DE2104400C3 - Fluidspeicher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein fluidisches logisches Element mit mindestens drei Fluidkanälen und mit auf Druckunterschied ansprechenden Mitteln, die in der Verbindung zwischen zwei Eingangskanälen und einem Ausgangskanal aufgenommen sind.

Aus der US-PS 29 91 805 ist ein logisches Fluidelement mit Speicherwirkung bekannt, wobei die auf Druckunterschied ansprechenden Mittel von einem Kolben gebildet werden, der mit zwei einander gegenüberliegenden Anschlägen zusammenarbeitet. Der Kolben arbeitet an der einen Seite zusammen mit einer Membrane, die am Kolben selbst befestigt ist, und an der anderen Seite mit einer separaten Membran. Die beiden Membranen bilden die Betätigungselemente für den Kolben.

Ein Nachteil des bekannten Fluidelements besteht darin, daß das aus einer Kombination von Kolben und Membranen aufgebaute Klappenelement in der Herstellung relativ viel Aufwand erfordert und weiterhin eine beträchtliche Masse besitzt, die eine Vergrößerung der Ansprechzeit des Elementes zur Folge hat.

Aus der französischen Patentschrift 14 21167 ist außerdem noch ein fluidisches logisches Element bc kannt, das im wesentlichen aus zwei gleichen Teilen zusammengebaut ist, die durch einen Kanal miteinander in Verbindung stehen und die je drei Fluidkanäle aufweisen, von denen eines an den erwähnten Verbindungskanal angeschlossen ist. Die zwei übrigen Kanäle werden bei dem einen (ersten) Teil als Eingangskanäle und bei dem anderen (zweiten) Teil als Eingangs- bzw. Ausgangskanäle verwendet. Beide Teile enthalten eine Kammer, die durch eine mit einer öffnung versehene Membrane in zwei Abteilungen aufgeteilt ist. Je nachdem, ob der Druck auf einer oder auf der anderen Seite größer ist, wirkt die Membrane mit einem von zwei Anschlägen zusammen, die auf je einer Seite der Membrane angeordnet sind. Dabei wird beim ersten Teil die Verbindung zwischen dem einen oder dem anderen Eingangskanal mit dem Verbindungskanal gesperrt und beim zweiten Teil die Verbindung zwischen dem Verbindungskanal und dem Ausgangskanal bzw. zwischen Eingangs- und Ausgangskanäien abgeschlossen. Insgesamt hat das vorstehend beschriebene logische Element somit vier Fluidkanäle, d. h. drei Eingangskanäle und einen Ausgangskanal; je für sich haben die Teile zwei Eingangskanäle und einen Ausgangskanal.

Die Wirkungsweise dieses logischen Elementes ist die eines ODER-Tores, bei dem der höchste der dem Element zugeführten Fluiddrücke am Ausgangskanal

ίο des zweiten Teils auftritt. Dies bedeutet, tiaß mittels dieses logischen Elements keine Speicherwirkung erzielt werden kann, da dies bedeutet, daß ein durch einen einem Eingangskanal zugeführten, bestimmten Druck (Steuersignal) erhaltener entsprechender Druck

an einem Ausgang nach der Wegnahme dieses Steuersignals unbeschränkt bestehen bleibt, wobei erst durch ein besonders dazu bestimmtes Wiederherstellungssignal der ursprüngliche Zustand wieder hergestellt wird. Es sei bemerkt, daß aus der niederländischen Patentanmeldung 65 08 204 eine Fluidspeichervorrichtung bekannt ist, bei der eine Speicherwirkung mittels einer unter der Wirkung von zwei in entgegengesetzten Richtungen wirkenden Drücken umklappbaren Grube in einer Membrane erzieh wird. Die Lage der Grube ergibt einen hohen oder einen niedrigen Druck in einer an eine der Druckleitungen angeschlossenen Ausgangsleitung. Soll diese Vorrichtung Speicherwirkung aufweisen, wie dies vorstehend erörtert ist, so sind drei Druckpegel notwendig. Ein weiterer Nachteil ist der, daß die Vorrichtung dauernd eine Zufuhr von Druck braucht, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das die Lage der Membrane angibt, was besonders bei Verwendung einer großen Anzahl dieser Elemente dauernd Energie erfordert.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein logisches Element anzugeben, durch welches mit wenig Energieverbrauch eine Speicherwirkung erzielbar ist und das einfach aufgebaut ist. Elin logisches Element nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnten Mittel

durch zwei mit einer öffnung versehene Membranen gebildet werden, die je mit einem eigenen Anschlag zusammenarbeiten und beim Anliegen an dem betreffenden Anschlag die Verbindung zwischen einem Eingangskanal und dem Ausgangskanal sperren, wobei von dem Ausgangskanal aus gesehen die erwähnten Membranen in entgegengesetzten Richtungen wirksam sind, während in der neutralen Lage der beiden Membranen die Verbindung zwischen den zugehörenden Eingangskanal und dem Ausgangskanal geöffnet ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

F i g. 1 einen Schnitt durch eine Ausführungsform eines fluidischen, logischen Elements nach der Erfindung in einer Lage, in der der Fluiddruck im ganzen logischen Element der gleiche ist, die

F i g. 2 und 3 das logische Element nach F i g. 1 in verschiedenen, aufeinanderfolgenden Arbeitsstufen,

F i g. 4 eiinen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform eines durch Fluiddruck arbeitenden, logisehen Elementes nach der Erfindung.

Das in F i g. 1 dargestellte, logische Element enthält ein aus drei plattenförmigen Teilen (nachstehend kurz Platten genannt) 1, 3, 5 und 7 zusammengebautes Gehäuse, wobei zwischen den plattenförmigen Teilen 1 und 3 eine Membrane 9 und zwischen den plattenförmigen Teilen 31 und 5 eine Membrane 11 festgeklemmt ist. Die Membranen 9 und 11 sind mit zentralen öffnungen 13 und 15 versehen. In dar Platte 1 ist eine kreiszylind-

rische Kammer 17 ausgespart Die Platten 3 und 5 sind praktisch identisch und nehmen in bezug auf die Membranen 9 und 11 die gleiche Lage ein. In den Platten 3 und 5 sind auf einer Seile (in der Figur Unterseite) kreiszylindrische Kammern 19 und 21 ..nd auf der gegenüberliegenden Seite kreiszylindrische Kammern 23 und 25 mit ringförmigen Versenkungen 27 und 29 vorgesehen, so daß als Anschlag dienende, scheibenförmige Erhöhungen 31 und 33 stehen bleiben. Die erwähnten, selbsttätig arbeitenden Rückschlagventile werden ι ο somit durch die Membranen 9 und 11 bzw. die damit zusammenwirkenden Anschläge 31 und 33 gebildet Die beiderseits der Platten 3 und 5 vorgesehenen Kammern stehen durch Bohrungen 35 und 37 miteinander in Verbindung. Die öffnungen 13 und 15 in den Membranen 9 und 11 liegen gegenüber der Mitte der Erhöhungen 31 und 33 der Platten 3 und 5. Die Platte 7 sperrt die Kammer 21 in der Platte 5 gegen die freie Luft

Die Kammer 17 in der Platte 1 ist mil einem Fluideingang 41 und die Kammer 19 in der Platte 3 ist mit einem Fluidausgang 43 versehen.

Die Wirkungsweise des vorstehend geschilderten, logischen Elementes wird an Hand der F i g. 1, 2 und 3 erläutert, die entsprechende Bezugsziffern aufweisen. Bei dem in F i g. 1 dargestellten, logischen Element ist der Fluideingang 39 in der Praxis an einen nicht dargestellten Behälter mit e^;nem Druck eines verhältnismäßig hohen Pegels angeschlossen (nachstehend Druckpegel »1« genannt), und während des ganzen zu erörternden Arbeitszyklus wird diese offene Verbindung mit diesem Behälter beibehalten. Wenn der Eingang 41 auf den Druckpegel »1« gebracht wird, mittels eines sogenannten Befehlssignals des Druckpegels »1«, tritt durch die öffnung 15 in der Membrane 11 ein Druck des Pegels »1« am Ausgang 43 auf. Die Membranen 9 und 11 stehen dann in der in Fig. 1 dargestellten Lage. Diese Lage unterscheidet sich nicht von der Lage, die die Membranen 9 und 11 einnehmen wurden, wenn im ganzen logischen Element ein Druck eines verhältnismäßig niedrigen Pegels (weiter unten Druckpegel »0« genannt) vorherrscht, und wird daher die neutrale Lage genannt. Während der den Druckpegel »1« führende Behälter in offener Verbindung mit der Kammer 17 in der Platte 1 bleibt, wird der Signaldruck des Pegeh. »1« auf den Pegel »0« zurückgebracht. Infolge des dann auftretenden Druckunterschieds zwischen der Ober- und Unterseite der Membrane 11, der durch die öffnung 13 in der in der neutralen Lage stehenden Membrane 9 mittels des Behälters aufrechterhalten wird, stößt die Membrane 11 gegen die als Anschlag wirkende Erhöhung 33 und schließt die offene Verbindung zwischen der den Druckpegel »1« führenden Kammer 19 und dem den Druckpegel »0« führenden Eingang 41 ab. Der Ausgang 43 bleibt daher auf dem Druckpegel »1« bei Abwesenheit eines Steuersignals des Pegels »1« am Eingang 41. Dies ist somit die beabsichtigte Speicherwirkung. Durch den Druck des Pegels »1« des Ausgangs 43 wird z. B. eine fluidgesteuerte Vorrichtung betätigt und durch Aufrechterhalten dieses Drucks in dem betreffenden Zustand gehalten. Der betreffende Zustand des logischen Elementes wird in F i g. 2 dargestellt. Zum Ausgleich des im allgemeinen unvermeidlich wegleckenden Fluids z. D. aus der an den Ausgang 43 angeschlossenen fluidgesteuerten Vorrichtung muß die Verbindung zwischen dem Behälter und dem Ausgang 43 offen bleiben, auch wenn der Druck in der Kammer 19 etwas herabsinkt. Zu diesem Zweck ist der Abstand zwischen dem Anschlag 31 und der Membrane 9 in der neutralen Lage derart gewählt daß bei dem in der Praxis auftretenden Leck und der infolgedessen auftretenden Verringerung des Drucks in der Kammer 19 die Membrane 9 nicht gegen den Anschlag 31 stößt, so daß Ergänzung von wegleckendem Fluid möglich ist. Indem für die Kammer 19, den Ausgang 43 und dem auf dem Druckpegel »1« zu haltenden Raum der fluidgesteuerten Vorrichtung eine hinreichend große Inhaltskapazität (Pufferwirkung) vorgesehen wird, wird vermieden, daß beim Zurückführen des Steuersignals auf den Pegel »0« der Druck in der Kammer 19 so weit herabsinkt daß die Membrane 9 gegen den Anschlag 31 stößt, wodurch Ergänzung von wegieckendem Fluid unmöglich wäre. Es sei bemerkt, daß die Größe der öffnung 13 in der Membrane 9 und die Steifheit dieser Membrane bei dem etwaigen Kontakt zwischen Anschlag 31 und Membrane 9 im Falle eines Lecks auch eine Rolle spielen.

Das Zurückführen des am Ausgang 43 vorherrschenden Drucks des Pegels »1« auf den Pegel »0« erfolgt z. B. dadurch, daß Eingang 39 kurzzeitig auf den Druckpegel »0« gebracht wird. Dies läßt sich z. B. mittels eines Dreiweghahns (nicht dargestellt) zwischen dem Behälter urd dem Eingang 39 durchführen. Durch die öffnung 13 in der Membrane 9 leckt dann eine solche Menge- Fluid aus der Kammer 19 und dem Ausgang 43 weg, daß der Ausgang 43 wieder auf den Druckpegei »0« gelangt. Die Membrane 11 kehrt dann in ihre neutrale Lage zurück. Sobald der Ausgang 43 den Druckpegel »0« aufweist, wird der Eingang 39 wieder auf den Druckpegel »1« gebracht mittels des Dreiweghahns. Da infolgedessen ein Druckunterschied zwischen der Ober- und der Unterseite der Membrane 9 entsteht, stößt diese Membrane gegen den Anschlag 31, so daß die offene Verbindung zwischen dem den Druckpegel »!« führenden Behälter und der den Druckpegel »0« führenden Kammer 19 gesperrt wird. Der Ausgang 43 bleibt somit auf dem Druckpegel »0« (Speicherwirkung), bis wieder ein Signal des Druckpegels »1« am Eingang 41 erscheint. Da in der Praxis die Membrane 9 die Verbindung zwischen dem Behälter und der den Druckpegel »0« führenden Kammer 19 und dem Ausgang 43 niemals vollkommen sperrt, tritt stets ein geringer Fluiddruck vom Druckpegel »1« durch die öffnung 13 in der Membrane 9 zu der den Druckpegel »0« führenden Kammer 19 und dem Ausgang 43 auf. Um die infolge dieses Lecks auftretenden Druckerhöhung in der Kammer 19 und am Ausgang 43 zu beseitigen, ist die Membrane 11 in der neutralen Lage in einem solchen Abstand vom Anschlag 33, daß diese Membrane bei dem auftretenden Leck aus dem Behälter zur Kammer 19 sich nicht an den Anschlag 33 legt, so daß Abfuhr von Fluid an den den Druckpegel »0« führenden Steuereingang möglich ist.

In einer weiteren Ausführungsform eines logischen Elementes nach der Erfindung liegen die öffnungen 13 und 15 in den Membranen 9 und 11 exzentrisch, während die Bohrungen 35 und 37 zentral in den scheibenar'^;gen Erhöhungen 31 und 33 liegen. Der um die öffnungen 13 und 15 liegende Teil der Membranen 9 und :! wirkt dann nicht mit den Anschlägen 31 und 33 zusammen. Die Wirkungsweise dieser Ausführungsform ist identisch mit der des logischen Elementes nach den Fig. 1,2 und 3.

Es sei bemerkt, daß der vorstehend beschriebene Fluidspeicher grundsätzlich auf gleiche Weise wirksam ist, wenn alle Druckpegel von Hoch in Niedrig bzw. von Niedrig in Hoch invertiert werden, in welchem FaI-

le im dargestellten Beispiel der Eingang 41 an einen Behälter eines verhältnismäßig niedrigen Druckpegels (Pegel »0«) angeschlossen werden muß, während der Eingang 39 der Steuereingang wird.

Es sei schließlich erwähnt, daß es durchaus möglich ist, ein logisches Element nach der Erfindung mit federbelasteten Kugeln oder federbelasteten Kolben auszubilden, die mit Anschlägen zusammenwirken. In diesem Falle werden die selbsttätig arbeitenden Rückschlagventile also durch die erwähnten Elemente mit den zugehörigen Anschlägen gebildet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Fluidisches, logisches Element mit mindestens drei Fluidkanälen und mit auf Druckunterschied ansprechenden Mitteln, die in der Verbindung zwischen zwei Eingangskanäien und einem Ausgangskanal aufgenommen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnten Mittel durch zwei mit einer öffnung versehene Membranen gebildet werden, die je mit einem eigenen Anschlag zusammenarbeiten und beim Anliegen an dem betreffenden Anschlag die Verbindung zwischen einem Eingangskanal und dem Ausgangskanal sperren, wobei von dem Ausgangskanal aus gesehen die erwähnten Membranen in entgegengesetzten Richtungen wirksam sind, während in der neutralen Lage der beiden Membranen die Verbindung zwischen den zugehörenden Eingangskanal und dem Ausgangskanal geöffnet ist

2. Fluidisches, logisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die öffnung umgebende Membranteil dem Anschlag gegenüber liegt.