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"Fluidische Hybridschaltung" Die Erfindung betrifft eine fluidische
Hybridschaltung aus wenigstens einem fluidischen Strömungselement in Verbindung
mit wenigstens einem Hembrenschalter der aus einer Steuerkammer in Verbindung mit
einem Steuerkanal und einer durch eine Membran von der Steuerkammer getrennten zweiten
Eingangs - Aurgangskammer in Verbindung mit einem von der.
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Membran alischließbaren Eingangs- und einem seperaten Ausgangskanal
besteht.
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Aufgabe der Erfindung ist es, Hybridschaltungen vorzuschlagen, die
eine einfache integrierte Bauweise aus ubereinandergeschichteten Platten gestattet,
die Kanäle und/oder Durchbriiche aufweisen und die Platteneinheit in einfacher Weise
auf einer Montageplatte auf setzbar ist, die sämtliche Ein-und Ausgangsanschlüsse
aufweisen, welche über Stecker beispielsweise mit Leitungen verbindbar sind.
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Fluidische Hybridschaltungen haben gegenüber Schaltungen aus reinen
Fluidikelementen ohne bewegliche Teile vor allem den Vorteil, daß Eingangssignale
geringer Energie benötigt werden, um Ausgangssignale mit einem relativ groben Fan
out
d.h. mit relativ hoher Energie zu erhalten.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der oder die
Steuerkammern in einer ersten Funktionsplatte und der oder die mit der oder den
Steuerkammern fluchtenden Eingangs-Ausgangskammern in einer zweiten, durch eine
Membran von der ersten Funktionsplatte getrennten weiteren Funktionsplatte angeordnet
sind und die die Kanäle bildenden Durchsprüche von den Kammern zu den von der Membran
abgewandten Oberfläche der Funktionsplatten bezüglich der einen Funktionsplatte
mit Steuereingängen einer aen Plattenaufbau einerseits abschließenden Platteneinheit
für wenigstens ein Strömungselement und bezüglich der anderen Funktionsplatte mit
Steckanschlüssen an einer dem Plattenaufbau andererseits abschließenden Montageplatte
in Verbindung stehen.
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Vsrteilhafte Ausführungen nach der Erfindung, insbesondere für eine
Exklusiv-ODER-Schaltung und ein Scbieberegister-Element zum Aufbau eines mehrstufigen
Schieberegisters können den Merkmalen der Unteransprüche entnommen werden.
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In den Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
dargestellt und zwar zeigt: Fig. 1 einen Schnitt durch ein Exklusiv-ODER-Element,
Fig.
2 die Schaltung des Exklusiv-ODER-Elementes nach Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt durch
ein Scbieberegister-Element und Fig. 4 die Schaltung des Schiebereglster Elemenw
tes nach Fig. 3.
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Die in Fig. 2 veranschaulichte Schaltung einer Exklusiven-ODER-Schaltung
aus einem reinen fluidischen Strömungselement und zwei Membranschaltern ist in Fig.
1 erfindungsgemäß in einem integrierten Block in Plattenbauweise enthält ten.
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einen Der Plattenaufbau besteht aus Montageplatte 1 mit den erforderlichen
Steckanschlüssen für die verschiedenen Ein-und Ausgänge. der Schaltung nach Fig
2. Von den Steckanschlüssen sind hier lediglich zwei Steckanschlüsse 2 und 3 dargestellt.
Die beiden Membranschalter M1 und M2 werden von zwei Funktionsplatten 4 und 5 gebildet
zwischen denen sich eine Membran 6 befindet Zwischen der unteren Funktionsplatte
4 und der Montageplatte 1 befindet sich eine Abdeckplatte 7, vorzugsweise aus weich-elastischem
Material. Die obere Funktionsplatte 5 ist von einer Deckplatte 8, vorzugsweise aus
einem Spritzgußmaterial, abgedeckt, die mit der Funktionsplatte
5
5 verklebt sein kann. Zwischen einer bekannten Platteneinheit 9 zur Bildung eines
OR/NOR-Elementes und einer Deckplatte 8 befindet sich eine weitere Deckplatte 10
vorzugsweise entsprechend der Deckplatte 7 aus einem weichelastischen Material.
Die Platten und die Membran sind an der Montageplatte durch nicht dargestellte Schrauben
festgehalten die miteinander fluchtende, hier. nicht dargestellte Durchbrechungen
in den Platten durchragen.
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Die Membranschalter bestehen jeweils aus Steuerkammern St1, St2 in
Verbindung mit Steuerkanälen K1 und K2 sowie Eingangs- Ausgangskammern E1 und E2
mit Eingangskanälen K3, K4 und Ausgangskanälen K5, E6. Die Durchgänge von den Eingangskanälen
E3, K4 zu den Ausgangskanälen K5, E6 lassen sich durch Druckbeaufschlagung der Membranen
mit über die Steuerkanäle K1 und K2 zugeführten Signalen unterbrechen. Hierbei legen
sich die Membranen auf die als Ventil sitze ausgebildeten Öffnungen der Eingangskanäle
K3 und K4 innerhalb der Eingangs- Ausgangskammern E1, E2. Gegenüber den Ventilsitzen
sind die Öffnungen der Ausgangskanäle K5 und K6 in den Eingang- Ausgangskammern
etwas zurückgesetzt.
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Entsprechende hier nur schematisch dargestellte Membranschalter sind
bereits in Verbindung mit reinen Fluidelementen vorgeschlagen worden. Die Steuerkanäle
K1, K2 stehen iiber Verbindungskanäle K7, K8 über Kreuz mit den Eingangskanälen
K4,
K3 und die Ausgangskanäle K5, K6 stehen mit den Steuereingängen
des OR/NOR-Elementes in Verbindung.
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Erfindungsgemäß befinden sich die Steuerkammern St1 und St2 in Form
von zylindrischen Ausnehmungen 11, 12 in der unteren Funktionsplatte 4. Die Ausnehmungen
11 und 12 sind zur Membran 6 hin offen und stehen mit die Eingangskanäle bildenden
Durchbrechungen 13, 14 in der Funktionsplatte 4 in Verbindung. Die Durchbrechungen
13 und 14 fluchten mit Durchbrechungen 15, 16 in der Deckplatte 7 und mit den Steckanschlüssen
2 und 3 in der Montageplatte 1. Die Funktionsplatte enthält zwei weitere Durchbrechungen
17, 18, von denen die eine Durchbrechung 17 über einen zur Abdeckplatte 7 hin offenen
Kanal 1.9 mit der Durch.brechung 13 und die andere Durchbrechung 18 über eine zur
Abdeckplatte 7 hin offenen Kanal 20 mit der Durchbrechung 11s in Verbindung steht.
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Durch die Abdeckplatte 7 werden die Kanäle 19, 20 abgedeckte In der
Funktionsplatte befinden sich zwei die Eizlgangs Ausgangskammern E1, E2 bildenden
zylindrischen Ausnehmungen 21, 22, die mit den die Steuerkammer bildenden Ausnehmungen
11, 12 fluchten. Die Kammern sind durch eine gemeinsame Membran 6 voneinander getrennt,
die zwischen den Funktionsplatten eingespannt gehalten ist. Die zur Membran 6 offenen
Ausnehmungen 21, 22 stehen jeweils mit ersten, die Eingangskanäle K3, K4 bildenden
Durchbrechungen 23, 24 in der Funktionsplatte 5 in Verbindung. Die Durchbrechungen
enden in den
Eingangs- Ausgangskammern in Ventilsitzen 25, 26, die
von der Membran bei Ihrer Druckbeaufschlagung über die Steuerkanäle abschließbar
sind. Die Einganrs- Ausgangskammern stehen mit weiteren die Eingangskanäle K5, K6
bildenden Durchbrechungen 27, 28 in der Funktionsplatte 5 in Verbindung. Dabei sind
die Enden der Durchbrechungen in den Eingangs- Ausgangskammern gegenüber den Ventilsitzen
25, 26 etwas zurückgesetzt, so daß sie von der Membran 6 nicht abgeschlossen werden
können. Die Funktionsplatte 5 enthält zwei weitere Durchbrechungen 29, 30 sowie
zur Deckplatte hin offene voneinander getrennte Kanäle 31, 32. Die eine mit der
Durchmrechung 18 in der Funktionsplatte 4 fluchtende Durchbrechung 29 steht über
den Kanal 31 mit der den einen Eingangskanal bildenden Durchbrechung 23 in Verbindung
der und die mit der Durchbrechung 17 in/Funktionsplatte 4 fluchtende (gestrichelt
dargestellte) Durchbrechung 30 steht über den Kanal 32 mit der den anderen Eingangskanal
bildenden Durchbrechung 24 in Verbindung. Die Kanäle 31, 32 werden durch die Deckplatte
8 abgedeckt. Damit sind die in Fig. 2 mit K7 und K8 bezeichneten Verbindungskanäle
in den Funktionsplatten 4 und 5 durch den Kanal 19, die miteinander fluchtenden
Durchbrechungen 17, 30 und den Kanal 32 bzw. durch den Kanal 20, die miteinander
fluchtenden Durchbrechungen 18, 29 und den Kanal 31 gebildet.
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In der Deckplatte 8, di( als ein Spritzgußteil mit der Funktionsplatte
5
verklebt sein kann, befinden sich zwei Durchbrechungen 33, 34, die mit den die Ausgangskanäle
bilden--den Durchbrechungen 27, 28 in der Funktionsplatte 5 fluchten. Die Durchbrechung
34 steht mit einem zur Platteneinheit 9 offenen Kanal 35 in Verbindung, der von
der Deckplatte 10 aus elastischem Material abgedeckt ist. Die Deckplatte 10 enthält
zwei Durchbrechungen 36, 37, von denen die eine Durchbrechung 36 einerseits mit
der Durchbrechung 33 in der Deckplatte 8 und andererseits mit dem einen nicht dargestellten
Steuereingang des OR/NOR-Elementes in der Platteneinheit 9 in Verbindung steht.
Die andere Durchbrechung 37 steht einerseits mit dem Kanal 35 und der Deckplatte
8 und andererseits mit dem anderen nicht dargestellten Steuereingang des OR/NOR-Elementes
in der Platteneinheit 9 in Verbindung.
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Wegen der besonderen Anordnung der Steuerkanäle des OR/NOR Elementes
gegenüber den Durchbrechungen 27, 28 in den Funktionsplatten ist in vorteilhafter
Weise in der Deckplatte 8 nur ein Kanal 35 erforderlich. Es ist klar, daß die Kanäle
19, 20, 31, 32 und 35 sich in verschiedenen Schnittebenen befinden. Die Funktionsplatten
4 und 5 können wie die Deckplatte 8 aus einem Spritzgußmaterial bestehen. Der in
Fig. 1 nicht dargestellte Anschluß zur Hauptdüse des OR/NOR-Elementes sowie die
ebenfalls nicht dargestellten Ausgänge können vorteilhafter Weise über nicht dargestellte
zusätzliche, miteinander
fluchtende Durchbrechungen in den Platten
4, 5, 7,-8 und 10 sowie in der Membran 6 mit nicht dargestellten Steckanschlüssen
in der Montageplatte in Verbindung stehen.
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Das Exklusiv-ODER-Element nach Fig. 1 und 2 arbeitet wie folgt. Erscheint
ein Signal x1 im Steuerkanal K1, so wird der Membran schalter M1 geschlossen und
der Menbranschalter M2 geöffnet. Bei dem Membranschalter M2 gelangt ein Steuerimpuls
zum einen Steuereingang des OR/NOR-Elementes, das den Arbeitsstrahl zum instabilen
Ausgang ablenkt. Verschwindet das Signal x1, so verschwindet auch wieder der Steuerimpuls
am Steuereingang des. OR/NOR-Elementes und der Arbeit;sstrahl springt zum stabilen
Ausgang zurück. Erscheint im arderen Steuerkanal K2 ein Signal x2, so wird der Membranschalter
M2 geschlossen und der Membranschalter M1 geöffnet, so daß über den Verbindungskanal
K8 ein Steuerimpuls am Steuereingang des OR/NOR-Elementes erscheint, um dessen Arbeitsstrahl
in den instabilem Ausgang abzulenken. Erscheinen in beiden Steuerkanälen K1 und
K2 gleichzeitig Signale x15 x2, so werden beide Membranschalter geschlossen, so
daß keine Steuerimpulse an das OR/NOR-Element abgegeben wird Damit bei gleichzeitigex
Anwesenheit von Signalen x1 und x2 beide gesperrt sind Membranschalter 7/,sind in
den Eingangskanälen K3, K4 Drosseln D1, D2 vorgesehen. Derartige Drosseln können
sich z.B.
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in den Durchbrüchen 21, 24 der Funktionsplatte 5 befinden und sind
hier nicht besonders dargestellt.
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Die Fig. 3 und 4 veranschaulichen ein Schieberegister-Element,von
denen mehrere zu einem mehrstufigen, als Zähler ausgebildeten Schieberegisters zusammengefaßt
werden können.
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Erfindungsgemäß ist das Schieberegister-Elenent in einem integrierten
Block in Plattenbauweise enthalten.
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Der Plattenaufbau besteht ähnlich wie bei dem Ausführungsbeispiel
für ein Exklusiv-ODER-Element aus einer Montageplatte 40 mit den erforderlichen
Steckanschlüssen für die verschiedenen Ein- und Ausgänge der Schaltung nach Fig.
4.
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Von den Steckanschlüssen sind hier lediglich drei Steckanschlüsse
41, 42 und 43 dargestellt.
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Die beiden Membranschalter M1 und M2 werden von zwei Furiktionsplatten
44, 45 gebildet, zwischen denen sich eine Membran 46 befindet. Zwischen der unteren
Funktionsplatte 44 und der Montageplatte 40 befindet sich eine Dichtplatte 47 aus
einem elastischen Material. Die obere Funk-tionsplatte 45 ist von einer Deckplatte
48 ebenfalls aus einem elastischen Material abgedeckt, die an einer Platteneinheit
49 zur Bildung eines Flip-Flop Elementes angrenzt. Die verschiedenen Platten und
die Membran sind an der Montagoplatte 40 durch nicht dargestellte Schrauben festgehalten,
die miteinander fluchtende, hier nicht darge stellten Durchbrechungen in den Platten
sowie in der Membran durchragen. Die Mcmbranschalter M1, M2 sind im wesentlichen
entsprechend den Membranschaltern
nach Fig. 1 und 2 aufgebaut.
Somit bestehen die Membran schalter jeweils aus Steuerkammern St1, St2 in Verbindung
mit Steuerkanälen K1, K2 sowie Eingangs- Ausgangskammern E1, E2 mit Eingangskanälen
K3, K4 und Ausgangskanälen K5, K6.
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Die Durchgänge von den Eingangskanälen K3, Y4 zu den Ausgangskanälen
K5, K6 lassen sich durch Druckbeaufschlagung der Membranen mit über die Steuerkanäle
K1 und K2 zugefiihrten Signalen unterbrechen. Hierbei legen sich die Membranen auf
die als Ventilsitze ausgebildeten Öffnungen der Eingangskanäle K3 und K4 innerhalb
der Eingangs- Ausgangskammern E1, E2. Gegenüber den Ventilsitzen sind die Öffnungen
der Ausgangskanäle K5 und K6 in den Eingangs- Ausgangskammern entsprechend wie bei
dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 und 3 etwas zurückgesetzt.
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Entsprechende hier nur schematisch dargestellte Plembranschalter sind
bereits in Verbindung mit reinen Fluidikelementen zum Aufbau einer Schieberegisterschaltung
vorgeschlagen worden. Die Eingangskanäle Kf, K4 sid an einen gemeinsamen Steuerkanal
K10 angeschlossen, während der eine Ausgangskanal K5 an den einen Steuereingang
des Flip-Flop-Elementes FF und der andere Ausgangskanal K6 an den gegenüberliegenden
anderen Steuereingang des Flip-Flop-Elementes angeschlossen ist. Die Steuerkanäle
K1, K2 enden in den Steckanschlüssen 42 , 43 in Fig. 3 während der Steuerkanal K10
in deni weitere ren Steckanschluß 41 endet. Das Flip-Flop-Element FF wird
aus
einer nur schematisch angedeuteten Strömungsmittelquelle Q versorgt. Die Ausgänge
des Flip-Flop-Elementes FF schließen an Ausgangskanäle K11 K12 an. Über die Leitung
K10 werden den Eingangskanälen K3 und K4 digitale, kurzzeitig andauernde Steuersignale
zugeführt.
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Angenommen der Steuerkanal K2 des Membranschalters M2 mit einem Druckmittel
einer ni.cht dargestellten Einrichtung beaufschlagt, während der Steuerkanal K1
des Membranschalters Ml drucklos sei. Weiterhin sei angenommen, das Flip-Flop-Element
FF sei zum Ausgangskanal K11 gesshaltet, so daß also von der Strömungsmittelquelle
Q ein Arbeitsstrahl zum Ausgangskanal K11 fließt, während der Ausgangskanal K12
keinen Strömungsmittelstrom führt. Tritt nun in dem Steuerkanal K10 ein Steuersignal
50 in Form eines kurzen Druckimpulses auf, so gelangt dieses Signal über den einen
Durchgang freigebenden Membranschalter M1 vom Eingangskanal K3 zum Ausgangskanal
K5 und weiter zu dem einen Steuereingang des Flip-Flop-Elementes FF.Über den gesperrten
Membranschalter M2 gelangt jedoch das Steuersignal 50 nicht zu dem anderen Steuereingang
des Flip-Flop-Elementes FF. Das Flip-Flop-Element FF schaltet daher um, so daß nunmehr
der Arbeitsstrom von der Strömungsmittel quelle Q um nal K12 strömt. Der Ausgangskanal
K11 führt somit keinen Druckmittelstrom mehr. Nachfolgend kann die Druckbeaufschlagune
der Steuerkanäle K1 und K2 der beiden Membranschalter
H1 und M2
vertauscht werden, dabei sperrt der Membranschalter Ml seinen Durchgang wahrend
der Membranschalter M2 seinen Durchgang freigibt, Folgt nun ein weiteres Steuersignal
50 in dein Steuerkanal K 10.,5O gelangt dieses Steuersignal über den Membranschalter
M2 nur zum entgegengesetzten anderen Steuereingang des Flip-Flop-Elementes FF, wodurch
der Arbeitsstrom zum Ausgangskanal K11 zurückgeschaltet wird.
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Durch ein abermaliges Vertauschen der Druckmittelbeaufschlagung der
Steuerkanäle K1 und K2 der beiden Membranschalter M1 und M2 ist ein Schaltzyklus
des Schieberegister-Elementes abgeschlossen.
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Wie schon vorgeschlagen kann ein Schieberegister-Element gmäß Fig.
4 durch Anbringung von zwei Rückkopplungsleitungen mit Verzögerungsgliedern zu einer
Zählstufe ausgestaltet werden.
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Erfindungsgemäß befinden sich die Steuerkammern St1 und St2 entsprechend
wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 in Form von zylindrischen Ausnehmungen
51, 52 in der unteren Funktionsplatte 44. Die Ausnehmungen 51 und 52 sind zur Membran
46 hin offen und steh.en mit die Steuerkanäle bildenden Durchbrechungen 53, 54 in
der Funktionsplatte 44 in Verbindung. Die Durchbrechungen 53, 54 fluchten mit Durchbrechungen
55, 56 in der Dichtungsplatte 47 und mit den Steckanschlüsöen 42 und 43 in der Montageplatte
40. Die Funktionsplatte
44 enthält eine weitere Durchbrechung 57,
die mit Durchbrechungen 58, 59 in der Membran 46 und der oberen Funktionsplatte
45 fluchten, in der sich zylindrische Ausnehmungen 60, 61 zur Bildung der Eingangs-
Ausgangskammern E1 und E2 der Membranschalter M1, M2 en-tsprechend dem Ausführungsbeispiel
nach Fig.1 befinden. Die die Eingangskanäle K3, K zu den Eingangskammern bildenden
Durchbrechungen 62, 63 stehen in der Funktionsplatte 45 mit einem zur Deckplatte
48 hin offenen Kanal 64 zum gemeinsamen Anschluß an die Durchbrechung 59 in Verbindung,
so daß der Steuerkanal K10 von den mit dem Steckanschluß fluchtenden$urchbrechungen
57, 57', 58, 59 und dem offenen Kanal 64 gebildet wird, der von der Deckplatte 48
abgedeckt ist. Die Deckplatte 48 enthält Durchbrechungen 65, 66 die einerseits mit
Öffnungen in der Platteneinheit 49 zu den Steuereingängen des Flip-Flop-Elernentes
fluchten und andererseits mit die Ausgangskanäle K4 und E5 bildenden Durchbrechungen
67 und 68 in der Funktionsplatte 45 fluchten. Die Funktionsplatten 44, 45 können
aus einem Spritzgußmaterial bestehen.Der in Fig. 3 nicht dargestellte Anschluß zu
der Strömungsmittelquelle Q des Flip-Flop-Elementes FF sowie die ebenfalls nicht
dargestellten Ausgänge K11 und K12 können vorteilhalterweise über nicht dargesüellte
zusätzliche miteinander fluchtende Durchbrechungen in den Platten 44, 45, 46, 47,
48 mit nicht dargestellten Steckanschlüssen in der Montageplattc in Verbindung stehen.
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Die li'rfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungs beispiele
beschränkt. Membranschalter bildende Funktionsplatten, die mit einer zwischenliegenden
Membran und an dem von der Membran abgewandten Seiten der Funktionsplatten mit angrenzenden
Dichtungs- bzw. Abdeckplatten einerseits zum Anschluß an eine Montageplatte und
andererseits zum Anschluß an eine Platteneinheit für mindestens ein reines Fluidikelement
versehen sind,lassen sich erfindungsgemäß für die verschiedensten Hybridschaltungen
in Blockbauweise verwenden, wobei die einzelnen Schaltungsblöcke auf den Montageplatten
zu größeren Schaltungseinheiten zusammengefaßt werden können.