausgangskanal 45, so läßt sich dieser Zustand nur dadurch ändern, daß der Druck an der Steueröffnung 43 erheblich gröber als der an der Steueröffnung 42 gemacht wird, wodurch der Druckmittelstrahl auf den Ausgangskanal 44 umschaltet.

Die Steueröffnungen 42 und 43 sind zur Aufnahme des Druckmitteldifferenzsignales mit den Ausgangskanälen 26 und ^4 der Versätrker 22 bzw. 29 verbunden. Daher wird das Druckmittel ausgehend von der Druckmittelversorgungsdüse 4l so lange durch den ^ gleichen Ausgangskanal strömen, wie nicht ein Differenzdruck zwischen den beiden Ausgangskanälen 26 und 3-4 auftritt, wodurch sich rückwirkend ergibt, daß sich der Verstärker_ 4o nur durch einen Druckunterschied zwischen den beiden Steueröffnungen .13 und 14 des Verstärkers 11 schalten läßt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet nun folgendermaßen. Wird ein kleines

ι ι * ,

O ■ '

to Differenzdruckeingangssignal zwischen die beiden Steueröffnungen

n> 13 und 1.4 des Verstärkers 11 gelegt, beispielsweise dergestalt, ^ daß der Druck an der Steueröffnung 13 geringfügig großer .1st cd als an der Steueröffnung. 14. so wird diese vom Verstärker .1.1

verstärkte Druckd.1 f'ferenz an den AusgangskanMlen dieses Verstärkers auftreten, wobei in dem hier ari;.*e>'ebonen Bei.sp'io.1. der '"

BAD ORIGINAL

Druck in dem Ausgangskanal 16 um den Betrag'des Eingangsdifferenzdruckes ·'Verstärkungsfaktor des Verstärkers 11 größer sein wird. Der so verstärkte Differenzdruck gelangt an die beiden Steueröffnungen.21 und 28 des Verstärkers 22 bzw. 29, wodurch der Druck an der Steueröffnung 28 anwächst und der an der Steueröffnung 21-sinkt.

Der verstärkte Druck an der Steueröffnung 28 des Verstärkers bedingt ,-wegen dessen Verstärkung ein Anwachsen des Druckes: in seinem Ausgangskanal. Dieser Druckanstieg wird zur Steueröffnung 24 des Verstärkers 22 geführt,.wodurch jetzt am Verstärker 22 der Druck an der Steueröffnung 21 gefallen und an der Steueröffnung 24 stark angewachsen ist. Infolgedessen nimmt der Druck im Ausgangskanal 26 sehr stark zu, während-er im Ausgangskanal sehr stark fällt. Der Druckabfall im Ausgängskanal 27 wird zur Steueröffnung Jl des Verstärkers 29 geführt, wodurch der Druck im Ausgangskanal 33 stark .anwächst, während er im Ausgangskanäl 34 stark fällt. '

Es ergibt sich hieraus, daß die Leitungen 37 und J58 als positive Rückkopplungswege dienen, über die Steuersignale rückgekoppelt und Druckunterschiede zwischen den Ausgangskanälen 27 und 33 verstärkt werden. Der Grund dafür ist der, daß die Druckunterschiede zwischen den Ausgangskanälen 27 und 33 zu den Steueröffnungen 31 und 24 gelangen, wodurch wiederum der Druckunterschied zwischen den Ausgangskanälen 27 und 33 ansteigt. Jeder Druckunterschied zwischen diesen beiden Ausgangskanälen geht mit einem entsprechenden Druckanstieg zwischen den Ausgangs- -

10 9 821/0391

kanälen 34 und 26 einher.

Bei Verwendung von kleinen Eingangssignalen, deren Wert aber für das Ansprechen der Verstärker 22 und 29 groß genug ist, erreicht man durch die positive Rückkopplung über die Leitungen 37 und >8 mit der Schaltung eine große Verstärkung. Sind die Eingangssignale grüßer, so wird das Ausgangssignal durch die sogenannte Sättigung der Verstärker 22 und 29 begrenzt, das bedeutet, daß trotz Vergrößerung des Eingangssignales das · Ausgangssignal der Verstärker konstant bleibt. Die Verstärkung der Schaltung ist in diesem Falle zwar stark herabgesetzt; die Schaltung arbeitet aber jetzt sehr stabil.

Ein sehr kleiner Druckunterschied zwischen den Steueröffnungen 15 und 14 des Verstärkers 11 bedingt einen sehr großen Druckunterschied zwischen den Ausgangskanäleri .26 und 34 der Verstärker 22 und 29, welcher zu den Steueröffnungen 42 und 43 ' des bistabilen Verstärkers 40 geführt wird. Auf diese Weise wird der Verstärker 40 mittels eines sehr schwachen Differenzdrucksteuerslgnales zuverlässig und genau geschaltet.

Es muß betont werden, daß der Verstärker 11 für den Betrieb

der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht unbedingt notwendig ist. Bei genügender Größe dieses Differenzdruckeingangssignales kann es auch direkt auf die Steueröffnungen 21 und 28 der Verstärker 22 und 29 gegeben werden. Unabhängig davon wurde der Verstärker

109821/0391

BAD ORIGINAL

aber trotzdem· dargestellt, da die Schaltung 10 "besser arbeitet, wenn eine Möglichkeit zum Trimmen des die Steueröffnungen 21 und 28 ansteuernden Signales besteht.

10982 1/039 1 _ßAo

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Erzeugung von Druckmittel-Schaltsignalen, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei proportional arbeitende, rückgekoppelte Pluidverstärker (22, 29) aufweist, daß die Rückkopplung einerseits durch die Verbindung des zweiten Ausgangskanales (27) des ersten Verstärkers (22) mit der .ersten Steueröffnung (31) des zweiten Verstärkers (29) und andererseits der ersten Ausgangsöffnung (33) des zweiten Verstärkers (29) mit der zweiten Steueröffnung (24) des ersten Verstärkers (22) hergestellt ist, daß das Eingangssignal der ersten Steueröffnung (21) des ersten Verstärkers (22) und der zweiten Steueröffnung (28) des zweiten Verstärkers (29) zugeführt wird und daß das Ausgangssignal am ersten Ausgangskanal (48) des ersten Verstärkers (22) und am zweiten Ausgangskanal (49) des zweiten Verstärkers (29) abgegriffen wird. .

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g.e kennzeichne t, daß die der Zuführung des'Eingangssignales dienenden Steueröffnungen (21, 28) an die beiden Ausgangskanäle (15, l6) eines dritten, proportional arbeitenden Pluidverstärkers (11) angeschlossen sind, wobei die erste Steueröffnung (21) des ersten Verstärkers (22) mit dem ersten Ausgangskanal (15) und die zweite Steueröffnung (28) des zweiten

10982 1/039 1 , . ..

BAD ORIGINAL

Verstärkers (29) mit dem zweiten Ausgangskanal (16) verbunden ist, und daß der dritte Verstärker außer den beiden ■ Ausgangskanälen noch eine Druckmittelversorgungsdüse (18) sowie zwei Steueröffnungen (13, l4) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u.r c h gekennzeichnet, daß die beiden zum Abgreifen des Ausgjangssignales dienenden Ausgangskanäle (48, 49) an die beiden ^ Steueröffnungen (42,. 43) eines bistabilen Fluidverstärkers (4o) angeschlossen sind, wobei' der erste Ausgangskanal (48) des ersten Verstärkers (22) mit der ersten Steueröffnung (42) und der zweite Ausgangskanal (49) des zweiten Verstärkers (2$) mit der zweiten Steueröffnung (43) verbunden ist und daß der bistabile Fluldverstärker außer den beiden Steueröffnungen eine Druckmittelversorgungsdüse (41) sowie zwei Ausgangskanäle (44, 45) aufweist.

■■■■■■■ ' ^: ■■■■'.' -■ i

10982 1/0391

Leerseite