DE3785526T2

DE3785526T2 - Auf druck ansprechende schalter erhoehter langlebigkeit.

Info

Publication number: DE3785526T2
Application number: DE8787307733T
Authority: DE
Inventors: George J Lombardo; Leo Marcoux; Carlton E Sanford; Douglas B Strott
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1986-09-03
Filing date: 1987-09-02
Publication date: 1993-07-29
Anticipated expiration: 2007-09-03
Also published as: EP0259146B1; JP2800972B2; DE3785526D1; JPS63167159A; US4758695A; EP0259146A2; EP0259146A3

Description

In der Kraftfahrzeugindustrie ist es üblich geworden, verschiedene Funktionen, beispielsweise das Mischen von Luft und Brennstoff, mit Hilfe eines Motorsteuermodus (ECM) auf Mikroprozessorbasis zu steuern, damit beträchtliche Verbesserungen im Leistungsverhalten, im Brennstoffverbrauch und bei den Emissionswerten erhalten werden. Es wurden in jüngster Zeit Versuche gemacht, den Betrieb und die Wirksamkeit von Getriebesystemen durch Integrieren der Motor- und der Getriebesteuerung zu verbessern. Dies erfordert, daß das Getriebe mit dem Motorsteuermodul kompatibel ist und für Eingangs- und Ausgangssignale elektronisch zugänglich ist. Bei einem Lösungsversuch, bei dem zur Durchführung des Gangwechsels Magnetventile eingesetzt werden, wird vonDruckschaltern in der Magnetventilanordnung als eine Möglichkeit Gebrauch gemacht, zu bestätigen, daß die Betätigung und die Deaktivierung der Magnetventile stattgefunden hat. Dies bedeutet, daß ein merklicher Wechsel des Drucks des Hydraulikmittels am Ausgang eines Magnetventils bei einer Betätigung stattfindet, die typischerweise in der Größenordnung von 113,8 x 10&sup4; Pa (165 psig) liegt. Diese Druckänderung kann ohne weiteres unter Verwendung herkömmlicher druckempfindlicher Schalter mit Schnappwirkung festgestellt werden, die elektrische Stromkreise beim Auftreten ausgewählter Druckwerte schließen oder öffnen können. Solche Schalter können leicht zur Anpassung an verschiedene Einbauerfordernisse hinsichtlich der Größe und der Kosten angepaßt werden. Bei der Verwendung zur Getriebesteuerung ist jedoch eine Lebensdauererwartung in der Größenordnung von 25 Mio. ZykIen ohne mehr erforderlich, während herkömmliche Druckschalter mit Schnappwirkung eine beträchtlich niedrigere Lebensdauererwartung haben, die bestenfalls in der Größenordnung von 1 Mio. Zyklen liegt.
In der DE-A-2 703 283 ist ein druckabhängiger Schalter beschrieben, bei dem von einer aus Metall bestehenden Membran mit Schnappwirkung Gebrauch gemacht wird, die mit einem Schaltkontakt gekoppelt ist. Die Membran ist auf beiden Seiten ihres gewölbten Abschnitts mit Verstärkungsteilen versehen, damit ihre Verschiebung zur genaueren Definition der Schnappwirkung begrenzt wird. Die Membran weist einen zylindrischen oder kegelstumpfförmigen erhabenen Abschnitt auf, auf dessen Oberseite sich der gewölbte Abschnitt befindet, wobei sich gezeigt hat, daß eine solche Membran bei wiederholtem Biegen weniger leicht beschädigt wird, als eine herkömmliche Membran mit Schnappwirkung.
Nach der Erfindung ist eine auf Druck ansprechende Metallmembran mit einem gewölbten Abschnitt, der abhängig von einem angelegten Druck unbiegbar ist und der eine Druck/Unbiegebeziehung mit Anfangs- und Endanstiegsabschnitten aufweist, die eine relativ große positive Druckzunahme pro Einheitsumlenkung zeigen und die durch einen Zwischenabschnitt getrennt sind, der die Anfangs- und Endanstiegsabschnitte verbindet und sich zwischen einem ersten Solldruckwert an der Verbindungsstelle des Anfangsabschnitts und des Zwischenabschnitts und einem zweiten Solldruckwert an der Verbindungsstelle des Zwischenabschnitts und des Endabschnitts erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß der gewölbte Abschnitt der Membran mit begrenzter Wölbung gebildet ist, so daß der Druckanstieg pro Einheitsumlenkung, der im Zwischenabschnitt erforderlich ist, positiv bleibt, jedoch wesentlich kleiner als der der Anfangs- und Endanstiegsabschnitte ist.
In einer Ausführung mit einem Gehäuse mit mehreren Schaltern ist die Membran mit einem ringförmigen, flachen Ansatzabschnitt geformt, der auf einem elektrischen Kontaktglied aufgenommen ist, wobei auf der Oberseite des Ansatzabschnitts ein O-Ring angebracht ist, der gegen diesen Abschnitt vorgespannt ist, damit eine strömungsmitteldichte Abdichtung durch eine Rohrhülse entsteht, die mit einer Hydraulikmittel-Druckquelle in Verbindung steht. In einer abgewandelten Ausführung ist die Rohrhülse mit zwei Segmenten versehen, wobei der O-Ring dazwischen so eingefügt ist, daß die Hülse selbst mit dem Ansatzabschnitt in Eingriff steht. Unterhalb des zentralen gewölbten Abschnitts ist eine elektrische Kontaktniete angebracht und mit einem geeigneten elektrischen Verbindungselement verbunden. Gemäß einem Merkmal der Erfindung kann mit jedem Schalter ein strombegrenzender Widerstand mit ausgewähltem Wert in Serie geschaltet sein, damit bei Betätigung jedes jeweiligen Schalters ein Spannungs-Ausgangssignal erhalten wird.
In einer weiteren Ausführung ist die ganze Membran gewölbt und von einem Membransitz aufgenommen, wobei sie mit Hilfe einer dünnen, flexiblen Membran auf dem Sitz gehalten wird, die auch eine Abdichtung für den Schalter bildet.
In einer weiteren Ausführung ist unterhalb des gewölbten Abschnitts ein Bewegungsübertragungselement angebracht, so daß die Bewegung der Membran auf einen beweglichen Kontaktarm zum Öffnen und Schließen von zwei elektrischen Kontakten übertragen wird.
Es ist daher ein Vorteil der Erfindung, daß mit ihrer Hilfe ein Schalter mit extrem langer Lebenserwartung geschaffen werden kann. Ein weiterer Vorteil ist die Schaffung eines Schalters, der wirtschaftlich sowohl hinsichtlich des Materials als auch hinsichtlich des Zusammenbauens hergestellt werden kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß mit ihrer Hilfe ein Schalter geschaffen werden kann, der als Baugruppe keiner Eichung bedarf, wobei das Eichen des Schalters durch die Eigenschaften der Membran selbst und durch die dimensionbedingte Positionierung des ortsfesten Kontakt gesteuert wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß mit ihrer Hilfe ein druckabhängiger Schalter mit einer Lebenserwartung von mehr als 25 Mio. Zyklen, einem Betriebstemperaturbereich von -40ºC bis 140ºC (300ºF) und einer zyklischen Ansprechbarkeit von bis zu 50 Hz geschaffen werden kann. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die Schaffung eines Schaltmechanismus mit minimaler Sollwertdifferenz oder Hysterese, der so ausgebildet werden kann, daß er bei einem gegebenen Druckwert innerhalb von ± 3,45 x 10&sup4; Pa (5psi) anspricht. Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden genauen Erörterung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen für gleiche Teile gelten.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Getriebesteueranordnung, in der erfindungsgemäß ausgebildete Druckschalter verwendet werden;
Fig. 2 ist eine Seitenansicht der erfindungsgemäß ausgebildeten Druckschalteranordnung mit drei Schalterstationen, wobei jedoch zum Zwecke der Darstellung die druckempfindlichen Membranen entfernt sind;
Fig. 3 ist eine Seitenansicht der Anordnung von Fig. 2 mit einem im Schnitt gezeigten Anschlußabschnitt und bei Befestigung an einer Solenoid- Baugruppe mit befestiger Rückenplatte;
Fig. 4 ist eine Draufsicht auf den Anschlußabschnitt der Schalteranordnung;
Fig. 5 ist eine Schnittansicht längs der Linie 5-5 von Fig. 7, wobei ein Muster elektrischer Leiterbahnen dargestellt ist, die in das Gehäuse der Anordnung eingeformt sind;
Fig. 6 eine Hinteransicht des Gehäuses der Schalteranordnung;
Fig. 7 ist ein vergrößerter Schnitt längs der Linie 7-7 von Fig. 2;
Fig. 8 ist ein vergrößerter Schnitt durch eine Schaltstation, wobei die Membran mittels eines O-Rings abgedichtet dargestellt ist;
Fig. 8a ist eine ähnliche Ansicht wie Fig. 8, wobei jedoch eine Modifikation dargestellt ist, bei der der O-Ring sandwichartig zwischen Segmenten eines rohrförmigen Teils eingefügt ist;
Fig. 9 ist eine vergrößerte Draufsicht auf eine Membran, die gemäß der Erfindung hergestellt ist;
Fig. 10 ist eine vergrößerte Seitenansicht der Membran von Fig. 9;
Fig. 11 ist ein Druck/Verschiebungsdiagramm der Membran gemäß der Erfindung sowie einer herkömmlichen Schnappscheibe und einem linearen druckabhängigen Element; und
Fig. 12 und 13 sind Schnittansichten einer Schaltstation von zwei weiteren Ausführungsformen der Erfindung.
In Fig. 1 der Zeichnung, in der eine vorgeschlagene Getriebesteueranordnung dargestellt ist, bezeichnet die Ziff. 1 eine hydraulische Druckmittelquelle, die an solenoidbetätigte Ventile 2, 3, 4 und 5 zum Steuern von Reibungselementen 6, 7, 8 bzw. 9 angeschlossen sind. Druckfühlerschalter 18, 20 und 22 stehen in Verbindung mit den Ausgangsleitungen der jeweiligen solenoidbetätigten Ventile 2, 3 und 4. Die Ventile können mit den von den Druckfühlerschaltern festgestellten Betätigungszustand normalerweise entlüftet und/oder normalerweise unter Druck stehen. Wenn ein Ventil betätigt wird und dadurch seine Ausgangsleitung in Verbindung mit der hydraulischen Druckmittelquelle 1 bringt, kann beispielsweise der Druck am Druckfühler von etwa 0 Pa (0 psig) auf 113,8 x 10&sup4; Pa (165 psig) ansteigen. Wie noch beschrieben wird, wird diese Druckänderung in eine elektrisches Signal umgesetzt, das in den Mikroprozessor eingegeben werden kann, um zu bestätigen, daß die Aktivierung oder die Deaktivierung des entsprechenden Ventils stattgefunden hat.
In den Fig. 2 bis 8 kennzeichnet die Ziff. 10 allgemein eine Schalteranordnung mit einem Gehäuse 12 aus einem geeigneten elektrisch isolierenden Material wie einem formbaren, glasfaserverstärkten thermoplastischen Material, wobei das Gehäuse eine Rückwand 14 und eine davon nach unten abstehende Seitenwand 16 aufweist, die eine flache Ausnehmung begrenzt, in der drei Druckschalterstationen 18, 20 und 22 angebracht sind. Das Gehäuse 12 ist vorzugsweise so geformt, daß die gewünschten elektrischen Anschlußleiter darin eingegossen sind. Wie in Fig. 5 zu erkennen ist, weist die durch den Querschnitt gebildete Ebene 24 in ihr angeordnete Leiterbahnen 25 in einem ausgewählten Muster auf. Das Muster ist zweckmäßigerweise aus einem geeigneten Blechkorb, beispielsweise Messing, ausgestanzt, wobei Abschnitte des Musters nach dem Eingießvorgang durch (nicht dargestellte) in der Rückwand 14 gebildete Öffnungen zum Trennen jeweiliger Stromkreise ausgestanzt werden. Es ist zu erkennen, daß das Gehäuse auch aus zwei plattenartigen Teilen hergestellt werden könnte, zwischen denen die Leiterbahnen 25 sandwichartig angeordnet sind; die Leiterbahnen könnten auch als Schicht auf eines der beiden Plattenteile aufgebracht werden, falls dies erwünscht ist. Die Leiterbahnen enthalten ringförmige Abschnitte 18a, 20a und 22a, die an den Schalterstationen angebracht sind und jeweils Plattformbereiche 18e, 20e und 22e zu einem noch zu erläuternden Zweck aufweisen, wobei Bahnabschnitte 18b, 20b und 22b von den jeweiligen Ringabschnitten zu entsprechenden Stiften P6, P8 und P7 verlaufen. Die Stifte P2, P4, P6 und P8 sind in Fig. 5 nicht dargestellt, sondern durch gestrichelte Linien angegeben, da sie in der Vorderhälfte des Gehäuses liegen. Fig. 4 zeigt die Anordnung der Stifte P1 bis P8. Der Stift P5 ist an einen Leiterbahnabschnitt 26 angeschlossen, der sich zu mehreren Federverbindern C5 bis C8 erstreckt. Der Stift P3 verläuft zu einem Federverbinder C4, der Stift P4 verläuft zu einem Verbinder C2, der Stift P1 verläuft zu einem Federverbinder C3, und der Stift P2 verläuft schließlich zu einem Federverbinder C1.
In den von jeder ringförmigen leitenden Schicht 18a, 20a und 22a befinden sich eine Mittelkontkktbohrung 18c, 20c bzw. 22c sowie mehrere Enflüftungslöcher 18d, 20d und 22d, was anschließend mit Bezugnahme auf Fig. 8 noch genauer erläutert wird.
Gemäß Fig. 2 ist die Rückwand 14 mit ausgeschnittenen Abschnitten geformt, damit Kontaktfedern C1 bis C8, ringförmige Leiterbahnabschnitte 18a, 20a und 22a sowie Plattformabschnitte 18e, 20e und 22e sowie Abschnitte der Bahnen 26 gegenüber jeder Plattform freigelegt werden. Zwischen die Plattformabschnitte 18e, 20e und 22e sowie die gegenüberliegenden Abschnitte der Bahnen 26 sind ausgewählte Widerstände R1, R2 bzw. R3 eingelötet.
Die Rückwand 14 ist mit einer zylindrischen Wand 18f, 20f und 22f für jede Schaltstation ausgestattet, die mit einem jeweiligen ringförmigen Leiterbahnabschnitt 18a, 20a, 22a in einer Linie verläuft, so daß Schalthohlräume entstehen. Die Seitenwand 16 ist mit einer um den Umfang des Gehäuses verlaufenden Abdichtnut 30 sowie mit mehreren Bolzenlöchern 32 ausgeformt, damit eine Rückplatte 33 (Fig. 3) befestigt werden kann und damit das Gehäuse an einer Solenoidventilanordnung 34 (Fig. 3) befestigt werden kann. Bohrungen 36 erstrecken sich durch die Rückwand 14 zur Materialeinsparung und zur Entlüftung zu einem Sammelraum. Um die Stifte P1 bis P8 erstreckt sich eine Schutzwand 38, damit sie gegen die Umgebung isoliert werden. Im Gehäuse 12 ist eine Gewindebohrung 40 innerhalb der Schutzwand 38 gebildet, damit eine (nicht dargestellte) Anschlußbuchse befestigt wird.
In Fig. 6 ist die Hinteransicht des Gehäuses 12 dargestellt, wobei ein Teil der Schutzwand 38 zweckmäßigerweise entfernt ist und die Widerstände R1 bis R3 weggelassen sind. Um den Umfang der Plattform 24 erstreckt sich eine Abdichtnut 42 ähnlich der in Fig. 2 dargestellten Nut 30. Jede Schalterstation ist mit Verstärkungsrippen 18g, 20g, 22g versehen.
Mit besonderer Bezugnahme auf die Fig. 8 bis 10 wird nun eine der Schalterstationen beschrieben. Eine elektrisch leitende Niete 44 wird in der Bohrung 18c aufgenommen; sie weist ein Ende 46 auf, das längs der Längsachse der Niete in einem ausgewähltem Abstand von einer auf der Oberfläche (gemäß Fig. 8) eines ringförmigen Leiters 18a liegenden Ebene angeordnet ist und als Mittelkontakt für den Schalter dient. Sie kann mit Hilfe einer Schulter 48 befestigt werden, die an der Rückwand anstößt, die an die Bohrung 18c angrenzt. Das andere Ende 50 der Niete 44 ist mit einem Kopf versehen, damit ein Federkontakt 52 erfaßt wird, der aus einem elektrisch gut leitenden Material mit guten Federeigenschaften, wie Berillium, Kupfer, hergestellt ist. Der Kontakt 52 ist allgemein U-förmig, wobei die Verbindungsbiegung von der Niete 44 erfaßt wird und die zwei freien Enden zu einer zwei Schenkel über das Gehäuse 12 hinausragen, damit eine elektrische Verbindung mit einer an Masse liegenden Metallplatte 33 (Fig. 3) hergestellt wird, die am Gehäuse 12 befestigt ist. Die Nieten der mehreren Schalter können, falls dies erwünscht ist, als Alternative auch mit einer an Masse liegenden gemeinsamen Verbindungsleitung angeschlossen sein. Außerdem könnte der Mittelkontakt zusammen mit den anderen Leiterbahnen 25 in das Gehäuse 12 eingeformt sein, falls dies erwünscht ist.
Eine allgemein kreisförmige Membran 54 aus elektrisch leitendem Metall mit guten Federeigenschaften wie Edelstahl ist mit einem Durchmesser hergestellt, der geringfügig kleiner als der Innendurchmesser der Wand 18f ist, so daß sie darin aufgenommen werden kann. Der Mittelbereich 56 der Membran 54 ist über seine Elastizitätgrenze hinaus verformt, wobei die Mitte der Membran um einen Wert "d" gemäß Fig. 10 so versetzt ist, daß er eine leichte schalenförmige Gestalt aufweist, wobei um seinen Umfang ein flacher ringförmiger Randabschnitt zurückbleibt. Die Membran 54 ist innerhalb der zylindrischen Wand 18f so angebracht, daß der Randabschnitt 58 auf einem ringförmigen Leiter 18a aufliegt, wobei die konvexe Oberflächenform der schalenförmigen Membran von der Niete 44 weggerichtet ist. Auf der Oberseite des Randbereichs ist ein O- Ring 63 angebracht, dessen Außendurchmesser etwa gleich dem Innendurchmesser der Wand 18f ist und dessen Innendurchmesser geringfügig größer als der Innendurchmesser des Randbereiches 58 zur Minimierung der Wirkungen des O- Ring-Drucks auf die Membran 54 ist; die Hülse 64 aus Messing oder einem anderen geeigneten Material ist teleskopartig verschiebbar von der zylindrischen Wand 18f aufgenommen und weist Innen- und Außendurchmesser ähnlich dienende O-Ring 63 auf, so daß sie eine Abdichtkraft auf dem O-Ring ausüben kann, damit verhindert wird, daß mehr als eine angegebene Fluidmenge, die in der Hülse 64 aufgenommen ist, über die Membran 54 hinausgelangt. In dieser besonderen Anwendung ist eine gewisse Ausströmmenge erwünscht, damit das System kontinuierlich von Luft gereinigt wird. Zu diesem Zweck sind die Hülsen 64 bei 64. 1 an ihrem Außenende gekerbt oder entlüftet, damit dieser gesteuerter Ausfluß in der Größenordnung von 100 gr des Arbeitfluids pro Minute ermöglicht wird. Die Stirnfläche 66 der Hülse 64, die mit dem O-Ring in Kontakt steht, ist vorzugsweise nach außen abgeschrägt, so daß die auf den O- Ring übertragene Kraft radial nach außen gegen die Wand 18f und auch gegen den O-Ring sowie den Randbereich gerichtet ist, damit die Abdichtwirkung optimiert und die Druckwirkungen auf die Eichung der Membran 54 entsprechend den obigen Ausführungen minimiert wird. Wie in Fig. 8 angegeben ist, ragt die Hülse geringfügig über die Wand 16 hinaus. Wenn die Solenoidbaueinheit am Gehäuse 12 befestigt wird, wie in Fig. 3 gezeigt ist, wird auf die Hülse eine Kraft ausgeübt, die sie fest gegen den O-Ring vorspannt. Bei am Gehäuse befestigter Solenoidbaueinheit wird die Hülse 64 der Schaltstation 18 mit der Druckquelle in Verbindung gebracht, die zum Betätigen der Getriebesolenoidventile benutzt wird. Die Schaltstationen 20 und 22 sind in ähnlicher Weise mit den anderen Getriebesolenoidventilen gekoppelt.
Die Ausgestaltung der Membran 54 mit einer schalenförmigen Gestalt ergibt einen nichtlinearen Verlauf des Drucks oder der Kraft bezüglich der Mittenverschiebung der Membran. Solche nichtlineare Beziehungen entstehen beispielsweise bei der Bildung einer Schnappscheibe. Solche Scheiben zeigen eine Druck/Verschiebungs-Kurve, die dadurch gekennzeichnet ist, däß bei relativ kleiner Verschiebung mit einem Druckanstieg von Null aus bis zu einem kritischen Druckwert ein relativ steifes Verhalten vorliegt, wobei die Mitte der Scheibe dann, ohne daß ein zusätzlicher Druck ausgeübt wird, schnell durch eine Ebene geht, in der der Außenumfang der Scheibe liegt. Es sei hier auf die in Fig. 11 mit "Schnappscheibe" bezeichnete Kurve verwiesen, in der die Schnappwirkung durch die negative Flanke bei zunehmender Auslenkung angegeben ist. Es ist zu erkennen, daß für das Zurückschnappen der Scheibe in ihre ursprüngliche Gestalt ein niedrigerer Druckwert erreicht werden muß als der, bei dem die Scheibe ursprünglich umschnappte. Die Differenz zwischen demBetätigungsdruck (Bewegung in eine Richtung) und dem Deaktivierungsdruck (Bewegung in der anderen Richtung) ist als Differenz oder Hysterese bekannt und in Fig. 11 angegeben, wobei die Differenz der Membran 54 relativ schmal im Vergleich zu der der Schnappscheibe ist. Die Schnappwirkung beinhaltet den Aufbau von Spannungen, bis diese schnelle Energiefreigabe geschieht, und diese Spannungen führen zu einer Begrenzung der Lebensdauer der Scheibe, die solche Scheiben für Anwendungen ungeeignet macht, die eine minimale Lebenserwartung in Mio. Zyklen erfordern.
Es hat sich gezeigt, daß dann, wenn die Scheibe mit einem geringeren Ausbau geformt wird, der negative Teil der Flanke minimiert oder sogar eleminiert werden kann, wobei damit gleichzeitig eine Reduzierung der Spannungen verbunden ist, so daß die Lebenserwartung der Scheibe stark erhöht wird. Wie in Fig. 11 angegeben ist, ist bei der mit 54a und 54b bezeichneten Kurve die Membran relativ steif mit einem positiven Druckkoeffizienten bei zunehmender Auslenkung bis zu einem engen Sollpunkte oder Einstellbereich zwischen d&sub1; und d&sub2; und darüberhinaus, wo sich die wirksame Federkonstant in der Membran ändert, wobei die Membran relativ nachgiebig wird und dadurch gekennzeichnet ist, daß der Mittelpunkt der Membran eine beträchtliche Wegverschiebung bei einem nur kleinen Druckanstieg erfährt, jedoch ohne eine negative Flanke. Dies bedeutet, daß stets eine positive Kraft oder ein positiver Druck erforderlich ist, um die Mitte der Membran in Richtung der Pfeile zu bewegen, die an der Kurve 54a angegeben sind. Wie durch die Kurve 54b angegeben ist, gibt es nur eine kleine Hysterese bei geringfügig niedrigerem Druck in Bezug auf die Auslenkung bei einer Bewegung der Membranmitte in der entgegengesetzten Richtung.
Eine der Vorteile der Verwendung einer solchen Membran besteht darin, daß die Plazierung der Kontaktfläche 46 im Hinblick auf die Erzielung eines reproduzierbaren Betriebs wesentlich weniger kritisch ist. Die Anbringung des Kontakts 46 am Punkt "a" an der Abstisse würde beispielsweise dem Schließen des Kontakts (Berührung des Punkts 46 durch die Mitte 60 der Membran 54) beim Druck Pa entsprechen, jedoch würde bei einem Verschieben der Kontaktfläche beispielsweise aufgrund von Dimensionstoleranzen der Teile und beim Zusammenbau oder auch durch eine Abnützung zum Punkt "b" das Schließen des Kontakts beim Druck Pb erfolgen, der nahezu der gleiche Druck ist, wie in Fig. 11 zu erkennen ist. Wenn im Gegensatz dazu eine herkömmliche lineare Feder benutzt würde, die durch die mit "lineare Feder" gekennzeichnete Linie angegeben ist, würde die Verschiebung der Kontaktfläche von "a" beim Druck Po zu "b" zum Schließen des Kontakts beim Druck Pr führen, der beträchtlich höher als der Druck am Punkt "a" ist, was in vielen Anwendungsfällen ein Eichproblem verursachen würde. Wegen der minimalen Druckänderung im Sollpunktbereich ist es in vielen Anwendungsfallen nicht notwendig, einen gemäß der Erfindung hergestellten Schalter zu eichen, außer der richtigen Anbringung des stationären Kontakts.
Bei der Herstellung einer Schaltvorrichtung nach der Erfindung sollte die Kontaktfläche 46 auf der Längsachse der Niete 44 angeordnet werden, die die Mitte 60 der Scheibe 54 innerhalb von (d&sub2; - d&sub1;/2) einer Ebene schneiden, auf der der Ansatzabschnitt 58 liegt, damit vorteilhaft ausgenutzt wird, daß minimale Änderungen der Anbringung der Kontaktfläche, thermische Effekte oder auch eine Abnutzung der Kontaktfläche nur minimale Auswirkungen auf die Betätigungsdruckwerte haben. Die Fläche 62 der (gemäß Fig. 8) unterhalb der Membran liegenden Wand ist geringfügig nach unten in eine Richtung gegen die Niete 44 geformt, damit die Kontaktfläche 46 unterhalb der Ebene angeordnet werden kann, in der der Ansatzabschnitt 58 liegt, falls dies erwünscht ist, wahrend immer noch ein überschüssiger überbewegter Membran verhindert wird. Um eine maximale Kontaktschließwirkung bei einer Kontaktabnutzung zu erzielen, sollte der Kontakt ursprünglich auf der d&sub1;-Seite des Bereichs liegen.
Membranen für eine Schaltanordnung gemäß der Erfindung wurden aus Edelstahlblech mit einer Dicke von 0,1 mm (0,0040 inch) mit einem Außendurchmesser für den Ansatzabschnitt 58 von 12,5 mm (0,500 inch) und einem Durchmesser von 8,9 mm (0,350 inch) für den Mittelabschnitt hergestellt. Die Membran wurde so geformt, daß die Verschiebung "d" des Mittelabschnitts 60 den Wert 0,2 mm (0, 08 inch) hatte. Dies ergab eine Auslenkung von d&sub2; - d&sub1; von 0,1 mm (0,004 inch), der einem Druck von 12.4 x 104 bzw. 15.9 x 104 Pa (18 bzw. 23 psig) entsprach.
Unterschiedliche Solldruckwerte (die d&sub1; und d&sub2; entsprechenden Druckwerte) können durch Verwendung einer unterschiedlichen Dicke für die Membran 54, einer unterschiedlichen Wärmebehandlung, durch die Verwendung eines unterschiedlichen Materials oder durch Modifizierung der Form der zum Formen des Mittelabschnitts benutzten Stanzwerkzeugssatzes erhalten werden.
Um sicherzustellen, daß das Zusammendrücken des O-Rings die Eichung der Membran nicht beeinflußt, kann ein (nicht dargestellter) Anschlag in der Seitenwand 18f vorgesehen werden, der die Abwärtsbewegung der Hülse 64 und gleichzeitig damit das Zusammendrücken des O-Rings begrenzt.
Da eine gewisses Ausströmen des Fluids zulässig ist, kann als Alternative die Hülse in zwei Segmenten 64a und 64b vorgesehen werden, wobei der O-Ring 63 dazwischen eingefügt ist, wie in Fig. 8b zu erkennen ist. Das Hülsensegment 64b vermeidet das Übertragen seitlicher Kräfte auf die Membran, während der O- Ring 63 das Segment 64a elektrisch von der Membran isoliert.
Fig. 12 zeigt eine Ausführungsform ähnlich der nach den Fig. 2 bis 10, jedoch mit einer Membran 62, in der die gesamte Fläche der Hauptfläche gewölbt ist, d.h. daß sie keinen flachen Ansatzbereich entsprechend dem Ansatzbereich 58 der Membran 54 aufweist. Die Membran 62 hat jedoch die gleiche Druck/Auslenkungs-Kurve wie die Membran 54 von Fig. 11. Die Membran 62 ist auf einem vertieften Ringsitz 64 angeordnet, der in einem elektrisch leitenden Ring 66 gebildet ist. Ein erster Anschluß 68 erstreckt sich bis unterhalb einer elektrisch leitenden Wand 70, damit eine geeignete Schaltung angeschlossen werden kann. Eine elektrisch leitenden Niete 72 ist in einer Bohrung 74 in der Wand 70 in Ausrichtung auf die Mitte des ringförmigen Sitzes 64 angeordnet. Die Niete 72 weist einen Kopf 76 auf, der an der Fläche 78 anliegt, damit der Kontaktflächenvorsprung 80 richtig in einem ausgewahlten Abstand längs der Längsachse der Niete von einer Ebene zu liegen kommt, in der der Außenumfang der Membran liegt. Die Niete ist bei 82 angestaucht, was als zweiter Anschluß zur Vervollständigung eines Stromkreises mit dem Anschluß 68 dient. Über der Memran wird eine flexible Folie 84 aufgenommen, damit die Membran auf ihrem vertieften Sitz gehalten wird und damit Druck auf die Membran übertragen wird.
In Fig. 13 ist eine Ausführungsform dargestellt, in der eine Membran verwendet wird, die ebenso wie die Membranen 54 und 62 geformt ist, jedoch führt in dieser Ausführung die Membran keinen elektrischen Strom, sondern überträgt nur ihre Bewegung über einen Bewegungsübertragsstift 88 auf einen beweglichen Kontaktarm 90. Der bewegliche Kontaktarm 90 ist an einem Ende freitragend befestigt und steht elektrisch mit Anschlußmitteln 92 in Verbindung, wobei ein bewegliches Kontaktstück 94, das an seinem freien Ende angebracht ist, das in und außer Eingriff mit einem orstfesten Kontaktstück 96 bewegt werden kann, das elektrisch mit Anschlußmittel 98 verbunden ist. Wenn der Druck der Quelle 86 genügend stark zunimmt, um die Mitte der Membran 62 zu bewegen, wird diese Bewegung nach der Berührung des Stifts 88 auf den beweglichen Arm 90 übertragen, der das bewegliche Kontaktstück 94 veranlaßt, sich außer Eingriff mit dem stationären Kontakt 96 zu bewegen.
Zwar sind Membranen bevorzugt, die so geformt sind, daß kein negativer Druckkoeffizient mit einer zunehmenden Auslenkung zwischen den Sollwerten vorhanden ist, da dies zur Größenverbesserung der Langlebigkeit führt, kann bei gewissen Anwendungsfallen auch eine mit einem kleinen negativen Koeffizienten gebildete Membran benutzt werden, wenn die Hysterese genügend schmal ist, damit Spannungen, denen die Membran ausgesetzt ist, auf ein Minimum verringert werden. Beispielsweise hat sich gezeigt, daß Membranen, dieeine Hysterese von 20% des Betätigungsdrucks oder weniger, vorzugsweise 5% oder weniger aufweisen, 25 Mio. Zyklen überschreiten können. Somit kann eine Membran, die bei einem Druck von etwa 13,8 x 10&sup4; Pa (20 psi) mit einer Hysterese von 2,76 x 10&sup4; Pa (4 psi) und vorzugsweise 6,9 x 10³ Pa (1 psi) arbeiten kann, eine angemessene Lebensdauer für viele Anwendungsfälle ergibt, auch wenn eine kleine negative Flanke der Auslenkungskurve vorhanden ist.
Es ist zu erkennen, daß zahlreiche Abwandlungen der beschriehenen Ausführungsformen innerhalb des Rahmens der beanspruchten Erfindung möglich sind. Beispielsweise können Membranen, die gemäß der Erfindung hergestellt sind, dazu benutzt werden, eine Kraft oder auch einen Druck zu erfassen, und sie können zum Erfassen von Temperaturänderungen aus Bimetall hergestellt sein, wenn dies erwünscht ist.

Claims

1. Auf Druck ansprechende Metallmembran mit einem gewölbten Abschnitt, der abhängig von einem angelegten Druck umbiegbar ist und der eine Druck/Umbiegekurve mit Anfangs- und Endanstiegsabschnitten aufweist, die eine relativ große positive Druckzunahme pro Einheitsumlenkung zeigen und die durch einen Zwischenabschnitt getrennt sind, der die Anfangs- und Endabschnitte der Kurve miteinander verbindet und sich zwischen einem ersten Solldruckwert an der Verbindungsstelle des Anfangsabschnitts und des Zwischenabschnitts und einem zweiten Solldruckwert an der Verbindungsstelle des Zwischenabschnitts und des Endabschnitts erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß der gewölbte Abschnitt der Membran mit begrenzter Wölbung gebildet ist, so daß der Druckanstieg pro Einheitumlenkung, der im Zwischenkurvenabschnitt erforderlich ist, positiv bleibt, jedoch wesentlich kleiner als der der Anfangs- und End- Kurvenabschnitte ist.

2. Auf Druck ansprechende Metallmembran nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, daß eine relativ schmale Differenz zwischen dem ersten Solldruckwert und dem zweiten Solldruckwert vorliegt.

3. Auf Druck ansprechende Metallmembran nach Anspruch 2, bei welcher die Differenz mit zunehmendem Druck gleich oder kleiner als 20 % des Solldruckwerts ist.

4. Auf Druck ansprechende Metallmembran nach Anspruch 3, bei welcher die Differenz mit zunehmendem Druck gleich oder kleiner als 5 % des Solldruckwerts ist.

5. Auf Druck ansprechende Metallmembran nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Membran aus Edelstahl mit einer Dicke von 0,1 mm besteht, daß der gewölbte Abschnitt einen Durchmesser von 8,9 mm hat und in seiner Mitte um 0,2 mm über die Ebene des Umfangs des gewölbten Abschnitts angehoben ist und daß außerhalb des Umfangs des gewölbten Abschnitts die Membran einen Ansatzabschnitt in der Ebene des Umfangs aufweist.

6. Auf Druck ansprechende Vorrichtung mit einer Membran nach einem der vorhergehenden Ansprüche, einem Basisteil mit einem Sitz zur Aufnahme der Membran, einem Mittel zum Verbinden der Fläche der Membran, die konvex ist, wenn keine Druckdifferenz an der Membran vorhanden ist, mit einer Fluiddruckquelle und einem elektrischen Schalter, der an dem Basisteil befestigt ist und mit der Membran gekoppelt ist, so daß er als Reaktion auf eine Bewegung der Membran in Abhängigkeit von Änderungen des Drucks des Fluids betätigt wird.

7. Schaltervorrichtung mit einem elektrisch isolierenden geformten Basisteil, einem elektrisch leitenden Leitermuster, das in dem Basisteil geformt ist, wobei das Basisteil an ausgewählten Stellen zum Freilegen von Abschnitten des Leitermusters ausgeschnitten ist und mit mehreren Stiftverbindern ausgebildet ist, die mit dem Leitermuster verbunden sind, mehreren in dem Basisteil gebildeten Schalterstationen und mehrere kreisförmige Metallmembranen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, die den Schalterstationen zugeordnet sind, wobei jede Schalterstation ein allgemein zylindrisches Wandteil aufweist, das von dem Basisteil zur Bildung einer Schalterkammer ausgeht, wobei ein Abschnitt des Leitermusters ein elektrisches Kontaktstück bildet, das innerhalb des zylindrischen Wandteils angeordnet ist und zur Schalterkammer hin freiliegt, wobei die kreisförmige Metallmembran in der Schalterkammer in elektrischem Eingriff mit dem elektrischen Kontaktstück angebracht ist, wobei Mittel vorgesehen sind, um die Schalterkammer mit einer Druckschalterquelle zu verbinden, wobei ein Mittenkontakt in dem Basisteil innerhalb des zylindrischen Wandteils allgemein in dessen Mitte unterhalb der Membran angebracht ist, wobei Mittel vorgesehen sind, um den Mittenkontakt gegenüber der Druckquelle abzudichten und wobei ein Strombegrenzungswiderstand vorgesehen ist, der in Serie zu dem elektrischen Kontaktstück angeschlossen ist, so daß bei Betätigung des Schalters ein Spannungssignal erzeugt werden kann.

8. Schaltervorrichtung nach Anspruch 7, in welcher der Mittenkontakt eine Niete umfaßt, die von einer Bohrung im Basisteil aufgenommen ist, die sich von einer Schalterkammer zu der gegenüberliegenden Seite erstreckt, wobei an der Niete an der gegenüberliegenden Seite des Basisteils ein Federkontaktteil befestigt ist und über der gegenüberliegenden Seite des Basisteils in Eingriff mit dem Federkontaktteil ein elektrisch leitendes Plattenteil aufgenommen ist.

9. Kraftfahrzeug-Getriebesteuersystem, in welchem eine Hydraulikdruckquelle in der Größenordnung von 113,8 x 10&sup4; Pn (165 psi) mit mehreren Reibungselementen eines Getriebes durch den Ausgang solenoidbetätigter Ventile gekoppelt ist, und bei welchem die Betätigung eines Ventils von einem Druckschalter festgestellt wird, der mit dem Ausgang des Venti1s gekoppelt ist, wobei jeder Druckschalter als ein auf Druck ansprechendes Element eine metallische Membran gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 aufweist.