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Vorrichtung zum Schalten eines Stromkreises in
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Abhängigkeit eines hydraulischen Drucks Die Erfindung betrifft eine
Vorrichtung zum Schalten eines Stromkreises in Abhängigkeit eines hydraulischen
Drucks, mit einer in einem Gehäuse vom Druck beaufschlagten Membran, die mit einem
Schaltglied eines elektrischen Schalters in Wirkverbindung steht, wobei der Schalter
im Gehäuse der Vorrichtung zwischen der Membran und einer Gehäusewand angeordnet
ist.
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Derartige elektrische Druckschalter sind an ein hydraulisches Drucksystem
angeschlossen und sprechen bei einem bestimmten vorgegebenen hydraulischen Druck
derart an, daß durch die Bewegung der Membran das Schaltglied bewegt und somit der
elektrische Schalter geöffnet bzw. kurzgeschlossen wird. Diese Druckschalter können
als Sicherheitseinrichtungen oder als Warnschalter oder aber auch für Steuerzwecke
benutzt werden, beispielsweise beim Steuern eines hydraulischen Pumpendrucks in
einem Druckspeicher.
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Bei einem bekannten Druckschalter dieser Art (DE-AS 20 31 580) erstreckt
sich ein federelastisches Zwischenglied im wesentlichen in Hubrichtung der Membran,
wobei es bereits in seiner Ausgangsstellung zwischen seinen endseitigen Einspannstellen
vorgespannt ist. Diese Anordnung hat den Nachteil, daß bei jedem Betätigungsvorgang
der Membran das federelastische Zwischenglied verbogen wird und es dadurch hohen
Biegebeanspruchungen ausgesetzt ist, die bei einer Vielzahl von Lastwechseln frUhzeitig
zu einem Bruch des Zwischenglieds und somit
zum Ausfall des Druckschalters
führen können. Da das federelastische Zwischenglied kraftabhängig von der Membran
verformt wird, so sind immer verhältnismäßig große Membran flächen erforderlich,
die oft aber aufgrund kleiner Bauweisen nicht zur Verfügung stehen. Weiterhin ist
es von Nachteil, daß bei geringer Baugröße des Druckschalters und somit auch geringer
Baugröße des Zwischenglieds der Schaltpunkt aufgrund des dabei sich ergebenden ungünstigen
Übersetzungsverhältnisses schwer einstellbar ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zum Schalten
eines Stromkreises in Abhängigkeit eines hydraulischen Drucks mit einfachen konstruktiven
Mitteln zu schaffen, die stets zuverlässig arbeitet und dabei in ihren Abmessungen
kurz baut und bei der die Schaltpunkte unabhängig von der Höhe des hydraulischen
Drucks leicht einstellbar sind.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen der
Membran und dem Schaltglied des elektrischen Schalters ein um eine Achse drehbarer
Hebel vorgesehen ist, bei dem der Angriffspunkt und die Betätigungsrichtung der
Membran nicht in die Wirkungslinie der Betätigungsrichtung des Schaltglieds fallen
und bei dem die Achse quer zur Betätigungsrichtung des Schaltglieds verstellbar
ist. Durch diese Anordung wird eine Über- oder Untersetzung der Ubertragungseinheit
geschaffen, bei der die Schalthysterese am Hebel besonders leicht eingestellt werden
kann. Eine weitere Hebelübersetzung läßt sich
dadurch erreichen,
daß zwischen dem Hebel und der Membran ein weiterer, um eine Achse drehbarer Hebel
angeordnet ist, dessen Abstände von der Achse zu den Anlagestellen der Membran und
des Hebels verschieden groß sind.
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Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen läßt sich ein relativ kleiner
Hub der Membran in einen relativ großen Weg und auch umgekehrt übertragen, so daß
der Druckschalter bei entsprechender Auswahl seines Hebelgetriebes aber sonst gleichen
Abmessungen für niedrige und höchste DrUcke verwendet werden kann, ohne daß dies
die Genauigkeit der Vorrichtung in unerwünschter Weise beeinflussen wUrde. Aufgrund
des rein wegabhängigen Hebelgetriebes und des rein wegabhängigen elektrischen Schalters
läßt sich die Schalthysterese des Druckschalters besonders gut einstellen. Das Hebelgetriebe
erhöht die Schaltgenauigkeit des Druckschalters.
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Es ist vorteilhaft, daß die Anlagefläche am zweiten Hebel, an der
der erste Hebel anliegt, derart geformt ist, daß jeweils nach Verschieben der Achse
des zweiten Hebels dieser die Lage des Schaltglieds nicht verändert.
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Hierdurch kann beispielsweise der obere Schaltpunkt, der etwa einem
höheren hydraulischen Druck entspricht, konstant gehalten und der untere Schaltpunkt,der
demnach einem niedrigeren hydraulischen Druck entspricht, je nach Wunsch entsprechend
eingestellt werden.
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Zur Einstellung des Schaltpunkts ist der Schalter über eine mit einem
gehäusefesten Bauteil in Gewindeeingriff stehende, erste Verstellschraube in Betätigungsrichtung
des
Schaltglieds einstellbar. Mit dieser Anordnung ist es möglich, den Schaltpunkt sehr
genau auf einen bestimmten hydraulischen Druck festzulegen.
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Damit der Schalter während der Einstellung auf einfache Weise verschiebbar
ist und sich dabei nicht verdreht, ist er an einer im Gehäuse in Betätigungsrichtung
des Schaltglieds verschiebbare Führungshülse befestigt, an der die Verstellschraube
drehbar und ortsfest gehalten ist. Eine besonders einfache Herstellung der Führugshülse
wird dadurch erreicht, daß sie topfförmig ausgebildet ist und daß der zylindrische
Abschnitt aus am Umfang verteilten Federarmen besteht, die an der Innenwand des
gehäusefesten Teils reibschlüssig anliegen und daß an zwei auf kleinerem Radius
liegenden Federarmen der Schalter befestigt ist. Die Führungshülse wird beispielsweise
aus Blech ausgestanzt und anschließend werden die Federarme nach unten gebogen.
Damit der Schaltpunkt des Druckschalters sich im Betrieb nicht verändert, ist die
Verstellschraube selbstsichernd ausgebildet.
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Einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung zufolge, ist der zweite
Hebel über die Achse drehbar mit einem Lagerzapfen verbunden ist, wobei der Lagerzapfen
über eine quer zur Betätigungsrichtung des Schaltglieds verschiebbare Verstelleinrichtung
mit dem Gehäuse verbunden ist und daß die Achse an ihren Enden in jeweils einem
in Längsrichtung des zweiten Hebels verlaufenden Langloch im Gehäuse geführt wird.
Hierdurch ist die Achse des Hebels über eine gehäusefeste Verstelleinrichtung verschiebbar
und gleichzeitig ist der zweite Hebel um die
Achse schwenkbar im
Gehäuse gelagert. Diese Anordnung ermöglicht eine besonders feine Einstellung der
Schalthysterese des Druckschalters. Je näher die Achse des zweiten Hebels zum Anlagepunkt
zwischen dem ersten und zweiten Hebel gelangt, desto näher rücken der obere und
untere Schaltdruck zusammen, da das Ubersetzungsverhältnis des Hebelgetriebes vergrößert
wird.
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Eine besonders einfache Herstellung des Druckschalters wird dadurch
erreicht, daß das Gehäuse aus einer Hülse besteht, deren zylindrischer Abschnitt
über eine ringförmige Distanzhülse am Druckanschlußgehäuse zentriert wird, die von
einem Deckel in Form einer Scheibe nach außen verschlossen ist und die von der Scheibe
über einen Ringbund im Druckanschlußgehäuse gehäusefest gehalten wird. Die Distanzhülse
drückt die Membran gegen einen Ringbund des Druckanschlußgehäuses, so daß sie das
Druckmittel vom Schaltgehäuse druckdicht trennt.
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Damit der zweite Hebel stets leichtgängig bewegbar ist und nicht in
der gemeinsamen Achse verkantet, sind im Innern der zylindrischen Hülse parallel
gegenüberliegende und in Längsrichtung des zweiten Hebels verlaufende Führungsflächen
ausgebildet, an denen die Seitenflächen des zweiten Hebels anliegen und an denen
gleichzeitig die Langlöcher ausgebildet sind. Eine besonders einfache Herstellung
der Hülse wird erreicht, wenn die Hülse ein aus Blech hergestelltes Stanz- und Biegeteil
ist, das an ihrem offenen Ende umgebogene und zum Boden der Hülse gerichtete Blechlappen
aufweist, deren zugewandte Flächen die Führungsflächen bilden.
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Die Einstellung des zweiten Hebels ist besonders fein dosierbar, wenn
die Verstelleinrichtung aus einer mit dem Lagerzapfen in Gewindeeingriff stehende,
zweite Verstellschraube besteht, die in der Hülse drehbar gelagert ist und über
Öffnungen in der Distanzhülse und dem Druckanschlußgehäuse von außen betätigbar
ist.
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Hierdurch wird eine besonders einfache und schnelle Einstellung des
Druckschalters möglich.
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Damit die Hebel nicht durch ihr Eigengewicht bzw. nicht durch einwirkende
Erschütterungen den elektrischen Schalter wahllos betätigen, ist an einem gehäusefesten
Teil der Vorrichtung eine Feder befestigt, die an der Oberfläche des zweiten Hebels
anliegt und deren Kraft in Richtung der Membran auf den Hebel wirkt.
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Damit der Innenraum des Druckschalters frei von äußeren Einflüssen
(Wasser, Staub etc.) bleibt, ist es vorteilhaft, daß die Kontaktfahnen gegenüber
der Scheibe abgedichtet und mit dieser fest verbunden ist und daß der elektrische
Schalter gegenüber den Kontaktfahnen im Gehäuse verstellbar ist. Hierbei können
beispielsweise die Kontaktfahnen über einen Schleifkontakt oder eines flexiblen
Hebels mit dem elekrtischen Schalter verbunden sein.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen: Fig. 1 Längsschnitt durch einen Druckschalter gemäß der
Erfindung und Fig. 2 perspektivische Teilansicht im Bereich des zweiten Hebels gemäß
Fig. 1, wobei jedoch auf der Oberfläche des Hebels eine Vertiefung ausgebildet ist.
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Der in Fig. 1 dargestellte Druckschalter 1 besteht aus einem napfförmigen
Druckanschlußgehäuse 2, das einen Gewindestutzen 3 zum Einschrauben in einen in
der Zeichnung nicht dargestellten Druckanschluß aufweist, in dem eine in Längsrichtung
des Druckschalters 1 verlaufende Bohrung 4 ausgebildet ist, die das offene Ende
des Gewindestutzens 3 mit dem Boden 5 des napfförmigen Druckanschlußgehäuses 2 verbindet.
Am Boden 5 ist eine konzentrisch zur Bohrung 4 verlaufende Ringnut 6 ausgebildet,
in der eine Dichtung 7 angeordnet ist.
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Der napfförmige Abschnitt 8 des Druckanschlußgehäuses 2 führt in
seinem inneren eine zylindrische Distanzhülse 9, an deren Innenwand eine weitere
zylindrische Hülse 10 geführt wird, die mit ihrem sich radial nach außen erweiternden
Ringbund 11 an dem oberen Ende der Distanzhülse 10 anschlägt. Die Hülse 10 kann
somit aufgrund des Ringbunds 11 nicht tiefer in die Distanzhülse 9 hineinlx rrutschen.
Auf der oberen Stirnfläche des Ringbundes 11 liegt eine kreisförmige Scheibe 12
auf, die von einem
Ringbund 13 des Druckanschlußgehäuses 2 gehalten
wird.
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Der Ringbund 13 ist beispielsweise durch Umbördeln des Endes des zylindrischen
Abschnitts 8 des Druckanschlußgehäuses 2 hergestellt worden. Der Ringbund 13 kann
aber auch durch Einscherungen, die an der Innenwand der Distanzhülse 2 als Vorsprünge
hervortreten, hergestellt werden. Der Ringbund 13 drückt über die Scheibe 12 und
den Ringbund 11 die Distanzhülse 9 gegen einen Anschlag 14 am Boden 5 des Druckanschlußgehäuses
2. Dabei sind die Längenmaß in Längsrichtung des Druckanschlußgehäuses 2 zwischen
der Ringnut 6, der Dichtung 7, der unteren Stirnfläche 15 und dem Anschlag 14 so
bemessen, daß die Distanzhülse 9 die Dichtung 7 in die Ringnut 6 hineindrückt und
somit eine dichte Verbindung zwischen Distanzhülse 9 und Druckanschlußgehäuse 2
hergestellt wird.
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An der inneren Wandung der Distanzhülse 9 ist eine ringförmiger, kegelig
verlaufender Absatz 16 vorgesehen, der in seinen Maßen so bemessen ist, daß die
kreisrunde Scheibe 17 ebenfalls gegen die Dichtung 7 gedrückt wird.
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Die Scheibe 17 bildet mit der Dichtung 7 die vom hydraulischen Druck
beaufschlagbare Membran 18 des Druckschalters 1.
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An der zylindrischen Innenwand der Hülse 10 liegt mit ihren, nach
unten gerichteten Federarmen 20 die topfförmig ausgebildete Führungshülse 21 reibschlüssig
an.
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Ebenfalls nach unten gebogene Haltearme 22, die aber auf kleinerem
Radius als die Federarme 20 liegen, bilden die Halterung des elektrischen Schalters
23. Der elektrische
Schalter 23 ist über Befestigungsmittel 24,
beispielsweise Nieten oder Schrauben mit den Haltearmen 22 verbunde. Der elektrische
Schalter 23 und die Haltearme 22 sind dabei so ausgebildet, daß das in der Zeichnung
nach unten gerichtete Schaltglied 25 konzentrisch zum Druckanschlußgehäuse 2 und
zur Membran 18 verläuft. Aus dem elektrischen Schalter 23 ragen zwei Kontaktfahnen
26 heraus, die über Öffnungen 27 in der Scheibe 12 ins Freie dringen. Bei dem elektrischen
Schalter 23 handelt es sich beispielsweise um einen Mikroschalter, der bei Betätigung
des Schaltglieds 25 die beiden Kontaktfahnen 26 schlagartig miteinander verbindet
oder voneinander trennt.
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Eine entlang der Längsachse des Druckschalters 1 verlaufende, in der
Führungshülse 21 drehbar aber ortsfest gelagerte Verstellschraube 28 befindet sich
mit der Scheibe 12 in Gewindeeingriff. Die Verstellschraube 28 ist über die Kontermutter
29 drehsicher mit der Scheibe 12 verbunden. Die Verstellschraube 28 weist einen
Innensechskant 30 auf, der zum Verdrehen der Verstellschraube 28 und somit zum Einstellen
des Schaltpunkts des elektrischen Schalters 23 dient.
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Zwischen dem Schaltglied 25 und der Membran 18 ist gemäß Fig. 1 und
2 ein quer zur Längsachse des Druckschalters 1 verlaufender zweiter Hebel 32 ausgebildet.
Der zweite Hebel 32 ist über den Bolzen 33 mit einem Lagerzapfen 3L fest verbunden.
Der Bolzen 33 ist beispielsweise in den zweiten Hebel 32 eingepreßt und ist in den
beidseitig des zweiten Hebels 32 ausgebildeten Bohrungen 34 im Lagerzapfen 31 gelagert.
Der Bolzen 33 ragt zu beiden Seiten
des Lagerzapfens 31 in in Längsrichtung
des zweiten Hebels 32 verlaufende Langlöcher 35 hinein. Durch diese Lagerung ist
somit eine Verschiebung des Hebels 32 und des Lagerzapfens 31 Längsrichtung der
Langlöcher 35, also quer zur Betätigungsrichtung des Schaltglieds 25, möglich, jedoch
wird eine Verdrehung dieser Teile 31,32 verhindert. Zum Verschieben des zweiten
Hebels 32 dient die in der Hülse 10 drehbar aber ortsfest befestigte zweite Verstellschraube
36, die über die Öffnung 37 von außen betätigbar und über das Gewinde 40 mit dem
Lagerzapfen 31 verbunden ist. Die Verstellschraube 36 ist dichtend mit der Hülse
10 verbunden. Es kann aber auch die Abdichtung durch einen in der Öffnung ausgebildeten
Schutzstopfen erreicht werden.
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Zur besseren Lagerung des Lagerzapfens 31 und des zweiten Hebels 32
dienen die im Innern der Hülse 10 parallel gegenüberliegenden und parallel in Längsrichtung
des zweiten Hebels 39 verlaufenden Führungsflächen 38. Die Führungs flächen 38 werden
von am offenen Ende der Hülse 10 umgebogenen und nach oben gerichteten Blechlappen
39 gebildet. Die lange Führung verhindert ein Verkanten des zweiten Hebels 32 beim
Verschwenken um den Bolzen 33.
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Auf der oberen Fläche 41 des Lagerzapfens 31 ist ein parallel zur
Längsachse des Druckschalters 1 verlaufender Schlitz 42 ausgebildet, in den eine
Blattfeder 43 eingesetzt ist. Die Blattfeder 43 ist im wesentlichen s-förmig ausgebildet
und drückt in der Zeichnung senkrecht von oben auf die Oberfläche 49 des zweiten
Hebels
32. Hierdurch wird die Schwingungsfestigkeit des Druckschalters 1, wie sie insbesondere
bei Anwendung derartiger Schalter in Kraftfahrzeugen gewünscht wird, heraufgesetzt.
An Stelle der Blattfeder sind auch ähnlich wirkende Federn möglich.
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Auf der Unterseite des zweiten Hebels 32 gemäß Fig. 2 liegt ein im
Querschnitt dreieckig ausgebildeter, erster Hebel 44 an. Der erste Hebel 44 zeigt
in der Zeichnung mit seiner Spitze 45 nach unten und liegt auf der Scheibe 17 der
Membran 18 an. Die der Spitze 45 gegenüberliegende Ecke 46 ist links und die Ecke
a7 ist rechts von der Längsachse des Druckschalters 1 am ersten Hebe 44 ausgebildet.
Die Ecke 46 bildet den Anschlag am zweiten Hebel 32 und die Ecke 47 bildet den Drehpunkt
des ersten Hebels 44. Die Lagerung des ersten Hebels 44 besteht aus einer Achse
48, die über Bohrungen 51 beidseitig des ersten Hebels 44 in der Hülse 10 gelagert
und gegen Herausfallen, beispielsweise durch Einpressen, gesichert ist. Die Verbindung
der Ecke 46 mit der Achse 48 bildet den einen Arm und die Verbindung der Ecke 46
mit der Spitze 45 bildet den anderen Arm des ersten Hebels 44.
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Die Achse 48 liegt in der Zeichnung rechts von der Längsachse des
Druckschalters 1 und die Achse mit dem Bolzen 33 liegt links von der Längsachse
des Druckschalters 1.
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Bei dieser Anordnung können durch bestimmte Längenauswahl der Hebel
32,44 viele Ubersetzungs- bzw. Untersetzungsverhältnisse in Abhängigkeit der Schaltwege
der Membran 18 und des elektrischen Schalters 23 gewählt werden.
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In Fig. 2 ist abweichend von Fig. 1 an der Oberfläche 49 des zweiten
Hebels 32 eine Vertiefung 50 ausgebildet, die derart geformt ist, daß jeweils nach
Verschieben des Bolzens 33 des zweiten Hebels 32 dieser die Lage des Schaltglieds
25 nicht verändert hat. Die Kurve bis zur Vertiefung 50 vom freien Ende des Hebels
32 aus ist jeweils bei den vorgegebenen Hebelverhältnissen derart konstruierbar,
daß beim horizontalen Verschieben und ständiger Auflage an der Ecke 46 des ersten
Hebels 44 der Verlauf des in der Lage unveränderbaren Berührungspunktes des Schaltglieds
25 und der Oberfläche 49 des zweiten Hebels 44 aufgezeichnet wird. Dieser Kurvenverlauf
ergibt dann auf den zweiten Hebel 32 übertragen die Kontur bis zur Vertiefung 50
am ersten Hebel 44. Ändert sich die Länge des Arms zwischen der Ecke 46 und der
Achse 48, so ergibt sich selbstverständlich eine neue Kontur bis zur Kontur 50.
Durch diese Kontur 50 wird erreicht, daß beim Verändern der Schalthysterese der
obere bzw. untere Schaltpunkt konstant bleiben kann und nur der andere verändert
wird. Verläuft die Oberfläche 49 parallel zur Membran 18, so ändert sich die Schalthysterese
gleichzeitig in ihrem oberen und unteren Wert, was zu längeren Einstellzeiten des
Druckschalters 1 führt.
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Die Hebel 32 und 44 sowie der Lagerzapfen 31 sind beispielsweise wegen
ihrer winkeligen Formen aus Kunststoff hergestellte Teile, so daß die Vertiefung
50 sowie der Schlitz 42 auch bereits bei der Herstellung der Hebel mit ausgeformt
werden können. Diese Teile sind somit besonders preisgünstig herstellbar.
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Die Wirkungsweise des Druckschalters 1 ist folgende: Wird gemäß Fig.
1 unterhalb der Membran 18 hydraulischer Druck aufgebaut, so biegt sich die Membran
18 nach oben und bewegt den ersten Hebel 44 über die Achse 48 im Uhrzeigersinn nach
rechts. Hierdurch schwenkt entgegen dem Uhrzeigersinn der zweite Hebel 32 um den
Bolzen 33 nach links und bewegt das Schaltglied 25 in der Zeichnung nach oben. Entsprechend
einem vorher eingestellten hydraulischen Druck löst der Schalter einen Kontakt aus,
so daß die beiden Kontaktfahnen 26 kurzgeschlossen bzw. voneinander getrennt werden.
Je höher der hydraulische Druck, desto größer ist der Weg des zweiten Hebels 32
in Richtung des Schaltglieds 25. Bei Druckabbau bewegen sich das Schaltglied 25,
der erste und zweite Hebel 32 und 44, sowie die Membran 18 in ihre Ausgangsstellung
zurück. Der elektrische Schalter 23 verbindet bzw. trennt die Kontakfahnen 26 voneinander.
An die Kontaktfahnen 26 ist eine Energiequelle und ein Verbraucher, beispielsweise
eine Leuchtanzeige oder eine Pumpe geschaltet, die somit entsprechend dem hydraulischen
Druck ein- oder ausgeschaltet werden.
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Zur Einstellung des Druckschalters 1 wird zunächst die Membran 18
mit dem erforderlichen hydraulischen Druck beauf schlagt. Bei diesem Druck wird
nun die Verstellschraube 30 solange verschraubt, bis der elektrische Schalter 23
einen Kontakt auslöst. Der Schaltpunkt des elektrischen Schalters 23 ist eingestellt.
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Der hydraulische Druck wird nun auf den vorgegebenen, unteren Wert
eingestellt und anschließend die zweite Verstellschraube 36 verdreht, bis wiederum
Kontakt ausgelöst wird. Hierbei verändert sich der Abstand zwischen dem Bolzen 33
und dem Schaltglied 25, wodurch auch das Hebelverhältnis zwischen dem ersten und
zweiten Hebel 44 und 32 verändert wird. Dadurch entsteht bei gleichem Hub der Membran
18 ein unterschiedlicher Hub am Schaltglied 25, wodurch die Schalthysterese des
Mikroschalters variiert wird, aber der obere Schaltpunkt unverändert bleibt. Diese
Anordnung des Hebelgetriebes hat den Vorteil, daß besonders kleine Schalthysteresen
eingestellt werden können.
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