DE1490817B1 - Druckschalter - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Druckschalter mit net. Die Betätigungsvorrichtung 10 weist obere und einer druckmittelbetätigten Betätigungsvorrichtung, untere Gehäuseteile 12 und 14 auf, die aus einem die eine erste unter dem Druck des Druckmittels Material entsprechender Festigkeit und Korrosionsstehende Kammer und eine zweite unter Atmospha- beständigkeit, beispielsweise rostfreiem Stahl, hergerendruck stehende Kammer hat, die beide durch eine 5 stellt sind. Die Gehäuseteile 12 und 14 sind an bemonostabile Schnappmembran druckdicht getrennt nachbarten Stirnseiten mit Umfangsflanschen 22 und sind, die durch eine Feder vorgespannt ist, und mit 24 versehen. Zwischen den Umfangsflanschen 22 und einer Schaltvorrichtung, die von der Schnappmem- 24 ist eine undurchlässige Schnappmenbran 20, vorbran über einen Betätigungsstift betätigbar ist. zugsweise aus einem dünnen, korrosionswiderstands-

Druckschalter mit einem Gehäuse, das durch eine io fähigen und kräftigen Material, wie beispielsweise monostabile Schnappmembran in zwei Kammern rostfreiem Stahl, in Form einer Scheibe von im geteilt ist, sind bereits in mehreren Ausführungs- wesentlichen gleichmäßiger Stärke angeordnet. Die formen bekannt. Die erste Kammer kann an ein in F i g. 1 zusammengebauten Gehäuseteile 12 und Druckmedium angeschlossen werden, und in der 14 ergeben Kammern 16 und 18, die durch die zweiten Kammer befindet sich eine elektrische Schalt- 15 Schnappmembran 20 getrennt sind. Die Umfangsvorrichtung, die beim Umschnappen der Schnapp- flansche 22 und 24 sind fest und starr mit dem Ummembran aus der stabilen Ruhelage in die instabile fangsrand 26 der Schnappmembran 20, beispielsweise Betätigungslage betätigt wird. Die Schaltvorrichtung durch Heliumbogenschweißung, wie bei 28 angehat einen den beweglichen Kontakt tragenden Feder- deutet, verbunden, so daß die Kammer 16 von der arm, auf den eine Belastungsfeder in Kontakt- 20 Kammer 18 getrennt und gegen diese abgedichtet Öffnungsrichtung wirkt. Zur Betätigung der elektri- ist. Obgleich in der bevorzugten Ausführungsform sehen Schaltvorrichtung muß also die Federkraft der die Gehäuseteile 12 und 14 mit dem Umfangsrand Schnappmembran und der Belastungsfeder überwun- der Schnappmembran 20 verschweißt sind, sei doch den werden. Infolge der hierdurch verhältnismäßig darauf hingewiesen, daß auch andere Mittel verwengroßen Gegenkraft sind zur Betätigung des Schalters 25 det werden können, um die Schnappmembran zwientsprechend hohe Druckkräfte des Druckmediums sehen den Gehäuseteilen 12 und 14 abgedichtet festerforderlich. Außerdem ist die Schaltgeschwindigkeit zuklemmen.
nicht sehr hoch (USA.-Patentschrift 2445756). Die Gehäuseteile 12 und 14 haben vorzugsweise

Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, daß ferner eine zylindrische Form, und die Schnappmembran

ein elektrischer Membranschalter bekannt ist, bei 30 20 ist entsprechend kreisförmig ausgebildet. Es sei

dem zum Schließen der Kontakte lediglich eine jedoch darauf hingewiesen, daß die Gehäuseteile 12

zurückfedernde Membran vorgesehen ist, auf deren und 14 und auch die Schnappmembran 20 andere

den Kontakten entgegengesetzten Seite ein Druck- geeignete Querschnittsformen aufweisen können und

medium einwirken kann. Auch hier sind noch be- beispielsweise rechteckig, achteckig oder sonstwie

achtliche Drücke notwendig, um die Membran zu 35 polygonal sein können.

bewegen, wenn davon ausgegangen wird, daß die Das obere Gehäuseteil 12 ist mit einem Montage-Membran nicht zu schwach oder zur dünn werden ansatz 31 versehen, der auf einer Teillänge ein Außendarf, da dadurch die Genauigkeit des Schalters und gewinde hat. Der Gewindeteil 34 ist dazu da, um die die Sicherheit des Schaltens herabgesetzt würde Vorrichtung gemäß der Erfindung an die zu erfüh-(deutsche Patentschrift 754566). 40 lende Druckquelle anschließen zu können. Infolge

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, des leichten Gewichts einer als Kleinkonstruktion

einen Druckschalter zu schaffen, der auf sehr kleine ausgebildeten Vorrichtung gemäß der Erfindung kann

Druckdifferenzen mit hoher Schaltgeschwindigkeit der Montageansatz 31 das einzige Befestigungsmittel

anspricht. Diese Aufgabe wird bei dem eingangs bilden, das für die Betätigungsvorrichtung 10 erfor-

erwähnten Druckschalter gemäß der Erfindung da- 45 derlich ist.

durch gelöst, daß die Feder die Schnappmembran in Der Montageansatz 31 weist ferner eine Bohrung

Richtung des Drucks vorspannt. Hier wirkt die Feder 30 auf, die mit dem Innern der Kammer 16 kommu-

also dem auf die Schnappmembran ausgeübten Druck niziert und die als Einlaß für ein Druckmedium

entgegen, so daß sich trotz der Verwendung von Bau- dient, auf das die Schnappmembran 20 ansprechen

teilen hoher Festigkeit ein Ansprechen auf sehr kleine 50 soll. In der Ausführungsform nach F i g. 1 hat die

und einstellbare Differenzdrücke ergibt. Der erfin- Bohrung 30 einen im wesentlichen kreisförmigen

dungsgemäße Druckschalter ist damit hochempfind- Querschnitt. In der Bohrung 30 sind von außen her

lieh und arbeitet innerhalb eines relativ engen Druck- bis zur Kammer 16 ein Anschlagglied 36, eine Feder

bereichs. Die erfindungsgemäße Bauart eignet sich 38 und ein Federsitz 40 vorgesehen. Der Federsitz 40

ferner besonders günstig für eine Kleinstherstellung. 55 hat nach F i g. 1 die Form einer Scheibe 41, deren

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung Unterfläche gegen die obere Fläche der Schnappergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung membran 20 anliegt. Am Oberteil der Scheibe 41 ist im Zusammenhang mit der Zeichnung, in der ein ein Stift 42 angeordnet, der sich bis in das Innere Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist. In der Bohrung 30 erstreckt. Die Scheibe 41 und der der Zeichnung zeigt 60 Stift 42 ergeben einen Sitz für den Unterteil der

Fig. 1 einen Schnitt durch den Druckschalter Feder38. Die Feder38 kann eine beliebige Form

gemäß der Erfindung, aufweisen, sofern sie nur in der Lage ist, bei Druck

F i g. 2 eine schaubildliche Ansicht eines Teils des auf den Sitz 40 eine Kraft auf die Schnappmembran

Druckschalters nach Fig. 1 in größerem Maßstab 20 in Abwärtsrichtung gemäß Fi g. 1 auszuüben. In

als dieser, 65 dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 hat die Feder

F i g. 3 einen Schnitt nach Linie 3-3 der F i g. 1. 38 die Form einer Schraubenfeder, deren gemäß

Eine auf Druck eines Druckmittels ansprechende F i g. 1 unteres Ende auf der Scheibe 41 sitzt und

Betätigungsvorrichtung ist als Ganzes mit 10 bezeich- deren oberes Ende gegen die untere Fläche des An-

Schlags 36 anliegt. Die Feder 38 nimmt den Innenraum der Bohrung 30 nicht vollständig ein derart, daß die Druckluftquelle, auf die die Schnappmembran ansprechen soll, ein Druckmedium bis zur Scheibe 41 und zur Schnappmembran 20 zuleiten kann. Durch Änderung der Zusammenpressung der Feder 38 kann die durch die Feder 38 über den Federsitz 40 auf die Schnappmembran 20 ausgeübte Kraft verändert werden, um sie so dem Ansprechdruck der Schnappmembran 20 entsprechend einzustellen.

Die Feder 38 übt eine Kraft auf die Schnappmembran 20 in der gleichen Richtung aus wie die durch das Druckmedium erzeugte Aufschlagkraft. Es ergibt sich eine kritische Kraft, die von der Konstruktion der Schnappmembran abhängt und die erforderlich ist, um die Schnappmembran zu betätigen. Wenn die Resultierende der Federkraft und der aufgedrückten Kraft gleich der kritischen Kraft ist, so schnappt die Schnappmembran um.

In der Praxis unterscheiden sich die einzelnen Schnappmembranen etwas in der kritischen Kraft, die erforderlich ist, um das Umschnappen zu erzielen. Die Anwendung der Federkraft berücksichtigt diese Veränderungen in der Weise, daß eine genaue Vorherbestimmung des für die Betätigung der Schnappmembran erforderlichen Druckes möglich ist.

Wenn die Schnappmembran 20 in der in F i g. 1 in strichpunktierten Linien eingezeichneten Schnappstellung ist, übt die Feder 38 eine kleinere Kraft auf die Schnappmembran aus. Aus diesem Grunde gestattet eine verhältnismäßig kleine Abnahme in dem beaufschlagten Druck eine Rückkehr der Schnappmembran in die ausgezogen dargestellte Lage. Auf diese Weise wird das Druckdifferential oder der tote Bereich der Vorrichtung eingeengt.

Wenn die Feder 38 so weit zusammengedrückt ist, daß die gewünschte Schnappmembranbelastung erreicht ist und daher auch der gewünschte Druckwert, auf den die Schnappmembran 20 anspricht, so wird der Anschlag 36 mit dem Montageansatz 31, beispielsweise durch Schweißen, wie bei 35 angedeutet, fest verbunden, um so die Feder 38 in zusammengedrücktem, kalibriertem Zustand zu halten.

Um ein zeitweiliges Festlegen des Anschlags 36 mit dem Montageansatz 31 während der Herstellung zu ermöglichen, ist der Anschlag 36 mit einem Schlitz 37 versehen, so daß der Anschlag 36 in radialer Richtung federnd ist. Im nicht zusammengedrückten Zustand ist der Außendurchmesser des Anschlags 36 größer als der Innendurchmesser der Bohrung 30. Der Anschlag 36 wird dann zusammengepreßt, so daß er in die Bohrung 30 bis zur gewünschten Tiefe eingesteckt werden kann, und wird dann freigegeben, so daß er federnd gegen die Wände der Bohrung 30 anliegt. Der Anschlag 36 ist aus einem Material entsprechender Festigkeit und Korrosionswiderstandsfähigkeit und ferner aus einem Material hergestellt, das mit dem Montageansatz 31 verträglich ist, beispielsweise aus rostfreiem Stahl. Der Anschlag 36 hat ferner einen Durchgang 39, so daß das zu erfüh- !ende Druckmedium eindringen kann.

Der Anschlag 36 kann auch andere Formen annehmen und in der Bohrung 30 durch andere Mittel gehalten werden. Beispielsweise kann der Anschlag 36 Verlängerungen oder Arme aufweisen, die sich bis nach außerhalb des Montageansatzes 31 durch axiale Schlitze in den Wänden des Montageansatzes 31 erstrecken. In einem solchen Fall kann der Anschlag 36 in seiner Lage durch eine Gewindemutter od. dgl. gehalten werden, die auf den Gewindeteil 34 aufgeschraubt wird. Gegebenenfalls können die Außenwand des Anschlags 36 und die Innenwand des Montageansatzes 31 ineinandergeschraubt sein, um so den Anschlag 31 in kalibrierter Lage zu halten.

Die Schnappmembran 20 besteht, wie deutlich aus Fig. 1 hervorgeht, aus einer ein-metallischen Scheibe mit einer deformierten Konfiguration, so daß sich ein nicht abwickelbarer Teil ergibt, der für das Umschnappen der Schnappmembran verantwortlich ist. Die Wirkungsweise einer solchen nicht abwickelbaren Oberfläche, um eine Schnappwirkung zu erreichen, ist im einzelnen in der USA.-Patentschrift 1 448 240 beschrieben. Die die Schnappwirkung erzeugende Schnappmembran 20 kann so als monostabile Schnappmembran bezeichnet werden, d. h. als Membran, die nur eine Lage relativer Stabilität hat, die in F i g. 1 ausgezogen dargestellt ist. Wenn die Schnappmembran in die entgegengesetzte, nicht stabile Form umschnappt (Fig. 1 in strichpunktierten Linien dargestellt), so hat die der Schnappmembran innewohnende Federkraft die Tendenz, die Schnappmembran wieder in die stabile Form zurückschnappen zu lassen, was automatisch dann eintritt, wenn die auf die Schnappmembran wirkenden Kräfte, die sie in der instabilen Lage zu halten versuchen, entweder zu wirken aufhöhren oder so weit herabgesetzt werden, daß sie durch die Federkräfte der Schnappmembran überwunden werden.

Bei der Anwendung eines vorbestimmten Druckes durch die Bohrung 30 schnappt die Schnappmembran 20 nach unten aus der ausgezogenen Lage gemäß Fig. 1 um und nimmt nun eine entgegengesetzte konkave Ausbildung gemäß den strichpunktierten Linien der F i g. 1 an. Bei Freigabe des durch die Bohrung 30 ausgeübten Druckes oder bei einer vorbestimmten Verminderung dieses Druckes schnappt die Schnappmembran 20 aus der strichpunktierten Stellung in die ausgezogene Stellung zurück.

Die Schnappmembran 20 kann auch eine Kriechmembran sein, d. h. eine solche, die sich mehr oder weniger allmählich oder fortlaufend aus der ausgezogenen Lage in die strichpunktierte Lage gemäß F i g. 1 bewegt. Gleichgültig, ob es sich um eine Schnappmembran mit Kriech- oder Schnappcharakteristik handelt, kann diese Schnappmembran 20 aus einem auf Wärme ansprechenden, zusammengesetzten, beispielsweise bimetallischen Material sein. In dieser Form spricht die Schnappmembran auf vorbestimmte Temperaturbedingungen und auf vorbestimmte Druckbedingungen an.

Eine beispielsweise Schaltvorrichtung, die durch die Betätigungsvorrichtung 10 betätigt werden kann, ist als Ganzes mit 100 bezeichnet und bildet mit dieser einen Druckschalter gemäß der Erfindung. Diese Schaltvorrichtung 100 kann irgendeine Schaltvorrichtung sein, die durch die erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung 10 betätigt werden kann. In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 hat diese Schaltvorrichtung die Form einer elektrischen Schaltvorrichtung.

Die Schaltvorrichtung 100 ist vorzugsweise hermetisch abgedichtet. Der untere Gehäuseteil 14 ist napfförmig und ergibt eine Ausnehmung 46 für die Aufnahme der elektrischen Schaltvorrichtung 100. Die Schaltvorrichtung 100 weist eine metallische Kopfplatte 102 mit einem Paar von Durchgängen 104, 106

auf, in denen hermetisch abgedichtete, elektrisch leitende Anschlußstücke 108 bzw. 110 herum angeordnet sind. Um die einzelnen die Durchgänge 104 und 106 durchgreifenden Anschlußstücke 108 und 110 ist je eine Glasabdichtung 112 angeordnet, um die Anschlußstücke 108 und 110 elektrisch isoliert in der Kopfplatte 102 und abgedichtet festzuhalten.

Am inneren Ende des Anschlußstückes 108 ist ein elektrisch leitender, stationärer Kontakt 114 angeordnst. Die Schaltvorrichtung 100 weist ferner einen elektrisch leitenden, einen beweglichen Kontakt tragenden Federarm 116 auf, der elektrisch mit einem Teil 118 des Anschlußstückes 110 verbunden und im übrigen freitragend angeordnet ist. Der Federarm 116 trägt den beweglichen elektrischen Kontakt 120 in der Nähe seines freien Endes, so daß dieser mit dem stationären Kontakt 114 zusammenwirken kann. Der Federarm 116 kann beispielsweise aus Beryllium-Kupfer sein und unter einer Federvorspannung stehen, so daß er den Kontakt 120 weg von einer ao Berührung mit dem stationären Kontakt 114 in die ausgezogene Stellung gemäß Fig. 2 zu bewegen versucht.

Die innere Umfangswand des Gehäuseteils 14 ist, wie bei 46 a angedeutet, mit einer Ausnehmung versehen, so daß sich eine Schulter 44 ergibt, um die Einstecktiefe der Schaltvorrichtung 100 in das Gehäuseteil 14 zu begrenzen. Die Schaltvorrichtung 100 ist vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise, im Gehäuseteil 14, beispielsweise durch Verschweißen der Kopfplatte 102 mit der Wand des Gehäuseteils 14, wie bei 122 angedeutet, hermetisch abgedichtet. Das Gehäuseteil 14 weist ein mittig angeordnetes, mit Gewinde versehenes Loch 132 auf, in das eine einstellbare Buchse 130 eingeschraubt ist. Die Buchse 130 weist einen mittigen Durchgang 138 auf, in dem lose und verschiebbar ein Betätigungsstift 140 angeordnet ist, der aus elektrischem Isoliermaterial, wie beispielsweise einem keramischen Material oder einem Phenolharz, hergestellt ist. Die Länge des Betätigungsstiftes 140 ist derart, daß sein oberes Ende gegen die Unterseite der Schnappmembran 20 anliegt, während sein unteres Ende die obere Fläche des Federarms 116 zwischen dessen Enden berührt.

Die untere Fläche der Kammer 18 ist, wie bei 134 angedeutet, konkav ausgebildet, um die Schnappmembran 20 gegen Überdruck zu schützen. Ferner kann der Punkt, an dem die Schnappmembran 20 in die ausgezogene Lage zurückkehrt, durch Einstellen der Buchse 130 verändert werden.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist nun wie folgt: Die auf Druck ansprechende Betätigungsvorrichtung 10 wird durch Zusammendrücken der Feder 38 kalibriert. Dabei wird die Feder 38 so weit zusammengedrückt, bis die Schnappmembran 20 aus der ausgezogenen in die gestrichelte Lage bei einem vorbestimmten Wert des durch die Bohrung 30 zugeführten Druckmittels unter Betätigung der Schaltvorrichtung 100 umschnappt. Auf diese Weise kann die Druckhöhe, bei der die Schnappmembran 20 umschnappt, mit großer Genauigkeit vorherbestimmt werden. Bei Anwendung einer vorbestimmten Druckhöhe über die Bohrung 30 zur Bewegung der Schnappmembran 20 in die strichpunktierte Lage erfolgt eine Abwärtsbewegung des Betätigungsstiftes 40, der seinerseits eine Bewegung des Federarmes 116 bewirkt, um so den Kontakt 120 aus der ausgezogenen Kontaktoffenstellung in die strichpunktierte Kontaktschließstellung gemäß Fig. 1 zu bewegen. Bei Freigabe oder bei einer vorbestimmten Verminderung des durch die Bohrung 30 zugeführten Druckes des Druckmittels schnappt die Schnappmembran aus der strichpunktierten Lage in die ausgezogene Lage um, so daß nun der Kontakt 120 sich von dem Kontakt 114 unter der Wirkung des Federarms 116 trennen kann.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Druckschalter mit einer druckmittelbetätigten Betätigungsvorrichtung, die eine erste unter dem Druck des Druckmittels stehende Kammer und eine zweite unter Atmosphärendruck stehende Kammer hat, die beide durch eine monostabile Schnappmembran druckdicht getrennt sind, die durch eine Feder vorgespannt ist, und mit einer Schaltvorrichtung, die von der Schnappmembran über einen Betätigungsstift betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (38) die Schnappmembran (20) in Richtung des Druckes des Druckmittels vorspannt.

2. Druckschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (38) über eine relativ zur Schnappmembran (20) große Scheibe (41) auf die Schnappmembran (20) wirkt.

3. Druckschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (38) im Anschlußstutzen (31) der einen Kammer (16) vorgesehen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen