DE1673591B1 - Druckabhaengiger elektrischer schalter - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft einen druck- Fig.5 und 6 zeigen je einen Teilschnitt durch abhängigen elektrischen Schalter zur Verwendung in eine der Ausführungsvarianten;
einer pneumatischen Meßvorrichtung, mit einer von F i g. 7 zeigt einen Schnitt durch die dritte Auseiner Druckluftquelle gespeisten Meßleitung, in wel- führungsvariante, und

eher ein vom gemessenen Wert abhängiger Durch- 5 F i g. 8 zeigt einen Schnitt nach Linie VIII-VIII

fluß bzw. Druck auftritt, welcher auf einen beweg- in Fig.7.

liehen Kolben wirkt, der elektrische Schaltmittel be- Der in F i g. 1 bis 4 dargestellte Schalter weist rührungslos steuert, derart, daß ein der Kolbenstel- einen Zylinderblock 1 von L-förmigem Querschnitt lung entsprechender Zustand eines elektrischen Meß- (F i g. 3 und 4) auf. An einer ebenen Grundfläche 2 kreises auftritt. Bekannte Schalter dieser Art weisen io des Blockes 1 ist ein Drucklufteinlaß 3 vorgesehen, einen einseitig beaufschlagten Kolben auf, der durch der gemäß F i g. 1 mit einer Zufuhrleitung 4 in einer Federkraft oder Schwerkraft zurückgestellt wird Montageplatte 5 in Verbindung steht. Auf der (USA.-Patentschriften 2 791 657 und 3 057 977). Den Platte 5 können mehrere Blöcke oder Einheiten 1 Vorteilen der berührungslosen und somit weitgehend nebeneinander angeordnet werden, deren Einlasse 3 leistungslosen Steuerung der Schaltmittel stehen hier- 15 alle mit der Leitung 4 verbunden sein können,
bei eine verhältnismäßig große Trägheit, begrenzte Der Einlaß 3 mündet in einen Kanal 6, der an beiEmpfindlichkeit sowie das Auftreten unbestimmter den Enden mittels Stopfen 7 abgeschlossen ist. Beid-Betätigung von Schaltkontakten bei bestimmten seitig des Einlasses 3 sind in den Kanal 7 Schikanen Druckverhältnissen bzw. bestimmten Stellungen des oder Durchflußwiderstände 8 eingesetzt. Die außer-Kolbens gegenüber. Diese bekannten Schalter können 20 halb der Schikanen 8 liegenden Räume des Kanals 6 nicht in Differential- oder Brückenmeßsystemen ver- stehen über Einfräsungen in Verbindung mit je wendet werden. einem Ende eines Zylinderraumes 9 und mit einem

Demgegenüber ist nun der erfindungsgemäße Anschlußkanal 10 und einem Anschlußstutzen 11

druckabhängige elektrische Schalter dadurch gekenn- für eine Meßleitung 12 mit Meßdüse 13 bzw. mit

zeichnet, daß in einer von der Druckluftquelle ge- 25 einem ein Regulierventil enthaltenden Kanal 14. Das

speisten Vergleichsleitung Mittel zur Erzeugung eines Regulierventil weist eine als Schraube ausgebildete

Vergleichsdrucks vorgesehen sind und daß der vom Reguliernadel 15 auf, die gegenüber dem Ventilsitz

gemessenen Wert abhängige Druck und der Ver- 16 einstellbar ist und die mit einer mit Außennuten

gleichsdruck auf entgegengesetzten Seiten des KoI- 17 versehenen Gewindehülse 18 verschraubt ist.

bens zugeleitet werden, der frei beweglich in einem 30 Im Zylinderraum 9 ist ein Kolben frei verschiebbar

Zylinderraum angeordnet ist und ausschließlich der angeordnet, der aus einem eigentlichen Kolbenkörper

berührungslosen Steuerung der elektrischen Schalt- 19 aus nichtmagnetisierbarem Material und einem

mittel dient. Durch die beidseitige Beaufschlagung zylindrischen Permanentmagneten 20 besteht. Der

des Kolbens wird höchste Ansprechgeschwindigkeit, Permanentmagnet 20 ist axial magnetisiert, wie in

Einfachheit und Zuverlässigkeit, hohe Empfindlich- 35 Fig. 1 angedeutet. Der Zylinderraum9 ist beidseitig

keit und eindeutige Ansprache und Umschaltung von mittels Stopfen 21 aus dichtendem Material, z. B.

Kontakten bei genügender Druckdifferenz am Kolben Weichkunststoff, abgeschlossen. Die beiden Stopfen

erreicht. Der Schalter kann wahlweise in einem 21 weisen eine erhöhte Anschlagfläche 22 auf, deren

System mit einer Meßdüse oder einem Brücken- Durchmesser etwa dem Durchmesser der Fläche an

system mit zwei Meßdüsen verwendet werden, wobei 40 den etwas verjüngten freien Enden des Kolbens ent-

im Falle einer Meßdüse der Druck auf einer Seite spricht. Um ein unerwünscht starkes Haften des KoI-

des Kolbens durch die Meßdüse bestimmt ist, wäh- bens an den Anschlagflächen 22 zu vermeiden, wer-

rend auf der anderen Seite ein konstanter Referenz- den diese Flächen leicht uneben oder rauh, vorzugs-

druck herrscht. weise mit einzelnen leicht erhöhten Stellen ausgebil-

Es sind zwar bereits pneumatische Betätigungs- 45 det. Die Höhe dieser Unebenheiten soll jedoch derorgane oder Servosteuerungen mit doppeltwirkendem art gering sein, daß der Gasaustausch zwischen aufKolben und mit Stellungsrückmeldung vorgeschlagen einanderliegenden Stirnflächen des Kolbens und Anworden (deutsche Patentschrift 854 278, britische schlagflächen 22 behindert ist.
Patentschrift 1103 118). Diese Vorrichtungen dienen Über dem Zylinderraum ist in die Ausnehmung jedoch zum Antrieb bestimmter Organe, so daß die 50 des Blockes 1 ein Halter 23 aus Isoliermaterial einKolben nicht frei beweglich sind. Der Umstand allein, gesetzt und mittels Schrauben 24 mit dem Block 1 daß doppeltwirkende Antriebskolben allgemein be- verschraubt. Der Halter 23 ist mit zwei Anschlußkannt sind, hat nicht die Vorteile der Verwendung fahnen 25 besetzt, die mittels Schrauben 26 mit dem eines frei beweglichen, beidseitig beaufschlagten KoI- Halter 23 verschraubt sind. Die Schrauben 26 diebens in einem druckabhängigen elektrischen Schalter 55 nen zugleich zum Anschließen von Leitern. Die genahegelegt, spreizten Enden der Anschlußfahnen 25 nehmen zwi-

Im folgenden ist die Erfindung an Hand der Zeich- sehen sich die Anschlüsse eines Schaltrohres 27 mit

nung näher erläutert, in welcher ein Ausführungs- ferromagnetischen Kontakten 28 auf.

beispiel und drei Ausführungsvarianten dargestellt Die Arbeitsweise des Schalters nach F i g. 1 bis 4

sind. 6o ist wie folgt: Bei der dargestellten Ruhelage der Teile

F i g. 1 zeigt das Ausführungsbeispiel des Schalters befindet sich der Kolben 19, 20 in seiner linken End-

im Schnitt nach Linie I-I in F i g. 2; lage, und die Düse 13 steht noch in ziemlichem Ab-

F i g. 2 zeigt eine Draufsicht auf den Schal- stand von einem zu prüfenden Gegenstand 29, so

ter; daß in dem mit der Meßdüse in Verbindung stehen-

F i g. 3 zeigt einen Schnitt nach Linie III-III in 65 den Raum links des Kolbens im Zylinder 9 praktisch

F i g. 2; kein Druck herrscht. Jedenfalls wird angenommen,

F i g. 4 zeigt einen Schnitt nach Linie IV-IV in dieser Druck sei niedriger als der mittels des Ventils

F i g. 2, und 15,16 im Räume rechts des Kolbens eingestellte

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Druck. Der Kolben wird daher in der dargestellten z. B. bei einer Änderung des Abstandes der Meßdüse Ruhelage gehalten. Für diese Stellung liegen die bei- 13 vom Prüfling 29 von 3 tausendstel Millimeter, d. h., den Kontakte 28 des Schalters 27 zu weit entfernt die Hysterese ist außerordentlich gering,
vom Permanentmagneten 20, um geschlossen zu wer- Selbstverständlich sind die Anwendungsmöglichden. Der gesteuerte Stromkreis ist somit offen. Wird 5 keiten nicht auf eigentliche Messungen beschränkt, nun die Meßdüse 13 dem Prüfling 29 angenähert sondern die Schaltvorrichtung ist verwendbar für oder umgekehrt, so steigt der Druck links des KoI- Rücklaufkontrollen, Anwesenheitskontrollen u. dgl. bens an, bis er den rechts des Kolbens herrschenden Die brückenmäßige Anordnung hat bei allen Anwen-Druck um einen bestimmten Wert übersteigt, der ge- düngen den besonderen Vorzug, daß Schwankungen nügt, um den Kolben nach rechts zu verschieben. io des Betriebsdruckes sich nur geringfügig auswirken. Mit beginnender Verschiebung wird die gesamte In F i g. 5 ist eine Ausführungsvariante dargestellt, Kolbenfläche, die bisher teilweise von der Anschlag- die eine Umschaltung bei zwei verschiedenen Werten fläche 22 bedeckt war und auf welcher somit der der wirksamen^ Druckdifferenz erlaubt. Bei dieser im Druckanstieg nicht voll zur Wirkung kam, freigelegt, übrigen der Ausführung nach Fig. 1 entsprechenden so daß der Kolben endgültig nach rechts beschleunigt 15 Variante trägt der Kolben 19 eine Stange 30, die in wird, bis er an die rechte Anschlagfläche 22 anstößt. eine Blende 31 des einen Abschlußpfropfens 21' einist diese an der Endlage erreicht, so liegen nun die taucht. Die Stange 30 weist eine seitliche Anfräsung Kontakte 28 des Schalters 27 in günstigster Lage im 32 bestimmter Länge auf.

Feld des Magneten 20 und werden ungleichnamig Beim dargestellten Ruhezustand des Kolbens kann polarisiert, so daß sie sich anziehen und berühren ao infolge der Anfräsung 32 aus dem rechts des Kolbens und damit den gesteuerten Stromkreis schließen. Wird liegenden Zylinderraum zusätzlich Luft durch die die Meßdüse wieder vom Prüfling 29 entfernt, so Blende 31 entweichen, so daß rechts des Kolbens nur fällt der Druck links des Kolbens zusammen, und der ein verhältnismäßig geringer Druck herrscht. Es geKolben wird nach links geworfen. Hierbei verändern nügt daher ein entsprechend geringer Druck auf der sich Richtung und Stärke des Magnetfeldes im Be- 25 linken Kolbenseite, um den Kolben nach rechts zu reiche der Kontakte 28 derart, daß diese Kontakte beschleunigen. Wenn jedoch das linke Ende der Angetrennt werden. fräsung 32 in die Blende 31 eintritt, wird der Gasaus-

Die dargestellte Meßvorrichtung wird beispiels- tausch durch die Blende 31 unterbrochen oder jedenweise verwendet zur Prüfung bearbeiteter Flächen falls herabgesetzt, und der Druck rechts des Kolbens von Werkstücken, wobei ein Kopf mit einer oder 30 steigt an. Der Kolben verbleibt daher in dieser Zwimehreren Düsen 13 dem Werkstück auf eine be- schenstellung, für welche die Kontakte 28 geschlosstimmte Distanz von einer Referenzkote des Werk- sen werden. Erst nach einer weiteren Druckerhöhung Stückes angenähert wird. Ist die vor einer Düse lie- links des Kolbens geht derselbe in seine rechte Endgende Fläche auf die richtige Kote bearbeitet, so stellung, für welche die Kontakte 28 wieder geöffnet wird die zugeordnete Schaltvorrichtung beispiels- 35 sind. Bei der umgekehrten Bewegung des Kolbens erweise nicht umgeschaltet, derart, daß jedes Umschal- folgt eine entsprechende Abstufung der Schaltdrücke, ten durch Schließen eines Stromkreises und Auf- Eine ähnliche, in F i g. 6 dargestellte Ausführung, leuchten einer Lampe Ausschuß anzeigt und wobei bei welcher die Anfräsung 32' nicht konstanten sonauch das fehlerhafte Stück ausgeworfen werden kann. dem stetig bis auf Null abnehmenden Querschnitt Die Schaltung kann natürlich auch umgekehrt arbei- 40 aufweist, kann für Analogmessungen und -anzeigen ten, d. h., es kann normalerweise eine Umschaltung verwendet werden. Es ist hierbei klar, daß mit zuerfolgen, und das Ausbleiben einer Umschaltung zeigt nehmendem Druck auf der linken Kolbenseite die den Ausschuß an. Außerdem kann der Magnet bzw. Stange 30 immer tiefer in die Blende 31 eindringt, woder Schalter natürlich anders angeordnet sein, so daß mit die Abströmung bei der Anfräsung 32' stets gebei der dargestellten Ruhelage des Kolbens die Kon- 45 ringer wird und der Druck auf der rechten Kolbentakte geschlossen und für die andere Endlage des seite ebenfalls ansteigt. Der Kolben nimmt daher den Kolbens geöffnet sind. Druckverhältnissen links desselben analoge Stellun-

Der Schalter arbeitet mit sehr geringer Trägheit gen ein. Eine solche Anordnung hat im allgemeinen und mit entsprechend hohen Schaltfolgen und außer- nur einen Sinn, wenn auch die Kolbenstellung analog dem mit geringer Hysterese. Bei einer Ausführung, 50 angezeigt werden kann, was z.B. durch den in Fig.6 die maßstäblich der in F i g. 1 bis 4 dargestellten schematisch angedeuteten Differentialtransformator Ausführung entspricht und einen Kolbendurchmesser geschehen kann, dessen Wicklungen in Zweigen einer von 10 mm, eine Kolbenmasse von 3 bis 10 g und Meßbrücke liegen können. In diesem Falle weist der einen Kolbenhub von 8 mm aufweist, sind über Kolben keinen Permanentmagneten auf und kann so-10 Umschaltungen pro Sekunde möglich. Der Kolben 55 mit zwecks Gewichtsreduktion hohl ausgebildet sein, ist hierbei schwimmend, d. h. möglichst reibungsfrei An Stelle der dargestellten berührungslos gesteuer- und mit ziemlich Spiel von beispielsweise 3 bis ten Schalter und Meßelemente können an sich be-4 hundertstel Millimeter im Zylinder geführt. Der kannte andere Elemente benutzt werden. So kann Kolben kann vorzugsweise mit Ringnuten versehen z. B. der Kolben mit einer Strahlungsquelle, ζ. Β. einer sein, um den Gasaustausch längs der Kolbenfläche 6° radioaktiven Substanz oder einer Leuchtmasse verzu hemmen. Der Betriebsdruck kann von 0,5 bis 4 atü sehen werden, die bei Verschiebung des Kolbens auf variieren. Bei den oben erwähnten Dimensionen des ein strahlungsempfindliches bzw. lichtempfindliches Kolbens weisen die Schikanen 8 einen Durchmesser elektrisches Schaltelement, ζ. B. eine Gasentladungsvon rund 0,6 mm und eine Länge von rund 1 mm röhre, eine Photozelle od. dgl. einwirkt. An Stelle des auf. Die totale Länge des Kolbens übertrifft Vorzugs- 65 dargestellten durch den Magneten betätigbaren Schalweise seinen Durchmesser, um trotz des verhältnis- ters kann auch ein vom Magnetfeld beeinflußbares mäßig großen radialen Spiels eine gute Führung im elektronisches Schaltelement benutzt werden. Es ist Zylinder zu gewährleisten. Die Umschaltung erfolgt z.B. möglich, eine wechselstromgespeiste Feldplatte

zu verwenden. Es kann auch ein magnetfeldabhängiger Widerstand verwendet werden.

Der Kolben kann z. B. auch aus ferromagnetischem Material bestehen und je nach seiner Lage einen quer zur Kolbenbewegung verlaufenden magnetischen Kreis schließen bzw. unterbrechen. Desgleichen kann der Kolben einen Lichtstrahl steuern, der für die eine Kolbenstellung eine Photozelle beleuchtet und in der anderen Kolbenstellung unterbrochen ist.

Der Schalter ist praktisch lageunabhängig, d. h., er kann nach Belieben mit senkrechtem oder horizontalem Zylinder verwendet werden, wobei lediglich eine gewisse Verschiebung der für die Umschaltung erforderlichen Druckdifferenz eintritt. Diese Verschiebung kann jedoch mittels des Ventils 15,16 jederzeit kompensiert werden.

Bei der Ausführung nach Fig. 7 und 8, deren Block 1 demjenigen nach F i g. 1 bis 4 entspricht, ist an Stelle eines Regulierventils auch im Kanal 14 ein Anschlußstutzen für eine Meßleitung eingesetzt. Die beiden Anschlußstutzen 40 und 41 sind mit je einer Radialbohrung 42 versehen, die an der tiefsten Stelle einer sich allmählich verjüngenden Ringnut 43 mündet. Auf die zylindrischen Außenflächen der Anschlußstutzen 40 und 41 sind mit Radialschlitzen 44 versehene Regulierringe 45 satt anliegend, aber von Hand drehbar aufgesetzt.

Durch Einstellen der Ringe 45 in eine bestimmte Drehlage kann der Gasaustritt aus den Stutzen 40 und 41 durch die Bohrung 42 und die Nut 43 reguliert werden. Diese Regulierung dient zur Einstellung eines bestimmten Ausgangszustandes beim Anschließen von Meßdüsen an beide Stutzen, insbesondere bei sogenannten Differentialmessungen, wo die beiden Düsen durch Bewegungen des zu prüfenden Gegenstandes differentiell oder im Gegentakt beeinflußt werden. Als Beispiel sei lediglich die Prüfung der Exzentrizität oder des Rundlaufs einer Welle erwähnt, welcher an diametral gegenüberliegenden Stellen Meßdüsen vorgelagert werden. Mit einer solchen Meßanordnung sind höchste Empfindlichkeiten und bis zu 50 Umschaltungen pro Sekunde möglich.

Es sind auch andere Ausbildungen des Halters möglich. Wird z.B. die Vorrichtung mit Netzspannung betrieben, sind freiliegende Anschlüsse der in F i g. 1 bis 4 dargestellten Art nicht zulässig. In diesem Falle kann das Schaltrohr 27 oder gegebenenfalls mehrere solche mit Anschlußkabeln verlötet und in einen Träger aus Isoliermaterial vergossen angeordnet sein.

Claims (16)

Patentansprüche:

1. Druckabhängiger elektrischer Schalter, mit einer von einer Druckluftquelle gespeisten Meßleitung, in welcher ein vom gemessenen Wert abhängiger Durchfluß bzw. Druck auftritt, welcher auf einen beweglichen Kolben wirkt, der elektrische Schaltmittel berührungslos steuert, derart, daß ein der Kolbenstellung entsprechender Zustand eines elektrischen Meßkreises auftritt, dadurch gekennzeichnet, daß in einer von der Druckluftquelle (4) gespeisten Vergleichsleitung (14) Mittel (8; 15,42 bis 44) zur Erzeugung eines Vergleichsdrucks vorgesehen sind und daß der vom gemessenen Wert abhängige Druck und der Vergleichsdruck auf entgegengesetzten Seiten des Kolbens (19, 20) zugeleitet werden, der frei beweglich in einem Zylinderraum (9) angeordnet ist und ausschließlich der berührungslosen Steuerung der elektrischen Schaltmittel (28) dient.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (19, 20) mindestens in einer seiner Endlagen an einer Anschlagfläche (22) liegt, welche die wirksame Kolbenfläche für das zugeführte Druckmittel teilweise bedeckt.

3. Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagfläche (22) leichte Unebenheiten, z.B. einzelne leicht erhöhte Stellen aufweist.

4. Schalter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagfläche (22) an einem Teil, z. B. einem Abschiußstopfen (21) des Zylinderraumes, aus dichtendem Material, z.B. Weichkunststoff, gebildet ist.

5. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (19, 20) einen Permanentmagneten (20) trägt oder als solcher ausgebildet ist, der zur berührungslosen ^ Steuerung eines magnetfeldabhängigen elektroni- ^ sehen Elementes dient.

6. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Kolben eine Strahlungsquelle, z.B. radioaktives oder fluoreszierendes Material angebracht ist und daß ein strahlungsanhängiges elektronisches Schaltelement vorgesehen ist.

7. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben als Steuerorgan zur Steuerung einer der Steuerung der Schaltmittel dienenden Energie z.B. eines magnetisches Flusses, einer Strahlung od. dgl. ausgebildet ist.

8. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (19') als beweglicher Kern eines Differentialtransformators ausgebildet ist.

9. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Kolbens (19, 20) dessen Durchmesser übertrifft.

10. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, Λ dadurch gekennzeichnet, daß Schalterkontakte ™ (27) an einer dünnwandigen Stelle eines Zylinderblockes (1) wegnehmbar angeordnet sind.

11. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zylinderblock (1) mit einem Druckmitteleinlaß (3) versehen ist, der mit beidseitig des Kolbens (19, 20) liegenden Zylinderräumen über Durchflußwiderstände (8) verbunden ist, wobei der eine Zylinderraum über ein Regulierventil (15,16) und der andere Zylinderraum über eine Meßdüse (13) mit dem Außenraum in Verbindung steht.

12. Schalter nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderblock (1) eine ebene Montagefläche (2) aufweist, an welcher der Druckmitteleinlaß (3) liegt, und daß das Regulierventil (15,16), der Anschluß für die Meßdüse (13) und die Schalteranschlüsse (25,26) auf der gegenüberliegenden Seite angeordnet sind.

13. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (19, 20, 19') einen Steuerteil (30) aufweist, der einen Auslaß (32, 32') vom einen Zylinderraum

kontinuierlich zwecks Analoganzeige oder diskontinuierlich zwecks Digitalanzeige regelt.

14. Schalter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (19,20; 19) eine durch eine Blende (31) des einen Zylinderabschlusses (21') durchragende Stange (30) mit variablem Querschnitt trägt.

15. Schalter nach Anspruch 1, mit zwei Meßausgängen, die mit gegenüberliegenden Seiten des druckempfindlichen Organs in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß beide Meßausgänge

(10,14) regelbare Gasauslässe (42 bis 45) aufweisen, die zu den angeschlossenen Meßdüsen parallel liegen.

16. Schalter nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Meßausgang einen Anschlußstutzen (40, 41) für eine Meßleitung aufweist, welcher an einem zylindrischen Teil eine Radialbohrung (42) aufweist, die in eine sich in Umfangsrichtung verjüngende Ringnut (43) mündet, und daß auf dem zylindrischen Teil ein geschlitzter Ring (45) drehbar angeordnet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 109 537/98

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