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Druckmittelbetätigbarer elektrischer Schalter
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Die Erfindung betrifft einen druckmittelbetätigbaren elektrischen
Schalter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Derartige druckmittelbetätigbare elektrische Schalter werden in druckmittelbetriebenen
Anlagen und Einrichtungen z.B. als Kontrollschalter oder auch als Leistungsschalter
eingesetzt. Sie haben unter anderem die Aufgabe, bei Erreichen eines vorbestimmten
Druckwertes die Verbindung zwischen einer SpannungsqaeLe und einem Verbraucher zu
unterbrechen oder die Verbindung zwischen Verbraucher und Spannungsquelle herzustellen.
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Um derartige Schalter an die gewünschten Einschalt- bwz.
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Abschaltdrücke anpassen zu können, ist es erforderlich, die Vorspannung
einer im Schalter angeordneten, auf das druckmittelbetätigbare Schaltglied einwirkenden
Feder verändern zu können. Dies kann in der Weise geschehen, daß im Schaltergehäuse
eine Einstellschraube vorgesehen wird, mittels welcher über einen Federteller die
Vorspannung der Feder erhöht oder vermindert wird.
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Eine derartige Einrichtung hat jedoch verschiedene Nachteile. Der
Einstellbereich ist, insbesondere bei Schaltern mit zwei elektrischen Anschlüssen
sehr klein, da bedingt durch den engen Abstand der beiden Anschlüsse zueinander,
zwischen den beiden Anschlüssen nur eine kleine Einstellschraube vorgesehen werden
kann, die auch nur die Anordnung einer relativ schwachen Feder zuläßt. Wird jedoch
ein größerer Einstellbereich gewünscht, der sich nur über eine stärkere und gröBere
Feder realisieren läßt, so kann zur Stromführung nur ein Anschluß aus dem Schalter
herausgeführt werden. In diesem Fall muß das Schaltergehäuse als zweiter Leiter
benutzt werden.
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Ein derart ausgebildeter Schalter ist jedoch nicht in der Nähe von
Behältern einsetzbar, welche brennbare, gasförmige oder flüssige Stoffe enthalten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen druckmittelbetätigbaren
elektrischen Schalter der eingangs erwähnten Art zu schaffen, welcher einen großen
Einstellbereich aufweist und universell einsetzbar ist.
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Diese Aufgabe wird mit der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung
gelöst. Weiterbildungenund vorteil-
hafte Ausgestaltungen der Erfindung
sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die Erfindung bietet insbesondere den Vorteil, mit einfachen Mitteln
einen Schalter zu erhalten, welcher kompakt im Aufbau ist, eine hohe elektrische
Belastbarkeit und nur eine geringe Hysterese aufweist. Ein besonderer Vorteil ist
auch darin zu sehen, daß durch die punktförmige Lagerung der einstellbaren Feder
auf dem Kolben ein Verdrillen der Feder verhindert wird.
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Anhand der Zeichnung werden drei Ausführungsbeispiele der Erfindung
nachstehend näher erläutert.
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Es zeigen: Figur 1 einen als Ausschalter ausgebildeten druckmittelbetätigbaren
elektrischen Schalter mit zwei koaxial zueinander angeordneten Druckfedern, welche
sich an den einander gegenüberliegenden Stirnseiten von zwei miteinander verschraubten
Gehäuseteilen abstützen, Figur 2 einen als Einschalter ausgebildeten druckmittelbetätigbaren
elektrischen Schalter, der im wesentlichen so aufgebaut,ist wie der in Figur 1 dargestellte
Schalter, jedoch einen mit dem Federteller verbundenen Einschaltkontakt aufweist
und Figur 3 einen druckmittelbetätigbaren elektrischen Schalter, welcher im wesentlichen
einen den in Figur 1 und Figur 2 gezeigten Schaltern gleichen Aufbau aufweist, dessen
Schaltglied jedoch einen Sprungkontakt besitzt.
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Der in Figur 1 gezeigte Schalter weist ein erstes topfförmig ausgebildetes
Gehäuseteil 9 und ein zweites ebenfalls topfförmig ausgebildetes Gehäuseteil 1 auf.
Das zweite Gehäuseteil 1 ist aus Kunststoff gefertigt und mit dem ersten Gehäuseteil
9 verschraubt, wobei das zweite Gehäuseteil 1 auf einem Teil seiner Mantelfläche
Gewinde 7 trägt und in das teilweise mit Innengewinde 8 versehene erste Gehäuseteil
9 eingeschraubt ist.
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Im ersten Gehäuseteil 9 ist eine abgestufte Ausnehmung 10 vorgesehen,
in welcher ein als Isolierkörper dienender ringförmiger Kunststoffkörper 12 gelagert
ist.
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Zwischen einem leicht konisch ausgebildeten Teil 14 der abgestuften
Ausnehmung 10, 14 und dem Isolierkörper 12 ist eine Membran 16 angeordnet, die einen
Membranteller 13 trägt. Die dem Membranteller 13 abgewandte Seite des so gebildeten
Membrankolbens 16, 13 begrenzt eine mit einem Druckmittelanschluß 15 verbundene
Druckmittelkammer 17. Der ringförmige Isolierkörper 12 weist einen sich radial nach
innen erstreckenden umlaufenden Vorsprung 19 auf, der mit seiner dem Membrankolben
16, 13 zugewandten Seite als Anschlag für den Membrankolben 16, 13 dient. In einer
zentrisch im Membranteller 13 angeordneten schalenförmigen Ausnehmung ist ein Druckstück
18 gelagert, welches einen als Schaltglied ausgebildeten Federteller 20 trägt. Das
Schaltglied 20 dient als erster Kontakt eines ersten elektrischen Leiters. Auf dem
Schaltglied 20 liegt das eine Ende einer ersten zylindrischen Druckfeder 22 auf.
Das andere Ende der Druckfeder 22 stützt sich an einer elektrisch leitenden Abstützung
3 ab, welche an der dem.
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Schaltglied 20 gegenüberliegenden Stirnseite des zweiten Gehäuseteiles
1 angeordnet ist. Über einen aus dem zweiten Gehäuseteil 1 herausgeführten ersten
Anschluß 2
ist die Abstützung 3 mit einer Spannungsquelle verbindbar.
Der Anschluß 2, die Abstützung 3, die erste Feder 22 und das als Kontakt dienende
Schaltglied 20 bilden einen ersten Leiter zur Stromführung.
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Der zweite Leiter zur Stromführung wird von einem im ersten Gehäuseteil
9 angeordneten, ringförmigen Kontakt 11, welcher auf dem Vorsprung 19 des Isolierkörpers
12 aufliegt, einer zweiten Druckfeder 21, die koaxial zur ersten Druckfeder 22 angeordnet
ist, so wie einer im zweiten Gehäuseteil 1 befestigten weiteren Abstützung 25 und
einem zweiten aus dem Gehäuseteil 1 herausgeführten Anschluß 26 gebildet. Die beiden
Abstützungen 3 und 25 sind durch einen am zweiten Gehäuseteil 1 angeformten, abgestuften
umlaufenden Vorsprung 24 gegeneinander isoliert. Eine von der Gehäuseinnenwand des
zweiten Gehäuseteiles 1 und der äußeren Fläche des umlaufenden Vorsprungs 24 begrenzte
Nut 5 dient als zusätzliche Führung für die zweite Druckfeder 21. Zwischen den beiden
Gehäuseteilen 9, 1 ist ein Dichtring 23 angeordnet, welcher das Eindringen von Feuchtigkeit
und Schmutz in das Schaltergehäuse 9, 1 verhindert.
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Der im vorstehenden beschriebene Schalter ist als Ausschalter ausgebildet.
Das heißt, im Ruhezustand sind die beiden elektrischen Kontakte 11 und 20 miteinander
verbunden, da das Schaltglied 20 unter der Einwirkung der Druckfeder 22 an dem Kontakt
11 anliegt.
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Es wird angenommen, daß in der Druckmittelkammer 17 ein Druck ansteht,
dessen Kraft kleiner ist als die Kraft der entgegengerichtet über das Schaltglied
20 und das Druckstück 18 auf den Membrankolben 16, 13 einwirkenden Kraft der Druckfeder
22. Steigt der Druck in der
Druckmittelkammer 17 soweit an, daß
er die entgegengerichtete Federkraft überwindet, so wird der Membrankolben 16, 13
nach oben, in Richtung auf das zweite Gehäuseteil 1 zu bewegt. Über das Druckstück
18 hebt der Membrankolben 16, 13 das Schaltglied 20 vom zweiten Kontakt 11 ab. Der
Stromkreis ist jetzt unterbrochen.
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Sinkt der Druck in der Druckmittelkammer 17 ab, so daß die Kraft der
ersten Druckfeder 22 wieder überwiegt, so wird das Schaltglied 20 von der ersten
Druckfeder 22 gegen den Kontakt 11 gedrückt und der Stromkreis wieder geschlossen.
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Der in Figur 2 dargestellte druckmittelbetätigbare elektrische Schalter
ist als Einschalter ausgebildet.
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Da dieser Schalter dem in Figur 1 gezeigten Schalter im wesentlichen
gleich ist, wird nur der die Schaltfunktion ausübende Teil beschrieben. Der besseren
Ubersicht halber sind die den in Figur 1 gezeigten Bauteilen gleichen Bauteile mit
gleichen Bezugszeichen versehen.
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Im ersten Gehäuseteil 9 ist auf dem ringförmigen Isolierkörper 12
der ringförmige elektrisch leitende zweite Kontakt 11 gelagert. Durch die Ausnehmung
des ringförmigen Kontaktes 11 hindurch erstreckt sich das mit dem Membrankolben
16 13 zusammenwirkende Druckstück 18. Auf der dem Membrankolben 16, 13 abgewandten
Seite des Kontaktes 11 ist am Druckstück 18 der Federteller 20 für die erste Druckfeder
22 befestigt. Auf der dem Membrankolben 16, 13 zugewandten Seite des Kontaktes 11
ist am Druckstück 18 ein als Schaltglied 27 dienender tellerförmiger weiterer Kontakt
befestigt, der mit dem Federteller 20 elektrisch leitend verbunden ist.
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Der Federteller 20 ist so zum Kontakt 11 angeordnet,
daß
er in jeder Stellung des Membrankolbens 16, 13 vom Kontakt 11 getrennt ist. Der
als Schaltglied dienende tellerförmige Kontakt 27 wird bei einer Bewegung des Membrankolbens
16, 13 in Richtung auf das zweite Gehäuseteil 1 zu am Kontakt 11 zur Anlage gebracht,
so daß der erste Leiter und der zweite Leiter miteinander verbunden sind und der
Stromkreis geschlossen ist.
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Bei Druckabfall in der Druckmittelkammer 17 überwiegt die Kraft der
ersten Druckfeder 22 und der über das Druckstück 18 mit dem Schaltglied 27 sowie
dem Federteller 20 verbundene Membrankolben 16, 13 wird nach unten in Richtung auf
die Druckmittelkammer 17 zu bewegt. Dabei löst sich das Schaltglied 27 vom Kontakt
11, so daß der Stromkreis unterbrochen wird.
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Um die Reibung der zu bewegenden Teile des Schalters weiter zu reduzieren,
ist auf der Membran eine umlaufende Wulst 28 vorgesehen, die in eine entsprechende
umlaufende Ausnehmung des Membrantellers 13 eingreift und diesen zentriert. Auf
diese Art und Weise kann auf eine Reibung verursachende Führung des Membrantellers
13 verzichtet werden. Dadurch, daß die Druckfeder 22 nicht direkt auf dem Membranteller
13 anliegt, sondern über den Federteller 20 und das Druckstück 18 nur punktförmige
Berührung mit dem Membranteller 13 hat, wird bei einem Einstellvorgang (Vorspannen
der ersten Druckfeder 22 durch Verdrehen des zweiten Gehäuseteiles 1 gegenüber dem
ersten Gehäuseteil 9) ein Verdrillen der ersten Druckfeder 22 verhindert.
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Bei diesem als Einschalter ausgebildeten druckmittelbetätigbaren elektrischen
Schalter wird die zweite
Druckfeder 21 dazu benutzt, bei einem
Überhub des Membrankolbens 16, 13 Beschädigungen an den Kontakten (Schaltglied 27,
Kontakt 11) zu verhindern. Der Kontakt 11 wird bei einem Uberhub des Membrankolbens
16, 13 gegen die Kraft der zweiten Druckfeder 21 von seinem Lager 19 abgehoben und
gelangt, bedingt durch die Kraft der zweiten Druckfeder 21, bei Absinken des Druckes
in der Druckmittelkammer 17 auf seine Lagerstelle 19 zurück.
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Der in Figur 3 dargestellte Schalter ist als Einschalter ausgebildet,
dessen Schaltglied einen Sprungkontakt aufweist.
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Da dieser Schalter im wesentlichen so aufgebaut ist wie die in Figur
1 und Figur 2 gezeigten Schalter, wird nur der die Schaltfunktion ausübende Teil
des Schalters beschrieben.
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Der besseren Übersicht halber sind die den in Figur 1 und Figur 2
gezeigten Bauteilen gleichen Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Im ersten Gehäuseteil 9 ist auf dem ringförmigen Isolierkörper 12
ein ringförmiger elektrisch leitender Kontakt32,6gelagert, welcher Bestandteil des
zweiten elektrischen Leiters 26, 25, 21, 32, 6 ist. Der Kontakt, bestehend aus einem
L-förmigen Ring 32 und einer Scheibe 6 weist U-Profil auf und ist so angeordnet,
daß seine beiden freien Schenkel sich radial nach innen in Richtung auf das Druckstück
18 zu erstrecken. Im Kontakt 32, 6 ist ein L-förmiger Isolierkörper 31 angeordnet,
derart, daß der längere Schenkel des L-Profils den auf der Seite des Federtellers
20 liegenden Schenkel 32
des U-Profil aufweisenden Kontaktes 32,
6 abdeckt. Auf der dem Membrankolben 16 13 zugewandten Seite des Federtellers 20
ist am Druckstück 18 eine S-förml' g ausgebildete Blattfeder 33 befestigt, welche
eine als Schaltglied dienende Tellerfeder 29 trägt. Der außen liegende Randbereich
der Tellerfeder 29 weist Kontaktplättchen 30 auf, die innerhalb des U-formig ausgebildeten
Kontaktes 32, 6 liegen Die Tellerfeder 29 mit den Kontaktplättchen 30 ist über die
Blattfeder 33 mit dem Federteller 20 elektrisch leitend verbunden und bildet zusammen
mit der ersten Druckfeder 22 sowie der im zweiten Gehäuseteil 1 angeordneten Abstützung
3 und dem Anschluß 2 den ersten elektrischen Leiter 2, 3, 22, 20, 33, 29, 30.
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Der zweite elektrische Leiter des Schalters wird von dem Anschluß
26, der Abstützung 25, der zweiten Druckfeder 21 und dem U-förmigen Kontakt 32,
6 gebildet.
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In der Abbildung ist die Druckrnittelkammer 17 drucklos und die Kontaktplättchen
30 der Tellerfeder 29 liegen an dem Isolierkörper 31 an. Der Stromkreis ist unterbrochen.
Wird in die Druckmittelkammer 17 ein Druck eingesteuert, dessen Kraft größer ist
als die entgegengerichtet auf dem Membrankolben 16, 13 einwirkende Kraft der ersten
Druckfeder 22 so wird der Membrankolben 16, 13 nach oben in Richtung auf das zweite
Gehäuseteil 1 zu verschoben. Vom Druckstück 18 und der mit dem Druckstück 18 verbundenen
Blattfeder 33 wird der innere Randbereich der Tellerfeder 29, 30 mit nach oben gezogen.
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Dabei springt der äußere Randbereich 30 der Tellerfeder 29, 30 nach
unten und legt sich auf den Kontakt 32, 6 auf. Der erste Leiter ist jetzt über das
Schaltglied (Tellerfeder 29, 30) mit dem zweiten Leiter verbunden
und
der Stromkreis ist geschlossen.
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Bei Druckabfall in der Druckmittelkammer 17 wird mittels der Kraft
der ersten Druckfeder 22 das Schaltglied wieder in seine Ausgangsstellung gebracht.
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Durch umgekehrte Anordnung des Kontakts 32, 6 sowie des darin befindlichen
Isolierkörpers 31 kann aus dem Einschalter leicht ein Ausschalter hergestellt werden.
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Weiterhin ist es denkbar, den als Einschalter ausgebildeten Schalter
mit einem zusätzlichen Anschluß und mit einer zusätzlichen mit einem weiteren Kontakt
in Verbindung stehenden Druckfeder zu versehen. Ein solcher Schalter hat die Funktion
eines Umschalters und kann wechselweise zwei Verbraucher mit einer Spannungsquelle
verbinden.