DE4406565C2

DE4406565C2 - Quecksilberfreier Schwimmschalter

Info

Publication number: DE4406565C2
Application number: DE4406565A
Authority: DE
Inventors: Eberhard Henkel
Original assignee: IER MES und REGELTECHNIK EBERH
Current assignee: IER MES und REGELTECHNIK EBERH
Priority date: 1994-03-01
Filing date: 1994-03-01
Publication date: 1998-02-05
Anticipated expiration: 2014-03-02
Also published as: DE4406565A1; DE9403377U1

Description

Die Erfindung betrifft einen quecksilberfreien Schwimmschalter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Dort, wo das Ansteigen oder das Abfallen eines Flüssigkeitsniveaus zu überwachen ist, eigneten sich in zuverlässiger Art sogenannte Quecksilberschalter. Sobald sich der Flüssigkeitsspiegel veränderte, bewegte sich auch der aus Quecksilber bestehende Inhalt aus der Horizontalen und schaltete einen Kontakt. Grundsätzlich besitzen diese Quecksilberschalter keine Hysterese. Bei bewegter Oberfläche der zu erfassenden Flüssigkeit konnte dies zu Schaltungsflattern führen, was jedoch durch die Manipulierung der Oberflächenspannung des Quecksilbers eliminiert wurde.

In rein technischer Hinsicht erwiesen sich daher solche Quecksilberschalter als zuverlässige Arbeitsgeräte. Aus Gründen des Umweltschutzes ist jedoch von solchen Quecksilberschaltern Abstand zu nehmen. In manchen Staaten ist der Einsatz dieser Quecksilberschalter sogar bereits gesetzlich verboten.

Aus der DE 34 35 847 C2 ist ein Schalter für Flüssigkeiten bekannt, der einen elektrischen Schalter aufweist, der abgedichtet in einem Schwimmkörper angeordnet ist, welcher seinerseits am freien schwingenden Ende eines Schwenkarmes gehaltert ist, durch welchen die elektrischen Anschlußleitungen zum Schalter geführt sind, wobei der elektrische Schalter als Reedkontakt oder Schutzgaskontakt ausgebildet ist, der durch einen unmittelbar benachbart zwischen zwei Endstellungen, in denen die Kontaktzungen des Reedkontaktes oder des Schutzkontaktes geöffnet bzw. geschlossen sind, beweglich geführten Magneten geschaltet wird, wobei die Führung für den Magneten so ausgebildet ist, daß der Magnet bei Erreichen einer vorgegebenen Winkelstellung des Schwimmkörpers sich durch sein Eigengewicht von der einen in die andere Stellung verschiebt.

Hierbei ist der Magnet in einem, in paralleler Nebeneinanderlage zu dem die Kontaktzungen des Reedkontaktes enthaltenden Glasröhrchen angeordnet, an seinen Enden hermetisch dicht verschlossenen Röhrchen aus unmagnetischem Material längsverschieblich eingesetzt. Mit diesem Schalter war es beabsichtigt, gegenüber früheren Ausführungsformen einen einfachen Aufbau des Schwimmschalters zu schaffen und dabei korrosive Einflüsse auf den Schaltmagneten auszuschließen.

Der Nachteil solcher Schwimmschalter mit Reedkontakten liegt in der geringen Schaltleistung. Dies hat die Konsequenz, daß ein Kontaktschutzrelais eingebaut werden muß, was einen erheblichen Schaltungsaufwand bedeutet.

Aus der DE 92 02 323 U1 ist ein Schwimmschalter mit einem Schwimmergehäuse, in das ein Kabel dicht eingeführt ist, mit einer in Kabelrichtung sich erstreckenden Bewegungsbahn für eine Schaltkugel und mit einem Mikroschalter im Inneren des Gehäuses bekannt, bei dem das Gehäuse zylindrisch ist und aus einem Fußteil und einer darauf dicht befestigbaren Haube besteht, und bei dem die Längsachse dieses Mikroschalters parallel zur Längsachse des Gehäuses orientiert über den die Bewegungsbahn der Schaltkugel kurz, glatt und durch einen Käfig begrenzt ist.

Auch hier wirkt die Kugel nahezu ohne Hysterese auf die Schaltzunge des Mikroschalters mechanisch ein, was mit den bereits beschriebenen Nachteilen behaftet ist.

Darüber hinaus ist die Lauffähigkeit der Kugel bei Einsetzen der Korrosion beeinträchtigt, was zu unkontrollierter Schalttätigkeit mit wiederum zu großer Hysterese führen kann.

Aus der DE 33 42 033 C1 ist ein Lagerschalter zum Schalten von elektrischen Aggregaten, insbesondere Schwimmschalter zum Schalten von Pumpen bekannt, der in einem an einem Kabel angeordneten Gehäuse einen elektrischen Schalter mit mechanischen Schaltorganen besitzt, auf das ein zwischen zwei Endlagen hin und her auf einer Gleitbahn des Gehäuses gleitbares Schaltgewicht einwirkt, welches in einer Endstellung, das in die Bewegungsbahn des Schaltgewichtes ragende mechanische Schaltorgan des Schalters betätigt. Das Schaltgewicht besitzt eine in Richtung seiner Bewegungsbahn sich nach außen vergrößernde rotationssymetrische Aussparung, in die das mechanische Schaltorgan des Schalters mit seinem freien Ende hineinragt, welches an der Wandung der Aussparung anliegt, und bei Bewegung des Schaltgewichtes an der Wandung gleitend das Schaltorgan bewegt.

Auch bei diesem Lagerschalter ist eine Schalthysterese vorhanden und beabsichtigt.

In der DE 93 11 359 U1 wurde ein quecksilberfreier Schwimmschalter vorgeschlagen, der vom Prinzip des Schaltgewichtes ganz abrückte und einen als Schaltkörper fungierenden Magneten verwendete, dessen Bewegungsbahn durch geeignete Distanzmittel gegenüber dem Mikroschalter begrenzt war, derart, daß eine mechanische Einwirkung des als Magneten ausgebildeten Schaltkörpers auf den Mikroschalter verhindert wurde und wobei auf der Schaltzunge des Mikroschalters ein Magnet mit der gleichen Polung, wie die des als Magnet ausgebildeten Schaltkörpers angeordnet war, so daß durch Abstoßen beider Magnete der Schaltvorgang ausgelöst wurde.

Mit einem solchen Schwimmschalter wurden bereits beste Ergebnisse hinsichtlich des Schaltverhaltens und dessen Zuverlässigkeit erzielt.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß beim Einsatz dieses Schwimmschalters in Flüssigkeiten mit magnetischen Schwebstoffen ein Anhaften dieser Partikel erfolgte, so daß ein Einsatz in solchen Flüssigkeiten gegebenenfalls zu Funktionsstörungen führen kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Schwimmschalter der gattungsbildenden Art derart weiterzubilden und zu verbessern, daß bei einfachem Aufbau und bei zuverlässigen Schaltungsverhalten ein ideales Hystereseverhalten erzielt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen quecksilberfreien Schwimmschalter nach dem Kennzeichen des vorgeschlagenen Anspruchs 1 gelöst.

Besonders bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ausgehend von quecksilberfreien Schwimmschaltern, welche ein Schwimmergehäuse besitzen, innerhalb dessen ein Schaltkörper integriert ist, der durch eine Flüssigkeitsniveauänderung ausgelöste Lageveränderung eine Schaltzunge eines ebenfalls im Schwimmergehäuse integrierten Mikroschalters aktiviert, zeichnet sich u. a. die Erfindung dadurch aus, daß der Schaltkörper als zylindrischer Gewichtskörper ausgebildet ist, der zumindest mit einem Teil seiner Umfangsfläche und der Innenfläche einer Lagerkapsel oder des Schwimmergehäuses selbst eine, eine Hysterese erzeugende Reibung eingeht.

Als Aktivierungssektor wird hierbei die Stirnfläche des Schaltkörpers ausgenutzt. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß als Aktivierungssektor die Randzone des Schaltkörpers zum Einsatz kommt. Die Schaltzunge des Mikroschalters ist bevorzugterweise über den Flächenmittelpunkt des Schaltkörpers hinausgeführt.

Ein ebenso hervorzuhebendes Merkmal besteht darin, daß die Schaltzunge des Mikroschalters gegenüber der Schaltkörperlängsachse geneigt angeordnet ist, was zu einem günstigen Schaltverhalten hinsichtlich des Hebelverhaltens führt. Die Neigung der Schaltzunge des Mikroschalters gegenüber der Schaltkörperlängsachse ist so gewählt, daß die Schaltzunge die Randzone des Schaltkörpers tangiert.

Ein besonderes Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Schaltzunge des Mikroschalters gegenüber der Schaltkörperlängsachse derart geneigt ist, daß gegenüber der Drehachse der Schaltzunge ein wirksamer Hebel gebildet ist.

In der Lagerkapsel ist eine, die Schaltzunge über die Randzone des Schaltkörpers hinausführende Ausnehmung vorgesehen.

Um den Innenwinkel zwischen der Stirnfläche des Schaltkörpers und der Schaltzunge zu einer vorbestimmten Größe zu garantieren, ist ein Begrenzungsanschlag vorgesehen. Es ist leicht einzusehen, daß je flacher der Winkel zwischen beiden Teilen eingestellt ist, je größer die Gewichtskraft des Schaltkörpers sein muß. Dieser Innenwinkel der entsprechend dem Schaltverhalten günstig zu wählen ist, kann auch durch eine abgebogene oder versetzte Schaltzunge erreicht werden.

Günstig ist es, wenn zumindest ein Teilbereich der Schaltzunge des Mikroschalters eine Winkelstellung gegenüber der Schaltkörperlängsachse einnimmt. Der Mikroschalter mit seiner Schaltzunge ist bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gegenüber der Schaltkörperlängsachse geneigt im Schwimmschaltergehäuse bzw. in der Lagerkapsel angeordnet und hierbei die Schaltzunge bis an die Randzone des Schaltkörpers erstreckend ausgebildet, wobei der Begrenzungsanschlag ein Einragen der Schaltzunge in die Bewegungsbahn des Schaltkörpers oberhalb der Randzone verhindert.

Die Bewegungsbahn des Schaltkörpers an dem dem Mikroschalter entgegengesetzten Ende ist durch ein Sperrstift begrenzt. Die Umfangsfläche des Schaltkörpers besitzt bevorzugterweise eine die Hysterese beeinflussende Oberflächenbeschaffenheit. Dies kann auch durch eine ebenso beschaffene Innenfläche der Lagerkapsel bzw. Schwimmkörpers erreicht werden, oder durch ein Zusammenspiel beider Oberflächenbeschaffenheiten.

Das Schaltungsflattern wird ferner dadurch vermieden, daß die Stirnfläche bzw. der Aktivierungssektor des Schaltkörpers von der Schaltzunge zunächst beabstandet ist und sich innerhalb der Bewegungsbahn unter Zurücklegung einer gewissen Strecke auf die Schaltzunge zu bewegen muß.

Anhand der beigefügten Zeichnungen, die besonders bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung zeigen, wird diese nun näher beschrieben.

Dabei zeigen:

Fig. 1 ein allgemeines Einsatzbeispiel des erfindungsgemäßen Schwimmschalters;

Fig. 2 eine Schnittdarstellung durch den erfindungsgemäßen Schwimmschalter.

Die Fig. 1 zeigt ein Einsatzbeispiel des erfindungsgemäßen Schwimmschalters. Mit entsprechenden Befestigungsmitteln 18 wird der Schwimmschalter 19 im oder am Behälter 20 montiert.

Dies kann beispielsweise mittels einer vorher eingestellten Neigung, wie in der rechten Bildhälfte dargestellt ist, erfolgen, oder über ein Gewicht 21 in annähernd waagrechter Lage. Steigt oder fällt das zu erfassende Flüssigkeitsniveau, verändert der Schwimmschalter 19 seine Neigung, wonach der im Schwimmschalter integrierte Schaltkörper seine Lage verändert und einen Schaltvorgang auslöst.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch den erfindungsgemäßen Schwimmschalter 19. Zunächst ist ein Schwimmschaltergehäuse 15 zu erkennen, das als Hohlkörper, zur Aufnahme des Mikroschalters 8 des Schaltkörpers 1 und der Lagerkapsel 4 dient. In diesem Ausführungsbeispiel ist eine Kapsel 4 zur Aufnahme des Schaltkörpers 1 bzw. des Mikroschalters 8 vorgesehen. Nach Einführung der Kapsel 4 im Gehäuse 15 und nach Einführung der Signal- und Versorgungsleitungen erfolgt die Montage der Kabelausführungsverschraubung 22. Die Kapsel 4 ist koaxial innerhalb des Gehäuses 15 positioniert. Die Kapsel 4 besitzt ein zylindrisches Aufnahmeteil 23 für den Schaltkörper 1. Dieses zylindrische Aufnahmeteil 23 bildet zugleich die Bewegungsbahn 16 für den Schaltkörper 1. Die Bewegungsbahn 16 ist durch den Sperrstift 17 am Ende der Kapsel 4, d. h. an dem, dem Mikroschalter 8 gegenüberliegenden Ende der Kapsel 4, begrenzt.

In Fig. 2 ist deutlich zu erkennen, daß die Umfangsfläche 2 des Schaltkörpers 1 an der Innenfläche 3 der Kapsel 4 anliegt, so daß bei entsprechendem Paßspiel zwischen beiden Elementen eine gewünschte Reibkraft entsteht. Diese Reibkraft zwischen dem Schaltkörper 1 bzw. dessen Umfangsfläche 2 und der Innenfläche 3 der Lagerkapsel 4 führt zu einer gewissen, bestimmbaren Hysterese. Diese Hysterese kann zusätzlich durch die Oberflächenbeschaffenheit der Umfangsfläche 2 des Schaltkörpers 1 bzw. der Innenfläche 3 der Lagerkapsel 4 manipuliert werden. Der in Fig. 2 rechts abgebildete Sektor der Lagerkapsel 4 nimmt den Mikroschalter 8 auf. Dieser ist in einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung gegenüber der Schaltkörperlängsachse 11 geneigt angeordnet, so daß zwischen der Schaltzunge 7 des Mikroschalters und der Stirnfläche 5 des Schaltkörpers 1 ein Winkel "Alpha", bevorzugterweise ein spitzer Winkel gebildet wird. Es ist nun desweiteren von Vorteil, wenn der
Aktivierungssektor 6 unterhalb des Flächenmittelpunktes 10 des Schaltkörpers 1 liegt.

Unter Aktivierungssektor wird hier der Bereich des Schaltkörpers in Zusammenspiel mit der Schaltzunge 7 verstanden, der zu einem Absenken der Schaltzunge und somit zu einem Auslösen des Schalters 24 führt.

Eine günstige Hebelwirkung ergibt sich dann, wenn die Randzone 9 des Schaltkörpers 1 als Aktivierungssektor 6 eingesetzt wird.

Bei einer solchen, wie in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform liegt ein für das Schaltungsverhalten günstiger Hebel gegenüber der Drehachse 12 der Schaltzunge 7 des Mikroschalters 8 vor. In diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß Fig. 2 besitzt die Schaltzunge 7 eine derartige Länge, daß diese in die Ausnehmung 13 der Lagerkapsel 4 hinein- oder darüber hinausragt, wobei die Bewegungsrichtung der Schaltzunge 7 nach oben, gegen den Flächenmittelpunkt des Schaltkörpers 1 durch einen Anschlag 14 begrenzt ist.

Je nachdem wie der Schwimmschalter 19 installiert ist, bewegt sich der Schaltkörper 1 beispielsweise beim Ansteigen des Flüssigkeitsniveaus aufgrund der Schwimmeigenschaft des Gehäuses 15 in Richtung A und wirkt dabei auf die Schaltzunge 7, welche um die Drehachse 12 nach B versetzt wird und dabei den Schalter 24 betätigt.

Mit der vorliegenden Erfindung wird ein quecksilberfreier Schwimmschalter geschaffen, mittels dem bei hoher Schalttätigkeit eine gleichmäßige Hysterese, bei gleichzeitiger zuverlässiger Funktion erreicht wird.

Bezugszeichenliste

1 Schaltkörper
2 Umfangsfläche von 1
3 Innenfläche von 4
4 Lagerkapsel
5 Stirnfläche von 1
6 Aktivierungssektor
7 Schaltzunge von 8
8 Mikroschalter
9 Randzone von 1
10 Flächenmittelpunkt von 1
11 Schaltkörperlängsachse
12 Drehachse von 7
14 Anschlag
15 Schwimmschaltergehäuse
16 Bewegungsbahn
17 Sperrstift
18 Befestigungsmittel
19 Schwimmschalter
20 Behälter
21 Gewicht
22 Kabelausführungsverschraubung
23 zylindrisches Aufnahmeteil von 4 für 1
24 Schalter von 8

Claims

1. Quecksilberfreier Schwimmschalter mit einem Schwimmer gehäuse, innerhalb dessen ein Schaltkörper integriert ist, der durch eine, von einer Flüssigkeitsniveau änderung ausgelösten Lageveränderung eine Schall zunge eines ebenfalls im Schwimmergehäuse integrier ten Mikroschalters berührend aktiviert, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkörper (1) als zylindrischer Gewichts körper ausgebildet ist, der mit seiner Umfangsfläche (2) und der Innenfläche (3) einer Lagerkapsel (4) oder eines Gehäuses (15) eine, eine Hysterese er zeugende Reibung eingeht und der derart in der Lager kapsel (4) oder dem Gehäuse (15) gelagert ist, daß die Stirnfläche (5) oder die Randzonen (9) des Schaltkörpers (1) der berührende Aktivierungssektor (6) für die Schaltzunge (7) des Mikroschalters (8) ist, wobei die Stirnfläche (5) bzw. der Aktivierungs sektor (6) bei nichtbeaufschlagtem oder geschaltetem Mikroschalter (8) von der Schaltzunge (7) beabstan det ist.

2. Quecksilberfreier Schwimmschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltzunge (7) des Mikroschalters (8) über den Flächenmittelpunkt (10) des Schaltkörpers (1) hinausgeführt ist.

3. Quecksilberfreier Schwimmschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltzunge (7) des Mikroschalters (8) ge genüber der Schallkörperlängsachse (11) geneigt an geordnet ist.

4. Quecksilberfreier Schwimmschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung der Schaltzunge (7) des Mikroschalters (8) gegenüber der Schaltkörperlängsachse (11) so ge wählt ist, daß die Schaltzunge (7) die Randzone (9) des Schaltkörpers (1) tangiert.

5. Quecksilberfreier Schwimmschalter nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltzunge (7) des Mikroschalters (8) gegen über der Schaltkörperlängsachse derart geneigt ist, daß gegenüber der Drehachse (12) der Schaltzunge (7) ein wirksamer Hebel gebildet ist.

6. Quecksilberfreier Schwimmschalter nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Lagerkapsel (4) eine, die Schaltzunge (7) über die Randzone (9) des Schaltkörpers (1) hinaus führende Ausnehmung vorgesehen ist.

7. Quecksilberfreier Schwimmschalter nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein, den Innenwinkel "Alpha" zwischen Stirnfläche (5) des Schaltkörpers (1) durch die Schaltzunge (7) zu einer vorbestimmten Größe garantierender Anschlag (14) vorgesehen ist.

8. Quecksilberfreier Schwimmschalter nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teilbereich der Schaltzunge (7) des Mikroschalters (8) eine Winkelstellung gegenüber der Schaltkörperlängsachse (11) einnimmt.

9. Quecksilberfreier Schwimmschalter nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroschalter (8) mit seiner Schaltzunge (7) gegenüber der Schaltkörperlängsachse (11) geneigt im Schwimmschaltergehäuse (15) bzw. der Lagerkapsel (4) angeordnet ist und die Schaltzunge (7) bis an die Randzone (9) des Schaltkörpers (1) reicht, wobei der Anschlag (14) ein Einragen der Schaltzunge (7) in die Bewegungsbahn (16) des Schaltkörpers (1) ober halb der Randzone (9) verhindert.

10. Quecksilberfreier Schwimmschalter nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsbahn (16) des Schaltkörpers (1) an der dem Mikroschalter (8) entgegengesetzten Ende durch einen Sperrstift (17) begrenzt ist.

11. Quecksilberfreier Schwimmschalter nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsfläche (2) des Schaltkörpers (1) eine, die Hysterese beeinflussende Oberflächenbeschaffen heit aufweist.

12. Quecksilberfreier Schwimmschalter nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche (3) der Lagerkapsel (4) oder des Gehäuses (15) eine die Hysterese beinflussende Oberflächenbeschaffenheit aufweist.

13. Quecksilberfreier Schwimmschalter nach einem der vor hergehenden Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerkapsel (4) als Schwimmergehäuse ausge bildet ist.

14. Quecksilberfreier Schwimmschalter nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerkapsel als eigenständiges Element vor liegt und in das Schwimmergehäuse einführbar ist.