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Pneumatisches logisches Element
Die Erfindung bezieht sich auf pneumatische logische Elemente mit einem zwei Eingänge und einen Ausgang aufweisenden Gehäuse, in dem zwei Schaltkammern ausgebildet sind, in denen je eine Schaltplatte untergebracht ist und die miteinander über einen Innenkanal verbunden sind, in dem ein frei beweglicher Stift angeordnet ist, und von welchen wenigstens eine, unabhängig von der Stellung der zugehörigen Schaltplatte, mit ihrem Eingangskanal in dauernder Verbindung steht.
Bekanntgewordene Elemente dieser Art sind nur beschränkt anwendbar, denn sie lassen sich nur als passives UND-Glied (Konjunktor) mit zwei Eingängen einsetzen.
Es ist das Ziel der Erfindung, diesen Nachteil zu beseitigen und ein pneumatisches logisches Element zu entwickeln, das sich als aktives Folgeglied, passives UND-Glied (Konjunktor) und halbaktives ODER-Glied (Disjunktor) verwenden lässt.
Dieses Ziel lässt sich mit einem logischen Element des eingangs umrissenen Aufbaues dadurch erreichen, dass erfindungsgemäss in dem Boden der einen Schaltkammer oder an der dem Kammerboden zugewendeten Seite der in dieser Kammer befindlichen Schaltplatte ein den beweglichen Stift umgebender Ringraum angeordnet ist, dass in dem beim Anliegen der Schaltplatte an dem Kammerboden begrenzten Ringraum ein Hilfseingangskanal einmündet, und dass die wirksame Fläche dieser Schaltplatte grösser, z. B. doppelt so gross, als die wirksame Fläche der in der andern Schaltkammer befindlichen Schaltplatte ist.
Bei einer ersten Ausführungsvariante der Erfindung wird der erwähnte Ringraum von einer Ringnut im Boden der Schaltkammer gebildet und der Abstand des von der Ringnut umschlossenen Bodenteiles von der gegenüberliegenden Wand der Schaltkammer ist grösser als der Abstand des ausserhalb der Ringnut liegenden Bodenteiles von dieser Schaltkammerwand.
Bei einer zweiten Variante ist der Ringraum als Ringnut in der dem Einlasskanal abgewendeten Seite der Schaltplatte ausgebildet und der Abstand des von der Ringnut umgebenen Teiles der Plattenwand von der gegenüberliegenden Plattenseite ist grösser als der Abstand der ausserhalb der Ringnut liegenden Plattenwand von dieser Plattenseite.
Erfindungsgemäss gestaltete Elemente zeichnen sich durch ein merklich ausgeprägtes Kippverhalten aus.
Die Erfindung ist im Folgenden an Hand beispielsweiser Ausführungsformen und der Zeichnungen näher erläutert, in welchen Fig. 1 ein erfindungsgemässes pneumatisches Element im Längsschnitt, Fig. 2 einen Schnitt nach Linie II-II der Fig. l, Fig. 3 eine andere Ausführungsform für ein erfindungsgemässes pneumatisches Element im Längsschnitt und Fig. 4 einen Schnitt nach Linie IV-IV der Fig. 3 zeigt.
Wie aus Fig. l hervorgeht, besteht das pneumatische Element aus einem Gehäuse-l-mit zwei über einen Innenkanal-6-verbundenen Schaltkammern--2, 3-, in denen je eine Schaltplatte-4 bzw. 5-- frei beweglich angeordnet ist. Die Platten-4, 5- wirken über einen Stift --7 -- zusammen, der mit ihnen nicht verbunden ist und im Innenkanal --6-- lose liegt. In die Schaltkammern --2, 3--
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münden eingangskanäle --8 bzw. 9-- für Eingangssignale. wogegen von dem Innenkanal --6-- ein Ausgangskanal--10-- für Ausgangssignale ausgeht.
In der äusseren Bodenfläche --11-- der einen Kammer --3-- sind radiale Umwegkanäle --12-- ausgenommen, die zu dem an diese Kammer angeschlossenen Eingangskanal --9-- führen.
Der dem Stift --7-- benachbarte (innere) Boden-13, 14- der andern Kammer --2-- ist abgesetzt und mit einer den Ringraum bildenden Ringnut --15-- versehen, in welche ein Hilfseingangskanal - -16-- mündet. Die Absatzhöhe ist so gewählt, dass die Fläche --14-- unter der Fläche --13-- liegt, also die Flanke kleineren Durchmessers der Ringnut niedriger als die äussere ist.
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--15-- umschlossenen Kammerbodenteiles --14-- istSchaltplatte --4-- ist. wobei als wirksam jene Flächen bezeichnet sind, an welchen der einwirkende Druck eine die Platte bewegende Kraft erzeugt.
Die Länge des Stiftes --7-- ist gleich dem Abstand zwischen den inneren Bodenflächen --13,17-der Schaltkammern --2 bzw. 3-- bemessen und die Summe aus der Stiftlänge und der Dicke einer der beiden Schaltplatten ist kleiner als der Abstand zwischen den Bodenflächen-11 und 13 bzw. 17 und 18--.
Die Platte --4-- ist aus einem elastischen Werkstoff hergestellt und nur so dick, dass sie sich unter dem Druck der durch den Eingangskanal --8-- zuströmenden Luft bis zum Anliegen an die Flächen --13,14-- der abgesetzten Bodenwand durchbiegen kann und in der Ringnut --15-- einen Ringraum abschliesst, mit dem lediglich der Hilfseingangskanal-16-- in Verbindung steht.
Auch die andere Platte --5-- kann aus einem elastischen Werkstoff bestehen, ihre Dicke und ihr Durchmesser werden jedoch so gewählt, dass sie sich von der Fläche--n-mittels des Stiftes --7-abheben lässt, ohne sich durchzubiegen.
Bei der in den Fig. 3 und 4 wiedergegebenen Ausführungsvariante ist der Ringraum als Ringnut - ausgebildet, die in der dem Stift --7-- zugekehrten Seite --13',14'--, der Schaltplatte --4'-angeordnet ist.
Die Platte --4'-- ist wieder so bemessen, dass sie sich unter dem Einfluss des Druckes eines durch den Eingangskanal --8-- zugeleiteten Gases durchbiegen kann. Sie grenzt dabei mit der Ringnut --15'-der Kammer --2-- einen Ringraum ab, der nur mit dem Hilfskanal --16-- in Verbindung steht.
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Bei der Platte --4'-- steht ausserdem die Fläche --13'-- von der andern Plattenseite weiter ab als die Fläche --14'--.
Das Gehäuse --1-- des pneumatischen Elementes ist z. B. aus Kunststoff hergestellt.
Beide Ausführungsformen des beschriebenen pneumatischen Elementes können zur Verwirklichung verschiedener logischer Operationen eingesetzt werden.
Die Ein- und Ausgangssignale des Elementes können nur zwei diskrete Werte --O bzw. L-- annehmen, wobei dem Wert --0-- der Umgebungsdruck und dem Wert --L-- ein Überdruck von z. B. l, 1 bis 1. 4 kp/cmz zugeordnet werden.
Nachstehend wird die Wirkungsweise des pneumatischen Elementes als Folgeglied beschrieben.
Man schliesst an den Eingang-9 (P,)-eine Hilfsluftquelle an und lässt den Eingang-16 (P3)-nach der Umgebung hin offen.
Kommt am Eingang --8(P1)-- ein O-Signal an, so presst der Hilfsluftdruck von z.B. 1,4 kp/cm2 die Platte --5-- an den Kammerboden --17-- und unterbricht die Verbindung zu den Kanälen-6, 10--. Der Ausgangskanal --10-- ist jedoch über den Kanal die Ringnut --15-- und den Hilfseingangskanal --16-- mit der Umgebung verbunden, so dass am Ausgang --P4-- ein O-Signal erscheint.
Tritt am Eingang --8(P1)- ein L-Signal auf. so legt sich die Platte --4-- an die Bodenfläche - 13-- ihrer Kammer --2--, wobei sie auch die Platte --5-- über dem Stift --7-- belastet.
Sobald der Druck-P-einen Wert erreicht, aus dem eine zur Überwindung der durch den Hilfsluftdruck an der Platte --5-- entwickelten Gegenkraft ausreichende Kraft entspricht, wird diese Platte von der Bodenfläche --17-- abgelöst und der Hilfsluftdruck pflanzt sich aus der in Verbindung mit dem Eingang (p)--stehenden Kammer-3-- in den Innenkanal-6-und den Ausgangskanal--10-fort. Gleich darauf biegt sich die Platte --4-- soweit durch, dass sie sich an die Fläche --14-- anlegt,
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Druck nunmehr von beiden Seiten einwirkt, und das Element schaltet schlagartig um. An seinem Ausgang erscheint ein L-Signal.
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0-Signalche --14-- abgehoben und die Kanäle --6,10-- über die Ringnut --15-- und den Hilfseingangskanal - mit der Umgebung verbunden werden.
Gleich darauf wird die Platte --5-- an die Fläche --17-- gedrückt und damit werden die Kanäle --6,10-- von der Kammer --3-- und dem Eingangskanal --9(P2)--, der den Hilfsluftdruck führt, getrennt. Infolge der sprunghaften Zunahme der vom Hilfsluftdruck beaufschlagten wirksamen Fläche schaltet das Element augenblicklich um und am Ausgang - P4--tritt ein 0-Signal auf.
Die beschriebene Wirkungsweise des logischen Elementes entspricht der Funktion eines Folgegliedes. Das Element verhält sich dabei aktiv, da das Ausgangssignal durch Verbindung des Ausgangskanals - entweder mit der Umgebung oder mit der Hilfsluftquelle hergestellt wird.
Zur Verwirklichung der Konjunktion von zwei Variablen (UND-Glied) verbindet man den Hilfsein-
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gang --16(P3)-- mit--10 (p)-des Elementes ebenfalls ein 0-Signal auf, da keine Druckluft zum Ausgang gelangt, hingegen der Ausgangskanal über den Kanal-6-, die Ringnut --15-- und den Kanal --16-- mit der Umgebung und über die Kammer --3-- und die Umwegkanäle noch mit dem Eingangskanal - -9 (P2) -- verbunden ist.
Kommt nun an einem der Eingänge --8 bzw. 9 (p, bzw. P2)-- ein L-Signal an, so sperrt die betreffende Platte --4 bzw. 5-- den Durchgang des Drucksignals zum Ausgang. Erscheint beispielsweise das L-Signal nur am Eingang --8(p1)--, so legt sich die Platte --4-- unter der Luftdruckwirkung an die Flächen --13,14-- und sperrt den Druckluftdurchtritt in die Kanäle --6 und 10--, die dabei nach wie vor über die Kammer die Umwegkanäle --12-- und den Eingangskanal --9(P2)-- mit Umgebung verbunden bleiben. Erscheint das L-Signal nur am Eingang --P2 --, so wird die Platte --5-- an die Fläche --17-- gedrückt und die Druckluft kann nicht mehr in die Kanäle-6, 10- gelangen. Diese
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erscheint.
Ein L-Signal tritt am Ausgang-10 (p4)--nur dann auf, wenn das Signal am Eingang --8 (Pl) -- und das Signal am Eingang --9(P2)-- den gleichen Wert--L--haben. Das Signal am Eingang-8 (p)spielt dabei die Rolle eines Steuersignals, während das Eingangssignal am Eingang-9 (p,)--die Energie zur Erzeugung des Ausgangssignals mit dem Wert --L-- liefert, weil dieses Eingangssignal unbehindert zum Ausgang des Elementes durchgelassen wird, nämlich in der gleichen Weise, wie dies vorstehend am Beispiel des Folgegliedes beschrieben wurde, in welcher Schaltung der Eingang-9 (p )--mit dem Hilfsluftdruck beaufschlagt wird.
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Ausgangssignal durch unmittelbare Durchschaltung des Ausgangskanals zur Atmosphäre oder zum Eingangskanal --9-- (d. h.
durch die Energie des Signals am Eingang --9--) erzeugt wird, muss das Element als passives UND-Glied bezeichnet werden.
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schrieben, die beiden Eingänge --8 (Pl) und 9 (p,)-je mit einer Signalleitung verbunden und es kann beispielsweise an --8-- ein L-Signal auftreten und an --9-- das Signal von "L" auf "O" wechseln. Dann tritt Luft oder Gas aus dem Ausgangskanal --10-- über den Eingangskanal --9-- aus und damit die Platte --5-- dieses Austreten nicht behindern kann, sind im Boden der betreffenden Kammer --3-- die radialen Umwegkanäle --12-- vorgesehen, die sich jedenfalls bis über den Rand dieser Platte hinaus erstrecken.
Zur Verwirklichung der logischen funktion "Disjunktion" (ODER) wird der Eingang-9 (p,)--mit der Hilfsluftquelle verbunden, die Eingangssignale werden auf die Eingänge --8 (Pl) und 16 (p)-ge- geben. Erhalten beide Eingänge ein O-Signal, so tritt am Ausgang des Elementes ebenfalls ein O-Signal
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auf, da die Platte --5-- an den Kammerboden --17-- angedrückt wird und den Durchtritt der Druckluft in die Kanäle-6, 10- sperrt. Diese Kanäle werden dagegen über die Ringnut --15-- und den Eingangskanal --16-- mit der Umgebung verbunden. Kommen am Eingang (plein L-Signal und am Eingang-16 (p.)--ein 0-Signal an, so wirkt das Element in der gleichen Weise, wie dies beim Folgeglied der Fall war.
Dabei tritt am Ausgang-10 (p4)--ein L-Signal auf. Das Signal am Eingang - wirkt dabei als Steuersignal und das L-Signal am Ausgang des Elementes wird durch Verbindung des Ausgangskanals mit der Hilfsluftquelle erzeugt.
Kommt am Eingang (pl)--ein 0-Signal und am Eingang-16 (ps)-ein L-Signal an, so wird die Schaltplatte --4-- durch den Signaldruck an den Boden --18-- gepresst und dadurch die Kammer - -2-- vom Kanal --8-- getrennt. Der von dem Eingangssignal am Eingang--16 (p.)--stammende Signaldruck gelangt dagegen über den Innenkanal --6-- in den Ausgangskanal--10--. so dass am Aus-
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spricht der logischen Funktion"Disjunktion".
Da das Ausgangssignal je nach den Werten der Eingangssignale entweder durch Verbindung des Ausgangskanals mit Umgebung bzw. mit der Hilfsluftquelle erzeugt oder unmittelbar am Eingang entnommen wird, ist das Element als halbaktiv zu bezeichnen.
Das erfindungsgemässe logische Element ermöglicht die wahlweise Verwirklichung mehrerer logischer Funktionen, hat kleine Abmessungen, z. B. 16 x 16 x 20 mm, und geringes Gewicht. Es hat einen einfachen konstruktiven Aufbau, besteht aus nur wenigen Einzelteilen und erfordert nach der Montage keine Nachstellung bzw. Justierung. Zur Herstellung der Einzelteile eignen sich billige Werkstoffe, u. zw. können die Gehäuseteile bzw. der Stift aus Kunststoff unter Druck gegossen und die Platten aus Gummi hergestellt werden. Das Element zeichnet sich durch geringe Schaltzeiten, eine hohe Lebensdauer, beispielsweise 107 bis 109 Schaltspiele, und durch grosse Ausgangsleistung bei relativ geringen Herstellungskosten aus.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Pneumatisches logisches Element mit einem zwei Eingänge und einen Ausgang aufweisenden Gehäuse, in dem zwei Schaltkammern ausgebildet sind, in denen je eine Schaltplatte untergebracht ist, und die miteinander über einen Innenkanal verbunden sind, in dem ein frei beweglicher Stift an-
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platte, mit ihrem Eingangskanal in dauernder Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Boden (13, 14) der einen Schaltkammer (2) oder an der dem Kammerboden zugewendeten Seite der in dieser Kammer befindlichen Schaltplatte (4) ein den beweglichen Stift (7) umgebender Ringraum angeordnet ist, dass in dem beim Anliegen der Schaltplatte an dem Kammerboden begrenzten Ringraum ein Hilfseingangskanal (16) einmündet, und dass die wirksame Fläche dieser Schaltplatte (4) grösser, z.
B. doppelt so gross, als die wirksame Fläche der in der andern Schaltkammer (3) befindlichen Schaltplatte (5) ist.
2. ElementnachAnspruchl, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringraum von einer Ringnut (15) im Boden (13, 14) der Schaltkammer (2) gebildet und der Abstand des von der Ringnut umschlossenen Bodenteiles (14) von der gegenüberliegenden Wand (18) der Schaltkammer grösser als der Abstand des ausserhalb der Ringnut liegenden Bodenteiles (13) von dieser Schaltkammerwand ist (Fig. 1).