DE2138342A1

DE2138342A1 - Flüssigkeitsschalter

Info

Publication number: DE2138342A1
Application number: DE19712138342
Authority: DE
Inventors: Mitsuyoshi Sayama Nagashima (Japan). P
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 1971-05-11
Filing date: 1971-07-30
Publication date: 1972-11-23
Also published as: US3776277A

Description

Flüssigkeitsschalter

Diese Erfindung betrifft einen Flüssigkeitsschalter, der in der gleichen Weise funktioniert wie ein gewöhnliches elektronisches Schaltelement oder eine Schaltvorrichtung, indem er vom Strom und vom Druck einer Flüssigkeit Gebrauch macht.

Moderne Maschinenwerkzeuge, Prozessteuersysteme und ähnliche Einrichtungen werden elektrisch oder elektronisch gesteuert. Die Steuerung ist notwendig verbunden mit einem elektrischen oder elektromagnetischen Geräusch oder durch den Aufbau eines magnetischen Feldes, das eine Gegenwirkung auf die Arbeit oder den Meßvorgang haben kann. Im Hinblick darauf und aufgrund dessen, daß eine Flüssigkeit direkt dazu benutzt werden kann, eine Kraft auszuüben,hat die Steuerung mit Hilfe einer Flüssigkeit in den letzten Jahren die verschiedensten Anwendungen gefunden.

Flüssigkeitsschalter, soweit sie bekanntgemacht worden sind, von denen Jeder aus einem Steuerteil und einem Hauptventilteil besteht, haben Nachteile. Die Gummischicht des Steuerteils ist

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fest an ihrem Hand durch einen Flansch befestigt und besitzt ein solches Materialgewicht, daß sie eine schwache Flüssigkeits~ information davon abhält, empfindlich aufgespült zu werden und oft eine Verzögerung der Antwort und eine unterschiedliche Anordnung bewirkt.

Darüber hinaus sind diese Vorrichtungen kompliziert im Aufbau, und teuer. Gewöhnlich führt bei Steuerkreisen und Prozesssteuersystemen die Informationsverarbeitung und Funktion durch Niederdruckflüssigkeiten zu einer Einsparung von Energiekosten und, wenn Luftdruck benutzt wird, zu einer günstigen Verringerung des Auslaßgeräusches der Luft. Bei all diesen wünschenswerten Merkmalen jedoch ist es mit einem herkömmlichen Flüssigkeitsschalter schwierig gewesen, die Flüssigkeit zu steuern und dieselbe in eine Leistungseinheit zu leiten.

Ebenso ist es bei Flüssigkeitsschaltern, die unter die Kategorie der Schwellenelemente fallen, üblich gewesen, einen Bezugssteuerdruck zu erzeugen wie bei einem Nadelventil, um ein Schwellensignal bei einer gewissen Druckhöhe der Flüssigkeit aufzunehmen, wenn sie eine leichte analoge Änderung erfährt, und dann die Schwelle der Eingangsinformation im Vergleich zwischen Eingangsinformation und Steuerdruck herzustellen. Im Hinblick jedoch auf eine Eingangsinformation bei einem Druck, der unter dem BezugsSteuerdruck liegt (die geringste Höhe liegt bei etwa 40 mm Wassersäule), macht es die Konstruktion einer solchen Vorrichtung unmöglich, die Schwelle der Eingangsinformation in dem obenbeschriebenen Zustand festzustellen, auch wenn die Höhe des Steuerdruckes gleich Null (Atmosphärendruck) ist.

Die herkömmlichen Flüssigkeitsschalter, die als elektrische Flüssigkeitswandler eingeordnet sind, können grob in zwei Gruppen eingeteilt werden, in den Steuertyp und in den direkt arbeitenden Typ. Der erstere oder auch eine Steuertypeinrichüun,^ benutzt den Schaltmechanismus des Steuerteils, kombiniert mit dem Kern einer Erregerspule. Entsprechend ist der Schaltteil so massiv, daß er Probleme bezüglich der Antwortgeschwindigkeit und des Energieverbrauchs aufwirft.

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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Flüssigkeitsschalter herzustellen, hei dem die hei herkömmlichen Flüssigkeitsschaltern auftretenden Nachteile und Prohleme -beseitigt sind.

Flüssigkeitsschalter gemäß der vorliegenden Erfindung verarbeiten Informationen, die Eingabesignale durch eine Flüssigkeit unter niedrigem Druck umfassen, und führen die verarbeitete Information einer Leistungseinheit zu, so daß damit ein komplettes System erstellt wird und der Gesamtarbeitεaufwand des Systems verkleinert wird. Flüssigkeitsschalter gemäß dieser Erfindung reagieren schnell, sind frei von Unterschieden in der Anordnung bei der Installation, finden über einem breiten Bereich eine Schwelle, die ein schwaches Eingabesignal einschließt, und bringen ein digitales Ausgangssignal des Energieflusses hervor. Flüssigkeitsschalter gemäß dieser Erfindung steuern als Antwort auf ein Eingabesignal in Form von elektrischen Signalen einen Ventilkörper, besitzen eine gute Reaktionsfähigkeit uud sind in der Lage, Eingabeinformationen einer Flüssigkeit unter einem besonders niedrigen Druck (30 mm Wassersäule) empfindlich aufzunehmen und über einen ausgedehnten Druckbereich eine Schwelle für die Eingabeinformation zu setzen. Schalter gemäß dieser Erfindung sind klein, kompakt in der Ausführung, unter niedrigen Kosten erhältlich, im Energieverbrauch begrenzt und nicht für eine Anlage ausgerichtet, d.h. vielseitig verwendbar.

Im folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Hinweis auf die zugehörige Zeichnung beschrieben, die bevorzugte Ausführungsformen dieser Erfindung zeigt, und in der

Fig. 1 eine Schnittansicht ist, die den Körper des Flüssigkeitsschalters in einer Ausführungsform dieser Erfindung zeigt,

Fig. 2 eine Schnittansicht durch, eine veränderte Form eines Schalters, wie er in Fig. 1 gezeigt wird, ist,

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Fig. 3 und 4 Schnittansichten anderer Ausführungsformen sind, die mit Dichtungsmanschetten versehen sind,

Fig. 5 eine Schnittansicht ■ einer anderen Ausführungsform ist, "bei der der Steuerteil einstellbar ist,

Fig. 6 eine Schnittansicht noch einer anderen Ausführungsform ist, "bei der der Steuerteil elektromagnetisch betrieben wird, und

Fig. £ eine Teilschnittansicht eines Teiles einer geänderten Ausführungsform ist, wie sie in Fig. 6 gezeigt wird.

Unter Bezug, besonders auf die Fig. 1 und 2, besitzt der Körper eines Flüssigkeitsschalters, der allgemein mit 1 bezeichnet ist, näherungsweise im Querschnitt die Form eines H. Er besitzt Hohlräume, die durch die Membrane 3 und 4, die durch einen "Verbindungsstab 2 miteinander verbunden sind, in die in der Mitte liegenden yentilkammern 5 und 6 und die Membrankammern 7 und 8 an beiden Enden geteilt sind. Die in der Mitte liegenden Ventilkammern 5 und 6 stehen über eine Ausgangskammer 9 miteinander in Verbindung.

Die Ventile 10 und 11 sind jeweils auf den Membranen 3 und 4 befestigt und befinden sich gegenüber den Ventilauflagen 12 und 13· Im Körper sind weiterhin Eingangsdurchgänge 14, 15 für die in der Mitte liegenden Ventilkammern, Eingangsdurchgänge 16, 17 für die Membrankammern an beiden Enden und ein Ausgangsdurchgang 18, der mit der Ausgangskammer 9 in Verbindung steht, ausgebildet. Der Eingangsdurchgang 16 ist mit einem Hauptdurchflußbegrenzer 19 versehen. Die Ventile und die Ventilauflagen sind so angeordnet, daß, wenn eine der beiden Kombinationen, z.B. das Ventil 10 und die Ventilauflage 12, miteinander in Berührung kommen, das andere Ventil 11 von der anderen Ventilauflage 13 getrennt wird. Im oberen Teil besitzt der Ventilkörper 1 eine Düse 20, die am unteren Ende mit der Kammer 7 in Verbindung steht und sich nach oben in einen Flüssigkeitsdurchgang 21 erstreckt und am oberen Ende mit der Luft durch die öffnungen 29» 3O₁ in Verbindung steht. " ' ■■■

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Gegenüber dem oberen Ende der Düse 20 ist der Körper 24- des Steuerteils angeordnet, der einen Eingangsdrlichgang 23 an einem Ende besitzt. Der Körper 24 des Steuerteils besitzt Knebellöoher 25, einen einstellbaren gewindeten Teil 26 und eine Preßschraube 27· Er besitzt eine Kammer 311 die mit einem ebenen dünnen Film 22 aus einem Material von hoher Zugfestigkeit und einem Dichtungsglied 28 versehen ist, das am Rand dieses Filmes angebracht ist.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung gemäß dieser Erfindung wird nun beschrieben. Fig. 1 zeigt die Vorrichtung ohne die Versorgung mit Flüssigkeit durch den Eingangsdurchgang 23· Eine Steuerflüssigkeit mit dem Druck P ist durch den Hauptdurchflußbegrenzer 19 in den Eingangsdr/uchgang 16 geführt und wirkt auf die obere Oberfläche A der Membran 3· Ein Teil dieser Flüssigkeit ist zur Düse 20 in die Kammer 21 vorbeigeführt worden, wo sie den dünnen Film 22 nach oben in die Richtung drückt, die durch den Pfeil B angezeigt ist. Die Flüssigkeit, die aus der Düse 20 kommt, wird zum Teil in die Luft abgelassen. Der Eingangsdurchgang 14- der in der Mitte liegenden Ventilkammer ·5 wird mit einer Flüssigkeit unter dem Druck P, wie mit einem ^ Energiestrom, versorgt, die dann wieder die Membran 3 nach oben drückt in die Richtung,¹ die durch den Pf eil C angezeigt ist und durch die Ausgangskammer. 9 den Ausgangsdijiuckgang 18 als eine Flüssigkeit unter dem Druck P verlässt. Eine andere Möglichkeit ist, den Energiestrom dadurch zu liefern, daß die Flüssigkeit unter dem Druck P in den Eingangsdurchgang 15 der in der Mitte liegenden Ventilkammer 6 und in den am Ende liegenden Eingangsdurchgang 17 geführt wird. In diesem Fall ist der Eingangsdurchgang 14- der in der Mitte liegenden Ventilkammer 5 zur Atmosphäre offen und die in der Mitte liegende Ventilkammer 6 und die Membrankammer 8 sind mit Flüssigkeit gefüllt. Die Flüssigkeit in der Kammer 6 wird jedoch durch das Ventil 11 daran gehindert, in die Kammer 9 zu fließen, das in die Richtung getrieben ist, die durch den Pfeil E angezeigt ist, da die Kraft in Richtung E, die durch die Flüssigkeit in der Kammer 8 hervorgerufen wird, größer ist als die Kraft in Richtung des Pfeiles D, die durch die Flüssigkeit' in der Kammer 6, wenn der Flüssigkeitsdruck auf die Mem-

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bran wirkt, erzeugt wird, wegen der Komponente des Flüssigkeitsdruckes, die mehr auf das Aussenflächengebiet der Ventilaurlage 13 als auf die gesamte Oberfläche der Membran wirkt.

Fig. 2 zeigt die Vorrichtung in dem Zustand, in dem der Eingangsdurchgang 23 dem Eingangsflüssigkeitsdruck unterworfen ist. Der Flüssigkeitsdruck in der Kammer 31 wirkt auf den dünnen Film und erzeugt eine Kraft, die in Richtung des Pfeiles F wirkt, Inzwischen hat ein Teil der Flüssigkeit, die die Kammer 7 füllt, die Düse 20 passiert, aber der Film 8 wird nach unten in Richtung F gedrückt, da die Kraft in Richtung F, die auf die gesamte Oberfläche des dünnen Filmes 22 wirkt, größer als die Kraft ist, die durch die Düse 20 in Richtung B erzeugt wird. Dementsprechend wird die Flüssigkeit in der Kammer 7 daran gehindert, aus der Düse 20 zu fließen und die Kammer 7 ist mit einer Flüssigkeit unter dem Druck P gefüllt, der auf die gesamte Oberfläche der Membran 3 wirkt und eine Kraft in Richtung des Pfeiles G erzeugt. Der Eingangsdurchgang 14 der in der Mitte liegenden Ventilkammer^ 5 wird mit einer Flüssigkeit unter dem Druck P, wie mit einem Energiestrom, versorgt und die Flüssigkeit übt einen Druck in Richtung C aus. Da aber diese Kraft kleiner ist als die Kraft, die auf die gesamte Oberfläche der Membran wirkt, wegen der Komponente des Flüssigkeitsdrucks, der auf das Aussenflächengebiet der Ventilauflage 12 wirkt, wird das Ventil 14· nach unten in Richtung G gedrückt. Die Flüssigkeit der Kammer 5 wird nicht in die Kammer 9 gelassen. Daher hört der Ausfluß aus dem Ausgangsdurchgang 18 auf und die Änderung des niedrigen Flüf^si-g— keitsdruckes von dem Eingangsdurchgang 23 stellt die Änderung des Flüssigkeitsdruckes P dar.

Der dünne Film, der in der eben beschriebenen Ausführungsform benutzt wird, besitzt einen Durchmesser von 18 mm und eine Dicke von 10 bis 75 Mikron. Die Düsenöffnung besitzt einen Durchmesser von 0,45 mm. Der Hauptdurchflußbegrenzer besitzt eine Bohrung von 0,25 mm. Der Körper des Schalters hat einen Außendurchmesser von 20 mm und eine Gesamtlänge von 20 mm.

Die Dichtungsmanschette 28 verhindert Jeden Verlust an Eingabe-

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information aus der Kammer J1 und jeden Flüssigkeitsstrom von der Düse 20 in die Kammer 31. Darüber hinaus erleichtert sie die Kontraktion des dünnen Filmes 22 gemäß seiner Wölbung," so dass eine Eingabeinformation einer Flüssigkeit "bei einem besonders niedrigen Druck (JO mm Wassersäule) empfindlich aufgenommen werden kann.

Während die Dichtungsmanschette 28 in Fig. 1 auf der Seite des Filmes 22 gezeigt wird, die näher dem Eingangsdurchgang 25 ist, kann sie stattdessen auch in Kontakt mit der Unterseite des Filmes angebracht werden oder ein Paar solcher Dichtungsmanschetten kann an beiden Seiten des Filmes, wie es in Fig. 3 und 4 illustriert ist, angeordnet werden, um die gleiche Wirkung zu erhalten wie mit der Dichtungsmanschette in Fig. 1. Es ist als weitere Alternative möglich, auf die Dichtungsmanschette oder die Dichtungsmanschetten zu verzichten und den Film 22 frei, wie es in der Fig. 5 gezeigt wird, in den Kammern 21 und 31» die Ventilauflagen 32 und 33 besitzen, anzuordnen.

Wenn nun die Preßschraube 27 der Vorrichtung, wie sie in Fig. 1 gezeigt wird, gelockert wird und der Steuerteil' 24 unter Benutzung der Knebellöcher 25 gedreht wird, kann der Abstand oder der Spalt zwischen der öffnung der Düse 20 und dem Film 22 geeignet eingestellt werden und der Druck der Flüssigkeit, die durch den Eingangsdurchgang 23 eintritt, gestattet es der Flüssigkeit, unter dem Druck P von dem Eingangsdurchgang 14 oder 15 in den Ausgangsdurchgang 18 zu fließen.

Der Spalt zwischen der Öffnung der Düse 20 und dem Film 22 kann ebenso gut dadurch eingestellt werden, daß man die Schraube 27a lockert und den Steuerteil 24 unter Benutzung der Knebellöcher 25a dreht.

Während die Düse 20 und der Steuerteil 24 bei der Ausführungsform, die oben beschrieben wurde, auf der Membran am Ende der Kammer 7 angeordnet gezeigt wurden, kann ein Fachmann leicht einsehen, daß dasselbe Objekt dadurch realisiert werden kann, daß beide in einer der Kammern 5» 6 und 8, die Eingangsdifuchgänge

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haben, angeordnet werden.

Fig. 6 erläutert eine andere Ausführungsform dieser Erfindung, in der eine Kammer 7 mit einem Eingangsdurchgang ausgebildet ist und ähnlich einer der oben beschriebenen Ausführungsformen mit einer Düse 34 aus 'einem magnetisch vreichen Material versehen ist. Die Düse befindet' sich in einer Erregerspule 35» die wiederum mit einem Joch 36 umgeben ist. Ebenso sind eine Klemmleiste 37 und Zuleitungsdrähte 38 und 39 angeordnet.

Bezugsziffer 40 bezeichnet einen Teil aus einem magnetisch weichen Material gegenüber der Düse 34-» dessen Hand in einer Hut 42 des Gehäuses 41 befestigt ist. Die Form des Teiles 40 und seine Halterungsvorrichtung sind nicht auf die gezeigten begrenzt, sondern das Teil kann auch an einem Ende wie ein Ausleger gestützt werden, wie es Fig. 7 zeigt.

Die Ausführungsform, die in Fig. 6 gezeigt wird, wird in folgender Weise bedient. Die Vorrichtung ist mit einer Spule 35 gezeigt, die noch mit Strom versorgt wird. Die Flüssigkeit unter dem Druck P von dem Eingangsdurchgang 16 wird teilweise durch * die Düse 34- in. die Kammer 21 eingelassen und von da in die Luft durch die Öffnung 30 abgelassen. Ein Teil des Flüssigkeitsdrukkes drängt das Teil 40 nach oben in die Richtung, die durch den Pfeil H angezeigt ist. Wenn die Spule 35 mit Strom versorgt wird, wird das Teil 40 durch die Düse 34 angezogen, so daß der Ausfluß aus der Düse unterbrochen wird und die Flüssigkeit in der Kammer 7 die Membran 3 in der Richtung des Pfeiles J drängt, mit dem Ergebnis, daß die Flüssigkeit unter dem Druck P vom Eingangsdurchgang 14 oder 15 beginnt, aus dem Ausgangsdurchgang 18 zu fließen. Diese Erfindung betrifft einen Flüssigkeitsschalter mit einer durch eine Membran in zwei Kammern geteilten ersten Kammer, einem auf dieser Membran befestigten Ventil, einer Düse, die mit einer dieser Kammern in Verbindung steht, die Eingangsdurchgänge besitzen, um die eine Seite dieser Membran mit einem Flüssigkeitsdruck zu versehen. In einer zweiten Kammer ist ein dünner Film mit oder ohne Verwendung einer Manschette,um den Rand dieses dünnen Filmes zu fixieren, angebracht. Der Flüssig-

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keitsschalter besitzt Vorrichtungen, einen Spalt einzustellen zwischen der genannten Düse und dem Film und/oder eine Spule, die elektrisch den Kontakt zwischen dem Film und der Öffnung der Düse herstellt oder unterbricht.

Flüssigkeitsschalter gemäß der vorliegenden Erfindung sind nicht auf die Verwendung von Flüssigkeiten beschränkt, sondern können mit Fluiden betrieben werden.

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Claims

'' Patentansprüche

1.■ _t. Flüssigkeitsschalter, der ein Gehäuse und eine erste Kammer einschließt, die in dem Gehäuse angebracht ist, und durch eine Membran in zwei Kammern geteilt ist, so daß ein Ventil auf dieser Membran befestigt sich infolge des Unterschiedes im Druck der Flüssigkeit, der auf beide Seiten der Membran wirkt, bewegt, um Flüssigkeitsdurchgänge zu .schalten, gekennzeichnet' durch eine Düse (20), die in Verbindung steht mit einer dieser Kammern (7), die einen Eingsngsdurchgang (16) besitzt, um eine Seite dieser Membran (Hj) mit einer Druckflüssigkeit zu versorgen, einen für gewöhnlich flachen dünnen Film (22) aus einem Material hoher Spannungsfestigkeit, der in einer zweiten Kammer (31) nahe an der öffnung dieser Düse (20) angebracht ist, und durch eine Vorrichtung zum Schließen und öffnen des Kontaktes zwischen diesem dünnen Film (22) und der öffnung dieser Düse (20), um den Unterschied des Flüssigkeitsdruckes, der auf beide Seiten dieser Membran (3) wirkt, zu steuern, und dadurch die Schaltung der Flüssigkeitsdurchgänge zu bewirken.

2. Flüssigkeitsschalter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen leicht an seinem Rand durch eine Manschette (28) gegen die ihn umgebende Wand dieser zweiten Kammer ("31) gedrückten dünnen Film (22).

3· Flüssigkeitsschalter nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der dünne Film (22) ohne Einspannung in dieser zweiten Kammer (31) angebracht ist.

4. Flüssigkeitsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis

3, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung, die Spalthöhe zwischen dieser Düse (20) und diesem dünnen Film (22) von außen einzustellen.

5. Flüssigkeitsschalter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Magnetspule (35) um diese Düse (3^z0, so daß der Kontakt zwischen diesem dünnen Film (40) und der öffnung dieser

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- 11 Düse (34·) elektrisch Geöffnet und ge schloßen werden kann.

6. Flüssigkeitsschalter nach Anspruch 1 und 5, gekennzeichnet durch einen dünnen Film (⁷IO) aus einem magnetischen Material, der an die Düse (J4) angrenzt und dessen Kontakt mit dieser Düse (3^) bei Erregung und Nicht-Erregung dieser Spule (35) geschlossen und geöffnet ist, um das Öffnen und Schließen dieser Düse (3^·) zu steuern.

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