DE4141922C2 - Temperaturkompensierter Druckschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckschalter mit einem nach außen über eine Entlüftungsleitung offenen Gehäuse, in welches ein Schaltfühler hineinragt, dessen Schaltstift über eine Schaltmembran betätigbar ist, die unter der Druckbelastung eines federelastischen Elementes steht, welches sich zwischen der Schaltmembran einerseits und einer der Membran gegenüberliegenden Innenwand des Gehäuses andererseits abstützt.

Auf dem Gebiet der Druckregler gibt es Ausführungen, bei denen sich über dem Ventilverschlußkörper ein balgenförmiger Referenzdruckraum befindet, der mit einem bestimmten Druck gefüllt ist, der sich zusammen mit einer Druckfeder zu einem Gesamtöffnungsdruck für das Verschlußelement addiert. Der Referenzdruckraum ist mit der Umgebungsatmosphäre verbunden, so daß sich Druckschwankungen in der Umgebungsatmosphäre derart auswirken, daß bei sich erhöhendem Atmosphärendruck auch die Druckwirkung auf das Verschlußelement erhöht bzw. bei sich verringerndem Atmosphärendruck erniedrigt wird. Somit arbeitet das Ventil unter Berücksichtigung des Umgebungsdruckes. Bei verschiedenen Einsatzmöglichkeiten, insbesondere für die Luft- und Raumfahrt, sind die gasführenden Leitungen und vor allem auch die Druckregel- und Steuereinrichtungen hohen Temperaturschwankungen ausgesetzt. Da sich mit sich verändernder Umgebungstemperatur auch der Elastizitätsmodul des federelastischen Elementes ändert, ist eine genaue, auf die Konstanz der Federkraft angewiesene Druckregelung nur mit erhöhtem Aufwand möglich. Nimmt man z. B. als ein federelastisches Element eine Druckfeder aus Federstahl (X12 Chromnickel 177), dann ist bekannt, daß sich der Elastizitätsmodul um etwa 0,0489% pro °C ändert. Das bedeutet bei einer typischen Temperaturänderung von 70°C, daß mit einer Regelabweichung von etwa 3,4% zu rechnen ist. Will man diese Abweichung vermeiden, wäre der Einsatz speziellen Federstahls mit in weiten Temperaturbereichen konstant bleibendem Elastizitätsmodul denkbar, was jedoch zu einer teuren Ausführungsform führt. Daneben ist auch vorgeschlagen worden, zum Zwecke der Temperaturkompensation der Federkraft eines Druckreglers auf die Feder einen Kolben einwirken zu lassen, der mit einem Reservoir für eine Flüssigkeit, z. B. Silikon, verbunden ist. Bei Nachlassen der Federkraft infolge erhöhter Temperatur dehnt sich die Flüssigkeit aus und verschiebt den Kolben und damit die Feder in eine solche Richtung, daß sich die Stellkraft der Feder entsprechend erhöht. Wenn sich die Umgebungstemperatur wieder verringert, zieht sich das Flüssigkeitsreservoir zusammen, und die sich erhöhende Federkraft sorgt für eine gleichbleibende Druckwirkung (EP 113 470 A1). Diese bekannte Anordnung hat den Nachteil, daß eine aufwendige Konstruktion nötig ist, um einerseits eine Kolben-Zylinderanordnung alleine nur auf die Feder wirken lassen zu können; außerdem sind aufwendige Dichtmaßnahmen erforderlich, um den Gasraum von dem Flüssigkeitsreservoir zu trennen. Das ständige Bereitstellen einer nicht unerheblichen Menge an Flüssigkeit macht die Anwendung des bekannten Druckreglers auf dem Gebiet der Luft- und Raumfahrt wegen des hohen Gewichtes ungeeignet. Darüber hinaus dürften nur solche Flüssigkeiten ausgewählt werden, die in dem zu betrachtenden Temperaturbereich nicht gefrieren.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Druckschalter der genannten Art so zu verbessern, daß die Kompensation der sich mit der Temperatur ändernden Druckbelastung des federelastischen Elementes durch einfache Mittel verwirklicht wird, wobei das Bauvolumen und das Gerätegewicht möglichst gering zu halten sind.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt dadurch, daß in dem Gehäuse ein Hilfsraum vorgesehen ist, der mit einem Gas unter einem solchen Druck gefüllt ist, daß die temperaturabhängige Gasausdehnung auf die Membran eine der mit verändernder Temperatur sich ändernden Druckbelastung des federelastischen Elements entgegenwirkende Kompensationskraft ausübt.

Mit der Erfindung wird der Vorteil erzielt, daß der Gasdruck im Hilfsdruckraum nur soweit eingestellt zu werden braucht, daß dessen temperaturabhängige Ausdehnungskennlinie, die im betrachteten Fall dem linearen Verlauf eines idealen Gases entspricht (Gesetz von Gay-Lussac), der linearen Kennlinie des federelastischen Elementes angepaßt ist. Der Kennlinienverlauf ist gegenläufig, so daß auf diese Weise eine einfache Kompensation der Druckbelastung durch das federelastische Element mit sich verändernder Temperatur verwirklichbar ist, ohne daß an den gegenständlichen Ausführungsformen des Druckschalters umfangreiche Änderungen durchgeführt werden müssen. Mit dem erfindungsgemäßen Druckschalter werden temperaturbedingte Schaltabweichungen soweit vermindert, daß sie für die Schaltgenauigkeit ohne bedeutenden Einfluß sind. Die kompensierte Schaltabweichung wird auf etwa 1/4 der unkompensierten Schaltabweichung reduziert.

Mit der Erfindung läß sich nicht nur die Temperaturabhängigkeit der Federkennlinie des federelastischen Elements kompensieren, sondern auch andere temperaturabhängige Veränderungen wie z. B. Längenausdehnung des Gehäuses in Richtung der federelastischen Kraft werden mit abgefangen.

Der Hilfsraum ist zur Umgebung hin geschlossen, jedoch mit ihr in Druckverbindung befindlich, und seine Gasfüllung ist unter den die Kompensationskraft ausübenden Druck gesetzt. Der Hilfsraum arbeitet zum einen wie eine Druckdose, die sich unter veränderndem Umgebungsdruck mehr oder weniger ausdehnt bzw. zusammenzieht, und das in ihr enthaltene Gas kompensiert durch seine Ausdehnungseigenschaft die mit der Temperatur sich verändernde Federkraft. Der Hilfsraum ist dabei einerseits auf der Oberfläche der Membran gasdicht befestigt, andererseits ist er mit der Gehäuseinnenwand verbunden.

Die Füllung des Hilfsraumes geschieht zweckmäßigerweise dadurch, daß eine Füllöffnung vorgesehen ist, durch welche hindurch das Gas mit einem vorbestimmten Druck eingefüllt wird, wonach dieser Füllanschluß mit herkömmlichen Mitteln gasdicht und druckfest verschlossen wird.

Die Gasfüllung und ihr Druck in dem Hilfsraum sind unter Berücksichtigung der geometrischen Verhältnisse wie: Membranfläche, Federkonstante, Druckfläche des federelastischen Elements, Schaltpunkt, auf das Material und die Federkennlinie abzustimmen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher erläutert.

In der einzigen Figur ist ein Druckschalter dargestellt, dessen Gehäuse (1) zur Umgebung hin über die Entlüftungsleitung (16) offen ist. Eine zylindrische Druckfeder (13) stützt sich zwischen einer Membran (12) und einer Innenwand des Gehäuses (1) ab. Die Schaltfläche der Membran (12) ist in Abstand zu einem Schaltstift (18) eines Schaltfühlers (17) gehalten. Zwischen Membran (12) und Innenwand des Gehäuses (1), von der Zylinderfeder (13) umgeben, befindet sich ein Hilfsraum (15) in Form eines elastischen Faltenbalges, der mit einem Gas vorgegebenen Druckes gefüllt ist. Von dem Schaltfühler (17) führt eine nicht dargestellte Schaltleitung zu einem ebenfalls nicht dargestellten, zu beschaltenden Bauteil weiter. Der dargestellte Schalter ist als barometrisch gesteuerter Höhendruckschalter anzusehen, wobei die von der Umgebungstemperatur abhängige Veränderung der Federkennlinie durch die Ausdehnungsfähigkeit des im Faltenbalg druck- und gasdicht eingeschlossenen Gasvolumens kompensiert wird.

Claims (2)

1. Druckschalter mit einem nach außen über eine Entlüftungsleitung offenen Gehäuse, in welches ein Schaltfühler hineinragt, dessen Schaltstift über eine Schaltmembran betätigbar ist, die unter der Druckbelastung eines federelastischen Elementes steht, welches sich zwischen der Schaltmembran einerseits und einer der Membran gegenüberliegenden Innenwand des Gehäuses andererseits abstützt, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse (1) ein Hilfsraum (15) vorgesehen ist, der mit einem Gas unter einem solchen Druck gefüllt ist, daß die temperaturabhängige Gasausdehnung auf die Membran (12) eine der mit verändernder Temperatur sich ändernden Druckbelastung des federelastischen Elements (13) entgegenwirkende Kompensationskraft ausübt.

2. Druckschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement eine zylinderförmige Druckfeder (13) aus Federstahl ist, und daß der Hilfsraum durch einen von der Feder (13) umgebenen, deren Hubbewegungen folgenden Faltenbalg (15) gebildet ist.