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lifferenzdruckschalter Es ist bekannt, chaltvorgänge, insbesondere
elektrische Schaltvorgange, in Abhängigkeit von den Verhältnissen in einem mit einem
Kolben ausgerüsteten hydraulisch oder pneumatisch arbeitenden Arbeitszylinder dadurch
auszulösen, daß man mit Druckmessern den Druck in den beiden Arbeitsräumen zu beiden
Seiten des Kolbens in dem Arbeitszylinder ermittelt und über mit den Druckmessern
verbundene Schaltmittel den Schaltvorgang bei bestimmten Druck werten auslöst. Da
zwei getrennte Druckmesser Venrendung finden, kann durch unterschiedliche Auslegung
derselben sichergestellt werden, daß sie Schaltvorgänge bei unterschiedlichen Druckwerten
in den mit ihnen verbundenen Kammern hervorrufen. Wie sich aber gezeigt hat, treten
häufig dadurch Ungenauigkeiten bei der Auslösung der Schaltvorgänge auf, daß Druckänderungen
im Arbeitszylinder an den Druckmessern, denen übliche3nweise Drosseln vorgeschaltet
sind, nur Druckänderungen mit relativ kleinem Gradienten zur Folge haben, so daß
der Druckwert, bei dem der einzelne Druckmesser tatsächlich den Schaltvorgang auslöst,
innerhalb gewisser Grenzen schwanken kann.
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Derartige Schwankungen sind aber in vielen Anwendungsfällen unerwünscht.
Betrachtet man beispielsweise einen Schweißvorgang, z B. Widerstandsschweißen, so
ist die beim Einschalten des Schweißstromes und während des Fließens desselben wirksame
Elektrodenkraft von erheblicher Bedeutung für die Güte der Schweißung. Wenn also
durch den Schaltvorgang der Schweißstrom schon eingeschaltet wird, bevor die Elektrodenkraft
ihren Sollwert erreicht hat, so führt dies zumindest zu unterschiedlichen Qualitäten
in verschiedenen Bereichen der Schweißstelle. Elnliche Probleme wirft diese zeitliche
Unsicherheit des Schaltvorganges dann auf, Oenn bestimmte Funktionen einer IXIaschine,
beispielsweise einer Werkzeugmaschine, erst dann wirksam werden dürfen, wenn andere
Maschinenteile,'beispielsweise ein Arbeitskolben, bestimmte Stellunge'n eingenommen
haben.
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Wie erfindungsgemäß erkannt wurde, lassen sich die beschriebenen Schwierigkeiten
vermeiden, wenn man nicht einzelne Druckmesser verwendet, die jeweils nur einen
Druck, nämlich in dem geschilderten Beispiel den Druck in einem Druckraum auf einer
Seite des Kolbens, ermitteln, sondern wenn man die Druckdifferenz zu beiden Seiten
des Kolbens nach Größe und Vorzeichen zur Gewinnung von-Schaltsignalen heranzieht.
Demgemäß betrifft die Erfindung einen Differenzdrucksohalter, der aber, obwohl er
eine einzige Baueinheit bildet und nicht aus zwei getrennten Druckmessern zusammengesetzt
ist, so ausgebildet ist, daß er voneinander unabhängige Druckwerte für die Auslösung
von Schaltvorgängen einzustellen gestattet. Dieser Differenzdruckschalter mit einem
Gehäuse, das beiderseits eines gegen Federkraft längsverschieblich gelagerten Bauteils
je eine mit einem Druckmittelanschluß versehene Druckkammer bildet,
ist
erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet,'daB dem Bauteil für seine beiden Verschieberichtungen
zwei FedeTanordnungen zugeordnet sind, die sich mit ihren einander abgekehrten-ersten
Enden dauernd auf Anschlägen am Gehäuse und mit ihren zweiten Enden an auf das Bauteil
aufgezogenen Anschlagscheiben abstützen, deren der jeweiligen Feder abgekehrten
Stirnflächen je eine Anlage an dem Bauteil und an dem Gehäuse in solcher relativer
Anordnung zugeordnet sind, daß in einer von den Endstellungen abweichenden neutralen
Stellung des Bauteils beide Anschlagscheiben auf den zugeordneten Anlagen an Bauteil
und Gehäuse aufliegen, während bei -Verschiebungen des Bauteils die in Richtung
der jeweiligen Verschiebung vordere Anschlagscheibe nur auf der zugeordneten Anlage
am Bauteil, dagegen die in Richtung der jeweiligen Verschiebung hintere Anschlagscheibe
nur auf der zugeordneten Anlage am Gehäuse aufliegt, und daß das Bauteil mit Mitteln
zur von seiner Stellung abhängigen Betätigung von Schaltmitteln versehen ist.
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Dadurch, daß jeder Federanordnung, die in einfacher Weise durch eine
einzige, das dann stangenförmige Bauteil umgreifende Druckfeder gebildet sein kann,
an den einander zugekehrten Pederenden eine in Richtung ihrer Achse verschieblich
auf das Bauteil aufgesetzte Anschlagscheibe und dieser wiederum Anlagen sowohl an
dem Bauteil als auch an dem Gehäuse zugeordnet sind, ist bei jeder Verschiebung
des Bauteils aus seiner neutralen Stellung heraus nur eine der beiden Federanordnungen,
nämlich die in Richtung der Verschiebung vordere, wirksam, während sich die jeweils
andere Federanordnung über die ihr zugeordnete Anschlagscheibe auf die Anlage an
dem Gehäuse abstützt. Durch unterschiedliche
Dimensionierung der
beiden Federanordnungen ist es daher möglich, die bei den verschiedenen Vorzeichen
des Differenzdruckes zu Schaltvorgängen führenden Druckwerte völlig unabhängig voneinander
zu wählen. Eine weitere Möglichkeit zur Einstellung unterschiedlicher Druckwerte,
die zur Auslösung von Schaltvorgängen führen, besteht darin, daß man die Schaltmittel
so "unsymmetrisch" anordnet, daß die zu ihrer Betätigung erforderlichen Verschiebungen
des Bauteils mit seinen Betätigungsmitteln unterschiedlich groß sind.
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Im einzelnen wxrd man die Konstruktion so treffen, daß das Bauteil
einen mit seinen beiden Stirnflächen die Anlagen am Bauteil bildenden Flansch und
das Gehäuse einen mit seinen beiden Stirnflächen die Anlagen am Gehäuse bildenden
Bund zumindest ungefähr gleicher axialer Erstrekkung wie der Flansch besitzt und
der Bund den Flansch in der neutralen Stellung des Bauteils umschließt.
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Bei dieser Konstruktion kann ein an dem Flansch befestigter Schaltstift
durch eine das Gehäuse im Bereich des Bundes durchsetzende Öffnung hinausragen in
den Bereich von Schaltmitteln, so daß de-r Schalt stift je nach seiner Stellung,
d.h. je nach der Verschiebung des Bauteils, einen der Kontakte betätigt oder beide
Kontakte in ihrer Ruhestellung beläßt Das Bauteil kann kolbenartig ausgeführte Bereiche
enthalten, die also dicht in eine- Zylinderbohrung in dem Gehäuse eingepaßt sind,
Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht jedoch vor, daß die Druckkammern
durch auf jeweils einer Seite des Bauteils aufliegende Membranen, die mit ihren
Rändern am Gehäuse eingespannt sind, abgedichtet
sind.
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Die bevorzugte Verwendung der Erfindung liegt nach dem oben Gesagten
in der Auslösung von Schaltvorgängen bei vorgegebenen Druckdifferenzen zwischen
Druckräumen zu beiden Seiten eines Kolbens in einem Arbeitszylinder.
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Dieser Fall ist dem figürlich dargestellten Ausführungsbeispiel zugrunde
gelegt, und zwar zeigt Figur 1 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Differenzdruckschalters und Figur 2 seine bevorzugte Verwendung.
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Der Differenzdruckschalter besitzt das allgemein mit 1 bezeichnete
Gehäuse, das mit zwei zylindrischen Bohrungen 2 und 3 versehen ist, die zur Aufnahme
des Bauteils 4 dienen. In den GehäuæedeckeE 5und 6 und damit an den Stirnflächen
des längsverschieblich gelagerten Bauteils 4 befindet sich jeweils eine Druckkammer
7 und 8; diese Druckkammern stehen über die Anschlüsse 9 und 10 mit jeweils einem
Druckraum an der Seite eines Zylinders in Verbindung. Die längsverschiebliche Führung
des Bauteils 4 wird durch dessen in diesen ksführungsbeispiel mittleren Flansch'11
bewerkstelligt, der durch den nach innen ragenden Bund 12 am Gehäuse abgestützt
ist. Dieser Flanschbereich 11 dient zugleich zur Halterung des senkrecht zur Achse
des Bauteils 4 weisenden Schaltstifts 13, der mit seinem freien Ende zwischen die
Betätigungsteile 14 und 15 von zwei Mikroschaltern 16 und 17 ragt. Der Differenzdruckschalter
ist so ausgelegt, daß er bei positiven und bei negativen Druckdifferenzen zwischen
den beiden Druckräumen des an die Anschlüsse 9 und 10 angeschlossenen Arbeitszylinders
einen der beiden Mikroschalter 16 und 17 betätigt,
und zwar gegebenenfalls
bei voneinander abweichenden Absolutwerten der Druckdifferenz. Dies geschieht dadurch,
daß je nach Vorzeichen und Größe der Druckdifferenz zwischen den Druckkammern 7
und 8 des Differenzdruckschalters das Bauteil 4 durch Druckübertragung über die
Membranen 18 und 19, die der Abdichtung dienen und mittels der Scheiben 20 und M'
an ihren Rändern am Gehäuse eingespannt sind,.in Längsrichtung verschoben wird,
so daß schließlich einer der beiden Mikroschalter 16 und 17 über den Schaltstift
13 betätigt wird. Diese Verschiebung des Bauteils 4 erfolgt-gegen die Wirkung jeweils
einer Druckfedex. Zu diesein Zweck sind auf das Bauteil 4 zu beiden Seiten des Flansches
11 Druckfedern 21 und 22 aufgezogen, deren einander abgekehrten Enden sich dauernd
auf die in das Gehäuse fest eingeschraubten Verstellinuttern 23 und 24 abstützen,
während ihre einander zugekehrten Enden auf Anschlagscheiben 25 und 26 aufliegen.
Diese Anschlagscheiben sind lose auf das Bauteil 4 aufgeschoben, und zwar ist ihr
Innendurchmesser so bemessen, daß sich in der-figürlich dargestellten neutralen
Lage des Bauteils 4 beide Anschlagscheiben gegen durch die Stirnflächen des Flansches
11 gebildete Anlagen 27 und 28 am Bauteil 4 und'gleichzeitig gegen durch die Stirnflächen
des Bundes 12 gebildete Anlagen 29 und 30 am Gehäuse legen. Die axialen Abmessungen
von Flansch 11 und Bund 12 sind also zumindest ungefähr gleich groß, so daß sichergestellt
ist, daß die beiden Druckfedern 21 und 22 auch bei unterschiedlicher Dimensionierung
das Bauteil 4 in eine definierte neutrale Stellung zu bewegen suchen.
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Nimmt man jedoch einmal an, es läge eine Druckdifferenz vor, die durch
einen größeren Druck in der Druckkammer 7 gegenüber dem Druck in der Druckkammer
8 gekennzeichnet ist,
so erfolgt über die Membran 18 eine Verschiebung
des Bauteils 4 in Figur 1 nach rechts entgegen der Kraft der-Feder 22. Die Feder
21 ist hierbei wirkungslos (sie ist nur bei einer Verschiebung des Bauteils 4 in
entgegengesetzter Richtung wirksam), da sich die ihr zugeordnete Anschlagscheibe
25 auf der Anlage 29 am Gehäuse abstützt, Hierdurch ist die Unabhängigkeit der Ansprechwerte
des Schalters für unterschiedliche Vorzeichen besitzende Druckdifferenzen sichergestellt.
Bei einer hinreichend großen Verschiebung erfolgt nun über den Schaltstift 13 die
Betätigung des in der Figur rechten Mikroschalters 17.
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Die zur Auslösung von Schaltvorgängen in den Schaltern 16 und 17 führenden
Werte der Druckdifferenz können durch unterschiedliche Wahl der Federn, durch unterschiedliche
Abstände der Verstellmuttern 23 und 24 von dem Bund 12 und auch durch bezüglich
der neutralen Lage des Schaltstiftes 13 unsymmetrische Anordnung der Mikroschalter
16 und 17 eingestellt werden. Über den Stecker 31 werden dann die Schalt signale
abgegriffen und dem zu steuernden Gerät zugeführt, beispielsweise zum Einschalten
des Schweißstromes in einer Schweißmaschine.
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In Figur 2 ist der Differenzdruckschalter allgemein mit 40 bezeichnet.
Jeweils eine der beiden in Figur 1 mit 7 und 8 bezeichneten Druckkammemsteht mit
einer der Leitungen 41 und 42 in Verbindung, die mit jeweils einem der Druckräume
43 und 44 in dem Arbeitszylinder 45 zu beiden Seiten des Kolbens 46 verbunden sind.
Die Betätigung der Schalteranordnung 47 des Differenzdruckmessers 40 erfolgt demgemäß
in Abhängigkeit von Vorzeichen und Größe der Druckdifferenz zwischen den beiden
Druckräumen 43 und 44o Die Schaltmittel können auch die Strömung von hydraulischen
oder pneumatischen Medien beeinflussende Glieder sein.