DE69111988T2 - Differenzdruckmesswandler. - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich generell auf Druckmeßgeräte und insbesondere auf ein Druckmeßgerat für ein Kältemittel-Verdichter- System, welches auf eine Druckdifferenz zwischen dem Auslaßdruck und dem Kurbelgehäusedruck der Ölpumpe für den Kältemittelverdichter reagiert.
Hintergrund der Erfindung
• Bei großen hermetischen Kälteverdichtersystemen ist es konventionell üblich, den Schmiermitteldruck zu überwachen, der durch die Ölpumpe des Verdichters erzeugt wird, um einen Verdichterbetrieb dann zu vermeiden, wenn es einen unzureichenden Schmiermitteldruck gibt, um den Verdichter zu schmieren, was einen unnötigen Verschleiß und ein Festfressen des Verdichters verursachen könnte. Im allgemeinen wird der Schmiermitteldruck dadurch überwacht, daß die Druckdifferenz zwischen dem Kurbelgehäuse und der Auslaß- oder Abgabeseite der Ölpumpe des Verdichters überwacht wird. Die Schwierigkeit bei der Überwachung dieser Differenz ist in erster Linie die Folge von Schwankungen beim Kurbelgehäusedruck, welche von der Temperatur und dem Typ der Wärmekennwerte des Kältemittelsystems abhängig sind.
• Im US-Patent Nr. 4,551,069 wird ein Kolben gezeigt, der in einem Rohr angeordnet ist, der das Innere des Rohrs in einen Hochdruckteil, der mit dem Austritt aus der Ölpumpe in Verbindung steht und einen Niederdruckteil trennt, der mit der Saugseite der Ölpumpe in Verbindung steht. Der Kolben wird durch eine Druckfeder so vorgespannt, daß er sich in Eingriff mit einem beweglichen Kontaktarm für einen Schalter bewegt, welcher einen Druckverlust signalisiert. Der Schalter ist immer dann geschlossen, wenn der Abgabedruck die kombinierte Kraft zwischen der Druckfeder und dem Kurbelgehäusedruck überschreitet. Jedoch führt diese Anordnung zu einem übermäßigen Verschleiß der beweglichen Sensorteile als Folge der kontinuierlichen Bewegung des Kolbens mit den vorstehend erwähnten zyklischen Druckschwankungen und auch einer Notwendigkeit, um in irgendeiner Weise ein Störauslösen des Verdichtermotors zu vermeiden, wenn er benutzt werden muß, um die Zuführung von Spannung zu dem Motor zu steuern, wie es in dem Patent angegeben wird.
• Bei US-Patent Nr. 4,672,231 ist ein Pendelelement innerhalb einer Bohrung in einem zylindrischen Gehäuse montiert. Das Pendelelement besitzt einen Magneten in einem Ende und wird durch eine Druckfeder zu dem Ende der Bohrung in dem Zylinder hin vorgespannt. Der Magnet wird benutzt, um einen Zungenschalter zu betätigen, um den Verdichter in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen dem Abgabedruck der Ölpumpe und der kombinierten Kraft der Druckfeder und des Kurbelgehäusedrucks ein- oder auszuschalten. Das Pendelelement ist in engem Kontakt mit der Bohrung in dem Zylinder montiert, um kreislaufmäßig für einen Hochdruckstromweg durch die Bohrung zu sorgen, so daß die Reaktionszeit des Pendelelements verzögert wird, uin den eingeschalteten und ausgeschalteten Betrieb des Verdichters zu minimieren.
• Bei diesen beiden Vorrichtungen verläuft die Strömung über den sich bewegenden Teil, was es ermöglicht, daß sich störende Teile an dem Einlaßsieb auf der Hochdruckseite der Pumpe ansammeln. Es sollte auch vermerkt werden, daß beide Vorrichtungen Druckfedern verwenden, um die Kolben vorzuspannen, welche einer Knickung oder einem ungleichmäßigen Verschließen ausgesetzt sind. Dies kann ein Nachschleppen des Magneten an der inneren Bohrung erzeugen, was Reibung und/oder Hysterese verursacht.
• US-A-4,084,072 offenbart eine Druckdifferenz-Schaltvorrichtung, welche die Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1 umfaßt. Die Vorrichtung besteht aus einer Hochdruckkammer und einer Niederdruckkammer, welche durch eine Membran voneinander getrennt sind. Eine Magnetträgeranordnung ist mit dieser Membran verbunden und ist innerhalb der Kammern als Reaktion auf eine sich ändernde Druckdifferenz zwischen der Hochdruck- und der Niederdruckkammer beweglich. Die Trägeranordnung erstreckt sich in die Niederdruckkammer hinein und ist mit einer Druckfeder verbunden, die darin angeordnet ist, um eine Rückwirkungskraft gegen die Magnetträgerbewegung als Reaktion auf eine positive Druckdifferenz zwischen der Hochdruck- und der Niederdruckkammer auszuüben. Da sich nun die Magnetträgeranordnung in die Niederdruckkammer hinein erstreckt und eine Gegenwirkungsfeder darin angeordnet ist, muß die Niederdruckkammer ein verhältnismäßig großes Volumen haben, um diese Bauteile einzuschließen.
• US-A-3,989,911 offenbart einen Differenzdruck-Magnetschalter, der eine elastische Membran hat, die zwei Kammern voneinander trennt. Die Bewegung der Membran als Reaktion auf eine Druckdifferenz zwischen den beiden Kammern wird auf einen Kolben übertragen, welcher einen Magneten trägt, welcher einen Zungenschalter betätigt, wenn er eine vorbestimmte Verschiebung hat. Diese Quelle offenbart keine Feder für das einseitige Unterstützen des Kolbens in der Kammer und für das Vorspannen des Kolbens gegen eine hohe Druckdifferenz zwischen einer Hochdruck- und einer Niederdruckkammer.
• Die primäre Aufgabe der Erfindung ist, für ein Steuermittel zu sorgen, welches die Spannungszuführung zu einem Verdichtermotor auf der Grundlage einer sofortigen Reaktion auf einen Druckabfall zwischen einem Druck, der durch die Ölpumpe erzeugt wird und der kombinierten Kraft der Zugfeder und dem Kurbelgehäusedruck steuern kann.
Zusammenfassung der vorliegenden Erfindung
• Entsprechend der Erfindung wird für ein Differenzdruckmeßgerät zum Überwachen der Druckdifferenz zwischen dem Auslaßdruck und dem Kurbelgehäusedruck einer Schmiermittelpumpe für einen Kompressor gesorgt, wobei das Gerät aufweist:
• ein Gehäuse mit einer Hochdruckkammer,
• einen Stutzen, der an dem Gehäuse angebracht ist und eine Niedrigdruckkammer aufweist,
• eine Membran, die die Hochdruckkammer von der Niedrigdruckkammer trennt,
• eine Magnetträgeranordnung, die mit der Membran und mit einer Feder verbunden ist, wobei die Feder die Magnetträgeranordnung gegen eine positive Druckdifferenz zwischen der Hoch- und der Niedrigdruckkammer vorspannt,
• Mittel in dem Gerät zum Verbinden der Hochdruckkammer mit der Auslaßseite der Schmierölpumpe,
• Mittel in dem Gerät zum Verbinden der Niedrigdruckkammer mit dem Kurbelgehäuse und
• Mittel, die in dem Gehäuse angebracht sind, um die axiale Position der Magnetträgeranordnung nachzuweisen,
• dadurch gekennzeichnet, daß die Feder eine Zugfeder ist, die in der Hochdruckkammer angebracht ist und die Magnetträgeranordnung in der Hochdruckkammer zwischen der Membran und der Feder aufgehängt ist.
• Ein primärer Vorteil der Druckabfühlvorrichtung ist die Beseitigung jeglicher Reibungskräfte bei der Bewegung des Magneten innerhalb des Gehäuses des Drucksensors.
• Andere prinzipielle Merkmale und Vorteile der Erfindung werden für jene, die mit der Technik vertraut sind, nach Durchsicht der folgenden Zeichnungen, der detaillierten Beschreibung und der beigefügten Ansprüche offensichtlich.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
• Fig. 1 ist eine Schnittansicht des Drucksensors, in dem Ölpumpengehäuse montiert gezeigt.
• Fig. 2 ist eine Ansicht entlang der Linie 2 - 2 von Fig. 1, die die Verbindung des Halleffektsensors mit der gedruckten Schaltungskarte zeigt.
• Fig. 3 ist eine Ansicht entlang der Linie 3 - 3 von Fig. 1, die die Hochdruck-Einlaßöffnungen zu der Druckkammer zeigt.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
• Das Druckmeßgerät 10, wie es in Fig. 1 gezeigt wird, besteht aus einem Hauptkörper 12, einer Sonde 14 und einem Deckel 16. Eine Magnetträgeranordnung 18 ist innerhalb einer Kammer 20 in dem Hauptkörper 12 aufgehängt. Die Magnetträgeranordnung 18 wird mit Hilfe einer Zugfeder 22 und einer Membran 24 gehalten. Die Membran 24 trennt die Kammer 20 von einer Niedrigdruckkammer 25 in der Sonde 14. Hochdruckflüssigkeit von der Abgabeseite der Pumpe wird in die Kammer 20 durch Strömungsbahnen 26 eingelassen, die um den Stutzen 14 herum vorgesehen sind. Flüssigkeit mit niedrigem Druck wird in die Kammer 25 durch Bohrung 44 in dem Stutzen 14 eingelassen. Unter normalen Betriebsbedingungen bewegt die Hochdruckflüssigkeit in der Kammer 20 die Magnetträgeranordnung 18 nach unten in Fig. 1, wobei die kombinierte Kraft der Zugfeder 22 und des Drucks in der Kammer 25 überwunden wird.
• Wenn der Druck in der Kammer 20 abfällt, dann bewegt sich die Magnetträgeranordnung 18 nach oben in Fig. 1. Die Bewegung der Magnetträgeranordnung 18 wird durch eine Halleffekt-Sensoranordnung 28 abgefühlt, die in dem Deckel 16 vorgesehen ist, um den Kompressor über einen (nicht gezeigten) elektronischen Steuerkreis abzuschalten, wenn der Schmieröldruck unter einen vorbestimmten Minimalwert absinkt.
• Der Hauptkörper 12 hat generell eine zylindrische Form und ist aus nichtmagnetischem Material, wie beispielsweise Messing, hergestellt. Der Körper hat eine Bohrung 30, welche die Druckkammer 20 definiert und eine Senkbohrung 32. Ein Abschnitt mit reduziertem Durchmesser 34 ist am unteren Ende des Hauptkörpers mit Schraubgewinde 36 für eine Montage im Pumpengehäuse 35 vorgesehen. Das andere Ende des Hauptkörpers 12 wird durch einen Kopf 38 verschlossen, der eine mit Gewinde versehene Bohrung 40 hat. Ein Kunststoffgehäuse mit Schraubbefestigung am oberen Teil des Hauptkörpers trägt die Halleffekt-Sensoranordnung 28, wie nachstehend beschrieben.
• Die Sonde 14 umfaßt den Durchgang oder die Bohrung 44, welche mit einer Senkbohrung 46 verbunden ist, die die Niedrigdruckkammer 25 definiert. Ein gerändelter Abschnitt 47 ist um das obere Ende der Sonde 14 herum vorgesehen, welcher einen Teil der Strömungsbahn 26 bildet, wie nachstehend beschrieben. Eine Senkbohrung 50 ist am oberen Ende der Sonde vorgesehen, um einen Membransitz 52 zu definieren. Die Sonde 14 erstreckt sich so durch das Pumpengehäuse 35, daß die Bohrung 44 mit dem Kurbelgehäuse verbunden werden kann. Dichtungen 49 und 51, im vorliegenden Fall eine weiche Kupferscheibe, sind an Sonde 14 vorgesehen, um das Gehäuse 35 abzudichten.
• Die Magnetträgeranordnung 18 besteht aus einem Stab 54, der einen Flansch 56 an einem Ende hat, der einen Sitz für den Magneten 58 definiert. Der Magnet 58 hat die Form eines Rings mit einer in der Mitte liegenden Bohrung 62, die eine lagemäßige Passung an dem Ende des Stabes 54 hat. Ein mit Gewinde versehener Abschnitt 60 ist am oberen Ende des Trägers 18 vorgesehen, und ein Zapfen mit reduziertem Durchmesser 61 ist am unteren Ende vorgesehen. Eine Blindbohrung 63 ist in dem Ende von Zapfen 61 vorgesehen.
• Die Trägeranordnung 18 ist in der Kammer 20 zwischen der Zugfeder 22 und der Membran 24 aufgehängt. Diesbezüglich hat die Zugfeder 22 die Form einer Spiralfeder, die zwei Windungen kleinen Durchmessers 64 an jedem Ende und zwei oder mehr Windungen großen Durchmessers 66 zwischen den Enden hat. Die Windungen mit dem kleinen Durchmesser 64 am unteren Ende sind auf das mit Gewinde versehene Ende 60 des Stabes 54 aufgeschraubt. Der Magnet 58 ist an dem Stab 54 mit Hilfe einer Scheibe 65 befestigt, welche auf dem Magneten mit Hilfe der Windungen 64 am unteren Ende von Feder 22 zum Aufliegen gebracht wird.
• Die Windungen mit kleinem Durchmesser 64 am oberen Ende sind an einer Einstellschraube 70 befestigt, welche in der mit Gewinde versehenen Bohrung 40 in dem Kopf 38 montiert ist. Die Schraube 70 ist mit einer Nut 72 und einem mit Gewinde versehenen Abschnitt 74 an einem Ende und mit einer Blindbohrung 75 in dem anderen Ende versehen. Die Einstellschraube 70 wird innerhalb der mit Gewinde versehenen Bohrung 40 mit Hilfe eines Rundrings 76 abgedichtet, der in der Nut 72 montiert ist. Die Windungen 64 werden an dem Ende der Schraube 70 dadurch befestigt, daß die Ränder der Blindbohrung 75 am Ende der Schraube aufgeweitet werden. Dies ermöglicht es, daß sich die Schraube innerhalb der Windungen der Feder 64 drehen kann, um die Spannung der Feder 22 einzustellen.
• Die Membran 24 hat eine in der Mitte liegende Öffnung 78 und ist an dem Zapfen 61 an dem Ende des Stabes 54 befestigt. Die Membran wird aus einem geformten flexiblen Material, wie beispielsweise einem Epichlorohydrin-Kopolymer gebildet. Diesbezüglich ist ein Paar Membranhalter 80, die becherförmige Wände 81 haben, an dem Stab 54 über und unter der Membran 24 montiert. Die Halter 80 werden an dem Stab dadurch verriegelt, daß das Ende des Zapfens 61 um die Bohrung 63 herum aufgeweitet wird. Die Halter 80 sollten mit ausreichend Kraft zusammengeklammert werden, um die Membran abdichtend an dem Stab 54 zu befestigen. Die Halter 80 haben auch ein Mittel für die Begrenzung der Bewegung der Trägeranordnung 18 in dem Gehäuse, um eine Beschädigung bei der Membran zu verhüten. Ein solches Mittel besteht in der Form der Halterwände 81, welche so angebracht sind, daß sie mit einem Klemmring 82 und dem Ende der Kammer 25 in Stutzen 14 in Eingriff kommen.
• Der äußere Rand der Membran 24 ist an der Schulter 52 in der Senkbohrung 50 mit Hilfe des Klemmrings 82 befestigt. Der Ring 82 hat eine in der Mitte liegende Bohrung 84 und eine Schulter 86 um die Außenseite des Rings 82 herum. Der Ring 82 hat eine Anzahl von Schlitzen 85 in der Oberseite. Der Ring 82 ist in der Senkbohrung 82 so positioniert, daß er den Rand der Membran 24 gegen die Schulter 52 in der Bohrung 50 klammert. Der Ring 82 wird dann an seinen Platz geklammert, wenn der Stutzen 14 in die Senkbohrung 32 des Hauptkörpers 12 weit genug hineingedrückt wird, daß die Schulter 88 an dem Ende von Senkbohrung 32 anliegt. Der Rand der Membran 24 wird mit Hilfe der Schulter 86 an dem Ring 82 geschützt, welcher gegen das obere Ende des Stutzens 14 anliegt. Dies verhütet ein Überspannen des Randes der Membran, wenn der Stutzen lokalisierend in die Bohrung 32 in dem Hauptkörper 12 eingepaßt wird. Der Hauptkörper ist an einer Anzahl von Stellen über den Umfang 15 um Stutzen 14 herum durch Prägung vernietet.
• Es sollte beachtet werden, daß der gerändelte Abschnitt 47 und die Schlitze 85 in dem Ring 82 verschiedene Strömungsbahnen 26 in die Bohrung 20 hinein bilden. Bei dieser Anordnung werden Druckschwankungen, die bei dem Öldruck angetroffen werden, gedrosselt, um den Druck in der Bohrung 20 besser zu steuern.
• Die Halleffekt-Sensoranordnung 28, die hierin verwendet wird, ist von dem Typ, der in US-Patent Nr. 4,606,229 mit dem Titel Differenzdruckgeber, ausgestellt am 19. August 1986, demselben Anmelder erteilt, gezeigt und beschrieben wird. Dieser Sensortyp hat einen Wandler 90, welcher aus einem Plattenträger 91 besteht, die eine ebenflächige Seite 92 und eine abfühlende Seite 94 hat, an welcher ein Abfühlelement 96 angeordnet ist. Der Wandler 90 ist an dem Außendurchmesser des Körpers in abfühlender Beziehung zu dem Magnetring 58 angeordnet. Die Leitungsdrähte 98 von dem Wandler sind mit einer Schaltungskarte 100 verbunden, die durch den Plattenträger 91 gehalten wird. Das Ausgangssignal aus dem Wandler wird benutzt, um für ein Signal zu sorgen, das eine Änderung beim Differenzdruck zwischen dem ölabgabedruck und dem Kurbelgehäusedruck anzeigt. Wenn die ölpumpe mehr Druck erzeugt, als die kombinierten Kräfte der Zugfeder und des Kurbelgehäusedrucks, dann befindet sich die Trägeranordnung 18 in der untersten Stellung, was normalen Schmiermitteldruck anzeigt. Wenn der Differenzdruck abnimmt, so daß die kombinierten Kräfte der Zugfeder und des Kurbelgehäusedrucks den Träger nach oben drücken, dann liefert der Wandler anfänglich ein Warnsignal, das die Änderung anzeigt und zeigt die Notwendigkeit an, daß die elektronische Steuerung den Kompressor ausschaltet, wenn es einen Verlust an Schmiermitteldruck gibt.
• Es sollte beachtet werden, daß der Stab 54 und der Magnet 58 zwischen der Zugfeder 22 und der Membran 24 auf gehängt sind. Die Reaktion der Trägeranordnung 18 auf Druckänderungen erfolgt dadurch unmittelbar und nicht behindert durch irgendeinen physischen Kontakt mit irgendeinem andern Bauteil. Der Magnet 58 hat die Form eines Rings, so daß der Träger in jeder beliebigen Position innerhalb der Kammer 20 ohne irgendwelche Änderungen bei den Reaktionskennwerten des Wandlers 90 montiert werden kann.

Claims (6)

1. Differenzdruckineßgerät zum Überwachen der Druckdifferenz zwischen dem Auslaßdruck und dem Kurbelgehäusendruck einer Schmiermittelpumpe für einen Kompressor, wobei das Gerät aufweist:

ein Gehäuse (10) mit einer Hochdruckkammer (20),

einen Stutzen (14), der an dem Gehäuse angebracht ist und eine Niedrigdruckkammer (25) aufweist,

eine Membran (24), die die Hochdruckkammer von der Niedrigdruckkammer trennt,

eine Magnetträgeranordnung (18), die mit der Membran und mit einer Feder (22) verbunden ist, wobei die Feder die Magnetträgeranordnung gegen eine positive Druckdifferenz zwischen der Hoch- und Niedrigdruckkainmer vorspannt,

Mittel (26) in dem Gerät zum Verbinden der Hochdruckkammer mit der Auslaßseite der Schmierölpumpe,

Mittel (44) in dem Gerät zum Verbinden der Niedrigdruckkammer mit dem Kurbelgehäuse, und

Mittel (28), die in dem Gehäuse angebracht sind, um die axiale Position der Magnetträgeranordnung nachzuweisen,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Feder eine Zugfeder ist, die in der Hochdruckkammer (20) angebracht ist, und die Magnetträgeranordnung (18) in der Hochdruckkammer (20) zwischen der Membran (24) und der Feder (22) aufgehängt ist.

2. Gerät nach Anspruch 1, wobei die Magnetanordnung (18) einen Träger (54) und einen Ringmagnet (58) aufweist, dessen Winkelstellung die Ansprechcharakteristik der Nachweismittel (28) nicht beeinflußt.

3. Gerät nach Anspruch 1, das Mittel (70) zum Einstellen des Ansprechens auf Druckdifferenzen enthält.

4. Gerät nach Anspruch 1, wobei die Hochdruck-Verbindungsmittel (26) einen gerändelten Abschnitt (47) aufweisen, der einen Hochdruck-Durchflußweg zu der Hochdruckkammer (20) definiert.

5. Gerät nach Anspruch 1, das Mittel (81) zur Begrenzung der Bewegung der Trägeranordnung aufweist.

6. Gerät nach Anspruch 5, wobei die Begrenzungsmittel (81) einen Stellring (80), welcher auf jeder Seite der Membran (24) angebracht ist, um die Membran an der Stange abzudichten, aufweisen.