DE102016009566A1

DE102016009566A1 - Differenzdruckschalter M2016

Info

Publication number: DE102016009566A1
Application number: DE102016009566.0A
Authority: DE
Inventors: Detlef Schulz; Alexander Rentschler; Siegfried Hettich; Mario Komann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-08-05
Filing date: 2016-08-05
Publication date: 2018-02-08

Abstract

Der Differenzdruckschalter M2016 ist durch eine sehr einfache Montage gekennzeichnet und deshalb sehr preisgünstig herstellbar. Dies wird durch die Verwendung von gekreuzten Kontaktfedern in Verbindung mit wenigen Normteilen, welche in drei Kunststoffteile durch einlegen montiert werden, erreicht. Es sind Schaltdrücke von wenigen 10 hPa bis über 600 hPa realisierbar. Die Abbildung zeigt ein Ausführungsbeispiel.

Description

Kurzbeschreibung:
Bei dieser Erfindung geht es um einen wesentlich vereinfachten Aufbau eines Differenzdruckschalters mittels zwei gekreuzter Kontaktfedern, welche von einer Membran als Schalter betätigt werden, deren Position im Kräftegleichgewicht zwischen der Differenzdruckkraft und einer einstellbaren Federkraft bestimmt wird. Die Montage dieses Differenzdruckschalters erfolgt durch einfaches Einlegen der inneren Bauteile und durch Aufrasten der Deckel werden alle Bauteile in ihrer Position gesichert.
Stand der Technik:
Es sollen hier nur Druckschalter betrachtet werden, die mit nicht korrosiven Gasen und Flüssigkeiten im Druckbereich von etwa plus minus 200 kPa arbeiten. In der Literatur sind vielfältige Beschreibungen zu finden, in denen Druckschalter beschrieben werden, welche durch Anlegen eines Drucks, meist eines Differenzdrucks, wobei oft der zweite ”Druckanschluss” den Atmosphärendruck erhält, ein mechanischer Schaltkontakt betätigt wird. Es gibt Ausführungen, bei denen ein ”Schnapp-Schaltwerk” zur Anwendung kommt, welches durch eine Membran betätigt wird. In anderen Ausführungen werden die Kontakte einfach durch die Bewegung der Membran in Kontakt gebracht. Je nach Arbeits- oder Schaltdruck sind die Sensoren unterschiedlich gebaut. So kommen für kleine Drücke, welche zum Beispiel zur Überwachung des Füllstandes bei Waschmaschinen eingesetzt werden, Membranen mit bis zu etwa 6 cm Durchmesser zum Einsatz und die Sensoren sind im allgemeinen eigenständige Geräte zum Einbau. Es gibt auch Ganzmetallausführungen mit angebauten Mikroschaltern. Vereinzelt sind die Druckanschlüsse als Schraubanschlüsse ausgeführt. Die Druckkraft wird meist mit einer einstellbaren Feder justiert, welche direkt auf die Membran wirkt. Mit der Verwendung eines Schnapp-Schaltwerks hat man den Vorteil, daß eine hohe Schaltleistung und -spannung zur Verfügung steht, jedoch den erheblichen Nachteil, daß eine Schalthysterese von vielen 10% des Schaltdrucks vorhanden ist. Bei der proportionalen Kontaktbetätigung sind nur Signalspannungen schaltbar, dafür aber praktisch ohne Hysterese. Da heutzutage die Steuerung der allermeisten Geräte durch Elektronik erfolgt, stellt das keinen Nachteil mehr dar. Die so am Markt verfügbaren Druckschalter bestehen aus vielen Teilen und sind teilweise sehr groß, im Aufbau und der Montage komplex und somit auch teuer.
Die Aufgabe:
Vor diesem Hintergrund bestand nun die Aufgabe, einen Druckschalter zu entwickeln, welcher einfach auf einer elektronischen Steuerung als Bauteil bestückt und auf der anderen Seite aus möglichst wenigen und einfachen Bauteilen zusammengesetzt werden kann. Darüber hinaus sollen die technischen Eigenschaften mindestens gleichwertig zu den vorhandenen Lösungen sein und das bei deutlich geringeren Kosten. Als Anwendungsgebiete sind Füllstandsmessungen bei Wasch- und Spülmaschinen sowie Kaffee- und Teeautomaten zu nennen, wie auch Filterüberwachungen in Staubsaugern und Lüftungsanlagen um die wichtigsten zu nennen.
Der am nächsten kommende Stand der Technik:
In der Patentschrift DE7708646 ist ein Druckschalter mit eingebauter Leuchtanzeige beschrieben. Bei dieser Lösung wird über eine Feder und eine Kontaktbrücke eine Membran gespannt. Die Position der Kontaktbrücke wird durch den Differenzdruck, die Feder und die Dehnbarkeit der Membran bestimmt. Über einen zentrisch angeordneten zweiten Kontakt, wird der Schaltpunkt eingestellt. Diese Lösung ist mit etwa 2 cm Durchmesser im Handel erhältlich und wird mit Litzen elektrisch versorgt. Diese Lösung ist zwar einfach, hat jedoch zwei gravierende Nachteile. Der Erste ist durch den einstellbaren Kontakt, welcher als Schraube ausgeführt ist, verursacht. Nach dem Einstellen muß die Schraube mit einem leitfähigen Lack gesichert werden, da sonst nach kurzer Zeit die Schraube über das Gewinde nicht mehr leitend verbunden ist. Der zweite viel bedeutendere Nachteil ist, daß die Dehnung der Membran direkt in den Schaltpunkt eingeht. Diese Dehnung ist nur schlecht kontrollierbar, da sie sowohl in der Fertigung erheblich streut als auch einen großen Temperaturgang hat und der Alterung unterliegt. Ein weiterer Nachteil ist, daß dieser Differenzdruckschalter über Litzen elektrisch versorgt werden muß und somit ein separat einzubauendes Bauteil darstellt. Dieser Nachteil wird in DE3340436 überwunden. Diese Ausführung muss auf einer elektronischen Steuerung direkt eingelötet werden. In einer aktuellen Bauausführung dieses Unterdruckschalters, wie er derzeit von mehreren Herstellern angeboten wird, werden auch die zuvor genannten Nachteile, Dehnung der Membran und Isolation der Schraube weitgehend überwunden. Jedoch hat sich dabei die Anzahl der Teile vergrößert und auch die Montage aufwendiger gemacht. Zusätzlich ist ein weiteres Problem hinzugekommen. Wurde der Druckschalter nach dem Einbau in die Leiterplatte mechanisch belastet, zum Beispiel beim Aufschieben des Schlauches, konnte sich der Schaltpunkt verändern, weil sich die eingepressten Kontakte bewegt haben.
Die Lösung:
Der Schaltkontakt besteht nun aus 2 identischen, gekreuzten und geeignet oberflächenbehandelten Federdrähten. Diese beiden Kontaktfedern werden in vorgeformten Nuten auf die Membran bzw Gehäusedeckel aufgelegt. Die Membran besteht aus einem steifen Mittelteil, einer Sicke und einem verstärkten Rand zur Abdichtung, der über ein Filmscharnier mit dem Verschluß für die Fixierung und Abdichtung der Kontaktfedern verbunden ist. Zur Aufnahme von Zug- und Druckkräften der eingelöteten Kontaktfedern sorgt eine geeignete Formgebung des eingeklemmten Teils der Kontaktfedern. Auf die Membran wird beidseitig ein Deckel aufgerastet. Diese Deckel tragen die Druckanschlüsse sowie eine einfache Balkenfeder mit Stellschraube zur Einstellung des Schaltpunktes. Zusätzlich können weitere Federn auf beiden Membranseiten eingesetzt werden, um einen „Kraftoffset” und damit andere Schaltpunkte zu ermöglichen. Die Konstruktion ist so ausgeführt, daß die Membran in ihrer Neutralform gerade den Kontakt zwischen den beiden Kontaktfedern ermöglicht. über den Verschluss und den verstärkten Rand der Membran werden die Kontaktfedern so vorgespannt, daß sie sich sicher nicht berühren. Das wird erreicht, indem die Kontaktfeder die Membran etwas aus ihrer Neutralposition herausdrückt. Weiterhin sorgen die beiden Deckel für eine Hubbegrenzung der Membran in beiden Richtungen bei hohen Druckbeaufschlagungen. Das flexible Material der Membran sorgt nicht nur für die Abdichtung der beiden Kammern, sondern auch für die Abdichtung an den Deckeln.
Detailierte Beschreibung einer Ausführungsform des Differenzdruckschalters:
In der Abbildung 1 im Anhang ist der Blick auf den geöffneten Differenzdruckschalter dargestellt und ein Schnitt durch Membran und kontaktseitig aufgerasteten Deckel. Die Bezeichnungsnummer 1 zeigt die „bewegliche” Kontaktfeder. Es ist auch der Anschlußbereich (im Bereich der Kennzeichnungsnummer) der Kontaktfeder dargestellt. Diese Kontaktfeder drückt leicht auf die Membran, so daß das federnde Ende plan auf dem steifen Mittelteil 7 der Membran aufliegt. Die Nummer 2 zeigt die zweite „feste” Kontaktfeder. Diese Kontaktfeder wird durch die Rampe 8 etwas angehoben, so daß sie im geschlossenen Differenzdruckschalter gegen die mit 9 gekennzeichneten, gestrichelt angedeuteten Niederhalter gedrückt ist. Diese Niederhalter befinden sich im Deckel 16 und dienen zusätzlich zur Hubbegrenzung der Membran. Der Bezeichner 4 deutet auf den Kontaktpunkt hin, der die Schaltfunktion ermöglicht. Mindestens in diesem Bereich sind die Kontaktfedern so oberflächenbehandelt, daß eine sichere Kontaktgabe gewährleistet ist. Im Anschlußbereich sind sie lötbar oder durch Crimpung kontaktierbar. Der steife Mittelteil 7 der Membran kann sich durch die Sicke 6 mit geringer Kraft bewegen und so die Schaltfunktion ausführen. Nach dem Einlegen der beiden Kontaktfedern 1 und 2 in die Aufnahmenuten der Membran, sichtbar im Verschluß 10, wird der Verschluß 10 über das Filmscharnier 11 eingeklappt. Damit werden die Kontaktfedern abgedichtet und gesichert. Auf den vorbereiteten Sitz 5 im steifen Mittelteil 7 der Membran kann noch eine zylinderförmige Spiralfeder (nicht dargestellt) eingesetzt werden, um höhere Schaltdrücke zu erreichen. Vor dem Aufrasten des Deckels 16 wird noch die Balkenfeder 12 und die Stellschraube 13 eingesetzt. Die Rastung wird durch die Rasthaken 15 am steifen Membranrand 3 erreicht. Wobei die Rasthaken so angeordnet sind, daß derselbe Deckel 16 auch auf der anderen Seite der Membran aufgerastet werden kann und darüber hinaus in verschiedenen Positionen montierbar ist. In der Schnittansicht ist der Rasthaken gut sichtbar dargestellt. Über die Stutzen 14 können die Drücke zugeführt werden. In der Abbildung 1 ist noch beispielhaft die Position der Leiterplatte (Zeichen: LP) dargestellt. Die rastende Montage des Differenz- druckschalters auf beispielsweise der Leiterplatte ist nicht gezeichnet.
Anhang:

• Patentansprüche.
• Darstellung einer Ausführungsform mit Zeichnung und Schnitt zur Erläuterung des Differenzdruckschalters und seines Aufbaus.
• Zusammenfassung.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 7708646 [0004]
DE 3340436 [0004]

Claims

Differenzdruckschalter dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktgabe durch gekreuzte Kontaktfedern mit geeigneter Oberflächenbehandlung gebildet sind, welche durch die Membran in ihrer Neutralposition gerade in Kontakt kommen und durch den Membranrand durch einfaches Einlegen in vorgeformten Nuten abgedichtet montiert und mit einer Vorspannung durch den Verschluß und verstärkten Membranrand einen geöffneten Kontakt darstellen. Durch den Kontaktdraht und die Geometrie der Kontaktanordnung ist ein Punktkontakt gegeben, welcher nur sehr geringe Betätigungskräfte benötigt und sich durch die normale Bewegung der Membran selbst von Ablagerungen befreit und seine Funktionsfähigkeit langfristig aufrechterhält. Weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmung der Kontaktfedern Zug- und Druckkräfte der eingelöteten oder kontaktierten Federenden so aufnehmen, daß keine Auswirkungen auf den Schaltpunkt auftreten. Die Klemmkraft wird durch die beiden Deckel und deren Verrastung erreicht, wodurch sich zwei Kammern bilden, die durch die Membran getrennt sind und über Anschlußstutzen in den Deckeln den Differenzdruck zugeleitet bekommen.
Differenzdruckschalter nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel auf der Kontaktseite ein Auflager für den festen Federkontakt in Verbindung mit einer Hubbegrenzung der Membran ausbildet.
Differenzdruckschalter nach den Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß der kontaktseitige Deckel eine Balkenfeder mit Einstellschraube trägt, so daß die Balkenfeder die Kraft von der Membran aufnimmt, welche sich durch den Differenzdruck und die Membranfläche ergibt. Zur kräftemäßigen Unterstützung kann eine weitere Feder, vorzugsweise eine zylindrische Spiralfeder, eingesetzt werden, um höhere Druckschaltpunkte zu erreichen.
Differenzdruckschalter nach den Ansprüchen 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß der dem Kontakt gegenüberliegende Deckel eine weitere Feder, vorzugsweise eine zylindrische Spiralfeder aufnehmen kann, um einen Öffnerkontakt zu ermöglichen.
Differenzdruckschalter nach den Ansprüchen 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellschraube innerhalb des Anschlußstutzen platziert sein kann oder auch einen eigenen Schraubdom erhalten kann.
Differenzdruckschalter nach den Ansprüchen 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußstutzen in beliebiger Orientierung ausgerichtet und an unterschiedlichen Positionen angeordnet sein können, ohne die Funktion des Schalters zu beeinflussen.
Differenzdruckschalter nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß beide oder auch nur ein Deckel und oder die Membran mit dem Verschlußstück eine Montagezentrierung und Abstützung auf der Leiterplatte oder einer anderen Montageaufnahme realisieren zur einfacheren Montage und Befestigung des Differenzdruckschalters und Aufnahme von außeren Kräften.
Differenzdruckschalter nach den Ansprüchen 1 und 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Balkenfeder durch unterschiedliche Drahtstärke, Material und Formgebung für einen großen Differenzdruckbereich anpassbar ist.
Differenzdruckschalter nach den Ansprüchen 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß in den beiden Deckeln Taschen vorhanden sind, welche eine Zugentlastung und einen Knickschutz für Litzen gewährleisten, die durch Anspleisen an den Kontaktfedern verbunden sind.
Verfahren zur Montage des Differenzdruckschalters nach den Ansprüchen 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfedern in die Membran eingelegt werden, der Verschluß über das Filmscharnier eingeklappt und durch Aufrasten der beiden Deckel, in denen die Balken- und bei Bedarf die Spiralfedern bereits eingesetzt sind, der Differenzdruckschalter verschlossen wird.