DE2254639A1

DE2254639A1 - Fluidisches stroemungselement, insbesondere fuer bidirektionale signaluebertragungen sowie aus solchen elementen aufgebaute schaltungen

Info

Publication number: DE2254639A1
Application number: DE19722254639
Authority: DE
Inventors: Peter Bauer
Original assignee: Bowles Fluidics Corp
Current assignee: Bowles Fluidics Corp
Priority date: 1972-11-08
Filing date: 1972-11-08
Publication date: 1974-05-30
Also published as: DE2254639B2; DE2254639C3

Description

Fluidisches Strömungselement, insbesondere für bidirektionale Signalübertragungen sowie aus solchen Elementen aufgebaute fluidische Schaltungen Die Erfindung bezieht sich auf ein fluidisches Strömungselement, insbesondere'fUr Signalübertragungen, mit einer Hauptdüse zur Abgabe eines fluidischen Hauptstrahles in eine Wechselwirkungskammer, wenigstens- einem Zutritt zur Abgabe einer fluidischen Strömung in die Wechselwirkungskammer und Ablenkung des Hauptstrahles entsprechend dieser Strömung aus seiner unabgelenkten Lage in eine erste abgelenkte Lage und einen von mehreren'AuB-fangkanälen zum Auffangen des in die erste abgelenkte Lage verschwenkten Hauptstrahles.
Die Erfindung bezieht sich weiter auf aus solchen Elementen oder unter Verwendung solcher Elemente aufgebauten Schaltungen mit bidirektionalen Signalübertragungen.
In vielen fluidischen Systemen ist es erwünscht, zur Verringerung der Kosten und des Raumbedarfs ein-und denselben Signalübertragungsweg zur Übertragung von verschiedenen Signalen zwischen entfernt liegenden Strömungsteilkreisen zu verwenden. Wo der Signalfluß in einer Richtung vor sich geht, -d.h. alle Signale von einem Strömungsteiikreis zu einem anderen laufen, können bekannte Multiplextechniken verwendet werden, um sicherzustellen, daß zwei oder mehrere Signale nicht gleichzeitig übertragen werden.
In den Fällen, wo jedoch bidirektionale Übertragungen von Strömungssignalen erforderlich sind, sind Multiplextechniken allein nicht ausreichend. Angenommen es handelt sich zum Beispiel um ein fluidisches System, bei dem jeder von zwei entfernt liegenden Strömungsteilkreisen einen Signalgeneratorkreis aufweist, der Signale erzeugt, die jeweils auf einen Nutzkreis des anderen Strömungsteilkreises einwirken sollen. Hierbei besteht die besondere Schwierigkeit , nur einen einzigen Signalübertragungsweg zu verwenden, entlang dem zwischen den beiden Strömungsteilkreisen in beiden Richtungen Signale übertragen werden können, darin, daß es bisher keine geeignete Möglichkeit gab, den Generatorkreis von dem Nutzstromkreis eines Strömungsteilkreises strömungsmäßig auf einfache Weise zu trennen Das heißt, in jedem Strömungsteilkreis muß verhindert werden, daß ankommende Signale auf den Generatorkreis einwirken und daß die Signale des Generatorkreises eines Strömungsteilkreises auf den ihm zugehörigen Nutzkreis einwirken. In der Elektronik erfolgt die erforderliche Trennung zwischen einem Nutzkreis und einem aeneratorkreis mittels Dioden, die einen unerwünschten Signalfluß in einer bestimmten Richtung sperren. Fluidische Dioden, die für entsprechende Anwendungen entwickelt worden sid, haben sich in vielen Fällen als ungeeignet erwiesen. Fluidische Systeme müssen daher verschiedene Methoden verwendnn, um für eine bidirektionale Übertragung von Signalen längs eineseinzigen Übertragungsweges die erforderliche Trennung bzw. Isolierung zwischen bestimmten Strömungskreisabschnitten sicherstellen zu können.
Es ist somit Aufgabe der Erfindung einen Weg aufzuzeigen, der auf eine einfache Weise ohne besonderen Aufwand die bidirektionale Signalübertragung längs eines einzigen Strömungsweges zwischen Strömungsteilkreisen erlaubt. In diesem Zusammenhang ist es erforderlich, ein Strömungselement anzugeben, daß Strömungssignale an einen Übertragungsweg weitergeben und von dem Obertragungsweg aufnehmen kann. Dabe-i soll die Möglichkeit geschaffen sein, die längs des Übertragungsweges zu übertragenden Signale wahlweise in beiden-Richtungen verstärkt weiterzuleiten-oder auch zu unterbrechen. Fluidische Systeme, in denen bidirektionale Signalübertragungen längs. eines einzigen Übertragungsweges vielfach von Vorteil sind, sind auch fluidische Logikkreise. Beispielsweise werden in elektrischen Schaltkreisen Relais und dergleichen Schaltelemente verwendet, die Spulen aufweisen, welche Strom in beiden Richtungen aufnehmen, obei-- die Relais entsprechend der angelegten Stromrichtung verschiedene Schaltvorgänge ausführen. Solche Relais haben z.B.
die Eigenschaft, daß sie den Strom in einer Richtung leitern, wenn sie Teil einer ersten logischen Verknüpfung sind, und daß sie den Strom in der anderen Richtung leiten, wenn sie Teil einer zweiten logischen Verknüpfung sind. Ein analoges Fluidikelement ist bisher nicht bekannt geworden. Mit einem derartigen Fluidikelement ließen sich jedoch logische Schaltungen aufbauen, die gegenüber den herkömmlichen Schaltungen eine wesentlich geringere Anzahl von Elementen benötigen würden.
Es gehört somit zur Aufgabe der Erfindung, ein bidirekti-onales fluidische-s Strömungsgatter anzugeben, das das wahlweise Durchströmen von fluidischen Signalen in einer von zwei Richtungen in Abhängigkeit von logischen Bedingungen erlaubt. Dabei soll das Gatter in einen Str8mungsweg einschaltbar sein, entlang dem fluidische Signale in zwei Richtungen laufen können und durch das Gatter wahlweise die Signale einer Richtung gesperrt oder weitergeleitet werden können; Die Aufgabe wird erfindungsgemäß in der Weise gelöst,-daß der als Eingangs-Ausgangskanal ausgebildete Auffangkanal zum- Auffangen des in die erste: Ablenkrichtung abgelenkten Hauptstrahles derart ausgebildet und an die Wechselwirkungskammer derart angeschlossen ist, daß beim Zuführen eines Strömungssignals über den Auffangkanal als- Eingang in^die Wechselwirkungskammer der Hauptstrahl entsprechend dem Strömungssignal aus seiner unabgelenkten Lage in eine zweite-von der ersten abgelenkten Lage verschiedenen Lage abgelenkt wird.
Weiterbildungen der Erfindungen sowie vorteilhafte Ausführungen können den Merkmalen der Unteransprüche und der nachfolgenden Beschreibung entnommen werden, in der anhand von AusfUhrungsbeispielen die Erfindung mehr im einzelnen beschrieben und erläutert ist.
In den zugehörigen Zeichnungen zeigt: Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Strömungskreis mit zwei bidirektionalen Signalumwandlern Fig. 2 einen Signalumwandler fUr den Strömungskreis nach Fig. 1 in einer abgewandelten Ausführungsform, Fig. 3 einen weiteren Signalumwandler für den Strömungskreis nach Fig. 1 in einer weiter abgewandelten Ausführungsform, Fig. 4 ein bidirektionales UND-Element gemäß der Erfindung, Fig. 5 einen bidirektionalen Signalumwandler in einer noch weiteren Ausführungsform nach der Erfindung und Fig. 6 einen.erfindungsgemäßen Strömungskreis mit bidirektionalen Strömungselementen nach den Fig. 1 bis 4.
Der erfindungsgemäße Strömungskreis nach Fig. 1 umfaßt zwei im wesentlichen gleich ausgebildete Strömungselemente 10 und 10', die erfindungsgemäß einander zugeordnet sind. Die verschiedenen Düsen, Strömungswege und Strömungskammern der Elemente 10 und 10' sind beispielsweise durch die US-Patentschrift 3 425 430 bekannt geworden.
Das Element 10 enthielt eine Wechselwirkungskammer 11, in die Uber eine Hauptdüse 13 ein Hauptstrahl abgegeben wird. Die Hauptdüse 13 ist an eine Strömungsquelle angeschlossen, die eine Hauptströmung P+ abgibt. Die wechseltirkungckamFer 11 schließt seitlich an eine Entlüftung 15 an, die bei dem Bl*F*nt in Fig. 1 auf der lir@en Seite dargestellt ist. Die Wechselwirkungskammer 11 ist auf der rechten Seite durch eine Seitenwand 17 begrenzt, die genügend weit von dem aus der Hauptdüse 13 heraustretenden Hauptstrahl entfernt verläuft, um entlang der Seitenwand einen Wandhafteffekt zu bewirken.
An der rechten und linken Seite des Strömungselementes 10 sind entgegengesetzte Steuerdüsen 19 und 21 vorgesehen, denen Strömungen zur Abgabe von Steuerstrahlen in das stromaufwärtige Ende der Wechselwirkungskammer 11 zugeführt werden. Die Steuerstrahlen sind im wesentlichen rechtwinklig zu dem Haupt strahl gerichtet und treten mit dem Haupt strahl in Wechselwirkung, wodurch der Haupt strahl entsprechend der relativen Stärke der Steuerstrahlen um ein bestimmtes Maß aus seiner Strömungsrichtung abgelenkt wird. Ein zentrales Ausgang 23 schließt an das stromabwärtige Ende der Wechselwirkungskammer 11 an. Die Achse durch den Ausgang 23 liegt in der Achse durch die Hauptdüse 13.
Die Weite des zentralen Ausganges 23 ist derart gewählt, daß er den nicht abgelenkten Hauptstrahl im wesentlichen auffängt. Ein durch einen Strömungsteiler 27 von dem zentralen Ausgang getrennter linker Ausgang 25 schließt an die linke Seite des abströmseitigen Endes der Wechselwirkungskammer 11-an. In den Ausgang 25 gelangt Hauptströmung, wenn der Hauptstrahl nach links abgelenkt wird. Die Weite des Ausganges 25 ist in Abhängigkeit von dem gewünscHen Verstärkungsgrad des Elementes 10 gewählt. Je nach der Verwendung des Elementes kann die Weite des Ausganges entsprechend der technischen Lehre in der US-Patentschrift 3 425 430 gewählt werden. Ein rechter Ausgang 29 ist durch einen Strömungsteiler 31 von dem zentralen Ausgang 23 getrennt und erstreckt sich-zwischen dem Strömungsteiler 31 und der Seitenwand 17 de r We der Wechselwirkungskammer. Der rechte Ausgang 29 ist wesentlich weiter als der linke Ausgang 25.
Der Ausgang 29 ist derart beschaffen, daß Strömung, in beiden Richtungen mit minimalem Druckverlust zu strömen vermag. Entsprechende Ausgänge werden nachfolgend auch als bidirektionale Ausgänge oder Ein-Ausgänge bezeichnet. Das Strömungselement 10' ist im wesentlichen gleich mit dem Strömungseiement 10 mit der Besonderheit, daß die Strömungselemente 10 und 10' spiegelbildlich zueinander ausgebildet sind. Das heißt, die linke Seite des Elements 10' entspricht der rechten Seite des Elements 10 und umgekehrt. Die verschiedenen Düsen, Strömungswege und anderen Teile des Elements 10' sind mit den gleichen Ziffern an entsprechenden Teilen des Elements 10 versehen und unterscheiden sich von den letzteren durch einen Beistrich.
Die bidirektionalen Ausgänge 29 und 29' sind durch einen einzigen Strömungsweg 33 miteinander verbunden, der ebenfalls derart ausgebildet ist, daß Strömung in beiden Richtungen mit minimalen Strömungsverlust entlangströmen kann. Im Normalfall sind die Elemente 10 und 10' voneinander entfernt angeordnet. Am Ort des Elementes 10 befindet sich ein Signalgeneratorkreis 35, der ein Signal abgibt, das zum Element 10' in Verbindung mit dem Nutzkreis 37' gelangt. Entsprechend befindet sich am Ort des Elementes 10' ein Signalgeneratorkreis 35', der ein Signal abgibt, das zum Element 10 in Verbindung mit dem Nutzstromkreis 37 gelangt. Die von Generatorkreisen 35 und 35' abgegebenen Signale gelangen zu der Steuerdüse 19 und 19'.
Die Nutzkreise 37 und 37' enthalten Signale über die Ausgänge 25 und 25'. Die Signalgeneratorlaeise 35 und 35' und die Nutzkreise 37 und 37' können aus herkömmlichen Strömungselementen, wie Strömungsverstärkern vom analogen und/oder digitalen Typ, fluidischen Schaltelementen und dergleichen Strömungs- oder pneumatischen Elementen aufgebaut sein.
Ein Vorsteuersignal kann jeder Steuerdüse 21 und 21' zugeführt werden, um die Haupt strahlen der Elemente 10 und 10' bei Abwesenheit eines Eingangssignals an den Steuerdüsen in der gewünschen Weise zu beeinflussen. Angenommen im Betrieb wird an die Elemente 10 und 10' kein Signal abgegeben, dann sind die Hauptstrahlen auf die betreffenden zentralen Ausgänge 23 und 23' gerichtet. Dabei ist weiter vorausgesetzt, daß die zentralen Ausgänge zur Umgebung entlüftet sind. Wird ein Signal von dem Generator 35 erzeugt, wird ein entspre-chendes Signal durch den abgelenkten Hauptstrom des Elementes 10 an den bidirektio nglen Ausgang 29 abgegeben. Das letztere Signal wird über den Strömungsweg 33 zum bidirektionalen Ausgang 29' geleitet und gelangt in die Wechselwirkungskammer 11',, wo es den Haupt-.
strahl in Richtung auf den Ausgang 25' ablenkt. Der Grad der Ablenkung des Hauptstrahles im Element 10' ist bestimmt durch die Amplitude des dem Ausgang 29' zugeführten Signals. Ent-.
sprechend ist das Signal im Ausgang 25', das abhängig ist von dem Grad der Ablenkung des Hauptstrahles in dem Element 10' nach rechts, eine Funktion der Amplitude des Signals am Ausgang 29'. Das Signal am Ausgang 25' gelangt zu dem Nutzkreis 37' um auf diesen in der vorgesehenen Weise einzuwirken. Der Strömungskreis in Fig. 1 arbeitet analog, wenn ein .Signal von dem Generator 35' abgegeben wird, um dadurch auf den Nutzkreis 37 einzuwirken. Wesentlich ist, daß Signale' über den Strömungsweg 33 zu einem Zeitpunkt nur in einer Richtung gelangen.
Hierzu können bekannte Strömungsschalttechniken verwendet werden, um sicherzustellen, daß nur ein-Signalgeneratorkreism einer Zeit aktiv ist oder anders ausgedrückt, beide Signalgeneratorkreise nicht gleichzeitig ein Signal abgeben.
Ein ankommendes Signal, das von den einem der bidirektionalen Ausgänge 29 bzw. 29'- aufgenommen wird, reicht zur Ablenkung des Hauptstrahles des betreffenden Elementes 10 bzw. 10' in einem Maße, daß das ankommende Signal in den entlüfteten-zentralen Ausgängen 23 und 23-' abgeleitet wird. Es bildet sich daher in Abhängigkeit von dem ankommenden Signal kein erhöhter Druck in der betreffenden Wechselwirkungskammer 11 bzw. 11' aus. Außerdem wirken die Elemente 10 und 10' als. Signalaufnehmer mit relativ hoher Impedanz bis der Hauptstrahl, der zunächst noch die zentralen Ausgänge 23, 23' für die ankommqnden Signale abschließt, durch die von den bidirektibnalen Ausgängen 29 und 29' aufgenommenen Signale abgelenkt wird. Auf Grund der Ausbildung der bidirektionalen Ausgänge 29 rund 29' wirken die Elemente lO und 10' außerdem als Signalaufnehmer mit relativ geringer Impedanz, wenn ein Signal von einem Generatorkreis 35 bzw. 35' abgegeben und zu der entfernten Station-Uber dem Strömungeweg 33 Ubertragen wird. Das Ende des bidirektionalen Ausganges 29. der an die Wechselwirkungskammer anschließt, ist weit genug ausgebildet, um unangemessene Druckverluste der Signale zu verhindern, die in beiden Richtungen durch den bidirektionalen Ausgang 29 laufen. Das gleiche gilt für den bidirektionalen Ausgang 29'.
Es ist in der Fluidikstechnik bekannt, die VerstGrkungscharakteristik der Verstärker 10 und 10' in gewünschter Weise auszubilden. Beispielsweise kann die positive Rückkopplungsnäherung nach der US-Patentschrift 3 468 323 verwendet werden, um die Verstärkungscharakteristiken der Elemente 10 und 10' zu linearisieren. Außerdem kann eine weitere Entlüftungsöffnung mit den Wechselwirkungskammern 11 und 11' über die Seitenwände 17 und 17' in Verbindung stehen, wenn es erwünscht ist.
Es ist zu bemerken, daß die zentralen Ausgänge 23 und 23' nicht entlüftet sein brauchen. Sie können zur Abgabe von besonderen Ausgangssignalen an angeschlossene Strömungselemente dienen. Solche Signale ändern sich invers mit jedem Eingangssignal das zu den Elementen 10 und 10' gelangt.
In Fig. 2 ist ein erfindungsgemEßes Strömungselement 10" dargestellt, das gegenüber den Elementen 10 und 10' in Fig. 1 abgewandelt Zt. Im einzelnen ist das Strömungselement ähnlich dem Element 10 bzw. 10' ausgebildet und entsprechende Teile sind mit den entsprechenden Ziffern versehen, die mit Doppelstrichen gekennzeichnet sind. Der Unterschied zwischen dem Element 10' und dem Element 10" besteht darin, daß die Seitenwände der Wechselwirkungskammer 11" derart ausgebildet sind, daß sich entlang diesen nur relativ kleine Wandhafteffekte auebilden können. So besitzt die Seitenwand 17" einen Abschnitt am stromaufwärtigen Ende der Wechselwirkungskain:ner Ii", der genügend nahe an die Hauptdüse 13t heran geführt ist, damit der Haupt strahl, wenn er im vorliegenden Falle nach links abgelenkt wird, durch den wirksam werdenden Wandhattertekt verstflrkt abgelenkt wird. In der gleichen Weise ist an der rechten Seite des aufstromseitigen Endes der Wechselwirkungskammer 11" ein Wandabschnitt 18 vorhanden, der bei einer Ablenkung des Hauptstrahles nach rechts auf Grund des wirksam werdenden Wandhafteffektes die Ablenkung verstärkt. Wenn jedoch das Signal zur Ablenkung des Hauptstrahles verschwindet, ist der Wandhafteffekt an den Wänden 17" und 18 nicht ausreichend groß um den Haupt strahl in der abgelenkten Lage zurückzuhaten, so daß der Hauptstrahl in seine Ausgangslage zurückkehrt, die auf den-zentralen Ausgang 23" gerichtet ist. Das Element 10" ist vorallem für eine, digitale Signalübertragung geeignet,-da der kleine Wert der positiven Rückkopplung, der durch die Wandabschnitte 17" und i8 bewirkt wird, die Vorder- und Rückflanken der Impulssignale wirksam wiederherstellt.
In Fig. 3 ist ein erfindungsgemäßes Strömungselemen 40 dargestellt, das eine weitere abgewandelte Ausführung gegenüber den Elementen 10 und 10' von Fig. 1 darstellt. Das Element-40 umfaßt eine Wechselwirkungskammer 41 in welche ein Haupt strahl von einer Hauptdüse 43 abgegeben wird. Linke und rechte Steuerdüsen 45 und 47 nehmen Steuerstrahlen auf, die auf den Hauptstrahl auftre-ffen und ihn ablenken. Die Seitenwände der Wechselwirkungskammer 41 sind genügend entfernt von der Hauptdüse 43 und der Achse durch die Hauptdüse um Wandhafteffekte des abgelenkten Hauptstrahles an den Seitenwänden ai vermeiden. Eine mit dem äußeren Umgebungsdruck verbundene linke und rechteEntlüft'ungsöffnung schließt an die linke und rechte Seitenwand ano Ein zentraler Ausgang 53 ist axial gegenüber der Hauptdüse 43 angeordnet und fängt im wesentlichen den gesamten Haupt strahl auf, sofern dieser nicht abgelenkt. ist. Der Ausgang 53 kann entlüftet oder gegebenenfalls auch mit weiteren Strömungselementen verbunden sein. Linke und rechte Ausgang 57 und 59 sind - durch entsprechende Strömungsteile von dem zentralen Ausgang 53 getrennt. Die Ausgänge 57 und 59 dienen zur Fortleitung von Signalen nur in einer Richtung und zwar weg von der Wechselwirkungßkammer, wenn der Hauptstrahl in Richtung auf einen der beiden Ausgänge 57, 59 strömt. Ein weiterer Strömungsteiler trennt den linken Ausgang 57 von dem linken Eingangs-Ausgangskanal 61. Entsprechend ist ein rechter Ein gangs-Ausgangskanal 63 durch einen zusätzlichen Strömungsteiler von dem Ausgang 59 getrennt. Die Kanäle 61 und 63 sind ählich den bidirektionalen Ausgängen 29 und 29' in Fig. 1 ausgebildet und erlauben die Überführung von Strömungssignalen in beiden Richtungen.
Im Betrieb kann der Hauptstrahl im Element 40 durch ein Signal an der Steuerdüse 45 oder an dem Eingangs-Ausgangskanal 61 nach rechts abgelenkt werden. Der nach rechts abgelenkte Hauptstrahl strömt teilweise zum rechten Ausgang 59 und teilweise zum Eingangs-Ausgangskanal 63. In der gleichen Weise bewirkt ein Signal an der rechten Steuerdüse 51 oder an dem Eingang Ausgangskanal 63 eine Ablenkung des Hauptstrahles nach links, so daß ein Teil des Hauptstrahles zum linken Ausgang 57 und ein Teil des Hauptstrahles zum Eingangs-Ausgangskanal 61 strömt. Es zeigt sich, daß wenn das Element 40 in einen Übertragungsweg eingeschaltet ist, wobei die Kanäle 61 und 63 an entsprechende Abschnitte des Übertragungsweges angeschlossen sind, ein Signal das in einer der beiden Richtungen entlang dem Übertragungsweg strömt, durch das Element 40 verstärkt wird.
Ebenso kann an einem der Steuerdüsen 49 bzw. 51 des Elements 40 ein Signal gelegt werden, um eine Verstärkung des Signals in der entsprechenden Richtung entlang dem Übertragungsweg zu erzielen. Der symmetrische Aufbau des Elements 40 erlaubt eine Signalverstärkung in zwei Strömungsrichtungen.
Zusätzlich zu der Verstärkerwirkung des Elements 40 in Fig. 3, das Signale verstärkt, die in der einen oder anderen Richtung entlang dem Übertragungsweg geleitet werden: mit dem das Element verbunden ist, weist es außerdem unabhängige Ausgangssignale an den Ausgängen 57, 53 und 59 auf. Diese Ausgänge kennen zur Überwachung der Signale herangezogen werden, die entlang dem Übertragungsweg übertragen werden. Außerdem kann das Element 40 als ein reiner Strömungsanalogverstärker arbeiten, wenn die Eingangs- Ausgangskanäle 61 und 63 entlüftet sind und nur die Ausgänge 53, 57, 59 verwendet werden, um den Hauptstrahl in Abhängigkeit von den Eingangssignalen an den Steuerdüsen 45 und 47 aufzufangen. Gegebenenfalls können die Ausgänge 57 und 59 auch vollständig unterdrückt werden.
Fig. 4 zeigt ein erfindungsgemäßes bidirektionales Gatter bzw.
UND-Element 70, das vorzugsweise drei Ein-Ausgangskanäle 71, 73 und 75 aufweist, von denen jeder geeignet ist, Strömungen-in beiden Richtungen fortzuleiten. Jeder der Kanäle schließt mit einem Ende an eine Wechselwirkungskammer 77 an. Die Enden der Kanäle 71, 73 und 75 sind jeweils paarweise in Winkeln von etwa 120° angeordnet, Drei Entlüftungskanäle 79, 81 und 83 stehen ebenfalls mit der Wechselwirkungskammer in Verbindung' und sind paarweise in Winkeln von etwa 1200 angeordnet. Der Entlüftungskanal 79 liegt dem Signalkanal 71 gegenüber, so daß der Strömungsstrahl aus dem Signelkanal 71 über den Entlüftungskanal entlüftet wird, wenn er nicht abgelenkt ist. Entsprechend wird ein nicht abgelenkter Strömungsstrahl aus dem Signalkanal 73 über den Entlüftungskanal 81 und ein nicht abgelenkter Strömungsstrahl aus dem Signalkanal 75 über den Entlüftungskanal 83 entlüftet.
Das UND-Element kann mit seinen Kanälen 73 und 75 an entsprechende Abschnitte 85a und 85b eines Strömungsübertragungsweges angeschlossen werden, welche zwei fluidische Elemente oder Kreise miteinander verbindet. Angenommen, (10) ein Signal A wird dem Kanal 71 zugeführt, (2.) ein Signal B gelangt aus dem Kanal 73 zum Abschnitt 85a des Strömungsübertragungsweges, (3.) ein Eingangssignal C tritt aus dem Abschnitt 85a in den Kanal 73 ein, (4.) ein Signal D tritt aus dem Kanal 75 in den Abschnitt 85b des Strömungsübertragungsweges ein und (5.) ein Signal E tritt aus dem Abschnitt 85b in den Kanal 75 2s ist nur das Signal C vorhanden, wird es über den Kanal 81 entlüftet.
Die übertragung des Signals C von dem Wegebechnitt 85a zu dem Wegabschnitt 85b ist nur möglich, wenn das Signal A vorhanden ist. Ebenso um ein Signal B auf Grund eines Signals E zu erhalte muß das Signal A vorhanden sein. Wenn das Signal A nicht vorhanden ist, wird das Signal E über den Kanal 83 entlüftet.
Das heißt, bei Abwesenheit des Signals'A ist die Weiterleitung der Signale von dem einen Wegabschnitt zu dem anderen also von 85a nach 85b des Übertragungsweges in beiden Richtungen gesperrt, wohingegen die Weiterleitung der Signale zwischen diesen Wegabschnitten in beiden Richtungen bei Vorhandensein des Signals A möglich ist. Es wird wiederholt, daß die gleichzeitige Signalübertragung in beiden Richtungen mit dem Element 70 und den vorstehend beschriebenen Elementen nicht möglich ist.
Das UND-Element 70 kann zur Verstärkung von Signalen verwendet werden, die zwischen den bidirektionalen Kanälen 73 und 75 übertragen werden, wenn das Signal A ein Hauptstrahl ist und der Winkel zwischen den bidirektionalen Kanälen 73 und 75 es erlaubt, den Hauptstrahl durch ein Signal C oder E in den bidirektionalen Kanal 75 bzw. 73 abzulenken. Ein derartiges UND-Element kommt dem Element nach Fig. 3 nahe, abgesehen von den Steuerdüsen 45, 47 und den Ausgängen 57, 59 für eine Signalrichtung. Das Element 70 kann jedoch auch verwendet werden, wenn in dem Kanal 71 Signale in beiden Richtungen laufen können.
Dann kann durch das Aufeinandertreffen zweier Eingangssignale aus zwei der Kanäle 71, 73, 75 in dem jeweils verbleibenden dritten Kanal ein entsprechendes Ausgangssignal erzeugt werden.
Die Winkel zwischen den Kanälen 71, 73 und 75 müssen dabei derart gewählt sein, daß die Momente zweier aufeinandertreffender Eingangssignale in zwei Kanälen in dem dritten Kanal ein resultierendes Ausgangs signal erzeugen.
Logische Schaltungen können durch bidirektionale SignalUbertragung in einzelnen Kanälen vielfach wesentlich vereinfacht werden, insbesondere wenn es sich um komplexe Verriegelungsschaltungen handelt. So lassen sich in Schaltungen mit bidirektionaler Signalübertragung 50 % der Elemente gegenüber den gleichen Schaltungen mit der herkömmlichen Einweg-Signalübertragung einsparen.
In Fig. 5 ist ein weiteres bidirektionales Strömungselement 90 nach der Erfindung aufgezeigt,das als Verstärker für Signale dient, die einen Übertragungsweg in beiden Richtungen durchlaufen. Mehr im einzelnen umfaßt das Element 90 eine Wechselwi-rkungskammer 91, die im wesentlichen oval ausgebildet ist und an ihrem stromaufwärtigen Ende einen Hauptstrahl P+ aus einer Hauptdüse aufnimmt. Das stromabseitige Ende schließt an einen Raum an, von dem drei Kanäle 95, 97 und 99 ausgehen. Der Kanal 99 erstreckt sich in Richtung der Hauptdüse 93, so daß der unabgelenkte Haupt strahl von dem -Kanal 99 aufgefangen wird. Die koaxiale Kanäle 95 und 97 erstrecken sich in entgegengesetzten Richtungen und senkrecht zu dem Kanal 99. Eine zentrale öffnung 96 erstreckt sich durch die Boden- und/oder Deckenwand der Kammer 91 und ist gegenüber der Düse 93 und dem Kanal 99 derart ausgerichtet, daß der unabgelenkte Hauptstrahl keine der Seitenwände der Kammer 9i berührt und somit durch den zentralen Kanal 99 abströmt. Die Strömungskanäle 95 und 97 dienen zum Leiten von Strömungen in beiden Richtungen und sind an entsprechende Wegabschnitte eines Übertragungsweges für .bidirektionale Signalübertragung angeschlossen.
Bei Abwesenheit eines Signales in beiden Strömungsrichtungen entlang den Kanälen 95 und 9T wird der Hauptstrahl von. dem zen-,' tralen Kanal 99 aufgenommen und. entlüftet oder'an ein angeschlossenes Strömungselement abgegeben. Wenn in den Kanal 95 ein Signal eintritt, wird der Hauptstrahl nach rechts -abgelenkt, entsprechend wie bei der Ausführung nach Fig. 1, so daß ein Teil des Hauptstromes durch die Kante 101 abgespalten wird, die die rechte Seitenwand der Kammer 91 von der Seitenwand des Kanals 97 trennt. Die abgeteilte Strömung fließt im Uhrzeigersinn stromaufwärts entlang der rechten Seitenwand der Kammer, um eine kreisförmige Strömung in der Kammer zu bilden, die den Hauptstrom nach links ablenkt, wodurch dieser entlang der linken Seitenwand in den Kanal 97 geführt wird. Ein -in den Kanal 95 eintretendes Signal bewirkt eine Ablenkung des Hauptstrahles in den Kanal 97, so d'aß einverstärktes Signal in dem Kanal 97 und entlang dem anschließenden Übertragungsweg weitergeleitet wird. Bei Beendigung des Signals, das von dem Kanal 95 aufgenommen wird, kehrt der Haupt strahl auf Grund der Entlüftung der Kammer 91 über die öffnung 96 in seine zentrale Lage zurück, in der er auf den zentralen Kanal 99 gerichtet ist.
In entsprechender Weise wird der Hauptstrahl durch ein Signal in dem Kanal 97 leicht nach links abgelenkt, wodurch ein Teil des Hauptstrahles durch die linke Kante 103 abgetrennt wird.
Die abgetrennte Strömung fließt im Gegenuhrzeigersinn entlang der linken Seitenwandung der Kammer 91 zurück um den Hauptstrahl an die rechte Seitenwandung zu drücken. Hierdurch wird der Hauptstrahl in den Kanal 95 abgelenkt, um ein gegenüber dem Eingangssignal in dem Kanal 97 verstärktes Signal über den Kanal 95 an die Übertragungsleitung abzugeben. Das Element 90 stellt somit einen einfachen Verstärker für Signale dar, die entlang einem Übertragungsweg in beiden Richtungen strömen.
Fig. 6 zeigt eine Schaltung r9t zwei Strömungselementen nach Fig. 1 und einem Strömungselement 70 nach Fig.4. Das Strömungselement 70 besitzt einen Kanal 71 zum Aufnehmen eines Eingangssignals A. Der Kanal 73 ist mit dem Kanal 29' des Strömungselementes 113 verbunden, das im wesentlichen dem Element 10' in Fig. i entspricht. Der Kanal 75 des Elements 70 ist an den Kanal 29' des Strömungselements 111 angeschlossen, das ebenfalls im wesentlichen dem Element 10' in Fig. 1 entspricht. Der rechte Ausgang 25' des Strömungselements 111 ist mit der Steuerdüse 115 des fluidischen OR/NOR-Elements 117 (z.B. entsprechend der US-Patentschrift 3 246 661) verbunden.
Der rechte Ausgang 25' des Strömungselementes 113 ist an die, Steuerdtlse 119 des OR/NOR-Elementes 121 angeschlossen, das z.B. von dem gleichen Typ wie das OR/NOR-Element 117 ist.
Im Einklang mit der in Fig. 4 angegebenen Signalbezeichnung wird der Steuerdüse 19' des Elements 113 ein Signal C zugeführt.
Der Hauptstrom des Elements 113 wird in den Eingangs-Ausgangskanal 29' abgelenkt und von dem Kanal 73 des bidirektionalen UND-Elementes 70 aufgenommen. Wenn das, Signal A nicht anwesend ist, wird das verstärkte Signal C über den Kanal 81 entlüftet und kein Signal wird zu dem Element 11 übertragen. Wenn jedoch das Signal A vorhanden ist, wird ein Signal über den Kanal 75 zu dem Eingangs-Ausgangskanal 29' des Elements 111 geleitet..' Dieses Signal lenkt den Hauptstrahl des Elements 111 in Richtung auf den rechten Ausgang 25' ab, der ein Signal an die Steuerdüse 115 des OR/NOR-Elementes abgibt, woraufhin dieses ein Ausgangssignal D am O'R-Ausgang 118 abgibt.
Eine ähnliche Arbeitsweise ergibt sich, wenn ein Ausgangssignal E der rechten Steuerdüse 9' des Strömungselementes 111 zugeführt wird. Das Signal E lenkt den Haupt strahl des-Elementes 111 zum Eingangs-Ausgangskanal 29' ab. Dieses Signal wird bei Abwesenheit des Signals über den Kanal 83 des Elementes 70 entlüftet. Wenn Signal A vorhanden ist, wird über den Kanal 73 an den Eingangs-Ausgangskanal 29' des Elementes 113 ein Signal abgegeben. Dieses Signal lenkt den. Hauptstrom des Elements 113 in den rechten Ausgang 25' ab, so daß an der Steuerdüse 119 is OR/NOR-Elements 121 ein Signal erscheint.
Hierdurch erscheint ein Ausgangssignal B am OR-Ausgang 122 des OR/NOR-Elementes 121.
Fig. 6 zeigt einen logischen Schaltkreis nach der Erfindung, in welchen binäre Signale in beiden Richtungen durch die Elemente 111, 70 und 113 übertragen werden können. Wenn statt digitaler Ausgangs signale analoge Ausgangssignale erforderlich sind, können die fluidischen OR/NOR-Elemente 117 und 121 erfindungsgemäR-auch durch bekannte fluidische Analogverstärker ersetzt werden, so daß eine analoge Verstärkung der von den Elementen 111 und 113 abgegebenen Signale erhärten werden kann. Wie vorstehend im Zusammenhang mit der Fig. 4 beschrieben ist, kann eine entsprechende Verstärkung durch ein dem Element 70 in seiner Gestalt ähnliches Element erreicht werden.
Die Erfindung läßt sich mit Vorteil auch in fluidischen Steuerungen für Fahrzeuge, insbesondere Schienenfahrzeuge, verwenden.
Patentansprüche

Claims

Patentansprüche: 1. Fluidisches Strömungselement, insbesondere für SignalUbertragungen, mit einer Hauptdüse zur Abgabe eines fluidischen Hauptstrahles in eine Wechselwirkungskammer, wenigstens einem Zutritt zur Abgabe einer fluidischen Strömung in die Wechselwirkungskammer und Ablenkung des Hauptstrahles entsprechend dieser Strömung aus seiner unabgelenkten Lage in eine erste abgelenkte Lage und einen von mehreren Auffangkanälen zum Auf fangen des in-die erste abgelenkte Lage verschwenkten Hauptstrahles, dadurch gekennzeichnet, daß der als Eingangs-Ausgangskanal ausgebildete Auffangkanal (29; 29'; 29"; 61,63; 73, 75; 95, 97) zum Auffangen des in die erste Ablenkrichtung abgelenkten Hauptstrahles derart ausgebildet und an die Wechselwirkungskammer (11; 11';.

11"; 41; 77; 91) derart angeschlossen ist, daß beim Zuführen eines Strömungssignals über den Auffangkänal als Eingang in die Wechselwirkungskammer der Hauptstrahl entsprechend dem Strömungssignal aus seiner unabgelenkten Lage in eine zweite von der ersten abgelenkten Lage verschiedenen Lage abgelenkt wird.
2. Strömungselement nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen mittleren Auffangkanal (23; 23';23"; 53;, 79; 99) zum Auffangen des unabgelenkten Hauptstrahles.
3. Strömungselement nach einem der Ansprüche 1 und 2, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen Auffangkanal (25, 25', 25") zum Auffangen des in seine zweite Lage durch ein aus dem Eingangs-Ausgangskanal zugeführtes Signal abgelenkten Hauptstrahles.
4. Strömungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der abgelenkte Hauptstrahl entlang seitlichen Wandabschnitten (17", 18) der Wechselwirkungskammer (11") zur Aufrechterhaltung der abgelenkten Lage des Hauptstrahles auf Grund von Wandhafteffekten strömt, die derart gewählt sind, daß beim Ausbleiben des die Ablenkung des Hauptstrahles bewirkenden Signales der Haupt strahl in seine unabgelenkte Lage zurückkehrt.
5. Strömungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen symmetrischen Aufbau mit zwei als Eingangs-Ausgangskanäle (61, 63; 73; 75) ausgebildeten Auffangkanälen beidseitig einer Symmetrielinie und Einschaltung des Strömungselementes in eine Signalübertragungileitung (33) unter Anschluß der Eingangs-Ausgangskanäle an die Übertragungsleitung zur Übertragung von Strömungssignalen in beiden Übertragungsrichtungen.
6. Strömungselement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es als Verstärker (41; 91) zur Verstärkung der durch die Übertragungsleitung (33) zu übertragenden Signale ausgebildet ist.
7. Strdmungselement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an dem aufstromseitigen Ende der Wechselwirkungskammer (41) beidseitig der Hauptdüse (43) zwei Steuerdüsen (45, 47) und an dem abstromseitigen Ende der Wechselwirkungskammer beidseitig der zentralen Auffangöffnung (53) zwei als Ehgange-Ausgangskanäle ausgebildete Auffangkanäle (61, 63) anschließen.
8. Strömungselement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den bidirektionalen Auffangkanälen (61, 63) und dem zentralen Auffangkanal (53) zwei zusätzliche Auffangkanäle (57, 59) angeordnet sind.
9. Strömungselement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselwirkungskammer beidseitig der Symmetrielinie durch die Hauptdüse (93) ovale Seitenwände aufweist, die auf eine zentrale öffnung zum Anschluß an die Eingangs-Ausgangs-, kanäle (95, 97) und dem zentralen Aufbngkanal (99) unter Bildung von seitlichen Strömungskanten (101, 103) zulaufen, welche derart ausgebildet und an die ovalen Seitenwände derart anschließen, daß ein aus einem ersten Eingangs-Ausgangskanal (z.B. 95) auf die eine Kante'(101) zuströmendes-Signal den unabgelenkten Hauptstrahl derart beeinflußt, daß eine Teilströmung des Hauptstrahles entlang der an die eine Kante anschließenden einen ovalen Seitenwand zur Hauptdüse (93) zurückströmt und den Hauptstrahl aus seiner unabgelenkten Lage an die andere ovale Seitenwandung ablenkt, wobei der entlang dieser Seitenwandung strömende Hauptstrahl in den zweiten Eingangs-Ausgangskanal (97) austritt.
10. Strömungselement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Symmetrielinie des Elementes durch die Hauptdüse (93) innerhalb der von den ovalen Seitenwänden begrenzten Kammer eine Entlüftungsöffnung(96)vorgesehen ist.
11. Strömungselement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß es als Gatter (70) ausgebildet ist.
12. Strömungselement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Wechselwirkungskammer (77) unter Winkeln von 1200 eine Hauptdüse (71) und zwei als Eingangs-Ausgangskanäle ausgebildete Auffangdüsen (73, 75) und weiterhin unter Winkeln von 1200 drei Entlüftungskanäle (79, 81, 83) in Verbindung stehen, von denen der eine Entlüftungskanal (79) der Hauptdüse (71) koaxial gegenüberliegt.
13. Strömungselement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptdüse (71) mit dem anschließenden Kanal als ein dritter Eingangs-Ausgangskanal ausgebildet ist.
14. Fluidische Schaltung zur Übertragung von Strömungssignalen längs eines Signalübertragungsweges in beiden obertragungsrichtungen unter Verwendung von Strömungselementen nach einem oder mehreren der vorstehenden AnæprUche- dadurch ekennæeichnet, daß der als Eingangs-Ausgangskanal ausgebildete Auffangkanal (29, 29', 29") an das eine Ende einer Ubertragungsleitung (33) angeschlossen ist, die mit ihrem anderen Ende mit einem Signalgeneratorkreis (35') in Verbindung steht.
15. Schaltung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zwei im wesentlich gleich ausgebildete Strömungselemente spiegelbildlich miteinander angeordnet und die jeweils als Eingangs-Ausgangskanäle ausgebildeten Auffangkanäle (29, 29!) durch die Signalübertragungsleitung (33) miteinander verbunden sind, und daß an die Steuerdüsen (19, 19') zur Ablenkung der Hauptstrahlen in Richtung auf die Auffangkanäie (29, 29') jeweils Signalgeneratorlaeise (35, 35') angeschlossen sind.
16. Schaltung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß in den Übertragungsweg (29' - 29') ein UND-Element (70) eingeschaltet ist.
17. Schaltung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß an die für die Aufnahme der jeweils in die zweite Lage abgelenkten Hauptstrahlen bestimmten Auffangkanäle (25',25') zweier mit den beiden Enden des Übertragungsweges (29'-29') in Verbindung stehenden Strömungselemente (10', 10') jew weils ein an sich bekanntes OR/NOR-Strömungselement (117, 121) angeschlossen ist.

L e e r s e i t e