DE2029981B2 - Einrichtung zum Umwandeln des Druckes eines Fluids in ein elektrisches Signal - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Umwandeln des Druckes eines Fluids in ein elektrisches Signal, mit einem in einem Gehäuse angeordneten elektrischen Gebersystem, wie einem verstellbaren Widerstand und/oder einem Schalter, dessen bewegliches Organ über ein federelastisches Zwischenglied mit einer Membran in Wirkverbindung steht

Zum Umwandeln des Druckes eines Fluids in ein elektrisches Signal sind Einrichtungen bekannt, die eine Membran und ein mit der Membran in Verbindung stehendes, einen Schalter oder einen Schleifer eines veränderlichen Widerstandes betätigendes starres Zwischenglied aufweisen. Des weiteren ist eine Einrichtung bekannt (US-PS 25 54 266), bei der der bewegliche w> Kontakt des Schalters über ein federelastisches, in einem ortsfesten Gegenlager sich abstützendes Zwischenglied mit der Membran in Wirkverbindung steht. Diese Einrichtungen eignen sich nur zum Umwandeln relativ niedriger Drücke, da mit wachsender Druckbe- f> > anspruchung die Steifigkeit der Membran immer größer gewählt werden muß und mithin der Hub pro Druckeinheit immer klein ausfällt.

Für mittlere und höhere Drücke sind Einrichtungen bekannt, die einen in einer Druckplatte geführten Stößel und eine die dem Fluid zugewandte Seite des Stößels und der Druckplatte überdeckende gummielastische Membran aufweisen. Bei diesen Einrichtungen entsteht an der Obergangsstelle zwischen Stößel und Druckplatte an der Membran ein Abrieb, der mit zunehmendem Druck größer wird und die Lebensdauer der Einrichtung stark beeinflußt Im Hinblick darauf werden daher diese Einrichtungen im allgemeinen nur bis zu einem Druck von ungefähr 100 bar eingesetzt Zur Umwandlung hoher und höchster Drücke sind schließlich Einrichtungen bekannt, die eine Bourdonfeder enthalten, deren freies Ende ein Schaltelement, den Schleifer eines Potentiometers oder ähnliches betätigt Abgesehen davon, daß derartige Einrichtungen mit einer Bourdonfeder sehr teuer sind, haben sie den Nachteil, daß sie schwingungsempfindlich sind und beispielsweise in Kraftfahrzeugen nicht oder nur dann verwendet werden können, wenn der die Bourdonfeder umgebende Raum mit einem Dämpfungsöl gefüllt ist

Es ist des weiteren eine nach dem Kompensationsprinzip arbeitende Druckmeßeinrichtung bekannt (DE-PS 11 35 184), bei der zwischen der Membran und dem Übertragungssystem ein Federgelenk zur spielfreien gelenkigen Verbindung dieser Teile vorhanden ist Ein solches Kompensationssystem läßt sich durch kleine Auslenkuiigswege voll aussteuern, so daß mit ihm auch geringe Membranhübe in ein pneumatisches oder auch elektrisches Signal umgewandelt werden können. Diese Einrichtung ist jedoch bauteilaufwendig, besitzt ein großes Bauvolumen und ist ebenfalls schwingungsempfindlich.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung der eingangs angegebenen Art derart auszubilden, daß sie insbesondere auch für hohe und höchste Drücke geeignet, verschleißarm und billig ist und eine hohe Schwingungsfestigkeit besitzt, wie sie insbesondere im Kraftfahrzeugbau gewünscht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das federelastische Zwischenglied aus zwei V-förmig miteinander verbundenen, zueinander schlank verlaufenden Schenkeln besteht, von denen sich der eine auf der Membran (3) abstützt, der andere ortsfest gelagert ist und deren geschlossenes Ende mit dem beweglichen Organ wirkungsmäßig verbunden ist.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen läßt sich der Hub der Membran in einen Weg nahezu jeder gewünschten Länge übersetzen, so daß die Membran für hohe und höchste Drücke ausgelegt werden kann, ohne daß dies die Genauigkeit der Umwandlung und die Gesamtabmessung der Einrichtung in unerwünschter Weise beeinflussen würde. Da darüber hinaus das Zwischenglied ohne Schwierigkeiten so dimensioniert werden kann, daß es eine extrem kleine Masse besitzt, läßt sich die erfindungsgemäße Einrichtung äußerst schwingungsfest ausführen. Weitere Vorteile ergeben sich schließlich in der Montage und der Lagerhaltung durch die geringe Anzahl der für die erfindungsgemäße Einrichtung erforderlichen Bauteils.

Das bewegliche Zwischengliedende kann wie bei den bekannten Einrichtungen zum Betätigen eines Schalters, beispielsweise eines Mikroschalters, oder zum Bewegen eines Potentiometerschleifers herangezogen werden. Da jedoch aufgrund der großen Übersetzung des Membranhubes das Zwischenglied an seinem geschlossenen Ende wesentlich größere Wege zurückzulegen vermag als die Zwischenglieder der bekannten Einrich-

tungen, ist am zweckmäßigsten bei einem Aufbau der Einrichtung als Druckgeber das geschlossene Ende des Zwischengliedes unmittelbar mit einem Schleifer eines verstellbaren Widerstandes verbunden. Dies hat den Vorteil, daß weitere bewegungsübertragende Bauteile eingespart werden können und sich ein kompakter Aufbau ergibt Eine noch raumsparendere, allerdings etwas aufwendigere Ausführung besteht schließlich darin, einen der beiden Schenkel des Zwischengliedes mit einem Dehnungsmeßstreifen zu belegen. Schließlich können diese verschiedenen Ausführungsmöglichkeiten auch in einer einzigen Einrichtung kombiniert werden; es lassen sich dann mit einer einzigen Einrichtung gleichzeitig zwei oder mehrere elektrische Signale erzeugen, die unterschiedliche Abhängigkeit vom Membranhub besitzen.

Neben der Länge des Zwischengliedes geht auch der Abstand zwischen dem ortsfest gelagerten Schenkel und dem auf der Membran sich abstützenden Schenkel in das Obersetzungsverhältnis ein. Es ist daher erforderlich, die dem geschlossenen Ende des Zwischengliedes abgewandten Schenkelenden so zueinander festzulegen, daß sich während des Betriebes keine ungewollten Abstandsänderungen ergeben können. Dies kann im einfachsten Fall dadurch geschehen, daß der eine Schenkel in einem oberhalb der Membran liegenden Punkt am Gehäuse und der andere an der Membran, beispielsweise mittels eines Niets oder einer Schraube, befestigt ist Da die Verbindung von Zwischenglied und Membran mittels eines Niets oder Schraube fertigungs- und montagetechnische Nachteile hat, — unter anderem wird die Trennung der Einrichtung in voneinander unabhängige Baugruppen erschwert und sind zusätzliche Mittel zum Abdichten des Nietloches bzw. der Gewindebohrung erforderlich — ist am zweckmäßigsten der auf der Membran sich abstützende Schenkel mit einem einseitig ortsfest eingespannten federelastischen Haltearm verbunden. Darüber hinaus empfiehlt es sich, auch den ortsfest gelagerten Schenkel an einem Haltearm festzulegen.

Um auch nach dem Zusammenbau des Gerätes das Übersetzungsverhältnis insbesondere zwecks Eichung leicht verändern zu können, ist am zweckmäßigsten der Haltearm parallel zur Membran verschieb- und feststellbar. Bei einer als Druckgeber aufgebauten Einrichtung läßt sich damit der Ausschlagwinkel des Zwischengliedendes in Abhängigkeit vom Hub der Membran und bei einer als Druckschalter aufgebauten Einrichtung mit einem Mikroschalter der Schaltpunkt und die Schalthysterese des Druckschalters einstellen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigt in zum Teil schematischer Darstellung

F i g. 1 eine teilgeschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Einrichtung,

F i g. 2 die Ausbildung eines Zwischengliedes für die Einrichtung gemäß F i g. 1 und

F i g. 3 einen Längsschnitt durch ein anderes Ausführungsbeispiel.

Die in F i g. 1 dargestellte Einrichtung zum Umwandeln des Druckes eines Fluids in ein elektrisches Signal besitzt einen napfförmigen Gehäuseboden 1, der einen Gewindestutzen 2 zum Einschrauben in eine Druckleitung aufweist und zur Aufnahme einer Membran 3 und einer Dichtungsscheibe 4 ausgebildet ist. Durch ein Schraubelement 5, das in die mit einem Innengewinde versehene Napfwand 6 des Gehäusebodens 1 eingeschraubt ist ist die Membran 3. den Druckraum 7 gegenüber dem Schaltraum 8 abdichtend, gehalten. Des weiteren dient das Schraubelement 5 als Träger für einen Mikroschalter 9, der von einem sich auf der Membran 3 abstützenden und eine entsprechende Ausnehmung 10 im Schraubeleinent 5 durchgreifenden federelastischen Zwischenglied 11 betätigt wird.

Das Zwischenglied 11, das den insbesondere bei einer für hohe Drücke ausgelegten Membran kleinen Membranhub in einen relativ großen Schaltweg zu

ι ο übersetzen vermag, besteht aus zwei zueinander schlank verlaufenden Schenkeln 12 und 13, die an ihrem dem Mikroschalter 9 zugewandten Ende, beispielsweise mittels eines Niets oder durch Schweißen oder Löten, miteinander verbunden sind. Das freie Ende des Schenkels i2 ist über einen Haltearm 14 am Schraubelement 5 befestigt, während der Schenkel 13 mit dem freien, sich auf der Membran 3 abstützenden Ende eines federelastischen Haltearms 15 verbunden ist, der ebenfalls mit einem Ende am Schraubelement 5 angenietet ist

Zur Einstellung des Schaltpunktes und der Schalthysterese können der Haltearm 14 und/oder der Mikroschalter 9 in der Bewegungsebene des Zwischengliedendes verschieb- und feststellbar angeordnet sein. Obwohl ein verschiebbarer Haltearm 14 gegenüber einem verschiebbaren Mikroschalter 9 erhebliche Vorteile hat, — eine Verschiebbarkeit des Haltearms 14 ermöglicht eine Änderung des Übersetzungsverhältnisses zwischen Membranhub und Schaltweg des Zwischengliedendes und damit eine Änderung des Schaitpunktes und der Schalthysterese in weiten Grenzen, während durch eine Verschiebung des Mikroschalters 9 im wesentlichen nur der Schaltpunkt beeinflußt werden kann — kann es unter Umständen aus fertigungstechnisehen Gründen zweckmäßiger sein, lediglich den Mikroschalter 9 verschiebbar auf dem Schraubelement 5 anzuordnen. Es besteht nämlich dann die Möglichkeit, die beiden Haltearme 14 und 15 sowie die beiden Schenkel 12 und 13 aus einem einzigen Teil durch entsprechendes Verbiegen eines federelastischen Metallstreifens herstellen zu können. Eine solche besonders kostengünstige Ausführung ist in F i g. 2 dargestellt.

Die Einrichtung zum Umwandeln des Druckes eines Fluids in ein elektrisches Signal nach F i g. 3 entspricht im Gehäuseaufbau im wesentlichen derjenigen nach Fig. 1. In einem napfförmigen Gehäuseboden 1 befinden sich wiederum eine Membran 3 und eine Dichtungsscheibe 4. Die Membran 3 ist, den Druckraum 7 gegenüber dem den elektrischen Teil aufnehmenden

so Raum 8 abdichtend, durch einen Schraubring 5' gehalten. Zwischen dem Schraubring 5' und der Membran 3 befindet sich ein Ring 16, der das mit einem Schleifer als bewegliches Organ 17 versehene Zwischenglied 11' und einen längsaxial beweg- und feststellbar auf zwei Stützen 18 und 19 ruhenden Widerstandsstreifen 20 trägt.

Das Zwischenglied 11' besteht aus zwei gebogenen, federelastischen Schenkeln 12' und 13', von denen der Schenkel 12' mit einem in der Bewegungsebene des

ho Zwischengliedes W parallel zur Membran 3 verschieb- und feststellbar auf dem Ring 16 angeordneten Haltearm 14' und der Schenkel 13' mit dem freien, sich auf der Membran 3 abstützenden Ende eines federelastischen, am Ring 16 befestigten Haltearms 15' verbunden

ni ist. Bei einer solchen Einrichtung läßt sich durch Verschieben des Haltearms 14' der Winkelausschlag des Zwischengliedendes und durch Verschieben des Widerstandsstreifens 20 relativ zum Schleifer 17 der Nullpunkt

einstellen. Die Anordnung ist, wie im übrigen auch diejenige in Fig. 1, mit einer Haube 21 abgedeckt, die eine als Gewindestift ausgebildete, in einer Durchführung 22 aus Isolierstoff sitzende Anschlußklemme 23 trägt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Umwandeln des Druckes eines Fluids in ein elektrisches Signal, mit einem in einem Gehäuse angeordneten elektrischen Gebersystem, wie einem verstellbaren Widerstand und/oder einem Schalter, dessen bewegliches Organ über ein federelastisches Zwischenglied mit einer Membran in Wirkverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß das federelastische Zwischenglied (11; 11') aus zwei V-förmig miteinander verbundenen, zueinander schlank verlaufenden Schenkeln (12, 13; 12', 13') besteht, von denen sich der eine (13; 13') auf der Membran (3) abstützt, der andere (12; IY) ortsfest gelagert ist und deren geschlossenes Ende mit dem beweglichen Organ (17) wirkungsmäßig verbunden ist

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das geschlossene Ende des Zwischengliedes unmittelbar mit dem Schleifer des verstellbaren Widerstandes verbunden ist

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß einer der beiden Schenkel (12, 13; 12', 13') des Zwischengliedes (11; 11') mit einem Dehnungsmeßstreifen belegt ist

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der ortsfest gelagerte Schenkel (12'; 12) an einem Haltearm (14; 14') befestigt ist

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der auf der Membran (3) sich abstützende Schenkel (13; 13') mit einem einseitig ortsfest eingespannten federelastischen Haltearm (15; 15') verbunden ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schenkel (12, 13) und die Haltearme (14,15) einstückig ausgebildet sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltearm (14') parallel zur Membran (3) verschieb- und feststellbar ist