DE3417142A1

DE3417142A1 - Druckempfindliche vorrichtung mit hysterese zur vermeidung von pendelbewegungen

Info

Publication number: DE3417142A1
Application number: DE19843417142
Authority: DE
Inventors: Akio Himeji Hyogo Matsumoto; Mitsuyoshi Yokota
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1983-06-18
Filing date: 1984-05-09
Publication date: 1984-12-20
Also published as: US4620073A; DE3417142C2; JPS603533U

Description

Druckempfindliche Vorrichtung mit Hysterese, zur Vermeidung von Pendelbewegungen

Die vorliegende Erfindung betrifft eine druckempfindliche Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und insbesondere einen druckempfindlichen Membranschalter oder -ventil mit einer Hysterese zur Vermeidung von Pendelvorgangen.

Eine bekannte druckempfindliche Vorrichtung für die Verwendung als Schalter, Ventil oder dgl. weist eine Membran auf, welche in einem Metallgehäuse angeordnet ist. Wenn der Druck in einem Vakuumbehälter über einen vorbestimmten Wert steigt, d.h. wenn die Druckdifferenz zwischen einer ersten Kammer, welche mit dem Vakuumbehälter verbunden ist und einer zweiten Kammer, welche mit der Umgebung in Verbindung steht, kleiner als ein festgelegter Wert ist, wird die Membran durch eine zusammengedrückte Feder in Richtung der zweiten Kammer gelenkt. Ein an der Membran angeordneter und somit beweglicher Kontakt wird dabei gegen einen Anschluß gedrückt. Dies hat zur Folge, daß die Stromversorgung für einen Motor einer Vakuumpumpe

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eingeschaltet wird und die Vakuumpumpe zu arbeiten beginnt.

Erreicht danach der Innendruck im Vakuumbehälter den voreingestellten niedrigen Wert, wird die Druckdifferenz zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer größer als der festgelegte Wert. Die Membran wird nun axial in die entgegengesetzte Richtung gelenkt, da die Druckdifferenz die Federkraft der Druckfeder überwindet. Der bewegliche Kontakt löst sich vom Anschluß und der Motor der Vakuumpumpe wird abgeschaltet.

In einer derartigen herkömmlichen druckempfindlichen Vorrichtung sind ein erster Druckunterschied, welcher den beweglichen Kontakt an den Anschluß anlegt und ein zweiter Druckunterschied, welcher den beweglichen Kontakt von dem Anschluß wieder abhebt, im wesentlichen gleich. Dies hat zur Folge, daß das Schließen und Öffnen der Stromversorgung für den Motor zu oft vorgenommen wird, da im praktischen Betrieb diese Vorrichtung auf jede noch so geringe Änderung des Druckes in dem Vakuumbehälter reagiert. Dies bewirkt eine Pendelbewegung in der Membran und des beweglichen Kontaktes, des Anschlußes und des Motors, was zu einer Verkürzung der Lebensdauer des beweglichen Kontaktes des Anschlußes und des Motors führt.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine druckempfindliche Vorrichtung zu schaffen, bei der die OQ ungewünschten Pendelbewegungen nicht auftreten.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.

O₅ Dadurch, daß die Membran eine Umschnapp-Charakteristik aufweist, welche der Membran zusammen mit einem Schalter

oder Ventil, das sie trägt, eine Hysterese verleiht, werden Pendelvorgänge vermieden.

Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen anhand der Zeichnung. 10

Es zeigt:

Fig. 1 in Schnittdarstellung eine Seitenansicht einer herkömmlichen druckempfindlichen Vorrichtung mit dem dazugehörigen Schaltkreis in der Ver

wendung als druckabhängiger Schalter in einem Vakuumsystem;

Fig. 2 in Schnittdarstellung eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausführung einer erfindungsgemäßen

druckempfindlichen Vorrichtung in einer geschlossenen Arbeitsstellung;

Fig. 3 in Schnittdarstellung eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Ausführungsform gemäß Fig. 2 in einer offenen Arbeitsstellung;

Fig. 4 in Schnittdarstellung eine Seitenansicht einer

bevorzugten Ausführungsform der druckempfindli-3Q chen Vorrichtung in der Verwendung als Flüssigkeitsventil, in einer Arbeitsstellung; und

Fig. 5 in Schnittdarstellung eine Seitenansicht einer

weiteren Ausführung der druckempfindlichen Vorg₅ richtung in Verwendung als Flüssigkeitsventil

in einer Arbeitsstellung.

Eine bekannte druckempfindliche Vorrichtung gemäß Fig. 1 in der Verwendung als Schalter, Ventil oder dgl. weist eine Membran 4 in einem Metallgehäuse 1 auf. Wenn der Innendruck in einem Vakuumbehälter bzw. Vakuumtank T einen eingestellten Wert übersteigt, d.h., wenn die Druckdifferenz zwischen einer ersten Kammer Ib, welche mit dem Vakuumtank in Verbindung steht und einer zweiten Kammer 3b, die normalem Luftdruck ausgesetzt ist, geringer ist, als ein festgelegter Wert, wird die Membran 4 durch eine zusammengedrückte Feder 6 nach rechts in Fig. 1 gelenkt. Dadurch wird ein Schalter der zwischen dem Gehäuse 1 und einem Endstück bzw. Anschluß 3 auf EIN gestellt. Die Feder 6 ist zwischen einer Anlagscheibe 7, welche an einer radialen Innenwand des Gehäuses 1 angeordnet ist und einer Federhalterung 51, die im Mittelpunkt der Membran 4 angeordnet ist, gehalten. Ein beweglicher Kontakt 5 wird dabei gegen den Anschluß 3, welcher mit dem radialen Mittelpunkt eines Kunststoffdeckeis 2 verbunden ist, gedrückt. Dies hat ^zur Folge, daß ein elektrischer Stromkreis, welcher aus einem Motor M einer Vakuumpumpe P und einer Stromquelle 20 gebildet ist, geschlossen wird und dabei die Vakuumpumpe P zu arbeiten beginnt. Danach erreicht der Innendruck im Vakuumtank einen voreingestellten niedrigen Wert und die Druckdifferenz zwischen der ersten Kammer Ib und der zweiten Kammer 3b wird größer als ein voreingestellter Wert. Die Membran 4 wird nun axial nach links gelenkt, da die Druckdifferenz die Federkraft der Feder 6 überwindet. Der bewegliche Kontakt 5 löst sich von

QQ dem Anschluß 3, d.h. der Schalter öffnet sich und der Motor M der Vakuumpumpe P wird abgeschaltet.

Aus dieser bekannten Anordnung ergeben sich die bereits eingangs geschilderten Nachteile.

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Anhand der Fig. 2 bis 5 soll nun der Aufbau von bevorzugten Ausführungsformen einer druckempfindlichen Vorrichtung, welche die vorliegende Erfindung enthält, näher erläutert werden. Wie in Fig. 2 gezeigt, ist ein Gehäuse l aus Metall oder einem anderen elektrisch leitenden Werkstoff im wesentlichen zylinderförmig aufgebaut, wobei es ein Hauptteil 11 aufweist, welches einen inneren Raum 12 und ein offenes Ende 13 bildet, welches um eine Kappe 2 aus Kunststoff- oder anderem dielektrischen Material geformt ist.

Eine erste Durchlaßöffnung la ist an einem offenen Ende des Gehäuses 1 angeordnet. Ein Anschluß 3, welcher aus einem elektrisch leitenden Material wie z.B. Messing oder einer Kontaktlegierung gebildet ist, ist mit der Kunststoffkappe 2 verbunden und weist eine zweite Durchlaßöffnung 3a auf. Eine durch das Gehäuse 1 gebildete Kammer ist mittels einer Umschnapp-Membran 8 in eine erste Kammer Ib, welche mit einem Vakuumtank T ^un<ä einer Vakuumpumpe P verbunden ist und in eine zweite Kammer 3b unterteilt, welche mit der Umgebung bzw. dem Luftdruck in Verbindung steht. Die Membran 8, welche aus elektrisch leitendem Material gebildet ist, wie z.B. einem federnden Metallblatt aus Phosphorbronze, wird mittels einer Spann- bzw. Lenkeinrichtung z.B. einer Druckfeder 6, welche mit einer Anlagscheibe 7 gehalten ist, gelenkt. Die Membran 8 weist eine erste stabile Lage, in welche sie zur ersten Kammer Ib gelenkt wird und eine zweite stabile Lage auf, in welcher sie zur zweiten Kammer 3b gelenkt wird. Zwischen der ersten stabilen Lage und der zweiten stabilen Lage ist die Membran instabil. Die Membran 8 weist einen beweglichen Mittelbereich auf, der eine konvexe Oberfläche in den beiden stabilen Lagen einnimmt. Die Feder 6, welche aus einem elektrisch leitenden und.federnden Material, wie beispielsweise Phosphorbronze gebildet

ist, dient als Bewegungseinrichtung und ist zwischen der Membran 8 und der Anlagscheibe 7, welche an einer Wand der ersten Kammer angeordnet ist, eingespannt. Ein O-Ring 9 befindet sich am Rande der Membran 8 zur Bildung einer Luftdichtung zwischen der ersten Kammer Ib und der zweiten Kammer 3b.

In Fig. 2, welche die EIN-Stellung eines Schalters zeigt, wird die Membran 8 mittels einer Kraft F₂ der Feder 6 in Kontakt mit dem Anschluß 3 gedrückt. Um die Membran 8 aus ihrer konvexen Lage in eine konkave Lage (aus der ersten stabilen Lage in die zweite stabile Lage), oder aus einer konkaven in eine konvexe Lage (aus der zweiten stabilen Lage in eine erste stabile Lage) zu bringen, ist eine Kraft F, notwendig. Da die Membran eine Ümschnapp-Charakteristik aufweist, durchläuft sie eine unstabile Lage zwischen der ersten und der zweiten stabilen Lage.

Iⁿ Fig. 3, welche die AUS-Stellung eines Schalters zeigt, befindet sich die Membran 8 außer Anlage mit dem Anschluß 3, was durch Druck einer Kraft (F₂+R«&X) der Feder 6 erfolgt, wobei R die Federkonstante der Feder 6 und ΔΧ der Federweg der Feder 6 ist. Eine Antriebskraft F im Mittelbereich der Membran 8 wird durch die Differenz der Drücke in der ersten Kammer Ib und der zweiten Kammer 3b verursacht.

Wenn die Antriebskraft F steigt (F ist anfangs kleiner OQ als F, + F_), befindet sich die Membran 8 zunächst in der Lage gemäß Fig. 2. Wenn F auf einen Wert erhöht wird, der gleich oder größer als F, + F_ ist, ändert sich die Lage der Membran 8 in die zweite stabile Lage gemäß Fig. 3, d.h. die Stellung des Schalters ändert

_QC sich von EIN zu AUS.
ob

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Wenn die Antriebskraft F schwächer wird (F ist anfangs größer als F„ + R-ΔΧ - F,), befindet sich die Membran in der Lage gemäß Fig. 3. Nimmt F auf einen Wert ab, der gleich oder kleiner ist als F„ + R^-A^x ~ F, so ändert sich die Lage der Membran 8 in die erste stabile Lage gemäß Fig. 2, d.h., die Stellung des Schalters ändert sich von AUS nach EIN. Die Stellung des Schalters ändert sich jedoch nicht wenn F sich in den Bereichen F, + F_ und F₂ + R«£X - F, ändert; die Hysterese der Membran 8 ergibt sich demzufolge aus der Differenz oder 12F-. - R"ÄX|, wobei dieser Wert willkürlich gewählt werden kann.

Obwohl bei dieser erfindungsgemäßen Ausführung die Membran 8 die Funktion eines sich bewegenden Kontaktes zusätzlich zur Funktion einer Membran 8 hat, kann bei anderen alternativen Ausführungen der vorliegenden Erfindung ein passender sich bewegender Kontakt vorgesehen und an der Membran 8 angebracht werden.

In weiteren alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Bewegungseinrichtung 6 eine Spannungsfeder zum Ziehen der Membran 8 sein.

In noch weiteren alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die druckempfindliche Vorrichtung als ein druckempfindliches Ventil ausgebildet sein zur Regelung von Flüssigkeitsströmen unter Verwendung der Bewegung der Membran 8 wie in den Figuren 4

OQ und 5 gezeigt. In den Figuren 4 und 5 bezeichnet 31 einen ersten Flüssigkeitsanschluß, 32 einen zweiten Flüssigkeitsanschluß und 59 einen Ventilsitz zur Schließung des ersten Flussigkeitsanschlußes 31.

__ In anderen Ausführungsformen der vorliegenden Er-

findung kann die druckempfindliche Vorrichtung als eine

Vorrichtung ausgebildet sein, welche sowohl die Funktion des druckempfindlichen Ventils als auch des Schalters aufweist.

Wie anhand der vorliegenden Ausführungsformen erläutert, führt die erfindungsgemäße druckempfindliche Vorrichtung Schaltbewegungen in einem elektrischen Schaltkreis oder in einem Flüssigkeitskreis aus, ohne daß 'dabei unerwünschte Pendelbewegungen auftreten, und zwar aufgrund der Einführung von Druckunterschieden zwischen der ersten stabilen Lage und der zweiten stabilen Lage, d.h. eine Hysterese, die in der Praxis willkürlich gewählt werden kann. Eine solche Auswahl wird durch die Umschnapp-Charakteristik, die der Membran gegeben wird, vorgenommen. Aufgrund des Vermeidens von unerwünschten Pendelbewegungen kann die Lebensdauer sowohl der druckempfindlichen Vorrichtung als auch der damit verbundenen Systeme oder Komponenten verlängert werden, wobei noch der Vorteil gegeben ist, daß die Vorrichtung für verbesserte automatische Steuerung/Regelung geeignet ist.

- Leerseite -

Claims

Patentansprüche

1. Druckempfindliche Vorrichtung gekennzeichnet durch:

ein Gehäuse (1), welches einen Raum umgibt und einen ersten Fluideinlaß (la) und einen zweiten Fluideinlaß (3a) aufweist;

eine in dem Gehäuse (1) angeordnete Umschnapp-Membran (8), die den Innenraum in eine erste Kammer (Ib), welche mit dem ersten Fluideinlaß (la) verbunden ist und eine zweite Kammer (3b), welche mit dem zweiten Fluideinlaß (3a) verbunden ist aufteilt; und

eine Bewegungseinrichtung zum Bewegen der Membran in Richtung auf einen der Fluideinlässe.

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungseinrichtung eine Spiralfeder (6) aus einem federnden und elektrisch leitenden Material aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich-2,0 net, daß ein beweglicher Kontakt auf der Membran (8) an-

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geordnet ist, daß ein fester Kontakt an einem festen Teilbereich des Gehäuses (1) vorgesehen ist, wobei der bewegliche und der feste Kontakt einen Schalter bilden.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine feste Ventilöffnung an dem Gehäuse (1) angeordnet ist, und daß ein beweglicher Ventilsitz mittels der Bewegung der Membran (8) bewegt wird, um einen Ventilregelungsvorgang bezüglich der festen Ventilöffnung zu erzeugen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (8) aus einem elektrisch

leitenden Material gebildet ist, daß ein fester Kontakt

an einem festen Bauteil des Gehäuses (1) vorgesehen

ist, und daß die Membran (8) und der feste Kontakt einen Schalter bilden.

6· Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das leitende Material Metall ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (8) eine erste stabile Lage, die auf eine Seite der ersten Kammer (Ib) gelenkt ist, eine zweite stabile Lage, die auf eine Seite der zweiten Kammer (3b) gelenkt ist und eine unstabile Lage aufweist, welche sich zwischen der ersten und der zweiten stabilen Lage befindet.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch

gekennzeichnet, daß die Membran (8) aus einem federnden Metallblatt gebildet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (8) einen bewegbaren

Mittelbereich aufweist, der eine konvexe Oberfläche sowohl in der ersten stabilen Lage als auch in der zweiten stabilen Lage bildet.