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Pneumatischer Zähler Die Erfindung betrifft einen pneumatischen Zähler,
dessen Zähistellen über einen Druckmittelantrieb fortschaltbar sind.
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Der-Drúckmittelantrieb isttin der Regel ein Membranantrieb, der jeden
Zählschritt in Form eines Druckimpulses in einen Weg umwandelt, der über Stößel
und/oder Hebel auf ein mechanisches Zahlenrollensystem übertragen wird. Die Rückstellung
der Zahlenrollen auf Null erfolgt von Hand über eine alle Zählstellen beeinflussende
Rückstelltaste.
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Beim Einsatz solcher Zähler in pneumatischen Steuerungen und Programmregelungen
tritt ein bei elektronischen oder rein mechanischen Zählern nicht vorhandener Mangel
in Erscheinung, nämlich die fehlende Möglichkeit einer sogenannten Vorwahl. Durch
eine Vorwahleinrichtung ist es bei jenen Zählern möglich, beim Erreichen einer bestimmten
Zahl einen Impuls abzugeben oder einen Sohaltvorgang auszulösen.
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Hiersu dient eine Vorwahleinrichtungj die grundsätzlich von einem
zweiten Speicher ausgeht, der die vorgewählte Zahl enthält; der erste Speicher ist
der Zähler selbst.
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Der zweite Speicher ist z. B..bei elektronischen Zählern
ein
von Hand einstellbares Steckerfeld oder ein Register.
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Über eine Vergleichsschaltung, die beispielsweise aus Und-und Oder-Gliedern
besteht, werden die Ziffern in beiden Speichern miteinander verglichen. Ein Ausgangssignal
erscheint, wenn beide Speicher die gleiche Zahl anzeigen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Vorwähleinrichtung
auch für pneumatische Zahler zu schaffen, also einen pneumatischen Zähler zu schaffen,
der nach einer vorbestimmten Anzahl von Druckimpulsen, von gefertigten Teilen oder
anderen Ereignissen ein pneumatisches Signal abzugeben in der Lage ist, wobei insbesondere
Vorsorge zu treffen isx daß die Druckimpulse auch in Form binär kodierter pneumatischer
Signale auftreten können.
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Ausgehend von pneumatischen Zählern der eingangs genannten Art ist
diese Aufgabe dadurch gelöst, daß Jeder Zählstelle erfindungsgemäß ein weiteres
druckmittelgetriebenes Stellglied zugeordnet ist, durch dessen eine voreinzustellende
Zahl verkörpernde Arbeitslage die Zählschritte der Zählstelle begrenzbar sind, Hierbei
kann das Stellglied Teil einer an sich bekannten, von digital kodierten pneumatischen
Signalen betätigbaren mehrstufigen Stellvorrichtung sein, deren Jeweiliger Stellweg
von dem Druckmittelantrieb der Zählstelle abtastbar ist.
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Vorzugsweise ist das Stellglied eine Kolbenstange einer an sich bekannten
Kolbenkette, deren Stellweg von einem pneumatischen Fühler abtastbar ist, der über
ein Reibgetriebe mit dem Druckmittelantrieb in Wirkverbindung steht und
beim
Auftreffen auf die Kolbenstange einen das Fortschalten der Zählstelle unterbrechenden
Impuls abzugeben in der Lage ist.
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Mit Hilfe eines solchen Zählers ist es erstmals möglich, eine Vorwahl
von durch pneumatische Signale dargestellten Ereignissen durchzuführen, wobei die
Anzahl der vorzuwählenden Ereignisse, z. B. durch pneumatisches Abtasten eines Aufzeichnungsträgers,
auch selbsttätig einstellbar ist. Der Anwendungsbereich von pneumatischen Zählern
wird dadurch erheblich erweitert.
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Nach einem weiterenplerkmal der Erfindung weist der das Fortschalten
der Zählstelle unterbrechende Fühler an seiner der Stirnseite der Kolbenstange des
digitalen Stellgliedes zugewandten Seite einen Druckraum auf, dessen Druckzustand
von einem von der Kolbenstange auslösbaren Ventil umkehrbar ist.
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Für das Fortschalten der Zählstelle kann selbstverständlich anstelle
eines schrittweise arbeitenden Antriebs ein kontinuierlich mit konstanter Geschwindigkeit
wirkender Antrieb verwendet werden, und zwar vorteilhafterweise dann, wenn eine
Zählung von Zeiteinheiten oder von anderen kontinuierlich ablaufenden Vorgängen
durchzuführen ist.
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Bei schrittweisemAntrieb ist der Antrieb so ZU bemessen, daß der Einzelachritt
des Antriebs gleich der kleinsten Verstelleinheit des digitalen Stellgliedes ist.
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Obzwar für das Fortschaiten der Zählstellsflpneuma-.
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tisch arbeitende Antriebe vorgesehen sind, ist es durchaus
möglich,
hierfür auch elektrisch arbeitende Antriebe zu verwenden, wenn nur ein fühler für
das Abtasten der Einstell-Lage des digitalen Stellgliedes vorgesehen ist, der beim
Erreichen dieser ein pneumatisches Signal abgibt.
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Schließlich kennen, entsprechend der maximal anfallenden Zahl der
zu zählenden Impulse und der durch eine Zählstelle verkörperbaren Zahl, mehrere
Zählstellen der vorstehend genannten Art mit Hilfe einer vorzugsweise pneumatisch
arbeitenden logischen Schaltung hintereinander geschaltet werden0 Weitere Einzelheiten
der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit
der Zeichnung, auf der ein Ausführungsbeispiel eines pneumatischen Zählers mit einer
Einrichtung zur Voreinstellung .einer Zahl mehr oder minder schematisch dargestellt
ist.
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oEs zeigen: Fig. 1 einen Schnitt durch eine Zählstelle und Fig. 2
einen Logikplan eines zweistelligen Zählers.
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Ein aus einer Einrichtung A zur Voreinstellung einer Zahl und einer
gleichachsig dazu angeordneten Einrichtung B, der eigentlichen Zählstelle, bestehender
pneumatischer Zähler ist in vorliegendem Ausführungsbeispiel für 25 = 32 Zählschritte
ausgelegt. Selbstverständlich können auch mehr als 32, z. B. 26 = 64 oder 27 - 128
Zählschritte vorgesehen werden. Die Zahl der möglichen Zähischritte hängt
von
der Anzahl der Einstellmöglichkeiten des noch zu beschreibenden Stellgliedes der
Einrichtung A ab. Sie besteht aus einem Zylinder 20, in dem im weiteren als Stufenkolben
bezeichnete Kolben 31 bis 35 leicht gleitend eingesetzt sind. Die Stufenkolben sind
auf der Oberseite mit Anschlägen 36 versehen, die an Anschlägen 37 *n hakenförmigen
Koppelgliedern 38 aufsitzen. Die Koppelglieder 38 sind jeweils an der Unterseite
des vorhergehenden Stufenkolbens befestigt0 Ferner weist jeder Stufenkolben und
ein im Zylinder 20 verschiebbar angeordneter Zylinderdeckel 39 auf den oberen Seiten
je ein weiteres hakenförmiges Koppelglied 40 auf. Die Koppelglieder 38 und 40 sind
auf den einander zugewandten Innenseiten ebenfalls mit je einem Anschlag 41 und
42 versehen. Die Anschläge 36, 37, 41 und 42 sind die geschliffenen und geläppten
Stirnseiten von Stahlstiften, die in die Stirnseiten der Stufenkolben und der Koppelglieder
eingesetzt sind, und zwar an der Stelle, an der die gedachte Symmetriel-inie des
die Stufenkolben beinhaltenden Zylinders diese Stirnseiten durchdringt.
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Wenn die Anschläge 36 an den Anschlägen 37 anliegen, sind die Anschläge
41 und 42 genau um das May, um das sich die betreffenden Stufenkolben verschieben
sollen, entfernt, nämlich um die Maße a, 2a, 4a, 8a und 16a. Die Stellgrößen der
verschiedenen Stufenkolben 31 bis 35 sind also nach einer steigenden geometrischen
Reihe gestuft in der Weise, daß die Verstellung jedes folgenden Stufenkolbens doppelt
so groß ist wie die des torhergehenden.
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Die Sbufenkolben begrenzen Druckraum 48 bis 52, zu denen feste Druckmittelzuleitungen
54 bis 58 führen.
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Der oberste Stufenkolben ist mit einer Kolbenstange 15 versehen, die
durch den oberen, mit einer Zuleitung 59 versehenen Zylinderdeckel 60 leicht gleitend
nach außen führt. Der Druckraum 16 über dem oberen Stufenkolben 35 kann unter Druck
gesetzt werden, dessen Wirkung auf die Stufenkolben etwa halb so groß ist, wie die
Wirkung der den Druckräumen 48 bis 52 zuführbaren Sfeuerdrücke.
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Der mit einer nicht dargestellten Dichtung versehene untere Zylinderdeckel
39 ist über einen Gewindedeckel 62, der auf den Zylinderdeckel über einen Bund 63
wirkt, in seiner Lage einstellbar. Die einmal eingestellte Lage wird durch Festdreh;
einer Schraube 64 gesichert. Ein Stift 65 sichert hierbei den Zylinderdeckel 39
gegen Verdrehen. Auf diese Weise ist die Bewegung der Kolbenkette justierbar.
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Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung ist folgende: Ein Druck
im Druckraum 16 hält die Stufenkolben in der in der Zeichnung nicht dargestellten
Ruhestellung, in der sich die Anschläge 36, 37 der Stufenkolben berühren.
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Gelangt entsprechend eines parallel anstehenden digitalen Codes Druckmittel
durch einige der Anschlußleitungen, z.
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B. in die Druckräume 49 und 51, so bewegen die Stufenkolben 32 und
34 sich in bezug auf die Zeichnung nach oben, bis die Anschläge 41 an den Anschlägen
42 zur Anlage gelangen. Alle übrigen Stufenkolben verbleiben dagegen unter dem Einfluß
des Druckes im Druckraum 16 in der dargestellten Stellung zueinander. Die Kolbenstange
13 wird daher entgegen derWirkung dieaes Druokes um den Betrag 2a + 8a 2 1Oa angehoben.
Bei Wegfall des Drucke in den
Druckräumen 49 und 51 nehmen alle
Stufenkolben ihre Ausgangslage wieder ein. Entsprechendes geschieht, wenn der eine
und/oder andere Druckraum Druckmittel erhält.
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Wie sich aus dem Vorstehenden ergibt, ist also ein parallel anstehendes
codiertes digitales Signal in Form druckführender und druckloser Leitungen, die
zu den beschriebenen Druckräumen 48 bis 52 führen, direkt in einen entsprechenden
Weg der Kolbenstange 15 überführbar.
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Die eigentliche Zählstelle B besteht aus einer Schubstange oder Fühler
100, der mit einem Reibrad 101 in reibungsschlüssiger Verbind g steht-. Di.e Reibung
wird durch die Kraft einer Feder 102 erzeugt, mittels der Rollen 103 und 104 an
den Fühler 100 gedrückt werden. Die Rollen 103 und 104 sind an Winkelhebeln 105
und 106 gelagert, die durch eine Verbindungsstange 107 so gekoppelt sind, daß die
Rollen 103 und 104 sich nur parallel bewegen können und deshalb die Achse des Fühlers
100 sich immer in gleicher Richtung, und zwar genau in der Verlängerung der Hauptachse
der Stellvorrichtung A bewegen kann.
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Mit dem Reibrad 101 ist ein Sperr-Rad 108 fest gekuppelt, das über
eine Klinke 109 von einem durch eine Membran 110 abgedichteten Kolben 111 bei jedem
durch eine Impulsleitung 112 zugeleiteten Impuls um eine Zahnteilung wjeitergedreht
wird.
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Am unteren Ende des Fühlers 100 ist ein Auslösekopf 113 angebracht.
Er hat im Innern eine federbelastete Kugel 114, die als Ventil arbeitet und einen
Druckraum115 dicht abschließt, nämlich dann, wenn die Kugel von der Feder 118 auf
ihren Sitz gedrückt wird. Wenn der Fühler
100 so weit vorgeschoben
ist, daß der Auslösekopf 113 das Stellglied der Stellvorrichtung A, also die Stirnseite
des Kolbens 15, berührt, so stößt ein dort angeordneter Stift 117 durch eine Öffnung
116 und hebt die Kugel 114 von ihrem Sitz ab. Dadurch ist der Druckraum 115 nach
außen geöffnet und kehrt seinen Druckzustand um.
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Das Reibrad 101 entspricht der Zahlenrolle eines üblichen pneumatischen
Zählers und kann daher mit einer der Anzahl der möglichen Stellschritte des Stellgliedes
15 entsprechenden Anzahl von Ziffern beschriftet werden. Auch ist ein die Einrichtungen
A und B umschließendes Gehäuse vorzusehen, es istr Einfachheit halber weggelassen
worden.
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Schließlich können entsprechend der maximal anfallenden Zahl der zu
zählenden Impulse mehrere der vorstehend erläuterten Zählstellen in noch zu beschreibender
Weise hintereinander geschaltet werden.
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Zur Voreinstellung einer gewünschen Zahl sind durch hier nicht dargestellte
Handstellmittel, durch pneumatisches Abtasten eines Aufzeichnungsträgers o. ä. dieser
Zahl entsprechende digital kodierte Drücke in den ebenfalls nicht näher dargestellten
Zuleitungen zu erzeugen, die zu den Druckräumen 48 bis 52 führen. Bei dem in der
Zeichnung dargestellten Beispiel sind die Druckräume 49 und 51 mit Druckmittel gefüllt,
so daß sich das als Kolbenstange 15 bezeichnete Stellglied um den Weg 2a + 8a -10a
in bezug auf die Zeichnung nach oben verschoben hat.
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Hierbei ist der Fehler 100, dessen Ausgangslage die nicht dargestellte
völlig abgesenkte Lage ist, um den gleichen
Weg nach oben verschoben
worden, wobei er sich am Reibrad 101 entlang bewegt hat, ohne dieses zu verstellen.
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-Bei dieser Bewegung, während der der Stift 117 die Kugel 114 von
ihrem Sitz gehoben hat, ist der Druckraum 115 geöffnet.
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Wird durch Drucklosmachen der Druckzuführun4gen das Stellglied der
Einrichtung A über den Druck in dem Druckraum 16 wieder in die Nullstellung gebracht,
so wird der Druck raum 115 wieder geschlossen und der Druckzustand im Druckraum
kehrt sich um. Dies ist das Anfangs signal für die Zählung, das über die Leitung
120 von der Zählstelle abnehmbar ist. Nun begii-nt der Antrieb der Einrichtung B
zu arbeiten und schiebt den Fühler 100 entsprechend den auftretenden Druckimpulsen
in der Leitung 112 gegen das Stellglied der Einrichtung A. Sobald so viele Impulse
erfolgt sind, wie es den digital kodierten Drücken, die auf die Einrichtung A gewirkt
hatten, entspricht, berührt der Auslöseknopf 113 das Stellglied 15, das jetzt in
Nullstellung steht, und öffnet den Druckraum 115; der Druckzustand im Druckraum
kehrt sich um. Dies ist das über die Leitung 120 abnehmbare Endsignal. Es kann nun
evtlj ein neuer Zyklus eingeleitet werden.
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Beim Erreichen der durch das Stellglied 15 der Einrichtung A verkörperten
Zahl, die in vorliegendem Beispiel in Form digital kodierter Drücke parallel anstand,
ist also von der Einrichtung B ein pneumatisches Signal abgegeben worden, das in
beliebiger Weise in einer pneumatisch arbeitenden Steuer- und Regelanlage weiterverarbeitet
werden kann oder aber zur Auslösung einer weiteren Zählstelle der vorstehend beschriebenen
Art benutzbar ist. Weitere in derselben Weise aufgebaute Zählstelien sind immer
dann erforderlich,
wenn die voreinzustellende Zahl die Zählkapazität
einer Zählstelle übersteigt.
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In diesem Falle sind die Antriebe der Einrichtungen B in der Weise
pneumatisch gekoppelt, daß, wenn der Antrieb der ersten Zählstelle den vollen Bereich
durchlaufen hat, ein Druckimpuls auf den Antrieb der zweiten Zählstelle ausgeübt
wird und weiter in derselben Weise nach jedem vollen Zyklus.
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Für jede weitere Zählstelle ist die pneumatische Kopplung der Antriebe
108, 109 genau dieselbe, wie es für die erste und zweiteählstelle beschrieben worden
ist.
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Auch die Einrichtungen A müssen p eumatisch gekoppelt sein, und zwar
in umgekehrter Weise, d. h., daß das Endsignal der letzten Zähistelle das hafangssignal
der vorhergehenden Einrichtung A auslöst.
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Eine solche Hintereinanderschaltung soll anhand eines in Fig. 2 dargestellten
Beispiels eines zweistelligen Zählers erläutert werden. Die in Fig0 1 dargestellten
Stufenkolben sind hier Symbole 204 und 208, ebenso die als Reibstangen ausgebildeten
Fühler, die hier mit 205 und 209 bezeichnet sind; und zwar soll angenommen werden,
daß die Stufenkolben der Zählstellen, wie in Fig. 1 dargestellt, 5 Stufen haben.
Die erste Zählstelle I und- damit das Stellglied 208 der Einrichtung A hat einen
Bereich von 1 bis 31. Der dazugehörige Fühler 209 wird über den Membran-Antrieb
215 von Druckimpulsen angetrieben. Jeder Impuls bewegt den Antrieb 216 um einen
Schritt weiter. Nach 32 Schritten hat sich das zugehörige'Reibrad einmal einmal
gedreht und gibt über
eine Einrichtung 217 einen Impuls an den
Antrieb 221 der gleich aufgebauten zweiten Zählstelle II, die dann einen Schritt
macht. Nach 64 Schritten des ersten Antriebes macht der zweite Antrieb den zweiten
Schritt usw. Die zweite Zählstelle hat einen Bereich yon 32 bis 1023.
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Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird über einen
nicht näher dargestellten Lochstr'eifenleser oder eine Tastatur 201 eine binär verschlüsselte
Zahl vorgewählt. An jeder Zählstufe I, II steht damit entsprechend der vorgewählten
Zahl an den Und-Gliedern 202 ein-Signal bzw. kein Signal an. Bei Betätigung einer
Eingabetaste 203, deren AusgangssignalNals zweite Und-Bedingung den Und-Gliedern
202 aufgeschaltet wird, werden den höheren Binärstellen 25 bis 29 des Stellgliedes
die entsprechenden Signale a, 2a, 4a usw. direkt zugeführt. Das Stellglied 204 fährt
unter Mitnahme des Fühlers 205 auf die eingegebene Position, solange die Eingabetaste
203 betätigt wird. Beim Loslassen der Taste 203 kehrt das Stellglied 204 über die
Stützdrücke 1/2 P in seine Ausgangslage zurück, Während der Fühler 205 ausgelenkt
bleibt.
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4 Für die Binärstellen 2 bis 2 der Zahlstelle I wird bei Betätigung
der Eingabetaste 203 für jede Binärstelle bei vorhandenem Binärsignal über die Und-Glieder-202
je ein Speicher 206 gesetzt. Die Ausgänge dieser Speicher 206 werden auf Und-Glieder
207 geführt, deren zweite Eingangsbedingung vorläufig nicht ansteht. Das Stellglied
208 und der Fühler 209 werden also vorläufig nicht angesteuert.
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Durch Betätigen einer-Starttaste 210 wird ein Impulsformer 211 beaufschlagt,
der einen Speicher 212 setzt. Der Ausgang dieses Speichers 212 schließt über ein
Zeitglied
213 mit Anzugsverzögerung ein Tor 214, das die Zählimpulse
auf den Membran-Antrieb 215 gibt. Jeder Zählimpuls bewegt dabei in schon beschriebener
Weise das Klinkenrad 216 um eine Einheit im Gegenuhrzeigersinn. Das angekoppelte
Reibrad rutscht dabei an dem Fühler 209 durch. acJi einer vollen Umdrehung des Rades
216, entsprechend 32 Zählimpulsen, erscheint ein Loch unter der Blas-Fangdüsenanordnung
217.
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Das Ausgangs signal der Fangdüse wird über einen Impulsformer 218
und über ein Tor 228 einem Und-Glied 219 zugeführt, dessen Ausgang den Membran-Antrieb
220 des Ftililers 205 beaufschlagt. Über das Klinken- und Reibrad 221 wird der Fühler
205 um eine Einheit in Richtung auf die Stellglied Nullage bewegt. Dieser Vorgang
wird so lange wiederholt, bis ein Schalter 222 vom Stellglied 204 in dessen Nullage
betätigt wird. Das Verschwinden des Schalterausgangssignales an der Konjunktion
223 hat in Verbindung mit dem Dauerausgangssignal des Speichers 212 zur Falge, daß
ein Impulsformer 224 beaufschlagt wird und die an den Und-Gliedern 207 anstehenden
Speichersignale 206 kurzzeitig zum Stellglied 208 durchgeschaltet werden. Das Stellglied
208 für die Dezimalstellen 20 bis 24 fährt unter Mitnahme des Fühlers 209 aus und
legt die noch zu addierenden Zählimpulse fest. Nach Abklingen des Impulsformersignals
verschwinden die Signale an den Ausgängen der Und-Glieder 2Q7, und das Stellglied
208 wird über den Stützdruck 1/2 P wieder in die Nullage geschoben.
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Jeder weitere Zählimpuls, der die Kammer 215 erreicht, bewegt nun
auch hier über das Klinken- und Reibrad 216 den Fühler 209 um eine Einheit. in Richtung
auf die Stellglied-Nullage. Bei Erreichen dieser Nullage spricht ein Schalter 225
an, dessen Ausgang mit einer Konjunktion 226 verbunden ist. Da der Ausgang der Konjunktion
223 nach Ansprechen
des Schalters 222 Signal führt, steht nach
Ablauf einer kurzen Zeitverzögerung durch ein Zeitglied 227-am anderen Eingang der
Konjunktion 226 ein Signal an. Das Zeitglied 227 verhindert außerdem ein nochmaliges
Ansprechen des Membran-Antriebs 220 - Ansprechen des Blas-Fangdüsensystems 217 und
des Impulsformers 218 - durch Öffnen des Tores 228. Das Äusgangssignal der Konjunktion
226 beaufschlagt einen Ausgangsspeicher 229 mit nachgeschaltetem Verstärker 230
und übernimmt das Löschen der Speicher 206 und 212. Der Speicher 229 kann'über ein
externes Löschsignal nach Verarbeitung des Ausgangssignales gelöscht werden.
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Die bei 201 parallel anstehende binär verschlüsselte Zahl wird also
in am Ausgang 231 erscheinende serielle Impulse umgesetzt, wobei das Umsetzen-der
Binärstellen 20 bis über die Zähletufe I und das Umsetzen der Binärstellen bis 29
über die Zählstufe II erfolgt.
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Ohne das Wesen der Erfindung zu verlassen, sind Abwandlungen der Stell-
und Antriebseinrichtungen möglich. Z. B.
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kann der in Fig. 1 dargestellte Fühler 100 als Zahnstange ausgebildet
und durch ein Zahnrad angetrieben werden. In diesem Falle muß das Zahnrad mit dem
Sperr-Rad durch eine Rutschkupplung verbunden werden.
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Das Sperr-Rad, das in Fig. 1 als Klinkenrad 108 gezeigt ist, kann
auch ein Kugelgesperre sein, womit bedeutend kleinere Schritte möglich sind. Es
kann auch irgendein anderes Gesperre sein.
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Obwohl der Antrieb durch pneumatische Impulse-am zweckmäßigsten ist,,
kann er aber' auch mechanisch- oderelektrisch
erfolgen. Der Antrieb
muß auch nicht unbedingt schrittweise erfolgen. Wenn z. B. Zeitabschnitte gezählt
oder gemessen werden sollen, ist ein Antrieb mit konstanter Geachwindikeit zweckmäßiger.
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Schließlich könnten auch die Auslösemittel 113, 114 (Fig. 1) elektrisch
anstatt pneumatisch ausgebildet sein.
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- Patentansprüche -