DE3819459A1 - Druckgesteuerte elektrische schalteinheit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine druckgesteuerte elektrische Schalteinheit mit einem in einem Gehäuse angeordneten, durch einen fluidischen Druck bewegbaren, mechanischen Auslöseglied, das auf ein elektrisches Betätigungsglied eines elektrischen Schalters einwirkt.

Derartige druckgesteuerte Schalteinheiten, auch PE-Wand­ ler oder PE-Schalter genannt, sind in verschiedenen Ausführungen im Handel erhältlich und dienen generell dazu, ein Drucksignal in ein elektrisches Signal zu wandeln. Der Nachteil der bekannten Schalteinheiten besteht vor allem darin, daß sie großvolumig, aufwendig im Aufbau und teuer sind, so daß beispielsweise ein direktes Einsetzen in Schaltkarten oder Leiterplatten neben elektronischen Bauelementen kaum möglich ist. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Festlegung und Einstellung des Auslösedrucks nicht mit ausreichender Genauigkeit möglich ist.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine druckgesteuerte elektrische Schalteinheit der eingangs genannten Gattung zu schaffen, die bei einfachem, kleinvolumigem und kostengünstigem Aufbau eine sehr exakte Festlegung des Auslösedruckes gestattet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das mechanische Auslöseglied als fluidischer, über ein mechanisches Zwischenglied auf das elektrische Betäti­ gungsglied einwirkender Kolben ausgebildet ist, auf den eine Rückstellfeder einwirkt.

Eine derartige Schalteinheit kann sehr kompakt und robust ausgebildet werden, wobei durch die Dimensionierung des Kolbens und der Rückstellfeder ein sehr exakter Druckauslösewert eingestellt werden kann. Durch die Formgestaltung des Zwischenglieds ist ein weiterer Einfluß auf diesen Auslösewert in einfacher Weise möglich. Durch die Verwendung eines solchen Zwischenglieds ist es auch möglich, eine Anpassung an handelsübliche Schalter vorzunehmen, die als Massenprodukte kostengünstig erhält­ lich sind. Ein derartiger Schalter, vorzugsweise ein Tastaturschalter, braucht dann lediglich in eine ent­ sprechende Ausnehmung des Gehäuses eingesetzt zu werden, wobei seine nach außen weisenden Anschlüsse gleichzeitig die Anschlüsse der Schalteinheit bilden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Schalteinheit möglich.

Der Kolben dieser Schalteinheit kann in vorteilhafter Weise auch als doppelt wirkender, von beiden Seiten mit Drücken beaufschlagbarer Kolben ausgebildet sein. Die Auslösung des elektrischen Schalters erfolgt in diesem Falle bei einem bestimmten Differenzdruck. Für bestimmte Anwendungen kann es sich auch als vorteilhaft erweisen, den Kolben stufenförmig auszubilden und die beiden gegenüberliegenden Druckangriffsflächen unterschied­ lich groß zu machen. Hierdurch kann der Auslösewert zusätzlich beeinflußt werden.

Eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung besteht darin, daß das mechanische Zwischenglied als federnd am Kolben und am elektrischen Betätigungsglied anliegende Flach­ feder, insbesondere Blattfeder, ausgebildet ist. Die Übertragung der Kolbenkraft auf den Kolben und die Rück­ stellfunktion des Kolbens werden dabei von einem einzi­ gen, einfachen Bauelement realisiert. Bei einer Ausbildung, bei der der Kolben im wesentlichen senkrecht zur Betäti­ gungsrichtung des elektrischen Betätigungsglieds bewegbar ist und die winkelig abgebogene Flachfeder mit einem Schenkel am Betätigungsglied und mit dem anderen Schenkel an einer Schrägfläche des Kolbens anliegt, ist ein sehr kompakter Aufbau und eine exakte Auslösung des elektri­ schen Schalters möglich. Diese Schrägfläche ist zweck­ mäßigerweise zwischen den Druckangriffsflächen des Kolbens im Bereich seiner Abstufung angeordnet.

Zur Erzielung einer exakten Auslösung trägt auch ein an dem am Kolben anliegenden Schenkel der Flachfeder vorgesehener Auslösebereich bei, der zum anderen Schenkel im Bereich des elektrischen Betätigungsglieds hin ab­ steht. Bei einer Bewegung des Kolbens wird dieser Auslöse­ bereich zum elektrischen Betätigungsglied hin ausgelenkt und löst dieses aus.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht in der Ausbildung des mechanischen Zwischenglieds als schwenk­ barer Hebel. Hierdurch kann insbesondere bei sehr geringen Drücken noch eine ausreichende Auslösekraft auf den Schalter erzeugt werden, der beispielsweise bei einem Tastaturschalter ohnehin schon gering ist. Auch die mögliche Verkleinerung des Hebelwegs kann vorteilhaft dazu verwendet werden, einen sehr exakten Auslösewert zu erreichen.

Eine einfache Konstruktion ergibt sich dadurch, daß der Hebel an einem Ende schwenkbar gelagert ist, im Bereich des gegenüberliegenden Endes einen Angriffspunkt für den Kolben aufweist und mit einer Stelle dazwischen am elektrischen Betätigungsglied anliegt.

Die Rückstellfeder ist bei dieser Konstruktion zweck­ mäßigerweise als einstellbare Schraubenfeder ausgebildet, durch die der Auslösewert einfach und exakt eingestellt werden kann, z.B. eine auf die Schraubenfeder einwirkende Einstellschraube.

Bei von außen her in eine Gehäuseausnehmung einschieb­ barem Schalter bilden dessen nach außen weisende An­ schlüsse direkt die elektrischen Anschlüsse der gesamten Schalteinheit. Sind diese beispielsweise als Lötanschlüsse ausgebildet, so kann die Schalteinheit direkt über diese an einer Leiterplatte befestigt werden. Im Falle von Steckanschlüssen kann die Schalteinheit in entsprechende Gegenkontakte eingesteckt werden.

Als Gehäuse ist zweckmäßigerweise das Gehäuse einer Magnetspule für ein fluidisches Magnetventil vorgesehen, wobei die elektrischen Anschlüsse des Schalters positions­ mäßig an die Stelle der elektrischen Magnetspulenanschlüsse treten. Dieses Gehäuse ist dichtend mit einem Gehäuse für ein Ventilteil versehen und trägt entsprechend ange­ ordnete fluidische Anschlüsse, die intern mit dem Kolben in Wirkverbindung stehen. Eine derartige Anordnung kann in vorteilhafter Weise zusammen mit Magnetventilen eine einheitliche Blockanordnung bilden und in dieselbe Halte- oder Anschlußvorrichtung eingesteckt werden.

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

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel mit einem als Hebel ausgebildeten Zwischenglied und

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel mit einem als Flachfeder ausgebildeten Zwischenglied.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbei­ spiel weist ein Gehäuse 10 eine nach außen offene Aus­ nehmung zur Aufnahme eines als Tastaturschalter ausge­ bildeten elektrischen Schalters 11 auf. Die Fixierung des Schalters 11 im Gehäuse 10 kann durch Schrauben, Verrasten, Verklemmen, Kleben od.dgl. erfolgen. Zwei Lötanschlüsse 12 des Schalters 11 ragen aus dem Gehäuse heraus, so daß die gesamte Schalteinheit in eine Leiter­ platte od.dgl. eingesetzt und verlötet werden kann. Selbstverständlich kann die Schalteinheit auch steckbar ausgebildet sein, wobei dann anstelle von Lötanschlüssen Steckkontakte treten. In der dargestellten Position der Schnittdarstellung der Schalteinheit verläuft ober­ halb des ins Gehäuse 10 eingesetzten Schalters 11 ein horizontaler Hohlraum 13, in dem ein als Hebel 14 ausge­ bildetes Zwischenglied an seinem linken Ende in der linken Seitenwandung des Gehäuses 10 links oberhalb des Schalters 11 schwenkbar gelagert ist. Dieser Hebel 14 übergreift ein elektrisches Betätigungsglied 15 des Schalters 11. Das rechte, freie Ende des Hebels 14 weist abgewinkelt nach oben in einen vertikal verlaufenden Zylinderraum 16 hinein und liegt dort an einem vertikal verschiebbaren Kolben 17 an. Der Zylinderraum 16 ist oberhalb des Kolbens 17 mit einem fluidischen Anschluß 18 verbunden, der als Innengewinde ausgebildet ist, und in den ein Schraubanschluß einer nicht dargestellten fluidischen Leitung eingeschraubt werden kann, um den Kolben 17 von oben her mit einem fluidischen Druck zu beaufschlagen.

Im Bereich des rechten, freien Endes des Hebels 14 vor dessen Abwinkelung ist eine Einstellschraube 19 in einer entsprechenden Gewindebohrung 20 des Gehäuses 10 durch Schraubbewegungen verstellbar angeordnet. Diese Einstell­ schraube 19 greift durch eine Ausnehmung 21 im Hebel 14 hindurch. Zwischen dem das Gewinde tragenden Schrauben­ kopf der Einstellschraube 19 und dem Hebel 14 ist eine Rückstellfeder 22 für den Kolben angeordnet. Wird der Anschluß 18 und damit der Kolben 17 mit einem fluidischen Druck beaufschlagt, so bewegt sich der Kolben 17 in Abhängigkeit des Drucks und der dagegen wirkenden Feder­ kraft der Rückstellfeder 22 nach unten und betätigt über das Betätigungsglied 15 den Schalter 11. Da die Federkraft der Rückstellfeder 22 durch die Einstellschraube 19 eingestellt werden kann, ist auch der Grenzdruckwert einstellbar, ab dem der Schalter 11 betätigt wird. Um eine große Variabilität von Grenzeinstelldrücken zu erzielen, kann die Rückstellfeder 22 durch andere Federn mit anderer Federkonstante ersetzt werden, so daß die Schalteinheit für einen großen Druckbereich einstellbar ist.

Die in einem Gehäuse 10 dargestellte Schalteinheit kann selbstverständlich auch in zwei Gehäusen untergebracht werden, das heißt, der Schalter 11 und die Lagerstelle des Hebels 14 befinden sich in dem einen Gehäuse, und das freie Ende des Hebels 14 greift in das andere Gehäuse ein, in dem der Kolben angeordnet ist.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten zweiten Ausführungs­ beispiel einer druckgesteuerten elektrischen Schalt­ einheit ist ein entsprechender Schalter 11 wiederum in einer passenden Ausnehmung eines Gehäuses 25 befestigt. Der Schalter 11 weist nunmehr anstelle von Lötanschlüssen Steckkontakte 26 auf, von denen in der Zeichnung nur einer erkennbar ist. In einer vertikal über dem Schalter 11 verlaufenden, zweistufigen Zylinderbohrung 27 ist ein zweistufiger Kolben 28 vertikal verschiebbar angeord­ net. Dieser Kolben 28 weist an seinem rechten Ende einen zylindrischen Bereich 29 mit kleinerem Durchmesser und an seinem rechten Ende einen zylindrischen Bereich 30 mit größerem Durchmesser auf. Die beiden zylindrischen Bereiche 29, 30 sind jeweils mit einer Kolbendichtung 31, 32 versehen, um den Kolben zu den abgestuften Zylinder­ bohrungen 27 hin abzudichten. Der mittlere Bereich der Zylinderbohrung 27 ist mit der Ausnehmung für den Schalter 11 über eine Öffnung 33 verbunden. Der Kolben weist im Bereich dieser Öffnung 33 eine Abrundung bzw. Ab­ schrägung 34 auf. Eine als Blattfeder ausgebildete Flach­ feder 35 ist V-förmig gebogen und liegt mit ihrem länge­ ren Schenkel am Betätigungsglied 15 des Schalters 11 an, wobei sich das freie Ende dieses Schenkels gegen einen den Schalter 11 überlappenden Gehäusebereich 36 abstützt. Der andere, kürzere Schenkel der Flachfeder 35 liegt an der Abrundung 34 an und ist an seinem freien Ende zum anderen Schenkel hin abgebogen bzw. abgewinkelt. Das abgewinkelte Ende 37 weist dabei ungefähr zur Mitte des Betätigungsglieds 15 hin. Die vertikale, einen Durch­ gang durch das Gehäuse 25 bildende Zylinderbohrung 27 ist an ihrem rechten Ende mit geringerem Querschnitt durch einen Deckel 38 abgedichtet. An der gegenüber­ liegenden Gehäusefläche ist ein weiteres Gehäuse 39 befestigt. Die erforderlichen Befestigungsschrauben für dieses Gehäuse 39 und den Deckel 38 sind dabei nicht näher dargestellt. Die an der linken Gehäusewandung des Gehäuses 25 endende Zylinderbohrung 27 setzt sich noch im Gehäuse 39 über eine kurze Strecke fort, wobei dann ein Anschlag für den Kolben 28 gebildet wird. Von dieser Fortsetzung 40 der Zylinderbohrung 27 im Gehäuse 39 aus erstreckt sich ein fluidischer Kanal 41 bis zu einem fluidischen Anschluß 42 an der linken Außenseite des Gehäuses 39. Entsprechend erstreckt sich ein fluidi­ scher Kanal 43 vom rechten Ende der Zylinderbohrung 27 mit geringerem Querschnitt durch beide Gehäuse 25, 39 bis zu einem fluidischen Anschluß 44 an der linken Außenseite des Gehäuses 39. Zwei Ringdichtungen 45, 46 umgeben jeweils an der Verbindungsstelle zwischen den Gehäusen 25 und 39 die Zylinderbohrung 27 und den Kanal 43.

Die als zweites Ausführungsbeispiel dargestellte Schalt­ einheit kann als einfacher oder als Differenzdruckschalter eingesetzt werden. Bei der Anwendung als Differenzdruck­ schalter werden die beiden fluidischen Anschlüsse 42, 44 und damit die beiden sich gegenüberstehenden End­ flächen des Kolbens 28 mit unterschiedlichen Drücken beaufschlagt. Für die Bewegung des Kolbens 28 ist dabei noch das Verhältnis der wirksamen Kolbenflächen maß­ geblich, das heißt, der Kolben ist nur dann im Gleich­ gewicht, wenn sich die Drücke umgekehrt proportional zu den wirksamen Flächen verhalten. Steigt der Druck am Anschluß 42 darüber hinaus an, so bewegt sich der Kolben 28 nach rechts und drückt dabei den kürzeren Schenkel der Flachfeder 35 mit dem abgewinkelten Ende 37 gegen den anderen Schenkel und damit gegen das Be­ tätigungsglied 15. Ab einer bestimmten Stellung des Kolbens 28 wird dann der Schalter 11 betätigt. Bei einer Druckentlastung drückt die Flachfeder 35 über die Ab­ rundung 34 den Kolben 28 wieder in die ursprüngliche Stellung zurück.

Selbstverständlich kann der Kolben 28 auch an beiden wirksamen Endflächen denselben Querschnitt aufweisen, wobei dann die Abrundung 34 in einer Ausnehmung dieses Kolbens gebildet wird.

Soll kein Differenzdruck gemessen werden, so bleibt der Anschluß 44 entweder offen oder wird mit einem ver­ änderbaren Justierdruck beaufschlagt, um den Auslösepunkt des Schalters 11 bzw. der Grenzschaltdrucke einzustellen. Dies kann selbstverständlich auch über eine einstellbare Feder gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erfolgen, die auf die rechte Stirnfläche des Kolbens 28 einwirkt.

Das Gehäuse 25 ist als Normgehäuse für eine Magnetspule ausgebildet, während das Gehäuse 39 als Normgehäuse für ein Ventilteil ausgebildet ist. Dadurch läßt sich die gesamte Schalteinheit beispielsweise in eine Steck­ einheit für Magnetventile oder Veränderung von elektri­ schen oder fluidischen Anschlüssen einsetzen. Die Steck­ kontakte 26 und die Anschlüsse 42, 44 müssen dabei selbst­ verständlich den Normanschlüssen eines Magnetventils entsprechen.

In einer einfacheren Ausführung kann der rechte, zylindri­ sche Bereich 29 und der entsprechende Bereich der Zylinder­ bohrung 27 auch entfallen.

Wird ein Schalter 11 ohne nach außen überstehendes Be­ tätigungsglied 15 verwendet, so kann der Hebel 14 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel oder das abgewinkelte Ende 37 auch mit einem in den Schalter 11 eingreifenden Verlängerung versehen sein.

Claims (14)

1. Druckgesteuerte elektrische Schalteinheit mit einem in einem Gehäuse angeordneten, durch einen fluidischen Druck bewegbaren, mechanischen Auslöseglied, das auf ein elektrisches Betätigungsglied eines elektrischen Schalters einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß das mechanische Auslösglied als fluidischer, über ein mecha­ nisches Zwischenglied (14, 35) auf das elektrische Be­ tätigungsglied (15) einwirkender Kolben (17, 28) ausge­ bildet ist, auf den eine Rückstellfeder einwirkt.

2. Schalteinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (28) als doppelt wirkender, von beiden Seiten mit Drücken beaufschlagbarer Kolben ausgebildet ist.

3. Schalteinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Kolben (28) stufenförmig ausgebildet ist und daß die beiden gegenüberliegenden Druckangriffs­ flächen unterschiedlich groß sind.

4. Schalteinheit nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das mechanische Zwischenglied (35) als federnd am Kolben (28) und am elektrischen Betätigungsglied (15) anliegende Flach­ feder, insbesondere Blattfeder, ausgebildet ist.

5. Schalteinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß der Kolben (28) im wesentlichen senkrecht zur Betätigungsrichtung des elektrischen Betätigungsglieds (15) bewegbar ist und daß die winkelig abgebogene Flach­ feder (35) mit einem Schenkel am Betätigungsglied (15) und mit dem anderen Schenkel an einer Schrägfläche (34) des Kolbens (28) anliegt.

6. Schalteinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Schrägfläche (34) zwischen den Druckangriffs­ flächen des Kolbens (28) im Bereich seiner Abstufung angeordnet ist.

7. Schalteinheit nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der am Kolben (28) anliegende Schenkel der Flachfeder (35) einen zum anderen Schenkel hin im Bereich des elektrischen Betätigungsglieds (15) abstehen­ den Auslösebereich (37) aufweist.

8. Schalteinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das mechanische Zwischenglied als schwenkbarer Hebel (14) ausgebildet ist.

9. Schalteinheit nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Hebel (14) an einem Ende schwenkbar gelagert ist, im Bereich des gegenüberliegenden Endes einen Angriffspunkt für den Kolben (17) aufweist und mit einer Stelle dazwischen am elektrischen Betätigungs­ glied (15) anliegt.

10. Schalteinheit nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellfeder (22) als einstell­ bare Schraubenfeder ausgebildet ist.

11. Schalteinheit nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Rückstellfeder (22) gegen die Kolben­ kraft im Bereich des Angriffspunkts des Kolbens (28) am Hebel (14) anliegt und mit einer Einstellschraube (19) zur Einstellung der Federkraft versehen ist.

12. Schalteinheit nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (11) in einer Gehäuseausnehmung von außen her einschiebbar angeordnet ist, wobei die elektrischen Anschlüsse (12, 26) nach außen weisen.

13. Schalteinheit nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (11) ein mit Lötanschlüssen (12) versehener Tastaturschalter ist.

14. Schalteinheit nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Gehäuse (25) das Gehäuse einer Magnetspule eines fluidischen Magnet­ ventils vorgesehen ist, wobei die elektrischen Anschlüsse (26) des Schalters (11) positionsmäßig an die Stelle der elektrischen Magnetspulenanschlüsse treten und daß ein dichtend mit diesem Gehäuse (25) verbundenes Gehäuse (39) für ein Ventilteil entsprechend angeordnete fluidi­ sche Anschlüsse (42, 44) trägt, die intern mit dem Kolben (28) in Wirkverbindung stehen.