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Die
Erfindung bezieht sich auf einen Differenzdruckschalter der im Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 angegebenen Bauart. Ein derartiger Differenzdruckschalter
ist aus der US-A-4
914 264 bekannt. Bei diesem bekannten Differenzdruckschalter wirkt
eine zentrale, die Membran mit einer Membranplatte verbindende Schraube
auf eine Kugelkalotte, die am Ende eines Schaltarmes eines Mikroschalters angeordnet
ist. Auf die an dere Seite des Schaltarmes des Mikroschalters wirkt
eine Druckschraubenfeder, deren Vorspannung durch eine in das Niederdruckgehäuse eingeschraubte
Justierschraube einstellbar ist.
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Die
DE-OS 23 11 498 beschreibt
einen Differenzdruckschalter mit einer druckbeaufschlagten Membran
und einer Vorrichtung zum Übertragen
einer auf die Membran wirkenden Stellkraft auf einen Schalter durch
einen Kolben. Eine Schalthandlung wird bei der Vorrichtung nach
dieser Druckschrift dann aus gelöst,
wenn die übertragene
Druckdifferenz so weit angestiegen ist, daß die Membran genügend weit
ausgelenkt ist und der Schaltstößel als Übertragungsglied
gegen eine einstellbare Kraft einer Blattfeder die Kontakte eines
Schalters bewegt.
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Die
DE 75 07 607 U1 zeigt
eine Schaltvorrichtung, die so ausgebildet ist, daß sie durch
Temperatur- und Druckänderungen
betätigbar
ist. Die Schaltvorrichtung besitzt eine ausdehnungsfähige Kapsel
mit einer Leitung zur Zuführung
eines Gases, wobei diese Kapsel mit elektrischen Trennkontakten antriebsmäßig verbunden
ist. Es ist eine Einstellschraube vorgesehen, mit deren Hilfe der
genaue Schaltpunkt eingestellt werden kann.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Differenzdruckschalter
zu schaffen, der einfach aufgebaut ist, betriebssicher und reproduzierbar
genau arbeitet und feinfühlig
auf eine vorbestimmte Druckdifferenz einstellbar ist, bei der die
elektrische Schaltung durchgeführt
wird.
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Gelöst wird
die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs
1 angegebenen Merkmale. Durch die auf die Blattfeder wirkende Justierschraube
kann beispielsweise bei Niederdruckdifferenzen in der Größenordnung
zwischen 0,249 mbar und 24,92 mbar mit hoher Genauigkeit eingestellt
werden.
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Durch
die mit dem Blattfederende verbundene Stellschraube kann das Spiel
zwischen dem Blattfederende bzw. der Stellschraube am Blattfederende und
dem Schaltstößel auf
einen sehr kleinen Wert auch dann eingestellt werden, wenn Mikroschalter unterschiedlicher
Abmessungen benutzt werden. Durch die Stellschraube kann der Vorlauf
des Schaltstößels des
Mikroschalters im Bereich zwischen 60 % und 80 % des Vorlaufs begrenzt
werden.
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Ausgestaltungen
der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Weitere
zweckmäßige Ausgestaltungen
der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines
Ausführungsbeispiels
anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:
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1 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Differenzdruckschalters,
von der Niederdruckseite her betrachtet;
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2 eine Ansicht des Differenzdruckschalters,
von der Hochdruckseite her betrachtet;
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3 einen Schnitt nach der
Linie 3-3 gemäß 1;
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4 einen Schnitt nach der
Linie 4-4 gemäß 1;
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5 eine Ansicht des Niderdruckgehäuseteils
des Differenzdruckschalters, gesehen von der Membranseite her, jedoch
ohne die Membran;
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6 eine auseinandergezogene
perspektivische Darstellung der Außenseite des Niederdruckgehäuseteils;
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7 eine der 4 entsprechende Schnittansicht einer
gegenüber 1 bis 6 abgewandelten Ausführungsform eines Differenzdruckschalters,
geschnitten nach der Linie 7-7 gemäß 1.
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Die 1 bis 4 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel
eines Differenzdruckschalters 10 in gekapselter Form. Der
Differenzdruckschalter 10 ist so ausgebildet, daß er in
Verbindung mit herkömmlichen Mikroschaltern
benutzt werden kann, um den elektrischen Schaltkreis zu öffnen oder
zu schließen,
dem der Differenzdruckschalter 10 zugeordnet ist.
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Das
Gehäuse
des Differenzdruckschalters 10 umfaßt einen Niederdruckgehäuseteil 12 und
einen Hochdruckgehäuseteil 14,
die gegen eine Membran 24 verspannt sind.
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Die
Gehäuseteile 12 und 14 sind
aus einem Plastikmaterial gefertigt, welches elektrisch isoliert. Ein
geeigneter Werkstoff hierfür
ist Celanex 3310 und 3314, welches von Hoechst Celanese Corporation
in Chatam, New Jersey, gefertigt und vertrieben wird, oder Valox
Nr. 780, das von General Electric Company in Pittsfield, Massachusetts,
erzeugt und vertrieben wird.
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Die
Membran 24 besteht aus einem geeigneten Elastomer, beispielsweise
Silicongummi, und sie weist eine äußere Ringwulst 20 auf,
die zwischen den Gehäuseteilen 12 und 14 ein gespannt
ist. Die Membran 24 weist außerdem eine äußere ringförmige flexible
Ringwellung 22 auf. Eine dünne metallische Membranplatte 26 bedeckt
die Membran 24 innerhalb der Ringwellung 22 und
ist mit der Membran durch Stifte verbunden (nicht dargestellt).
Gemäß 3 und 4 sind die Gehäuseteile 12 und 14 gegen die
Ringwulst 20 über
360 Grad verspannt, um eine Abdichtung zu gewährleisten, wobei die Membran 24 in
ihrer Neutralstellung in den 3 und 4 dargestellt ist. Die inneren
Oberflächen
der Gehäuseteile 12 und 14 definieren
einen Druckraum 28 innerhalb des Differenzdruckschalters 10, über welchen
sich die Membran 24 erstreckt und den Druckraum 28 in
eine Niederdruckkammer 30 und eine Hochdruckkammer 32 unterteilt.
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Die
Gehäuseteile 12 und 14 sind
gegen die Ringwulst 20 verspannt. Der Hochdruckgehäuseteil 14 ist
mit zwei gegenüberliegenden
Ansätzen 34 und 36 versehen,
die mit Bogenschlitzen 38 bzw. 40 versehen sind,
die so bemessen sind, daß sie
eine Schraube aufnehmen, die durch eine Kreisausnehmung 42 einführbar ist.
Beide Gehäuseteile 12 und 14 sind
mit jeweils vier Augen 44 und 46 versehen, um
Schrauben 48 aufzunehmen, die die Gehäuseteile 12 und 14 mit
der dazwischenliegenden Ringwulst 20 gegeneinander verspannen.
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Der
Niederdruckgehäuseteil 12 ist
mit einem Anschlußnippel 49 versehen,
um die Niederdruckkammer 30 mit einer Niederdruckquelle
zu verbinden, und der Hochdruckgehäuseteil 14 ist mit
einem Anschlußnippel 51 versehen,
um die Hochdruckkammer 32 mit einer Hochdruckquelle zu
verbinden.
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Der
elektrische Schalter ist ein Mikroschalter 52. Ein Druckdifferenzfühler 54 (3 und 4) erfaßt den Ausschlag der Membran 24 und überträgt diesen auf
den Mikroschalter 52, der betriebsmäßig dem Differenzdruckschalter 10 zugeordnet
ist, um einen elektrischen Stromkreis zu öffnen oder zu schließen. Eine
Einstellvorrichtung 56 (4 und 6) für die Festlegung des Arbeitspunktes
ermöglicht
eine Einstellung des Differenzdruckschalters 10 in der
Weise, daß der
Mikroschalter 52 dann geschaltet wird, wenn die vom Differenzdruckschalter 10 festgestellte Druckdifferenz
einen vorbestimmten Wert hat.
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Der
Differenzdruckschalter 10 ermöglicht eine präzise Einstellung
an der Einbaustelle, nachdem der Differenzdruckschalter 10 bereits
montiert ist, um so die Strömung
in irgendeinem speziellen System zu steuern, und diese Genauigkeit
ist insbesondere bei Niederdruckdifferenzen in der Größenordnung
zwischen 0,249 mbar und 24,92 mbar mit Vorteil anwendbar.
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3 zeigt die Anordnung eines
Mikroschalters 52, der ein Gehäuse 60 mit einem Arbeitskontakt 68 und
einem Ruhekontakt 70 aufweist. Das Bezugszeichen 72 kennzeichnet
die gemeinsame Anschlußklemme.
Die Kontakte 68 und 70 sind mit Anschlußklemmen 74 und 76 verbunden,
die mit Klemmschuhen an den elektrischen Kreis anschließbar sind. Schaltkontakte 80 und 92 ,
die zwischen den Kontakten 69 und 70 liegen, sind
mit einem Schwinghebel 78 verbunden, dessen Schaltkontakt 82 in
elektrischer Verbindung mit dem Kontakt 70 der Anschlußklemme 76 steht,
während
ein Zwischenraum zwischen dem Schaltkontakt 80 und dem
Kontakt 68 besteht, der mit der Anschlußklemme 74 verbunden
ist. Die gemeinsame Anschlußklemme 72 lagert
eine Blattfeder 86, die den Schwinghebel 78 in
die gemäß 3 untere Stellung vorspannt,
in der die Kontakte 70 und 72 elektrisch miteinander
verbunden sind. Ein Ende 88 der Blattfeder liegt gegen
den Kopf 89 eines Schaltstößels 90 an, der einen
Endabschnitt 92 besitzt, welcher sich aus der Schalterkammer 66 des Mikroschalters 52 und
durch den Gehäuseboden 98 nach
außen
erstreckt und in die Stellung gemäß 3 vorgespannt ist. Die Funktion des Schaltstößels 90 besteht
darin, die Kraft aufzunehmen, die den Schwinghebel 78 in
eine Stellung überführt, in
der der Schaltkontakt 82 von dem Ruhekontakt 70 abgehoben
ist und der Schaltkontakt 80 in Berührung mit dem Kontakt 68 steht,
so daß der
Mikroschalter 52 den Stromkreis entweder öffnet oder
schließt,
je nachdem, wie der Schalter verdrahtet ist.
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Der
Schaltstößel 90 des
Mikroschalters 52 bewegt sich in Längsrichtung zwischen einer
Nullstellung, die durch die Stirnfläche 94 des Stößelendes 92 bei
Vorspannung des Kopfes 89 gegen das Gehäuse 60 definiert wird,
und der Stellung, die diese Stirnfläche 94 am Ende der
definierten Bewegung einnimmt.
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Der
Mikroschalter 52 ist so angeordnet, daß sein Schaltstößel 90 durch
den Niederdruckgehäuseteil 12 getragen
wird und in die Niederdruckkammer 30 vorsteht. Der Druckdifferenzfühler 54 weist
eine Blattfeder 100 auf, die in der Niederdruckkammer 30 untergebracht
ist und sich parallel und im Abstand zu der Membran 24 in
radialer Richtung erstreckt. Ein Ende 104 der Blattfeder 100 ist
am Niederdruckgehäuseteil 12 festgelegt,
während
das andere Ende 102 der Blattfeder 100 unter der
Stirnfläche
des Schaltstößels 90 liegt.
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In
den 3 und 4 ist die Membran 24 in
ihrer Neutralstellung innerhalb des Differenzdruckschalters 10 dargestellt
und sie bildet die Niederdruckkammer 30 und die Hochdruckkammer 32 im Druckraum 28 aus.
In der in den 1 bis 6 dargestellten Ausführungsform
ist die Membranplatte 26 mit einem zentralen Steuerkopf 114 ausgebildet,
der den Abstand zwischen der Membran 24 und der Blattfeder 100 vergrößert.
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Die
Membran 24 ist zwischen den Gehäuseteilen 12 und 14 innerhalb
des Druckraumes 28 verspannt und die Gehäuseteile 12 und 14 sind
mit Ringnuten 116 und 118 ausgebildet, die die
Ringwulst 20 der Membran drücken, um eine wirksame Strömungsmitteldichtung
zu gewährleisten.
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An
dem einen Ende 104 ist die Blattfeder 100 mit
zwei Schrauben 120 (5)
an einer ebenen Lageroberfläche 122 festgelegt,
die durch den Niederdruckgehäuseteil 12 gebildet
ist.
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An
ihrem anderen Ende 102 trägt die Blattfeder 100 einen
Einstellknopf 126 aus Plastikmaterial, der gegenüberliegende
sphärische
Oberflächen 128 und 129 definiert.
Dieser Einstellknopf 126 weist ein Gewinde für eine Stellschraube 130 auf,
deren Ende 132 eine Schlüsselausnehmung bildet, in die
ein Werkzeug eingesetzt werden kann. Das andere Ende 134 der
Schraube wirkt auf die Stirnfläche 94 des Schaltstößels 90 (3 bis 7) und steht mit diesem Ende in unmittelbarer
Berührung.
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Der
Mikroschalter 52 ist so gelagert, daß dieser auch bei unterschiedlichen
Bauformen an einer Stelle so angebracht werden kann, daß die Druckdifferenz,
die auf die Membran 24 wirkt, über den Schaltstößel 90 auf
den Einstellknopf 126 übertragen werden
kann. Zu diesem Zweck bildet der Niederdruckgehäuseteil 12 eine Öffnung 140,
die nach der Niederdruckkammer 30 hin offen ist, wenn das
Gerät fertig
montiert ist. Um den Rand der Öffnung 140,
die, wie in der Zeichnung dargestellt, rechteckig ausgebildet ist,
definiert der Niederdruckgehäuseteil 12 einen aufrechtstehenden
Kastenaufbau 142 (6),
der eine Stirnwand 144, eine gegenüberliegende geschlitzte Stirnwand 146,
eine Seitenwand 148 und eine geschlitzte Deckwand 150 aufweist
(4 und 6). Die Seite des kastenförmigen Aufbaus 142,
die der Seitenwand 148 gegenüberliegt, ist offen, wobei der
Niederdruckgehäuseteil 12 benachbart
zu der Öffnung 140 eine
kurze Lagerfläche 152 (4) bildet, die eine Schwelle 154 definiert,
die benachbart zu einer äußeren ebenen
Oberfläche 156 des
Niederdruckgehäuseteils 12 liegt,
die dazu dient, anfangs einen gewählten Mikroschalter auf der
Stirnfläche 96 zu
haltern. Indem der gewählte
Mikroschalter 52 auf der Oberfläche 156 abgelegt wird,
kann er dann auf die Schwelle 154 gebracht werden, um ihn
in die Kammer 158 in die in den 3 bis 5 ersichtliche Stellung
einzuschieben. Die Wände 146 und 150 sind mit
Schlitzen 162 bzw. 77 versehen. Nachdem der Mikroschalter 52 einmal
in die aus den 3 bis 5 angegebene Stellung überführt ist,
wobei der Mikroschalter 52 so liegt, daß sein Schaltstößel 90 auf
die Stellschraube 130 der Blattfeder ausgerichtet ist, wird
die Platte 164 über
den Kastenaufbau 142 gefügt. Das Gehäuse 60 des Mikroschalters 52 ist
mit Löchern 165 und 166 (6) und mit einem Schlitz versehen
und diese nehmen Stifte 170 und 172 bzw. einen
Flansch 174 auf, die gemäß der Erfindung an der Platte 164 befestigt
sind, wodurch der gewählte Mikroschalter
paßgenau
im Gehäuse 60 im
Kastenaufbau 142 relativ zur Blattfeder-Stellschraube 130 angebracht
werden kann. Die Platte 164 wird am Kastenaufbau 142 dichtend
mittels eines Epoxydmaterials an den Rändern der Platte 164 und
an ihren Anschlußklemmen 74 und 76 und
der Klemme 72 am Schlitz 77 derart angebracht,
daß die
Kammer 158, die durch den Kastenaufbau 142 definiert
wird, nach der Niederdruckkammer 30 hin offen ist. Der
Mikroschalter 52 ist dichtend in die Kammer 158 so
eingefügt,
daß diese
Kammer druckmäßig von
der Atmosphäre
getrennt ist.
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Der
Einstellmechanismus 56 weist eine Justierschraube 106 mit
einem Gewindeschaft 180 auf, der in ein mit Innengewinde
versehenes Messingrohrstück 182 eingeschraubt
ist, das im Niederdruckgehäuseteil 12 in
der Weise fixiert ist, daß das
Ende 184 der Blattfeder 100 gegenüberliegt.
Das aus Messing bestehende Rohrstück 182 kann beispielsweise durch
Verklebung fixiert werden.
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Der
Niederdruckgehäuseteil 12 weist
um die Justierschraube 106 herum einen Führungszylinder 185 auf,
in dem der Kopf 186 der Justierschraube 106 gleitet.
Der Kopf 186 der Justierschraube 106 weist einen
Schlitz 188 zum Einsetzen eines Schraubendrehers auf. Der
Kopf 186 der Justierschraube 106 weist eine Umfangsnut 190 auf,
die einen O-Dichtungsring 192 aufnimmt, um eine Abdichtung gegenüber der
inneren Wandoberfläche 194 des Führungszylinders 185 zu
bewirken, in dem die Dichtung 192 gleitet.
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Der
Differenzdruckschalter 10 wird wie folgt zusammengebaut:
Zunächst wird
der Niederdruckgehäuseteil 12 zusammengebaut,
der die Blattfeder 100 und deren Bestandteile aufnimmt,
dann wird der Mikroschalter 52 eingesetzt und die Einstellvorrichtung
wird eingebaut.
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Ein
wichtiger Faktor beim Zusammenbau des Niederdruckgehäuses 12 besteht
darin, daß die Blattfeder 100 parallel
zur Membran 24 zu liegen kommt, wenn die Membran 24 in
ihrer Neutralstellung befindlich ist, und aus praktischen Gründen befindet sich
an dieser Stelle des Zusammenbaus des Differenzdruckschalters 10 die
Membran koplanar zur Ebene des Niederdruckgehäusees 12, bevor die Stellschraube 130 betätigt wird,
um den Vorlauf des Mikroschalters 52 aufzunehmen. Zu diesem
Zweck kann die Justierschraube 106 eingestellt werden,
um diese Stellung zu erhalten, wodurch die Blattfeder 100 parallel
zur Neutralstellung der Membran 24 im zusammengebauten
Zustand des Differenzdruckschalters 10 bewegt wird. Aus
diesem Grund ist die Blattfeder 100 über die ganze Länge flach
ausgebildet.
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Die
Innenseite des so zusammengebauten Niederdruckgehäuseteils 12 ist
in 5 dargestellt. In
dieser Lage liegt das Ende 132 der Stellschraube 130 völlig frei.
Ein Drehwerkzeug kann am Ende 132 der Stellschraube 130 eingesetzt
werden, um den Vorlauf des Schaltstößels 90 des Mikroschalters 52 einzustellen.
Dieser Vorlauf kann zwischen 60 % bis 80 % des gesamten Bewegungsverlaufs
einnehmen, wobei auf einfache Weise ein Zusammenbau am Montageort
möglich
ist.
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Dann
kann der gesamte Differenzdruckschalter 10 zusammengebaut
und versandt werden. In diesem Montagezustand kann der Differenzdruckschalter 10 auf
folgende Weise geschaltet werden:
- 1) durch
einen positiven Druck, der der Hochdruckkammer 32 zugeführt wird,
wobei die Niederdruckkammer nach der Atmosphäre entlüftet ist;
- 2) es wird ein Unterdruck der Niederdruckkammer 30 zugeführt, während die
Hochdruckkammer 32 nach der Atmosphäre entlüftet wird;
- 3) es werden zwei getrennte positive Drücke der Hochdruckkammer 30 bzw.
der Niederdruckkammer 32 zugeführt, wobei der höhere Druck
an die Hochdruckkammer 32 angeschlossen wird.
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Der
Differenzdruckschalter 10 wurde vorher so konditioniert,
daß er
am Montageort justiert werden kann, indem die Justierschraube 106 in
der benötigten
Weise zur Einstellung des Arbeitspunktes des Mikroschalters 52 eingestellt
wird, der innerhalb des Differenzdruckschalters 10 angeordnet
ist. Auf diese Weise kann der geforderte tatsächliche Arbeitspunkt eingestellt
werden.
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Das
Ausführungsbeispiel 10A gemäß 7 entspricht jenem gemäß 1 bis 6, mit dem Unterschied, daß gewisse
Abwandlungen der Gehäuseteile 12 und 14 getroffen
wurden und der Steuerkopf 114 fehlt. So wirkt die Membran 24 über die
flach ausgebildete Membranplatte 26 direkt auf den Blattfedereinstellknopf 126A,
der zu diesem Zweck vergrößert ist.
Die Stellschraube 130A enspricht der Stellschraube 130.
Die Justierschraube 106 ist bei diesem Ausführungsbeispiel
direkt in den Niederdruckgehäuseteil 12 eingeschraubt.
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- 10
- Differenzdruckschalter
- 12
- Niederdruckgehäuseteil
- 14
- Hochdruckgehäuseteil
- 20
- Ringwulst
- 22
- flexible
Ringwellung
- 24
- Membran
- 26
- Membranplatte
- 28
- Druckraum
- 30
- Niederdruckkammer
- 32
- Hochdruckkammer
- 34,
36
- Ansätze
- 38,
40
- Bogenschlitze
- 42
- Kreisausnehmung
- 44,
46
- Augen
- 48
- Schrauben
- 49
- Anschlußnippel
- 51
- Anschlußnippel
- 52
- Mikroschalter
- 54
- Druckdifferenzfühler
- 56
- Einstellvorrichtung
- 60
- Gehäuse
- 66
- Schalterkammer
- 68
- Arbeitskontakt
- 70
- Ruhekontakt
- 72
- gemeinsame
Anschlußklemme
- 74,76
- Anschlußklemmen
- 77
- Schlitz
- 78
- Schwinghebel
- 80,
82
- Schaltkontakte
- 86
- Blattfeder
- 88
- Ende
- 89
- Kopf
- 90
- Schaltstößel
- 92
- Endabschnitt
(Stößelende)
- 94
- Stirnfläche
- 96
- Stirnfläche
- 98
- Gehäuseboden
- 100
- Blattfeder
- 101
- Seite
- 102,104
- Enden
der Blattfeder
- 103
- Seite
- 106
- Justierschraube
- 114
- Steuerkopf
- 116,118
- Ringnuten
- 120
- Schrauben
- 122
- ebene
Lageroberfläche
- 124
- Ausnehmungen
- 125
- gelocht
- 126,
126A
- Einstellknopf
- 128,
129
- sphärische Oberflächen
- 130,
130A
- Stellschraube
- 132
- Ende
- 134
- entgegengesetztes
Ende
- 140
- Öffnung
- 142
- Kastenaufbau
- 144
- Stirnwand
- 146
- geschlitzte
Stirnwand
- 148
- Seitenwand
- 150
- geschlitzte
Deckwand
- 152
- Lagerfläche
- 154
- Schwelle
- 156
- ebene
Oberfläche
- 158
- Kammer
- 162
- Schlitze
- 164
- Platte
- 165,
166
- Löcher
- 168
- Schlitz
- 170,
172
- Stifte
- 174
- Flansch
- 180
- Gewindeschaft
- 182
- Messingrohrstück
- 184
- Ende
- 185
- Führungszylinder
- 186
- Kopf
- 188
- Schlitz
- 190
- Umfangsnut
- 192
- O-Dichtungsring
- 194
- zylindrische
Wandoberfläche