DE2156929A1 - Fluidisches Schaltungselement - Google Patents

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F. Weickmann, 2156929

Dipl.-Ing. H.Weickmann, DiPL₁-PhYs. Dr. K. Fincke D1PL.-ING. F. A.WeιCKMANN, Dipl.-Chem. B. Huber

8 MÜNCHEN 86, DEN SAHA POSTFACH 860 820

MDHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 48 39 21/22

<983921/22>

IT.Vo BEKAERT S.A., B-8550-Zwevegem, Belgien

Bekaertstraat 1

Fluidisches Schaltungselement

Die Erfindung betrifft fluidische Schaltungselemente. Fluidische Schaltungselemente gibt es in unterschiedlichen Typen, die, wenn sie in einer passenden Schaltung verbunden werden, ein fluidisches Steuersystem liefern, beispielsweise zu Regelzwecken oder für die Folgesteuerung einer Maschine. Jeder Bauelementtyp, der in die Schaltung eingebaut ist, führt eine vorgegebene Punktion aus und weist eine Anordnung von einem oder mehreren Kanälen auf, durch die Fluidströmungssignale von einer Stelle zu einer anderen übermittelt werden oder sich gegenseitig beeinflussen, um nach bestimmten Regeln der Verstärkung oder Logik je nach dem Typ des Bauelementes umgeformt zu werdene Ein fluidisches Schaltungselement hat also mindestens einen Kanal, der dazu dient, den Fluidfluß je nach der beabsichtigten Funktion richtig zu leiten.

Es sind bereits fluidische Schaltungselemente bekannt, die aus zwei übereinanderliegenden Platten bestehen, wobei eine Kanalanordnung durch Einätzen von Nuten in die Kontaktfläche von wenigstens der einen Platte ausgebildet istβ Solehe Elemente erfordern zu ihrer Herstellung eine eigene Ätzausrüstung und die eingeätzten Nuten haben eine ziemlich rauhe Oberfläche, die Turbulenz erzeugt, welche einen Verlust an nutzbarer Energie und einen geräuschvollen Betrieb

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mit sieh bringt_o Das Ätzverfahren kann bei einer anderen Art von bekannten fluidischen Schaltungselementen umgangen werden. Solche Elemente bestehen aus drei aufeinandergelegten Platten, von denen die mittlere Platte ausgeschnitten ist, so daß sie zusammen mit den beiden angrenzenden Platten die gewünschte Kanalanordnung formt· Diese fluidisohen Schaltungselemente lassen sich zwar durch Ausstanzen der mittleren Platte herstellen und kommen demnach ohne Ätzeinrichtung aus, aber die Stanztechnik erlaubt nicht die Formung von scharfen Kanalrändern oder von dünnen Wänden zwischen benachbarten Kanälen« Bei solchen Elementen sind zudem die Kanalwände auch nicht besonders glatt·

Ziel der Erfindung ist es, die erwähnten Mangel der bekannten fluidischen Bauelemente zu vermeiden· Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung ein fluidisches Schaltungselement vor, das aus zwei Platten besteht, zwischen welchen mindestens ein Kanal für die Fluidströmung durch mindestens einen Draht oder einen ähnlichen fadenartigen Körper geformt wird, der zwischen die Platten eingelegt ist und praktisch auf seiner ganzen Länge mit beiden Platten in fluiddichtem Kontakt steht·

Vorzugsweise hat der Draht oder jeder Draht einen rechteckigen Querschnitt, wobei zwei gegenüberliegende Seiten des Rechtecks vorzugsweise senkrecht zu den Platten verlaufene Die zu den Platten senkrechten Rechteckseiten können langer sein als die beiden anderen Seiten, so daß der Draht die Konfiguration eines Streifens oder Bandes hat. Damit eine fluiddichte Verbindung zwischen dem Draht bzwo den Drähten und den beiden Platten gewährleistet ist, sind die beiden Platten fest zusammengeklammert, beispielsweise miteinander verschraubt· Vorzugsweise sind die Platten aus einem weicheren Material als die Drähte, so daß die fluidfeste Abdichtung durch eine leichte Einbettung zustandekommt, wenn die Platten zusammengeklammert werden·

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Es ist beispielsweise zweckmäßig, die Platten aus Aluminium und den Draht bzw. die Drähte aus Stahl herzustellen·

Das Ende eines zwischen den Platten eingeschlossenen Kanals kann durch Biegen eines Drahtes um eine Einlaß- oder Auslaßöffnung in einer der Platten gebildet werden. Ein solcher Draht kann dann so geformt werden, daß, wenn im Betrieb Druck an die Einlaßöffnung, um die er herumgebogen ist, angelegt wird, seine nebeneinand erliegend en Enden einen Fluidstrahl erzeugen. Wenn dagegen ein Draht um eine Auslaßöffnung herumgelegt ist, kann er eine solche Form erhalten, daß er im Betrieb einen Fluidstrahl einfängt und ein Drucksignal an der Auslaßöffnung liefert.

Zum besseren Verständnis der Erfindung werden Ausführungsbeispiele anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.

Fig.1a ist eine Ansicht von oben auf ein fluidisches Schaltungselement gemäß der Erfindung;

Fig.1b ist eine perspektivische Ansicht des fluidisohen Schaltungselementes der Fig.1 mit auseinandergenomme— nen Teilen;

Fig·2 ist ein Beispiel eines Elementes gemäß der Erfindung, das ein verstärkendes ODER-Element darstellt;

Fig.3 ist ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Elementes, das ein Nahwirkungselement darstellt.

Die Fig.1a und 1b zeigen ein fluidisches Schaltungselement vom Fluidstrahltyp. Es weist eine Bodenplatte 1 mit Einlaßöffnungen 2 und 3 und Auslaßöffnungen 4, 5 und 6 für Fluidströmungssignale auf. Auf der Innenfläche der Bodenplatte 1 sind rund um die Öffnungen mehrere fadenförmige Körper in der Form von Drähten 7 bis 11 mit rechteckigem Querschnitt angeordnet und in die richtige Form gebogen, um entweder als Fluidstrahl-Emitter (Drähte 7 und 8) oder als

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Kollektor (Drähte 9, 10 und 11) zu arbeiten,, Die Bodenplatte 1 und die Drähte 7-11 sind von einer Deckplatte 12 abgedeckt, die in Figoia nicht gezeigt ist. Die beiden Platten werden durch nicht dargestellte Schrauben zusammengehalten, die durch die Löcher 13 in beiden Platten gesteckt werden» Vorzugsweise sind die Platten 1 und 12 aus Aluminium; die Drähte 7 bis 11 sind aus Stahl und haben einen rechteckigen Querschnitt, dessen beide längere Seiten senkrecht zur Ebene der Platten verlaufen.» Wenn die Platten zusammengeklammert werden, betten sich die zwischen den Platten eingelegten Drähte bis zu einem gewissen Maß in die Aluminiumplatten 1 und 12 ein und auf diese Weise kommt eine gute fluidfeste Verbindung zwischen den Drähten und den Platten zustandeο Die Einlaß- bzwo Auslaßöffnungen 2-6 können in passender Weise mit den anderen Schaltungselementen einer Fluidiksehaltung verbunden werden, beispielsweise mittels flexibler Schläuche, die an mit den öffnungen 2 bis 6 verbundenen Düsen angeschlossen werden.

Die Einlaßöffnungen 2 und 3 empfangen von außen Eingangsdrucksignale a bzw. b und jedes Fluiddrucksignal läuft durch den von dem Draht 7 bzw. 8 gebildeten Kanal und ergibt einen Fluidstrahl, der in den Wechselwirkungsraum 15 austritto

Richtung und Kraft der beiden Fluidstrahlen sind so bemessen, daß beim Vorhandensein beider Strahlen diese sich zu einem gemeinsamen Strahl vereinigen, der in Richtung der Halbierungslinie der beiden ursprünglichen Strahlen sich fortbewegt. Rund um diese Halbierungslinie ist jenseits des Wechselwirkungsraumes 15 ein Kollektor-Draht 11 angeordnet, der zugleich die Auslaßöffnung 6 umgibt. Die beiden anderen Kollektor-Drähte 9 und 10 sind jeweils rund um die Bahn eines einzelnen FluidStrahles jenseits des WeohselWirkungsraumes 15 angeordnet und umgeben die Auslaßöffnung 4 bzw»

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Wenn im Betrieb beide Eingangadrucksignale a und Jb vorhanden sind, vereinigen sich die beiden Fluidstrahlen zu einem gemeinsamen Strahl, der in den von dem Kollektordraht 11 geformten Kanal eintritt und ein Ausgangsdrucksignal AB an der Auslaßöffnung 6 liefert. Wenn das Eingangssignal a ohne das Eingangssignal b vorhanden ist, tritt nur ein Fluidstrahl aus dem vom Draht 7 gebildeten Emitter aus, überquert den Wechselwirkungsraum 15 in einer geraden linie und tritt in den vom Draht 10 gebildeten Kollektorkanal ein, wo er ein Ausgangsdrucksignal Al an der Auslaßöffnung 5 erzeugt, Wenn nur das Eingangssignal b vorhanden ist und das Signal a fehlt, entsteht in gleicher Weise ein Ausgangs signal A*B an der Auslaßöffnung 4.

In Fig.2 ist eine Ansicht von oben auf ein anderes fluidisches Schaltungselement dargestellt· Die Deckplatte ist, wie in Fig.1, entfernt. Das Element weist eine Bodenplatte 16 mit Einlaßöffnungen 17, 18 und 19 und einer Auslaßöffnung 20 auf, sowie einige Stahldrähte 21 bis 24, die in einer für die Funktion der Schaltung geeigneten Weise gebogen sind. Das Ganze ist mit einer nicht gezeigten Deckplatte aus Aluminium bedeckt und mit Schrauben zusammengehalten. Die Einlaßöffnung 17 empfängt einen Fluideingangsdruck und in dem von dem Draht 21 gebildeten Kanal wird dieses Signal in einen energiereiohen Fluidstrahl umgesetzt, der in den Wechsel Wirkungsraum 25 austritt. Ferner sind zwei öffnungen 18 und 19 für Eingangssignale vorgesehen, die mit einem strahl« formenden Draht 22 bzw· 23 ausgestattet sind, und zwar in solcher Weise, daß die angelegten Steuerdruoksignale a bzwo b zwei eng benachbarte Steuerstrahlen liefern, die auf den energiereiohen Strahl auftreffen und diesen von seinem geraden Weg durch den Wechselwirkungsraum ablenken«» In der Bahn des abgelenkten Strahles ist ein Kollektor-Kanal angeordnet, der von dem Draht 24 gebildet wird, welcher die Ausgangssignalöffnung 20 umgibto

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Das Element arbeitet wie folgts Kur wenn das Steuersignal a oder das Steuersignal b oder diese beiden Signale an den Einlaßöffnungen 18 oder 19 vorhanden sind, wird der in den Weohselwirkungsraum austretende energiereiche Hauptstrahl in den Kollektorkanal abgelenkt und erzeugt einen Ausgangsdruck an der Auslaßöffnung 20. Auf diese Weise liefert der Ausgang ein verstärktes Signal A oder Bo

In dieser Schaltung ist es vorteilhaft, wenn beide Steuerstrahlen a und b sehr nahe beieinander liegen, damit sie auf den energiereichen Hauptstrahl etwa an der gleichen Stelle auftreffen· Die Bahn des abgelenkten energiereichen Strahles hängt erstens davon ab, welches der beiden Signale oder ob beide Signale vorhanden sind, und zweitens von der Auftreffstelle der Signalstrahlen. Um die Schwankung des Auftreff— Punktes möglichst klein zu halten, sind die die Steuerstrah— len formenden Kanäle parallel und sehr nahe beieinander angeordnet. Eine solche Konfiguration wäre in einem Stanzverfahren nur schwer zu erzielen, weil die Zwischenwand zwischen den aneinanderliegenden Eingangskanälen sehr dünn ist· Formt man diese Konfiguration nach der Lehre der Erfindung, gibt es diese Schwierigkeit nicht und die Dicke der Zwischenwand ist durch die Dicke des Drahtes 22 gegeben·

Bei fluidisohen Schaltungselementen, wie den bisher beschriebenen, ist es stets wichtig, daß der äußere Teil des Fluid-Strahles, der so weit von der Bahn des Strahles streut, daß er nicht mehr in den Kollektor-Kanal gelangt, nicht in einen benachbarten Kollektorkanal eintritt, sondern zu einer Entlüftung abgelenkt wird· Bei den herkömmlichen fluidisehen Elementen muß man zwischen jeweils zwei Kollektorkanälen einen Entlüftungskanal vorsehen, um dieses unerwünschte Fluid aus einer Abzugsöffnung zu entlüften Dies ergibt eine große Anzahl von Kanälen, die mit benachbarten Kanälen einen spitzen Winkel bilden, und die scharfen Ränder zwischen solchen Kanälen lassen sich nur schwer stanzen· Bei den beschriebe-· nen Beispielen der Erfindung brauchen keine Entlüftungskanä«

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le vorgesehen zu werdeno Aufgrund der Konstruktionsform ist der Raum rund um jeden Kollektorkanal mit der Atmosphäre verbunden und stellt einen Abzug dar. Außerdem ist die Schärfe der Ränder der Kollektorkanäle durch die Dioke der Drähte 9 bis 11 gegebene

Ein weiterer wichtiger Punkt bei derartigen fluidischen Elementen ist, daß in dem Wechselwirkungsraum kein Druck existieren darf, weil sonst dieser Druck auf die Einlaßöffnungen, die nicht vom Signaldruck beaufschlagt sind, übertragen würde und diese Rückströmung ist unerwünscht. Bei der erfindungsgemäßen Konstruktion ist der Wechselwirkungsraum nicht eine geschlossene Kammer, sondern ein offener Raum, wo der geringste Druck sofort abgebaut wird«.

Die Erfindung umfaßt nicht nur fluidische Logikelemente, sondern auch andere Arten von fluidischen Schaltungselementen für FluidSteuersysteme, wie beispielsweise Verstärker, Kanalverbindungsplatten und fluidische Dioden_e Pig·3 zeigt ein Annäherungsdetektorelement. Es weist eine Bodenplatte 26 aus Aluminium und eine Deckplatte 27 auf, sowie fadenförmige Körper in der Form von Drähten 28 und 29 mit rechteckigem Querschnitt, die zwischen die beiden Platten eingeklemmt sind· In der Bodenplatte sind zwei Öffnungen 30 und 31 für den Speisedruck bzw· für das Ausgangssignal vorgesehen«» Die Drähte sind so geformt, daß sie zwei konvergente, strahler*· zeugende Kanäle als Auslaß aus dem Raum zwischen den Platten 26 und 27 und einen Auffangkanal zwischen den beiden strahlerzeugenden Kanälen bilden·

Das Element arbeitet wie folgt: Wenn an der Öffnung 30 ein Speisedruck vorhanden ist, entweichen kontinuierlich zwei konvergierende Strahlen aus dem Raum zwischen der Bodenplatte und der Deckplatte und in der Ebene der beiden Platten«, Wenn in der Bahn der beiden Strahlen ein Hindernis vornan«

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den ist, prallt das Fluid zurück in den aufnehmenden Kanal und entwickelt an der Auslaßöffnung 31 einen Fluiddruck·

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die beschriebene Querschnittsform oder auf die erwähnten Materialien für die Drähte und Platten beschränkt. Die Körper zwischen den Platten müssen lediglich längliche, fadenförmige Elemente sein, vorzugsweise dargestellt durch einen Draht mit einem konstanten rechteckigen Querschnitt. Die Berührung zwischen dem Draht oder den Drähten und den Innenflächen der Platten muß fluidfest abgedichtet sein. Dazu iet es notwendig, daß praktisch entlang dem ganzen Draht dessen Ober- und Unterseite in gutem, fluidfestem Kontakt mit den Platten isto Jedoch kann in Querrichtung eine Öffnung vorgesehen sein, z.B. unter oder über dem Draht, an Stellen, wo ein Durchtritt des Fluids erwünscht ist.

Die Platten müssen nicht unbedingt eben sein und brauchen auch nicht unbedingt eine ebene Innenfläche haben, wenn nur der Draht oder die Drähte zwischen den Platten eine solche Form haben, daß sie einen fluiddichten Kontakt gewährleisten. Ferner können auch Kanäle in den Platten selbst ausgebildet sein, etwa als Nuten, die mit einem oder mehreren von den Drähten gebildeten Kanälen in Verbindung stehen.

Die Erfindung schafft also fluidisohe Schaltungselemente mit glatten Wänden, für die es keine Schwierigkeit in For« men scharfer Ränder oder dünner Wände zwischen benachbarten Kanälen gibt·

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Claims (1)

1. Ansprüche

   Fluidisches Schaltungselement, daduroh gekennzeichnet, daß es zwei Platten (1, 12) aufweist, zwischen denen mindestens ein Kanal für eine Fluidströmung von mindestens einem Draht (7-11) oder sonstigen fadenförmigen Körper gebildet ist, der zwischen die Platten eingelegt ist und einen fluiddichten Kontakt mit beiden Platten auf praktisch seiner ganzen Länge bildet·

   2· Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht einen rechteckigen Querschnitt hato

   β Element naoh Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gegenüberliegende Seiten des Querschnitts senkrecht zu den Platten angeordnet sind«

   4· Element nach Anspruch 3, daduroh gekennzeichnet, daß die zu den Platten senkrechten Seiten des Drahtquerschnittes länger sind als die beiden anderen Seiten, so daß der Draht eine streifenartige Gestalt hat·

   5· Element nach einem der Ansprüohe 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht bzw. jeder Draht zwischen den Platten fest eingeklemmt ist.

   6. Element nach einem der vorangehenden Ansprüche, daduroh gekennzeichnet, daß der Draht bzw. jeder Draht aus einem Material besteht, das härter ist als dasjenige der Platten, so daß sich der Draht bzw· die Drähte beim Zusammendrücken in die Platten derart einbetten, daß sie mit diesen einen fluidfesten Kontakt herstellen·

   7. Element nach einem der vorangehenden Ansprüohe, daduroh gekennzeichnet, daß die Platten aus Aluminium und der Draht oder die Drähte aus Stahl sind·

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