DE19805138A1 - Differenzdruckschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Differenzdruckschalter für ein Drucksystem, insbesondere einen Differenzdruck­ schalter für einen Verdichter.

Für die Lebensdauer eines Verdichters ist eine ausrei­ chende Ölversorgung sehr wichtig. Bereits ein kurzzei­ tiger Ausfall der Schmierung kann zu schweren Schäden an Gleitflächen und Lagerstellen führen. Man verwendet daher sogenannte Differenzdruckschalter, im einen Trockenlauf des Verdichters wegen Schmiermittelausfall zu verhindern.

Bisher wurden die Anschlüsse zur Hoch- und Niederdruck­ seite der Ölpumpe als dünne, spiralförmig aufgewickelte Kapillarrohre ausgeführt. Diese hatten aber den Nach­ teil, daß sie aufgrund von Vibrationen und der dadurch bedingten Materialermüdung leicht brachen und dann ein Entweichen der Anlagenfüllung nicht verhindert werden konnte.

Anlagenfüllungen, wie Kältemittel, können die Umwelt jedoch nachhaltig schädigen.

Aus der Praxis ist ferner ein kleiner Sensor bekannt, der gänzlich ohne externe Anschlüsse auskommt. Dieser wird direkt in die Ölpumpe eingebaut, so daß er sowohl die Hoch- als auch die Niederdruckseite erreicht. Nach­ teilig ist bei dieser Ausführung jedoch, daß aufgrund seiner geringen Größe ein zusätzliches Auswertegerät erforderlich wird, das das Sensorsignal in ein ge­ wünschtes, verzögertes Schaltsignal umwandelt. Doch auch diese Lösung kann nicht verhindern, daß bei einem Tausch des Sensors, Kältemittel in die Umwelt gelangt. Darüber hinaus ist diese Lösung wesentlich teurer als die Schalter mit getrennten, als Kapillarrohre ausge­ bildeten Anschlüssen.

Aus der US-A-4,551,069 ist nun ein Differenzdruckschal­ ter für eine Ölpumpe bekannt, bei dem ein erster Teil direkt in die Ölpumpe eingeschraubt wird. Dieser erste Teil weist einen Kolben auf, der mit der Hoch- und der Niederdruckseite der Ölpumpe in Verbindung steht und bei Überschreitung eines bestimmten Differenzdruckes von einer ersten Stellung in eine zweite Stellung über­ geht. Dabei betätigt der Kolben einen elektrischen Kon­ takt, der ein elektrisches Signal an einen zweiten Teil des Differenzdruckschalters liefert, der dann eine Abschaltung der Ölpumpe bewirkt. Der zweite Teil wird durch ein separates Gehäuse gebildet, das mit dem er­ sten Teil über ein elektrisches Kabel in Verbindung steht.

Der Nachteil dieses bekannten Systems besteht darin, daß der elektrische Kontakt im ersten Teil des Druck­ schalters durch die Bewegung des Kolbens relativ star­ kem Verschleiß ausgesetzt ist.

Da die Druckänderung zwischen Hochdruck- und Nieder­ druckseite nicht sprungartig, sondern vielmehr kontinu­ ierlich erfolgt, geht der Kolben auch nicht schlagartig von der ersten in die zweite Stellung über. Eine lang­ same Bewegung des Kolbens und damit eine langsame Betä­ tigung des elektrischen Kontaktes führt jedoch zur Fun­ kenbildung und damit zu einer vorzeitigen Abnutzung des elektrischen Kontaktes. Bei einer Reparatur bzw. einem Austausch des elektrischen Kontaktes muß jedoch auch bei diesem bekannten Druckdifferenzschalter das Druck­ system durch Herausschrauben des ersten Teils geöffnet werden, wobei die Gefahr besteht, daß ein Teil der An­ lagenfüllung entweicht.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, den Dif­ ferenzdruckschalter gemäß dem Oberbegriff des Anspru­ ches 1 dahingehend weiterzuentwickeln, daß die Gefahr des Entweichens von einer für die Umwelt schädlichen Füllung des Drucksystems stark reduziert bzw. verhin­ dert werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeich­ nenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst, indem der er­ ste Teil und der zweite Teil des Differenzdruckschal­ ters körperlich unmittelbar aneinandergrenzen und die Mittel zur Übertragung der Stellungsänderung der Mittel des ersten Teils durch magnetische Kopplungsmittel ge­ bildet werden.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die Mittel des ersten Teils durch einen ersten federnd vor­ gespannten Kolben gebildet, und der zweite Teil weist einen zweiten federnd vorgespannten Kolben auf, wobei die beiden Kolben in der ersten Stellung mit jeweils einer Stirnseite an einer Trennwand zwischen dem ersten und zweiten Teil anliegen und die magnetischen Kopp­ lungsmittel im Bereich der gegenüberliegenden Stirnsei­ ten vorgesehen sind, so daß die magnetischen Kopplungs­ mittel auf die beiden Kolben eine anziehende Wirkung ausüben. Der erste Kolben wird mit einer ersten Feder mit seiner Stirnseite gegen die Trennwand gedrückt, wo­ bei der zweite Kolben durch den ersten Kolben magne­ tisch angezogen und die Feder des zweiten Kolbens da­ durch zusammengedrückt wird.

Wechselt der erste Kolben aufgrund einer überhöhten Druckdifferenz von der ersten in die zweite Stellung, nimmt die magnetische Haltekraft für den federnd vorge­ spannten zweiten Kolben exponentiell ab, wodurch der zweite Kolben aufgrund der vorgespannten zweiten Feder eine schlagartige Lageänderung erfährt, die einem digi­ talen Schaltvorgang gleichkommt.

Die zwischen dem ersten und zweiten Teil vorgesehene Trennwand besteht aus nichtmagnetischem Material.

Der erste Teil ist direkt in das Drucksystem ein­ schraubbar und dichtet dieses hermetisch ab. Nachdem der erste Teil lediglich einen federnd vorgespannten Kolben sowie ein an seiner Stirnseite vorgesehenes ma­ gnetisches Kopplungsmittel aufweist, besteht nicht die Gefahr, daß ein übermäßiger Verschleiß auftritt, der einen Wechsel des ersten Teils erforderlich macht.

Der zweite Teil wird vorzugsweise lediglich in den er­ sten Teil eingesteckt und mit einer Überwurfmutter fi­ xiert.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung wer­ den anhand der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles und der Zeichnung näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 eine Querschnittsdarstellung eines erfin­ dungsgemäßen Differenzdruckschalters und

Fig. 2 eine gegenüber der Fig. 1 um 90° gedrehte Querschnittsdarstellung des Diffe­ renzdruckschalters.

Die Zeichnung zeigt einen Differenzdruckschalter für ein Drucksystem mit

• - einem ersten Teil 1, der Mittel aufweist, die bei Überschreitung eines bestimmten Differenzdruckes zwischen einer Hochdruckseite H und einer Niederdruckseite N des Drucksystems von einer ersten Stellung in eine zweite Stellung übergehen,
• - einen zweiten Teil 2 zur Steuerung des Drucksystems in Abhängigkeit der Stellung der Mittel des ersten Teils
• - sowie Mittel 3a, 3b zur Übertragung der Stellungsän­ derung vom ersten Teil zum zweiten Teil.

Der erste Teil 1 weist ein Gehäuse 10 auf, das mittels eines Außengewindes 10a in ein Drucksystem, beispiels­ weise einen Verdichter, einschraubbar ist. Das Gehäuse 10 ist im wesentlichen hohl ausgebildet, wobei das - im eingebauten Zustand - in das Drucksystem hineinragende Ende mit einem Verschlußelement 11 abgeschlossen ist, das eine Öffnung 11a aufweist, die mit der Niederdruck­ seite des Drucksystems in Verbindung steht. Das Gehäuse weist ferner Öffnungen 10b auf, die mit der Hochdruck­ seite des Drucksystems in Verbindung stehen. Das dem Verschlußelement 11 gegenüberliegende Ende des Gehäuses 10 ist durch eine Trennwand 10c aus nichtmagnetischem Material verschlossen.

Im Innern des Gehäuses 10 ist ein erster Kolben 12 vor­ gesehen, der mit einer ersten Feder 13 mit einer Stirn­ seite gegen die Trennwand 10c gedrückt wird. Das Fe­ derelement 13 stützt sich einerseits am Verschlußele­ ment 11 und andererseits in einer Sackbohrung des Kol­ bens 12 ab.

Im Bereich der an der Trennwand 10c liegenden Stirnflä­ che des Kolbens 12 ist ein erstes magnetisches Kopp­ lungsmittel 3a vorgesehen, das beispielsweise durch einen Magneten gebildet wird.

Die Öffnungen 10b des Gehäuses 10 sind durch ein fein­ maschiges Sieb 4 abgedeckt, um zu verhindern, daß Schmutzpartikel in den Kolbenbereich eindringen können.

Auf der von der Stirnfläche des Kolbens abgewandten Seite der ersten magnetischen Kopplungsmittel 3a ist eine magnetische Abschlußplatte 15 vorgesehen, die den magnetischen Streufluß auf der Rückseite der ersten ma­ gnetischen Kopplungsmittel 3a vermindern soll, so daß unerwünschte metallische Schwebeteilchen, die sich im Öl-Kältemittel-Gemisch befinden, erst dann angezogen werden, wenn sie in die Nähe der ersten magnetischen Kopplungsmittel 3a gelangen. Um eine Ansammlung magne­ tischer Schwebeteilchen an der Stirnfläche des Kolbens zu verhindern, ist unterhalb der ersten magnetischen Kopplungsmittel 3a am Kolben 12 eine umlaufende Nut 12a vorgesehen, in der magnetische Teilchen magnetisch festgehalten werden, die trotz des Siebes 4 ins Innere gelangen. Ein weiteres Wandern in Richtung der Stirn­ seite des Kolbens und damit zu den ersten magnetischen Kopplungsmitteln 3a wird dadurch zuverlässig verhin­ dert.

Der in das Drucksystem eingeschraubte erste Teil 1 wird mit Dichtungen 16 und 18 zwischen der Niederdruckseite, der Hochdruckseite und dem Umgebungsdruck abgedichtet. Die Trennwand 10c gewährleistet, daß keine Flüssigkeit des Drucksystems nach außen gelangen kann. Der erste Teil kann daher auch als Blindstopfen dienen, so daß das Drucksystem jederzeit durch Aufstecken des zweiten Teils 2 nachgerüstet werden kann.

Der zweite Teil 2 wird in den ersten Teil 1 hineinge­ steckt und durch eine Überwurfmutter 4 fixiert. Der er­ ste und zweite Teil 1, 2 grenzen somit körperlich un­ mittelbar aneinander.

Der zweite Teil 2 weist ein Gehäuse 20 auf, in dem ein zweiter Kolben 22 gelagert ist, der mit einer zweiten Feder 23 zusammenwirkt.

Das Gehäuse 20 weist auf seiner dem ersten Teil 1 zuge­ wandten Seite eine Öffnung 20a auf, durch die der zweite Kolben 22 herausragt und mit einer Stirnseite 22a mit der Trennwand 10c des ersten Teils in Berührung kommen kann. Im Bereich der Stirnseite 22a ist das zweite magnetische Kopplungsmittel 3b vorgesehen, das beispielsweise durch eine Metallplatte oder einen Ma­ gneten gebildet wird.

Im folgenden wird zunächst das Zusammenspiel der beiden Kolben 12, 22 näher erläutert:
In der in den Zeichnungen dargestellten ersten Stellung wird der Kolben 12 mit dem ersten magnetischen Kopp­ lungsmittel 3a gegen die Trennwand 10c gedrückt. Die beiden magnetischen Kopplungsmittel 3a, 3b bewirken, daß der zweite Kolben 22 gegen die Kraft der zweiten Feder 23 ebenfalls mit seiner Stirnfläche 22a an der Trennwand 10c gehalten wird.

Kommt es nun zu einem überhöhten Differenzdruck, führt der im Bereich der Öffnungen 10b anliegende Hochdruck zu einer Kraft auf den Kolben, die den Kolben 12 aus seiner Ruhelage in Richtung der Niederdruckseite drüc­ ken will. Die Kraft der ersten Feder 13 wirkt zusammen mit der Haltekraft der magnetischen Kopplungsmittel entgegen, so daß der Hochdruck bzw. die Druckdifferenz die Feder- und die Haltekraft der magnetischen Kopp­ lungsmittel überwinden muß, bevor der Kolben in die zweite Stellung übergeht.

Sobald sich der Abstand der beiden sich gegenüberlie­ genden Stirnseiten der Kolben 12 und 22 vergrößert, nimmt die magnetische Haltekraft exponentiell ab. Hier­ durch kommt es beim zweiten Kolben 22 zu einem ge­ wünschten "Schnappeffekt", bei dem der zweite Kolben 22 durch die vorgespannte zweite Feder 23 schlagartig, in der Zeichnung nach links, bewegt wird.

Der zweite Teil 2 weist außerdem einen Abschaltkontakt auf, der durch zwei Kontakte 24 und 25 gebildet wird. Durch Unterbrechung dieses Abschaltkontaktes läßt sich das Drucksystem abschalten oder auf andere Art und Weise beeinflussen.

Ferner ist eine Verzögerungseinrichtung vorgesehen, die bei einer Stellungsänderung des ersten Kolbens 12 und die dadurch bedingte Stellungsänderung des zweiten Kol­ bens 22 eine Unterbrechung des Abschaltkontaktes nach Ablauf einer bestimmten Verzögerungszeit bewirkt. Diese Verzögerungseinrichtung wird durch eine Widerstands­ heizeinrichtung 26 und ein Bimetallelement 27 gebildet. Die Widerstandsheizeinrichtung 26 erhält ihre elektri­ sche Energie über die Kontakte 28 und 29, die am An­ schlußkabel 30 angeschlossen sind. Durch die schlagar­ tige Bewegung des zweiten Kolbens 22 wird ein Kontakt­ paar 31, 32 ebenfalls schlagartig geöffnet, wodurch die Heizenergie der Widerstandsheizeinrichtung 26 unterbro­ chen wird und ihre Wärme nicht mehr auf das Bimetall­ element 22 übertragen kann.

Das Bimetallelement 22 hält einen manuell eingerasteten Rückstellknopf 33 fest. Im Rückstellknopf 33 befindet sich eine Feder 34, die den beweglichen Kontakt 25 ge­ gen den Kontakt 24 drückt. Die beiden Kontakte 24 und 25 sind ebenfalls über die Anschlußleitung 30 nach au­ ßen geführt.

Durch Aufheizen des Bimetallelementes 27 läßt dessen Haltekraft nach, so daß der Rückstellknopf 33 durch die Kraft der Feder 34 nach außen springt und dabei den durch die Kontakte 24 und 25 gebildeten Anschlußkontakt unterbricht.

Der Rückstellknopf 33 wird zweckmäßigerweise in einer Gleitbuchse 35 geführt, die zudem eine Abdichtung des zweiten Teils gegen Feuchtigkeit von außen gewährlei­ stet. Außerdem kann der Rückstellknopf transparent und mit einer Anzeigelampe versehen werden.

Sinkt der abnehmende Hochdruck unter einen bestimmten Schwellwert, drückt die erste Feder 13 den ersten Kol­ ben 12 wieder langsam in seine, in der Zeichnung darge­ stellte Ruhelage zurück. In dem Moment aber, wo die Ma­ gnetkraft der magnetischen Kopplungsmittel 3a, 3b aus­ reicht, die Federkraft der zweiten Feder 23 zu überwin­ den, erfolgt wiederum ein schlagartiger Schaltvorgang, weil sich nun beide Kolben aufeinander zubewegen. Der Abstand der beiden Kolben verringert sich aufgrund der exponentiell ansteigenden Kraft zunehmend schneller. Somit werden die Kontakte 31 und 32 schlagartig ge­ schlossen. Dieser Fall tritt nur beim Ausschalten des Drucksystems auf, oder wenn während des Betriebes aus irgendwelchen Gründen der Öldruck sinkt. Bei ausge­ schaltetem Drucksystem wird auch der Stromkreis für die Widerstandsheizeinrichtung durch externe Schaltglieder verhindert. Somit kann im Stillstand keine ungewollte Abschaltung erfolgen.

Aufgrund der thermischen Verzögerung zwischen der Wi­ derstandsheizeinrichtung 26 und dem Bimetall 27 bleibt genügend Zeit, um noch während des Anlaufens bei zu ge­ ringem Öldruck oder bei kurzfristigen Öldruckschwankun­ gen während des Betriebes eine ungewollte Abschaltung zu verhindern.

Der oben beschriebene Druckdifferenzschalter zeichnet sich insbesondere durch seine besonders kompakte Bau­ weise aus. Das schlagartige Öffnen bzw. Schließen der Kontakte, insbesondere der beiden Kontakte 31, 32 wirkt einem vorzeitigen Verschleiß entgegen.

Durch das Zusammenwirken der beiden Kolben 12, 22 über die magnetischen Kopplungsmittel 3a, 3b und die zugehö­ rigen Federn 13, 23 entsteht ein "digitaler Schaltvor­ gang", der die Kontakte 31, 32 schlagartig öffnet.

Ein besonderer Vorteil des oben beschriebenen Diffe­ renzdruckschalters besteht darin, daß alle wichtigen Parameter, wie beispielsweise die Anschlußspannung, die Zeitverzögerung, der Druck- und Anwendungsbereich geän­ dert werden können, indem lediglich der zweite Teil ausgewechselt wird, ohne daß der Kältekreislauf geöff­ net werden muß. Der erste in das Drucksystem einge­ schraubte Teil besitzt eine absolut abdichtende Funk­ tion des Drucksystems gegenüber der Umwelt.

Claims (14)

1. Differenzdruckschalter für ein Drucksystem mit

• - einem ersten Teil (1), der Mittel aufweist, die bei Überschreitung eines bestimmten Differenz­ druckes zwischen einer Hochdruckseite und einer Niederdruckseite des Drucksystems von einer er­ sten Stellung in eine zweite Stellung übergehen,
• - einen zweiten Teil (2) zur Steuerung des Drucksystems in Abhängigkeit der Stellung der Mittel des ersten Teils
• - sowie Mittel (3a, 3b) zur Übertragung der Stellungsänderung vom ersten Teil zum zweiten Teil,
  dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite Teil körperlich unmittelbar an­ einandergrenzen und die Mittel zur Übertragung der Stellungsänderung durch magnetische Kopplungsmittel (3a, 3b) gebildet werden.

2. Differenzdruckschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel des ersten Teils durch einen federnd vorgespannten Kolben (12) gebil­ det werden.

3. Differenzdruckschalter nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der erste Teil (1) in das Drucksy­ stem einschraubbar ist.

4. Differenzdruckschalter nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der erste Teil (1) in das Drucksy­ stem einschraubbar ist und der zweite Teil (2) mit dem ersten Teil lösbar gekoppelt ist.

5. Differenzdruckschalter nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der erste Teil (1) das Drucksystem nach außen hermetisch abdichtet.

6. Differenzdruckschalter nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwischen dem ersten und zweiten Teil eine Trennwand (10c) aus nichtmagnetischem Werkstoff vorgesehen ist.

7. Differenzdruckschalter nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Mittel des ersten Teils durch einen ersten federnd vorgespannten Kolben gebildet werden und der zweite Teil einen zweiten federnd vorgespannten Kolben (22) aufweist, wobei die beiden Kolben in der ersten Stellung mit jeweils einer Stirnfläche an einer Trennwand (10c) zwischen dem ersten und zweiten Teil anliegen und die magnetische Kopplungsmittel (3a, 3b) im Bereich der gegenüber­ liegenden Stirnflächen vorgesehen sind, so daß die magnetischen Kopplungsmittel auf die beiden Kolben eine anziehende Wirkung ausüben.

8. Differenzdruckschalter nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der erste Kolben (12) eine erste Feder (13) aufweist, die den ersten Kolben gegen die Trennwand drückt und der zweite Kolben (22) eine zweite Feder (23) aufweist, wobei der zweite Kolben durch den ersten Kolben magnetisch angezogen und die zweite Feder dadurch zusammengedrückt wird.

9. Differenzdruckschalter nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die magnetische Haltekraft für den federnd vorgespannten zweiten Kolben (22) durch einen Wechsel des ersten Kolbens (12) von der ersten in die zweite Stellung schlagartig abnimmt und der zweite Kolben (22) aufgrund der vorgespannten zwei­ ten Feder (23) eine Lageänderung erfährt, die einen Schaltvorgang auslöst.

10. Differenzdruckschalter nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der zweite Teil einen Abschaltkon­ takt (24, 25) aufweist, der zum Abschalten des Drucksystems unterbrochen werden kann.

11. Differenzdruckschalter nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Abschaltkontakt (24, 25) von einem Bimetallelement (27) in geschlossenem Zustand gehalten wird.

12. Differenzdruckschalter nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der zweite Teil einen Abschaltkon­ takt (24, 25) aufweist, der zum Abschalten des Drucksystems unterbrochen werden kann sowie eine Verzögerungseinrichtung vorgesehen ist, die bei ei­ ner Stellungsänderung des Mittels des ersten Teils eine Unterbrechung des Abschaltkontaktes nach einer bestimmten Verzögerungszeit bewirkt.

13. Differenzdruckschalter nach Anspruch 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Verzögerungseinrichtung durch eine Widerstandsheizeinrichtung (26) und ein Bimetallelement (27) gebildet wird.

14. Differenzdruckschalter nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der zweite Teil ferner einen Rück­ stellknopf (33) aufweist, mit dem der unterbrochene Abschaltkontakt (24, 25) wieder geschlossen werden kann.