DE2509277B2 - Druckmittelbetätigter Kleinschalter für elektrische und elektronische Steuerfunktionen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen druckmittelbetätigten Kleinschalter für elektrische und elektronische Steuerfunktionen, insbesondere für Fahrzeugbremsanlagen, mit einer den Druckraum und den Schaltraum begrenzenden, scheibenförmigen Metallmembran.

Druckmittelbetätigte Kleinschalter der obigen Gattung haben den Zweck, bei einem vorbestimmten Druck, insbesondere Steuer- oder Bremsdruck, elektrische oder elektronische Steuerkreise bei maximaler SchaJtpunktkonstanz und prellfreier Kontaktgabe zu schließen oder zu öffnen.

Aus der US-PS 23 45 023 ist ein druckmittelbetätigter Schalter der eingangs beschriebenen Art bekannt, welcher eine den Schaltraum vom Druckraum trennende und entlang ihres Umfangs schaltraumseitig abgedichtet und großflächig anliegend im Schaltergehäuse fest eingespannte, elastische Membran sowie eine erste über einen Stift an der Membran anliegende, einerseits gehäuseseitig elektrisch leitend befestigte und andererseits mit Kontakten versehene Kontaktfahne und eine zweite einerseits gehäuseseitig elektrisch isoliert befestigte und andererseits hakenförmig um das freie Ende der ersten Kontaktfahne greifende und über im Auslauf der hakenförmigen Abbiegung angeordnete stationäre Kontakte mit den Kontakten der ersten Kontaktfahne zusammenwirkende, mittels einer in ihren Kontaktfiächenbereich angreifenden Stellschraube einstellbare Kontaktfahnc aufweist, wobei die zweite Kontaktfahne über ein Kontaktglied mit einem gehäuseseitigen elektrisch isoliert befestigten Schraubanschluß verbunden ist. Dabei ist nachteilig, daß der Schalter insgasamt zu aufwendig aufgebaut und unbefriedigend fein einstellbar ist, daß die Membrananordnung einen temperatur- und alterungsabhängigen Arbeitshub erbringt, welcher im Falle einer hierbei aufgrund der am Gehäuse elektrisch leitend zu befestigenden Anordnung nicht nahegelegten Metallmembran eine zu geringe Länge aufweist und im Falle einer elastischen Nichtmetallmembran bei dabei eingeschränkter Anwendung im niederen Schaltdruckbereich zu stark differiert, wodurch der Schaltdruck innerhalb zu großer Bandbreiten variiert.

Außerdem ist aus der GB-PS 8 63 762 eine mittels einer konzentrisch abgestuft gewölbten, im Innenbereich durch eine elektrisch isolierende Ein- oder Auflage verstärkten, großflächigen Metallmembran betätigbarer, zur Metallmembran gegen Federwirkung verstellbar gelagerter, handelsüblicher Sprung- oder Mikroschalter bekannt, wobei die Membran beispielsweise mittels einer entlang ihrer dem Schalter abgewandten Außenfläche befestigten, gummielastischen radialen Verlängerung gehäuseseitig mit radialem Spiel und schalterseitig gegen einen gummielastischen Ring verschieblich befestigt ist, wodurch die Membran bei punktförmig oder großflächig einwirkender Betätigungskraft einen Arbeitshub auf der Basis einer die Betätigung des Sprungschalters zu gewährleistenden Mindestlänge erbringt. Dabei ist nachteilig, daß der

Schalter Prelleigenschaften aufweist, daß die Membran zu aufwendig und entlang des gummielastischen Randes zu wenig dauerhaft ist sowie außerdem einen zu raumgreifenden Schalteraufbau und bei vorbestimmtem Arbeitspunkt aufgrund der in ihrer Form und Elastizität äußerst instabilen gummielastischen Lagerungselemente einen innerhalb zu großer Bandbreiten variierenden Schaltdruck erfordert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kleinschalter der eingangs genannten Art so auszubilden, daß ein Aufbau aus wenigen, einfachen Teilen bei Hysteresisfreiheit und geringer Prellneigung ermöglicht ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die scheibenförmige Metallmembran in ein Kunststoffgehäuseteil mit abgestufter Ausnehmung unter kreisförmiger Anlage gegen die von der abgestuften Ausnehmung gebildete Schulter jingelegt und durch einen gegen eine um den der abgestuften Ausnehmung gegenüberliegenden Stirnflächenrand des Kunststoffgehäuseteiles gebildete metallische Ummantelung abgestützten Dichtring an die Innenkante der Schulter angedrückt sowie schaltraumseitig an einer Eindrückung einer von mindestens zwei stirnflächenseitig in dem Kunststoffgehäuseteil eingebrachten, »L«-förmig abgewinkelten Kontaktfedern zentral anliegend angeordnet ist.

Vorteilhafte Weiterbildung des Gegenstandes nach dem Hauptanspruch sind in den Patentansprüchen 2 — 7 angegeben. Jo

Die mit dem erfindungsgemäß ausgestalteten druckmittelbetätigten Kleinschalter erzielbaren Vorteile bestehen darin, daß einerseits seine konstruktiv einfache, aus nur wenigen Einzelheiten bestehende Ausführung in Verbindung mit der metallischen J5 Ummantelung eine robuste, raumsparende Kompaktbauweise bei wirtschaftlich durchführbarer Serienfertigung und andererseits seine Anordnung der scheibenförmigen Metallmembran bei druckraumseitig frei beweglichem Membranrand und schaltraumseitig zentral anliegender Kontaktfeder eine kontinuierlich und weitgehend temperaturunabhängig verlaufende Druck-Weg-Umsetzung ermöglicht, die bei optimaler Schaltfrequenz und Schaltpunktkonstanz sowie bei prellfreier Kontaktgabe ein praktisch schalthysteresisfreies Schließen und öffnen von elektrischen und elektronischen Steuerkreisen bei vorbestimmtem oder aber auch vorbestimmbaren Schaltdruck innerhalb des gesamten höheren Druckbereiches von 1,5—10 bar gewährleistet.

Die »L«-förmig abgewinkelten, stirnflächenseitig in den Schaltraum eingebrachten Kontaktfedern ermöglichen aufgrund ihrer Form und Anordnung einerseits auf der Basis der Hebelgesetze einen den jeweiligen Schaltaufgaben anpaßbaren Abstand zwischen den stationären und den beweglichen Kontaktstellen durch eine entsprechende Übersetzung des Membranhubes und bei gewünschter Feinerstellbarkeit durch eine entsprechende Untersetzung der Einschraubtiefe einer Einstellschraube sowie andererseits eine universell durchführbare Anordnung der Kontaktstellen im Sinne w> von Schließern, Öffnern oder Wechslern, wodurch die Anwendungsbreite erweitert und damit die Lagerhaltung und Fertigung rationalisiert ist.

Die als eine zweckmäßige Ausgestaltung vorgeschlagene Anordnung von Luftfiltern in den gleichsam als t>"> Atmungskanäle des Schaltraumes ausgebildeten Durchgängen der Kontaktfedern ist insbesondere bei in Außenanlagen eingesetzten Kleinschaltern von Vorteil, da dadurch die Membran und auch die Kontaktstellen vor den Einflüssen aggressiver Atmosphäre schützbar sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen axialen Längsschnitt durcii den erl'indungsgemäß ausgebildeten druckmittelbetätigten Kleinschalter,

F i g. 2 einen Schnitt durch den druckmittelbetätigten Kleinschalter entlang der Linie A-B in F i g. 1.

Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte druckmittelbetätigte Kleinschalter weist ein Kunststoffgehäuseteil 1 mit einer axial angeordneten, abgestuften Ausnehmung 2 und eine um den der abgestuften Ausnehmung 2 gegenüberliegenden und durch eine Lochscheibe 3 geschützten Stirnfläche.irar.d 4 gebördelte, topfförmige metallische Ummantelung 5 mit in ihrem Bodenteil angeordnetem DruckmitteietniaO 7 auf.

In der Ausnehmung 2, die an ihrer Abslufung eine Ringschulter 8 bildet, ist in dem Teil größeren Durchmessers eine scheibenförmige Metallmembran 9 mit geringem Spiel zur zylindrischen Wendung der Ausnehmung 2 kreisringförmig an der Ringschulter 8 anliegend und durch einen zwischen ihr und dem Bodenteil 6 der Ummantelung 5 eingebrachten Dichtring 10, dessen Durchmesser gegenüber der Ausnehmung 2 geringfügig reduziert ist, gegen die Innenkante 11 der Ringschulter 8 angedrückt sowie in die Ausnehmung 2 in ihrem Bereich größeren Durchmessers einen Druckraum 12 und in ihrem Bereich kleineren Durchmessers einen Schaltraum Π begrenzender Weise angeordnet.

Im Schaltraum 12 sind »L«-förmig abgewinkelie über im Kunststoffgehäuseteil 1 stirnflächenseitig eingebrachte Durchgänge 14, 15 Kontaktfedern 16, 17 angeordnet, von denen eine Kontaktfeder 16 an ihrem abgewinkelten, freien Teil eine an der scheibenförmigen Metallmembran 9 zentral anliegende Eindrückung 18 und am Ende ihres abgewinkelten, freien Teiles eine oder mehrere sogenannte bewegliche Kontaktstellen 19 und die andere oder aber auch anderen Kontaklfeder/n 17 an ihrem abgewinkelten, freien Teil eine mit der oder einer beweglichen Kontaktstelle 19 zusammenwirkbare sogenannte stationäre Kontaktstelle 20 aufweist, wobei die bewegliche/n Kontaktstelle/n 19 sowohl unterhalb der stationären Kontaktstelle/n 20 im Sinne von Schließern als auch oberhalb im Sinne von Öffnern oder unter- und oberhalb im Sinne von Wechslern angeordnet sein können.

Der abgewinkelte, freie Teil der Kontaktfeder/n 17 mit der stationären Kontaktstelle 20 kann an seinem Ende eine mit einer stirnflächenseitig in den Kunststoffgehäuseteil 1 eingebrachten Einstellschraube 21 elektrisch isoliert zusammenwirkende Kontaktfederverlängerung 22 aufweisen.

Die in den Durchgängen 15, 16 eingebrachten Kontaktfedern 16, 17 weisen von außen zugängliche, elektrische Anschlußstellen 23,24 auf.

Die Durchgänge 15, 16 für die Kontaktfedern 16, 17 sind gleichsam als Atmungskanäle 25, 26 des Schaltraums 13 ausgebildet, wobei in deren Ausnehmungsbereichen für die Kontaktfederbefestigung Luftfilter 27,28 in stirnflächenseitig von der Lochscheibe 3, deren Innendurchmesser größer ist als der radiale Abstand der Durchgänge 15, 16 teilweise abdeckender Weise angeordnet sind.

Die Wirkungsweise des in den Fig.! und 2

dargestellten druckmittelbetriebenen Kleinschalters ist folgende:

Bei druckloser, nicht gezeigter Steuerleitung und somit auch drucklosem Druckraum 12 befindet sich der Kleinschalter in seiner Ausgangsposition. Die scheibenförmige Metallmembran 9 liegt, mit geringem Spiel zur zylindrischen Wandung der Ausnehmung 2, kreisringförmig an der Ringschulter 8 elastisch an. Schaltraumseitig befindet sich der »L«-förmig abgewinkelte freie Teil der Kontaktfeder 16 mit seiner Eindrückung 18 in zentraler Anlage an der Metallmembran 9 und mit der an seinem freien Ende angeordneten beweglichen Kontaktstelle 19 in gegenüber der stationären Kontaktstelle 20 geöffneter Position. Die Anschlußstellen 23, 24 der Kontaktfedern 16, 17 sind mit einem nicht dargestellten elektrischen oder elektronischen Steuerkreis verbunden.

Bei in der Steuerleitung anstehendem Steuerdruck und über den Druckmitteleinlaß 7 entsprechendem Druckaufbau im Druckraum 12 wölbt sich die scheibenförmige Metallmembran infolge ihrer Beaufschlagung unter kräftiger Anlage an der Innenkante 11 der Ringschulter 8 und freier druckraumseitiger Rückstellung ihres Randes sowie unter Mitnahme der über die Eindrückung 18 zentral an ihr anliegendem Kontaktfeder 16 schaltraumseitig durch, wobei der von der Metallmembran 9 in ihrem Zentralbereich zurückgelegte, zwar relativ große, aber für Schaltzwecke zu geringe Hub, der in seiner Länge von der Membrancharakteristik und von der Höhe des Steuerdruckes abhängig ist, einen aufgrund der Hebelanordnung des »L«-förmig abgewinkelten freien Teiles der der Kontaktfeder 16 mit der an ihrem freien Ende angeordneten beweglichen Kontaktstelle 19 ausreichend übersetzbaren Schaltweg erbringt, und den elektrischen oder elektronischen Steuerkreis bei vorbestimmten! Schaltdruck prellfrei schließt. Solange der Steuerdruck dem vorbestimmten Schaltdruck entspricht oder dessen Höhe überschreitet, bleibt der Steuerkreis geschlossen, wobei der bei gegenüber dem Schaltdruck höherem Steuerdruck geringfüfig größer werdende Hub der Metallmembran 9 durch die federnde Beschaffenheit und Anordnung der Kontaktfedern 19, 20 praktisch ermüdungsfrei kompensiert wird. Sobald der Steuerdruck den vorbestimmten Schaltdruck unterschreitet, löst sich die bewegliche Kontaktstelle 19 durch den kleiner werdenden aber schaltwegseitig übersetzten Membranhub praktisch hysteresisfrei von der stationären Kontaktstelle, wodurch die Basis für eine der Aufgabenstellung entsprechende, ausreichende Schaltfrequenz gegeben ist.

Der durch das so erörterte Druck-Weg-Verhältnis vorbestimmte Schaltdruck ist durch die mittels der Einstellschraube 21 erzielbare Feineinstellung des Abstandes zwischen der beweglichen und der stationären Kontaktstelle 19 und 20 in seiner Höhe nachträglich vorbestimmbar. Die Einstellschraube 21 wirkt dabei in Hebelart mit dem »L«-förmig abgewinkelten freien Teil der Kontaktfeder 17 für die stationäre Kontaktstelle 20 und deren Kontaktfederverlängerung 22 elektrisch isoliert zusammen, wobei die Einschraubtiefe der Einstellschraube 21 einen an der stationären Kontaktstelle 20 untersetzten Stellung erbringt.

Das bei der Membranbetätigung veränderliche Volumen des Schaltraums 13 gleicht sich über die als Atmungskanäle 25,26 ausgebildeten Durchgänge 14,15 für die Kontaktfedern 16, 17 aus, wobei die in der Einatmungsphase in den Schaltraum 13 eindringende atmosphärische Luft durch die in den Atmungskanälen 25, 26 eingebrachten Luftfilter 27, 28 frei von aggressiven Bestandteilen ist, was sich insbesondere bei Außenanwandungen vorteilhaft auf die schaltraumseitig Zugänglichen metallischen Einzelteile auswirkt.

Bei der Anordnung mehrerer Kontakte im Sinne von Schließern, Öffnern oder Wechslern trifft sinngemäß die gleiche Wirkungsweise zu.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Druckmittelbetätigter Kleinschalter für elektrische und elektronische Steuerfunktionen, insbesondere für Fahrzeug-Bremsanlagen, mit einer den Druckraum und den Schaltraum begrenzenden, scheibenförmigen Metallmembrane, dadurch gekennzeichnet, daß die scheibenförmige Metallmembran (9) in ein Kunststoffgehäuseteil (1) mit abgestufter Ausnehmung (2) unter kreisringför- "> miger Anlage gegen die von der abgestuften Ausnehmung (2) gebildete Ringschulter (8) eingelegt und durch einen gegen eine um den der abgestuften Ausnehmung (2) gegenüberliegenden-Stirnflächenrand (4) des Kunststoffgehäuseteiles (1) gebördelte '^s metallische Ummantelung (5) abgestützten DiciU-ring (IP) an die Innenkante (11) der Ringschulter (8) angedrückt sowie schaltraumseitig an einer Eindrükkung (18) einer von mindestens zwei siirnflächenseitig in dem Kunststoffgehäuseteil (1) eingebrachten, 2" »L«-förmig abgewinkelten Kontaktfedern (16, 17) zentral anliegend angeordnet ist.

2. Druckmittelbetätigter Kleinschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Eindrückung (18) an der scheibenförmigen Metallmembran (9) zentral anliegende, »L«-förmig abgewinkelte Kontaktfeder (16) an ihrem freien Ende eine oder mehrere Kontaktstellen (19) mit gegenüber dem Membranhub übersetztem Schaltweg und die andere oder anderen, von der Metallmembran (9) unabhängig angeordneten, »L«-förmig abgewinkelten Kontaktfedern (17) an ihrem abgewinkelten freien Teil jeweils eine stationäre Kontaktstelle (20) aufweisen.

3. Druckmittelbetätigter Kleinschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der oder den beweglichen und der oder den stationären Kontaktstellen (19 und 20) über jeweils eine am freien Teil der »L«-förmigen abgewinkelten Kontaktfedern (17) für die stationä- *o ren Kontaktstellen (20) angeordnete Kontaktfederverlängerung (22) und jeweils eine mit diesen Kontaktfederverlängerungen (22) elektrisch isoliert zusammenwirkenden, stirnflächenseitig im Kunststoffgehäuseteil (1) eingebrachten Einstellschraube (21) durch einen gegenüber der Einschraubtiefe untersetzten Stel!weg der Kontaktstelle feineinstellbar ist.

4. Druckmittelbetätigter Kleinschalter nach einem der Ansprüche 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß ilie stirnflächenseitig im Kunststoffgehäuseteil (1) eingebrachten Durchgänge (14, 15) für die Kontaktfedern gleichsam als Atniungskanäle (25,26) für den Schaltraum (13) angeordnet sind.

5. Druckmittelbetätigter Kleinschalter nach einem der Ansprüche 1 —4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Atmungskanälen (25, 26) Luftfilter (27, 28) angeordnet sind.

6. Druckmittelbetätigter Kleinschalter nach einem der Ansprüche 1—5, dadurch gekennzeichnet, daß 6U zwischen der um den Stirnflächenrand (4) des Kunststoffgehäuseteiles (1) gebördelten metallischen Ummantelung (5) und der Stirnfläche des Kunststoffgehäuseteiles (1) eine Lochscheibe (3) angeordnet ist, deren Innendurchmesser größer als ⁽'^Γ> der radiale Abstand der Durchgänge (14,15) für die Kontaktfedern (16,17).

7. Druckmittelbetätigter Kleinschalter nach einem

der Ansprüche 1 —6, dadurch gekennzeichnet, daß die um den Stirnflächenrand (4) des Kunststoffgehäuseteiles (1) gebördelte metallische Ummantelung (6) topfförmig gestaltet ist, wobei deren Bodenteil (6) einerseits den Druckraum (12) begrenzt und andererseits den Druckmitteleinlaß (7) aufweist.