DE10042011C1

DE10042011C1 - Druckschalter

Info

Publication number: DE10042011C1
Application number: DE2000142011
Authority: DE
Inventors: Roland Schempp
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-08-26
Filing date: 2000-08-26
Publication date: 2002-06-27
Anticipated expiration: 2020-08-27

Abstract

Ein Druckschalter (10), insbesondere zur Steuerung druckmittelbetätigter Anlagen, mit einer einen Druckmitteleinlaß aufweisenden Druckkammer (50), in die ein von dem Druckmittel beaufschlagter Kolben (46) ragt, und mit einem mit dem Kolben (46) druckabhängig zusammenwirkenden elektrischen Schalter (60), hat zur Verzögerung der Übertragung der mittels des Kolbens (46) auf den elektrischen Schalter (60) übertragenen Druckänderungen des Druckmittels eine Dämpfungseinrichtung. Diese kann beispielsweise ein in Bewegungsrichtung federelastisch ausgebildetes Betätigungselement (70) zur Übertragung des Bewegungsmoments des Kolbens auf den elektrischen Schalter (60) umfassen (Figur 1).

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einem Druckschalter, insbesondere zur Steuerung druckmittelbetätigter Anlagen, gemäß der im Patentanspruch 1 näher definierten Art aus.

Ein solcher Druckschalter ist aus der DE 198 18 838 A1 be kannt. Dieser Druckschalter besteht aus einem Grundkörper und einem damit verschraubten Steuerblock, in dem die Druckkammer liegt und der Kolben geführt ist. Der Kolben überträgt sein durch eine Druckänderung ausgelöstes Bewe gungsmoment über einen Schaltteller, der an dem der Druck kammer abgewandten Ende des Kolbens angeordnet ist, sowie ein Betätigungselement, das parallel zur Bewegungsrichtung des Kolbens geführt ist, auf den elektrischen Schalter. Der Schaltteller und damit auch der Kolben sind mittels einer vorgespannten Rückstellfeder belastet. Der Kraftschluß zwi schen dem Betätigungselement und dem Schaltteller erfolgt mittels einer in dem elektrischen Schalter angeordneten Fe der.

Ausgehend von einem geringen Druck in der Druckkammer, be wegt sich im Falle einer hinreichenden Druckerhöhung in der Druckkammer des Steuerblocks der Kolben gegen die Feder kraft der Rückstellfeder und bewirkt so über das mitgeführ te Betätigungselement einen Schaltvorgang in dem elektri schen Schalter. Umgekehrt erfolgt ein Schaltvorgang in dem elektrischen Schalter, wenn sich, ausgehend von einem hohen Druck in der Druckkammer, der Druck in derselben hinrei chend verringert.

Ein derartiger Schalter ist auch aus der DE 198 18 841 A1 bekannt.

Bei den vorgenannten bekannten Druckschaltern entsprechen die Betätigungsgeschwindigkeiten des elektrischen Schalters den Geschwindigkeiten der mittels des Druckmittels ausgeüb ten Druckänderungen in der Druckkammer. Die Druckänderungs geschwindigkeiten können gegebenenfalls sehr groß sein. Da mit können die Bauteile des elektrischen Schalters hohen Impulsen und mithin hohen Belastungen ausgesetzt sein, was wiederum gegebenenfalls zu Beschädigungen dieser Bauteile führen kann.

Aus der DE 27 53 346 C2 ist ferner ein Drucküberwacher be kannt, bei welchem der Druck eines in einer Leitung strö menden Fluids ab einem voreingestellten Grenzdruck auf ei nen Mikroschalter wirkt. Der Druck des Fluids wird über eine Führungsachse, die auf eine als Blattfeder ausgebildete, federnde Anordnung wirkt, auf den Mikroschalter übertragen.

Vorteile der Erfindung

Der vorgeschlagene Druckschalter mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie mit einem feder elastisch ausgebildeten, parallel zur Bewegungsrichtung des Kolbens verschiebbaren Betätigungsstößel zur Übertragung des Bewegungsmoments des Kolbens auf den elektrischen Schalter und zur Verzögerung der Übertragung der mittels des Kolbens auf den elektrischen Schalter übertragenen Druckänderungen des Druckmittels, wobei der Betätigungsstö ßel zwei die Stirnflächen desselben aufweisende Endbereiche hat, die über mindestens einen federelastischen Steg mit einander verbunden sind, hat den Vorteil, daß auch schnelle Druckänderungen nicht zu gegebenenfalls schädigenden Stößen innerhalb des elektrischen Schalters führen können, da der mittels des Druckmittels auf das System ausgeübte Impuls von dem als Dämpfungseinrichtung dienenden Betätigungsstö ßel teilweise absorbiert wird, bevor er auf Bauteile des elektrischen Schalters wirken kann.

Die Schaltgeschwindigkeit des elektrischen Schalters ent spricht also nicht mehr der Geschwindigkeit der Änderung des Drucks des Druckmittels, wie nach dem Stand der Tech nik. Dies hat zur Folge, daß der Verschleiß des Druckschal ters nach der Erfindung deutlich geringer ist als derjenige der Druckschalter nach dem Stand der Technik.

Bei dem Druckschalter nach der Erfindung kann sich der Kol ben bei schnellen Druckänderungen des Druckmittels zwar mit einer hohen Geschwindigkeit bewegen, jedoch wird durch die federelastische Ausbildung des Betätigungsstößels der auf den Betätigungsstößel wirkende Impuls gedämpft, so daß der in den elektrischen Schalter eingeleitete Impuls geringer ist als derjenige, der mittels des Kolbens in den Betäti gungsstößel eingeleitet wird, was zwangsläufig zu einer Schonung des elektrischen Schalters führt.

Der als Betätigungselement dienende Betätigungsstößel ist in Bewegungsrichtung komprimierbar. Bei einer Ausführungs form des Druckschalters nach der Erfindung kann im wesent lichen auf den Aufbau der oben beschriebenen, aus der DE 198 18 838 A1 oder der DE 198 18 841 A1 bekannten Druck schalter zurückgegriffen werden. Es muß jedoch der bei die sen Druckschaltern starr ausgebildete Betätigungsstößel durch einen federelastisch ausgebildeten Stößel ersetzt werden. Somit ist der Druckschalter nach der Erfindung durch konstruktiv geringfügige Modifikationen der bekannten Druckschalter herstellbar.

Die Endbereiche des Betätigungsstößels, über welche die Kraftübertragung zwischen dem Kolben und dem Schaltwerk des elektrischen Schalter erfolgt, können starr ausgebildet sein.

Der Steg des Betätigungsstößels kann zur Führung des Stö ßels dienen, und die Endbereiche können Anschläge zur Be grenzung der Bewegungsfreiheit des Stößels bilden. Die Endbereiche sind beispielsweise balkenförmig ausgebildet, kön nen aber auch jede andere zweckmäßige Form haben.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform des Druckschalters nach der Erfindung ist der Steg des Betätigungsstößels bo genförmig ausgebildet. Aus Stabilitätsgründen ist es zweck mäßig, daß die Endbereiche über zwei bogenförmige Stege miteinander verbunden sind. So wird insbesondere auch eine hinreichend hohe Verwindungssteifigkeit des Stößels gewähr leistet.

Der Steg kann aber beispielsweise auch wellenförmig ausge bildet sein, selbstverständlich unter der Voraussetzung, daß der Stößel auch bei dieser Formgebung seine federela stische Eigenschaften beibehält.

Nach einer alternativen Ausführungsform des Druckschalters nach der Erfindung sind die Endbereiche des Betätigungsstö ßels als Biegebalken ausgebildet. Die beiden Biegebalken sind dann über eine starre oder auch federelastisch ausge bildete Brücke miteinander verbunden. Die Biegebalken selbst können an einem oder an beiden Enden mit dieser Brücke verbunden sein. Im Fall einer starren Verbindungs brücke sollte aber stets gewährleistet sein, daß die mit tels des Stößels zu übertragenden Kräfte nicht in demjeni gen Bereich des Biegebalkens angreifen, der mit der Verbin dungsbrücke verbunden ist.

Zweckmäßig hat der als Betätigungselement dienende Betäti gungsstößel eine Kompressionsbegrenzung, so daß das Betätigungselement ab einer bestimmten Kompression als starres Betätigungselement wirkt.

Zusätzlich kann es vorgesehen sein, daß der Druckschalter eine im Druckmitteleinlaß der Druckkammer liegende Drosse leinrichtung umfaßt. Dies gewährleistet, daß sich der Druck in der Druckkammer langsamer aufbaut als ohne Drosselung, was wiederum dazu führt, daß die Bewegungsgeschwindigkeit des sich bei einem Druckaufbau oder Druckabbau bewegenden Kolbens geringer ist als ohne Drosseleinrichtung, so daß auch das auf den elektrischen Schalter wirkende Bewegungs moment gedämpft wird.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen des Ge genstandes der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele des Druckschalters nach der Er findung sind in der Zeichnung schematisch vereinfacht dar gestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen vereinfachten Längsschnitt durch einen er findungsgemäßen Druckschalter mit einem elektrischen Schal ter;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die dem Druckschalter zuge wandte Seite des elektrischen Schalters nach Fig. 1, wobei letzterer hier in Alleinstellung gezeigt ist;

Fig. 3 den Aufbau des Betätigungsstößels des Druckschal ters nach Fig. 1, wobei die Teilfigur a) eine Stirnansicht und die Teilfigur b) eine Seitenansicht zeigt; und

Fig. 4 einen alternativen Aufbau eines Betätigungsstö ßels, wobei in der Teilfigur a) eine Seitenansicht und in der Teilfigur b) eine Stirnansicht gezeigt ist.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist ein Druckschalter 10 dargestellt, der im we sentlichen aus einem Grundkörper 14 und einem mit diesem verbundenen, hier im wesentlichen quaderförmigen Steuer block 16 besteht. Der Grundkörper 14 ist als zylindrisches Hohlprofil ausgebildet und hat an seinem dem Steuerblock 16 entgegengesetzten Ende ein Innengewinde 18, in das ein Verschlußstopfen 20 eingeschraubt ist. Zur Montage und Ein stellung des Verschlußstopfens 20 hat dieser an seiner an der Druckschalteraußenseite liegenden Stirnfläche einen In nensechskant 24.

Auf seiner im Druckschalterinneren liegenden Stirnfläche weist der Verschlußstopfen 20 eine zentrisch angeordnete, sacklochartige Ausnehmung 32 auf, an deren Boden eine Zen trierscheibe 34 für eine Druckfeder 36 liegt. Diese sich mit einem Ende an der Zentrierscheibe 34 abstützende Druck feder 36 stützt sich mit ihrem entgegengesetzten Ende an einem Schaltteller 38 ab.

Der Schaltteller 38 ist axial beweglich in einer Kammer 42 geführt, die in einem Übergangsbereich zwischen dem Grund körper 14 und dem Steuerblock 16 liegt. Der Schaltteller 38 sitzt auf einem Kolben 46, der in einer Hülse 48 beweglich geführt ist, welche wiederum in eine zentrisch und axial angeordnete Ausnehmung des Steuerblocks 16 eingeschraubt ist. Der Kolben 46 ragt mit seinem freien Ende über das En de der Hülse 48 hinaus und endet dort in einer Druckkammer 50. Die Druckkammer 50 ist über einen Einlaß 52 mit einer mit einem Dichtring 56 versehenen Anschlußstelle 54 für ei ne hier nicht dargestellte Leitung für ein Druckmittel ver bunden.

Der Steuerblock 16 hat an einer Seitenfläche eine Ausneh mung 58, in welche ein elektrischer Schalter 60 formschlüs sig eingesetzt ist. Dieser Schalter 60 besteht aus einem in die Ausnehmung 58 ragenden Bund 64 und einem einstückig mit dem Bund 64 verbundenen, außerhalb des Steuerblocks liegenden Befestigungssockel 66. An dem Befestigungssockel 66 sind Kontaktzungen 68 angebracht, die mit einem in Fig. 2 näher dargestellten Schaltwerk 62 des Schalters 60 elek trisch verbunden sind und mit hier nicht näher dargestell ten Leitungen beispielsweise einer elektrischen Steuerung verbindbar sind.

Die Betätigung des elektrischen Schalters 60 erfolgt mit tels eines im Bereich des Bundes 64 des Schalters 60 ange ordneten, im Druckschalter 10 axial geführten und an dem Schaltteller 38 anliegenden Betätigungselements 70, welches hier als ein Betätigungsstößel ausgebildet ist.

Wenn die Druckkammer 50 mit einem Druckmittel beaufschlagt wird, wird dem Kolben 46 dadurch eine erste Axialkraft in Richtung des Grundkörpers 14 erteilt, wobei der ersten Axialkraft eine von der Vorspannung der Rückstellfeder 36 abhängige zweite Axialkraft entgegenwirkt. Übersteigt der Druck des Druckmittels eine von der Vorspannung der Rück stellfeder 36 abhängige Druckschwelle, so verschiebt sich der Kalben 46 und der mit diesem verbundene Schaltteller 38 in Richtung des Grundkörpers 14, bis sich die erste und die zweite Axialkraft wieder im Gleichgewicht befinden bzw. bis der Schaltteller 38 seine Endstellung erreicht hat.

Der Betätigungsstößel 70 des Schalters 60 folgt dabei der Bewegung des Schalttellers 38. Er erzeugt dadurch gegebe nenfalls einen Schaltvorgang in dem Schaltwerk 62. Dieser Schaltvorgang bewirkt beispielsweise eine Änderung der Spannungsverhältnisse an den Kontaktzungen 68 des Schalters 60 und kann so von einer elektrischen Steuerung ausgewertet werden.

Der Betätigungsstößel 70 des elektrischen Schalters 60 ist in Fig. 2 und insbesondere in Fig. 3 bzw. deren Teilfigu ren 3a) und 3b) näher dargestellt. Wie diesen Figuren zu entnehmen ist, weist der Betätigungsstößel 70 zwei balken förmige Endbereiche 70.1 und 70.2 auf, welche ihrerseits die Stirnflächen 70.4 und 70.5 des Betätigungsstößels 70 aufweisen. Untereinander sind die balkenartigen Endbereiche 70.1 und 70.2 über zwei bogenförmig ausgebildete, einen Mittelbereich 71 des Betätigungsstößels bildende Stege 70.3 verbunden. Der Betätigungsstößel 70 bzw. im vorliegenden Fall insbesondere dessen bogenförmige Stege 70.3 sind aus einem federelastischen Material, hier aus einem geeigneten Kunststoff, gefertigt, wobei der Betätigungsstößel 70 vor zugsweise ein Spritzgießteil ist.

Dies bewirkt, daß der Betätigungsstößel 70 bei einer auf dessen Stirnflächen 70.4 und 70.5 einwirkenden, im wesent lichen rechtwinklig zu den Endbereichen 70.1 und 70.2 ge richteten Kraft zunächst in Richtung dieser Krafteinwirkung komprimiert wird und sich dann aufgrund seiner Federkraft wieder entspannt. Dies bewirkt wiederum, daß mit hoher Ge schwindigkeit auf eine Stirnfläche 70.4 oder 70.5 des Betä tigungsstößels 70 einwirkende Kräfte verlangsamt und mithin verzögert und gedämpft auf die auf der Gegenseite angeord neten Stirnfläche 70.4 bzw. 70.5 des Stößels 70 übertragen werden.

Die Kompression des Betätigungsstößels 70 ist durch recht winklig zu den balkenförmigen Endbereichen 70.1 und 70.2 verlaufende und an diese angeformte Kompressionsbegrenzun gen 70.6 begrenzt, welche ebenfalls zu dem im wesentlichen einen rechteckigen Querschnitt aufweisenden Mittelbereich 71 des Stößels 70 gehören.

Des weiteren ist zur Verzögerung der Übertragung der mit tels des Kolbens 46 auf den elektrischen Schalter 60 über tragenen Druckänderung des Druckmittels im Einlaß 52 der Druckkammer 50 eine in Fig. 1 ersichtliche Drosseleinrich tung 110 angeordnet. Diese Drosseleinrichtung 110 hat im wesentlichen die gleiche Funktion wie der federelastisch ausgebildete Betätigungsstößel 70 und dient mithin als zu sätzliches Dämpfungselement. Der Druckaufbau und -abbau in der Druckkammer 50 wird durch die Drosseleinrichtung 110 verlangsamt, was den Druckschalter 10 insgesamt geringeren Belastungen aussetzt.

Der elektrische Schalter 60 und der mittels diesem durchge führte Schaltvorgang wird im folgenden anhand Fig. 2 näher erläutert.

Wie oben ausgeführt, weist der elektrische Schalter 60 ei nen Befestigungssockel 66 und einen Bund 64 auf. Der Befe stigungssockel 66 hat durchgehende Bohrungen 74 zur Befe stigung des elektrischen Schalters 60 an dem Steuerblock 16. Der Bund 64 ist im vorliegenden Fall kreisförmig mit einer Abflachung 76 ausgebildet, so daß der Schalter 60 drehsicher in dem Steuerblock 16 befestigt werden kann. An seiner Unterseite ist der Bund 76 mittels eines nicht näher dargestellten Deckels verschlossen. Das Schaltwerk 62 des elektrischen Schalters 60 liegt in einem Raum 72 des letz teren.

Im Bereich der Abflachung 76 hat der Bund 64 einen Quer schlitz 80 mit einem rechteckigen Querschnitt, in dem der Betätigungsstößel 70 verschiebbar gelagert ist. In dem Querschlitz 80 liegt der bezüglich Fig. 3 bereits näher beschriebene, ebenfalls einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt ausweisende Mittelbereich 71 des Betätigungs stößels 70. Das Bewegungsspiel des Betätigungsstößels 70 ist mittels der balkenförmigen Endbereiche 70.1 und 70.2 begrenzt. Außerhalb des Bundes 64 liegt der Endbereich 70.1, an welchem der Schaltteller 38 anliegt. Der innerhalb des Bundes 64 liegende Endbereich 70.2 liegt an einer Wippe 84 des Schaltwerkes 62 an, die einseitig schwenkbar an ei nem Lagerblock 86 gelagert ist. Die Wippe 84 ist mit einem Mittelkontakt 92 verbunden, der aus einem elektrisch leit fähigen Material mit Federeigenschaften besteht und zwi schen einem ersten Endkontakt 98 und einem zweiten Endkon takt 100 schwenkbar ist. In dem in Fig. 2 dargestellten Zustand ist die Wippe 84 mittels einer Zugfeder 96 in Rich tung des Betätigungsstößels 70 vorgespannt, so daß bei un belasteter Wippe 84 der Mittelkontakt 92 mit seinem in der Zeichnung links liegenden Ende an dem ersten Endkontakt 98 anliegt. Der erste Endkontakt 98, der Mittelkontakt 92 so wie der zweite Endkontakt 100 sind mit den in der Fig. 1 ersichtlichen Kontaktzungen 68 verbunden.

Ein Schaltvorgang des Schaltwerks 62 erfolgt folgenderma ßen: In der in Fig. 2 dargestellten Stellung wirkt auf die Wippe 84 keine mittels des Betätigungsstößels 70 ausgeübte Kraft. Wirkt nun eine mittels des Schalttellers 38 ausgeüb te Druckkraft auf den Betätigungsstößel 70, wird die Wippe 84 in Richtung des Lagerblocks 86 auslenkt. Die Druckkraft wird aufgrund der federelastischen Eigenschaften des Betä tigungsstößels 70 gedämpft auf die Wippe 84 übertragen. Während des Schaltvorgangs nähert sich ein Punkt P, in wel chem die Kraft der Zugfeder 96 eingeleitet wird, einer Wir kungslinie W der Zugfeder 96 an. Sobald der Punkt P die Wirkungslinie W überschreitet, führt der Mittelkontakt 92 eine Schnappbewegung aus, aufgrund welcher der Mittelkon takt 92 zum bislang nicht kontaktierten Kontakt 100 um schaltet.

Vor bzw. nach dem Umschalten des Mittelkontakts 92 kann zu sätzlich zur Schaltbewegung eine parallel zur Kontaktfläche verlaufende Relativbewegung stattfinden. Diese Relativbewe gung bewirkt eine Reinigung der Kontaktflächen, so daß sich keine die Funktion des Schaltwerks störenden isolierenden Schichten ausbilden können.

In Fig. 4 bzw. deren Teilfiguren 4a) und 4b) ist eine al ternative Ausführungsform eines Betätigungselements bzw. Betätigungsstößels 70' dargestellt, das ebenfalls ein Kunststoffspritzteil ist. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind hier funktionsgleiche Bauteile mit den gleichen Be zugszeichen wie in den Fig. 1 bis 3, jedoch ergänzt durch ein Apostroph, bezeichnet.

Der Betätigungsstößel 70 nach Fig. 4 weist ebenfalls zwei balkenförmig ausgebildete Endbereiche 70.1' und 70.2' auf.

Diese sind über eine im Querschnitt rechteckige Brücke 70.3' (vergleiche Fig. 4a) miteinander verbunden und an letzterer jeweils mit einem Ende angeformt. Aufgrund der Aufhängung der Endbereiche 70.1' und 70.2' sind diese als Biegebalken ausgebildet. Damit sind die Endbereiche 70.1' und 70.2' nachgiebig und federelastisch ausgebildet, wo durch wiederum der Betätigungsstößel 70' federelastisch ausgebildet ist. Die Brücke 70.3' bildet den Anschlag für die Biegebalken 70.1' und 70.2' und wirkt mithin als Kom pressionsbegrenzung für den Betätigungsstößel 70.

Claims

1. Druckschalter, insbesondere zur Steuerung druckmittel betätigter Anlagen, mit einer einen Druckmitteleinlaß (52) aufweisenden Druckkammer (50), in die ein von dem Druckmittel beaufschlagter Kolben (46) ragt, und mit einem mit dem Kolben (46) druckabhängig zusammenwirken den elektrischen Schalter (60), gekennzeichnet durch einen federelastisch ausgebildeten, parallel zur Bewe gungsrichtung des Kolbens (46) verschiebbaren Betäti gungsstößel (70; 70') zur Übertragung des Bewegungsmo ments des Kolbens (46) auf den elektrischen Schalter (60) und zur Verzögerung der Übertragung der mittels des Kolbens (46) auf den elektrischen Schalter (60) übertragenen Druckänderungen des Druckmittels, wobei der Betätigungsstößel (70; 70') zwei die Stirn flächen desselben aufweisende Endbereiche (70.1, 70.2; 70.1', 70.2') hat, die über mindestens einen federela stischen Steg (70.3; 70.3') miteinander verbunden sind.

2. Druckschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Stirnfläche des Betätigungsstößels (70, 70') ein an dem Kolben (46) angeordneter Schaltteller (38) angreift.

3. Druckschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der Steg (70.3) bogenförmig ausgebildet ist.

4. Druckschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Endbereiche (70.1, 70.2; 70.1', 70.2') des Betätigungsstößels (70; 70') balkenförmig, insbesondere als Biegebalken, ausgebildet sind.

5. Druckschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungsstößel (70) eine Kompressionsbegrenzung (70.6) aufweist.

6. Druckschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungsstößel (70; 70') aus Kunststoff gefertigt ist.

7. Druckschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekenn zeichnet durch eine in dem Druckmitteleinlaß (52) der Druckkammer (50) liegende Drosseleinrichtung (110).