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Druckwandler Die Erfindung bezieht sich auf einen Druckwandler~mit
einem druckempfindlichen Element, vorzugsweise einer Membran, und einem mit diesem
in Wirkverbindung stehenden veränderlichen elektrischen Widerstand zur elektrischen
Anzeige des Druckes oder der den Druck erzeugenden Größe.
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Es sind bereits Druckwandler bekannt, die zur elektrischen Anzeige
des Druckes ein handelsübliches oder ein für den ;jeweiligen-Truck wandler hergestelltes
Potentiometer enthalten, dessen Abgriff mit dem druckempfindlichen Element, beispielsweise
einer Membran, Röhrenfeder oder dergleichen, in Wirkverbindung steht. Da die Auslenkung
der verschiedenen druckempfindlichen Elemente im Verhältnis zur Länge des Widerstandselementes-des
Potentiometers relativ klein ist, erfolgt die Verbindung von druckempfindlichem
Element und Abgriff über eine entsprechende Hebelübersetzung, was zur Folge hat,
daß derartige Druckwandler große- Gehäuseabmessungen aufweisen und sich durch die
Vielzahl der Bauteile eine komplizierte Montage und eine aufwendige Lagerhaltung
ergibt, was sich ungünstig auf die Herstellungskosten auswirkt.
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Des weiteren ist ein Druckwandler~bekannt geworden, der eine unter
Unterdruck stehende Kapselmembran enthält. Auf einer der beiden Innenflächen der
Kapselmembran ist eine vier Zweige aufweisende Dehnungsmeßbrücke aus geätztem Blattmaterial
aufgeklebt, so daß, wenn die Membran mit- einem Druck beaufschlagt wird, die- in
ihr entstehenden Zug- und Druckdehnungen durch die Dehnungsmeßbrücke in ein druckproportionaleg
elektrisches Signal umgewandelt werden. Ein derartiger Druckwandler hat wohl sehr
geringe Gehäuseabmessungen, jedoch ist er relativ teuer und für eine Massenfertigung
nicht geeignet, da bereits bei geringen Schwankungen der Klebstoffschichtdicke und/
oder des in der Eapselmembran herrschenden Unterdrucks zwischen den einzelnen lruckwandlern
erhebliche, nicht oder nur schwer zu korrigierende Abweichungen von der geforderten
Druck-Widerstands-Kennlinie auftreten können1
Die der Erfindung
zugrunde liegende Aufgabe - Schaffung eines billigen, bauteilarmen und für eine
Massenfertigung' geeigneten Druckwandlers geringer Gehäuseabmessungen - wird erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß der Widerstandsabgriff ein konvex gewölbter, an beiden Enden
gelagerter und sich über einen wesentlichen Teil des Widerstandselementes erstreckender
Kontaktbügel ist und das Widerstandselement und/oder der Kontaktbügel federelastisch
ausgebildet und in Richtung auf den Jeweils anderen Teil des veränderlichen Widerstandes
druckabhängig bewegbar gelagert ist bzw sind, Weitere Einzelheiten und Vorteile
der Erfindung seien an Hand einer Zeichnung, die in zum Teil schematischer Darstellung
ein Ausführungsbeispiel in einem Teillängsschnitt enthält, näher erläutert.
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Wie aus der Figur hervorgeht, besteht der Druckwandler aus einem Gehäuseoberteil
1 und einem als Sechskantschraubenkopf ausgebildeten Gehäuseunterteil 2, das in
einen Gewindestutzen 3 zum Anschlup des Druckwandlers beispielsweise an ein zu überwachendes
Drucksystem übergeht, Zwischen beiden Gehäuseteilen 1 und 2, die mittels einer Böfdelverbindung
4 zusammengefügt sind, ist eine nichtmetallische Zweischichtmembran 5 eingespannt,
Der zur elektrischen Anzeige des Druckes vorhandene veränderliche elektrische Widerstand
besteht aus einem Widerstandselement 6, das am zweckmäßigsten als Schichtwiderstand
ausgebildet ist, und einem gewölbten, an beiden Enden gelagerten und sich über einenwesentlichen
Teil des Widerstandsçlementes 6 erstreckenden Kontaktbügel 7 als Widerstandsabgriff.
Aus fertigungstechnischen Gründen ist am zweckmäßigsten das Widerstandselement 6
starr und im Gehäuse befestigt, während der Kontaktbügel 7 federelastisch ist und
unter Vorspannung in einen lose auf der Membran 5 sitzenden, im Gehäuse geführten
Träger 8 eingesetzt ist. Ebenso ist es auch möglich, den Kontaktbügel 7 starr und
das Widerstandselement 6 federelastisch oder sowohl den Kontaktbügel 7 als auch
das Widerstandselement 6 federelastisch auszubilden, Auch kann das Widerstandselement
6 druckabhängig bewegbar und der Kontaktbügel 7 unbewegbar oder beide Teile des
veränderlichen elektrischen Widerstandes druckabhängig bewegbar -- dies beispielsweise
bei einem Differenzdruckwandler --im Gehäuse angeordnet sein, Welche dieser möglichen
Kombinationen auch immer gewählt
gewählt wirds wesentlich ist nur,
daß bei einer druckabtäfgwigenw Bewegung ein mehr oder weniger großer Teil des Widerstandselementes
wodurch den Kontaktbügel i entsprechend dem jeweils an der Membran 5 herrschenden
Druck überbrückt wird, wodurch sich eine druckabhängige Widerstandsänderung im Anzeige
stromkreis ergibt.
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Die Lagerung des federelastischen Kontaktbügels 7 in dem lose auf
der Membran 5 sitzenden und im Gehäuse geführten Träger 8 hat insbesondere bei Vorhandensein
einer nichtmetallischen Membran 5 den Vorteil, daß der Träger 8 im Zusammenhang
mit einer Tellerfeder 9 zusätzlich als Gegendruckglied, das bei Druckwandlern mit
einer nichtmetallischen Membran 5 zum Zurückstellen der Membran 5 in ihre Ruhelage
meist erforderlich ist, verwendet werden kann. Es ist jedoch auch möglich, die Federeigenschaften
des Kontaktbügels 7 bzw.
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die des Widerstandselementes 6 so zu wählen und den Kontaktbügel 7
bzw. das Widerstandselement 6 so anzuordnen, daß auf eine Membranrückstellfeder
verzichtet werden kann -oder Membran-Rückstellfeder und Kontaktbügel 7 zu einer
Einheit zusammenzufassen, so daß der Träger-8 in Wegfall kommt..Schließlich-kann
auch der federelastische Kontaktbügel 7 bzw. das federelastische Widerstandselement
6 unmittelbar auf der Membran 5 befestigt werden. Bei den letztgenannten Ausführungsformen
können jedoch unter Umständen Schwierigkeiten beispielsweise bei. der Festlegung
der Widerstandscharakteristik des Wandlers durch die Überlagerung zweier Federkennlinien
bei einer Rückstellfeder-Kontaktbügel-Einheit oder bei der Kompensation der Ä:n-derung
der Membraneigenschaften bei einer Befestigung des Eontaktbügels 7 bzw. des Widerstandselementes
6 auf der Membran 5 auftreten, die die Vorteile dieser Ausführungsformen - einfacher
Aufbau, Einsparung von Bauteilen - wieder zunichte machen können, so daß von Fall-zu
Fall entschieden werden muß, welchen der verschiedenen Ausfuhrungsmöglichkeiten
der Vorzug zu geben ist.
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Um eine einwandfreie Kontaktgabe zwischen Kontaktbügel 7 und Widerstandselement
6 zu erhalten, empfiehlt es sich, die dem Widerstandselement 6 benachbarte Oberfläche
des Kontaktbügels 7 aufzurauhen,* dies insbesondere dann,- wenr -das Widerstandselement
6 als glatter Schichtwiderstand, der beispielsweise im Dickfilm - oder Aufdampfverfahren
hergestellt ist, ausgebildet ist, da dann bereits ein dünner Schmutz - oder Ståubfilm
auf der Widerstandsfläche zu Kontaktunterbrechungen führen kann. Darüber hinaus
hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn bei einem federelastischen Kontaktbügel
7 dieser
einen hutförmigen Längsschnitt aufeist, da damit ein besonders
gutes Anschmiegen des Kontaktbügels 7 an das Widerstandselement 6 erzielt werden
kann Der Anschluß des veränderlichen.Widerstandes an den Anzeigestromkreis erfolgt
am zweckmäßigsten einerseits über das metallische Gehäuseunterteil 2 des Druckwandlers,
mit dem der Kontaktbügel 7 in leitender Verbindung steht und andererseits über einen
das Gehäuse des Druckwåndlers abschließenden metallischen Deckel 10, der in dassaus
Kunststoff bestehende Oberteil 1 eingesetzt ist und mit seiner Innenfläche auf dem
rückseitigen, beispielsweise eine Stromanschlußbahn tragenden Teil des Widerstandselementes
6 anliegt. Der Deckel 10 wird schließlich durch einen Schraubring 11 festgeklemmt.