DE2527565C3

DE2527565C3 - Eine in Abhängigkeit von vorgebbaren Druckdifferenzen eines fluidischen Mediums schaltende Vorrichtung

Info

Publication number: DE2527565C3
Application number: DE19752527565
Authority: DE
Inventors: Wilhelm V. Fabris; Otto Dipl.-Ing. Olbrich
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-06-20
Filing date: 1975-06-20
Publication date: 1980-07-10
Also published as: DE2527565B2; CH607010A5; FR2316590B1; GB1502205A; IT1079183B; DE2527565A1; BE843131A; NL7606528A; FR2316590A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches I.

Vorrichtungen, die in Abhängigkeit von Druckdifferenzen eines fluidischen Mediums schalten, werden in verschiedenen Anwendungsfällcn benötigt. Ein solcher Anwendungsfall liegt z. B. bei Plattenspeichern von elektronischen Datenverarbeitungsanlagen vor. Dort wird als Medium Luft zur Kühlung durch den Plattenstapel geblasen. Diese Kühlluft muß extrem fein gefiltert werden, weil die mit einem Abstand von etwa IO-^b m über der Plattenoberfläche fliegenden Magnetköpfe nicht verunreinigt werden dürfen. Bedingt durch den Aufbau des Plattenspeicher herrscht nach dem Filter ein statischer Überdruck von 2 bis 3 Millibar, der durch Filterverschtnutzung auf einige Zehntel Millibar absinken kann. Ein solcher Wert darf aber wegen unzureichender Kühlung des Plattenstapels nicht unterschritten v/erden. Zur Überwachung des Gebläses und des Verschmutzungsgrades des Filters ist eine Vorrichtung notwendig, die bei einigen Zehntel Millibar Druck schaltet

Aus der DE-PS 94 764 ergibt sich eine Vorrichtung zur Umwandlung von Druckschwankungen in elektrische Signale. Diese Vorrichtung besteht aus einer

ίο Wandlerkammer und einer Druckkammer. Die Unterteilung der Gesamtkammer erfolgt mit Hilfe einer Stülpmembrane. Zur Druckkammer führt eine Druckluftleitung. Wird über diese Druckluftleitung der Druck in der Druckkammer erhöht, dann dehnt sich die Htülpmembran aus. Mit der Stülpmembran ist ein Schaltmittel verbunden, das in Abhängigkeit von der Stellung der Stülpmembran eine Lichtschranke unterbricht oder nicht unierbricht. Durch diese Lichtschranke wird somit die Stellung der Stülpmembran abgetastet.

Ein Nachteil dieser Vorrichtung besteht darin, daß sie verhältnismäßig aufwendig aufgebaut ist.

Aus der DE-OS 20 21 325 ist eine Anzeigevorrichtung bekannt, mit der festgestellt werden kann, ob Druckluft in einem System vorhanden ist. Dazu wird eine Membran verwendet, die mit Schlitzen oder Schnitten versehen ist, und ein Kolben, der durch die Druckluft beaufschlagbar ist. Wirkt Druckluft auf den Kolben ein, so wird er aufwärts verschoben und treibt so die Membran entlang deren Schlitze oder Schnitte auseinander. Auf diese Wt;ise wird die Membran durch den Kolben durchgebogen. Eine derartige Vorrichtung ist aber nicht geeignet; auf die genannten sehr kleinen Drücke anzusprechen.

In der US-PS 3122 922 wird eine Vorrichtung

)■'» beschrieben, durch die ein elektrisches Signal abgegeben wird, das ein Maß für den wirkenden Druck ist. Zur Erzeugung des elektrischen Signals in Abhängigkeil des Druckes wird ein Halbleiter verwendet, der dem Druck ausgesetzt wird. Der Halbleiter wird ,,cf der einen Seite

ίο einem Lichtstrahl ausgesetzt, der durch ihn hindurchgehen und auf der anderen Seite auf einen Lichtempfängcr auftreffen kann. Der Halbleiter ändert in Abhängigkeit des auf ihn ausgeübten Druckes seine Absorptionsfähigkeit für Licht. Das auf den Lichtempfängcr auftreffende

ι") Licht ist somit ein Maß des Druckes, dem der I lalbleitcr ausgesetzt ist. Diese Vorrichtung ist ebenfalls nicht geeignet, sehr kleine Drücke zu messen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Vorrichtung anzugeben, die einfach im

"><i Aufbau ist, deren Herstellung kostengünstig ist und die bei niedrigen Druckdifferenzen von /.. B. 0,5 bis 5 MiMibar.schaltet.

Diese Aufgabe wird crfinclungsgcmäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs I angegebenen

v> Merkmale gelöst.

Die Vorteile der crfindungsgcmäßcn Vorrichtung bestehen darin, daß sie bei einfachem Aufbau eine Schaltfunktion bei Druckdifferenzen von wenigen Zehntel Millibar sicher gewährleistet.

wi Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus tlcn Untcransprüchen. Zweckmäßig ist es dabei, daß die Lichtschranke nahe dem unteren Ende der Druckkammer angeordnet ist, so daß bei einem Ausfall der Lichtschranke sich das Ausgangssignal im geschalteten

<■■■> Zustand vom Ausgangssignal im Normalfall unterscheidet, wodurch die Funktion der Lichtschranke überprüft werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der ErfindunE wird im

folgenden anhand der Figuren erläutert. Es zeigt
F i g. 1 eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung,
F i g. 2 eine Draufsicht auf die Druckkammer,
F i g. 3 einen Schnitt durch die Druckkammer,
F ig. 4 eine Draufsicht auf den Kolben,
F i g. 5 die Vorrichtung in der Ausgangslage und
F i g. 6 die Vorrichtung in der Endlage ihres Kolbens.
F i g. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung, wobei die Vorrichtung zur besseren Erläuterung teilweise aufgebrochen gezeichnet ist In einer Druckkammer 1 befindet sich ein nach oben und unten frei beweglicher Kolben 2, der zur besseren Führung einen zentrischen Zapfen 3 besitzt, welcher außerdem zur Sichtkontrolle des Schaltzustandes der Vorrichtung dient. Dieser Zapfen 3 ist in einer Bohrung

4 geführt, die im einen Ende der Druckkammer 1, nämlich in der Druckkammerstirnwand 5, angeordnet ist. Die Druckkammer 1 hat einen Flansch 6. der mit Schrauben 7 auf einem Gehäuse 8 festgeschraubt ist. In dem Gehäuse 8 ist eine Öffnung 9 vorgesehen. Diese ist zentrisch zu dem anderen Ende der Druckkammer 1 angeordnet. Im Ausführungsbeispiel ist der Durchmesser dieser Öffnung 9 kleiner als der Durchmesser des Kolbens. Im unteren Teil der Druckkammer 1 befindet sich eine Lumineszenzdiode 10, die durch den Druckraum 11 einen Fotoempfänger 12 beleuchtet, wenn sich der Kolben 2 im oberen Teil der Druckkammer 1 befindet. Liegt der Kolben 2 auf dem Gehäuse 8 auf, dann wird der Fotoempfänger abgedeckt.

Der elektrische Anschluß der Lumineszenzdiode 10 und des Fotoempfängers 12 kann auf einer Leiterplatte 13 erfolgen, die an die Druckkammer 1 angeschraubt ist.

Bei der Beschreibung der Vorrichtung wird als Medium Luft angenommen.

Durch die Öffnung 9 hindurch wirkt ein Druck P auf die untere Seite des Kolbens 2 ein. Wird dieser Druck P auf der unteren Seite des Kolbens größer als der Druck, der auf der oberen Seite des Kolbens herrscht, dann entsteht auf der unteren Seite des Kolbens ein Überdruck. Wenn das Produkt aus dem Überdruck und der Kolbenunterflächc größer als das Gewicht des Kolbens 2 wird, dann wird der Kolben 2 nach oben gedrückt. Vor dem Abheben des Kolbens 2 bestimmt die Öffnung 9 die wirksame Kolbenunterflächc. Nach dem Abheben greift der Überdruck auf der gesamten Kolbcnunlcrfläche an. Dadurch wird eine sichere Bewegung des Kolbens 2 nach oben erreicht, da das Produkt aus dem Überdruck und der Kolbenunterflächc das Gewicht des Kolbens 2 um die aus der Ringflächc des Kolbens resultierende Kraft übersteigt. Der Druckraum Il ist nach oben konisch verjüngt. Dadurch wird ein Schweben des Kolbens 2 z. B. durch unvermeidliche Druckschwankungen eines Gebläses bei dem Plattenspeicher einer elektronischen Datenverarbeitungsanlage verhindert, und es entsteht ein bistabiles Verhallen der Vorrichtung. Der Grund dafür liegt darin, daß die Luft, die zwischen dem Kolben 2 und der Druckkammerwand abströmt, um so geringer wird, je weiter sich der Kolben 2 nach oben bewegt. Damit steigt die Auftriebskraft, weil die Druckdifferenz zwischen Kolbcnober- und Kolbenunterflächc größer wird. Die Umströmung des Kolbens durch die Luft ermöglicht eine reibungsarme Bewegung des Kolbens. Diese den Kolben 2 umströmende Luft und die im Raum zwischen der Kolbenoberfläche und der Druckkammerstirnwand

5 befindliche Luft strömen durch Bohrungen 14 in der Druckkammerstirnwand ab.

In seiner Endstellung schlägt der Kolbi-n 2 am Rand 15 an. Die Kolbenoberse.te 16 und der Rand 15 haben so ebene Flächen, daß der Kolben 2 in seiner Endstellung praktisch vollständig die Druckkammer 1 abdichtet.

Damit hat die Vorrichtung nur während des Schaltvorganges Fehlluft, das heißt, es besteht keine Strömung mehr um den Kolben herum. Der Überdruck isi somit am größten und über die ganze Kolbenunterseite gleich. Auf diese Weise erhält die Vorrichtung im Zusammen-

in hang mit der Gehäuseöffnung eine Hysterese, die dadurch zustande kommt, daß erst bei einem Absinken des Druckes um einen bestimmten endlichen Betrag die Kolbenbewegung nach unten einsetzt und daß durch die Verkleinerung der Kolbenunterfläche in der unteren Ausgangslage die Kolbenbewegung nach oben erst wieder bei einem größeren Überdruck, als dies dem Kolbengewicht entspricht, beginnt. Durch die konische Ausbildung des Druckraumes 11 erfolgt ein zügiges Abfallen des Kolbens 2.

.'() In dem Kolben 2 ist eine Vertiefung :7 angeordnet, in die Scheiben hineingelegt werden könnei.. Damit kann das Gewicht des Kolbens 2 und damit der Schaltdruck geändert werden, ohne geometrische Änderungen vornehmen zu müssen.

>^r. Fig. Γ ist eine Draufsicht auf die Druckkammer 1. Dabei ist besonders zu rehen, daß mehrere Bohrungen 14 in der Druckkammerstirnwand 5 angeordnet sind. Außerdem ist ersichtlich, wie eine Bohrung 20 für die Lumineszenzdiode und eine Bohrung 2« für den

in Fotoempfänger die Druckkammer 1 durchdringen. Die Druckkammer 1 ist so gestaltet, daß an ihrer einen Seite die Leiterplatte angeschraubt werden kann.

Einen Schnitt an der Stelle III-III durch die Druckkammer nach F i g. 2 zeigt F i g. 3. Aus F i g. 3 ist

<> zu entnehmen, daß der Druckraum konisch ausgeführt und an seiner oberen Stirnwand nur durch die Bohrungen 14 geöffnet ist. Die Bohrung 4 dient zur Führung des Zapfens 3 des Kolbens 2. und die Bohrungen 14 dienen zum Ableiten der den Kolben 2

ι» umströmenden Luft während dessen Bewegung in der Druckkammer.

Eine Draufsicht auf den Kolben zeigt Fig.4. Hierin ist die Vertiefung 17 zu sehen, in die die Scheiben eingelegt werden können, um das Gesarrtgewich! des

■·"· Kolbens 2 zu beeinflussen.

Fig. 5 zeigt die Vorrichtung im Schnitt. Dabei befindet sich der Kolben 2 in seiner Ausgangslage, weil der auf den freien Teil der Unterseite des Kolbens 2 einwirkende Überdruck nicht groß genug ist, um den

ι» Kolben nach oben zu bewegen. In diesem Ausführungsbeispiel ist an der Druckkammer 1 die Leiterplatte 13 angeschraubt, auf der die elektrischen Bauteile für die Lichtschranke, bestehend aus der Lumineszenzdiode 10 und dem Fotoempfänger 12, sowie die Zuleitungen und

ό Ableitungen, angeordnet sind. Durch die öffnung 9 im Gehäuse 8 wirkt der Druck auf die Unterseite des Kolbens 2 und bewegt diesen nach oben, wenn der Druck auf der Unterseite des Kolbens um einen bestimmten Betrag größer ist als der aul der Oberseite

hii des Kolbens einwirkende Druck. Gemäß Fig.6 ist der Kolben in seine obere Endlage bewegt worder». Die im unteren Teil der Druckkammer 1 angeordnete Lichtschranke ist dann nicht mehr unterbrochen, und die Lichtschranke gibt er, entsprechendes Ausgangssignal

!'i ab. Fällt der Kolben 2 wieder in seine untere Ausgangslage zurück (Fig.5), dann wird die Lichtschranke unterbrochen; entsprechend ändert sich das Ausgangssignal der Lichtschranke.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Eine in Abhängigkeit von vorgebbaren Druckdifferenzen eines fluidischen Mediums schaltende Vorrichtung, bei der das Medium auf die Unterseite eines mechanischen, in einer Druckkammer angeordneten Elementes einwirkt und in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen Unter- und Oberseite dieses Elementes dessen Bewegung entgegen der Schwerkraft verursacht, wobei die Druckkammer in ihrer Stirnwand oberhalb des mechanischen Elementes mindestens eine Entlüftungsbohrung aufweist und die Druckkammer unterhalb dieses Elementes für den Zufluß des Mediums offen ist, und bei der eine Einrichtung vorgesehen ist, die die Bewegung des mechanischen Elementes zur Auslösung des Schalt Vorganges abtastet, dadurch gekennzeichnet, daß das mechanische Element ein Kolben (2) ist, daß sich die Druckkammer (1) zu ihrem oberen Ende hin konisch verjüngt und daß die Strömung des Mediums zwischen Kolben und Druckkammerwand solange aufrechterhalten bleibt, bis der Kolben in seiner oberen Endlage an der Druckkammerstirnwand (5) abdichtend aufsitzt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Druckkammer mit ihrem unteren Ende auf einem Gehäuse aufsitzt und in dem Gehäuse die Öffnung für das zufließende Medium zentrisch zu diesem Ende eier Druckkammer angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Öffnung (9) im Gehäuse (8) kleiner ist als der Durchmesser des Kolbens\2).

3. Vorrichtung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben juf seiner Oberseite eine Vertiefung (17) zur Aufnahme von Scheiben enthält.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (2) einen zentrischen Zapfen (3) hat, der in einer Bohrung (4) in der oberen Druckkammerstirnwand (5) geführt ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einrichtung zur Abtastung der Bewegung des mechanischen Elementes aus einer Lichtschranke mit einer Luminiszcnzdiodc und einem Fotocmpfängcr, die in der Wand der Druckkammer angeordnet sind, besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtschranke nahe dem unteren Ende der Druckkammer(l)angeordnet ist.