DE3908321C2 - Differenzdruckschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Differenzdruckschalter mit einem Druckraum, in dem eine flexible Membran ausgespannt ist, die eine Hochdruckkammer von einer Niederdruckkammer trennt und die mittels Übertragungsgliedern eine Schalt­ vorrichtung steuert.

Derartige Differenzdruckschalter werden beispielsweise zur Steuerung von Motoren oder Gebläsen benutzt, wobei das Druckmittel eine Flüssigkeit oder ein Gas sein kann, und der Druck, dem die beiden Druckkammern ausgesetzt sind, kann um ein Vielfaches größer sein als der Differenzdruck, bei dem eine Schaltung erforderlich ist.

Die US 3 989 911 beschreibt einen Differenzdruckschalter mit einer Hochdruckkammer und einer Niederdruckkammer, die durch eine flexible Membran getrennt sind. Durch die Mem­ bran wird in Abhängigkeit von dem Differenzdruck eine in einem nicht-magnetischen Gehäuse verschiebbare Stange be­ wegt, die einen Magneten trägt, der magnetisch mit einem Steuerglied außerhalb des Gehäuses verbunden ist, um so eine Schaltung vorzunehmen.

Die US 4 503 301 beschreibt einen Differenzdruckschalter mit einem Gehäuse, das eine zylindrische Bohrung an einem Ende und eine Federgehäusebohrung am gegenüberliegenden Ende aufweist. Die an dem einen Ende angeordnete zylindri­ sche Bohrung ist in drei Kammern unterteilt, nämlich eine erste und zweite Druckkammer und eine dazwischenliegende unter atmosphärischem Druck stehende Kammer. Eine erste Membran ist in der zylindrischen Bohrung angeordnet, die eine bewegliche Begrenzung für die erste Druckkammer bildet und eine Axialverschiebung einer Welle in Abhängigkeit von dem Differenzdruck bewirkt. Innerhalb der zylindrischen Bohrung ist eine zweite Membran angeordnet, die eine be­ wegliche Begrenzung für die zweite Druckkammer bildet und ebenfalls an der Welle derart befestigt ist, daß die Be­ wegung der zweiten Membran infolge eines Differenzdrucks eine Axialverschiebung der Welle bewirkt. Der hier be­ schriebene Differenzdruckschalter ist zum Einbau in ein Bremssystem bestimmt, und es werden durch die verschiebbare Welle Kontaktelemente betätigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungs­ gemäßen Differenzdruckschalter zu schaffen, der in weiten Druckbereichen für zahlreiche Zwecke, für Flüssigkeit oder Gase, und zwar auch für giftige oder explosionsgefährdete Medien Anwendung finden kann und infolge geringer innerer Reibung eine feinfühlige Einstellung und reproduzierbar genaue Schaltung gewährleistet.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeich­ nungsteil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Der erfindungsgemäße Schalter arbeitet zuverlässig und bewirkt eine Schaltung bei einer voreingestellten Druckdifferenz, unabhängig von der absoluten Größe der Drücke, der die Hochdruckkammer bzw. der Niederdruckkammer ausgesetzt sind. Durch Einstellen der Bereichsfeder läßt sich die Druck­ differenz, bei der die Schaltung erfolgen soll, feinfühlig in weitem Bereich einstellen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung eines Aus­ führungsbeispiels.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht eines Differenzdruckschalters,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine Stirnansicht des Bereichsfedergehäuses (das in Fig. 4 im Schnitt dargestellt ist),

Fig. 4 eine schematische auseinandergezogene Längs­ schnittansicht des Differenzdruckschalters gemäß Fig. 1,

Fig. 5 eine perspektivische, teilweise aufgeschnittene Explosionsdarstellung der Hauptteile des Schalters,

Fig. 6 in größerem Maßstab eine Schnittansicht der Schaltmembran und der zugeordneten Teile, wobei sich die Membran und der Kolben in einer Stellung bei Normalbetrieb befinden, wobei die Druckdifferenz unter dem Arbeitspunkt liegt,

Fig. 7 eine der Fig. 6 entsprechende Schnittansicht, wobei Membran und Kolben in einer Stellung befindlich sind, die einem Überdruck auf der Hochdruckseite des Schalters entspricht,

Fig. 8 eine der Fig. 6 entsprechende Ansicht, die die Membran und den Kolben in einer Stellung bei umgekehrtem Druck zeigt, d. h. bei einem Überdruck auf der Niederdruck­ seite des Schalters,

Fig. 9 in größerem Maßstab einen Längsschnitt der Bereichsfeder und des Gehäuses sowie der Schrauben-Mutter- Einstellvorrichtung, wobei diese Figur die Bereichsfeder in Richtung mit absinkendem Arbeitspunkt überspannt zeigt,

Fig. 10 eine der Fig. 9 entsprechende Schnittansicht, die die Bereichsfeder überspannt in Richtung auf anstei­ genden Arbeitspunkt zeigt.

Der Differenzdruckschalter 10 besteht aus einem Gehäuse 12 und einem Differenzdrucksensor 13, der eine runde Hoch­ druckplatte 18, eine quadratische Niederdruckplatte 22 und eine runde Verankerungsplatte 26 aufweist, die den gleichen Durchmesser besitzt wie die Hochdruckplatte 18. Die Ver­ ankerungsplatte 26 ist mit einem Außengewinde 28 versehen, um in das Gehäuse 12 (Fig. 4) eingeschraubt zu werden.

Die Hochdruckplatte 18 ist an der Verankerungsplatte 26 durch mehrere Bolzen 30 (Fig. 4) befestigt, die durch Bol­ zenlöcher 33 der Platten 18, 22, 26 geführt sind, wobei die Bolzenlöcher der Verankerungsplatte 26 mit einem Innen­ gewinde versehen sind, so daß die Bolzen 30 die Platten 18 und 22 gegeneinander und gegen die Verankerungsplatte 26 verspannen.

Zwischen der Hochdruckplatte 18 und der Niederdruckplatte 22 ist eine flexible Membran 34 eingespannt, die vorgewellt ist und eine Ringwelle 36 bildet. Die Membran 34 (Fig. 4) wird von einer kreisförmigen Ausnehmung 40 der Hochdruck­ platte 18 aufgenommen und liegt über einem Hochdruckraum 42, der in der Hochdruckplatte 18 ausgebildet ist. Die Hochdruckplatte 18 weist eine in der Mittelachse verlau­ fende Bohrung 44 relativ kleinen Durchmessers mit nicht mehr als 0,343 mm auf, die den Hochdruckraum 42 mit einem Hochdruckanschluß 48 verbindet.

Die Niederdruckplatte 22 ist mit einer Ausnehmung 60 ver­ sehen, die eine Druckkammer 62 bildet, in der ein Kolben 64 verschiebbar ist. Der Kolben 64 weist einen Endflansch 66 auf, an dem der Mittelabschnitt 70 der Membran 34 anliegt, welcher innerhalb der Ringwelle 36 befindlich ist. Der Kolben 64 weist eine Kolbenstange 72 auf, die am Ende 74 des Kolbens 64 einen ringförmigen Federteller 76 trägt, der durch eine Schraube 78 festgelegt ist (vgl. Fig. 4 und 6 bis 10).

Am Federteller 76 ist ein Ende 80 einer Bereichsdruck­ schraubenfeder 82 abgestützt, deren anderes Ende 84 in Längsrichtung verschiebbar ist, um die Vorspannung ein­ stellen zu können, die durch den Kolben auf die Membran 34 ausgeübt wird, und um so den Arbeitspunkt des Schalters einstellen zu können.

Die Bereichsdruckschraubenfeder 82 ist in einem zylindri­ schen Gehäuse 86 untergebracht, welches eine Federkammer 88 definiert, in der die Bereichsdruckschraubenfeder 82 an­ geordnet ist. Die Federkammer 88 weist einen langgestreck­ ten Abschnitt 90 mit sechseckigem Querschnitt auf, der gleitbar eine sechseckige Mutter 92 aufnimmt. Die Mutter 92 ist auf den Schaft 94 einer Einstellschraube 96 aufge­ schraubt, die drehbar in einer Gehäusebohrung 98 gelagert ist, die zwischen der Federkammer 88 und dem Ende 100 des Gehäuses 86 verläuft. Das untere Ende 102 des Gehäuses 86 besitzt einen Flansch 104, der eine äußere Ringnut 106 (Fig. 4) aufweist, in die ein O-Dichtungsring 108 einge­ setzt ist. Die Niederdruckplatte 22 weist eine Ausdrehung 110 auf, um den Flansch 104 des Gehäuses 86 aufzunehmen, wie dies aus den Fig. 4, 9 und 10 ersichtlich ist.

Die Verankerungsplatte 26 ist mit einer Bohrung 111 ver­ sehen, die das Gehäuse 86 aufnimmt, um den Gehäuseflansch 104 in der Ausdrehung 110 der Niederdruckplatte 22 zu hal­ ten, wenn der Schalter zusammengebaut ist: Der O-Dichtungs­ ring 108 dichtet auch die Bohrung 111 ab, die so bemessen ist, daß ein dichter Paßsitz mit dem Gehäuseflansch 104 zustandekommt.

Die Einstellschraube 96 und die Mutter 92 bilden eine Ein­ stellvorrichtung 112, um die Federwirkung der Bereichs­ druckschraubenfeder 82 auf dem Kolben 64 einstellen zu können, der seinerseits den Arbeitspunkt des Schalters 10 bestimmt, wie im einzelnen weiter unten ausgeführt wird.

Auf einer ebenen Stirnfläche 114 der Verankerungsplatte 26 ist ein elektrischer Schnappschalter 116 mit einem Winkel­ hebel 118 (Fig. 1) gelagert, um den Schalter zu betätigen, und diese beiden Teile sind an einem Trägerrahmen 120 be­ festigt. Der Schnappschalter 116 kann als Mikroschalter ausgebildet sein. Der Trägerrahmen 120 ist an der Veranke­ rungsplatte 26 festgelegt, und der Winkelhebel 118 ist schwenkbar am Trägerrahmen 120 mittels eines Stiftes 124 gelagert, und er weist einen Schalterbetätigungsarm 126 und einen Bewegungsübertragungsarm 128 auf.

Die Betätigung des Winkelhebels 118 wird durch eine Schub­ stange 125 bewirkt, die hin- und hergehend in Bohrungen 127 bzw. 129 von Niederdruckplatte 22 bzw. Verankerungsplatte 26 gelagert ist. Die Schubstange 125 wird proportional zu der Bewegung des Mittelabschnitts 70 der Membran 34 und demgemäß des Kolbens 64 bewegt, wenn die Druckdifferenz auf den eingestellten Arbeitspunkt ansteigt, um dann den Schnappschalter 116 zu betätigen. Zu diesem Zweck lagert die Niederdruckplatte 22 eine Stellwelle 132, die zwei Radialarme 134 und 136 trägt, wobei der Radialarm 134 mit dem Kolben 64 gekoppelt ist, um sich mit diesem zu bewegen, während der Radialarm 136 am Ende 137 der Schubstange 125 angreift. Das andere Ende 139 der Schubstange 125 greift am Betätigungsarm 128 des Winkelhebels 118 (Fig. 1 und 5) an. Die Stellwelle 132 wird um einen begrenzten Winkelbetrag um ihre Achse 133 (Fig. 4) verschwenkt, die in der Ebene der Niederdruckplatte 22 liegt.

Der Kolben 64, die Stellwelle 132 und ihre Radialarme 134 und 136 sowie die Schubstange 125 und der Winkelarm 118 bilden ein mechanisches Gestänge 140 (Fig. 5), um die Be­ wegung des Mittelabschnitts 70 der Membran 34 bei einem Ansteigen des Differenzdruckes so zu bewegen, daß in der eingestellten Endstellung der Winkelhebel 118 den Schnapp­ schalter 116 am Arbeitspunkt schaltet.

Spezielle Beschreibung

Im folgenden wird im einzelnen auf die Anordnung von Hoch­ druckplatte 18 bzw. Niederdruckplatte 22 Bezug genommen. Die Hochdruckplatte 18 hat eine zylindrische Außenwand 150 und ebene Stirnwände 152 und 154. Der mit Innengewinde versehene Hochdruckanschluß 48 der Hochdruckplatte 18 er­ streckt sich von der Stirnwand 154 nach innen, während die Ausnehmung 40 für die Membran 34 in der Stirnwand 152 aus­ gebildet ist. Die Hochdruckplatte 18 weist in der Stirnwand 152 eine kreisförmige Vertiefung 156 mit einer Ringnut 158 auf, in die ein O-Dichtungsring 160 eingesetzt ist, der gegenüber der Unterseite der Membran 34 im zusammengebauten Zustand abdichtet (vgl. Fig. 6, 7 und 8).

Die Niederdruckplatte 22 hat ebene Seitenwände 164, 166, 168, 170 und ebene Stirnwände 172, 174. Die Hochdruckplatte 18 hat einen Durchmesser, der etwa der Länge einer Seiten­ wand der Niederdruckplatte 22 entspricht.

Die Niederdruckplatte 22 ist mit einem Gewindeanschluß 176 ausgestattet, in den eine Armatur 178 eingeschraubt ist, die an eine Leitung 180 (Fig. 4) angeschlossen ist, die nach einer Niederdruckquelle führt. Der Gewindeanschluß 176 steht mit der Druckkammer 62 über eine Bohrung 182 (Fig. 2) in Verbindung, über der die Stellwelle 132 verläuft, wie aus Fig. 2 und 4 ersichtlich ist, wobei der Radialarm 134 in der Druckkammer 62 liegt, der auch der Kolben 64 aus­ gesetzt ist. Die Federkammer 88 ist direkt mit der Druck­ kammer 62 dadurch verbunden, daß die Niederdruckplatte 22 eine Bohrung 190 (Fig. 6) besitzt, in der die Kolbenstange 72 gleitet.

Die Niederdruckplatte 22 ist mit einer Ausdrehung 186 ver­ sehen, die mit Paßsitz eine Kolbenanschlagplatte 188 auf­ nimmt, die eine koaxiale Bohrung 193 besitzt, die die Kol­ benstange 72 in ihrem unteren Abschnitt 192 führt. Die Kolbenstange weist ferner einen mittleren Abschnitt 196 und einen oberen Abschnitt 200 auf. Zwei Mitnehmerscheiben 194 und 198 sind zwischen den Abschnitten 196 und 192 bzw. zwi­ schen den Abschnitten 196 und 200 angeordnet. Die Schraube 78, die in den Endflansch 66 eingeschraubt ist, verspannt die einzelnen Teile gegeneinander. Ein Kugelkopf 204 des Radialarmes 134 liegt zwischen den Mitnehmerscheiben 194, 198, um die Stellwelle 132 mit dem Kolben 64 zu kuppeln. Der Federteller 76 stützt das untere Ende der Bereichs­ druckschraubenfeder 82 ab.

Der Flansch 66 des Kolbens 64 wirkt mit einem Endanschlag 247 der Kolbenanschlagplatte 188 zusammen. Der Federteller 76 bildet einen Anschlag in Gegenrichtung (Fig. 7). Die in Fig. 7 dargestellte Anschlagstellung ergibt sich beim Auf­ treten eines Überdrucks auf der Hochdruckseite, während sich die Anschlagstellung gemäß Fig. 8 dann ergibt, wenn ein Überdruck auf der Niederdruckseite vorhanden ist.

Die Kolbenanschlagplatte 188 definiert eine Stirnringfläche 206, die der Vertiefung 156 gegenüberliegt. Die Stirnring­ fläche 206 ist mit einer Ringnut 208 versehen, die einen O-Ring 210 aufnimmt, der gegenüber der Membran 34 um deren Ringwelle 36 herum abgedichtet ist und dem O-Ring 160 ge­ genüberliegt. Die Kolbenanschlagplatte 188 ist an ihrem Umfang 212 mit einer Ringnut 214 versehen, die einen O-Ring 215 aufnimmt.

Im folgenden wird im einzelnen die Einstellvorrichtung 112 beschrieben. Der Schaft 94 der Einstellschraube 96 (Fig. 4, 5, 9 und 10) ist mit einer abgeschrägten Ringnut 230 ver­ sehen, um eine O-Ringfeder 232 aufzunehmen, die außerdem strömungsmitteldicht in und um die Gehäusebohrung 98 an­ geordnet ist, in welcher die Einstellschraube 96 gelagert ist. Diese Teile stehen in dichter Paßverbindung, wobei die Einstellschraube 96 frei innerhalb der Gehäusebohrung 98 drehbar ist. Ein Sprengring 236 wird von einer Ringnut 238 der Einstellschraube 96 aufgenommen und sichert diese gegen Bewegung in Längsrichtung des Gehäuses 86, wobei jedoch eine freie Drehung der Einstellschraube 96 möglich ist. Die Einstellschraube 96 weist einen Ringflansch 240 auf, der an einer inneren Ringschulter 242 (Fig. 4) des Gehäuses 86 anliegt, um ein Herausdrücken der Schraube 96 aus dem Ge­ häuse 86 zu verhindern.

Im folgenden wird im einzelnen auf die Fig. 9 und 10 Bezug genommen. Der Gewindeabschnitt 243 des Schaftes 94 steht innerhalb des Gehäuses 86 nach dem Hochdruckraum 42 vor, wobei die Mutter 92 auf dem Gewindeabschnitt 243 läuft. Zwischen der Mutter 92 und dem Ringflansch 240 befindet sich ein O-Ring 244, welcher als Kompressionsfeder auf die Mutter 92 wirkt, wenn die Schraube 96 bei minimaler Feder­ vorspannung mit übergroßem Drehmoment angezogen wird und die Mutter 92 vom Gewinde des Gewindeabschnitts 243 ab­ fällt.

Die Einstellschraube 96 ist mit einem Einsatzschlitz 246 für einen Schraubendreher versehen, und der Gewindeab­ schnitt 243 ist ein Linksgewinde, so daß eine Uhrzeiger­ sinndrehung der Einstellschraube 96 die Federspannung er­ höht. Sollte die Einstellvorrichtung 112 bei maximaler Einstellung überspannt werden (an dieser Stelle hat die Mutter 92 das Gewinde am inneren Ende des Schaftes ver­ lassen), dann spannt die Bereichsdruckschraubenfeder 82 die Mutter 92 so vor, daß bei Drehung der Einstellschraube 96 im Gegenuhrzeigersinn zwecks Verminderung der Federspannung die Mutter 92 automatisch in den Gewindeabschnitt 243 ein­ greift.

Die Ringfeder 232 in der Bohrung 98 gewährleistet die Inte­ grität der zusammengesetzten Niederdruckkammer 245, die durch die Nebenkammern 62 und 88 definiert wird. Der Flansch 240 verhindert ein Ausblasen der Einstellschraube 96 aus dem Gehäuse 86, wenn ein hoher Druck in der zusam­ mengesetzten Niederdruckkammer 245 auftritt.

Das in Fig. 4 dargestellte Gehäuse 12 ist mit einer An­ schlußarmatur 256 versehen, die ein Innengewinde 260 trägt, in das eine Anschlußleitung einschraubbar ist. Das Gehäuse 12 ist mit einer Kappe 262 versehen, die auf das Gehäuse 12 aufgeschraubt ist. Durch Abnahme der Kappe 262 oder des Gehäuses 12 als ganzes wird die Einstellschraube 96 frei­ gegeben, so daß der Arbeitspunkt mit einem Schraubendreher eingestellt werden kann.

Wie in Fig. 4 dargestellt, liegen die Stellwellenarme 134 und 136 in einer gemeinsamen Ebene, die die Achse der Welle 132 einschließt und die senkrecht zur Achse 32 verläuft. Da die Stellwelle 132 auf diese Weise mit dem Kolben 64 ge­ kuppelt ist, ist es nicht notwendig, eine Feder zur Vor­ spannung der Stellwelle 132 vorzusehen, um den Arm 134 in Berührung mit dem Kolben 64 zu halten.

Die Bemessung der Stellwelle 132 und der hiermit verbun­ denen Arme gewährleistet eine relativ kleine Bewegung zwecks Betätigung des Schalters 10 auf den Arbeitspunkt hin, wobei die innere Reibung der Stellwelle 132 durch das Kugellager an den Enden der Arme auf einen minimalen Wert gebracht wird, und die relativ kleine Bewegung, die zur Betätigung des Schalters 10 erforderlich ist, gewährleistet eine ent­ sprechend kleine Bewegung der Dichtung durch den O-Dich­ tungsring 278 in der Bohrung 274, wodurch die Integrität des Niederdrucks in der zusammengesetzten Niederdruckkammer an dieser Stelle gewährleistet wird. Die Drücke, denen die Stellwelle 132 in der Niederdruckkammer 245 ausgesetzt ist, bewirken keine radiale Kraft auf die Stellwelle 132, da die Radialarme 134 und 136 gleiche radiale Länge besitzen, und dies vermindert wiederum die Reibung.

Die Membran 34 kann irgendeine flexible Membran sein, bei­ spielsweise eine aus Gewebe bestehende Membran, die mit einem Elastomer imprägniert ist, jedoch sollte die Membran 34 vorgewellt sein, d. h. wie in Fig. 4 gestaltet sein, um eine Ringwellung 36 zu bilden.

Der Kolben 64 ist so angeordnet, daß dann, wenn der Diffe­ renzdruck, dem der Schalter 10 ausgesetzt ist, unter dem Arbeitspunkt (Fig. 6) liegt, der Kolben 64 nicht weit genug nach der Hochdruckkammer gleiten kann, um die Membran 34 gegen den Hochdruckkanal 44 zu drücken. Dieser Abstand des Membranmittelabschnitts 70 von der Bohrung 44 für Normal­ betrieb ist wesentlich, da sonst die wirksame Fläche von Membran und Arbeitspunkt vergrößert würde.

Bei der Einstellvorrichtung 112, die gemäß der Erfindung benutzt wird, dreht sich die Einstellschraube, aber sie bewegt sich nicht in Längsrichtung, sondern die Mutter 92 wandert in Längsrichtung der Federkammer 88. Außerdem er­ möglicht die Bereichsfedereinstellung eine Überdrehung in beiden Richtungen ohne Beschädigung.

Gehäuse 12 und Hochdruckplatte 14 sind so angeordnet, daß eine explosionssichere Einrichtung geschaffen wird, die einen Kanal 300 kleinen Durchmessers besitzt, der einen mit Gewinde versehenen Querkanal 302 an der Basis schneidet, wie dies aus Fig. 4 ersichtlich ist, und es ist außerdem ein mit Gewinde versehener Abzugsstopfen 304 vorgesehen. Hierdurch wird die Möglichkeit geschaffen, daß leicht ent­ flammbare Flüssigkeiten durch die angegebenen Kanäle hin­ durchtreten können, indem die Gewindegänge des Abzugsstop­ fens genügend Spiel besitzen, so daß ein Strömungsmittel, welches in das Gehäuse 12 eintritt, aus dem Differenzdruck­ schalter 10 austreten kann, während eine Flamme, die inner­ halb des Gehäuses 12 erzeugt wurde, darin gehalten wird, falls das Strömungsmittel entflammt worden ist.

Die Membran 34 stellt im Betrieb einen Differenzdruck fest, der zwischen der Hochdruckquelle und der Niederdruckquelle besteht, an die der Differenzdruckschalter 10 angeschlossen ist, wobei unter Umständen der resultierende Differenzdruck die Federkraft überschreitet, die durch die Bereichsdruck­ schraubenfeder 82 ausgeübt wird. Infolgedessen wird die Membran 34 und insbesondere der Mittelabschnitt 70 ange­ hoben. Da infolge der Wellbauart der Membran 34 der Mittel­ abschnitt 70 eine konstante Fläche während des vollen Hubes beibehält, sind die Kräfte, die zur Betätigung des Schnapp­ schalters benutzt werden, unabhängig von den Absolutwerten, und sie sind nur proportional zur Differenz der Drücke in der Hochdruckkammer bzw. der Niederdruckkammer. Die An­ ordnung ist dabei so getroffen, daß bei Bewegung des Fühl­ mechanismus nach dem Arbeitspunkt hin die Membran 34 vor­ zugsweise einen maximalen Weg durchläuft, der kleiner ist als die Dicke der Membran. Da der ungefähre Totgang des Schnappschalters 116 0,08 mm beträgt, wird der Totgang, der von der Bewegung der Bereichsfeder durch Zusammendrücken und Strecken derselben erzeugt wird, begrenzt, indem der Radialarm 134 der Stellwelle 132 innerhalb des Kolbens, wie beschrieben, begrenzt wird und ein Spiel von weniger als 0,05 mm vorhanden ist, so daß der gesamte vorhandene Tot­ gang eine Funktion der Reibung zwischen dem Dichtungsring 278 der Schwingwelle und der Stellwelle 132 ist.

Der Aufbau 10 ist so beschaffen, daß er einen minimalen Weg zwischen Betätigung und Freigabe aufweist, der im Bereich zwischen 0,08 mm und 0,13 mm liegt, wodurch der Totgang verringert wird. So rührt der höchste Totgang von der Rei­ bung zwischen der Stellwelle 132 und ihrem Dichtungsring 278 her. Es wird angenommen, daß die physikalische Bewegung an der Oberfläche des Dichtungsrings 278 nur etwa 0,03 mm beträgt, während der Weg zwischen Betätigung und Freigabe ebenfalls 0,03 mm beträgt. Die Kugeln 280 und 282 haben einen Durchmesser von 1,59 mm, um die Reibung bei stati­ schen Drücken zu vermindern.

Der Differenzschalter 10 ist in hohem Maße überlastbar. Die Membran 34 sitzt auf, wenn Überdrücke in der einen oder anderen Richtung auftreten, wie dies in Verbindung mit den Fig. 7 und 8 erläutert wurde. Bei der Überdruckbedingung gemäß Fig. 7 sitzt die Wellung 36 der Membran auf dem Kol­ benflansch 66 und dem Grund der Ausdrehung, während bei der entgegengesetzten Überdruckbedingung gemäß Fig. 8 die Mem­ bran 34 voll gegen den Boden 327 des Hochdruckraumes 42 anliegt, ohne in die Bohrung 44 auszutreten. Wie sich ge­ zeigt hat, ist es wichtig, daß die Membran 34 nicht in die Bohrung 44 während eines solchen umgekehrten Überdruckes eindringt, und aus diesem Grund ist die Anordnung 10 so getroffen, daß die Bohrung 44 relativ klein ist und einen Durchmesser von 0,34 mm besitzt. Außerdem ergibt das Zu­ sammenwirken zwischen dem Kolben 64 und der Anschlagplatte 188 einen Anschlag bei umgekehrter Bewegung, um zu gewähr­ leisten, daß der Abschnitt 70 der Membran 34 bei Drücken unter dem eingestellten Arbeitspunkt gespannt bleibt und auch bei Überdruckbedingungen auf der Hochdruckseite des Differenzschalters 10 (Fig. 7).

Wenn eine O-Ringdichtung, beispielsweise der Dichtungsring 278, ausfällt und hierdurch entflammbares Strömungsmittel nach dem Raum gelangen kann, der vom Gehäuse 12 eingeschlos­ sen ist, dann kann dieses entflammbare Strömungsmittel durch den Abzug der Platte 26 und den Abzugsstopfen 304 aus dem Differenzdruckschalter 10 abgezogen werden, bevor der Schalter 116 erreicht ist. Die gleiche Abzugsventilanord­ nung gewährleistet auch, daß sich in dem Hohlraum, der vom Gehäuse 12 umschlossen wird, keine Drücke aufbauen können.

Es gibt mehrere wichtige Anwendungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10.

Beispielsweise könnte ein typischer Filter für einen Ar­ beitsdruck von 69 bar ausgelegt sein, und wenn der Filter sauber ist, dann kann der Differenzdruck über dem Filter 0,135 bar bis 0,207 bar betragen. Nachdem sich Schmutz im Filter angesammelt hat, kann der Differenzdruck zwischen 0,483 bar und 0,552 bar betragen. Der Differenzdruckschal­ ter 10 kann benutzt werden, um die zunehmenden Differenz­ drücke über dem Filter anzuzeigen, wobei der Schnappschal­ ter betätigt werden kann, um beispielsweise einen Alarm auszulösen oder eine andere Anzeige zu liefern.

Eine weitere Anwendung betrifft ein typisches Verfahren zur Messung eines Strömungsmittels (Gas oder Flüssigkeit), wobei eine mit Öffnung versehene Platte und ein Differenz­ drucksensor benutzt werden. Der Differenzdruck über der Öffnung der Platte ist proportional zu der Strömung durch diese Öffnung (sie ist proportional zum Quadrat der Strö­ mung), und so kann ein Differenzdruckschalter 10 auch für andere Strömungsschalter benutzt werden, um die Strömungs­ rate zu überwachen.

Auch dort, wo der Flüssigkeitsstand in einem Behälter über­ wacht werden soll, ist die Vorrichtung anwendbar. Der Druck am Boden des Behälters ist gleich der Summe des statischen Druckes infolge der Höhe des Flüssigkeitsstandes zuzüglich dem Gasdruck über der Flüssigkeit. Bei einer typischen Anwendung kann der Differenzdruckschalter 10 benutzt wer­ den, um einen hohen oder einen niedrigen Flüssigkeitspegel anzuzeigen, indem der Differenzdruck zwischen der Oberseite und dem Boden des Behälters gemessen wird und indem eine durch einen Elektromotor angetriebene Pumpe angestellt wird, wenn der Flüssigkeitsstand zu niedrig ist.

Bezugszeichenliste

10

Differenzdruckschalter

12

Gehäuse

13

Differenzdrucksensor

18

runde Hochdruckplatte

22

quadratische Niederdruckplatte

26

Verankerungsplatte

30

Bolzen

33

Bolzenlöcher

34

Membran

36

Ringwelle

40

Ausnehmung

42

Hochdruckraum

44

Bohrung

48

Hochdruckanschluß

60

Ausnehmung

62

Niederdruckkammer

64

Kolben

66

Endflansch

70

Mittelabschnitt

72

Kolbenstange

74

Ende Kolben

76

Federteller

78

Schraube

80

Ende

82

Bereichsdruckschraubenfeder

84

Ende

86

zylindr. Gehäuse

88

Federkammer

90

Abschnitt

92

Mutter

94

Schaft

96

Einstellschraube

98

Gehäusebohrung

100

Ende

102

unteres Ende

104

Flansch

106

Ringnut

108

O-Dichtungsring

110

Ausdrehung

111

Bohrung

112

Einstellvorrichtung

114

Stirnfläche

116

Schnappschalter

118

Winkelhebel

120

Trägerrahmen

124

Stift

125

Schubstange

126

Schalterbetätigungsarm

132

Stellwelle

133

Achse

134

Radialarm

136

Radialarm

137

Ende Schubstange

139

anderes Ende Schubstange

140

mechanisches Gestänge

150

zylindrische Außenwand

152

,

154

Stirnwände

156

Vertiefung

158

Ringnut

160

O-Dichtungsring

164

,

166

Seitenwände

168

,

170

Seitenwände

172

,

174

Stirnwände

176

Gewindeanschluß

178

Armatur

180

Leitung

182

Bohrung

186

Ausdrehung

188

Kolbenanschlagplatte

190

Bohrung

192

unterer Abschnitt Kolbenstange

193

Bohrung

194

,

198

Mitnahmescheiben

196

mittlerer Abschnitt

200

oberer Abschnitt

204

Kugelkopf

206

Stirnringfläche

208

Ringnut

210

O-Ring

212

Umfang

214

Ringnut

215

O-Ring

230

Ringnut

232

O-Ringfeder

236

Sprengring

238

Ringnut

240

Ringflansch

242

Ringschulter

243

Gewindeabschnitt

244

O-Ring

245

Niederdruckkammer

246

Einsatzschlitz

247

Endanschlag

256

Anschlußarmatur

260

Innengewinde

262

Kappe

274

Bohrung

278

Dichtungsring

280

,

282

Kugeln

300

Kanal

302

Querkanal

304

Abzugsstopfen

327

Boden

Claims (12)

1. Differenzdruckschalter (10) mit einem Druckraum, in dem eine flexible Membran (34) ausgespannt ist, die eine Hochdruckkammer (42) von einer Niederdruckkammer (62) trennt und die mittels Übertragungsgliedern (64, 134, 132, 136, 125) eine Schaltvorrichtung (16) steuert, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

• 1. eine Hochdruckplatte (18) mit einem Hochdruckanschluß (48) begrenzt die Hochdruck­ kammer (42);
• 2. eine Niederdruckplatte (22) mit Niederdruckanschluß (176, 178) begrenzt die Nieder­ druckkammer (62);
• 3. die Membran (34) ist zwischen Hochdruckplatte (18) und Niederdruckplatte (22) eingespannt;
• 4. in der Niederdruckkammer (62) ist ein Kolben (64) normal zur Membran (34) verschiebbar;
• 5. ein Ende (66) des Kolbens (64) ist von der Membran (34) betätigbar;
• 6. eine bezüglich ihrer Vorspannung einstellbare Bereichs­ feder (82) spannt den Kolben (64) nach der Membran (34) hin vor;
• 7. eine mit der Niederdruckplatte (22) verbundene Ver­ ankerungsplatte (26) begrenzt eine Federkammer (88), in der die Bereichsfeder (82) angeordnet ist;
• 8. eine Stellwelle (132) ist in einer Bohrung der Nieder­ druckplatte (22) gelagert;
• 9. die Stellwelle (132) besitzt einen ersten Radialarm (134), der mit dem Kolben (64) gekoppelt ist;
• 10. die Stellwelle (132) besitzt einen zweiten Radialarm (136), der gegenüber der Niederdruckkammer (62) abgedichtet ist;
• 11. der zweite Radialarm (136) ist mit einem Betätigungs­ glied (125) gekoppelt, das auf die Schaltvorrichtung (16) einwirkt.

2. Differenzdruckschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellwelle (132) an ihren Enden durch Schubkugellager (280, 282) abgestützt ist.

3. Differenzdruckschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung der beiden Radial­ arme (134, 136) der Stellwelle (132) über Kugelköpfe (204) erfolgt.

4. Differenzdruckschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (64) in beiden Be­ wegungsrichtungen mit Formschlußanschlägen zusammenwirkt.

5. Differenzdruckschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereichsfeder (82) auf einem mit dem Kolben (64) verbundenen Federteller (76) abgestützt ist.

6. Differenzdruckschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Druckkammern (42, 62) definierenden Bauteile einen explosionsgeschützten Abzug aufweisen.

7. Differenzdruckschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Radialarme (134, 136) glei­ che Länge aufweisen und in einer Ebene liegen.

8. Differenzdruckschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (18, 22) an ihren Berührungsflächen mit Ringnuten versehen sind, die Dicht­ ringe (160, 210) aufnehmen, die die Membran (34) auf beiden Seiten abdichten.

9. Differenzdruckschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereichsfeder eine Druck­ schraubenfeder (82) ist, die in einer Federkammer (88) untergebracht ist, von der wenigstens ein Teil eine von der Kreisform abweichende Querschnittsform besitzt, und daß eine Schrauben-Mutter-Einrichtung vorgesehen ist, um die Bereichsfeder auf einen gewünschten Arbeitspunkt einstellen zu können, wobei eine Mutter mit einer von der Kreisform abweichenden Gestalt im dichten Paßsitz innerhalb der Kam­ mer (88) ruht und in die Mutter ein Schraubgewindeschaft (243) eingeschraubt ist, dessen Kopf aus dem Gehäuse vor­ steht.

10. Differenzdruckschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellwelle (132) einen Durchmesser besitzt, der kleiner ist als 0,5 mm, und daß zur Abdichtung des zweiten Radialarms (136) gegenüber der Niederdruckkammer (62) ein O-Ring vorgesehen ist, der auf der Stellwelle (132) dichtend sitzt.

11. Differenzdruckschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochdruckanschluß (48) über eine enge Bohrung (44) mit dem Hochdruckraum (42) in Ver­ bindung steht.

12. Differenzdruckschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran eine Wellmembran (34) ist, deren Ringwellung bei Überdruck in der Hochdruck­ kammer (42) nach der Niederdruckkammer (62) abrollt und bei Überdruck in der Niederdruckkammer (62) nach der Hochdruck­ kammer abrollt.