DE3615778C1 - Differential-pressure changeover switch - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wechsel-Differenzdruckschalter nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Solche Wechsel-Differenzdruckschalter mit festem Druckverhält­ nis sind bekannt (Differenzdruckschalter DDSF der Anmelderin). Sie werden zum Beispiel zum Anschluß an der Grundplatte eines 5/2- oder 5/3-Wegeventils eingesetzt, das zum Beispiel einen doppelseitig wirkenden Arbeitszylinder steuert. Der Anschluß des Druckschalters an das zu den Arbeitszylinderanschlüssen führende Druckmittel erfolgt über zwei in die Grundplatte des Ventiles eingeschraubte Steckkupplungen. Der Druckschalter hat in der Regel die Aufgabe, den Druckauf- bzw. -abbau in den zum Arbeitszylinder führenden Steuerleitungen zu überwachen.

Bei der bekannten Bauart ist zu diesem Zweck ein Steuerglied in der Form eines zylindrischen Schiebers vorgesehen, der an sei­ nen beiden Enden an Membranen anliegt, welche die auf der Längsachse des Schiebers angeordneten Druckkammern abschließen, die im übrigen durch von außen eingesetzte Einsätze gebildet sind. Fest mit der Mitte des Schiebers ist ein Schaltstift ver­ bunden, der radial abragt und zwischen die Schaltstifte von zwei spiegelsymmetrisch zu einer Mittelebene angeordneten elek­ trischen Schaltern hereingreift. Nachteilig ist bei solchen Bauarten, daß sie verhältnismäßig groß und aufwendig bauen. Nachteilig ist vor allem auch, daß der Schieber in seiner zy­ lindrischen Führung einer verhältnismäßig großen Reibung ausge­ setzt ist, welche die Reproduzierbarkeit der Schaltpunkte nach­ teilig beeinflußt. Nachteilig ist ferner, daß der radial abra­ gende Stift bei seiner Anlage an den Schaltstiften ein gewisses wenn auch kleines Drehmoment auf den Schieber ausübt, der da­ durch zum Verkanten in seiner Führungsbohrung neigt und dadurch noch schwieriger axial bewegbar ist. Nachteilig ist bei den be­ kannten Bauarten schließlich aber auch noch, daß die von den Druckanschlüssen kommenden Zuführleitungen wegen der notwendi­ gen Umlenkung verhältnismäßig lang sein müssen. Dadurch wird das Steuervolumen und damit auch die Ansprechzeit solcher Schalter verhältnismäßig groß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen leicht gängigen Differenzdruckschalter mit festem Druckverhältnis zu schaffen, der geringen Raumbedarf hat und schnell anspricht.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden bei einem Wechsel-Differenz­ druckschalter der eingangs genannten Art die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 vorgesehen. Durch die Anordnung einer Wippe wird anstelle der Gleitlagerung für einen Schieber eine mit wesentlich weniger Reibungsnachteilen behaftete Schwenklagerung gesetzt. Der erfindungsgemäße Differenzdruck­ schalter weist daher eine kleinere Schalthysterese und eine größere Schaltgenauigkeit auf. Durch den Einsatz einer Roll­ reibung anstelle der Gleitreibung tritt auch weniger Verschleiß auf. Die neue Einrichtung hat daher eine größere Lebensdauer.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprü­ chen. Die Merkmale der Ansprüche 2 bis 5 bringen dabei den Vor­ teil mit sich, daß die Membranen parallel zur Unterkante des Gehäuses liegen und daß daher eine sehr einfache Bearbeitung von einer Seite her möglich wird. Die Merkmale des Anspruches 6 bringen den Vorteil mit sich, daß auf sehr einfache Weise eine Überdrucksicherung erreicht wird. Die Merkmale des Anspruches 7 sichern einen Abrollvorgang an den sich berührenden Flächen zu.

Die Merkmale der Ansprüche 8 und 9 haben den Vorteil, daß die Druckkammern unmittelbar an das Anschlußstück angrenzen und daß daher die Steuerräume sehr klein werden. Die Schaltgeschwindig­ keit des neuen Differenzdruckschalters ist daher sehr hoch.

Die Merkmale der Ansprüche 10 und 11 sowie 18 bringen den Vor­ teil mit sich, daß in sehr einfacher Weise ein Toleranzaus­ gleich für den Abstand von den in die Grundplatte eines Venti­ les eingeschraubten Steckkupplungen möglich wird. Daraus ergibt sich wiederum der Vorteil, daß die Steckkupplungen selbst ge­ genüber bekannten Ausführungsformen ohne eine vorgesehene Ex­ zentrizität ausgeführt werden können.

Die Merkmale des Anspruches 14 sind deswegen vorteilhaft, weil dadurch sichergestellt ist, daß die Druckzufuhr vom Steckan­ schluß her erst freigegeben wird, wenn der Steckanschluß schon zumindestens so weit in seine Anschlußbohrung eingeschoben ist, daß eine dichte Verbindung zwischen der Zuführbohrung im Steck­ anschluß und den Anschlußstücken gewährleistet ist.

In der nachfolgenden Beschreibung wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles, das in der Zeichnung dargestellt ist näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch einen erfindungs­ gemäßen Wechsel-Differenzdruckschalter mit festem Druckverhältnis in der Stellung bei gleichem Druck in den Druckkammern,

Fig. 1a die schematische Detaildarstellung einer Einzelheit des Differenzdruckschalters der Fig. 1,

Fig. 2 einen schematischen Anschlußplan für die gesteuerten elektrischen Schalter und

Fig. 3 einen Schnitt durch den Differenzdruckschalter der Fig. 1 längs der Schnittlinie III-III.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Wechsel-Differenzdruckschalter mit festem Druckverhältnis gezeigt, der aus einem Gehäuse (1) mit zwei Druckkammern (6 und 7), mit am Gehäuse angebrachten elek­ trischen Schaltern (11, 12), aus einer Abdeckhaube (35) für das Gehäuse (1) und aus einem unten an das Gehäuse angesetzte An­ schlußstück (17) für Druckanschlüsse besteht. Die beiden Druck­ kammern (6 und 7) innerhalb des Gehäuses (1) sind gleich ausge­ bildet und sind durch von einer Seite her erfolgenden Bearbei­ tung hergestellt. Die Druckkammern (6, 7) werden nach oben je­ weils von einer elastischen Membran (4, 5) abgeschlossen, die jeweils durch einen eingesetzten Ring (37) mit Dichtungsringen (18) in ihrer Lage gehalten wird. Die Membranen (4, 5) liegen dabei jeweils an Membrantellern (38) an, die von dem unteren Ende von Druckstößeln (13) bzw. (14) durchsetzt werden. Das un­ tere Ende der Druckstößel (13, 14) liegt daher jeweils an der zugeordneten Membran (4) bzw. (5) an. Dieses untere Ende geht jeweils in einen Anschlagkragen (13 a) bzw. (14 a) über, von wo aus sich die Druckstößel (13 und 14) mit geringerem Durchmesser nach oben erstrecken. Die Anschlagkrägen (13 a, 14 a) sind inner­ halb eines zylindrischen Raumes (16) angeordnet und sie können sich innerhalb dieses Raumes begrenzt axial bewegen. Die oberen Enden der Druckstößel (13) bzw. (14) weisen Kuppen (32) auf, die sich von unten jeweils an einen Schwenkarm einer um die Achse (15) schwenkbar gelagerten Wippe (8) anlegen. Der Druck­ stößel (13) liegt dabei am rechten Schwenkarm (8 a), der Druck­ stößel (14) am linken Schwenkarm (8 b) der Wippe (8) an.

Auf der gegenüberliegenden Seite, und zwar jeweils annähernd fluchtend zu den Achsen der Druckstößel (13) bzw. (14), liegen an der Wippe (8) die Schaltstifte (9) bzw. (10) von zwei elek­ trischen Schaltern (11) bzw. (12) an, die in an sich bekannter Weise in gewissem Umfang verstellbar durch Einstellschrauben (40) am Gehäuse (1) gehalten sind. Die Fig. 1a zeigt im einzel­ nen, daß auch die Schaltstifte (9) bzw. (10) Kuppen (31) haben. Die Fig. 1a deutet in übertriebenem Maß aber auch an, daß die Achse (15) der Wippe (8) exzentrisch in der zugeordneten Boh­ rung (41) der Wippe (8) angeordnet ist, so daß, worauf noch eingegangen werden wird, beim Anschluß von Druck an eine der Druckkammern (6) oder (7) die Wippe (8) ausschwenkt, wobei sie an ihrer Lagerstelle und an den Berührungsstellen mit den Druckstößeln (13, 14) bzw. Schaltstiften (9, 10) aber nur einer Rollbeanspruchung ausgesetzt ist.

Fig. 2 zeigt schematisch, daß die beiden elektrischen Schalter (11 und 12) in nicht näher dargestellter bekannter Weise mit den Steckzungen (45, 46, 47) verbunden sind, die aus Fig. 3 erkennbar sind. Zusätzlich ist noch eine Steckzunge (48) für Masseanschluß vorgesehen. Die Schalter (11 und 12) geben wech­ selseitig jeweils die Verbindung zu der Steckzunge (46) bzw. (45) frei.

Aus Fig. 3 ist erkennbar, daß anschließend an die untere Fläche (1 a) des Gehäuses (1) ein Anschlußstück (17) vorgesehen ist, das beim Ausführungsbeispiel aus zwei symmetrisch zu der Längs­ mittelebene (36) angeordneten und ausgebildeten Teilanschluß­ stücken (17 a, 17 b) besteht. Beide Anschlußteilstücke (17 a) bzw. (17 b) sind mit je einer Anschlußbohrung (2) bzw. (3) versehen. Jede der Anschlußbohrungen weist eine radial dazu verlaufende Verbindungbohrung (21) auf. Sind beide Anschlußteilstücke (17 a, 17 b) montiert, so fluchten die Verbindungsbohrungen (21). Sie nehmen eine gemeinsame Druckfeder und je eine von der Druck­ feder nach außen gedrückte Kugel (22), die die Lagesicherung eines Steckanschlusses (25) übernimmt, wenn dieser genügend weit in die Anschlußbohrung (2) bzw. (3) hineingedrückt ist. Wie dies geschieht, wird anhand von Fig. 3 klar. Der in seinem Außendurchmesser dem Innendurchmesser der Anschlußbohrung (2) entsprechende Teil des Steckanschlusses (25) besitzt eine axial verlaufende Zuführbohrung (25 a), von der aus radial eine Ver­ bindungsbohrung (28) nach außen führt. Diese Verbindungsbohrung (28) wird auf beiden Seiten von je einem Dichtring (29) abge­ dichtet, wenn der Steckanschluß (25) in die Anschlußbohrungen (2) oder (3) hineingeschoben ist. Im Inneren des Steckanschlus­ ses (25) ist ein von einer Feder und vom Anschlußdruck beauf­ schlagtes Ventil (27) in Form einer Kugel vorgesehen, an der von der Feder abgewandten Seite eine Sicherungsstange (26) anliegt, deren Länge so bemessen ist, daß sie aus der linken Stirnseite des Steckanschlusses (25) herausragt. Zwei Steck­ anschlüsse (25) sind, wie eingangs bereits bemerkt wurde, zum Beispiel fest mit einer Ventilplatte verschraubt, die zu einem Steuerventil zum Beispiel für einen doppelseitig wirkenden Arbeitszylinder gehört. Der Steckanschluß (25) wird daher in die Bohrung (2) bzw. (3) auf Anschlag eingeschoben, so daß die Sicherungsstange (26) an dem in die Anschlußbohrung (2) bzw. (3) eingepreßten Anschlag (30) anstößt. Die Sicherungsstange wird hierbei nach rechts verschoben und gibt somit den Druckan­ schluß frei. Bis zu diesem Zeitpunkt ist jedoch der Druckan­ schluß geschlossen. Er wird erst freigegeben, wenn die Verbin­ dungsbohrung (28) durch die beiden Ringe (29) abgedichtet in der Anschlußbohrung (2) bzw. (3) ist. Gleichzeitig rasten die Kugeln (22) in die Rastausnehmungen (50) des Steckanschlusses (25) ein. In diesem Moment ist der Druckanschluß hergestellt. Um Toleranzabweichungen zwischen der Lage der eingeschraubten Steckanschlüsse (25) und den Anschlußbohrungen (2) bzw. (3) auszugleichen, sind beide Teilanschlußstücke (17 a und 17 b) in geringem Umfang beweglich an der Unterseite (1 a) des Gehäuses (1) gehalten. Dies wird dadurch erreicht, daß beide Teilan­ schlußstücke (17 a) bzw. (17 b) jeweils mit Hilfe von Schrauben (19) mit dem Gehäuse (1) verschraubt werden, die in Bohrungen (20) der Anschlußteilstücke (17 b) bzw. (17 a) eingreifen, deren Durchmesser etwas größer ist als der Außendurchmesser der Schrauben (19).

Beide Teilanschlußstücke (17 a und 17 b) dienen beim Ausführungs­ beispiel auch als unterer Gehäuseabschluß. Sie drücken von un­ ten gegen das Gehäuse (1) und gegen die Dichtringe (18) und schließen so die unmittelbar an den Anschlußteilstücken (17 a und 17 b) angrenzenden Druckkammern (6) bzw. (7) ab. Aus Fig. 1 ist erkennbar, daß die nun benötigten Steuerwege von den An­ schlußbohrungen (2) bzw. (3) zur zugeordneten Druckkammer (6) bzw. (7) sehr kurz sind. Hierzu muß nämlich nur die dünne Zwischenwand zwischen Anschlußbohrungen (2) bzw. (3) und den Druckkammern (6) bzw. (7) durch Querbohrungen (51) geöffnet werden.

Der neue Differenzdruckschalter arbeitet wie folgt:
Es sei angenommen, daß der Differenzdruckschalter zur Überwa­ chung des Steuerventiles für einen doppelseitig wirkenden Arbeitszylinder eingesetzt ist, an der Anschlußbohrung (2) steht daher der Druck der einen Arbeitszylinderseite, an der Anschlußbohrung (3) der Druck der anderen Arbeitszylinderseite an. Das Planflächenverhältnis zwischen Membranteller (38) und Druckstößel (13) bzw. (14), auf der an der Membran anliegenden Seite, ist etwa 10 : 1 gewählt. Dadurch schaltet der Differenz­ druckschalter nur dann, wenn in einer der beiden Druckkammern (6) bzw. (7), d.h. auch in den Arbeitsräumen des doppelseitig wirkenden Arbeitszylinders, ein deutlicher Druckunterschied von z.B. 10 : 1 gegeben ist. Dies ist dann der Fall, wenn der doppelseitig wirkende Arbeitszylinder zufriedenstellend arbei­ tet. Es sei angenommen, daß daher in der Druckkammer (6) ein entsprechend hoher Druck ansteht. Der Druckstößel (13) wird daher von der Membran (4) von unten her nach oben gedrückt, bis er mit seinem Anschlagkragen (13 a) am Anschlag im Raum (16) anliegt. Dieser Schaltweg genügt, um mit dem Schaltstift (9) den Schalter (11) umschalten zu können. Arbeitet der Arbeits­ zylinder anschließend in der Gegenrichtung, so tritt höherer Druck in der Druckkammer (7) auf. Die Wippe wird im Uhrzeiger­ sinn geschwenkt. Der Schalter (11) schaltet ab, der Schalter (12) dagegen ein. Tritt eine Unregelmäßigkeit auf, so kann der erforderliche Druckunterschied in den Kammern (6 und 7) nicht mehr vorhanden sein. Die Wippe wird nicht nach einer Seite definiert ausgeschwenkt. Die Schalter (11 und 12) können eine Fehlanzeige auslösen.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, liegen dabei die Druckstößel (13, 14) bzw. die Schaltstifte (9, 10) jeweils mit runden Kuppen an der Wippe (8) an, die ihrerseits mit ihrer Lagerbohrung (41) exzentrisch an der zugeordneten Schwenkachse (15) anliegt. Bei der Schwenkbewegung der Wippe tritt daher an allen Stellen eine Abrollbewegung ein, die sehr geringe Reibung verursacht. Der neue Schalter kann daher mit großer Genauigkeit und Reprodu­ zierbarkeit arbeiten. Er spricht schnell an, da das gesamte Steuervolumen, wie vorher angedeutet, klein ist. Der neue Schalter läßt sich auch sehr einfach herstellen und er baut, da die Druckkammern mit ihren Achsen senkrecht zur Unterseite des Gehäuses stehen, an welchen das Anschlußstück (17) angesetzt ist, sehr klein.

Claims (18)

1. Wechsel-Differenzdruckschalter mit zwei in einem Gehäuse vorgesehenen Druckanschlüssen, die jeweils in eine von einer elastischen Membran abgeschlossene Druckkammer münden, und mit einem abhängig von der Druckdifferenz in den Druckkammern von den Membranen beaufschlagten Steuerglied, das wechselseitig je einen Schaltstift von zwei gleichen elektrischen Schaltern be­ tätigt, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuerglied eine im Ge­ häuse (1) schwenkbar gelagerte Wippe (8) vorgesehen ist, die mit einer Seite ihrer beiden Schwenkarme (8 a, 8 b) auf die Schalt­ stifte (9, 10) der Schalter (11, 12) wirkt und auf der anderen Seite beider Schwenkarme von Membranen (4, 5) beaufschlagt bleibt.

2. Differenzdruckschalter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß beide Schaltstifte (9, 10) der Schalter (11, 12) unmittelbar an der Wippe (8) anliegen, und daß gegenüber diesen Schaltstiften Druckstößel (13, 14) an der Wippe (8) anliegen, die an den Membranen (4, 5) angrenzen.

3. Differenzdruckschalter nach den Ansprüchen 1 und 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Achsen der Druckstößel (13, 14) parallel zueinander verlaufen und jeweils mit den Achsen der zugeordneten Schaltstifte (9, 10) annähernd fluchten.

4. Differenzdruckschalter nach den Ansprüchen 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Schaltstifte (9, 10) und die Druckstößel (13, 14) symmetrisch zu einer durch die Schwenkach­ se (15) der Wippe (8) verlaufenden Mittelebene angeordnet sind.

5. Differenzdruckschalter nach den Ansprüchen 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Achsen der Druckstößel (13, 14) mit jenen der Druckkammern (6, 7) fluchten.

6. Differenzdruckschalter nach den Ansprüchen 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß jeder Druckstößel (13, 14) mit einem Anschlagkragen (13 a, 14 a) versehen und mit diesem in einem zy­ lindrischen Raum (16) axial begrenzt bewegbar gehalten ist.

7. Differenzdruckschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Wippe (8) anliegenden Schaltstifte (9, 10) und Druckstößel (13, 14 ) mit Kuppen (31, 32) ausgebildet sind.

8. Differenzdruckschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammern (6, 7) als Zylin­ derkammern ausgebildet sind und auf einer Seite von den Membra­ nen (4, 5) und auf der von diesen abgewandten offenen Seite von einem Anschlußstück (17) abgeschlossen sind.

9. Differenzdruckschalter nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Dichtungsringe (18) an der an das Anschlußstück (17) angrenzenden Seite der Druckkammern (6, 7) vorgesehen sind.

10. Differenzdruckschalter nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußstück (17) parallel zu der An­ schlußfläche (1 a) des Gehäuses (1) begrenzt beweglich ange­ bracht ist.

11. Differenzdruckschalter nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Anschlußstück (17) mit Hilfe von Schrauben (19) am Gehäuse (1) befestigt ist, deren Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser der Aufnahmebohrungen (20) im Anschluß­ stück (17).

12. Differenzdruckschalter nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußstück (17) mit zwei parallel zueinander verlaufenden Anschlußbohrungen (2, 3) ver­ sehen ist, zwischen denen eine quer dazu verlaufende Verbin­ dungsbohrung (21) vorgesehen ist, die eine gemeinsame Druck­ feder und je eine von der Druckfeder nach außen gedrückte Kugel (22) aufnimmt, die die Lagesicherung der Steckanschlüsse (25) übernimmt.

13. Differenzdruckschalter nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß in die Anschlußbohrungen (2, 3) des Anschlußstückes (17) rotationssymmetrische Steckanschlüsse (25) einführbar sind, die in der Anschlußbohrung (2) bzw. (3) verrasten.

14. Differenzdruckschalter nach Anspruch 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steckanschlüsse (25) mit einer in ihrer Zu­ führbohrung (25) axial verlaufenden Sicherungsstange (26) ver­ sehen sind, die etwas länger ist als die Zuführbohrung (25 a) und die mit einem Ende an einem federbeaufschlagten Ventil (27) anliegt.

15. Differenzdruckschalter nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß quer zu der Zuführbohrung (25 a) im Steckan­ schluß (25) eine Verbindungsbohrung (28) in die zugeordnete Druckkammer (6 bzw. 7) vorgesehen ist und daß beidseitig von dieser Verbindungsbohrung (28) Dichtringe (29) vorgesehen sind.

16. Differenzdruckschalter nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußbohrungen (2, 3) jeweils mit einem Anschlag (30) für die Sicherungsstange (26) versehen sind.

17. Differenzdruckschalter nach Anspruch 16, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Anschlag (30) in die offene Anschlußbohrung (2 bzw. 3) eingepreßt ist und axiale Nuten (30 a) am Umfang aufweist.

18. Differenzdruckschalter nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußstück (17) aus zwei symmetrisch zu der durch die Achse (15) der Wippe (8) verlau­ fenden Mittelebene angeordneten Teilanschlußstücken (17 a, 17 b) besteht, die jeweils für sich am Gehäuse (1) befestigt sind.