DE3101448C1

DE3101448C1 - Auf Druck anoprechende Schaltvorrichtung,insbesondere Pressostat oder Thermostat

Info

Publication number: DE3101448C1
Application number: DE3101448A
Authority: DE
Inventors: Knud Vagn Dipl.-Ing. 6430 Nordborg Valbjørn
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1981-01-19
Filing date: 1981-01-19
Publication date: 1982-09-30
Also published as: DK6682A; GB2091427B; US4430900A; CA1187152A; FR2498370A1; JPS57141831A; DK149377B; GB2091427A; FR2498370B1; DK149377C

Description

Die Erfindung betrifft eine auf Druck ansprechende Schaltvorrichtung, insbesondere Pressostat oder Thermostat, mit einem Betätigungsglied, das in der einen Richtung durch ein den Druck führendes Arbeitselement und in der anderen Richtung durch eine Hauptfeder belastet ist, und bei Erreichen einer Auslösestellung einen Kontakt schaltet.

Pressostate, die in Abhängigkeit von dem Druck in einer Anlage, z. B. vom Druck des Kältemittels in einer Kälteanlage, schalten, oder Thermostate, die in Abhängigkeit von einem temperaturabhängigen Dampfdruck schalten, sind in vielfältiger Form bekannt. Zusätzlich zu Hauptfeder und Arbeitselement können am Betätigungsglied noch weitere Systeme, z. B. ein Differenzfedersystem, angreifen. Ihnen ist gemeinsam, daß sie einen Kontakt schalten, wenn ein bestimmter Druck über- oder unterschritten wird. Die Auslösedrücke sind zumeist einstellbar. Die Bewegung des Betätigungsgliedes ist häufig durch Anschläge auf den Schaltweg des Kontaktsystems beschränkt, damit weder die Schaltvorrichtung durch übermäßigen Druck des Arbeitselements noch das Arbeitselement durch zu starken Druck der Hauptfeder überlastet werden kann.

Es ist ferner bekannt, Drücke analog zu messen, um sie anzuzeigen oder sie im Rahmen einer Regelung oder Steuerung weiterzuverarbeiten. Hierzu benötigt man eine entsprechende Druckmeßdose, also ein zweites Arbeitselement, und eine entsprechende Meßvorrichtung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltvorrichtung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, mit deren Hilfe gleichzeitig auch der Druck analog gemessen werden kann, so daß am druckführenden System nur ein Gerät mit einem Arbeitselement angeschlossen zu werden braucht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in den Kraftweg zwischen Arbeitselement und Hauptfeder eine Kraftübertragungsvorrichtung geschaltet ist, die eine mit der vom Arbeitselement übertragenen Kraft variable physikalische Größe aufweist, und daß der Kraftübertragungsvorrichtung ein Meßwertgeber zugeordnet ist, der in Abhängigkeit von dieser physikalischen Größe ein elektrisches Analogsignal abgibt.

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Bei dieser Konstruktion wird das Analogsignal mit Hilfe der Kraftübertragungsvorrichtung gewonnen, über welche die Kraft des Arbeitselements geleitet wird. Diese Kraftübertragungsvorrichtung ist zwar zusätzlich vorgesehen, beeinträchtigt aber nicht die Funktion der Schaltvorrichtung. Insbesondere braucht das Betätigungsglied nur einen kleinen, dem Kontaktweg entsprechenden und durch Anschläge vorgegebenen Hub durchzuführen. In jedem Fall wird die Kraft des Arbeitselements innerhalb der Kraftübertragungsvor- ίο richtung in eine andere physikalische Größe umgewandelt, von der sich dann leicht ein elektrisches Analogsignal ableiten läßt. Insgesamt erhält man ein einheitliches Gerät mit einer Doppelfunktion, das lediglich mit einem Arbeitselement an einer einzigen Stelle des druckführenden Systems angeschlossen zu werden braucht.

Bei einer Ausführungsform ist die Kraftübertragungsvorrichtung ein Kraftspeicher, dessen mechanischer Zustand sich unter Einwirkung der vom Arbeitselement übertragenen Kraft ändert, und der Meßwertgeber ist ein mechanisch-elektrischer Wandler. Hierbei wird die Kraft des Arbeitselements unmittelbar in diejenige physikalische Größe umgewandelt, von der der Meßwert abgenommen wird. Dies ergibt einen besonders einfachen Aufbau. Beispielsweise kann die Kraftübertragungsvorrichtung eine Blattfeder und der mechanisch-elektrische Wandler ein Dehnungsmeßstreifen sein. Es besteht sogar die Möglichkeit, daß das Betätigungsglied selbst als Blattfeder ausgebildet ist.

Eine andere bevorzugte Ausführungsform weist als Krafiübertragungsvorrichtung einen Kompensationskrafterzeuger mit einem die Kompensationskraft der Kraft des Arbeitselements nachführenden Regelkreis auf, während der Meßwertgeber eine physikalische Größe dieses Regelkreises in ein elektrisches Analogsignal umsetzt. Diese Ausführungsform hat bei Verwendung von den Hub des Betätigungsgüedes begrenzenden Anschlägen gegenüber einem Kraftspeicher den Vorteil, daß die Druckfläche des Arbeitselements ihre Lage bei variablen Drücken, mit Ausnahme des Auslösedrucks, beibehält, wodurch Meßfehler, die sich aufgrund einer sich ändernden Federkraft eines Arbeitsbalges oder aus einer Änderung der Druckfläche ergeben könnten, eliminiert werden.

Beispielsweise kann der Kompensationskrafterzeuger ein Elektromagnet sein, während der Meßwertgeber das elektrische Analogsignal vom Erregerstrom oder einer diesen steuernden elektrischen Größe ableitet. Ein elektromagnetischer Kompensationskrafterzeuger zu Meßzwecken ist an sich aus US-PS 39 08 460 bekannt, wobei jedoch der Magnetkern oder die Erregerspule ortsfest angeordnet sind.

Mit besonderem Vorteil ist dafür gesorgt, daß der Kornpensationskrafterzeuger ein mit einer elektrischen Heizvorrichtung versehenes Dehnstoffelement ist, das eine mit Balg oder Membran versehene Dose mit Dampffüllung, vorzugsweise Fiüssigkeits-Dampf-Füliung, aufweist, und der Meßwertgeber die Temperatur der Dampffüllung mißt. Auf diese Weise läßt sich der zu eo messende Druck auf sehr einfache Weise in ein druckabhängiges, elektrisches Temperatursignal umsetzen.

Die Heizvorrichtung kann beispielsweise eine die Dose umgebende Heizwicklung aufweisen. Die Kapsel dient daher als Wickelkörper, so ciaß sich eine sichere Lagerung für die Heizwicklung ergibt. Ferner kann die Heizvorrichtung durch einen Schalter geschaltet werden, dessen beide Kontakte je mit einer der Hauptfeder bzw. dem Arbeitselement zugewandten, relativ zueinander beweglichen Endflächen der Dose gekoppelt sind. Die Heizvorrichtung wird dabei durch eine einfache Zwei-Punkt-Regelung betätigt, mit der ein definierter Abstand der beiden Endflächen der Dose aufrechterhalten wird.

Wenn der Weg des Betätigungsgüedes mindestens auf der einen Seite der Auslösestellung und in deren Nähe durch einen Anschlag begrenzt ist, kann der mindestens eine Anschlag mit dem mit der Hauptfeder gekoppelten Teil des Dehnstoffelements zusammenwirken und das Betätigungsglied zwischen dem Arbeitselement und dem Dehnstoffelement angeordnet sein. Hierbei wird das Dehnstoffelement gleichzeitig als mit dem Anschlag zusammenwirkendes Element ausgenutzt.

Als Meßwertgeber empfiehlt sich ein temperaturabhängiger Widerstand oder ein Thermoelement.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist dafür gesorgt, daß die elektrische Heizvorrichtung einen temperaturabhängigen Heizwiderstand aufweist, der außerdem als Meßwertgeber dient, und daß eine elektronische Schaltung vorgesehen ist, die nach dem Abschalten des Heizstromes eine Widerstandsmessung durchführt. Man benötigt daher nur zwei Zuleitungen zum Dehnstoffelement, über die sowohl die Heizleistung zugeführt, als auch das Meßsignal abgenommen wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter, bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen schematischen Schnitt durch eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung,

F i g. 2 in einem Diagramm über dem Systemdruck P das analoge Meßsignal Sund das Schaltsignal A,

F i g. 3 schematisch eine abgewandelte Ausführungsform einer Kraftübertragungsvorrichtung,

F i g. 4 eine dritte Ausführungsform einer Kraftübertragungsvorrichtung und

F i g. 5 eine weitere Ausführungsform mit den wesentlichen Teilen der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung.

In F i g. 1 ist ein Arbeitselement 1 in der Form einer Balgdose veranschaulicht, das über eine Leitung 2 mit dem Drucksystem verbunden ist, welches den Druck P führt. Die Unterseite des Arbeitselements ist auf einer Stützfläche 3 gehalten. Die Oberseite bildet eine bewegliche Wand 4, deren Fläche dem Druck P ausgesetzt ist. Die bewegliche Wand wirkt, auf ein Betätigungsglied 5, das als Winkelhebel ausgebildet ist, und um ein ortsfestes Gelenk geschwenkt werden kann, wobei der freie Arm 7 zur Abgabe eines Schaltsignals A ein Kontaktsystem 8 betätigen kann. Von der anderen Seite her wirkt auf das Betätigungsglied 5 eine Hauptfeder 9 unter Zwischenschaltung einer Kraftübertragungsvorrichtung 10 und eines Stössels 11. Die Hauptfeder 9 stützt sich auf einem Widerlager 12 ab, das mit einer an einer Gehäusewand 13 gehaltenen Justierschraube 14 zur Einstellung des Auslösedrucks axial verstellbar ist.

Die Kraftübertragungsvorrichtung 10 weist einen Kompensationskrafterzeuger 15 auf, der eine mit einem Wellrohrbalg 16 versehene Dose 17 und einen zugehörigen Regelkreis 18 aufweist. Die Dose enthalt einen Raum 19, der teilweise mit einer verdampfbaren Flüssigkeit 20 gefüllt ist, so daß in dem darüber

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befindlichen Raum ein Kompensationsdampfdruck P< herrscht. Die Dose ist mit einer Heizvorrichtung in Form einer um den Dosenumfang gelegten Heizwicklung 21 versehen, die über einen Schalter 22 an Spannung Ugelegt ist. Ein elektrischer Temperaturfühler 23 in der Form eines Thermoelements liegt an der Dose an und gibt ein elektrisches Analogsignal 5 ab. Außerdem ist ein oberer Anschlag 24 und ein unterer Anschlag 25 für die Dose 17 gehäusefest vorgesehen.

Die beschriebene Vorrichtung arbeitet wie folgt: Bei kleinen Drücken .Pin der Anlage wird die Dose 17 von der Hauptfeder 9 gegen den unteren Anschlag 25 gedruckt. Solange der Kompensationsdruck Pk eine kleinere Kraft erzeugt als es der Kraft des Arbeitselements 1 unter dem Einfluß des Anlagendrucks P entspricht, ist der Schalter 22 geschlossen. Die Heizvorrichtung 21 beheizt die Flüssigkeit 20, wodurch der Dampfdruck Pi₁ steigt. Sobald eine Kompensationskraft erreicht ist, die die Kraft des Arbeitselements 1 übersteigt, öffnet der Schalter 22. Die Heizvorrichtung wird abgeschaltet. Der Dampf kühlt ab und das Spiel wiederholt sich. Auf diese Weise wird der Dampf auf einer Temperatur gehalten, welche die Kompensationskraft der Kraft des Arbeitselemems 1 genau nachführt. Diese Temperatur wird vom als Temperaturfühler ausgelegten Meßwertgeber 23 gemessen, so daß das Analogsignal S, das dem Anlagendruck P entspricht, abgenommen werden kann. Sobald die Kraft des Arbeitselements 1 und damit die Kraft der Kraftübertragungsvorrichtung 10 den Sollwert der Federkraft übersteigt, bewegt sich die gesamte Druckdose 17 nach oben, bis sie gegen den Anschlag 24 stößt. Dabei wird das Betätigungsglied 5 verschwenkt und das Kontaktsystem 8 betätigt. Bei weiterem Anstieg des Anlagedrukkes P, arbeitet die Kraftübertragungsvorrichtung 10 in gleicher Weise weiter wie zuvor.

In F i g. 2 ist veranschaulicht, daß das Analogsignal 5 kontinuierlich mit steigendem Anlagendruck P zunimmt. Das Schaltsignal A dagegen wird bei einem vorgegebenen Anlagendruck P₀ ausgelöst. Die Rückstellung erfolgt wegen der Hysterese bei einem etwas kleineren Wert. Dieser Wert P₀ kann mit Hilfe der Justierschraube 14 nach Belieben verstellt werden. In ähnlicher Weise kann auch ein üblicher Hochdruckpressostat oder Niederdruckpressostat, wie er für Käiteanlagen verwendet wird, als zweite Funktion die Druckanzeige übernehmen.

Bei der Ausführungsform nach F i g. J ist eine Kraftübertragungsvorrichtung 110 veranschaulicht, die wiederum eine Dose 117 mit Flüssigkeits-Dampf-Füllung und einen Weilrohrbalg 116 besitzt. Außen ist eine Heizwicklung 121 vorgesehen, die aus Thermoelementmaterial besteht. Ein Annäherungsschalter 122 weist in der Dose einen Permanentmagneten 126 und an der Außenseite eine magnetflußabhängige Schaltvorrichtung 127 auf. In Abhängigkeit von dieser Schaltvorrichtung 122 wird die Spannung t/an die Heizwicklung 121 gelegt bzw. abgeschaltet. Ferner ist eine elektronische Schaltung 128 vorgesehen, die kurze Zeit nach dem Abschalten der Spannung den Widerstand der Heizwicklung 121 mißt und diesen Meßwert direkt oder indirekt als elektrisches Analogsignal S abgibt. Damit die Heizwicklung die Temperatur des Dampfes in der Dose 117 annimmt und daher ein dem Druck entsprechendes elektrisches Temperatursignal abzugeben vermag, genügt eine Wartezeit in der Größenordnung von 1 see. beispielsweise 0,5 —5 see.

Bei der Ausführungsform nach Fig.4 ist eine Kraftübertragungsvorrichtung 210 vorgesehen, die einen Magnetkern 217 und eine Magnetspule 216 aufweist. Letztere ist mit dem Betätigungsglied 205 verbunden. Ein Schalter 222 stellt fest, ob die magnetische Kompensationskraft gleich der Kraft der Arbeitselemente 1 ist und regelt in Abhängigkeit davon die Größe des Erregerstromes. Beim Schalter 222 ist der eine Kontakt fest mit dem Magnetkern 117 und der andere fest mit dem Betätigungsglied 205 verbunden. Eine elektronische Schaltung 228 regelt einerseits den Erregerstrom in Abhängigkeit von der gewünschten Kompensationskraft und gibt andererseits in Abhängigkeit von diesem Erregerstrom ein Analogsignal Sab.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 5 dient als Kraftübertragungsvorrichtung 310 ein Kraftspeicher in der Form einer Blattfeder 315. Diese ist einstückig mit dem Betätigungsglied 305 ausgebildet und durch Ausstanzen einer Zunge und deren Herausbiegen gebildet. Ein Dehnungsmeßstreifen 323 dient als mechanisch-elektrischer Wandler, an dem ein elektrisches Analogsignal 5 abgegriffen werden kann, das von der Durchbiegung und damit von der Kraft des Arbeitselements 1 abhängt. In dieser Ausführungsform wirken zwei gehäusefeste Anschläge 324 und 325 mit dem Betätigungsglied 305 zusammen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

- Leerseite

Claims

31 Ol Patentansprüche:

1. Auf Druck ansprechende Schaltvorrichtung, insbesondere Pressostat oder Thermostat, mit einem Betätigungsglied, das in der einen Richtung durch ein den Druck führendes Arbeitselement und in der anderen Richtung durch eine Hauptfeder belastet ist, und bei Erreichen einer Auslösestellung einen Kontakt schaltet, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kraftweg zwischen Arbeitselement (1) und Hauptfeder (9) eine Kraftübertragungsvorrichtung (10; 110; 210; 310) geschaltet ist, die eine mit der vom Arbeitselement übertragenen Kraft variable physikalische Größe aufweist, und daß der Kraftübertragungsvorrichtung ein Meßwertgeber (23; 121; 228; 323) zugeordnet ist, der in Abhängigkeit von dieser physikalischen Größe ein elektrisches Analogsignal (S) abgibt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftübertragungsvorrichtung (310) ein Kraftspeicher (315) ist, dessen mechanischer Zustand sich unter Einwirkung der vom Arbeitselement (1) übertragenen Kraft ändert, und daß der Meßwertgeber (323) ein mechanisch-elektrischer Wandler ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftübertragungsvorrichtung (310) eine Blattfeder (315) und der mechanisch-elektrische Wandler ein Dehnungsmeßstreifen (323) ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsglied (305) selbst als Blattfeder (315) ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftübertragungsvorrichtung (10; 110; 210) einen Kompensationskrafterzeuger mit einem die Kompensationskraft der Kraft des Arbeitselements (1) nachführenden Regelkreis (18; 118; 218) aufweist und der Meßwertgeber (23; 121; 228) eine physikalische Größe dieses Regelkreises in ein elektrisches Analogsignal (S) umsetzt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompensationskrafterzeuger (210) ein Elektromagnet ist, und der Meßwertgeber (228) das elektrische Analogsignal (S) vom Erregerstrom oder einer diesen steuernden elektrischen Größe ableitet.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompensationskrafterzeuger (10; 110) ein mit einer elektrischen Heizvorrichtung (21; 121) versehenes Dehnstoffelement ist, daß eine mit Balg (16; 116) oder Membran versehene Dose (17; 117) mit Dampffüllung, vorzugsweise Flüssigkeits-Dampf-Füllung, aufweist, und der Meßwertgeber (23; 121) die Temperatur der Dampffüllung mißt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung (21; 121) eine die Dose (17; 117) umgebende Heizwicklung aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung (21) durch einen Schalter (22) geschaltet wird, dessen beide Kontakte je mit einer der Hauptfeder (9) bzw. dem Arbeitselement (1) zugewandten, relativ zueinander beweglichen Endflächen der Dose (17) gekoppelt sind.

10. Vorrichtung wobei der Weg des Betätigungsgliedes mindestens auf der einen Seite der Auslösestellung und in deren Nähe durch einen Anschlag begrenzt ist, nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Anschalg (24, 25) mit dem mit der Hauptfeder (9) gekoppelten Teil (17) des Dehnstoffelements zusammenwirkt und das Betätigungsglied (5) zwischen dem Arbeitselement (1) und dem Dehnstoffelement angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwertgeber (121) ein temperaturabhängiger Widerstand ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwertgeber (23) ein Thermoelement ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Heizvorrichtung (121) einen temperaturabhängigen Heizwiderstand aufweist, der außerdem als Meßwertgeber dient, und daß eine elektronische Schaltung (128) vorgesehen ist, die nach dem Abschalten des Heizstromes eine Widerstandsmessung durchführt.