DE3714007A1 - Druckfuehler und verfahren zur herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Druckfühler zur Überwachung eines Mindestdruckes eines gasförmigen Mediums nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Zur ständigen Überwachung des Luftdruckes in Fahrzeug- Luftreifen sind bereits eine Reihe von Kontrollvor­ richtungen bekannt, die den Führer des Fahrzeugs oder des Zuges auf Unregelmäßigkeiten des Reifendrucks aufmerksam machen, so daß dieser die Möglichkeit hat, das Fahrzeug anzuhalten und so vor weiterem Schaden zu bewahren. Dazu ist es bekannt, am umlaufenden Fahrzeug­ rad oder in dessen Umgebung Sensoren anzuordnen, die bei Abweichung von den vorgegebenen Normalbedingungen ein Warnsignal erzeugen, das dann weitergeleitet wird. Es hat sich gezeigt, daß Sensoren, die unmittelbar auf den veränderten Druck im Fahrzeug-Luftreifen ansprechen empfindlicher und damit schneller eine Gefahr melden als solche, die erst mittelbar auf die mit einem Druckverlust im Luftreifen verbundenen veränderten Abrollbedingungen, Gestaltänderungen oder Abstands­ änderungen der Radfelge zur Straßenoberfläche reagieren.

Aus dem DE-GM 18 30 709 ist eine Reifendruck-Prüfvor­ richtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge bekannt, bei der ein am Reifen angebrachter Schaltkontakt mit einer im Fahrzeug befindlichen optischen oder akustischen Signaleinrichtung verbunden ist. Der Schaltkontakt tritt bei Unterschreiten eines bestimmten Mindestluftdruckes in Tätigkeit und enthält dazu in der Ventilkappe eine bei aufgeschraubter Ventilkappe dem Reifendruck ständig ausgesetzte Schaltmembran und einen entsprechenden Gegenkontakt im Ventil. Nachteilig ist dabei, daß das serienmäßige Reifenventil durch die Anordnung elektrischer Kontaktvorrichtungen verändert werden muß, was insbesondere bei einem Reifenwechsel unbefriedigend ist.

Aus der DE-PS 8 20 857 ist eine Luftreifen-Kontrollvor­ richtung mit elektrischer Anzeige bekannt, deren Kontakte in geschlossenen Gehäusen untergebracht sind. Dabei besteht das Gehäuse ganz oder teilweise aus nachgiebigem Werkstoff oder ist mit einer axial verschiebbaren Scheibe versehen, welche dem Reifendruck ausgesetzt, durch die Gestaltänderung oder axiale Stellung einen entsprechenden Kontakt öffnen oder schließen. Das entstehende Signal wird durch eine geeignete Übertragungsvorrichtung einer Anzeige­ vorrichtung im Blickfeld des Führers des Kraftfahrzeugs zugeleitet. Zur Justierung der Kontakte sind Einstell­ schrauben vorgesehen. Diese bergen jedoch die Gefahr der ungewollten Verstellung in sich. Auch ist der Justier­ vorgang wegen der erforderlichen Druckbeaufschlagung im Bereich der Justierschrauben umständlich und zeitrau­ bend. Auch erhöhen die relativ massereichen Bauteile die Abhängigkeit des Druckes am Schaltpunkt und den auf die Sensoren unter Betriebsbedingungen wirkenden Beschleu­ nigungen.

Aus der Zeitschrift "Kontrolle", März 1987, Seite 33 ist ein Gas-Dichtewächter für das in elektrischen Schaltanlagen verwendete Isoliergas SF₆ und andere Gase beschrieben, bei dem ein mit dem Betriebsmedium innen­ beaufschlagtem Metallbalg von einer hermetisch dichten Referenzdruckkammer umgeben ist, die mit dem Referenzgas gefüllt ist. Bei Verlust des Isoliergases ändert der Metallbalg seine Gestalt und betätigt über eine durch die Referenzdruckkammer geführte Schaltstange entsprechende Schalter zur Anzeige des Druckverlustes. Durch die gleichartige Temperaturbeeinflussung des Isoliergases im Metallbalg und des Referenzgases in der Referenzdruckkammer wird im Normalfall auch bei Temperaturänderungen der Gleichgewichtszustand bewahrt. Der Dichtewächter meldet dann nachher temperaturabhängig nur tatsächlichen Gasverlust. Dabei handelt es sich jedoch um einen Gas-Dichtewächter für elektrische Schaltanlagen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Druck­ fühler anzugeben, der massearm aus Standardbauteilen herstellbar und leicht und schnell justierbar ist. Auch soll er betriebssicher und unempfindlich gegen andere Einflüsse als den zu überwachenden Reifendruck sein.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im kennzeich­ nenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Maßnahmen.

Der erfindungsgemäße Druckfühler hat den Vorteil, daß in jeder Ausführungsform der elektrische Kontakt gegen Verschmutzung geschützt ist. Weiter ist vorteilhaft, daß durch den Wegfall gleitender Teile die Betriebssicher­ heit erhöht ist. Schließlich läßt sich durch die Wahl des Referenzdruckkammervolumens und/oder des Werkstoffs oder der Form in einfacher, wiederholbarer Weise jede gewünschte Betriebskennlinie erzielen.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Insbesondere ist vorteilhaft, daß die Kalibrierung leicht und zeitsparend erfolgen kann.

Die Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel schematisch im Längsschnitt,

Fig. 2 ein anderes Ausführungsbeispiel, ebenfalls im Längsschnitt,

Fig. 3 eine Variante der Ausführung nach Fig. 2,

Fig. 4 eine dritte Ausführungsform, dargestellt im Längsschnitt,

Fig. 5 eine Einzelheit aus Fig. 4 in abgeänderter Form,

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform,

Fig. 7 eine weitere Ausführungsform, dargestellt im Längsschnitt.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Metallbalg bezeichnet, der durch einen Deckel 2 gasdicht abgeschlossen ist. Der Deckel 2 trägt im Zentrum ein Kontaktniet 3. Das Fußende des Metallbalgs 1 ist auf einer Unterlage 4 ebenfalls ganz dicht, beispielsweise durch eine umlaufende Schweißnaht 5, befestigt. Durch die Unterlage 4 ragt zentrisch zum Metallbalg 1 ein Kontaktstift 6, der in einer Hülse 7 geführt ist. Die Hülse 7 ist durch eine Fügeverbindung 8 mit der Unterlage verbunden. Der Kontaktstift 6 und der Kontaktniet 3 bilden eine Kontaktvorrichtung zur Anzeige eines unzulässig niedri­ gen Reifendrucks. So ist der Kontaktstift 6 isoliert in der Unterlage 4 angeordnet. Dies kann z.B. durch die Wahl einer Hülse 7 aus Isolierstoff erfolgen, oder eine elektrisch leitende Hülse 7 ist durch eine isolierende Fügeverbindung 8 in einer Bohrung der Unterlage 4 befestigt.

Das im Inneren des Metallbalgs 1 eingeschlossene Gas­ volumen 10 dient als Referenzgasvolumen zur Temperatur­ stabilisierung der Kontakteinrichtung. Der Metallbalg 1 ist mit seinem Deckel 2 so am umlaufenden Rad befestigt, daß der Reifendruck von außen auf den Druckfühler einwirkt und den Metallbalg 1 im Normalfall so weit verkürzt, daß der Kontaktniet 3 den Kontaktstift 6 berührt und dadurch einen Kontakt schließt. Sinkt der Reifendruck unter ein zulässiges Maß, so dehnt sich der Metallbalg 1 durch den Überdruck des Referenzgasvolumens im Innenraum 10 und ggfs. durch die Federeigenschaften des Balgwerkstoffes aus. Dadurch entfernt sich der Kontaktniet 3 vom Kontaktstift 6 und wenn der Kontakt­ stift 6 vorher über den Kontaktniet 3 und den Werkstoff des Metallbalgs 1, die Fügeverbindung 5 und die Unterlage 4 an Masse gelegen hat, so öffnet sich der Kontakt und erzeugt ein entsprechendes Warnsignal.

Die Justierung (Kalibrierung) des Druckfühlers kann in einfacher Weise dadurch erfolgen, daß der Kontaktstift 6 durch die Hülse 7 bis zur Berührung mit dem Kontaktniet 3 gebracht wird, und dann der Druckfühler einem Gas mit dem Reifennenndruck ausgesetzt wird. Unter dem Einfluß des Außendruckes wird der Metallbalg 1 so weit zusammen­ gedrückt, daß seine Länge den Abmessungen im Betriebszu­ stand entspricht. Über den Kontaktniet 3 wird der Kontaktstift 6 in der Hülse 7 in Richtung des Pfeiles 11 verschoben und kann in dieser Stellung durch eine der bekannten Fügetechniken (Kleben, Löten oder Schweißen, z.B. Mikroplasmaschweißen oder durch ein anderes bekanntes Schweißverfahren, wie Elektroschweißen) befestigt werden. Dabei wird man bei der Wahl des Hülsenwerkstoffes auf die später anzuwendende Fügetech­ nik Rücksicht nehmen. Ist z.B. die Hülse 7 aus einem Kunststoff, so wird die Befestigung des Kontaktstiftes 6 in der Hülse 7 zweckmäßigerweise durch einen Klebevor­ gang erfolgen. Ist dagegen die Hülse 7 aus Metall und durch eine isolierende Befestigungstechnik im Bereich 8 mit der Unterlage 4 verbunden, so kann der Kontaktstift 6 in der Metallhülse 7 durch Löten oder Schweißen festgelegt sein.

In der Ausführungsform des Druckfühlers nach Fig. 2 ist der Metallbalg 1 mit dem Deckel 2 und dem Kontaktniet 3 in gleicher oder ähnlicher Weise durch eine Fügeverbin­ dung 5 mit der Unterlage 4 verbunden. Der Kontaktstift 6, der sich zentrisch im Innern des Metallbalges 1 befindet, ist jedoch unter Weglassung einer Zwischen­ hülse unmittelbar durch eine isolierende Fügeverbindung, beispielsweise durch Kleben, auf der Unterlage 4 befestigt.

Zur Kalibrierung des Druckfühlers nach Fig. 2 kann durch die Anordnung zusätzlicher Sicken im Fußbereich des Metallbalges 1 die Längsausdehnung des Metallbalges 1 soweit reduziert werden, daß beim Eintauchen des Druckfühlers in ein Gas mit dem Nenndruck der Kontakt zwischen dem Kontaktniet 3 und dem Kontaktstift 6 gerade geschlossen ist.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 erfolgt die Kali­ brierung des Druckfühlers dadurch, daß der Kontaktstift 6 mittels der Fügeverbindung 8 auf einem Teil 14 der Unterlage 4 befestigt ist, die durch die kreisförmige Biegezone 12 vom übrigen Teil der Unterlage 4 abgetrennt ist. Durch Verformung der Biegezone 12 läßt sich der Kontaktstift 6 in Richtung des Doppelpfeils 13 axial verschieben und dadurch der gewünschte Kontakt mit dem Kontaktniet 3 herstellen.

In der Ausführungsform nach Fig. 4 ist der Metallbalg 1 mittels einer der zuvor beschriebenen Fügeverbindungen auf der Unterlage 4 befestigt und durch den Deckel 2 und einem darauf zentrisch angeordneten Kontaktniet 3 gas­ dicht abgeschlossen. In der Unterlage 4 ist zentrisch zum Metallbalg 1 in einer Bohrung 14 eine Kontakthülse 15 gleichachsig mit dem Metallbalg 1 in der Unterlage 4 befestigt. Die Hülse 15 weist über einen Teil ihrer Län­ ge eine Bohrung 16 auf und ist durch eine Entlüftungs­ bohrung 17 mit dem Innenraum 10 des Metallbalges 1 ver­ bunden. Zur isolierenden Aufnahme des Kontaktstiftes 6 kann entweder die Kontakthülse 15 aus einem isolierenden Werkstoff sein oder als metallische Hülse durch eine isolierende Fügeverbindung 18 in der Bohrung 14 der Un­ terlage 4 befestigt sein. Zur Justierung (Kalibrierung) des Druckfühlers kann dessen Oberfläche wieder einem Gas mit dem Schaltdruck ausgesetzt sein, wodurch sich der Kontaktniet 3 an die Stirnseite des Kontaktstiftes 6 anlegt und diesen in Längsrichtung in der Kontakthülse 15 verschiebt. Nach Entfernen des Druckfühlers aus der Kalibriervorrichtung kann der Kontaktstift 6 in der Kontakthülse 15 durch einen Löt- oder Klebevorgang fest­ gelegt werden. Dazu wird die Verbindungsstelle zwischen dem Kontaktstift 6 und der Kontakthülse 16 mit dem ent­ sprechenden Kleber oder Lot versehen und die Verbindung durch Erhitzen geschaffen. Bei Verwendung eines nicht­ leitenden Klebers zwischen dem Kontaktstift 6 und der Kontakthülse 15 kann es zweckmäßig sein, durch einen Bonddraht 16 zwischen der Oberfläche des Kontaktstiftes 6 und der Kontakthülse 15 eine metallisch leitende Verbindung zu schaffen. In Fig. 5 ist dargestellt, wie eine Verbindung zwischen dem Kontaktstift 6 und der Kontakthülse 15 hergestellt werden kann, wenn die Kontakthülse 15 im Aufnahmebereich zum Kontaktstift 6 geschlitzt und aufgeweitet ist und der Werkstoff der Kontakthülse 15 Memory-Eigenschaften hat. Es wird dann der Kalibriervorgang wie vor beschrieben durchgeführt, wobei sich während der Erwärmung der Kontakthülse 15 der vorher aufgeweitete Spalt 17 schließt und die Hülse 15 den Kontaktstift 16 unverrückbar umfaßt.

In der Ausführungsform des Druckfühlers nach der Fig. 6 ist der Metallbalg 1 in einem Rohrstück 21 montiert, das auf der Unterlage 4 befestigt und durch einen Deckel 22 abgeschlossen ist. Im Deckel 22 ist in einer Öffnung 23 der Metallbalg 1 durch eine Fügeverbindung 24 befestigt und am entgegengesetzten Ende durch eine Kontaktplatte 25 gasdicht abgeschlossen. Der Kontaktplatte 25 steht in einigem Abstand der Kontaktniet 26 gegenüber, der unter Zwischenschaltung eines isolierenden Werkstoffs 27 in der Unterlage 4 eingelassen ist. Der Reifendruck wirkt bei der angegebenen Konstruktion durch die Öffnung 28 auf das Innere des Metallbalges 1 und streckt ihn derart, daß unter Betriebsbedingungen die Kontaktplatte 25 mit dem Kontaktniet 26 in Berührung steht. Das Referenzgasvolumen 30 wird in dem vorliegenden Fall durch das vom Rohrstück 21, dem Deckel 22 und der Unterlage 4 eingeschlossene Gasvolumen gebildet. Diese Ausführungsform hat daher den Vorteil, daß man in der Wahl des Referenzgasvolumens unabhängiger ist, insbe­ sondere kann der Durchmesser des Rohrstücks 21 in weiten Grenzen frei gewählt werden. Gleichzeitig ist ein Anschlag gegeben, der die übermäßige Dehnung des Metallbalges bei zu großem Reifendruck verhindert und gleichzeitig den Gegenkontakt trägt. Eine kritische Temperaturbelastung ohne entsprechenden Reifendruck führt nur zu einer unkritischen Stauchung des Metall­ balges, der vor weitergehenden mechanischen Einwirkungen durch das umgebende Rohrstück gut geschützt ist. Durch geeignete Gestaltung des Rohrstücks können im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch erforderlichenfalls die erheblichen Zentrifugalkräfte stützend abgefangen werden.

Der Druckfühler nach Fig. 7 ist durch einen auf der Unterlage 4 angeordneten Sicherheitsbügel 41 gegenüber mäßiger Ausdehnung durch Übertemperatur oder ähnliche Einflüsse geschützt und entspricht im übrigen in seinem Aufbau dem Druckfühler nach Fig. 2. Die Anordnung des Sicherheitsbügels 41 hat den Vorzug, daß bei außer­ gewöhnlichen Betriebszuständen, z.B. Überhitzung des Reifens und des Rades die äußeren Abmessungen des Metallbalges nicht über ein zulässiges Maß hinaus veränderbar sind, so daß die Betriebsfähigkeit nach dem Ende des außergewöhnlichen Betriebszustandes wieder gegeben ist.

Zweckmäßigerweise erfolgt die Anordnung des Druckfühlers am umlaufenden Fahrzeugrad so, daß die Längsachse senkrecht zur Ebene der Zentrifugalwirkung angeordnet ist, so daß die im Betrieb auftretenden Fliehkräfte die Arbeitsweise des Druckfühlers nicht merklich verfälschen.

Claims (13)

1. Druckfühler zur Überwachung eines Mindestdruckes eines gasförmigen Mediums, insbesondere zur Überwachung des Reifendrucks eines Fahrzeug- Luftreifens, mit einem dem zu überwachenden Gasdruck ausgesetzten Metallbalg, dessen freie Länge zur Bildung eines Referenzgasvolumens durch einen Deckel gasdicht abgeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel des Metallbalges mit einem isoliert angeordneten Gegenkontakt eine Kontaktstrecke bildet.

2. Druckfühler nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Gegenkontakt ein koaxial zum Metallbalg isoliert angeordneter Kontaktstift (6) ist.

3. Druckfühler nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kontaktstift (6) mittels eines nichtleitenden Klebers (8) in einer Öffnung (14) des den Metallbalg (1) tragenden Unterteils befestigt ist.

4. Druckfühler nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kontaktstift (6) auf einem Teil seiner Länge von einer Kontakthülse (7, 15) umgeben ist.

5. Druckfühler nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kontakthülse (7, 15) durch ein erstes Fügeverfahren auf der Unterlage (4) und der Kontaktstift (6) durch ein zweites Fügeverfahren in der Kontakthülse (7, 15) befestigt ist.

6. Druckfühler nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das zweite Fügeverfahren ein wärme­ härtendes Verfahren ist.

7. Druckfühler nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch die zumindest teilweise Ausbildung der Kontakthülse aus einem Werkstoff mit Formerinnerungsvermögen, wobei der Teil (17) der Kontakthülse mit Form­ erinnerungsvermögen einen Teil des Kontaktstiftes (6) umschließt.

8. Druckfühler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Anordnung des Kontaktstif­ tes (6) auf einem Teilbereich (14) der Unterlage (4), welcher von einem kreisringförmigen Bereich (12) axialer Verformbarkeit mit dem übrigen Teil der Unterlage (4) verbunden ist.

9. Druckfühler nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktstift (6) und die Kontakthülse (7, 15) durch eine die Fuge überbrückende elektrisch leitende Verbindung miteinander verbunden sind.

10. Druckfühler nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Metallbalg (21) einseitig offen vom zu überwachenden Medium innenbeaufschlagt und von einer hermetisch dichten, das Referenzgas­ volumen enthaltenden Kammer (4, 21, 22) umgeben ist.

11. Druckfühler nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die hermetisch dichte Kammer konzentrisch zum Metallbalg von kreisförmigem Querschnitt ist und die Längserstreckung der Längsausdehnung des Metallbalges unter Nenndruck entspricht.

12. Verfahren zur Herstellung eines Druckfühlers nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, daß zur Justierung (Kalibrierung) die Kontaktstrecke geschlossen wird, daß der Druckfühler dem Nenndruck ausgesetzt wird und daß anschließend der Kontakt­ abstand durch Befestigen des Kontaktstiftes festgelegt wird.

13. Verfahren zur Herstellung eines Druckfühlers nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schließen der Kontakt­ strecke die Länge des Metallbalges (1) geändert wird, während der Druckfühler dem Nenndruck ausge­ setzt ist und daß die Länge des Gegenkontaktes im Raum unveränderbar festliegt.