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Schalter Die Erfindung bezieht sich auf einen Schalter, insbesondere
zum Unterbrechen und Schließen eines elektrischen Stromkreises mittels zweier Kontaktstücke,
wobei das Schalten in Abhängigkeit einer beaufschlagenden Kraft oder eines hydraulischen
Druckes erfolgt und sich aus einer Kraft- bzw Druckhysterese eine Schaltspanne ergibt.
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Derartige Schalter sind bekannt als Kombination eines elektrischen
Microschalters verbunden mit einem mechanischen Teil, das in Abhängigkeit zur Kraft-
oder Druckbeaufschlagung einen Weg zurücklegt und dabei den Microschalter schaltet.
Durch geeignete kinematische Gestaltung des Microschalters kann zwischen Ein- und
Ausschalten eine Wegspanne gelegt werden, die für das gesamte Gerät als Kraft- oder
Druckschaltspanne benutzt werden kann.
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Durch die deutschen Auslegeschriften 1 226 688 und 1 281 530 sind
schon druckabhängige elektrische Schalter bekannt geworden, bei denen der Schalthebelarm
an einem Ende fest eingespannt ist, bzw. gelenkig gelagert ist und bei denen über
Zwischenglieder zwischen dem Hebelarm und der Membran der Hebelarm in die eine oder
andere Lage bewegt wird. Bei pulsierender Druckerhöhung vor der Membran bis kurz
vor dem Schaltpunkt des Hebelarmes undgoder bei einer Erschütterung des Schlters
durch stöße oder Beschleunigungen von außen muß damit gerechnet werden, daß es zu
Fehlschaltungen kommt Dabei kippt der die Bewegung der Membran übertragende Hebelar
infulge der Stöße und rschtterungen Jeweils von der
einen in die
andere Einstellung. Neben dem in Fig. 1 der deutschen Auslegeschrift 1 281 530 dargestellten,
mit einer Schraubenfeder arbeitenden Schalter, gibt es noch Schalter, die mit Dreizahnfedern,
C-förmigen Federn, sinus-förmigen Federn oder dgl. arbeiten. In jedem Falle arbeiten
diese Art von Federn mit Hebeln oder beweglichen Übertragungsgliedern zusammen.
Hebel sind jedoch kurz vor dem Umschaltpunkt neben der im vorangenannten Nachteile
in Bezug auf äußere Erschütterungen auch anfällig gegen Druckschwankungen und Pulsationen
im Meßwertgeberbereich. Sehr langsam ansteigende Drücke oder Kräfte bewirken übergangswiderstände
an den Kontaktelementen, die zum Verschmoren derselben führen könnens Der Erfinder
hat es sich zur Aufgabe gemacht, einen Schalter zu schaffen, bei dem die Aufgaben
des Microschalters und die des mechanischen Teils, das in Abhängigkeit zur Kraft-
oder Druckbeaufschlagung einen Weg zurücklegt, durch Integration bzw.
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Mehrfachfunktion der Einzelteile zu einem einzigen Teil verschmolzen
werden. Der Schalter soll von einem bestimmten Druck oder einer bestimmten Kraft
an ein- bzw. ausschalten und von einem bestimmten anderen Druck bzw. einer bestimmten
anderen Kraft an wieder aus- bzw. einschalten. Er sollte gegen Druck oder Kraft
schwankungen auf der Druck- oder Kraftgeberseite unanfällig sein, d. h. Pulsationen
von der Beaufschlagungsseite her sollen herausgefiltert oder gedämpft werden, sodaß
sie nicht auf das feststehende Kontaktstück übertragen werden. Durch mindestens
zwei stabile Lagen des Systems soll der Schalter gegen Erschütterungen und Stöße
von außen abgesichert sein. Nur statische Dichtungen sollen Verwendung finden, bei
denen keine mechanischen Reibungen auftreten. Die Diffusion leichtflüchtiger Druckmedien
soll verhindert werden und die Temperatur- und Viskositätsunabhangigkeit soll erreicht
werden. Außerdem soll sich der Schalter, aufgrund weniger Einzelteile, durch eine
kompakte, integrierte und billige Bauweise auszeichnen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sich ein Kontaktstück
auf einer mindestens zwei stabile Stellungen einnehmenden Sprungmembran befindet,
die zu dem anderen Kontaktstück so befestigt ist, daß sie sich in ihrer zweiten
oder anderen stabilen Lage durch ihre Eigenspannung an das andere ontaktstück anlegt.
Das auf der Sprungmembran befindliche Kontalctstuck kann auch darin bestehen, daß
es die gesamte Membran in Form eines elektrisch leitenden Materials bildet. Vorteilhafterweise
wird das andere, beim Schalten nicht bewegte, Kontaktstück in Richtung auf die elektrisch
leitende vorgespannte und gewölbte Sprungmembran verschiebbar und fixierbar angeordnet.
Zur Verwendung als Druckschalter ist die Membran in einem abgedichteten Topfgehäuse
auf der dem Kontaktstück abgewendeten Seite von einem Druckmedium beaufschlagt.
Als einfacher Schalter kann die Sprungmembran über einen an ihr befestigten Schalthebel
mechanisch beaufschlagt werden. In einer besonderen Ausführungsform der erfindung
stellt das verschiebbar angeordnete Kontaktstück eine Schraube dar, die mit Hilfe
einer Kontermutter feststellbar ist. Je nach dem vorhandenen Druck ist die Sprungmembran
direkt oder indirekt in einer ihrer stabilen Lagen mit einer einstellbaren Federkraft,
insbesondere in Form einer Schraubenfeder mit einer Vorspannkraft beaufschlagt.
Damit ist der Schaltpunkt des Schalters von der Vorspannung der Schraubenfeder und
der Rückschaltpunkt von dr Eigenspannung der Sprungmembran abhängig.
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Der Vorteil der Erfindung liegt insbesondere darin, daß die Sprungwirkung
und die Kraftweghysterese der Sprungmembran durch vorteilhafte konstruktive Ausbildung
ausgenutzt wird. Dadurch ist ein schnelles und jederzeit reproduzierbares schlagartiges
Einschalten möglich. Das Einjustieren der beiden Kontaktstücke hat je nach dem Einsatz-
und Aufgabengebiet des Schalters so
zu erfolgen, daß sich die Sprungmembran
im Bereich ihrer gröB-ten Eigenspannung gegen das andere Kontaktstück anlegt. Dadurch
wird ein Flattern durch eine allmhliche Druck- oder Kraftabnahme verhindert.
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Die Integration des Druckaufnahmegerätes mit dem die Kontaktstücke
enthaltenden Teil in einem Topfgehäuse bringt eine enge Bauweise und wenig Einzelteile
mit sich. Die Ausbildung der Sprungmembran aus einem elektrisch leitenden Material
z. B.
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Stahl, verleiht dem Schalter eine hohe Temperaturbeständigkeit und
verhindert die Diffusion von leichtflüchtigen Druckmedien.
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Die Erfindung läßt die verschiedensten Ausführungsformen zu.
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Zwei davon sind in den folgenden Zeichnungen dargestellt.
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Es zeigen Fig. 1 Prinzipskizze eines Schalters Fig. 2 schnitt durch
einen druckbeaufschlagten Schalter In Fig. 1 ist in einem Stromkreis G als Prinzipskizze
die elektrisch leitende Sprungmembran 1 in ihrer stabilen Offnungsstellung gezeigt.
Die zentrisch angeordnete Schraubenfeder 5 unterstützt diese stabile Lage des geöffneten
Schalters. Gegenüber der elektrisch leitenden Sprungmembran 1 und innerhalb der
Schraubenfeder 5 befindet sich das andere Kontaktstück 3. Der Abstand des Kontaktstiickes
3 von dem Kontaktstück 1 (der Membran) ist so bemessen> daß sich die Sprungmembran
1 nach dem Schließen mit großer Eigenspannung gegen das Kontaktstück 3 anlegt. Das
Kontaktstück 3 ist an einem Verbraucher 4 und den einen Pol (Plus) angeschlossen.
Die elektrisch leitende Sprungmembran 1 dagegen ist an dem anderen Pol (Minus) angeschlossen.
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Die Wiskungsweisu des schalters ist die folgende: Wird die Sprungmembran
1 entgegen dem Federdruck der Feder 5 und entgegen der Eigenspannung der Sprungmembran
mit Kraft oder Druck beaufschlagt, so Schnappt sie bei einem gewissen konstruktiv
und mater:iell wählbaren Grenzwert um und schließt vor dein Erreichen ihrer zweiten
stabilen Lage den Schalter Der Strom fließt dann vom negativen Pol in die elektrisch
leitende Sprungmembren, aber das Kontaktstück 3 in den Stromkreis 6 und ber den
Verbraucher 4 zum positiven Pol. Für das Öffnen des Schalters nimmt der Druck oder
die Kraft auf die Sprungmembran 1 soweit ßb, daß sie durch den Druck der Schraubenfeder
5 aus ihrer durch die Elgensprannung der Membran hervorgerufenen stabilen Lage 2
seblatertig entgegen ihrer Eigenspannung in die stabile Lage 1 gedrückt wird.
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In 11£. ) ist; ein von einem Druckmedium beaufschlagter Schalter im
Schnitt dargestaltt, In einem Topfgebäuse 7 ist die Sprungmembram 8 mit Hllfe des
Deckels 9 eingeknopft. Die Beaufschlagung der sprungmembran 8 mit Druckmedlam erfolgt
durch den Einlaulstutzen 10. Zentrisch zur prungmembran 8 ist in den Deckel eine
Hülse aus isoliermaterial mit einem Innen- und einem Außengewinde eingeschraubt.
Die Isolisrhulse wird über eine Nontermutter 12 in dem deckel 9 fixiert. Außerdem
enthält sie den zu einer Schraube geformten kontakt 13, der ebenfalls über eine
Kontermutter 14 in eine feste Lage zur Isolierhülse 11 gebracht werden kann. Die
Isolierhülse 11 hat neben der Aufgabe, das kontaktstäck 13 zu isolieren, die Punktion,
die Feder 17 in Ricbtung auf die Sprungunembean entsprechend dem gewünschten Schaltpunkt
zu verschieben. Das andere Ende der Feder 17 ist in dem zweiten Kuntaktstück 15,
welches in die Sprung embran 8 eingnarbsitet ist, gelagert. Vem Eontaktstück 15
führt eine bewegliche eleklrische Leitung 16 durch die Isolierhulse 11. Die Lettang
16 wlrd Lnnerbalb der Isolierhälse 11 segen das Kong La t tüa 13 und gegen den Gehän
edeckel 9 (Madde) iseliert.
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Die Wirkungsweise des druckabhängigen Schalters ist die folgenes Ein
Stromkreis soll bei erreichung eines bestimmten Druckes eingeschaltet und nach dem
Absinken des Druckes auf einen bestimmten Mindestdruck wieder abgeschaltet werden.
tber den Stutzen 10 füllt sich der Raum vor der Sprungmembran 8 mit Druckmedium.
Mit steigendem Druck verschiebt sich das Kontaktstück 15 ein wenig in Richtung auf
das Kontaktstück 13 und drückt dabei die Feder 17 etwas zusammen0 Wenn die Kraft
der Schraubenfeder 17 und die Eigenspannungskraft der Sprungmembran 8 der auf der
anderen Seite der Membran durch das Druckmedium hervorgerufenen Kraft nicht mehr
gewachsen sind, klappt die Sprungmembran 8 schlagartig mit dem Kontaktstück 15 in
ihre zweite im wesentlichen stabile Lage. Der Stromkreis wird geschlossen und das
Kontaktstück 15 legt sich mit der, durch die konstruktive Ausbildung und/oder die
Montageeinstellung vorgegebenen Spannkraft der Sprungmembran 8 gegen den Kontaktstift
13 an. Der Strom fließt, vom negativen Pol kommend, durch die Isolierhülse 11 über
die bewegliche elektrische Zuleitung 16 in das Kontaktstück 15. Vom Kontaktstück
15 fließt der Jtrom, über die Kontaktfläche durch das Kontaktstück 13, die Zuleitung
17, den Verbraucher 18 in den Pluspol.
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Wenn die vom Drucicmedium erzeugte Kraft auf die Sprungmembran 8 und
die Eigenspannkraft, die die Sprungmembran 8 gegen das Kontaktstück 13 drückt, kleiner
geworden sind als dieKraft der Schraubenfeder 17, hebt das Kontaktstück 15 schlagartig
vom Kontaktstück 13 ab und der Stromkreis ist geöffnet.
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Die Kontermutter 12 dient zum Einstellen der Isolierhülse 11, die
durch ihre Versciiiebung in Richtung auf die Sprungmembran 8 die Vorspannlcrafl
tler Schraubenfeder 17 regelt. Der Sch.tltpunkt
kann also in weiten
Bereichen durch die Isolierhülse 11 und die große Kontermutter 12 eingestellt werden.
Indirekt wird dabei auch das Kontaktstück 13 mit in Richtung auf die Sprungmembran
8 bzw. auf das Kontaktstück 15 verschoben Die eigentliche Feineinstellung des Kontaktstückes
13 zur Regulierung des Ausschaltpunktes (bzw. der Schaltspanne), d. h. des Unterbrechens
des Stromkreises, erfolgt mit Hilfe des schraubenförmigen Schaftes des kontalctstückes
13 und der kleinen Kontermutter 14. Je nach Lage des Kontaktstückes 13 gegenüber
der Sprungmembran 8 bzw. dem Kontaktstück 15 kann sich die Sprungmembran 8 in ihre
zweite stabile Lage begeben oder daran gehindert werden. Entsprechend breit oder
schmal ist der Umschaltbereich zwischen dem Ein- und dem Ausschaltpunkt.
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Neben diese bei der Montage möglichen Variationen in der Einjustierung
des Schalters treten diejenigen, die bei der Konstruktion durch die Formgebung und
die Materialwahl der Membran 8 verändert werden. Durch Umkehrung der Konstruktionselemente
kann der dargestellte Schließschalter auch mit einer Offnerfunktion versehen werden.