DE2349969A1 - Ein- oder mehrwegiger digitalschalter - Google Patents

Description

DK. ING. E. HOFFMANN ■ -DIPL. ING. W. EITLE · DH. REIt. NAT. K. HOFFMANN

PATENTANWAtIt D-800Q MÖNCHEN Bl · ARABEUASTRASSC 4 · TI-IEFOK' [ΤΛ1) Π 1087

Magyar Tudomänyos Akademia Szämitästechnikai es Automatizäläsi Kutato Intezet, Budapest Xl/Ungarn

Ein- oder mehrwegiger Digitalschalter

Die Erfindung betrifft einen ein- oder mehrwegigen Digitalschalter, der die Strömung eines gasförmigen oder flüssigen gesteuerten Mediums in eine bestimmte Richtung ermöglicht oder verhindert, wobei eine zur Einleitung des gesteuerten Mediums dienende öffnung in eine Kammer führt, wobei mindestens eine öffnung und mindestens ein Ventilsitz zur Hinausleitung des gesteuerten Mediums aus der Kammer vorgesehen ist. -

5098.46/0494 . - 2 -

Wie bekannt, sind die Steuerventile von verschiedener Ausführung unentbehrliche Teile der pneumatischen und hydraulischen automatischen Systeme. Bestimmungsmässig handelt es sich lediglich um Schalter, die die Aufgabe haben, das gesteuerte Medium, komprimierte Luft, Hydraulik-Öl oder Wasser, in eine bestimmte Richtung strömen zu lassen bzw. deren Strömung zu verhindern. Von der grundsätzlichen Anzahl der gesteuerten Anschlüsse abhängig, unterscheiden wir 2-wegige, 3~wegige, 4-wegige,etc. Ventile, bzw. Schalter. Die Vielfalt ist noch viel grosser, wenn man auch die Konstruktion der Schalter in Betracht zieht. Die hauptsächlichen Typen sind Schiebeventil-, Tellerventil-, Flachventilsysteme, in denen die Strömung des gesteuerten Mediums zwischen den Kanälen durch zweckentsprechend konstruiertes Schiebeventil, Tellerventil oder. Plachventil ermöglicht, oder verhindert wird.

Obwohl die Zahl der verschiedenen Lösungen in bezug auf die Konstruktionseinzelheiten recht hoch ist, sind die in der Folge angeführten nachteiligen Eigenschaften für die bisher bekannten Typen gemeinsam bezeichnend:

die Erzeugung war kostspielig; die Ventile bestehen aus verhältnismässig vielen Bauteilen, mit geschliffenen, angepaßten·Flächen und erfordern hohen Arbeitsaufwand;

die Lebensdauer war kurz; sie enthalten sich zwischen angepaßten Flächen bewegende, abwetzende Teile, und auch dem Abwetzen ausgesetzte Verdichtungselemente;

509816/049 4

die Montage erforderte HohenArbeitsaufwand, eine Serienproduktion konnte daher nur durch hochgradige Automatisierung oder höhen Aufwand-an Arbeitskraft gelöst werden,- ·.';-.. - ' . ■·: ■-...-

Die Erfindung bezweckt die Beseitigung der erwähnten Mangel der bisherigen Lösungen und- mit Hilfe weiterer Vorteile : die Steuerung .der Strömung-gasförmiger .oder flüssiger Medien mit mehr Sicherheit und-Vollkommenheit, als dies bei den bisherigen Typen möglich war, , · - · ■

Das Ziel der Erfindung wird.dadurch gelösty daß der ein- oder mehrwegige Digitalschalter durch Magnetkraft gesteuerte frei bewegliche oder geführte Ventilschließkörper aufweist, die zweckmässig gegenüber der Resultierenden der an der Kammer von aus sen infolge der-magnetischen Wirkung angreifenden Kräfte ·verschoben oder verdreht werden,'wobei der Ventilsitz oder die Umgebung des Ventilsitzes beeinflußt v/ird. -.'·..-.■·. .·■·■-.--..."

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß mit Hilfe, magnetischer Wirkung sich von aussen steuerbare Schaltelemente auf eine Weise aufbauen lassen, daß die Bewegung des Ventl Ischließkörpers einerseits durch die Wechselwirkung der mit dem Ventilsitz verbundenen Magnete, andererseits durch die über die Leitung von aussen eintreffende Druckwirkung gesichert wird. Zur Erzielung der Gesamtwirkung

der zwei verschiedenen magnetischen Wirkungen sind die Resultierenden der magnetischen Kraftlinien voneinander parallel verschoben oder schliessen miteinander einen Winkel ein.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Ausführungsbei· spiele ausführlicher beschrieben:

Fig. 1 zeigt prinzipiell die Wirkungsweise des,..Schalters gemäss der Erfindung] . ■ ..

Fig. 2 zeigt das Ausführungsbeispiel des 2/2-wegigen Digitalschalters gemäss der Erfindung;

Fig. 3 zeigt das Ausführungsbeispiel des ^/2-wegigen Digitalschalters gemäss der Erfindung;

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Digitalschalters gemäss der Erfindung, das geeignet ist zur Lösung logischer Aufgaben;

Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Digitalschalters gemäss der Erfindung, bei dem die steuernde Energie durch die Wirkung eines, oder mehrerer Steuerzeichen zu einem oder mehreren Verbrauchern gelangt;

Fig. 6 zeigt das Ausführungsbeispiel des Hochleistungs-Digital-Adapters des Digitalschalters gemäss der Erfindung;

Fig. 7 zeigt das Ausführungsbeispiel der programmsteuernden Einrichtung des Digitalschalters gemäss der Erfindung;

50981 6/CU 9A - 5 -

Fig. 8 zeigt das Ausführungsbeispiel des Messpunktwandlers des Digitalschalters gemäss der Erfindung.

Gemäss Fig. 1 gelangt das gesteuerte, gasförmige oder flüssige Mittel über einen Einflusskanal 1 in eine Kammer 2, die aussen durch den Einflusskanal 1 nur durch einen Ausflusskanal 3 ^mit den Umgebungsräumen verbunden ist. Das gegenüber der Kammer 2 untere Ende des Kanals j5 ist als ein, einen permanenten Magnet enthaltender Ventilsitz konstruiert. In Kammer 2 ist ein frei beweglicher Ventilschliesskörper 5, der als magnetisches Weicheisen oder als Permanentmagnet ausgebildet ist, über dem Ventilsitz 4 vorteilhaft exzentrisch angeordnet.

Ein oder mehrere Nocken 6, vorteilhaft in gleicher Ebene mit der aufliegenden Fläche des Ventilsitzes 4 angeordnet, sichern das gleichmässige Aufliegen des Ventilschliesskörpsrs 5. Ausserhalb der Kammer 2 ist ein von aussen steuernder Magnet 7 angeordnet, dessen mit der des Ventilschliesskorpers 5 gemeinsame magentische resultierende Kraft von der gemeinsamen magnetischen resultierenden Kraft des Ventilsitzes 4 und des Ventilschliesskorpers 5* gemäss dem Beispiel, parallel verschoben ist.

Die Strömung des gesteuerten Mediums ist vom Einflusskanal 1 gegen den Ausflusskanal 3 gerichtet. Das Ventil ist in der Grundstellung geschlossen, d. h. das gesteuerte Medium kann nicht in den Ausflusskanal 3 gelangen, obwohl das gesteuerte

509 816/049 4

Medium durch den Einflusskanal 1 einströmt und diesen auf den Pegel des Einflussdruckes auffüllt, weil der Ventilschließkörper 5 die öffnung des Ventilsitzes Vollständig verschliesst.

Im Mechanismus des Verschliessens spielen drei Faktoren die wesentliche Rolle:

die magnetische Anziehungskraft: die im magnetischen Ventilsitz 4 entstehenden magnetischen Kraftlinien schliessen sich nämlich über dem Ventilschliesskörper 5 aus Weicheisen, infolgedessen zieht der Ventilsitz 4 den Ventilschliesskörper 5 an;

die dem Einflussdruck entstammende Presskraft. Die dem Einflussdruck'entstammende Kraftwirkuhg kann sich auf der oberen Fläche des Ventilschliesskörpers 5 uneingeschränkt geltend machen und den Ventilschliesskörper an den Ventilsitz 4 drücken, mit anderen Worten, den vollständigen Verschluss des Ventilsitzes 4 fördern.

Die untere Oberfläche des Ventilschliesskörpers 5 ist viel kleiner, als die des Ventilsitzes 4, so daß die darauf wirkende und die öffnung des Ventils befördernde Kraft kleiner ist. Daraus folgt, daß die Resultierende der auf den Ventilschliesskörper 5 einwirkenden Kräfte in die Richtung des Verschlusses des Ventilsitzes 4 weist.

509816/04 9 4

Die .Saugwirkung,-Das bei geöffnetem 'Dlgitalschaltei¹ durch den -Ausflusskana.l 3 ausströmende iriedium.-übt auf : ;■ den Ventilschliesgkgrper 5 eine ■ Saugwirkung aus und' die.·, sich darai s ergebende Kraft wirkt in die Richtung ,des .: ■ -.-Verschlusses des Ventilsitzes 4.

Die zweite wesentliche Funktion des Digitalschalters ist die Öffnung des Ventils. Die Wirkungsweise ist die, folgende;.-; _ ; _-. - ■. ; .. ;·.... ·■

Bei Annäherung des von aus sen steuernden Magneten 7 an ■■■-die Wand der Kammer 2 schiebt sich infolge der Erhöhung der magnetischen Anziehungskraft das gegenüber dem von aussen steuernden Magnet angeordnete Ende des Ventilschliesskörpers 5.;und -hebt sieh vom Ventilsitz 4,_;ab,--:--.

Im Mechanismus der Ventilöffnung spielen folgende Faktoren eine Rolle: - . . . ..·■_■■- .

Der Ventilschliesskörper 5 v/ird durch die magnetische Anziehungskraft des von aussen. steuernden Magnets J angezogen; . : _:. , ■ . . ■

infolge der exzentrischen Anordnung, des „Ventilschliesskörpers 5 macht sich, die magnetische Anziehungskraft ;des' Ventilsitzes 4 auf dem ganzen Ventilschliesskörper 5 nicht

- 8 5098 16/0-4:3.4 ■ ,-;■-...■■

gleichmässig geltend, es spielt sich daher ein Kippvorgang ab, wobei sich der Ventilschliesskörper 5, sich als ein Einarmhebel auf den Ventilsitz 5 stützend, infolge der magnetischen Anziehungskraft des von aussen steuernden Magneten 7 erhebt;

der Ausgleich der Kräfte beginnt infolge der Erhebung des Ventilschliesskörpers 5; es verringert sich stetig die Druckdifferenz zwischen der unteren und oberen Oberfläche des Ventilschliesskörpers 5 infolge der in entgegengesetzter Richtung wirkenden Kräfte.

der ÖffnungsVorgang wird durch den ungefähren Ausgleich der auf den Ventilschliesskörper 5 wirkenden Kräfte gefördert, die Anziehungskraft des von aussen steuernden Magnet 7 verringert sich, die volle Öffnung des Ventilsitzes 4 wird daher ermöglicht.

Die Schliessung des Ventilsitzes 4 beginnt dadurch, daß der von.aussen steuernde Magnet 7 infolge eines gegebenen Steuersignales in die Grundstellung zurückkehrt.

Der Schliessvorgang des Ventils geht, wie oben ausgeführt, vor sich.

Der Digitalschalter, gemäss der Erfindung, verfügt über die folgenden vorteilhaften Eigenschaften:

509816/0494

2349989

eine Modulanordnung kann ausserordentlich vielseitig, bausteinartig verwendet werden;

Die Konstruktion eines Ventil-Schaltsystems ist möglich, indem die Betätigung der "Ventile - ohne mechanische Verbindung - kontaktfrei vor sich geht; "

Der Schaltraum einschliesslich Ventil und Steuerraum sowie einer Ventilbetätigungseinheit sind voneinander hermetisch getrennt; dies ist ein besonders vorteilhafter Umstand bei der Steuerung von korrosiven Medien;

die Ventilanordnung enthält keine Verdichtungselemente; sie eignet sich daher zur Steuerung beliebiger Medien;

der Ausfall der Verdichtungselemente ermöglicht praktisch einen Betrieb ohne Instandhaltung» Den grössten Nachteil der bekannten Lösungen bildeten die verwendeten Verdichtungen beschränkter Lebensdauer, gekennzeichnet auch durch ihre Empfindlichkeit gegenüber verschiedener Medien;

die Problemlosigkeit in bezug auf die Fertigungstechnologie, einschliesslich einfach erzeugbarer Bauteile ist sehr vorteilhaft gegenüber den hohen Arbeitsaufwand erfordernden, hochkomplizierten Bauteilen traditioneller Ventile;

keine Verwendung von Teilen, die aufeinander gleiten und daher hohem Abwetzen ausgesetzt sind; die Lebensdauer ist daher unvergleichbar länger als die der bekannten Ventile;

509816/0494 " ¹⁰ "

Der einfache Bau, ohne Einstell- und Anpassungs-Operationen; d.Ie Serienfertigung erscheint äusserst wirtschaftlich;

Die Steuerung der verschiedensten gasförmigen, flüssigen und korrosiven Medien;

durch geeignete Wahl der Konstruktionsabmessungen ist ein sehr weiter Druckbereich des gesteuerten Mediums möglich; daher ist die Verwendbarkeit in allen drei Zweigen der digitalen Pneumatik, in Hochdrucksystemen mit 10 atü Speisedruck, bzw. Niederdrucksystemen mit 0,3 atü Speisedruck möglich;

Die überraschende Einfachheit im Vergleich mit den traditionellen Ventilkonstruktionen; daher sind die Herstellungskosten sehr niedrig. Fig. 2 zeigt ein Beispiel für die Steuerung eines 2/2-wegigen Ventils durch den 2/2-wegigen Digitalschalter gemäß der Erfindung.

Der von aussen steuernde Magnet 7 des Dlgltalschalters gemäss Fig. 1 ist im von der Kammer 2 hermetisch getrennten Steuerraum angeordnet, der aus einer ersten Steueren

kammer und einer zweiten Steuerkammer 9 besteht.

Der von aussen steuernde Magnet J kann mit Hilfe eines kraftübertragendeη Raumabtrennelements 10 an der Wand des Steuerraums befestigt werden. Der von aussen steuernde

- 11 -

509816/0494

Magnet 7 ist als Permanentmagnet ausgebildet und wird je nach der Konstruktion, durch eine Feder 11 oder einen Stützmagneten 12 in- der Grundstellung gehalten. Der von aussen steuernde Magnet J tritt durch einen anderen, über einen steuernden Eingang 14 in die andere Steuerkammer gelangenden Druck in Funktion, verlässt die Grundstellung und kommt dem in·der Kammer 2 angeordneten Ventilschliesskörper näher₄ Ans-telle der Feder 11 können/zum Schliessniechanismus auch Impulse verwendet werden, die einem Steuereingang 13 zugeführt, einen von Druckschwankungen unabhängigen Betrieb sichern sollen.

Der Verviendungsbereich des auf Fig. 3 gezeigten 3/2-wegigen Digitalschalters laut der Erfindung ist mit dem der traditionellen 3/2-wegigen Ventile identisch, insofern die Zahl der gesteuerten Wege drei ist und die der Schaltpositionen zwei ist. Die hauptsächliche Abweichung von der Anordnung laut Fig., 2 besteht in .der Verwendung einer Ablassbohrung 16 und einer Ablassdüse 15. Das Ventil ist in der Grundstellung geschlossen, so daß das über dem Einflusskanal 1 'einströmende Medium nicht nach dem Ausflusskanal 3 weiterzuströmen vermag, da der Ventilsitz h durch den Ventilschliesskörper 5 verschlossen ist, während das beim Verbraucher sich angehäufte Medium über die Ablassdüse 15 und Ablassbohrung 16 seinen Weg in das Freie finden kann. Darin besteht die Hauptabweichung von der auf Fig. 2 gezeigten Anordnung. Der Digitalschalter arbeitet ohne Verbrauch, da der durch das am anderen Steueranschluss lh erscheinende Zeichen sich bewegende, von aussen steuernde Magnet 7 zuerst die Ablassdüse absperrt und erst nachher das Ventil öffnet.

- 12 -

509816/0496

Der Mechanismus der öffnung und Sperre ist übrigens mit dem der Öffnung und Sperre des in Fig. 2 gezeigten Digitalschalters identisch.

Die Betätigung des von aussen steuernden Magnets 7 ist selbstredend auch auf beliebig verschiedene Weise zu lösen. Eine unmittelbare oder ferngesteuerte Lösung ist ebenfalls möglich. Im Falle unmittelbarer Steuerung wird das Schaltelement von Hand oder mechanisch betätigt. Im Falle der Fernsteuerung wird der von aussen steuernde Magnet 7 durch Drucksignale oder durch elektrisch erzeugte magnetische Wirkung etc. bewegt.

Die in Fig. 4 gezeigte Anordnung zeigt ebenfalls die Vielseitigkeit des Schaltmoduls: es handelt sich dabei lediglich um zwei symmetrisch angeordnete und an Hand der Fig. 2 schon erörterte Schaltmodule. Diese Anordnung zeigt die Verwendung der Schaltmodule für logische Zwecke. Gegenüber Fig. 2 bedeutet es einen Fortschritt in der Entwicklung, daß in bezug auf den von aussen steuernden Magnet 7 je ein Schaltmodul, gemäß Fig. 1 symmetrisch angeordnet ist. Die Federn 11 und 17 sind alternativ verwendet. Der von aussen steuernde Magnet ist bei Verwendung der Feder 17 in der oberen seitwärtigen Lage im Ruhezustand und hält den Ventilschliesskörper 5 des oberen Schaltmoduls geöffnet; dadurch wird die Ventilation des Verbrauchers über eine Verbindungsleitung 18 und einen Ausflusskanal 19 möglich . Wenn das pneumatische Zeichen x, dem Steuereingang 14, das Ausgangs-

509816/0494

zeichen y dem Ausgangskanal j5, und der Einfluß dem Einflusskanal 1 zugeführt wird, so wird der logische Funktionszusammenhang y = χ verwirklicht. Durch Verwendung der Feder 11 kann der logische Funktionszusammenhang Y = Xp

verwirklicht werden. Im Sinne der Formel X₁ . x, = y ist die Einrichtung zur Ausführung eines passiven UIlD^ Zusammenhanges geeignet. Durch Einbau geeignet dimensionierter Magnete lässt sich der durch die Funktion Y = = x^ und y = x₂ gekennzeichnete SPEICHER-Zusammenhang verwirklichen. ·

Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Digitalschalters gemäss der Erfindung, in dem das am Einflusskanal 1 ankommende Signal am Ausgangskanal 3 zur gleichen Zeit zu einem oder mehreren Verbrauchern gelangt; dies erfolgt über das Steuersignal durch Verschieben des von aussen steuernden Magnets J oder eine damit gleichwertige magnetische Wirkung oder über mehrere, voneinander unabhängige äussere steuernde Wirkungen durch Verschieben der Steuermagnete 20, 21 etc. Die Anordnung gemäß Fig» 5 bedeutet eine Weiterentwicklung der Anordnung gemäß Fig. 1 insofern, daß innerhalb derselben Kammer 2 mehrere Schaltventile angeordnet sind, die sowohl durch ein einziges Zeichen, als auch durch separate Steuerzeichen gesteuert werden können.

Fig. 6 zeigt das Ausführungsbeispiel des Hochleistungs-Digital-Ädapters de-s Digitalschalters gemäß der Erfindung, dessen Verwendungsbereich ausserordentlich breit ist, vor allem im Falle von pneumatischen, hydraulischen, bzw. pneuhydraulischen Systemen. Der Verwendungsbereich umfasst

5098 16/04 9 4 - 14 -

ausserdem alle Fälle, in denen Signale hoher Energie durch Signale niederer Energie gesteuert werden sollen, und auch die Fälle, die sich aus der weiteren Verwendung von Zeichen hoher Energie ergeben, die durch Zeichen niederer Energie erzeugt worden sind. Zeichen hoher Energie mit hochwertigen dynamischen Eigenschaften erfreuen sich nämlich grosser Nachfrage auf dem Markt, weil durch sie sowohl gerade als auch Drehbewegungen erzeugt/werden können; das Signal hoher Energie lässt sich zur Betätigung weiterer Steuerelemente, Ventile, Schrittmotoren, sowie der pneumatischen, hydraulischen oder pneuhydraulischen Variante derselben verwenden.

Seine Fähigkeit, durch Drucksignale niederer Energie Signale hoher Energie, zweckmässigerweise Druck, gerader oder Drehbewegungen zu erzeugen bzw. zu steuern, ist die am meisten kennzeichnende Eigenschaft des Hochleistungs-Digital-Adapters .-

Die Mangel bisher bekannter Druckwandler werden nachstehend erörtert:

um hohe Druckverstärkungen zu sichern, ist die steuernde Membranoberfläche verhältnismässig gross zu bemessen;

die dynamischen Eigenschaften der Einrichtung werden durch die grosse Oberfläche der Steuermembran verschlimmert, zumal zur grossen Oberfläche der Steuermembrane ein grosser Totraum gehört, und es bedarf verhältnismässig langer Zeit, denselben auf den ge-

509816/0494 - 15 -

2343969

gebenen Druckpegel aufzufüllen; die Zeltkonstante der Einschaltung ist daher verhältnismässig hoch;

"die Speiseluft entströmt ständig in der Grundstellung, daher der verhältnismässig hohe Luftverbrauch und der unwirtschaftliche Betrieb der Einrichtung;

bessere dynamische Eigenschaft kann nur durch Verwendung einer Steuermembrane geringerer Oberfläche gesichert werden, und dies hat die Verringerung der Ausgangsleistung der Einrichtung zur Folge.

Alle obigen Nachteile beseitigt der durch Verwendung des den Gegenstand der Erfindung bildenden Digitalschalters gebaute Hochleistungs-Digital-Adapter, der eine Weiterentwicklung der auf Fig. 3 gezeigten Einrichtung ist und auf Fig. 6 dargestellt ist.

Der Ventilschliesskörper 5 versperrt in der Grundstellung der Einrichtung den Weg des über den Einflusskanal ankommenden Hochdruckmediums, das daher nicht über den Ausflusskanal 3> die Ablassdüse I5 und die Ablassbohrung 16 der Einrichtung zu entströmen vermag. Der eingebaute Haltemagnet 12 zieht den von aussenlsteuernden Magneten 7, und damit auch das kräftige; raumtrennende Element 10 an sich und hält dieses fest, SDlarif₃e am Steuereingang 14 kein Steuersignal existiert. Der Ventilschliesskörper 5 sorgt für dieSchliessung des Ausflusskanals 3; die Schliessung

609816/0494 - 16 -

234996a

wird einerseits durch den Druck auf den Ventilschliesskörper 5* andererseits durch die magnetische und Anziehungskraft des eingebauten Ventilsitzes 4 gefördert. In der Grundstellung gibt es,also keine Durchströmung durch das Medium, wie z. B. die Luft.

Bei Betätigung der Einrichtung, mit anderen Worten der Ankunft des an den Steuereingang gelieferten Signales, verschiebt sich das kraftübertragende, raumabsperrende Element 10 und der Magnet 7 verschliesst die Düse 15, gleichzeitig zieht der Magnet 7 den Ventilschliesskörper 5 an, so dass der am Einflusskanal 1 anlangende Einflußdruck in einem Raum 22 herrscht und auf eine Kolbenfläche 23 einwirkt, Die Verschiebung des kraftübertragenden und raumabsperrenden Elements 10 kann ausserordentlich vielseitig verwendet werden und steht zu verschiedenen Betätigungen wie Schrittmotor, Ventilsteuerung, Schalterbetätigung, grundsätzlich zur Verrichtung aller Operationen zur Verfugung, die mit Hilfe bestimmter, gerader oder Drehbewegungen durchgeführt werden können und die zu gleicher Zeit gute dynamische Eigenschaften erfordern und zu deren Erzeugung nur Signale niederer Energie (Druck oder Verschiebung) erforderlich sind.

Nach Aufhören des dem Steuereingang 14 zugeführten Steuersignales zieht der Haltemagnet 12 den Magnet 7 und damit auch das kraftübertragende, raumabsperrende Element 10 an sich. Dadurch hört die Versperrung der Ablassdüse 15 auf. Ebenfalls endet die Kraft,durch die der Ventilschliesskörper 5 in der oberen Lage gehalten war. Den Ventilsperr-

- 17 509816/0494

körper 5* der Magnet 4 und der Ventilsitz versperren infolge der dynamischen Wirkung, die sich aus der Einströmung des Mediums mit gegebenem Druck und der Saugwirkung des über Ausflusskanal 3 ausströmenden Mediums ergibt, den Durchströmungsquerschnitt des Ventilsitzes 4. Das Medium entströmt aus dem Raumm22 zweckmässig über Ablassdüse I5 und die Ablassbohrung l6 ins Freie, der Haltemagnet zieht den Steuermagnet 7 an sich und die Einrichtung hat damit ihre Grundstellung wieder eingenommen.

Die wesentliche Neuheit und die Vorteile der Erfindung sind diejf olgenden:

Eine ausserordentlich hohe Druckverstärkung ist dadurch möglich, daß das Medium in der Grundstellung nicht über die Ablassdüse I5 strömt; zur Versperrung derselben sind mithin keine dynamischen Effekte zu bekämpfen: der Druck erscheint in dem Querschnitt der Ablassdüse I5 erst dann, wenn diese bereits versperrt ist.

Es folgt daraus, daß das kraftübertragende, raumsparende Element 10 keine grosse Oberfläche zur Erzielung hoher Druckverstärkung besitzen muss.

Die Steuerkammer 9 kann klein bemessen w'erden, da eine kleine Membranoberfläche des raumabsperrenden Elementes 10 möglich ist. Dadurch werden die dynamischen Eigenschaften der Einrichtung ausserordentlich vor-

-509816/0494 " ^l8 "

teilhaft, und die Verwendung der Einrichtung ist auch bei relativ hochfrequenten Steuersignalen möglich;

die Einrichtung funktioniert ohne Verbrauch, es ist daher unnötig, eine Drosselung einzuschalten, wodurch sowohl Bau, als auch die Austauschbarkeit d^r Bauteile erleichtert wird (bekanntlich sind zwei icfentische Drosselungen schwer zu fertigen);

Da die Einrichtung ohne Verbrauch arbeitet, kann in der Grundstellung die über den Einflusskanal 1 einströmende Luft nicht ins Freie entströmen, so da3 die Arbeit der Einrichtung wirtschaftlich um Grossen- Ordnungen besser als die aller bisher bekannten Einrichtungen ist.

Aus den obigen Ausführungen erfolgt also, daß es bei der Schaltung keinen dynamischen Effekt gibt und die Einrichtung nicht ständig Luft verbraucht und-daß die Möglichkeit geboten ist, Hochdruckmedien zu verwenden; es steht mithin im Raum 22 ein Hochdruck bzw. eine der Ventiloberfläche zugewandte hohe Kraft zur weiteren Verwendung zur Verfugung;

an einer Kolbenstange 24 kann die durch gute dynamische Eigenschaften und Hochfrequenz gekennzeichnete hohe Kraft zur weiteren Verwendung, wie zur Verschiebung oder Verdrehung, abgenommen werden.

509816/0494

Fig. 7 zeigt das AusfUhrungsbeispiel der programmsteuernden Einrichtung des Digitalschaltmoduls. Verschiedene programmsteuernde Einrichtungen können durch geeignete Anordnung mehrerer Schaltmodule konstruiert werden. Die Zahl der steuerbaren Kanäle wird durch die Zahl der in einen Grundblock· 25 eingebauten Schaltmodule bestimmt - der Bau der Sehaltmodule entspricht dem unteren Teil der Fig. 2 oder j5 und die Zahl der Programmschritte wird durch die Zahl der fixen "Speicher"-Zeilen bestimmt, die über die Schaltmodule geleitet werden, -welche gemäss der Fig. in einem Zylindermantel 27 eingebaut sind.

Je ein an der Speicher-Stelle anwesender Programmagnet 28, oder ein fehlender Programmagnet 29 trägt die Information, deren Speicherung erwünscht ist. Lässt man den Zylindermantel abtasten, wird sich jener Schaltmodul öffnen, über dem sich der Programmagnet 29 befindet und der Schaltmodul bleibt dort gesperrt, wo-es keinen informationstragenden Programmagneten gibt. Die Programmbefehle verlassen die Einrichtung über Steckanschlüsse ^O. Die Einrichtung wird durch einen Speiseanschluss ^l mit Speiseenergie versorgt. Das Abtasten des Programms kann durch den an ein Schrittwerk j52 gegebenen Befehl durchgeführt werden.

Die Zahl sowohl der steuerbaren Kanäle, als der Speicher-Zeilen kann ebenso beliebig gewählt werden, als die aufeinander bezogene, geometrische Anordnung der beiden.

Fig. 8 zeigt das Ausführungsbeispiel des Messpunktwandlers des Digitalschalters laut der Erfindung. Das gemessene

50981 6/0494

- 20 -

Signal (Druck oder Strömung) gelangt an ein in ein stehendes Teil 33 eingebautes Schaltmodul 26 - dessen Konstruktion im unteren Teil der Fig. 2 oder 3 gezeigt ist - über einen Eingangskanal 34. Die Weiterleitung der gemessenen Signale nach einem Zentralkanal 35 erfolgt durch Serienabtastung, und zwar auf die Weise, daß die einzelnen Schaltmodule durch einen über denselben sich verdrehenden Abtast-kopf 36 oder durch eine damit gleichwertige magnetische Kraft geöffnet werden, so daß die Eingangskanäle 3^ mit dem Zentralkanal 35 verbunden werden.

Die Steuerung der Schaltmodule erfolgt kontaktlos; zwischen dem sich verdrehenden Abtast-kopf 36 unddem stehenden Teil 33 ist die Verwendung einer Verdichtung nicht erforderlich: gegenüber den traditionellen Messpunktwandlerη sind diese Umstände grosse Vorzüge der Einrichtung. Ein Sickerverlust kann nämlich sonst verursacht werden, so daß die Messergebnisse verfälscht werden bzw. durch die betriebebedingte Abwetzung eine öftere Wartung notwendig wird.

- 21 -

509816/0494

Claims (1)

1. Pa t e η ta η s ρ r ü c he

   Ein- oder mehrwegiger Digitalschalter, der die Strömung eines gasförmigen oder, flüssigen, gesteuerten Mediums in eine bestimmte Richtung ermöglicht oder verhindert, wobei eine zur Einführung des gesteuerten Mediums dienende öffnung in eine Kammer führt, und wobei mindestens eine öffnung und mindestens ein Ventilsitz zur Hinausleitung des gesteuerten Mediums aus der Kammer vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der ein- oder mehrwegige Digitalschalter durch Magnetkraft gesteuerte frei bewegliche oder geführte Ventilschliesskörper (5) aufweist, die zweckmässig gegenüber der Resultierenden der an der Kammer von aussen infolge der magnetischen Wirkung angreifenden Kräfte verschoben oder verdreht werden, wobei der Ventilsitz oder die Umgebung des Ventilsitzes (4) beeinflusst wird.

   2. Digitalschalter nach Anspruch 1, dadurch g,e k e η η zeichnet, daß der Ventilsitz und/oder die Umgebung des Ventilsitzes (4) als Permanentmagnet oder Weicheisen, und der Ventilschliesskörper (5) als Permanentmagnet ausgebildet sind. · ■ '

   - 22 509816/0494

   .3· Digitälschalter nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß der Ventilsitz und/oder die Umgebung des Ventilsitzes (4) als Permanentmagnet, und der Ventilschliesslcörper (5) als Weicheisen ausgebildet ist.

   4. Digitalschalter nach einem der Ansprüche 1 bis j5, dadurch gekennzeichnet , daß auf der den Ventilsitz (4) enthaltenden Wand der Kammer (2) aufliegende Stütznocken (6) angeordnet sind, vorteilhaft auf gleicher Ebene mit der aufliegenden Oberfläche des Ventilsitzes (4).

   5· Digitalschalter nach einem der_t Ansprüche 1 bis 4, dadurch, gekennzeichnet, daß der Ausflusskanal (j?) in einen Verbraucherspeisekanal und eine die Ventilation des Verbrauchers sichernde Ablassdüse (15) eingeteilt ist.

   6. Digitalschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der von aussen steuernde Magnet (7) ein pneumatisch oder hydraulisch betätigter Permanentmagnet ist.

   7. Digitalschalter nach einem der Ansprüche"1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf der einen und/oder anderen Seite des von aussen steuernden Magneten (7)

   509816/0494 ~²³~

   ein eine Grundstellung einstellender federnder Stützmagnet (12) eingebaut ist.

   8. Digitalschalter nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichne-t , daß der von aussen steuernde Magnet (7) an einer oder beiden Seiten des kraftübertragenden, raumabsperrenden Elements (10) angeordnet ist und daß an beiden Seiten "des kraftübertragenden, raumabsperrenden Elements (10) je eine, mit zumindest einerAnschlussöffnung (1-3 und 14) ausgestattete Kammer (8 und 9) angeordnet ist.

   9· Digitalschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der von aussen steuernde Magnet (7) als mechanisch betätigter Permanentmagnet ausgebildet ist.

   10. Digitalschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Ablassdüse (15) des die Lüftung des Verbrauchers sichernden Zweiges als Ventilsitz ausgebildet ist, dessen Ventilschliesskörper durch den von aussen steuernden Magnet(7) gesteuert wird.

   11. Digitalschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5* dadurch gekennzei chh net, daß der von aussen steuernde Magnet (7) als Elektromagnet ausgebildet ist.

   509816/049 4 ,-24-

   - 24 -

   12. Digitalschalter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablassdüse (I5) des zur Lüftung des Verbrauchers dienenden Zweigs als Ventilsitz ausgebildet ist, dessen Ventilschliesskörper ein durch den Elektromagnet betätigter Schliesskörper ist.

   13. Digitalschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet , daß neben den Seiten gegenüber der am kraftübertragenden, raumabsperrenden Element (10) angeordneten und durch die von aussen steuernden Magnet (7) getrennte erste Steuerkammer (8) und den Seiten der zweiten Steuerkammer (9) gegenüber dem von aussen steuernden Magnet (7) je eine Kammer (2, 2') angeordnet Ist., die mit Einflusskanälen (1, I¹), Ausgangskanälen (j5, I9), sowie öffnungen mit Ventilsitzen (4, 4⁸), Ventilschliesskörpern (5, 5'.) und einem oder mehreren Stütznocken (6₉ 6') ausgestattet sind.

   14. Digitalschalter nach Anspruch Ij5, dadurch g e k e η η zeichnet, daß zwischen die eine und/oder andere Seite des von aussen steuernden Magnets, und zwischen die erste Steuerkammei» (8) bzw, die zweite Steuerkammer (9) federnde Elemente eingebaut sind (11, Ι7).

   15_β Digitalsehalter nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet^ daß der den Verbraucher

   - 25 509816/0494

   2349963

   speisende Kanal (j5^f) sich an einen Raum anschliesst (22), der durch das andere kraftübertragende, raumabsperrende Element (Kolbenfläche 23) abgesperrt ist.

   5098 16/0494

   Leerseite