DE2441858C2

DE2441858C2 - Spiel- und Lehrbaukasten zur Darstellung von pneumatischen Bewegungsabläufen

Info

Publication number: DE2441858C2
Application number: DE19742441858
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl.-Ing. 7951 Berkheim Rüdle; Kurt Dipl.-Ing. 7300 Esslingen Stoll
Original assignee: Festo Maschinenfabrik Gottlieb Stoll Firma
Current assignee: Festo Maschinenfabrik Gottlieb Stoll Firma
Priority date: 1974-08-31
Filing date: 1974-08-31
Publication date: 1985-05-09
Also published as: CH609479A5; SE414370B; DE2441858A1; FR2282924B1; ATA666975A; SE7509608L; FR2282924A1; AT358297B; NL7510254A

Description

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Die Erfindung betrifft einen Spiel- und Lehrbaukasten zur Darstellung von pneumatischen Bewegungsabläufen mit einer Grundplatte und mindestens einem als quaderförmigen Baustein ausgebildeten, betätigbaren Wegeventil zur Steuerung eines Arbeitszylinders, wobei die Bausteine zum Anbringen an der Grundplatte an ihrer Unterseite Verbindungselemente aufweisen und an der Oberseite mit Nippeln für aufsteckbare Leitun

gen versehen sind.

Ein Spiel- und Lehrbaukasten mit den oben aufgezählten Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der DE-GM 71 21 634 bekanntgeworden: hier hat es sich als nachteilig herausgestellt, daß wegen der unterschiedlichen Größe und vor allem Gestalt der Bausteine und der Verbindungselemente nur eine begrenzte Anzahl von Steuerschaltungen dargestellt werden kann. Weiterhin können hier die Bausteine nur in dem durch das Rassermaß der Grundplatte festgelegten Abstand zueinander angeordnet werden. Auch ist die Herstellung der Bausteine aufwendig. Weiterhin zeigen bereits die US-PS 34 75 849 die Ausbildung eines pneumatischen Spielzeug-Arbeitszylinders für Spielbaukästen und die DD-Zeitschrift »Mechanisieren und Automatisieren mit Pneumatik«, S. 51, Bild41, Wegeventile mit ihren Betätigungsmöglichkeiten und -elementen; mii dem Aufbau eines umfassenden Spiel- und Lehrbaukastens beschäftigen sich jedoch diese Veröffentlichungen nicht weiter.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Spiel- und Lehrbaukasten der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß ohne großen Herstellungsaufwand die Vielfalt der Anwendungsmöglichkeiten einer pneumatischen Steuerung dargestellt werden kann.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der BaukasUtn zur Betätigung der Ventilbausteine mindestens einen Membranzylinderbaustein und einen Düsenbaustein aufweist, und daß sämtliche Bausteine des Baukastens als Würfel gleicher Abmessung und die Verbindungselemente als hinterschnittene Längsnut ausgebildet sind.

Bei Anwendung der Lehre nach der Erfindung ergeben sich einerseits ais Vorteil der einfache, kostengünstige Aufbau und andererseits die Tatsache, daß es nunmehr eine sehr viel größere Anzahl von Darstellungsmöglichkeiten für die verschiedensten pneumatischen Steuerschaltungen gibt.

Mit dem erfindungsgemäßen Baukasten lassen sich luftbetätigte Ventile, Verstärker, Drei- und Vierwegeventile, usw. herstellen.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt in der Ebene der Nippel eines Ventilbausteins,

F i g. 2 eine andere Ausführungsform eines Ventilbausteins nach Fig. 1,

Fig.3 einen Längsschnitt in der Ebene der Nippel eines Düsenbausteins,

F i g. 4 und 5 zwei Ausführunpsformen eines Membranzylinderbausteins des Baukastens im Längsschnitt,

^pig.6 ein Dreiwegeventil hergestellt aus einem Membranzylinderbaustein gemäß Fig.4 und einem Ventilbaustein gemäß F i g. 2,

F i g. 7 ein Vierwegeventil hergestellt aus einem Ventilbaustein gemäß Fig. 2, einem Membranzylinderbaustein gemäß Fig. 5 und einem Ventilbaustein gemäß F i g. 1 und

Fig.8 einen Verstärker hergestellt aus zwei Membranzylinderbausteinen gemäß Fig.4, einem Düsenbaustein gemäß F i g. 3 und einem Ventilbaustein gemäß Fig. 1.

In Fig. 1 ist ein Ventilbaustein 1 dargestellt. Dieser Baustein hat die Gestalt eines Würfels; er bildet ein in sich geschlossenes pneumatisches Antriebs- und Steuerelement, seine Kantenlänge kann klein sein, z. B. von nur 15 mm. Der Ventilbaustein 1 besteht aus Kunststoffma-

terial, zweckmäßigerweise aus durchsichtigem Kunststoffmaterial. An seiner Oberseite 4 besitzt er einen an die Druckluftzufuhr anschließbaren Nippel 2, und einen mit diesem parallelen Nippel 3, der an eine Verbraucherleitung angeschlossen werden kann. Die Nippel 2,3 stehen rechtwinklig auf der Oberseite 4. Der Ventilbaustein 1 besitzt eine zentral angeordnete Steuerbohrung 5, die ein als Zapfen oder Bolzen ausgebildetes Ventilverschiußglied 6 aufnimmt Außerdem besitzt der Ventilbaustein 1 noch eine Entlüftungsbohrung 7, die von der Unterseite 8 des Bausteins bis zur Oberseite 4 hindurchgeht, wobei die Steuerbohrung 5 einerseits mit den Nippeln 2,3 über geeignete Kanäle 9,10 und andererseits mit der Entlüftungsbohrung 7 in Verbindung steht An ihren beiden Enden ist die Steuerbohrung 5 durch Einsatzscheiben oder -plättchen 11, 12 abgeschlossen. Die Einsatzscheibe 12 ist vom Betätigungskopf 13 des Ventilverschlußgliedes 6 durchdrungen, das zur Betätigung nach außen steht

Die Einsatzscheibe 11 trägt einen hinterschnittenen Verbindungszapfen 14, der nach außen vorsteht und etwa ein Schwalbenschwanzprofil besitzt Er ist in zentraler Anordnung an der entsprechenden Stirnseite 26 des Bausteins angebracht und dient zur Herstellung der Verbindung mit einem anderen Baustein, in dem er in eine Längsnut an einem Gegenbaustein eingreift Das Ventilverschlußglied 6 trägt bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 zwei tellerartige Dichtungsringe 15, 16, die in Abstand zueinander angeordnet sind und denen insgesamt zwei Ventilsitze 17, 18 zugeordnet sind, von denen der Ventilsitz 17 zwischen dem Nippel 3 und dem zugehörigen Kanal 10 auf der einen Seite und der Entlüftungsbohrung 7 auf der anderen Seite angeordnet ist, während der andere Ventilsitz 18 zwischen den beiden Nippeln 2 und 3 und den zugehörigen Kanälen 9,10 vorgesehen ist. Die beiden Ventilsitze 17, 18 werden dadurch gebildet, daß die den Kanal 10, der von dem der Entlüftungsbohrung 7 benachbarten Nippel 3 kommt, umgebende Wandung in das Innere der Steuerbohrung 5 vorsteht Das Ventilverschlußglied 6 steht unter der Wirkung eir -r Druckfeder 19, die bestrebt ist, den Betätigungskopf 13 des Ventilverschlußgliedes 6 nach außen vorstehen zu lassen. Es sind außerdem noch Verbindungselemente vorgesehen, die jeweils aus sich über die gesamte Länge einer der Stirnseiten erstreckenden randoffenen hinterschnittenen Längsnuten mit einem z. B. an die Schwalbenschwanzform-r rinnernden Umriß, z. B. mit einem Querschnitt entsprechend einem Kreisbogen, der einem Zentriwinkel von über 180° Vorzugs weise 270° zugeordnet ist, und federartig in die Längsnuten eingreifenden Verbindungszapfen bestehen.

Der Ventiibaustein i besitzt eine einzige Längsnut 25, die etwa in der Mitte der Unterseite 8 von einem Ende zum anderen Ende hin verläuft, wobei die Unterseite 8 mit der den Verbindungszapfen 14 tragenden Stirnseite 26 unter rechtem V/inkel zusammenstößt. Bei dem Ventilbaustein nach Fig. 2, der ebenfalls als Würfel aus Kunststoffmaterial hergestellt ist und eine hinterschnittene Längsnut 25 an der Unterseite sowie zwei zueinander parallele Nippel 27,28 an der Oberseite 29 aufweist, trägt das Ventilverschlußglied 30 eine einzige tellerartige Dichtungsscheibe 31, der zwei Ventilsitze 32, 33 im Bereich der Steuerbohrung 34 zugeordnet sind, von denen der eine Ventilsitz 33 zwischen dem einen Nippel 27 und der Entlüftungsbohrung 35 und der andere Ventilsitz 32 zwischen Nippel 27 und Nippel 28 angeordnet sind. Diese beiden Ventilsitze werden dadurch gebildet, daß die den Kanal 36, drr von dem der Entlüftungsbohrung 35 benachbarten Nippel 27 kommt, umgebende Wandung gegenüber der Steuerbohrung 34 zurücksteht

In F i g. S ist ein Düsenbaustein 40 gezeigt, der an der 5 Oberseite 41 zwei zueinander parallele Nippel 42, 43 besitzt von denen Kanäle 44,45 zur Mitte des Bausteins hin ausgehen, die durch eine zu den Kanälen etwa rechtwinklige Querbohrung 46 miteinander verbunden sind, die aus zwei Abschnitten 47, 48 besteht, von denen der

ίο Abschnitt 47 einen kleineren Durchmesser als der Abschnitt 48 besitzt Die Anordnung ist hierbei so getroffen, daß die Querbohrung 46 an der Stirnseite 4S des Würfels, die rechtwinklig zu der die Nippel 42, 43 tragenden Oberseite 41 ist, nach außen mündet und hierbei

is von einem erhabenen Teil 50 der Wandung etwa ventilsitzartig umgeben ist

Der nach außen mündende Teil 50 der Querbohrung 46 besitzt den größeren Durchmesser. Es sind außerdem noch an zwei zueinander rechtwinkligen Stirnseiten jeweils eine rnittig zur Fläche verlaufende Längsnut 25,52 vorgesehen, von denen die Längsnut 52 sich an der dem erhabenen Teil 50 der Querbohrurv^ 46 gegenüberliegenden Stirnseite befindet Auch in diese.n Falle wirken die Längsnuten mit federartig in sie eingreifenden Verbindungszapfen zusammen, um ein Anbringen oder Befestigen des betreffenden Bausteins an einem anderen Baustei.,, an einer Grundplatte usw. zu ermöglichen.

in Fig.4 und 5 sind Membranzylinderbausteine 55 und 56 dargestellt Diese Bausteine besitzen jeweils einen Nippel 57; 58, der über einen Kanal 61; 62 mit einer Querbohrung 59; 60 verbunden ist. Bei der Ausführungsform nach F i g. 4 ist die Querbohrung 59 an ihrem einen Ende 59e abgeschlossen, während sie an ihrem anderen Ende in einen Steuerraum 63 einmündet, der durch eine Betätigungsmembran 65, die mit ihrem Umfangsrand an der den Raum umgebenden Wandung des Bausteins eingespannt ist, unterteilt wird und der im übrigen nach außen hin offen ist. Dieser als Würfel ausgebildete Membranzylinderbaustein 55 besitzt an zwei zueinander rechtwinkligen Stirnseiten jeweils eiiie zur Fläche mittige Längsnut 25,68, von denen die Längsnut 25 pn der dem Nippel 57 und die Längsnut 68 an der der Betätigungsmembran 65 gegenüberliegenden Seite angeordnet sind.

Bei der Ausführungsform des Membranzyiinderbausteins 56 nach F i g. 5 ist die Querbohrung 60 etwa symmetrisch zum Kanal 62; die Querbohrung und der Kanal bilden miteinander einen rechten Winkel.

Die Querbohrung 60 mündet diesmal an ihren beiden Enden jeweils in einen Steuerraum 64 bzw. 69, der jeweils durch eine Betätigungsmembran 66 bzw. 70, die mit ihrem Umfangssand an der den Raum umgebenden Wandung eingespannt ist, unterteilt wird und der wi° bei der Ausführungsfonn nach F i g. 4 nach außen hin offen ist. Der Würfel besitzt an der dem Nippel 58 gegenüberliegenden Unterseite eine zur Flpche mi'tige Längsnut 25; er weist also lediglich eine einzige Längsnut auf. In beiden Ausführungsformen ist der zentrale Teil der Betätigungsmembran 65 bzw. 66, 70 jeweils verstärkt, indem \i>" betreffende Wandungsteil 65a bzw. G6a dicker gestaltet ist. Man kann auch vorsehen, daß dieser Wandungsteil durch eine daran z. B. durch Verkleben befestigte Platte verstärkt wird.
Die obigen Steuer- und Antriebselemente des erfindungegemäßen Baukastens werden mit einem Niederdruck von z. B. unte,- 5 Newton betrieben. Die würfelförmigen Ventilbausteine, Düsenbausteine und Membranzylinderbausteine sind in ihren Abmessungen so

bemessen, daß sie mit den Bausteinen eines bekannten Hauptbaukastens zusammengesetzt werden können. Die Bausteine des Hauptbaukastens sind mit Verbindungszapfen und Längsnuten versehen, mit deren Hilfe die an einen der pneumatischen Bausteine lösbar ange- j bracht werden können.

Die pneumatischen Antriebs- und Steuerungselemente sind dichtungslos ausgeführt.

Bei dem in F i g. 6 gezeigten Steuerschaltungsbeispiel ist ein Ventilbaustein I gemäß Fig. 2 mit einem Membranzylinderbaustein 55 gemäß Fig.4 zu einem Dreiwegeventil vereint.

Beim Nippel 28 erfolgt die Arbeitsluftzufuhr, am Nippel 27 ist die Leitung zum Verbraucher angeordnet, während beim Nippel 57 die Signalzufuhr erfolgt. Mit Hilfe der Längsnuten 25 können die beiden Bausteine an einer Grundplatte befestigt werden. In Fig. 7 ist ein Vierwegeventil gezeigt, das durch Kombination eines Ventilbausteins I gemäß Fig. 2, eines Membranzylin-

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1 gemäß Fig. 1 zusammengesetzt ist. Die Druckluftzufuhr erfolgt bei den Nippeln 28 und 28a, die Leitungen zu den Verbrauchern sind bei den Nippeln 27 und 27.Ί angeordnet, während am Nippel 58 die Signalluftzufuhr erfolgt. Die Bausteine können mit Hilfe der Längsnuten 25 an einer Grundplatte befestigt werden, die Verbindungszapfen 14, 14a dienen zum Anbringen anderer Bausteine. In Fig. 8 ist ein Verstärker gezeigt, der aus einem Membranzylinderbaustein 55 gemäß Fig.4, einem Düsenbaustein40gemäß Fig. 3,einem Membran-Zylinderbaustein 55,! gemäß Fig.4 und einem Ventilbaustein 1 gemäß Fig. 1 besteht. Die Druckluftzufuhr erfolgt bei den Nippeln 28 bzw. 42, die Signalzufuhr am Nippel 57, während am Nippel 27 die Leitung zum Verbraucher angeschlossen ist. Die Leitungen 139,140 dienen zum Koppeln der verschiedenen Ausgänge und Zugänge und es ist zu erkennen, daß mit Hilfe eines kleinen Signals am Nippel 57 ein verstärktes Signal am Nippel 27 abgegeben werden kann. Eine solche Verstärkungswirkung kann z. B. verwendet werden, wenn eine aus Düsen gebildete Luftschranke eingesetzt werden soll.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Spiel- und Lehrbaukasten zur Darstellung von pneumatischen Bewegungsabläufen mit einer Grundplatte und mindestens einem als quaderförmigen Baustein ausgebildeten, betätigbaren Wegeventil zur Steuerung eines Arbeitszylinders, wobei die Bausteine zum Anbringen an der Grundplatte an ihrer Unterseite Verbindungselemente aufweisen und an der Oberseite mit Nippeln für aufsteckbare Leitungen versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Baukasten zur Betätigung der Ventiibausteine(l) mindestens einen Membranzylinderbaustein (55; 56) und einen Düsenbaustein (40) aufweist, und daß sämtliche Bausteine (1; 55; 56; 40) des Baukastens als Würfel gleicher Abmessung und die Verbindungselemente als hinterschnittene Längsnut (25) ausgebildet sind.

2. Spiel- und Lehrbaukasten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Bausteine (1; 55; 56; 40) auch noch an einer der Stirnseiten eine hinterschnittene Längsnut (52; 68) besitzen.

3. Spiel- und Lehrbaukasten nach Anspruch 1 oder

2, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenbaustein (40) an der Oberseite (29) zwei zueinander parallele Nippel (42; 43) besitzt, von denen Kanäle (44;45) zur Mitte des Bausteins hin ausgehen, die durch eine zu den Kanälen rechtwinklige Querbohrung (46) miteinander verbunden sind, die an einer rechtwinklig zu der die Nippel (42, 43) tragenden Oberseite (29) verlaufende £^:rnseite des Würfels nach außen mündet, wobei an einer der zur Unterseite rechtwinkligen Stirnseite eine Längsnut (5*/ vorgesehen ist.

4. Spiel- und Lehrbaukascen n?£h einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Membranzylinderbaustein (55; 56) an seiner Oberseite einen Nippel (57; 58) besitzt, der über einen Kanal (61; 62) mit einer Querbohrung (59; 60) verbunden ist, die an mindestens einem axialen Ende in einen Steuerraum (63; 64;69) mündet, der durch eine mit ihrem Umfangsrand an der den Raum umgebenden Wandung des Bausteins eingespannte und jeweils einer der Stirnseiten zugeorndete Betätigungsmembran (65; 66; 70) unterteilt und nach außen hin offen ist, wobei an einer der verbleibenden Stirnseiten jeweils eine als Verbindungselement dienende Längsnut (68) vorgesehen ist.

5. Spiel- und Lehrbaukasten nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an einer freien Stirnseite der Würfel ein hinterschnittener Verbindungszapfen (14) vorgesehen ist.

6. Spiel- und Lehrbaukasten nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Würfel (1; 55; 56; 40) aus durchsichtigem Kunststoffmaterial bestehen.