DE2060370B2 - Fluidischer Differentialschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen fluidischen Differentialschalter mit zwei von einem Eingangssignal beaufschlagten, fluidischen Komparatoren, von welchen der erste beim Erreichen und Überschreiten des Wertes des Eingangssignals gegenüber einem voreingestellten oberen Bezugswert ein erstes Ausgangssteuersignal und der zweite beim Erreichen und Unterschreiten eines voreingestellten unteren Bezugswertes ein zweites Ausgangssteuersignal stetig an einen Ausgangskanal abgibt, sowie mit einer, den Komparatoren nachgeordneten, von diesen beaufschlagten, logischen Schaltung, deren Ausgangssignal von einem höheren auf einen niedrigeren Wert und umgekehrt in Abhängigkeit von der Bewegung des Eingangssignals schaltbar ist

Ein fluidischer Differentialschalter der eingangs genannten Art ist bereits in der US-PS 3 327 725 beschrieben. Dieser Differentialschalter gibt beim Überschreiten eines unteren bzw. oberen Grenzwerts ein Signal ab, wobei diese beiden Grenzwerte durch Restriktoren einstellbar sind; die beiden Grenzwerte wirken

ίο als Vorspannungen an zwei parallel geschaltete, als Komparatoren dienende Flip-Flops, die als Schalter für das Ausgangssignal vorgesehen sind.

Ein weiterer fluidischer Differentialschalter ist in der US-PS 3 340 885 beschrieben. Dieser Differentialschalter überwacht hinsichtlich eines unteren und oberen Grenzwertes ein Eingangssignal und gibt beim Überschreiten eines der Grenzwerte ein Ausgangssignal ab, wobei das Überschreiten der Grenzwerte möglichst exakt festgestellt wird. Zur Ermittlung einer Überschalung der Grenzwerte sind Komparatoren eingesetzt, deren Ausgangssignal gleich Nu,, wird, wenn die Eingangsspannung gleich dem eingestellten Grenzwert ist. Die Ausgangssignale der beiden Komparatoren werden zur Steuerung einer Ausgangseinheit an zwei NOR-Torschaltungen gegeben, die miteinander nicht in Verbindung stehen und daher keine rückstellbare Flip-Flop-Einheit bilden.

Die bekannten fluidischen Differentialschalter verwenden im allgemeinen mechanische Schalter mit Membranen.

NOR-Torschaltungen für fluidische Anwendung sind schon in der DT-OS 2 009 71J vorgeschlagen worden. Andeicrseits ist auch bereits ein Hochdruck- bzw. Niederdruck-Komparator bekannt (US-PS 3 272 215, 3 388 713), der zwei Düsen aufweist, welche unter Zwischenschaltung eines Filters oder einer fluidischen Diode, eines Einstellelementes und eines Fluidwiderstandes an Eingangsleitungen angeschlossen sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Differentialschalter der eingangs genannten Art zu schaffen, der nur mit fluidischen Einrichtungen arbeitet und keine mechanischen Elemente, wie beispielsweise Membranen, mechanische Teile u. dgl. aufweist.
Die Erfindung bedient sich bereits vorgeschlagener fluidischer Schalter (DT-OS 2 009 713), verwendet diese aber in einer neuartigen Schaltung.

Diese Aufgabe wird bei einem fluidischen Differentialschalter der eingangs erläuterten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die logische Schaltung aus zwei NOR-Gliedern mit je zwei Eingängen besteht daß der erste Eingang des ersten NOR-Gliedes mit dem Ausgangskanal des ersten Komparators und der zweite Eingang dieses NOR-Gliedes mit dem Ausgang des zweiten NOR-Gliedes verbunden ist, während der erste Eingang des zweiten NOR-Gliedes zum Ausgang des ersten NOR-Gliedes und der zweite Eingang zum Ausgang des zweiten Komparators führt und daß das mit dem ersten Komparator verbundene NOR-Glied das Ausgangssignal abgibt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

In dem erfindungsgemäßen fluidischen Differentialschalter werden vorteilhafterweise an Stelle von statischen Elementen dynamische Elemente verwendet, wobei letztere derart geschaltet sind, daß die gewünschte Wirkung des Differentialschalters erzielt wird.

Wenn bei dem erfindungsgemäßen Differentialschalter am Beginn ein Eingangssignal anliegt, das den unte-

ren Grenzwert unterschreitet und dessen Wert sich bis über den oberen Grenzwert erhöht, wird ein zweiter stabiler Schaltzustand erst beim Überschreiten des oberen Grenzwertes und nicht schon beim Überschreiten des unteren Grenzwertes erreicht Der zweite, stabile Schaltzustand bleibt unabhängig von einem wiederholten Über- oder Unterschreiten des oberen Grenzwertes erhalten, bis der untere Grenzwert unterschritten wird. Dieses Schaltverhalten wird insbesondere durch Verwendung von NOR-Torschaltungen erreicht, die eine einstellbare bzw. rückstellbare Flip-Flop-Einheit bilden.

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, an Hand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 die Schaltung eines Differentialschalters in schematischer Darstellung und

Fig.2 eine schematische Darstellung eines bevorzugt verwendeten Gegenstrahlverstärker als NOR-Tor.

Gemäß F i g. 1 gelangt ein Eingangssignal am Eingang 1 von einer nicht dargestellten Druckquelle an ein fluidisches Komparatorsystem, dessen Ausgangsleitung 3 deutlich unterscheidbare Ein-/Aus-Signale liefert. Das Komparatorsystem weist zwei Komparatoren auf, nämlich einen Hochdruck-Komparator 4 und einen Niederdruck-Komparator 5. Wenn das Eingangssignal einen vorbestimmten hohen Grenzwert erreicht, erzeugt der Hochdruck Komparator 4 ein Schaltsignal, welches an der Ausgangsleitung 3 einen stabilen Zustand sowohl für alle höheren Drucke als auch für alle niedrigeren Drucke aufbaut, die oberhalb des Grenzwertes des Niederdruck-Komparators 5 liegen. Wenn der Druck auf den Wert des Niederdruck-Komparators 5 abfallen sollte, erfolgt ein Umschalten in einen zweiten stabilen Zustand an der Ausgangsleitung 3. Der zweite stabile Zustand bleibt erhalten, solange der Druck nicht auf den Grenzwert des Komparators 4 ansteigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine Hochdruck-Bezugsleitung 6 an den Komparator 4 und an eine Leitung 7 unter Zwischenschaltung eines Einstellelements 8 angeschlossen, mit dem der an den Komparator 4 angelegte Bezugsdruck bzw. Bezugs wert eingestellt werden kann.

Als Fluid dient vorzugsweise Luft. Die Leitung 7 kann an jede, einen geeigneten Druck abgebende Druckluftquelle angeschlossen sein, die den Differentialschalter mit dem notwendigen Fluid versorgt.

Eine Niederdruck-Bezugsleitung 9 steuert in ähnlicher Weise den Niederdruck-Komparator 5. Die Bezugsleitung 9 ist an die Leitung 7 unter Zwischenschaltung eines unabhängigen Einstellelements 10 angeschlossen. Das Eingangssignal gelangt vom Eingang 1 an beide Komparatoren 4 und 5 steuert über diese die Ausgangseinheit. Der Ausgang der Komparatoren ist an eine stell- und rückstellbare Flip-Flop-Einheit 11 angeschlossen. Bei dem wiedergegebenen Ausführungsbeispiel besteht die Flip-Flop-Einheit 11 aus zwei NOR-Toren 12 und 13, von denen das erste mit dem Komparator 4 und das zweite in ähnlicher Weise mit dem Komparator 5 verbunden ist.

Das NOR-Tor 12 weist zwei Eingänge 14 und 15 auf. Der eine Eingang 14 ist an den Ausgang des Komparators 4 und der andere Eingang 15 an den Ausgang des zweiten NOR-Tores 13 angeschaltet.

Das NOR-Tor 13 weist ebenfalls zwei Eingänge 17 und 18 auf. Der Eingang 18 ist mit dem Ausgang des Komparators 5 und der Eingang 17 mit dem ,Ausgang des NOR-Tores 12 verbunden. Die Ausgangsleitung 3 ist mit dem Ausgang 19 des NOR-Tores 13 verbanden. Ein Ventil 20 ist zwischen die Ausgangsleitung 3 und den Ausgang 19 eingesetzt um das Ausgangssigna] des

NOR-Tores 13 in ein Hochdrucksignal mit großem Durchsatz für die Betätigung eint* nicht dargestellten Verbrauchers zu überführen.

Jeder Komparator 4 und 5 ist als Gegenstrahlverstärker ausgebildet Der Hochdruck- und Niederdruck-

Komparator 4, 5 sind in gleicher Weise aufgebaut und daher mit gleichen, aber mit einem Strich versehenen Bezugsziffern bezeichnet Die Komparatoren sind an sich bekannte Elemente. Der Komparator 4 weist eine, üblicherweise als unabhängig bezeichnete Düse 21 auf,

die unter Zwischenschaltung eines Filters 22 an den Eingang 1 angeschlossen ist Eine gegenüberliegende abhängige Düse 23 ist unter Zwischenschaltung einer Fluiddiode 24, des Einstellelementes 8 und eines Fluid-Widerstandes 25 an die Leitung 7 angeschlossen. Mit

Hilfe des Einstellelementes 8 kann der Bezugswert für den hohen Druck eingestellt werden. Der Widerstand 25 besitzt lineare Charakteristik und die Fluid-Diode 24 begrenzt den Fluß des Fluids auf die eine Richtung von der Leitung 7 zum Komparator 4.

Die Fluid-Diode 24 kann ein geeignetes Einwegele

ment, beispielsweise ein Rückschlagventil sein, welches in Reihe mit der abhängigen Düse geschaltet ist. Dies ermöglicht den Anschluß einer Ferndruck-Signalquelle 27, um den Hochdruck-Bezugswert zu erhöhen, ohne daß es zu einer Rückkopplung des nunmehr erhöhten Druckes in der Leitung 6 über das Einstellelement 8 auf den Niederdruckteil, die beiden NOR-Tore 12 und 13 und das Ventil 20 kommt.

Die Düsen 21 und 22 liefern zwei einander entgegengerichtete Strahlen, wobei der Ort der Auftreffstelle vom Druck des Eingangssignals und des Bezugswertes abhängt, wie sie durch das Einstellelement 8 und/oder die Ferndruck-Signalquelle 27 gegeben sind. Der Komparator 4 weist eine Zwischenwand 26 mit einer öff-

nung 27a auf, die zu den von den Düsen 21 und 23 erzeugten Strahlen ausgerichtet ist. Die Zwischenwand 26 begrenzt auf der einen Seite eine Bezugskammer 28 und auf der anderen Seite eine Ausgangskammer 29. Die Ausgangskammer 29 ist mit einem Hochdruckausgang 30 für ein Ausgangssignal versehen, der mit dem Eingang 14 des entsprechenden NOR-Tores 12 verbunden ist. Die relative Stärke der Strahlen bewegt die Stoßstelle gegen die öffnung 27a. Wenn der an der unabhängigen Düse 21 angelegte Signaldruck größer ist als der an der abhängigen Düse 23 liegende Bezugswert bewegt sich die Stoßstelle in die Ausgangskammer und gibt ein Ausgangssignal mit einem verhältnismäßig hohen Druck ab. Ist der Wert des Bezugsdrucks größer als der Druck des Eingangssignals, dann bewegt

sich die Stoßstelle in die Bezugskammer 28 und der Ausgangsdruck fällt bis auf den Bezugsdruck ab.

Es wird also eine positive Logik zur Betätigung des NOR-Tores erzeugt.
Der Komparator 5 entspricht dem Komparator 4, jedoch ist die abhängige Düse 23' über das Filter 22 sowie eine Fluid-Diode 31 mit dem Eingang 1 verbunden, wobei die Fluid-Diode 31 einen Rückfluß aus der Ausgangskammer 29' verhindert. Der Komparator 5 erzeugt am Niederdruckausgang 30' ein Ausgangssignal

mit hohem Druck, wenn der Signalwert unter den Wert des Bezugsdrucks fällt. Die Signale der Komparatoren 4 und 5 werden an die NOR-Tore der Flip-Flop-Einheit angelegt.

Die NOR-Tore 12 und 13 sind einander ähnliche Elemente. Das NOR-Tor 12 weist zwei einander gegenüberliegende Strahldüsen 32 und 33 auf, die mit der Leitung 7 über einen Fluid-Widerstand 33a verbunden sind. Die beiden Strahldüsen 32 und 33 lassen das Fluid an einer Stelle aufeinandertreffen, die zu der öffnung 34 in einer um diese Strahldüse 33 konzentrisch angeordneten Kammer 35 eine bestimmte Lage einnimmt (F ig. 2).

Ferner sind Steuerdüsen 36 und 37 vorgesehen, von denen jeweils eine auf der einen Seite des aus der Strahldüse 32 austretenden Strahles und die andere auf der anderen Seite angeordnet ist Die Steuerdüsen 36 und 37 stehen unter einem bestimmten Winkel zum Strahl 38 und geben Steuerstrahlen 39 und 40 ab, die gegen die öffnung der Strahldüse 32 gerichtet sind. Der Steuerstrahl 40 aus der Steuerdüse 36 lenkt den Strahl 38 gegenüber dem gegenströmenden Steuerstrahl 39 ab und verringert dadurch die relative Stärke, so daß die Stoßstelle von der öffnung 34 und der Kammer 35 wegwandert und dadurch der Ausgang des NOR-Tores 12 auf einen Bezugs- oder Null-Wert gesenkt wird. Der Steuerstrahl 39 der Steuerdüse 37 arbeitet in der gleichen Weise. Kommen aus beiden Steuerdüsen 36 und 37 Steuerstrahlen, dann zwicken sie den Strahl 38 ab, vermindern seine Stärke und veranlassen ein ähnliches Ausgangssignal des NOR-Tores 12. Die auf diese Weise gebildete logische Schaltung liefert also eine logische Funktion, die in der Binärlogik als Binärzahl »1« gegeben ist, einem positiven Ausgangssigna] einer bestimmten Amplitude entspricht, und nur abgegeben wird, wenn das Signal »AUS« an keiner der beiden Steuerdüsen 36 und 37 liegt, d. h, von dort immer ein Steuerstrahl austritt.

Die Steuerdüse 36 ist mit dem Eingang 14 und die Steuerdüse 37 mit dem Eingang 15 verbunden. Das NOR-Tor 13 weist in gleicher Weise nicht dargestellte Steuerdüsen auf, die an den Eingängen 17 bzw. 18 anliegen. Ist das Binärsignal 1 an eine oder beide Eingänge 14 und 15 gelegt, dann ist das Ausgangssignal des NOR-Tores 12 das Binärsignal Null. Nur dann, wenn Binärsignale Null an beiden Eingängen 14 und 15 liegen, ist das Ausgangssignal ein Binärsignal 1. Das NOR-Tor 13 spricht in ähnlicher Weise auf Signale in den Eingängen 17 und 18 an.

Steigt der Eingangsdruck auf den eingestellten niedrigen Wert oder auf den durch das Einstellelement 10 eingestellten niedrigen Bezugsdruck an, dann ergibt der Komparator 5 das Binärsignal NuIL Dadurch tritt kein Signal am Eingang 18 des NOR-Tores 13 auf. Das NOR-Tor 13 bleibt jedoch wegen des an den zweiten Eingang 17 vom ersten NOR-Tor 12 angelegten Signals abgeschaltet bzw. behält seinen Ausgangsbinärwert Null bei.

Erreicht der Druck den Wert des hohen Bezugsdrukkes, der durch das Einstellelement 8 eingestellt ist, wird das Signal der unabhängigen Seite des Komparators 4 größer als das auf der abhängigen Seite, was zu einem Anschalten des Komparators 4 und zur Abgabe eines Binär-Ausgangssignales »EIN« am Hochdruckausgang 30 führt. Dadurch wird ein positives Signal an den Eingang 14 des NOR-Tores 12 abgegeben. Wie bereits erwähnt, führt das Binäreingangssignal »1« an einen der Eingänge zu einem Binärausgangssignal Null. Folglich wird ein Binärsignal Null nun über den Schaltausgang 16 an den Eingang 17 des NOR-Tores 13 abgegeben. Der Komparator 5 liefert dann das Binärsignal Null und das NOR-Tor 13 weist zwei Binäreingangssignale Null auf und erzeugt ein Ausgangs-Binärsignal »1«, was einem Signal für die Stellung »EIN« entspricht.

Nimmt der Druck ab, dann tritt an den NOR-Toren 13 und 12 die umgekehrte Reihenfolge ein, wobei das NOR-Tor 13 auf einem Binärausgangswert 1 gehalten wird, wenn auch der Druck unter den eingestellten obe-

2s ren Bezugsdruck sinkt, und der Hochdruck-Komparator 4 ein Binärausgangssignal Null abgibt. Sinkt der Druck auf den eingestellten unteren Bezugswert ab, wird das zweite Binärsignal »1« an das NOR-Tor 13 abgegeben, so daß ein Ausgangssignal erzeugt wird.

welches das NOR-Tor 13 abschaltet und den Schaltkreis zurückstellt, wobei ein Binärsignal Null oder die Stellung »AUS« am Schaltausgang 19 erscheint.

Es erscheint nur dann ein positiver Druck oder ein Binärsigna! »1« am Ausgang Ϊ9, wenn der Druck über den vorgewählten oberen Bezugswert steigt. Das positive Druckausgangssignal wird jedoch so lange aufrechterhalten und damit das Ventil 20 betätigt, wie der Signaldruck oberhalb des unteren Bezugswertes des Einstellelementes 10 verbleibt Als Ausgangseinheit kann jedes Schaltelement verwendet werden, das auf das Ausgangssignal des Ausganges 19, nämlich einen Druckwechsel zwischen dem Druck Null und einem vorgegebenen positiven Wert anspricht, wie ein Ventil mit Hochdruck und hoher Durchsatzcharakteristik.

Das Ventil 20 kann ein Membranventil od. dgl. sein, welches unmittelbar über eine Leitung 41 mit der Leitung 7 verbunden ist und in der Schließstellung unter Vorspannung steht Ein Ausgangssignal im Ausgang 19 öffnet das Ventil 20, so daß der hohe Druck und der hohe Durchsatz freigegeben werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Fluidischer Differentialschalter mit zwei von einem Eingangssignal beaufschlagten, fluidischen Komparatoren, von welchen der erste beim Erreichen und Oberschreiten des Wertes des Eingangssignals gegenüber einem voreingestellten oberen Bezugswert ein erstes Ausgangssteuersignal und der zweite beim Erreichen und Unterschreiten eines voreingestellten unteren Bezugswertes ein zweites Ausgangssteuersignal stetig an einen Ausgangskanal abgibt sowie mit einer, den Komparatoren nachgeordneten, von diesen beaufschlagten, logischen Schaltung, deren Ausgangssignal von einem höheren auf einen niedrigeren Wert und umgekehrt in Abhängigkeit von der Bewegung des Eingangssignals schaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die logische Schaltung (11) aus zwei NOR-Gliedern (12, 13) mit je zwei Eingängen (14, 15; 17, 18) besteht daß der erste Eingang (14) des ersten NOR-Gliedes (12) mit dem Ausgangskanal (30) des ersten !Comparators (4) und der zweite Eingang (15) dieses NOR-Gliedes (12) mit dem Ausgang (19) des zweiten NOR-Gliedes (13) verbunden ist, während der erste Eingang (17) des zweiten NOR-Gliedes (13) zum Ausgang (16) des ersten NOR-Gliedes (12) und der zweite Eingang (18) zum Ausgang (30') des zweiten !Comparators (5) führt, und daß das mit dem ersten Komparator (4) verbundene NOR-Glied (12) das Ausgangssignal abgibt.

2. Fluidischer Differentialschalter nach Anspruch

1, dadurch gekennzeichnet, daß die Komparatoren (4 bzw. 5) Gegenstrahlverstärker sind.

3. Fluidischer Differentialschalter nach Anspruch

2, dadurch gekennzeichnet, daß dem zweiten Komparator (5) eine Fluiddiode (31) vorgeschaltet ist.

4. Fluidischer Differentialschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Zuleitungen (6 bzw. 9) zu den Gegenstrahlverstärkern (4 bzw. 5) ein Ventil (8 bzw. 10) angeordnet ist und daß zwischen dem Ventil (8 bzw. 10) und dem Gegenstrahlverstärker (4 bzw. 5) jeweils eine Fluiddiode (24) eingeschaltet ist.

5. Fluidischer Differentialschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes NOR-Glied (12,13) ein Gegenstrahlverstärker mit zwei Steuerdüsen (36,37) ist.

6. Fluidischer Differentialschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerdüsen (36, 37) zum gesteuerten Strahl (38) winklig und einander gegenüberliegend angeordnet sind.