-
Die
Erfindung betrifft einen Differenzdruckschalter für ein Drucksystem,
insbesondere einen Differenzdruckschalter für einen Verdichter.
-
Für die Lebensdauer
eines Verdichters ist eine ausreichende Ölversorgung sehr wichtig. Bereits
ein kurzzeitiger Ausfall der Schmierung kann zu schweren Schäden an Gleitflächen und
Lagerstellen führen.
Man verwendet daher sogenannte Differenzdruckschalter, um einen
Trockenlauf des Verdichters wegen Schmiermittelausfall zu verhindern.
-
Bisher
wurden die Anschlüsse
zur Hoch- und Niederdruckseite der Ölpumpe als dünne, spiralförmig aufgewickelte
Kapillarrohre ausgeführt.
Diese hatten aber den Nachteil, 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. Nachteilig
ist bei dieser Ausführung
jedoch, dass aufgrund seiner geringen Größe ein zusätzliches Auswertegerät erforderlich
wird, das das Sensorsignal in ein gewünschtes, 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
ausgebildeten Anschlüssen.
-
Die
US 2 942 572 A offenbart
einen Differenzdruckschalter mit einem Gehäuse (erster Teil), in dem ein
Kolben mit einer Feder zusammenwirkt. Der zweite Teil wird durch
einen Deckel gebildet, in dem ein magnetisches Element angeordnet
ist. Der Kolben weist ebenfalls ein magnetisches Element auf, wobei
sich beide magnetischen Elemente anziehen. Wird der Druck über die
zu überwachende
Leitung zu groß,
bewegt sich der Kolben nach unten, wodurch das magnetische Element
aufgrund der Feder schlagartig nach oben bewegt wird. Diese Vorrichtung
dient zur Überwachung
eines Filters. Da bei tiefen Temperaturen das zu filternde Medium
zähflüssiger wird
und dadurch ein Druckunterschied entsteht, der aber nicht angezeigt
werden soll, ist im Deckel ferner noch ein Bimetallelement vorgesehen,
welches die Bewegung des magnetischen Elements verhindert, wenn
die Temperaturen unter einer bestimmten Grenze liegen.
-
Auch
die
US 5 304 757 A zeigt
einen Differenzdruckschalter zur Überprüfung von Systemen auf Dichtigkeit.
Bei diesem System sind ebenfalls zwei Kolben vorgesehen. In einem
Kolben ist ein Magnet angeordnet, der einen Reed-Schalter betätigt, wenn
er in seine Nähe
kommt.
-
Aus
der
US 4,551,069 A ist
nun ein Differenzdruckschalter 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 übergeht.
Dabei betätigt
der Kolben einen elektrischen Kontakt, 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 ersten Teil über
ein elektrisches Kabel in Verbindung steht.
-
Der
Nachteil dieses bekannten Systems besteht darin, dass der elektrische
Kontakt im ersten Teil des Druckschalters durch die Bewegung des
Kolbens relativ starkem Verschleiß ausgesetzt ist.
-
Da
die Druckänderung
zwischen Hochdruck- und Niederdruckseite nicht sprungartig, sondern
vielmehr kontinuierlich erfolgt, geht der Kolben auch nicht schlagartig
von der ersten in die zweite Stellung über. Eine langsame Bewegung
des Kolbens und damit eine langsame Betätigung des elektrischen Kontaktes
führt jedoch
zur Funkenbildung 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 Drucksystem
durch Herausschrauben des ersten Teils geöffnet werden, wobei die Gefahr
besteht, dass ein Teil der Anlagenfüllung entweicht.
-
Der
Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, den Differenzdruckschalter
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1 dahingehend weiterzuentwickeln, dass die Gefahr
des Entweichens von einer für die
Umwelt schädlichen
Füllung
des Drucksystems stark reduziert bzw. verhindert werden kann.
-
Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Der
erste Teil und der zweite Teil des Differenzdruckschalters grenzen
körperlich
unmittelbar aneinander und die Mittel zur Übertragung der Stellungsänderung
der Mittel des ersten Teils werden durch magnetische Kopplungsmittel
gebildet.
-
Weitere
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden
die Mittel des ersten Teils durch einen ersten federnd vorgespannten
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 Kopplungsmittel im
Bereich der gegenüberliegenden
Stirnseiten vorgesehen sind, so dass die magnetischen Kopplungsmittel
auf die beiden Kolben eine anziehende Wirkung ausüben. Der
erste Kolben wird mit einer ersten Feder mit seiner Stirnseite gegen
die Trennwand gedrückt,
wobei der zweite Kolben durch den ersten Kolben magnetisch angezogen
und die Feder des zweiten Kolbens dadurch zusammengedrückt wird.
-
Wechselt
der erste Kolben aufgrund einer überhöhten Druckdifferenz
von der ersten in die zweite Stellung, nimmt die magnetische Haltekraft
für den federnd
vorgespannten zweiten Kolben exponentiell ab, wodurch der zweite
Kolben aufgrund der vorgespannten zweiten Feder eine schlagartige
Lageänderung
erfährt,
die einem digitalen Schaltvorgang gleichkommt.
-
Die
zwischen dem ersten und zweiten Teil vorgesehene Trennwand besteht
aus nichtmagnetischem Material.
-
Der
erste Teil ist direkt in das Drucksystem einschraubbar und dichtet
dieses hermetisch ab. Nachdem der erste Teil lediglich einen federnd
vorgespannten Kolben sowie ein an seiner Stirnseite vorgesehenes
magnetisches 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 ersten Teil eingesteckt
und mit einer Überwurfmutter
fixiert.
-
Weitere
Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung werden anhand der Beschreibung
eines Ausführungsbeispieles
und der Zeichnung näher
erläutert.
-
In
der Zeichnung zeigen
-
1 eine
Querschnittsdarstellung eines erfindungsgemäßen Differenzdruckschalters
und
-
2 eine
gegenüber
der 1 um 90° gedrehte
Querschnittsdarstellung des Differenzdruckschalters.
-
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 Stellungsänderung
vom ersten Teil zum zweiten Teil.
-
Der
erste Teil 1 weist ein Gehäuse 10 auf, das mittels
eines Außengewindes 10a in
ein Drucksystem, beispielsweise 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 Niederdruckseite des Drucksystems in Verbindung steht.
Das Gehäuse weist
ferner Öffnungen 10b auf,
die mit der Hochdruckseite 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 vorgesehen, der mit einer ersten Feder 13 mit einer
Stirnseite gegen die Trennwand 10c gedrückt wird. Das Federelement 13 stützt sich
einerseits am Verschlußelement 11 und
andererseits in einer Sackbohrung des Kolbens 12 ab.
-
Im
Bereich der an der Trennwand 10c liegenden Stirnfläche des
Kolbens 12 ist ein erstes magnetisches Kopplungsmittel 3a vorgesehen,
das beispielsweise durch einen Magneten gebildet wird.
-
Die Öffnungen 10b des
Gehäuses 10 sind durch
ein feinmaschiges Sieb 14 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 magnetischen 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
magnetischer 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 Stirnseite des Kolbens und damit zu den ersten magnetischen
Kopplungsmitteln 3a wird dadurch zuverlässig verhindert.
-
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 hineingesteckt
und durch eine Überwurfmutter 4 fixiert. Der
erste und zweite Teil 1, 2 grenzen somit körperlich
unmittelbar 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 zugewandten 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 Magneten 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 Kopplungsmittel 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 drücken 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 Kopplungsmittel überwinden
muß, bevor
der Kolben in die zweite Stellung übergeht.
-
Sobald
sich der Abstand der beiden sich gegenüberliegenden Stirnseiten der
Kolben 12 und 22 vergrößert, nimmt die magnetische
Haltekraft exponentiell ab. Hierdurch kommt es beim zweiten Kolben 22 zu
einem gewünschten "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 Kolbens 22 eine Unterbrechung des Abschaltkontaktes
nach Ablauf einer bestimmten Verzögerungszeit bewirkt. Diese
Verzögerungseinrichtung
wird durch eine Widerstandsheizeinrichtung 26 und ein Bimetallelement 27 gebildet.
Die Widerstandsheizeinrichtung 26 erhält ihre elektrische Energie über die
Kontakte 28 und 29, die am Anschlußkabel 30 angeschlossen
sind. Durch die schlagartige Bewegung des zweiten Kolbens 22 wird
ein Kontaktpaar 31, 32 ebenfalls schlagartig geöffnet, wodurch die
Heizenergie der Widerstandsheizeinrichtung 26 unterbrochen
wird und ihre Wärme
nicht mehr auf das Bimetallelement 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 gegen
den Kontakt 24 drückt.
Die beiden Kontakte 24 und 25 sind ebenfalls über die Anschlußleitung 30 nach
außen
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 gewährleistet. 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 Kolben 12 wieder langsam
in seine, in der Zeichnung dargestellte Ruhelage zurück. In dem Moment
aber, wo die Magnetkraft der magnetischen Kopplungsmittel 3a, 3b ausreicht,
die Federkraft der zweiten Feder 23 zu überwinden, 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 geschlossen.
Dieser Fall tritt nur beim Ausschalten des Drucksystems auf, oder
wenn während
des Betriebes aus irgendwelchen Gründen der Öldruck sinkt. Bei ausgeschaltetem
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 Widerstandsheizeinrichtung 26 und dem Bimetall 27 bleibt
genügend
Zeit, um noch während des
Anlaufens bei zu geringem Öldruck
oder bei kurzfristigen Öldruckschwankungen
während
des Betriebes eine ungewollte Abschaltung zu verhindern.
-
Der
oben beschriebene Druckdifferenzschalter zeichnet sich insbesondere
durch seine besonders kompakte Bauweise 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 zugehörigen Federn 13, 23 entsteht ein "digitaler Schaltvorgang", der die Kontakte 31, 32 schlagartig öffnet.
-
Ein
besonderer Vorteil des oben beschriebenen Differenzdruckschalters
besteht darin, daß alle wichtigen
Parameter, wie beispielsweise die Anschlußspannung, die Zeitverzögerung,
der Druck- und Anwendungsbereich geändert werden können, indem
lediglich der zweite Teil ausgewechselt wird, ohne daß der Kältekreislauf
geöffnet
werden muß. Der
erste in das Drucksystem eingeschraubte Teil besitzt eine absolut
abdichtende Funktion des Drucksystems gegenüber der Umwelt.