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Die Erfindung bezieht sich auf einen Druckschalter zur Verwen-
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dung in Reifendruckwarnanlagen, bei dem die eine Seite einer den Luftabschluß
besorgenden Membran unter dem Einfluß des den Druckspeicher bildenden Reifens steht,
während die andere Seite unter dem Druck einer die Gegenkraft zum Reifendruck liefernden
Federkraft steht und bei dem bei Nachlassen des Reifendrucks unter einen festgelegten
Ansprechdruck über elektrische Kontakte oder äquivalente Schaltmittel ein Signal
gegeben wird.
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Bei bisher bekannten Druckschaltern der oben gekennzeichneten Art
hat man im allgemeinen als Gegenkraft zum Reifendruck eine Spiralfeder verwendet,
also auf jeden Fall eine Feder mit einer entweder linearen oder progressiven oder
degressiven Weg-Druck-Kennlinie. Die Verwendung einer solchen Feder bringt es mit
sich, daß, wenn der Druck im Druckspeicher, d.h. also im Reifen, langsam nachläßt,
auch eine entsprechend langsame oeffnung der durch die Membran direkt oder indirekt
betätigten Kontakte stattfindet. Sollte sich also über einen längeren Zeitraum hinweg
der Druck im Druck speicher nur wenig über oder unter dem Ansprechdruck, auf den
der Schalter eingestellt ist, befinden, dann kommt es immer wieder vor, daß kein
eindeutiges Signal gegeben wird, weil durch die Stöße der Fahrbahn und dergl. der
Kontakt kurzzeitig immer wieder geöffnet und geschlossen wird, so daß es zu irreführenden
Aussagen der Anlage kommt.
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Ziel der Erfindung ist es daher, einen Druckschalter zu schaffen mit
einem eindeutigen, genauen und sicheren Schaltvorgang.
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Erfindungsgemäß ist die die Gegenkraft liefernde Feder eine
Tellerfeder
mit einer teilweise negativen Weg-Druck-Kennlinie, die durch ihr Schnappverhalten
in Verbindung mit einer entsprechenden Einstellung des Abstandes der elektrischen
Kontakte einen sicheren und genauen Schaltvorgang bewirkt, wobei die Tellerfeder
derart dimensioniert ist, daß der Ansprechdruck des Schalters im negativen Kennlinienbereich
liegt.
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Durch das Schnappverhalten der Feder wird jede schleichende Kontaktöffnung
oder -schließung vermieden, vielmehr wird erreicht, daß beim Öffnen oder Schließen
des Kontaktes der Kontaktabstand sofort ein solches Maß annimmt, daß auch bei Unebenheiten
der Fahrbahn oder dergl. der Druckschalter nicht vorübergehend wieder geschlossen
werden kann. Um zu erreichen, daß der Druckschalter auch auf kleine Druckänderungen
bereits mit einem vollen Durchschnappen reagiert, ist es dabei erforderlich, daß
sowohl der Arbeitsdruck des Druckspeichers als auch der Ansprechdruck des Schalters
im negativen Kennlinienbereich legen. Unter Arbeitsdruck des nruckspeichers ist
hier der Nenndruck des zu füllenden Autoreifens zu verstehen; der Ansprechdruck
ist der Druck, bei dem eine Anzeige, also eine Warnung, erfolgen soll. Normalerweise
wird dieser Punkt 5 bis 10 % unter dem Arbeitsdruck anzusetzen sein.
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Da die Nenndrücke der Reifen (Arbeitsdrecke) unterschiedlich sind
und da man auf der anderen Seite nicht für die verschiedenen Reifentypen jeweils
verschiedene Druckschalter verwenden will1 ist es notwendig, eine Feder zu wählen,
die einen sehr ausgeprägten Bereich einer negativen Kennlinie hat, um innerhalb
dieses Bereiches die Einstellung der Kontakte auf die gewünschten Ansprechdrücke
vornehmen zu können. Man arbeitet also vorzugsweise so, daß bei drucklosem Reifen
die Tellerfeder sich in der stabilen Endposition befindet, also nach der einen Seite
durchgeschnappt ist. Sobald der Reifen gefüllt ist und die Tellerfeder die Funktion
der Gegenkraft zu erfüllen hat, wird der Gegenkontakt so auf den Ansprechdruck eingestellt,
daß die Feder sich in einem Zustande befindet, in dem sie nicht voll in die andere
Endstellung durchgeschnappt ist. In der Arbeitsstellung
ist die
Feder daher immer gespannt und bereit, sich bei Herabsetzung des Druckes um den
gewünschten Betrag von 5 bis 10 % in ihre erste "Schnapplage" zurückzubewegen, die
dann je nach der gewählten Schaltung entweder einem geöffneten oder einem geschlossenen
Kontakt entspricht.
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Der erfindungsgemäße Druckschalter hat außer der Tatsache, daß er
eine sichere Funktionsweise bietet, noch den Vorteil, daß er sich räumlich wesentlich
kompakter bauen läßt als die bekannten Druckschalter mit einer Spiralfeder als Gegenkraft,
weil die Tellerfeder nur einen sehr kleinen Raumbedarf hat.
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Vorzugsweise ist der eine Kontakt des Kontaktpaares bzw. der äquivalenten
Schaltmittel an einem von der Membran betätigten Schaltelement befestigt, welches
durch die Öffnung der Tellerfeder hindurch auf den anderen Kontakt einwirkt. Dieser
Gegenkontakt ist zur Einstellung des Kontaktabstandes und damit zur Einstellung
des Anspre-iidruckes des Druckschalters über ein Gewinde in axialer Richtung zur
Membran und zum Schaltelement einstellbar.
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Als Membran kann gemäß der einen Ausführungsform eine Tellerformmembran
aus elastischem Material Verwendung finden oder aber auch ein Metallbalg, dessen
Inneres von dem Druckspeicher beaufschlagt wird.
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Die Erfindung sei nun im einzelnen anhand von zwei Ausführungsbeispielen
gemäß Fig. 1 und 2 und anhand einer Druck-Weg-Kennlinie gemäß Fig. 3 erläutert.
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Zunächst sei auf die konstruktive Ausführungsform der Erfindung gemäß
Fig. 1 eingegangen Der Druckschalter besitzt ein Gehäuse 1, in das an der einen
Seite ein Anschlußstutzen 2 für den Anschluß des Druckschalters eingesetzt ist.
Mit Hilfe eines Gewindes 3 kann der Anschlußstutzen 2 über ein T-Stück mit dem Reifen
bzw. mit dem Ventil des Druckspeichers, in diesem Falle des Automobilreifens, verbunden
werden. Der Druckspeicher ist
hierfür mit einer Öffnung 4 versehen,
die in einen Druckraum 5 oberhalb einer Membran 6 endet. Die Membran ist ein formelastisches
Bauteil, welches zwischen einem Ansatz 7 des Gehäuses und dem Anschlußstutzen 2
eingeklemmt ist. Die Membran 6 wirkt auf ein Schaltelement 8 ein, welches an seiner
der Membran abgekehrten Seite einen Kontakt 9 trägt und welches zwischen Gehäuseabschnitten
16, 17 verschiebbar geführt ist.
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Eine Tellerfeder 1o wird im entspannten Zustande, d.h. also auch im
drucklosen Zustande des Reifens, durch geeignete Formgebung eines Gehäusevorsprunges
11 gehalten. Sie liegt außerdem auf einem Auflagering 12 auf, ist aber zwischen
Ring 12 und Gehäuse 1 nicht eingespannt, so daß sie sich zur Durchführung ihrer
Schaitbesoegungenl darin bewegen kann. In das Gehäuse 1 ist ferner ein Isolierstoffteil
13 eingepreßt, welches als Kontaktträger für den Gegenkontakt 14 dient, der mittels
eines Gewindes 15 in dem Isolierteil 13 verdrehbar angeordnet ist.
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Zur Justierung des Druckschalters im Rahmen der Montage wird dieser
über den Stutzen 2 an einen Druckluftgeber angeschlossen, der in dem Druckraum 5
einen Druckstoß erzeugt, der die Feder 10 zum Schnappen bringt. Danach wird im Druckraum
5 der Änsprechdruck erzeugt,und der Kontakt 14 über das Gewinde 15 so eingestellt,
daß die Feder zurückschnappt. In dieser Stellung wird der Kontakt 14 durch geeignete
Maßna;gmen fixiert.
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Der Druckschalter ist damit auf den dem Reifen entsprechenden Druck
justiert.
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Wird dann der Schalter eingebaut, dann befinden sich die Membran 6,
das Schaltelement 8, der Kontakt 9, solange der Reifen noch drucklos ist, in der
in Fig. 1 gezeigten Stellung. Wird der Reifen dagegen aufgepumpt, dann wird die
Tellerfeder 10 durch den dabei entstehenden Druckstoß zum Schnappen gebracht.
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Hat der Reifen bei Beendigung des Aufpumpvorganges seinen Arbeitsdruck
erreicht,
dann befinden sich die Kontakte 9 und 14 im betriebsbereiten Zustand. Nur wenn im
Betriebe des Fahrzeuges im Reifen der Druck nachläßt um einen Betrag, der sich später
anhand der Betrachtung der Fig. 3 ergeben wird, dann findet ein plötzliches Zurückschnappen
der Tellerfeder 10 statt nahezu in die in Fig. 1 gezeigte Lage, in der die Kontakte
9 und 14 offen sind. Das bedeutet eine Signalgabe. Der Schaltvorgang erfolgt durch
den Schnappvorgang der Tellerfeder plötzlich und nicht schleichend und bei einem
sehr genau definierbaren Ansprechdruck.
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Die Fig. 2 entspricht in ihren Grundzügen der Ausführungsform gemäß
Fig. 1 mit dem wesentlichsten Unterschied, daß hier anstelle einer Tellerformmembran
aus elastischem Material ein Metallbalg als Membran verwendet wird. In dem Gehäuse
20 stützt sich der Anschlußstutzen 21 an einem Vorsprung 22 des Gehäuses 20 ab.
Er ist über einen Kanal 23 mit dem Druckspeicher, d.h. also mit dem Innenraum des
Reifens, in Verbindung.
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An dem Anschlußstutzen 21 ist ein Metallbalg 24 befestigt, welcher
das Schaltelement 25 mit dem ersten Kontakt 26 trägt.
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Das Schaltelement 25 durchragt wiederum die Tellerfeder 27.
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die andererseits auf einem weiteren Vorsprung 28 innerhalb des Gehäuses
20 aufliegt.
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v In das Gehäuse 20 ist der Anschlußstutzen 29 eingeschraubt, in
dem ein Isolierteil 30 liegt. In diesem Isolierteil 30 ist ein Kontaktelement 31
mittels eines Gewindes 32 verstellbar angeordnet, derart daß der Abstand der beiden
Kontakte 26 und 31 entsprechend dem gewünschten Ansprechdruck, der wiederum eine
Funktion des Arbeitsdruckes ist, eingestellt werden kann. Die Kontaktierung der
beiden Kontaktelemente 26 und 31 erfolgt jeweils über das Gehäuse 20 bzw. den Anschlußstutzen
29 und unmittelbar über den Kontakt 31. Die Funktion der Ausführungsform gemäß Fig.
2 entspricht der Funktion der Ausführungsform gemäß Fig. 1 und braucht daher nicht
besonders erläutert zu werden.
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Um Anhaltspunkte zu geben, wie die zu verwendende Tellerfeder beschaffen
sein muß, sei etwas näher auf das in Fig. 3 gezeigte Diagramm eingegangen. Es muß
auf jeden Fall eine Tellerfeder verwendet werden, die ein Schnappverhalten aufweist,
um den gewünschten Zweck zu erreichen. Das Schnappverhalten hängt damit zusammen,
daß die Tellerfeder in bestimmten Bereichen eine negative Kennlinie hat. Ob eine
Tellerfeder eine teilweise negative Kennlinie hat, wird bestimmt von dem Verhältnis
ihrer lichten Höhe, d.h. ihrer Aufstellhöhe ho zu ihrer Materialstärke t. Ist dieses
Verhältnis ho/t kleiner als 1,4, dann hat die Tellerfeder kein Schnappverhalten,
oberhalb einem Verhältnis von ho/t = 1,4 beginnt die Linie teilweise einen waagerechten
Verlauf zu nehmen und ab einem hO/t-Verhältnis von etwa 2 hat man einen nennenswerten
Bereich, in dem die FederkennLinie einen negativen Verlauf hat, in dem sie also
auch ein Schnappverhalten besitzt. Bei dem vorliegenden Anwendungsfall wird man
vorzugsweise ein hO/t-Verhältnis von ca.2,2 wählen, weil damit dann ein negativer
Kennlinienbereich gegeben ist, der eine ausreichende Einstellungsmöglichkeit für
den Gegenkontakt 14 zur Anpassung an die verschiedenen Nenndrücke bzw. Ansprechdrücke
aufweist. Aus diesem Grunde ist in der Fig. 3 die theoretische Druck-Weg-Kennlinie
einer Tellerfeder mit einem hO/t-Verhältnis von 2,2 dargestellt. Diese Kennlinie
ist voll ausgezogen dargestellt. Unterwirft man eine solche Tellerfeder einem Test,
indem man sie zunächst von der einen Seite mit Kraft beaufschlagt, dann ergibt sich
die strichpunktierte Linie, die zunächst einen Anstieg der Kraft F (N) bis zu einem
Kraftmaximum beim Punkte A erkennen läßt. Dann schnappt die Feder, so daß zwischen
den Punkten A und B auf einen relativ großen Weg der Feder kein Kraftanstieg entfällt.
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Die Kennlinie folgt dann wieder der theoretischen Kennlinie.
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Verfolgt man diese Linie von der anderen Seite, dann ergibt sich zunächst
nur ein kleiner Federweg bis zum Schaltpunkt C, dann ein Schnappverhalte bis zum
Schaltpunkt D, wo über einen großen Weg keine Kraftänderung bemerkbar ist. Die Linie
folgt dann wieder der theoreitschen Kennlinie. Dieses Verhalten wird
durch
Reibungsverhältnisse geringfügig verändert, was jedoch nicht von Belang ist.
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Man erkennt in Fig. 3 außerdem zwei waagerechte Linien G und H, mit
deren Hilfe die Maxima und die Minima der theoretischen Kennlinie abgeschnitten
werden. Zwischen diesen beiden Linien sollte aus Gründen der Funktionssicherheit
mindestens der Ansprechdruck der Feder liegen. Durch die Punkte E und F ist der
Arbeitsdruck bzw. der Ansprechdruck, der einem bestimmten Arbeitsdruck entspricht,
gekennzeichnet. Die beiden Punkte E und F sind selbstverständlich voneinander abhängig,
da einem bestimmten Arbeitsdruck eines spezifischen Reifens immer auch ein bestimmter
Ansprechdruck entspricht, der etwa 5 bis 10 g unter dem Arbeitsdruck liegen sollte.
Hat der Reifen, dessen Druck überwacht werden soll, also einen niedrigeren Arbeitsdruck
als es dem Punkte E in Fig. 3 entsprechen würde, dann würde sich um das entsprechende
Maß auch der Punkt F verschieben. Durch eine punktierte Linie ist dargestellt, wie
im praktischen Betrieb der Schaltvorgang erfolgt.
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Beim Aufpumpen schnappt die Feder beim Überschreiten des Punktes A
der Kennlinie. Sie treicht jedoch nicht Punkt C, sondern wird durch die Kontakte
9, 14 aufgehalten. Unterschreitet der Druck im Reifen den Punkt F (Ansprechdruck),
dann schnappt die Feder 10 zurück bis fast zum Punkt D, je nachdem wie stark der
Druck im Reifen abgefallen ist.