DE2553327C2

DE2553327C2 - Differential-Druck-Schalter

Info

Publication number: DE2553327C2
Application number: DE2553327A
Authority: DE
Inventors: Leonard Patrick Trumbull Conn. Delvecchio; Randall Weston Conn. Goff
Original assignee: Dresser Industries Inc
Current assignee: Dresser Industries Inc
Priority date: 1974-12-04
Filing date: 1975-11-25
Publication date: 1984-03-22
Also published as: GB1515178A; DE2553327A1; FR2293780B1; CA1039780A; FR2293780A1; IT1047722B; JPS541026B2; BR7507841A; US3946176A; JPS5171971A

Description

a) einem Körper (34) mit zwei getrennten Strömungsmitteleingängen (36,38), in denen die unter Druck stehenden Strömungsmittel von verschiedenen Quellen aufgenommen werden und von denen der erste Einlaß (36) mit einer Auslaßöffnung (40) im Körper und der zweite Einlaß mit einer zweiten Auslaßöffnung (42) im Körper (34) in Verbindung steht;

b) zwei Membran-Kolbeneinrichtungen (64, 66, 70; 88, 90, 92), von denen eine druckdicht zur erstpnAuslaßöffnung und die andere druckdicht zur zweiten Ausiaßöf inung gerichtet ist; und

c) eine Einrichtung zum Übertragen einer einheitlichen Kraft, die durch jede Membran-Kolbeneinrichtung einen gegen den Betätiger (10) bewirkte Druckkraft gegenüber der Druckfeder (26) überträgt, die auf d}z Differenz des Drucks bezogen ist, der durch die Drücke der Strömungsmittel an den Einlassen gegen die Einrichtungen ausgeübt wird.

JO

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anslaßöffnungen (40, 42) sich an gegenüberliegenden Rächen des Körpers befinden und die Kolben mit Rückseite «η Rückseite befestigt sind.

3. Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Ausflußanschlüsse die mit jeder Auslaßöffnung zum Äußeren des Körpers in Verbindung stehen, und Ventile zum öffnen und Schließen dieser Anschlüsse vorgesehen sind.

4. Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftübertragungseinrichtung ein schwimmendes Joch enthält, das die auf Druck ansprechende Bewegung der Einrichtungen umfaßt

5. Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der höhere Druck der an den Einlassen aufgenommen Strömungsmittel zur Membran-Kolbeneinrichtung gerichtet ist, die im Betrieb der Kraft der Druckfeder entgegenwirkt, und daß der niedrigere Druck der Strömungsmittel, die an den Einlassen aufgenommen werden, zur Membran-Kolbeneinrichtung gerichtet ist, die im Betrieb die Kraft der Bereichsfeder unterstützt.

6. Schalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (34) eine starre Masse einer Körperbestandteile enthält, das die aufgenommenen Strömungsmittel voneinander isoliert.

7. Schalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (76, 78, 100) einen Überlastanschlag ergibt, und gegen einen Strö- t>o mungsmittelüberdruck wirkt, der an einem der Einlasse aufgenommen wird.

8. Schalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß einer von zwei Abstandhaltern (50,54) zur Aufnahme der Einrichtungen neben einer Vi Auslaßfläche des Körpers dient und der andere neben der anderen Auslaßfläche liegt.

9. Druckschalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter (50, 54) und der Körper (34) zu einem Modul zusammengefaßt sind, der am Schalter lösbar befestigt ist

Das Gebiet, auf das sich die Erfindung bezieht, ist das elektrische Schalten durch Druck.

Elektrische Schalter, die auf Drücke von Strömungsmitteln (Flüssigkeiten oder Gase) ansprechen, werden für unzählige industrielle Zwecke verwendet. Beispiele solcher Schalter sind in der US-Patentschrift 33 93 612 beschrieben, wo ein Schaltmechanismus auf einen Druck aus einer einzigen Quelle anspricht In gleicher Weise sprechen elektrische Schalter auf ein Druckdifferential zwischen Abgriffen an, die sich z. B. an einer Seite einer Öffnungsplatte zum Messen des Druckabfalls an der Platte befinden.

In ihrer einfachsten Form verwenden Differentialdruckschaiier der bekannten Art häufig eine biegsame Membrane zum Trennen der sich gegenüberstehenden Strömungsmittel, ζ. B. nach der US-Patentschrift

35 66 060. Die jeweiligen Drücke jedes Strömungsmittels können dadurch die Membrane in der einen oder der anderen Richtung als Funktion ihres reinen Druckdifferentials vorspannen. Eine ausreichende Bewegung der Membrane in einer Richtung wirkt dann über einen Betätigungsmechanismus und löst einen Schaltmechanismus aus, dem er zugeordnet ist Während er im Prinzip richtig arbeitet, ist ein erheblicher Nachteil dieser Konstruktion das potentielle vermischen von Drücken beim Bruch der Membrane. Noch andere Differentialdruckschalter vermeiden das potentielle Problem des Vermischens der Strömungsmittel durch den Bruch der Membrane durch Verwenden teuerer Einrichtungen, durch die die einander gegenüberstehenden Strömungsmittel durch eine dazwischen gebrachte Konstruktion isoliert we/den können. Beispiele hierfür beschreiben die US-Patentschriften

36 26 813 und 37 51 988.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Differentialdruckschalter im allgemeinen und auf eine verhältnismäßig kompakte, preiswerte Konstruktion, die die Sicherheit der Isolation der Strömungsmittel auch bei Membraneschäden gewährleistet. Dies geschieht danach durch Verwenden eines Differentialmoduls, der betriebsmäßig mit dem Betätiger eines Schaltmechanismus angebracht wird. Dieser Modul besteht aus zwei Kolben-Zylinderanordnungen, die je zu einer entgegengesetzt gerichteten Strömungsmittel verschiedenen Drucks über eine biegsame Membrane gerichtet sind. Kreuzglieder, die ein schwimmendes Joch bilden, verbinden die miteinander Rückseite an Rückseite umfaßten Anordnungen. Zwischen den Kolben-Zylindern befindet sich, ein kapselähnlicher Gußkörper mit versetzten Einlassen zum Aufnehmen und Ausrichten der Strömungsmittel mit verschiedenen Drücken. Einer der Einlasse richtet die aufgenommenen Drücke der Strömungsmittel von einem Unterseitenauslaß im Körper zu einem der Kolben-Zylinder und der andere den aufgenommenen Druck von einem Oberseitenauslaß im Körper zum anderen Kolben-Zylinder. Auf diese Weise werden die Kolben-Zylinderanordnungen von einander druckisoliert gehalten und schließen eine Druckvermischung aus, während gleichzeitig eine kompakte und verhältnismäßig billige Anordnung geschaffen wird, die über die durch das Joch ausgeübte

Differentialkraft gegegen den Schaltbetätigter wirkt

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, einen Differentialdruckschalter einer neuartigen Konstruktion mit einer Druckisolation zwischen den jeweiligen Strömungsmittelquellen mittels einer verhältnismäßig kompakten Konstruktion mit geringstem Raumbedarf anzugeben. Ferner soll die Konstruktion im Vergleich mit ähnlichen bekannten Einrichtungen verhältnismäßig billig sein.

Zur Erläuterung der Erfindung dienen die Zeichnungen. In diesen ist

F i g, 1 die Ansicht der Konstruktion eines Schalters und eines Moduls nach der Erfindung im Teilschnitt an der Linie 1-1 der F i g. 5;

Fig.2 ein Halbschnitt des Druckmoduls p.ach Fig. 1, gesehen im Winkel von 90°; die

F i g. 3 und 4 sind Teildarstellungen der eingekreisten Teile der F i g. 1 in größerem Maßstab;

F i g. 5 ist ein Schnitt an der Linie 5-5 der F i g. 1;

F i g. 6 ein Schnitt an der Linie 6-6 der F i g. 5;

Fig.7 ein dem nach Fig.5 ähnlicher Teil für ein anderes Ausführungsbeispiel; und

F i g. 8 ein der F i g. 6 ähnlicher Schnitt für das Beispiel nach F i g. 7.

Der Differentialdruckschalter nach den F i g. 1 bis 6 besteht aus einem Druckbetätigungsmechanismus 10 und einem Differentialdruckmodul 12, die an einer Verbindungslinie 14 aneinander befestigt sind.

Der Schaltmechanismus 10 kann z. B. ähnlich dem nach der erwähnten US-Patentschrift 33 93 612 aufgebaut sein, bei dem ein kastenähnliches Gußgehäuse 16 einen von einem vertikal verlaufenden Betätigungsstößel 20 betriebenen elektrischen Schalter 18 enthält An der Unterseite des Gehäuses 16 befindet sich ein angegossener Ansatz 22, der an der Verbindungslinie 14 endet und eine Mittelbohrung aufweist, die einen Durchgang 24 darstellt In diesem Durchgang befindet sich eine schraubenförmige Druckfeder 26, die zwischen einer einstellbaren Kappe 28 und einer Scheibe 30 zusammengedrückt ist und die Druckstange 32 vom Kolben wegzudrücken versucht. Die Vorbelastung der Feder legt den Arbeitspunkt des Schalters fest.

Zum Betrieb des Schalters 10 wird ein Differentialdruckmodul J 2 vorgesehen, der an seinem axialen Mittelteil ein ringförmiger, kapselartiger Körper 34 ist, der zwischen einem oberen Abstandhalter 50 und einem unteren Abstandhalter 54 liegt, die durch Schrauben 56 miteinander verbunden sind. Der Körper 34 ist oberflächenbehandelt und besitzt die Einlasse 36 und 38. die um 180° gegeneinander versetzt sind und Anschlüsse für Rohre 37 und 39 zum Liefern der Strömungsmittel aus entsprechenden Quellen ergeben. Der Einlaß 36 dient zur Aufnahme des Strömungsmittels mit dem höheren Druck. Ein Auslaß für die Einlasse 36 und 38 zum Abgeben des aufgenommenen Strömungsmittels wird durch Endbohrungen 40 bzw. 42 mit verringertem Durchmesser gebildet Diese Endbohrungen stehen wiederum mit schiefwinkeligen Durchgängen 44 und 46 in Verbindung, die zu einer Mittelbohrung in der oberen und der unteren Endfläche des Körpers 34 führen (F Ig. 6).

Der obere Abstandhalter 50 liegt unter Zwischenlegen einer Zwischenmembrane 48 über dem Körper 34 und verläuft zum Anpassen an die Unterseite des Schaltergehäuseansatzes neben der Verbindungslinie 14. An der Unterseite des oberen Abstandhalters befindet sich eine MiiHbohrung 58, die an einem radialen Vorsprung ausläuft und in der Mitte in eine Bohrung 61 und einen Querschlitz 62 eingeht In die Bohrung 58 ist ein ringförmiger Zylinder 64 mit praktisch T-förmigem Wandabschnitt fest eingepaßt, der an seiner Unterseite eine O-Ringdichtung 68 zusammendrückt, durch die eine biegsame Membrane 66 befestigt ist, die zur Öffnung des Durchgangs -14 gerichtet ist und auf den Wert des Strömungsmitteldrucks anspricht Im Zylinder wird ein T-förmiger Kolben 70 zentrisch gehalten, der an seiner Unterseite

ίο von der Membrane 66 ergriffen wird, während seine Oberseite in der ringförmigen Tasche unter dem Abstandhaltervorsprung 60 enthalten ist A.us der Oberseite des Abstandhalters ragt zentrisch ein Bolzen 72 heraus, der eine Mutter 78 trägt während eine ringförmige Flachfeder 73 den Kolben ausgerichtet hält. Über einem darüberliegenden Kolben 70 und einer Unterlegscheibe 74 am Bolzen 72 befindet sich ein nicht biegsamer Träger 76, der unbefestigt und lose im Querschlitz 62 des Abstandhalters aber durch eine Mutter 78 am Kolben 70 befestigt ffihalten wird. Die Mutter ist bei 79 nach innen konisch geformt damit sie mit einem Konus 80 an der Unterseite der Scheibe 30 in Eingriff kommen bzw. dort aufgenommen werden kann.

Der untere Abstandhalter 54 ist in ähnlicher Weise ein herabhängend gehaltener Körper 34, der durch eine Zwischendichtung 52 getrennt ist Der untere Abstandhalter 54 ist praktisch ähnlich, aber im allgemeinen gegenüber dem oberen Abstandhalter 50 angeordnet und enthält in ähnlicher Weise eine Mittelbohrung 82, die zu einem radialen Vorsprung 84 verläuft, der wiederum zentrisch in eine Bohrung 85 und in einen Querschlitz 86 eingeht In der Bohrung 82 in der Tasche über dem Vorsprung 84 befindet sich ein ringförmiger Zylinder 88, der dem Zylinder 64 ähnlich ist, und einen

ii T-förmigen Kolben 90 trägt, der aber dem Kolben 70 umgekehrt ist.

Eine biegsame Membrane 92 ist an ihren Kanten befestigt, die über der Oberseite des Kolbens unter Zwischenlegen einer zusammengedrückten ringförmi-

gen O-Ringdichtung 94 befestigt ist. Sie ist zur Öffnung 46 g?richtet und spricht auf den Pegel des Drucks des angelegten Strömungsmittels an. An der Unterseite des Kolbens, an dem unbefestigt und lose im Querschlitz 86 Querträger 100 von einer Mutter 103 gehalten wird,

■» · hängt ein Bolzen 96, der eine Bellville-U.iterlegscheibe trägt. Eine schraubenförmige Druckfeder 102 hält in ähnlicher Weise den Kolben ausgerichtet.

Durch zwei vertikale Schrauben 104, die lose durch eine Muffe 105 hindurchgehen, sind die Querträger 100

"><> und 76 verbunden und ergeben ein starres Joch, das die Kolben-Zylinderanoi-dnungen umfaßt und mit diesen Anordnungen als Einheit in den Schlitzen 62 und 8ö schwimmen kann. Dieses Joch spricht auf das Druckdifiereniia! an den Membranen an und überträgt durch

5i die schwimmende Wirkung eine entsprechende reine Differentialkraft gegen die Scheibe 30 und gegenüber der Feder 26. Das Joch kann sich in dem Raum zwischen den radialen Vorsprüngen 60 und 64 etwa 0,38 mm weit bewegen. Bei übermäßig hohem Druck an dem einen oder dem anderen Kolben sind die Membranen durch die von den Vorsprüngen gebildeten Anschlägen gegen Überdruck geschützt. Die Unterseite des Moduls ist von einer durch mehrere Schrauben 109 befestigten Kappe 107 eingeschlossen.

Wo Abflußanschli",?se verlangt werden, kann der Körper 34 auch nach den Fig. 7 und 8 aufgebaut sein, wo schräge Durchgänge 44 und 46 mit vertikalen Bohrungen 111 und 113 in Verbindung stehen, die zu den

Membranen 66 bzw. 92 gerichtet sind. Eine weitere Verbindung mit diesen Bohrungen bilden die Durchgänge IIS und 117, die über Ventile 119 und 121 betriebsmäßig geschlossen und geöffnet werden können.

Im Betrieb wird das Strömungsmittel mit dem höheren Druck Ober das Rohr 37 zum Einlaß 36 und das Strömungsmittel mit dem niedrigeren Druck über das Rohr 39 zum Einlaß 38 geleitet. Das erstere Strömungsmittel wird wiederum gegen die Unterseite der Membrane 66 gelegt, um den Kolben 70 und den Träger 76 gegen die Scheibe und gegen die nach unten gerichtete Kraft der Druckfeder 26 nach oben zu drücken. Gleichzeitig wirkt der Druck des Strömungsmittels am Einlaß 38 gegen die Membrane 92, den Kolben 90 und den Träger 100 nach unten, die gemeinsam die Kraft der Feder 26 unterstützen. Durch das Schwimmen des Jochs durch die Balken 76 und 100 als Einheit wird nur die reine Druckdifferenz des entsprechenden Strömungsmittels gegen die entgegengesetzten Kolben durch das Joch zur Mutter 78 gegenüber der Kraft der Feder 26 übertragen. Da die wirksamen Flächen de^r beiden Kolben gleich sind, ist auch die reine Kraft, die vom Joch gegen die Feder entwickelt wird, nur gleich der Differenz zwischen den beiden angelegten Drücken multipliziert mit der wirksamen Kolbenfläche. Bei gleich hohem statischem

Druck an beiden Kolben sind die sich ergebenden Kräfte im Joch begrenzt. Wegen der Trennung und Isolation infolge der Druckelemente durch das Dazwischenbringen des Körpers 34 kann ein Versagen einer der Membranen kein Vermischen der unter Druck

to stehenden Strömungsmittel bewirken, wodurch die Sicherheit der Einrichtung erhöht wird.

Es ist ein neuartiger Differentialdruckschalter beschrieben worden, dessen kompakte Ausführung durch die Druckisolation bei Ausfall der Membrane in der einen oder anderen druckempfindlichen Einrichtung ermöglicht ist. Durch den Überlastungsschutz ist die Einrichtung hoch überlastbar. Da alle nassen Flächen sich im Körper 34 befinden, muß nur der Teil des MnäitW aus verhältnismäßig teuerem korrosionsbeständigem

Material bestehen, so daß Aluminium und andere weniger teuere Materialien für die übrigen Teile verwendet werden können.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrischer Druckschaltmechanismus mit einem beweglichen Betätiger zum Betätigen zwischen der Ein- und der Ausstellung und einer Druckfeder, s die der durch den Druck bewirkten Bewegung des Betätigers entgegenwirkt, gekennzeichnet durch: