DE3941780C2 - Druckschalter, insbesondere für eine Warnvorrichtung für Druckverlust in Fahrzeugreifen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckschalter, insbesondere für eine Warnvorrichtung für Druckverlust in Fahrzeugreifen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE 28 32 447 C2 ist ein gattungsgemäßer Druckschalter, insbesondere für eine Warnvorrichtung für Druckverlust in Fahrzeugreifen, bekannt. Dieser Druckschalter weist ein Gehäuse auf, in dem eine ringförmige eingespannte, elektrisch leitende Membran eine unter einem Referenzdruck stehende Kammer von einer anderen Kammer abschließt, deren Druck überwacht werden soll. In der Referenzdruckkammer befindet sich mittig angeordnet ein Konaktstift, der mit der Membran zusammenwirkt. Normalerweise steht die Membran in Kontakt mit dem Kontaktstift, so daß eine elektrische Verbindung zwischen beiden hergestellt ist. Fällt jedoch der Druck in dem zu überwachenden Raum unter einen bestimmten Wert, hebt die Membran vom Konaktstift ab, und ein Signal wird ausgelöst, das z. B. im Armaturenbrett eines Fahrzeugs den zu niedrigen Druck anzeigt.

Damit die Membran auf Druckunterschiede ausreichend fein ansprechen kann, muß sie einen bestimmten Mindestdurchmesser von etwa 15 bis 20 mm aufweisen. Je größer der Durchmesser der Membran gewählt wird, desto schwieriger wird ihre leckfreie Abdichtung im Gehäuse. Auch wird mit zunehmendem Durchmesser der Membran zwangsläufig der Außendurchmesser des Druckschalters größer, so daß ein Einbau z. B. in die Felge eines Fahrzeugrades zu Problemen führt.

Aus der DE 37 14 007 A1 ist ein Druckschalter mit einem Metallfaltenbalg bekannt, der insbesondere zur Drucküberwachung in Reifen einsetzbar ist. Der Metallfaltenbalg ist mit einem Deckel gasdicht abgeschlossen und umschließt in einer bevorzugten Ausführungsform ein Referenzgasvolumen. Ein mittig am Deckel des Metallfaltenbalgs angeodneter Konakt steht bei normalen Betriebsbedingungen mit einem Kontaktstift in Verbindung. Sinkt der Druck im Reifen unter einen vorgegebenen Wert, dehnt sich der Metallfaltenbalg, so daß die elektrische Verbindung zwischen dem Kontaktstift und dem Kontakt am Deckel unterbrochen ist, was durch eine entsprechende Warneinrichtung angezeigt wird.

Aus fertigungstechnischen Gründen weisen solche Metallfaltenbälge eine bestimmte Mindestwanddicke auf. Diese führt dazu, daß, um einen bestimmten nutzbaren Verformungsweg zu erreichen, der Metallfaltenbalg länger ausgelegt werden muß, als es bei geringeren Wanddicken der Fall wäre, da ein gegebenes Material mit zunehmender Wanddicke steifer wird. Herkömmliche Metallfaltenbälge weisen deshalb in Relation zu ihrem Verformungsweg eine relativ große Axialestreckung auf. Druckschalter mit Metallfaltenbälgen weisen eine gute Ansprechgenauigkeit, aber nicht die wünschenswert kleinen Abmessungen der Membrandruckschalter auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Druckschalter mit geringen Abmessungen und hoher Ansprechgenauigkeit zu schaffen, der zuverlässig funktioniert sowie von Temperaturänderungen unabhängig und unter unterschiedlichsten Druckbedingungen einsetzbar ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist somit ein Druckschalter geschaffen worden, der die Vorteile der vorbekannten Druckschalter mit Membranen (kompakte Bauweise) und Faltenbälgen (hohe Ansprechgenauigkeit) miteinander vereint. Möglich wurde dies durch den erfindungsgemäß hergestellten, extrem dünnen Faltenbalg, der klein und leicht bei gleichzeitig hoher Ansprechgenauigkeit und Zuverlässigkeit ist, so daß die Abmessungen des Druckschalters im Vergleich zu bekannten Ausführungsformen mit Faltenbalg geringer sind.

Die Vewendung der erfindungsgemäßen Faltenbalgmembran ermöglicht größere nutzbare Verformungswege auch bei einem kleinen Druckschalter, so daß ein bestimmter Schaltdruck genauer eingehalten werden kann als dies bisher bei Druckschaltern vergleichbarer Größe möglich war.

Die Faltenbalgmembran hat vorzugsweise in der Mitte ihres Membranteils einen nach innen oder außen ragenden Vorsprung, der einen der elektrischen Kontakte bildet.

Die Faltenbalgmembran kann eine zusätzliche träge Masse an derjenigen Seite ihres Membranteils aufweisen, die von der kontaktbildenden Seite abgewandt ist; auf diese Weise kann der erfindungsgemäße Schalter in entsprechender Einbaulage auf Zentrifugalbeschleunigungen ansprechen.

Zum Herstellen der Faltenbalgmembran kann das folgende galvanische Ablagerungsverfahren verwendet werden, mit dem sich ein Druckschalter von kleiner Größe, leichtem Gewicht und hoher Genauigkeit herstellen läßt.

Als erstes wird aus einem Metall mit verhältnismäßig geringem Schmelzpunkt, beispielsweise Aluminium, ein weibliches oder männliches Formteil für eine Faltenbalgmembran von der gewünschten Form und Abmessung hergestellt, vorzugsweise durch ein Gießverfahren. Wenn ein elektrischer Kontakt an der Außenseite der fertigen Faltenbalgmembran hergestellt werden soll, wird vorzugsweise ein weibliches Formteil verwendet, dessen Innenform derjenigen der Faltenbalgmembran entspricht. Das weibliche Formteil wird mit einer Goldschicht von etwa 1 bis 3 µm beschichtet, und dann wird diese Goldschicht mit einer Metallschicht von etwa 30 bis 100 µm Dicke und verhältnismäßig hohem Schmelzpunkt, großer Härte, hohem Elastizitätsmodul und großer Korrosionsbeständigkeit wie beispielsweise Nickel versehen. Das so erhaltene, beschichtete weibliche Formteil wird einem Schmelzprozeß oder einer chemischen Behandlung ausgesetzt, wobei sich die gewünschte Faltenbalgmembran ergibt.

Wenn hiergegen der elektrische Kontakt an der Innenseite der Faltenbalgmembran ausgebildet werden soll, wird ein männliches Formteil verwendet, und dieses wird dem gleichen Beschichtungsverfahren wie vorstehend beschrieben, ausgesetzt, wobei sich wiederum die gewünschte Faltenbalgmembran ergibt.

In beiden Fällen läßt sich durch das beschriebene galvanische Ablagerungsverfahren ein Faltenbalg von kleiner Größe, leichtem Gewicht, hoher Genauigkeit und Zuverlässigkeit erzeugen, so daß auch der Druckschalter selbst eine geringe Baugröße haben kann und somit der gesamte Sensor der Warnvorrichtung sich leicht an der Felge eines zu überwachenden Rades in der gleichen Weise wie ein Reifenventil befestigen läßt.

Die Kontaktfläche des elektrischen Leiters, der einen Gegenkontakt bildet, ist vorzugsweise abgeflacht.

Der innerhalb oder rings um die Faltenbalgmembran eingeschlossene Vergleichsdruck wird so eingestellt, daß der Schaltdruck sich im wesentlichen proportional zur absoluten Temperatur verändert.

Da die Faltenbalgmembran sich nach dem oben beschriebenen galvanischen Ablagerungsverfahren oder nach einem Plattierungsverfahren mit hoher Genauigkeit und Zuverlässigkeit herstellen läßt, kann die Gesamtdicke der Faltenbalgmembran und der elektrisch leitenden Beschichtung so gewählt werden, daß sich eine gewünschte Schaltdruckcharakteristik ergibt; infolgedessen läßt sich ein Druckschalter von ein und derselben Größe wahlweise als Niederdruckschalter für kleine Fahrzeugreifen oder als Hochdruckschalter für Omnibus- und Lastwagenreifen herstellen.

Die hermetische Abdichtung kann mit einer Grundplatte der für Transistoren üblichen Art derart zuverlässig erreicht werden, daß die Temperaturcharakteristik des Schalters sich im Laufe der Zeit nicht ändert.

Wenn die Faltenbalgmembran an derjenigen Seite des Membranteils, die deren kontaktbildendem Vorsprung gegenüberliegt, mit einer Zusatzmasse versehen ist und somit auf Zentrifugalbeschleunigung anspricht, kann bei Verwendung des erfindungsgemäßen Druckschalters in einer Warnvorrichtung für Druckverlust in Fahrzeugrreifen die Ansprechempfindlichkeit auf Druckänderung im überwachten Reifen bei hoher Laufgeschwindigkeit erhöht werden.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Druckschalter anhand schematischer Zeichnungen erläutert. Es zeigt, jeweils im Axialschnitt,

Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Druckschalters,

Fig. 2 denselben Druckschalter eingebaut in einen Resonator einer Warnvorrichtung für Druckverlust in Fahrzeugreifen,

Fig. 3 einen zweiten erfindungsgemäßen Druckschalter und

Fig. 4 einen dritten erfindungsgemäßen Druckschalter.

Der in Fig. 1 dargestellte Druckschalter hat eine Grundplatte 30 aus Metall, die beispielsweise von einer Transistorgrundplatte gebildet sein kann, mit der sich eine hermetische Abdichtung leicht herstellen läßt. An der Grundplatte 30 ist ein Faltenbalg 31 beispielsweise durch Schweißen oder dergleichen befestigt. Mit radialem Abstand rings um den Faltenbalg 30 ist ein Gehäuse 32 angeordnet, das an der Grundplatte 30 ebenfalls dicht, beispielsweise durch Schweißen, befestigt ist. Der Faltenbalg 31 ist ein Membranfaltenbalg, dessen Stirnseite von einer im wesentlichen ebenen Membran 33 gebildet ist. Innerhalb des Faltenbalgs 31 und gleichachsig mit ihm ist ein Kontaktstift 34 angeordnet, der eine ebene Stirnfläche aufweist. Dieser steht ein Vorsprung 35 gegenüber, der an der Membran 33 mittig ausgebildet ist, nach innen ragt und einen mit der Stirnfläche des Kontaktstifts 34 zusammenwirkenden Konakt bildet. Innehrlab der Faltenbalgmembran 31, 33 ist eine nach außen hermetisch abgeschlossene Kammer 36 ausgebildet, in der ein vorbestimmter Vergleichsdruck herrscht. Rings um die Faltenbalgmembran 31, 33 ist innerhalb des Gehäuses 32 eine Kammer 37 ausgebildet, die mit einem zu überwachenden Reifen kommuniziert.

Der Kontaktstift 34 erstreckt sich durch die Grundplattee 30 und ist in dieser durch eingeschmolzenes Glas 38 abdichtend befestigt. In gleicher Weise ist eine Vergleichsdruckleitung 39 durch die Grundplatte 30 hindurch abgedichtet in die Kammer 36 innerhalb der Faltenbalgmembran 31, 33 eingeführt. Das freie Ende der Leitung 39 ist gequetscht und unter hoher Temperatur, beispielsweise mit einem Hartlot 40 dicht verschlossen worden, nachdem ein Gas mit dem gewünschten Vergleichsdruck in die Kammer 36 eingeleitet worden ist. Das Gehäuse 32 hat an seiner oberen Stirnseite ein Verbindungsloch 41, durch das die Kammer 37 an den Innenraum des zu überwachenden Reifens anschließbar ist. Die Grundplatte 30 und der Kontaktstift 34 lassen sich über je eine Leitung 42 bzw. 43 an einen Überwachungs-Stromkreis anschließen.

Der so gestaltete erfindungsgemäße Druckschalter läßt sich zur Vewendung in einer Warnvorrichtung für Druckverlust in Fahrzeugreifen in gegenüber Fig. 1 umgekehrter Einbaulage gemäß Fig. 2 in einen Sensor einbauen. Die Grundplatte 30 ist hier einem oberen Teil des Sensors zugewandt, in dem auf einem Kern 45 aus magnetischem Material eine Wicklung 46 angeordnet ist und ein Widerstand 47 sowie ein Kondensator 48 angeordnet sind. Diese drei Bauelemente sind elektrisch mit dem Druckschalter verbunden und schließlich samt dessen Grundplatte 30 mit Kunstharz 49 oder dergleichen umgossen, wodurch der Druckschalter in einen Resonator integriert ist.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Druckschalters ist der Faltenbalg 31 an einer zweiten Grundplatte 50 befestigt, die der Grundplatte 30 gegenüberliegend am Gehäuse 32 dicht befestigt ist. Der mittige Vorsprung 35 ist gemäß Fig. 3 an der Außenseite der Membran 33 ausgebildet und steht wiederum einer flachen Stirnfläche eines Kontaktstifts 34 gegenüber, der in diesem Fall außerhalb der Faltenbalgmembran 31, 33, jedoch wiederum gleichachsig mit ihr, im Gehäuse 32 angeordnet und an der Grundplatte 30 befestigt ist. In diesem Fall ist die von der Faltenbalgmembran 31, 33 umschlossene Kammer 36 durch ein Verbindungsloch 51 an den Innenraum des zu überwachenden Fahrzeugreifens anschließbar, während die rings um die Faltenbalgmembran 31, 33 im Gehäuse 32 ausgebildete Kammer 37 als Vergleichsdruckkammer dient.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Faltenbalg 31 in der gleichen Weise wie in Fig. 1 an einer Grundplatte 30 aus Metall befestigt, und der Kontaktvorsprung 35 ist an der Innenseite der Membran 33 ausgebildet. An der vom Vorsprung 35 abgewandten Seite der Membran 33 ist eine Zusatzmasse 55 befestigt, die es ermöglicht, bei der Überwachung eines Fahrzeugreifens dessen Zentrifugalbeschleunigung zu berücksichtigen.

Vielfach werden Fahrzeugreifen bewußt mit einem Druck unterhalb des vorgeschriebenen oder empfohlenen Reifendruckes gefahren, um den Fahrkomfort zu erhöhen. Wenn eine Warnvorrichtung zur Überwachung des Reifendruckes vorgesehen ist, läßt sich ein solcher mißbräuchlicher Betrieb ausschließen.

Die erfindungsgemäße Zusatzmasse 55 ermöglicht es, Druckschalter einer und derselben Bauart an verschiedenartigen Reifen von Niederdruckreifen bis Hochdruckreifen mit hoher Laufgeschwindigkeit einzusetzen.

Bevorzugte Betriebsdaten eines Druckschalters gemäß Fig. 1 sind folgende:

Falls der Druckschalter an einem Rad eines Pkw verwendet wird, ist mit einem normalen Reifenluftdruck von 2,5 kp/cm² zu rechnen; der Betriebsdruck ist dann 2,5 kp/cm² minus 0,3 kp/cm² = 2,2 kp/cm² bei einer maximalen Toleranz von ±0,1 kp/cm². Für einen solchen Anwendungsfall beträgt die Höhe des Faltenbalgs 31 von der Grundplatte 30 aus gemessen 4 mm, sein größter äußerer Durchmesser, das ist der Durchmesser der Membran 33, beträgt 7,5 mm. Die Dicke der Goldbeschichtung der Faltenbalgmembran 31, 33 beträgt 1 µm, und die Dicke der Nickelbeschichtung beträgt 60 µm.

Im Vergleich mit den vorgeschlagenen älteren Druckschaltern kann der erfindungsgemäße Druckschalter somit klein bemessen sein und ein geringes Gewicht haben.

Claims (11)

1. Druckschalter, insbesondere für eine Warnvorrichtung für Druckverlust in Fahrzeugreifen, mit

• - einem Gehäuse (32), in dem eine elektrisch leitende Membran (33) mit einer mittigen Kontaktstelle (35) angeordnet ist,
• - zwei durch die Membran (33) voneinander getrennten Kammern (36, 37), von denen eine unter einen vorgegebenen Vergleichsdruck gesetzt und abgeschlossen ist, und die andere an einen zu überwachenden Raum, insbesondere den Innenraum eines Reifens, anschließbar ist, und
• - einem gehäusefestem Kontakt, der mit der Kontaktstelle (35) der Membran (33) zusammenwirkt,
  dadurch gekennzeichnet, daß
• - die Membran (33) eine Stirnseite eines Faltenbalges (31) bildet, dessen gegenüberliegendes Ende an einer Grundplatte (30; 50) des Gehäuses (32) dicht befestigt ist,
• - der Faltenbalg (31) einschließlich der Membran (33) innen und/oder außen eine elektrisch leitende Beschichtung aufweist,
• - der Faltenbalg (31) einschließlich der Membran (33) aus einem plattierten Formteil hergestellt ist und zwei integral miteinander verbundene Metallschichten aufweist, von denen die der kontaktbildenden Seite gegenüberliegende, erste Metallschicht einem Differenzdruck aus dem zu überwachenden Raum ausgesetzt ist, der eine Längenänderung des Faltenbalgs (31) bewirkt, und die zweite Metallschicht auf der kontaktbildenden Seite eine bezüglich der Dicke der einen Metallschicht dünnere Goldschicht ist.

2. Druckschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Goldschicht eine Dicke von 1 bis 3 µm aufweist.

3. Druckschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Metallschicht einen hohen Elastizitätsmodul und hohe Korrosionsbeständigkeit aufweist.

4. Druckschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Metallschicht eine Dicke von 30 bis 100 µm aufweist.

5. Druckschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Metallschicht aus Nickel besteht.

6. Druckschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der gehäusefeste Kontakt von einem freien Ende eines Kontaktstifts (34) gebildet ist, die an der Grundplatte (30) befestigt ist.

7. Druckschalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Faltenbalg (31) über die Grundplatte (30; 50) elektrisch leitend mit einem Anschluß (42) für einen Stromkreis verbunden ist und die Grundplatte (30; 50) gegen den Kontaktstift (34) elektrisch isoliert ist, welche ebenfalls einen Ansschluß (43) für einen Stromkreis aufweist.

8. Druckschalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (32) rohrförmig gestaltet und an beiden Seiten durch je eine Grundplatte (30 ; 50) abgeschlossen ist, von denen eine den Kontaktstift (34) und die andere den Faltenbalg (31) trägt.

9. Druckschalter nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (33) einen mittigen Vorsprung (35) aufweist, der dem freien Ende des Kontaktstifts (34) zugewandt ist, und daß dieses abgeflacht ist.

10. Druckschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (33) an ihrer vom gehäusefesten Konakt abgewandten Seite eine Zusatzmasse (55) trägt, die bei Zentrifugalbeschleunigung eine Auslenkung der Membran (33) bewirkt.

11. Druckschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleichsdruck so bemessen ist, daß der Druck, bei dem der Druckschalter betätigt wird, der absoluten Temperatur in den Kammern (36, 37) mindestens annähernd proportional ist.