DE3536074A1

DE3536074A1 - Kombinierter elektronischer druckwandler und hauptschalter

Info

Publication number: DE3536074A1
Application number: DE19853536074
Authority: DE
Inventors: Lui M. Melrose Park Ill. Lee; George Niles Ill. Obermann
Original assignee: Singer Co
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1985-03-18
Filing date: 1985-10-09
Publication date: 1986-09-18
Also published as: IT8522957A0; IT1186391B; CA1238501A; FR2578976B1; US4581941A; FR2578976A1

Description

Kombinierter elektronischer Druckwandler und Hauptschalter

Beschreibung

Die Erfindung befaßt sich mit einer Druckmeßvorrichtung und insbesondere mit einer solchen Vorrichtung/ die sowohl eine Schaltfunktion bei einem vorbestimmten Druck ermöglicht als auch ein Analogsignal über einen Bereich von Drücken liefert/ von dem der vorbestimmte Druck mitumfaßt wird.

Bei einem Kraftfahrzeug ist einer der zu überwachenden Betriebsparameter der Öldruck. Bei vielen Fahrzeugen wird eine elektrische Kraftstoffpumpe über einen Schalter mit Energie versorgt, der nur geschlossen ist, wenn der Öldruck einen vorbestimmten minimalen Wert erreicht. Ein zusätzlicher Sensor gibt entsprechend dem Öldruck ein Analogsignal ab. Üblicherweise wurden diese Funktionen mit strenger elektromechanischer Technologie und mit gesonderten Anordnungen verwirklicht/ die die beiden Funktionen erfüllten. Die Erfindung zielt daher darauf ab/ eine einzige Anordnung zu schaffen, um sowohl die Hauptschalterfunktion als auch die Analogsignalfunktion in Abhängigkeit vom Öldruck aufzuführen.

Viele Steuerfunktionen in einem Kraftfahrzeug, die zuvor mit Hilfe von elektromechanischen Einrichtungen ausgeführt wurden, werden nunmehr von einem Kleinrechner bzw. Mikroprozessor übernommen. Die Erfindung bezweckt daher, einen Druckwandler anzugeben, der zur Anwendung in Verbin-

dung mit einem Mikroprozessor geeignet ist.

Erfindungsgemäß wird hierzu eine Anordnung zum überwachen des Drucks eines Fluids in einer Anlage angegeben, die sowohl eine Schaltfunktion bei einem vorbestimmten Druck ausführt, als auch ein analoges Signal in einem Bereich von Drücken liefert, von dem der vorbestimmte Druck mit umfaßt wird. Die erfindungsgemäße Auslegung weist ein Gehäuse mit einer darin befindlichen Kammer, eine Membrane, die ein Ende der Kammer dicht abschließt, und eine Einrichtung auf, die eine Fluidverbindung zwischen der Anlage und der Membrane außerhalb der Kammer herstellt. Auch ist ein Betätigungsglied in der Kammer vorgesehen, das gegenüberliegende Enden hat, wobei ein erstes Ende mit der Membrane zur Bewegung im Gleichgang mit derselben gekoppelt ist. Eine Einrichtung zum Führen des Betatigungsgliedes bei einer Axialbewegung und eine Einrichtung zum Vorbelasten des Betätigungsgliedes in Richtung auf die Membrane sind vorgesehen. Ein Paar von Schalteranschlußstiften sind am Gehäuse angebracht und erstrecken sich in die Kammer und ein Hall-Effekt-Wandler ist in der Kammer vorgesehen. Ein Magnet ist auf dem zweiten Ende des Betätigungsgliedes zur Bewegung im Gleichgang mit demselben angebracht. Der Magnet ist derart angeordnet, daß der Abstand zwischen dem Magneten und dem Hall-Effekt-Wandler sich ändert, wenn sich die Membrane bewegt. Ferner ist eine leitende Einrichtung vorgesehen, die eine Kurzschlußschaltung zwischen dem Paar von Schalteranschlußstiften herstellt und es ist eine Einrichtung vorgesehen, die die leitende Einrichtung auf dem zweiten Ende des Betätigungsgliedes hält, so daß die leitende Einrichtung sich mit dem Betätigungsglied bewegt, wenn der Fluiddruck auf den vorbestimmten Druck ansteigt. Die leitende Einrichtung berührt das Paar von Schalteranschlußstiften anschließend und das Betätigungsglied setzt seine Bewegung frei von der leitenden Einrichtung fort, wenn der Fluiddruck über den vorbestimmten Druckwert angestiegen ist.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. In den Figuren der Zeichnung sind gleiche oder ähnliche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen. In der Zeichnung zeigt:

Figur 1 eine Anordnung nach der"Erfindung, die an einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs angebracht ist,

Figur 2 eine Draufsicht auf die Anordnung nach der Erfindung,

Figur 3 eine Längsschnittansicht etwa längs der

Linie 3-3 in Figur 2,

Figur 4 eine Figur 3 ähnliche Ansicht zur Verdeutlichung des Zustands der Anordnung beim vorbestimmten Druckwert,

Figur 5 eine Figur 3 ähnliche Ansicht zur Verdeutlichung des Zustands der Anordnung bei einem Druck, der größer als der vorbestimmte Druckwert ist, und

Figur 6 einen schematischen Schaltplan einer Schaltung, die für die Anordnung nach der Erfindung bestimmt.ist.

Unter Bezugnahme auf Figur 1 ist dort eine Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs gezeigt, die insgesamt mit der Bezugsziffer 10 versehen ist. In diese ist eine Anordnung eingebaut, die nach der Erfindung beschaffen und ausgelegt ist. Die Anordnung 12 ist in den Motorblock 14 über eine Öffnung 16 in einem Anguß 18 eingeschraubt, über die sie

in Verbindung mit der ölschmieranlage der Brennkraftmaschine 10 steht.

Figur 2 ist eine Draufsicht auf die Anordnung 12, wobei der Sechskantkopf 20 zu sehen ist, der zur Montage der Anordnung 12 am Motorblock 14 dient. Ferner sind fünf Anschlüsse 22, 24, 26, 28 und 30 zu sehen, die zur Verbindung der Anordnung 12 mit der externen Schaltung verwendet werden. Insbesondere handelt es sich bei den An-Schlüssen 26 und 30 um die Hauptschalteranschlüsse und die Anschküsse 22, 24 und 28 werden verwendet, um das Analogsignal als Anzeige für den Öldruck zu liefern.

Figur 3 zeigt eine Schnittansicht der Anordnung 12, wobei die innen liegenden Bauteile sich in einer Ruhestellung bzw. Grundstellung befinden. Die Anordnung 12 weist ein aufnehmendes Gehäuse 32, ein einsetzbares Gehäuse 34 und ein Befestigungspaßstück 36 auf. Das Befestigungspaßstück 36 ist fest mit dem einsetzbaren Gehäuse 34 dadurch verbunden, daß die zylindrische Wand 38 des Befestigungspaßstücks 36 über die Schulter 40 des einsetzbaren Gehäuses 3 4 gepreßt ist. Hierbei wird der kreisförmige Wulstabschnitt der Rollmembrane 42 zusammengedrückt und man erhält eine Dichtung, die jegliches unter Druck stehende Medium, Flüssigkeit oder Luft, am Austreten hindert. Der andere Bereich, an dem eine Dichtung erforderlich ist, ist die Stelle, an der die Membrane 42 auf dem Betätigungsglied 44 angebracht ist. Hierzu ist eine Membranunterlagsscheibe 46 über der Membrane 42 vorgesehen und die mittlere Verlängerung des Betätigungsgliedes 44 ist über die Unterlagsscheibe 46 festgelegt. Diese Auslegungsform ermöglicht eine ausreichende Kompression des Materials der Membrane 42, so daß man eine zuverlässige Dichtung zwischen den beiden Seiten der Membrane 42 hat.

Vorzugsweise wird eine Rollmembran verwendet, da ein solches Element eine zähe und flexible Dichtung mit einer einheitlichen Form ermöglicht, die relativ lange Hübe für

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das Betätigungsglied zuläßt, während eine Gleitreibung vollständig eliminiert ist.

Das einsetzbare Gehäuse 34 enthält die Membran-Betätigungsglied-Unterbaugruppe. Diese Unterbaugruppe ist in einer Kammer 50, die im einsetzbaren Gehäuse 34 ausgebildet ist und die sich in eine Kammer 52 erstreckt, die in dem aufnehmenden Gehäuse 32 ausgebildet ist. Die Kammern 50, 52 sind durch die Membrane 42 dicht abgeschlossen und das Befestigungsanpaßstück 36 ist mit einer Bohrung 54 versehen, die eine Fluidverbindung zwischen der Schmierölanlage der Brennkraftmaschine 10 und der Membrane 42 außerhalb der Kammer 50 herstellt.

Die Membran-Betätigungsglied-Unterbaugruppe enthält ein Paar von Federn 56 und 58, einen Federsitz 60 und eine Unterlagsscheibe 62, die alle das Betätigungsglied 44 in der Kammer 50 umgeben. Die Unterbaugruppe enthält ferner in der Kammer 52 einen Magnethalter 64, der mittels Preßsitz auf dem geriffelten Ende 66 des Betätigungsgliedes 44 angebracht ist. Ferner sind ein Magnet 68, eine Kontaktunter lagsscheibe 70 und eine Feder 72 vorgesehen. Der Magnet 68 wird seitlich in den Magnethalter 64 eingeführt und wird durch die umgekehrte Lippe 74 aufgenommen.

Die Kontaktunterlagsscheibe 70 wird durch die Feder 72 gegen die äußere Lippe 76 des Magnethalters 64 vorbelastet. Das einsetzbare Gehäuse 34 ist mit einer Führung versehen, die das Betätigungsglied 44 bei der Axialbewegung führt.

Das aufnehmende Gehäuse 32 hält die Schaltelemente und die Analog-Signalschaltung. Die Analog-Signalschaltung ist auf einer gedruckten Schaltungsplatte 80 vorgesehen und enthält einen Hall-Effekt-Wandler 82, der auf der gedruckten Schaltungsplatte 80 vorzugsweise längs der Bewegungslinie des Magneten 68 angebracht ist. Externe Verbindungen zu der Schaltung auf der Schaltungsplatte sind

über die Anschlüsse 22, 24 und 28 vorgesehen, die auch dazu dienen, die Schaltungsplatte 80 in der Kammer 52 festzulegen. Wie in Figur 3 gezeigt ist/ werden daher die Anschlüsse 22, 24 und 28 in entsprechende öffnungen in dem aufnehmenden Gehäuse 32 gedrückt, dann wird die Schaltungsplatte 80 auf den drei Anschlüssen 22, 24 und 28 angebracht und die Anschlußteile, die sich über die Fläche der Schaltungsplatte 80 hinaus erstrecken, werden an den entsprechenden Kupferleiterbahnen auf der Schaltungsplatte 80 angelötet. Die Anschlußstifte 26 und 30 sind mit einem Außengewinde versehen und werden mittels der Gewindeverbindung in entsprechenden öffnungen im aufnehmenden Gehäuse 32 festgelegt. Ihre Enden, die sich in die Kammer 52 erstrecken, verlaufen durch entsprechende öffnungen in der Schaltungsplatte 80.

Figur 4 zeigt die Anordnung, wenn der Öldruck derart angestiegen ist, daß die Membrane-Betätigungsglied-Unterbaugruppe die Feder 58 zusammendrückt und sich so ausreichend bewegt hat, daß die Kontaktunterlagsscheäbe in Eingriff mit den Stiften 26 und 30 ist/ um dazwischen einen leitenden Weg herzustellen. Die Kontaktkraft wird von der Feder 72 aufgebracht. Wenn nach Figur 5 der Öldruck weiter ansteigt, wird die Feder 58 zusammengedrückt, solange dies durch die Auslegung des Federsitzes 60 möglich ist und dann wird die Feder 56 zusammengedrückt. Der Magnet 68 bewegt sich näher zu dem Hall-Effekt-Wandler Die Kontaktunterlagsscheibe 70 wird an einer weiteren Bewegung durch die Anschlußstifte 26 und 30 und infolge der konischen Ausbildung des Magnethalters 64 gehindert.

Der Magnethalter 63 kann sich über die Unterlagsscheibe hinaus bewegen.

Zur Einstellung der Anordnung 12 ist die Hauptschalterfunktion dadurch einstellbar, daß die Erstreckung der Anschlußstifte 26 und 30 in die Kammer 52 variiert wird. Dies wird dadurch erreicht, daß die Anschlußstifte 26 und

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- χ - 3 5 J j / 4

30 hinein- oder herausgeschraubt werden. Der Luftspalt zwischen dem Magneten 80 und dem Hall-Effekt-Wandler 82 kann dadurch eingestellt werden, daß die Gewindeverbindung zwischen dem einsetzbaren Gehäuse 34 und dem aufnehmenden Gehäuse 32 verändert wird. Nach dieser Einstellung werden die relativen Positionen zwischen den Gehäuseteilen 32 und 34 mit Hilfe eines SchrumpfSchlauches 84 aufrechterhalten.

Figur 6 zeigt eine schematische Schaltung einer elektronischen Schaltungsanordnung, die auf der gedruckten Schaltungsplatte 80 vorgesehen ist und die mit den Anschlüssen 22, 24 und 28 verbunden ist. Die Schaltung verstärkt den Ausgang des Wandlers (oder Sensors) 82.

Vorzugsweise wird der Magnet 68 in Richtung seines Bewegungsweges auf den Sensor 82 zu und von diesem weg magnetisiert, so daß der Sensor 82 auf eine solche Weise arbeitet, die als unipolare, gegeneinander gerichtete Betriebsart bezeichnet werden kann. Die Grundgleichung, die die Wechselwirkung des Magnetfeldes und des Stromes beschreibt, die man als eine Hall-Spannung (V ) bei einem tatsächlich verwirklichten Hall-Element erhält, lautet wie folgt:

V=KxIxB SIN θ

wobei:

die Konstante K eine Funktion der Geometrie des HaIl-Elements ist,

I der anliegende Strom, und

B SIN θ die magnetische Flußdi t3 ist.

Wenn der anliegende Strom kons^ian; gehalten wird, dann ist die Hall-Spannung direkt proportional zur senkrech-

ORIGINAL INSPECTED

ten Komponente des Magnetfeldes. Diese Ausgangs-Hall-Spannung ist im allgemeinen niedrig und es werden zusätzliche elektronische Einrichtungen benötigt, um einen verwertbaren Spannungspegel zu erreichen. Ein Beispiel einer solchen elektronischen Schaltung ist in Figur 6 gezeigt.

Wie in Figur 6 gezeigt ist, wird die"Änderung der Spannung des Wandlers 82 einem Eingang des Operationsverstärkers 86 zugeführt. An den anderen Eingang desselben wird eine Bezugsspannung angelegt, die durch die Widerstände 88 und 90 vorgegeben ist. Der Operationsverstärker 86 arbeitet ähnlich eines Differentialverstärkers, der die Differenz der beiden Eingangssignale mittels eines Verstärkungsfaktors verstärkt, der durch die Widerstände 92, 94 und das Regelpotentiometer 96 vorgegeben ist. Die Widerstände 98 und 100 werden verwendet, um den Operationsverstärker 86 so zu schalten, daß er als Differentialverstärker wirkt und um zugleich zu erreichen, daß der Ausgangsversetzungspegel minimal ist. Daher ist durch entsprechende Wahl der Widerstände 88, 90, 92, 94, 98, 100 und des Regelpotentiometers 96 ein gewünschter Operationsverstärkerausgang bei einem gegebenen Druck erreichbar. Hierbei läßt sich ein Bereich von Ausgängen für einen gegebenen Bereich von anliegenden Drücken erhalten. Basierend auf diesen Daten kann man ein Diagramm aufzeichnen, bei dem die Ausgangsspannung über dem anliegenden Druck aufgetragen ist. Da der Hall-Sensor-Ausgang bei unterschiedlichen Magnetflußdichten wiederholbar ist, können die graphisch gewonnenen Daten in einen Rechner zur weiteren Verarbeitung eingegeben werden. Bei der Erfassung des Spannungsausgangs des Verstärkers 86 kann daher der Rechner den anliegenden Fluß ermitteln und angeben.

Bei der Schaltung in Figur 6 wird die Diode 102 zur

Temperaturkompensation des Ausgangsdriftens des Sensors 82 verwendet, der einen negativen Temperaturkoeffizienten hat, der dem Südpol des Magneten 68 ausgesetzt ist. Die Zener-Diode 104 wird verwendet, um die Versorgung

des Sensors 82 sowie die Bezugsspannungsquelle zu regeln, Der Zener-Strom wird durch den Widerstand 106 limitiert und die Diode 108 wird zur Kompensation der Temperaturdrift der Zener-Spannung verwendet. Die Bypaß-Kompensatoren 110 und 112 werden zum Filtern und Verhindern von Oszillationen in elektrisch verrauschten Umgebungen verwendet .

Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt/ wird eine Druckmeßanordnung angegeben, die sowohl eine Schaltfunktion bei einem vorbestimmten Druck verwirklicht als auch ein analoges Signal über einen Bereich von Drücken liefert, von dem der vorbestimmte Druck mit umfaßt wird.

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Claims

Patentansprüche

25 1. Anordnung zum Überwachen des Druckes eines Fluids in einer Anlage, die sowohl eine Schaltfunktion bei einem vorbestimmten Druck auslöst, als auch eine analoge Signalfunktion über einen Bereich von Drücken erfüllt, von dem der vorbestimmte Druck mit

30 erfaßt wird, gekennzeichnet durch:

ein Gehäuse (32, 34), das eine Kammer (50, 52) darin hat.

eine Membrane (42), die ein Ende der Kammer (50, 52) dicht verschließt,

eine Einrichtung (54) , die eine Fluidverbindung zwischen der Anlage und der Membrane (42) außerhalb der Kammer (50, 52) herstellt,

ein Betätigungsglied (44) in der Kammer (50), wobei das Betätigungsglied (44) gegenüberliegende Enden hat und wobei ein erstes Ende mit der Membrane (42) zur Bewegung im Gleichgang mit derselben gekoppelt ist,
10

eine Einrichtung (78), die das Betätigungsglied (44) bei der Axialbewegung führt,

eine Einrichtung (56, 58), die das Betätigungsglied (44) in Richtung auf die Membrane (42) vorbelastet,

ein Paar von Schalteranschlußstiften (26, 30), die auf dem Gehäuse (32, 34) angebracht sind und sich in die Kammer (50) erstrecken,

einen Hall-Effekt-Wandler (82), der in der Kammer (50) angebracht ist,

einen Magneten (68), der auf dem zweiten Ende des Betätigungsgliedes (44) zur Bewegung im Gleichgang mit demselben angebracht ist, wobei der Magnet (68) derart angeordnet ist, daß der Abstand zwischen dem Magneten (68) und dem Hall-Effekt-Wandler (82) sich ändert, wenn sich die Membrane (42) bewegt,

eine leitende Einrichtung (70), die eine Kurzschlußschaltung zwischen den beiden Schalteranschlußstiften (26, 30) herstellt, und

eine Einrichtung (74), die die leitende Einrichtung (70) auf dem zweiten Ende des Betätigungsgliedes (44) derart anbringt, daß die leitende Einrichtung (70)

sich mit dem Betätigungsglied (44) bewegt/ wenn der Fluiddruck auf den vorbestimmten Druck ansteigt, daß dann die leitende Einrichtung (70) in Kontakt mit den beiden Schalteranschlußstiften (26, 30) kommt, und daß sich das Betätigungsglied (44) weiter frei von der leitenden Einrichtung (70) bewegen kann, wenn der Fluiddruck über den vorbestimmten Druck ansteigt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß eine Einrichtung (32, 34) zum Einstellen des vorbestimmten Druckes vorgesehen ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtung eine Einrichtung (32, 34) zum Ändern der Länge enthält, mit der sich die Anschlußstifte (26, 30) in die Kammer (50) hinein erstrecken.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Einstelleinrichtung eine Kombination eines Außengewindes auf den Anschlußstiften (26, 30) und von mit Innengewinde versehenen Bohrungen in dem Gehäuse (32) umfaßt.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Einrichtung eine Scheibe (70) aufweist und daß die Befestigungseinrichtung enthält:

einen Bund (74), der fest auf dem zweiten Ende des Betätigungsgliedes (44) vorgesehen ist, wobei der Bund (74) eine nach außen verlaufende Lippe an einem von der Membrane (42) entfernt liegenden Ende hat, und wobei die Scheibe (70) den Bund (74) zwischen der Lippe und der Membrane (42) umgibt, und

1 eine Einrichtung (72), die die Scheibe (70) in Richtung von der Membrane (42) weg und in Richtung auf die Lippe (74) vorbelastet.

5 6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsbahn des Magneten (68) durch den Hall-Effekt-Wandler (82) geht.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch g e k e η η 10 zeichnet, daß der Magnet (68) längs seiner Bewegungsbahn magnetisiert ist.