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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen fluidbetriebenen Zeitgeber
und insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, einen pneumatischen
Zeitgeber. Das Dokument
US 2
904 073 offenbart einen Zeitgeber, bei dem die Zeitmessfolge
durch Leiten von Luft durch eine Anzahl von Ventilen erreicht wird.
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Pneumatische
Zeitgeber umfassen im allgemeinen Steuerelemente innerhalb pneumatischer Systeme,
bei denen der Zeitgeber lediglich durch die Zufuhr von Luft zu denselben
ermitteln kann, wann eine bestimmte Zeitspanne verstrichen ist,
und folglich eine angemessene Ausgabe bereitstellen kann. Die Ausgabe
kann lediglich anzeigen, dass die bestimmte Zeitspanne gestrichen
ist und/oder sie kann einen entsprechenden Schalter betätigen, der
so angeordnet ist, dass er einen bestimmten Verfahrensschritt oder
einen vorherbestimmten Vorgang innerhalb des pneumatischen Systems
einleitet.
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Herkömmliche
pneumatische Zeitgeber umfassen einen Behälter, dem Luft von einer Druckluftquelle
zugeführt
wird, und sobald der Druck in dem Behälter auf einen Stellenwert
angestiegen ist, wird ein Stellglied, wie beispielsweise ein Zeitgeberventil, betätigt, das
dazu dient, ein Ausgabesignal bereitzustellen.
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Die
Luft wird dem Behälter
mit Hilfe eines variablen Zeitgeberbegrenzers zugeführt, der
zur selektiven Veränderung
der Geschwindigkeit dient, mit der die Luft dem Behälter zugeführt werden
kann, wodurch die Zeitspanne variiert wird, die erforderlich ist, bevor
der Schwellendruck in dem Behälter
erreicht wird.
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Ein
besonderer Nachteil, unter dem derartige herkömmliche Konstruktionen leiden,
besteht darin, dass die Zeitspanne, die erforderlich ist, um den
erforderlichen Luftdruck in dem Behälter zu erreichen, mit Hilfe
des variablen Zeitgeberbegrenzers nicht einfach festgelegt und aufrechterhalten
werden kann. Wenn der Zeitgeberbegrenzer keine zuvor kalibrierte Skala
zur klaren und akkuraten Anzeige der Art und Weise aufweist, in
der die relevante Zeitspanne variieren wird, wenn der Zeitgeberbegrenzer
eingestellt wird, was in jedem Fall einen besonders komplexen und
zeitraubenden Vorgang darstellt, kann der variable Zeitgeberbegrenzer
nur auf eine empirisch praktische Weise kalibriert werden. Wenn
die Zeitspanne, die in bekannten pneumatischen Zeitgebern eingestellt
werden soll, relativ kurz ist, zum Beispiel kürzer als eine Minute, können derartige
empirisch praktischen Schritte als akzeptabel angesehen werden,
da die vorgonomme Einstellung des variablen Zeitgeberbegrenzers
zur Bereitstellung der erforderlichen Zeitspanne von einer Minute
als nicht zu lang angesehen wird. Falls die erforderliche Zeitspanne
jedoch wesentlich länger
als eine Minute ist, zum Beispiel bis zu 15 Minuten oder mehr, dann
würde während dieses empirisch
praktischen Verfahrens eine beträchtliche
Zeit verschwendet, da die früheren
Versuche zum Erreichen einer nahezu exakten Zeitspanne von 15 Minuten
wahrscheinlich nahe bei einer derartigen Zeitspanne von 15 Minuten
liegen, jedoch nicht exakt bei dieser Zeitspanne.
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Derartige
Nachteile treten insbesondere im Hinblick auf die relativ kleinen
internen Durchgänge auf,
die innerhalb des einstellbaren Zeitgeberbegrenzers vorhanden sind
und schwierig mit einem hohen Toleranzgrad herzustellen sind. Dies
führt des Weiteren
dazu, dass unterschiedliche variabele Zeitgeberbegrenzer stark unterschiedliche
interne Durchgänge
aufweisen, so dass zwischen unterschiedlichen variablen Zeitgeberbegrenzern
absolut keine Konsistenz vorliegt. Die daher benötigte hohe Präzision für derartige
variable Zeitgeberbegrenzer ist unvorteilhaft schwierig, zeitraubend
und kostspielig zu erreichen.
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Die
vorliegende Erfindung versucht daher, einen fluidbetriebenen Zeitgeber
bereitzustellen, der im Vergleich zu derartigen bekannten Zeitgebern Vorteile
aufweist.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein fluidbetriebener Zeitgeber bereitgestellt, der
Folgendes umfasst: einen Eingang für das Fluid, ein Behältermittel
für dem
Empfang von Fluid aus dem Eingang, ein Stellgliedmittel, das darauf
reagiert, wenn der Fluiddruck in dem Behältermitel einen Schwellenwert
erreicht, wobei das Behältermittel
eine Vielzahl von Behältern
umfasst und der Zeitgeber des Weiteren ein Mittel zur selektiven
Steuerung der Betriebsverbindung von mindestens einem der Vielzahl
von Behältern
mit dem Eingang umfasst, so dass das Volumen des Behältermittels,
das dem Eingangsfluid bereitgestellt wird, selektiv variiert werden
kann.
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Eine
derartige Anordnung ist besonders vorteilhaft, da die Zeitspanne,
die von den Zeitgeber bestimmnt wird, lediglich von der Anzahl der
Behälter abhängt, die
betriebsfähig
verbunden sind, um das Eingangsfluid zu empfangen, und derartige
selektiv verbindungsfähige
Behälter
können
in einer relativ einfachen Weise mit einem relativ hohen Genauigkeitsgrad
hergestellt werden.
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Vorteilhafterweise
umfasst der Zeitgeber Mittel zur selektiven Steuerung der betriebsfähigen Verbindung
jedes der Vielzahl von Behältern
mit dem Eingang. Auf diese Weise kann die Gesamtanzahl der möglichen
Zeitdauern, die der Zeitgeber bestimmen soll, vorteilhaft erhöht werden.
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Vorzugsweise
umfasst das Mittel zur selektiven Steuerung der betriebsfähigen Verbindung
des Behältermittels
Ventilmitel, wie beispielsweise ein Kolbenventil, Tellerventil,
Membranventil oder Klemmventil.
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Das
Ventilmittel stellt die Weise bereit, in der die Zeitdauer variiert
wird, weshalb die Bereitstellung von geeigneten Ventilmitteln, die
einfache jedoch zuverlässige
Betriebseigenschaften aufweisen, für die vorliegende Erfindung
am geeignetsten ist.
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Vorzugsweise
stellt jeder der Vielzahl von Behältern dem Eingangsfluid ein
unterschiedliches Volumen bereit.
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Insbesondere
werden die unterschiedlichen Volumen der jeweiligen Vielzahl von
Behältern
so bereitgestellt, dass sie sich in inkrementierender Weise unterscheiden.
Daher umfasst der fluidbetriebene Zeitgeber der vorliegenden Erfindung
vorteilhafterweise ein inkrementierendes Zeitgebersystem, bei dem
eine Vielzahl von inkrementierenden Zeitdauern in einer zuverlässigen,
schnellen und kostengünstigen
Weise bereitgestellt werden kann.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung sind die jeweiligen Volumen der Vielzahl
von Behältern
so angeordnet, dass, mit Ausnahme des kleinsten Volumens, jedes
Volumen so bestimmt ist, dass es doppelt so groß wie der nächst kleinere Behälter ist.
Daher ist ersichtlich, dass die relativen Verhältnisse der Vielzahl von Behältern auf dem
binären
Zahlensystem basieren kann.
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Bei
einer bestimmten Ausführungsform
umfasst das Behältermittel
sechs Behälter,
die selektiv betriebsfähig
parallel mit dem Fluideingang verbunden werden können, so dass die Verhältnisse
des kleinsten Behälters
zum größten Behälter 1 :
2 : 4 : 8 : 16 : 32 betragen.
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Vorteilhafterweise
ist mindestens ein Zeitgeberbegrenzer bereitgestellt, der als Teil
des Durchgangs zwischen dem Eingang und der Vielzahl von Behältern gebildet
ist, wobei der mindestens eine Begrenzer insbesondere einen festen
Begrenzer umfasst.
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Vorteilhafterweise
können
weitere feste Zeitgeberbegrenzer selektiv in den vorgenannten Durchgang
in Reihe mit dem anfänglichen
Zeitgeberbegrenzer eingeführt
werden, wobei dies vorteilhafterweise dazu dient, die erhöhten Zeitdauern
mit Hilfe des Zeitgebers der vorliegenden Erfindung zu bestimmen.
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Vorteilhafterweise
wird der kleinste Behälter so
bereitgestellt, dass der vorgenannte Schwellendruck nach einer Zeitdauer
von einer Minute erreicht wird, so dass die vorgenannte Anordnung
Zeitdauern von einer Minute bis zu 63 Minuten in Inkrementen von
einer Minute bereitstellen kann.
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Vorteilhafterweise
ist das Stellgliedmittel so angeordnet, dass eine Anzeige initiiert
wird, dass der Schwellenwert erreicht wurde, wobei eine derartige Anzeige
durch ein akustisches und/oder visuelles Anzeigemittel bereitgestellt
werden kann, das von dem Fluid oder durch eine elektrische Versorgung angetrieben
werden kann oder die Anzeige kann indirekt durch die einfache Tatsache
bereitgestellt werden, dass der nächste Schritt in einem bestimmten Prozess
oder Betrieb beginnt.
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Vorteilhafter
Weise umfasst der Zeitgeber der vorliegenden Erfindung ebenfalls
ein Anzeigemittel zur Bereitstellung einer visuellen Anzeige des Druckpegels
in dem Behältermittel,
was des Weiteren bei der Bestimmung der Zeit, die in der jeweiligen Zeitdauer
verstrichen ist, helfen kann.
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Bei
einer bestimmten Ausführungsform
von der vorliegenden Erfindung ist das vorgenannte Fluid gasförmig und
der Zeitgeber der vorliegenden Erfindung kann insbesondere einen
pneumatischen Zeitgeber umfassen, der in der vorgenannten inkrementierenden
Weise für
einen selektiven Betrieb angeordnet ist.
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Die
Erfindung wird im Folgenden lediglich beispielhaft unter Bezugnahme
auf die beigefügte Zeichnung
ausführlicher
beschrieben, die ein Blockdiagramm eines pneumatischen Zeitgebers
ist, der die vorliegende Erfindung darstellt.
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Die
Zeichnung zeigt einen inkrementierenden pneumatischen Zeitgeber 10,
der eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt und eine Lufteingangsleitung 12 umfasst,
die so angeordnet ist, dass sie Luft von einer Druckluftquelle (nicht gezeigt)
empfängt.
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Der
Zeitgeber 10 umfasst Behältermittel 14, die
sechs separate Behälter 16 bis 26 umfassen,
die so angeordnet sind, dass sie Luft in einer selektierbaren Weise
empfangen, die mit Hilfe der Eingangsleitung 12 bereitgestellt
wird.
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Der
Zeitgeber 10 umfasst einen Luftausgang 28, der
so angeordnet ist, dass er einem Anzeigemittel und/oder Stellgliedmittel,
wie beispielsweise einem Lufthorn oder einem elektrischen Schalter
(nicht gezeigt), Luft von der Versorgungleitung 12 zuführt, nachdem
die ausgewählte
Zeitdauer verstrichen ist. Es wird darauf hingewiesen, dass die
Lufteingangsleitung 12 so angeordnet ist, dass sie mit
Hilfe eines Zeitgeberventils 30 mit zwei Positionen betriebsfähig mit
der Ausgangsleistung 28 verbunden werden kann, das die
Verbindung zwischen der Versorgungsleitung 12 und der Ausgangsleistung 28 entweder
ermöglicht
oder verhindert. In der Position des Zeitgeberventils 30,
die in der Zeichnung veranschaulicht ist, ist die Lufteingangsleitung 12 betriebsfähig von der
Ausgangsleitung 28 getrennt.
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Das
Zeitgeberventil 30 ist so angeordnet, dass es mit Hilfe
einer Luftdrucksignalleitung 32 betrieben werden kann,
mit der jeder der Behälter 16 bis 26 selektiv
parallel verbunden werden kann. Das Zeitgeberventil 30 wird
betätigt,
wenn der Druck in den Behältern 16 bis 26,
die für
die Signalleitung 32 offen sind, einen Schwellenwert erreicht.
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Luft,
die von der Versorgungsleitung 12 zugeführt wird, wenn sich das Zeitgeberventil 30 in
der veranschaulichten Position befindet, wird mit Hilfe einer Versorgungsleitungsabzweigung 34 jedem
der Vielzahl der Zeitauswahlventile 36 bis 46,
die den jeweiligen Behältern 16 bis 26 zugeordnet
sind, zugeführt.
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Die
Zeitauswahlventile 36 bis 46 sind ebenfalls parallel
zur Versorgungsleitungsabzweigung 34 angeschlossen, und
die Luftdruckleitung 32, die für den Betrieb des Zeitgeberventils 30 angeordnet
ist, ist betriebsfähig
mit einem gemeinsamen Knotenpunkt der Versorgungsleitungsabzweigung 34 verbunden.
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Wie
in der Zeichnung veranschaulicht, ist jedes der Zeitauswahlventile 36 bis 46 in
einem offenen Zustand gezeigt, der eine betriebsfähige Verbindung
zwischen der Versorgungsleitungsabzweigung 34 und jedem
der Behälter 16 bis 26 erlaubt.
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Wie
aus der Zeichnung ersichtlich, nimmt der Behälter 16 bis 26 in
der Größe zu und
die relative Vergrößerung folgt
dem binären
Zahlensystem dahingehend, dass der Behälter 18 das doppelte
Volumen des Behälters 16 aufweist,
der Behälter 20 das doppelte
Volumen des Behälters 18 aufweist,
der Behälter 22 das
doppelte Volumen des Behälters 20 aufweist,
der Behälter 24 das
doppelte Volumen des Behälters 22 aufweist
und der Behälter 26 das
doppelte Volumen des Behälters 24 aufweist.
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Wenn
beispielsweise angenommen wird, dass das Volumen des Behälters 16 derart
beschaffen ist, dass es bei nur einem geöffneten Ventil 36 und
bei der jeweiligen Geschwindigkeit der Luftversorgung, die durch
die Eingangsleitung 12 bereitgestellt wird, 1 Minute dauern
würde,
den Schwellendruck innerhalb des Behälters 16 zu erreichen,
wird darauf hingewiesen, dass die Zeitdauern für die verbleibenden Behälter 18 bis 26 jeweils
2 Minuten, 4 Minuten, 8 Minuten, 16 Minuten und 32 Minuten betragen.
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Wenn
alle Zeitauswahlventile 36 bis 46 geöffnet sind
(wie in der Zeichnung veranschaulicht), dauert es daher insgesamt
63 Minuten, bevor der Druck in allen Behältern 16 bis 26,
der an dem gemeinsamen Knotenpunkt festgelegt wird, mit dem die Luftdruckleitung 32 verbunden
ist, den Schwellenpegel erreicht, der für die Betätigung des Zeitgeberventils 30 erforderlich
ist, um die Eingangsleitung 12 für die Ausgangsleitung 28 zu öffnen.
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Durch
ein selektives Schließen
eines oder mehrerer der Zeitgeberauswahlventile 36 bis 46 wird daher
einfach und akkurat die Zeitdauer für den nächsten Betrieb verringert und
da die relativen Volumenverhältnisse
der Behälter 16 bis 26 dem
binären Zahlensystem
folgen, kann jede beliebige Zeitdauer von 1 bis 63 Minuten einfach,
schnell und akkurat ausgewählt
werden. Wenn beispielsweise die Zeitauswahlventile 38, 42 und 46 geschlossen
sind, wird der pneumatische Zeitgeber 10 so ausgewählt, dass er
bis zu einer Zeitdauer von 21 Sekunden betrieben wird.
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Ein
Anzeigemessgerät 48 ist
in gestrichelten Linien gezeigt, das vorteilhafterweise mit einer
Skala von 0 bis 100% markiert werden kann, um anzuzeigen, wie der
Druck, der in den Behältern
entwickelt wird, zunimmt, so dass die zugehörige verbleibende Zeitdauer
leicht ermittelt werden kann.
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Die
Versorgungsleitungsabzweigung 34 ist mit einem festen Begrenzer 50 versehen,
der zur Bestimmung der Geschwindigkeit dient, mit der die Luft, die
der Zeitgeber 10 mit Hilfe der Eingangsleitung 12 erhält, den
Behältern 16 bis 26 zugeführt wird,
und gemäß einem
weiteren Vorteil kann ein weiterer fester Zeitgeberbegrenzer 52 eingeführt werden.
Der weitere feste Zeitgeberbegrenzer 52 kann vorzugsweise
selektiv in Reihe zu dem anfänglichen
Zeitgeberbegrenzer 50 eingeführt werden, um die Zeitdauer
beispielsweise um 50% weiter zu erhöhen, die einer oder mehrere
der Behälter 16 bis 26 festgelegt haben.
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Nachdem
die ausgewählte
Zeitdauer verstrichen ist, dient der Druck, der in den Behältern entwickelt
wurde, die für
die betriebsfähige
Verbindung mit der Luftversorgungsleitung 34 ausgewählt wurden, für den Betrieb
des Zeitgeberventils 30. Während das Zeitgeberventil 30 vorteilhafterweise
direkt einem elektrischen Schalter oder einem anderen geeigneten
Schaltmechanismus zugeordnet werden könnte, dient das Zeitgeberventil 30,
das in der Zeichnung veranschaulicht ist, lediglich zur Bereitstellung
einer betriebsfähigen
Verbindung zwischen der Luftversorgung 12 und der Ausgangsleitung 28,
so dass Luft von der Druckluftquelle direkt dem Ausgang 28 zugeführt werden
kann, der daraufhin vorteilhafter Weise jedes beliebige geeignete
erwünschte
Schalt- und/oder Betätigungsmittel
betätigen
kann.
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Die
veranschaulichte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst optional eine Anzeige 54,
die insbesondere für
die Verwendung mit einem pneumatischen Zeitgeber ein Lufthorn umfasst, um
akustisch anzuzeigen, dass die ausgewählte Zeitdauer gestrichen ist.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung besondere
Vorteile dahingehend zeigt, dass der variable Begrenzer durch einen
festen Begrenzer ersetzt wird, und das feste Behältervolumen durch eine Auswahl
von Behältern
mit kleineren Volumen ersetzt. Die Verhältnisse der Volumen sind so
geschaffen, dass jedes oder eine ausgewählte Kombination einen gewünschten
Inkrementalschritt der Zeitdauer bereitstellt.
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Die
Behältervolumen
werden während
der Entwicklungsstufe festgelegt und durch Experimente bestätigt. Bei
der Produktion ergeben die Herstellungstoleranzen danach akzeptable
Zeitwerte ohne den Bedarf nach einer hohen Präzision.
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Wenn
präzise
Zeitdauern erforderlich sind, kann jeder Zeitgeber "abgestimmt" werden, indem der
Versorgungsdruck vergrößert oder
verringert wird, um die Durchflussgeschwindigkeit durch den Begrenzer
zu ändern.
Höhere
Drücke
ergeben eine höhere
Durchflussgeschwindigkeit und eine kürzere Zeitdauer.
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Es
kann jede beliebige Anzahl von Behältern bereitgestellt werden,
die Größen aufweisen,
die durch die jeweilige erforderliche Zeitmessfunktion bestimmt
werden. Ebenfalls kann jede beliebige geeignete Form des Stellglieds
bereitgestellt werden, um auf den erreichten Schwellendruck zu reagieren.