DE69217202T2

DE69217202T2 - Elektrischer Schaltungsmechanismus

Info

Publication number: DE69217202T2
Application number: DE69217202T
Authority: DE
Inventors: Lawrence Allen Dunham
Original assignee: Deutsche ITT Industries GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Priority date: 1992-04-30
Filing date: 1992-11-13
Publication date: 1997-07-17
Anticipated expiration: 2012-11-14
Also published as: EP0567719B1; US5233142A; DE69217202D1; EP0567719A3; EP0567719A2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Schaltmechanismus gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es gibt temperatur- oder druckbetätigte Schalter oder Schaltmechanismen, die von Belleville- bzw. Tellerfedern Gebrauch machen, um der Betätigung entgegenzuwirken, um diesen eine Schnapp-Wirkung bei der Betätigung zu verleihen. Ein Beispiel hierfür ist das US-Patent No. 4 853 504 von Hazime Tanaka et al., erteilt am 1. August 1989, für einen Druckschalter mit Dreifach-Wirkung. Dieser patentierte Schalter verwendet Schnappscheibenanordnungen zum Öffnen und Schließen federnd nachgiebig gelagerter Kontakte. Wie man festgestellt hat, sind solche Schalter anfällig für Fehlbetätigungen und Fehlfunktionen aufgrund von Vibrationen, Stößen und dergleichen. Eine weitere interessante Schrift ist das US-Patent Nr. 5 004 873 vom 2. April 1991 von Robert H. Schnut für eine auf Druck ansprechende Schaltvorrichtung mit mehreren Einstellpunkten unter Verwendung eines einzigen Druckerfassungs-Treibers. Bei dieser Vorrichtung wird eine Schnapp-Tellerfeder verwendet, um mikroschalterartige Elemente zu aktivieren und zu deaktivieren. Die Schnappfeder wirkt auf einen Betätiger, der wiederum die vorstehend genannten Elemente betätigt, wobei letztere Elemente wiederum elektrische Schaltungen öffnen und schließen. Eine solche nacheinander erfolgende Arbeitsweise ist sehr anfällig für Fehler und benötigt beträchtliche Wartung.
In dem US-Patent Nr. 3 876 845, erteilt am 8. April 1975, von Donald L. Griffith und Lawrence A. Dunham, für temperatur- und druckbetätigte Schalter, die Tellerfedern verwenden, ist ein durch eine Tellerfeder betätigter Schalter offenbart, der für Fehlfunktionen aufgrund von Stößen oder Vibrationen nicht anfällig ist. Dieser Schalter weist ebenfalls feststehende Kontakte sowie einen Betätiger auf, der eine Überbrückungsscheibe für einen direkten Unterbrecherkontakt mit den feststehenden Kontakten aufweist. Es besteht daher ein Bedarf für einen elektrischen Schaltmechanismus ähnlich dem vorstehend genannten Patent 3 876 845, der jedoch zweifache Einstellpunkte bietet.

Kurzbeschreibung der Erfindung

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines elektrischen Schaltmechanismus, der druck- oder temperaturbetätigt ist und Tellerfedern gemäß der Lehre des vorstehend genannten Patents 3 876 845 verwendet, jedoch eine neuartige Konstruktion schafft, bei der zwei elektrische Schaltungen bei zwei verschiedenen und vorbestimmten Druckwerten oder Kräften umgeschaltet werden.
Insbesondere besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung darin, eine elektrischen Schaltmechanismus gemäß Anspruch 1 anzugeben.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

Weitere Ziele der vorliegenden Erfindung sowie die neuartigen Merkmale derselben werden aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Begleitzeichnung noch deutlicher, in der eine axiale Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels der Erfindung dargestellt ist.
Der neuartige elektrische Schaltmechanismus 10 besitzt einen zylindrischen Mantel 12, der an seinem linken Ende mit einem Gewinde versehen ist, mit dem ein mit einem entsprechenden Gewinde versehener Befestigungssockel 14 in gewindemäßigen Eingriff steht. An dem gegenüberliegenden, rechten Ende des Mantels 12 ist in Endadapter 16 durch Schweißen angebracht. Der Adapter 16 nimmt einen elektrischen Verbinder 18 auf. Im Inneren des Mantels 12 besitzt der Verbinder 18 Verdrahtungsanschlüsse 20. Mit einer Innenfläche des Sockels 14 ist ein offenendiger Zylinder 22 verschweißt. Das abgelegene, offene Ende des Zylinders 22 besitzt ein Innengewinde, mit dem eine mit Gewinde versehene Plattform 24 in Eingriff steht. In der Plattform 24 ist ein Paar elektrischer Kontakte 26 parallel zueinander in Isolierhülsen 28 angebracht, wobei die Kontakte in ihrer Position festgelegt sind. Nach innen ragende Anschlußenden der Kontakte 26 liegen in einer Ebene "A", und die sich nach außen erstreckenden Bereiche sind mit Drähten 30 verbunden.
Auf halber Länge des Zylinders 22 befindet sich ein mit Innengewinde versehener, ringförmiger Bereich 32. Eine weitere mit Gewinde versehene Plattform 34 befindet sich in gewindemäßigem Eingriff mit dem Bereich 32, wobei in der Plattform 34 ein zweites Paar elektrischer Kontakte 36 angebracht ist. Nahe dem mit Gewinde versehenen, ringförmigen Bereich 32 weist der Zylinder 22 ein Paar Öffnungen 38 auf, durch die hindurch weitere Drähte 40 nach innen geführt und mit den Kontakten 36 elektrisch verbunden sind. Die Kontakte 36 sind ebenfalls in der Plattform 34 in zusätzlichen Isolierhülsen 28 in ihrer Position festgelegt. Die Anschlußenden der Kontakte 36, die den Anschlußenden der Kontakte 26 gegenüberliegen, liegen in einer Ebene "B".
Zentral in dem Sockel 14 ist eine Leitung 42 zum Hindurchleiten eines Fluidmediums durch diesen hindurch und in den Zylinder 22 hinein vorgesehen. Die Plattform 34 besitzt eine mit Gewinde versehene zentrale Bohrung 44, und in diese ist der Schaft 46 einer Halterung 48 eingeschraubt. Die Halterung 48 und deren Schaft 46 besitzen eine darin ausgebildete, durchgehende Bohrung 50, wobei darin der Schaft 52 einer länglichen Kontaktscheibenanordnung 54 in gleitend verschiebbarer Weise aufgenommen ist. An dem linken Ende des Schafts 52 ist ein Kolbenkopf 56 angebracht. Letzterer ist in unmittelbarer Nähe zu dem innersten Ende der Leitung 42 angebracht. An der Innenfläche des Sockels 14 ist eine Membran 58 angebracht, um den Kolbenkopf 56 von eintretendem Fluidmedium zu trennen.
Im Inneren oder linken Ende des Zylinders 22 ist ein Schlitten 60 angeordnet. Letzterer weist eine äußere, mit Innengewinde versehene Hülse 62, ein ganz innen befindliches, ringförmiges Tellerfeder-Festhalteglied 64, sowie ein becherförmiges, mit zentraler Bohrung und Außengewinde versehenes Anlageelement 66 auf. Dazwischen sowie in gewindemäßigem Eingriff mit dem Element 66 und der Hülse 62 befindet sich ein doppelwandiges, ringförmiges Element 68, in dem der Außenumfang einer Tellerfeder 70 aufgenommen ist. Der Innenumfang der Feder 70 ist in einer dafür vorgesehenen Nut in der Halterung 48 aufgenommen. Eine zweite Tellerfeder 72 ist mit ihrem Außenumfang in dem Festhalteglied 64 aufgenommen und mit ihrem Innenumfang um einen einen reduzierten Durchmesser aufweisenden Bereich des Kolbenkopfes 56 herum angeordnet.
Die Kontaktscheibenanordnung 54 besitzt an ihrem rechten Ende einen Scheibenhalter 74. Letzterer befindet sich in gewindemäßigem Eingriff mit dem ein entsprechendes Gewinde aufweisenden Ende des Schafts 52 und besitzt dort ein ringförmiges Isolierstück 76. Eine elektrisch leitfähige Scheibe 78 ist an dem Isolierstück 76 angebracht und in der dargestellten Weise entlang einer Ebene "B" in elektrisch kontaktierendem oder überbrückendem Eingriff mit den Kontakten 36 angeordnet. Somit 78 komplettiert die Scheibe 78 eine Schaltung durch die Drähte 40 und die Kontakte 36. Dabei handelt es sich um den normalen oder Ruhezustand des Mechanismus 10.
Die Tellerfeder 72 ist in der dargestellten Weise nach außen vorgespannt, um den Kolbenkopf 56 mit einer bestimmten Vorspannung gegen die Membran 58 und die Innenfläche des Sockels 14 zu halten. Bei Einleitung eines druckbeaufschlagten Fluidmediums, das eine größere Kraft als diese Vorspannung besitzt, durch die Leitung 42 in das Gehäuse, d.h. den Mantel 12 und den Zylinder 22 hinter der Membran 58 schnappt die Feder 72 nach innen, um die Kontaktscheibenanordnung 54 unmittelbar nach rechts zu bewegen. Als Ergebnis hiervon trifft der Kolbenkopf 56 auf die durch das Anlageelement 66 gebildete Anlage, und die überbrückende Scheibe 78 zieht sich von der Ebene "B" und den Anschlußenden der Kontakte 36 zurück. Zu diesem Zeitpunkt wird die Tellerfeder 70 gespannt, wobei sie jedoch dem Druck nicht nachgibt; sie besitzt eine höhere Vorspannung als die Feder 72. Der Schlitten 60, der nur in dem Zylinder 22 verschiebbar angeordnet ist, bleibt dann in seiner Position, wobei er von der Feder 70 gehalten wird.
Wenn der Druck des Fluidmediums reduziert wird oder das Medium an sich ausgeleitet wird, kehrt die Feder 72 in ihre normale vorgespannte Position zurück und schnappt die Kontaktscheibenanordnung 54 zurück in den normalen Ruhezustand, wie er in der Zeichnung dargestellt ist, in dem sich die Scheibe 78 in Überbrückungseingriff mit den Kontakten 36 befindet.
Wenn der Druck des Fluidmediums über die Vorspannung der Tellerfeder 70 hinaus erhöht wird, gibt diese Feder nach und befördert den Schlitten 60 mit einer Schnappwirkung nach rechts, bis das innere, ringförmige Ende der Hülse auf die durch die Plattform 34 gebildete Anlageeinrichtung trifft, wobei sich die Kontaktscheibenanordnung 54 dabei mitbewegt. In diesem Fall nimmt die Scheibe 78 nun die Ebene "A" ein und befindet sich in überbrückendem Eingriff mit den Kontakten 26.
Wenn der Druck des Fluidmediums wieder auf ein Niveau reduziert wird, das zwischen dem Schwellenwert, bei dem ein Nachgeben der Feder 70 hervorgerufen wird, und dem Schwellenwert liegt, bei dem ein Nachgeben der Feder 72 hervorgerunfen wird, schnappt die Feder 70 wiederum in ihre normale Haltung zurück und zieht den Schlitten 60 zurück. Die Feder 72 ist jedoch immer noch gebogen, da das angeommene Druckniveau ihr kein Nachlassen erlaubt. Die Scheibe 78 befindet sich somit zwischen den Ebenen "A" und "B" und bleibt dort, bis der Druck des Fluidmediums bis unter das Schwellenwertniveau absinkt, bei dem die Feder 72 in ihre entlastete Haltung zurückschnappen kann.
Es ist darauf hinzuweisen, daß bei Schnappbewegung des Schlittens 60 nach rechts durch das Nachgeben der Feder 70 diese die Anlage des Anlageelements 66 mitnimmt. Als Ergebnis hiervon kann sich der Kolbenkopf 56 bei der gleichzeitigen Biegung der Feder 72 weiter in den Mantel 22 hinein verschieben. In dieser Weise erfolgen die Weiterbewegung der Scheibe 78 in die Ebene "A" sowie der Überbrückungskontakt mit den Kontakten 26.
Die Kontakte 26 und 36 sind in ihrer Position festgelegt, und die Überbrückungsscheibe 78 stellt in der vorstehend beschriebenen Weise einen positiven, unmittelbaren Kontakteingriff mit diesen her. Kein normales Auftreten von Vibration, Stoß und dergleichen kann ein fehlerhaftes Schalten des Mechanismus 10 oder ein fälschliches Kontakttrennen verursachen. Der Mechanismus 10 schaltet zwei elektrische Schaltungen bei zwei verschiedenen Fluidmedium-Druckwerten; der Mechanismus 10 ist daher für doppelte Einstellpunkt-Erfordernisse verwendbar: Alarm und Abschalten, oder Warnen und Abschalten usw. Er bietet eine Genauigkeit, Reproduzierbarkeit und Zuverlässigkeit, die bei Schaltern oder Schaltmechanismen mit zweifachem Einstellpunkt im Stand der Technik nicht zu finden ist. Der Mechanismus 10 ist dadurch für eine stufenlose Einstellung, für unterschiedliche, ausgewählte Druckwerte oder Einstellpunkte verwendbar, daß der Schaft 46 der Halterung 48 in der Plattform 34 axial verstellbar ist, der Scheibenhalter 74 an dem Schaft 53 gewindemäßig verstellbar ist, die Plattform 34 in dem Zylinder 22 an dem Bereich 32 axial verstellbar ist, das mit Gewinde versehene Anlageelement 66 in dem ringförmigen Element 68 verstellbar ist und letzteres in der Hülse 62 axial verstellbar ist.
Meine Erfindung ist zwar in Verbindung mit einem speziellen Ausführungsbeispiel derselben beschrieben worden, jedoch versteht es sich ganz klar, daß dies nur als Beispiel und nicht als Einschränkung des Umfangs der Erfindung zu verstehen ist, wie sie in ihren Zielsetzungen und den beigefügten Ansprüchen angegeben ist. Zum Beispiel ist vorstehend druckbeaufschlagtes Fluidmedium als Antriebskraft genannt worden. Es ist klar, daß auch eine Flüssigkeit über die Leitung 42 eingeleitet werden könnte, die erwärmt wird, so daß ein Druckanstieg derselben entsteht, durch den die Membran 58 bewegt wird und der Kolbenkopf 56 als Ergebnis davon verlagert wird. Der Mechanismus wäre daher temperaturbetätigt, und zwar in derselben Weise, wie dies vorstehend für ein über die Leitung 42 eingeleitetes druckbeaufschlagtes Fluidmedium beschrieben wurde.

Claims

1. Elektrischer Schaltmechanismus mit:

einem Gehäuse (12), wobei das Gehäuse eine Einrichtung zum Einlassen eines druckbeaufschlagten Fluids in dieses aufweist;

einem ersten Paar elektrischer Kontakte (26), in in dem Gehäuse angebracht sind und Anschlußenden aufweisen, die in einer ersten Ebene (A) liegen,

dadurch gekennzeichnet,

daß ein zweites Paar elektrischer Kontakte (36) in dem Gehäuse angebracht ist und Anschlußenden aufweist, die in einer zweiten Ebene (B) liegen, wobei eine in dem Gehäuse (12) beweglich angeordnete, überbrückende Kontaktscheibe (78) zwischen dem ersten Paar und dem zweiten Paar von Kontakten angeordnet ist,

und daß eine Einrichtung (72) in dem Gehäuse eingeschlossen ist, um (a) die Scheibe in einer (A) der Ebenen in normalem Eingriff mit den Enden eines der Kontaktpaare (26) festzuhalten, und um (b) die Scheibe (78) unmittelbar mit einer Schnappwirkung aus dem genannten Eingriff und der genannten Ebene ansprechend auf einen Eintritt von Fluidmedium bei einem ersten Schwellenwert des Drucks zu verlagen und um die Scheibe (78) unmittelbar mit einer Schnappwirkung in die andere (B) der Ebenen sowie in Eigriff mit den Enden des anderen Paares von Kontakten (36) ansprechend auf den Eintritt von Fluidmedium bei einem zweiten Schwellenwert des Drucks zu verlagern.

2. Elektrischer Schaltmechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schlitten (60) in dem Gehäuse (12) beweglich angeordnet ist, wobei letzteres mit einer Anlageeinrichtung (66) zum Begrenzen der Bewegung des Schlittens versehen ist, daß eine längliche Kontaktscheibenanordnung (54) in dem Schlitten (60) beweglich angeordnet ist, daß die Anordnung an ihrem einen Ende mit einer Kolbeneinrichtung (56) versehen ist, die in unmittelbarer Nähe zu der Medium-Einlaßeinrichtung (42) angeordnet ist, um die Annordung ansprechend auf einen Eintritt von Fluidmedium in das Gehäuse (12) zu bewegen, daß der Schlitten (60) eine Anlageeinrichtung (60) aufweist zum Begrenzen der Bewegung der Anordnung (54) in diesem, daß eine erste Einrichtung (72) in dem Gehäuse eingeschlossen ist und mit der Anordnung in Eingriff steht, um (a) die Scheibe (78) in Berührung mit einem Paar des ersten (26) und des zweiten (36) Paares von Kontakten festzuhalten und um (b) die Anordnung an einer Bewegung relativ zu dem Schlitten (60) zu hindern, und daß eine zweite Einrichtung (70) in dem Gehäuse (70) angeordnet ist und mit dem Schlitten (60) in Eingriff steht, um den Schlitten an einer Bewegung relativ zu dem Gehäuse (12) zu hindern.

3. Elektrischer Schaltmechanismus nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlageeinrichtung (66) in dem Schlitten eine darin zentral ausgebildete Öffnung aufweist; und daß ferner eine in der Öffnung angebrachte Halterung (48) vorgesehen ist, wobei in der Halterung eine durchgehende Bohrung ausgebildet ist, und daß die Anordnung (54) mit der Bohrung in verschiebbarem Eingriff steht.

4. Elektrischer Schaltmechanismus nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß er eine Halterung (48) aufweist, die an der Anlageeinrichtung (66) in dem Gehäuse angebracht ist und an der die zweite Einrichtung (70) angebracht ist.

5. Elektrischer Schaltmechanismus nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung (72) zwischen der Kolbeneinrichtung (56) und dem Schlitten (60) angebracht ist.

6. Elektrischer Schaltmechanismus nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und/oder die zweite Einrichtung eine Tellerfeder (70) aufweist.

7. Elektrischer Schaltmechanismus nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Einrichtung Tellerfedern (70, 72) aufweisen.

8. Elektrischer Schaltmechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlageeinrichtung (66) in dem Gehäuse eine Einrichtung zum Tragen eines Paares (36) der Paare von elektrischen Kontakten in dem Gehäuse aufweist.

9. Elektrischer Schaltmechanismus nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß er eine zwischen dem Gehäuse und der Kolbeneinrichtung (56) angeordnete Einrichtung (58) zum Trennen der Kolbeneinrichtung von über die Einlaßeinrichtung (42) eintretendem Fluidmedium aufweist.

10. Elektrischer Schaltmechanismus nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Trenneinrichtung eine Membran (58) aufweist.

11. Elektrischer Schaltmechanismus nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäuseschlitten (60) mit Innengewinde versehen ist, und daß die Anlageinrichtung (66) in dem Schlitten mit Außengewinde versehen ist und mit dem Schlitten-Innengewinde in verstellbarem gewindemäßigen Eingriff steht.

12. Elektrischer Schaltmechanismus nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung mit Gewinde versehen ist, daß die Halterung (48) einen Schaft (46) mit Außengewinde aufweist und daß der Schaft mit der Öffnung in gewindemäßigem Eingriff steht.