DE69315245T2

DE69315245T2 - Druckschalter

Info

Publication number: DE69315245T2
Application number: DE69315245T
Authority: DE
Inventors: Daniel Clarence Stahly
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1992-04-10
Filing date: 1993-04-05
Publication date: 1998-06-18
Anticipated expiration: 2013-04-06
Also published as: US5189269A; CA2093054A1; EP0565028B1; DE69315245D1; CA2093054C; CA2093054E; EP0565028A1; ES2110536T3

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Druckschalter und insbesondere auf Druckschalter der Bauart, bei der der Schalter Ausführen-Vor-Unterbrechung-Charakteristiken zeigt, und zwar beim Steigen des Druckes, und auch Ausführen-Vor-Unterbrechung-Betätigungscharakteristiken (make-before-break) bei sinkendem Druck. Schalter mit dieser Art von Betätigungscharakteristiken finden Anwendung bei Automobil-Klimatisierungssystemen, wo es erwünscht ist, die Erregung bzw. das Einschalten und die Entregung bzw. das Ausschalten der Kühlmittelkompressorkupplung ansprechend auf Veränderungen des Druckes des verdampften Kühlmittels zu steuern, welches in dem System zirkuliert.
Typischerweise setzen Fahrzeug-Klimatisierungssystemdruckschalter eine druckansprechende Membran ein, die gegen einen beweglichen Kolben wirkt, um die notwendige Betätigungskraft zur Betätigung des elektrischen Schaltmechanismus vorzusehen, um die Kompressorkupplung zu steuern. Es ist jedoch bei Druckschaltern dieser Bauart herausgefunden worden, daß die erforderliche Bewegung des Kolbens unerwünschte Bewegungsgrößen der Membran in den Grenzregionen davon erzeugt. Diese Bewegung hat schließlich zu einem Ermüdungsversagen der Membran geführt und zu einer verringerten Instandhaltungs- bzw. Servicelebensdauer des Druckschalters.
Es ist somit erwünscht gewesen, einen Weg oder Mittel zu finden, um die Bewegung einer druckansprechenden Membran in einem Druckschalter zu steuern, und zwar in einer Weise, die eine lange Servicelebensdauer bezüglich der Anzahl der Zyklen des Schalters erzeugen wird, und doch die gewünschte Ausführen-Vor-Unterbrechung-Binärbetätigungsart des Schalters über einen breiten Bereich von abgefühlten Drücken vorsieht. Es ist erwünscht gewesen, einen solchen Binärwirkungsdruckschalter zu erdenken, der ein Minimum an Teilen oder Komponenten besitzt, und der sich für Massenproduktionstechniken mit hohem Volumen anbietet, und der daraus resultierende niedrige Herstellkosten aufweist.
In EP-A-0 272 934 ist ein auf zwei Zustände ansprechender Schalter gezeigt, der erste und zweite Scheiben aufweist, und zwar jeweils mit konvex-konkaven Oberflächenkonfigurationen auf entgegengesetzten Seiten davon, und zwar geeignet, um seine Konfiguration umzukehren, wenn er ausgewählten Zuständen unterworfen wird. Ein Bewegungsübertragungsglied erstreckt sich von der zweiten Scheibe zu einem elektrischen Schalter. In einem ersten Bereich von Zuständen verhindert die erste Scheibe die Betätigung des Schalters, und in einem zweiten Bereich von Zuständen hat sich die Krümmung der Scheibe umgekehrt, was eine Betätigung des Schalters gestattet, während in einem dritten Bereich von Zuständen die Krümmung der zweiten Scheibe sich umgekehrt hat, was eine Entregung bzw. Entbetätigung des Schalters zur Folge hat.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Druckschalteranordnung nach Anspruch 1 oder 3 und ein Druckschalter nach Anspruch 8 vorgesehen. Weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung sieht eine Membran vor, die in einem Aus führen-Vor-Unterbrechung- (make-before-break) oder Binärbetätigungsdruckschalter eingesetzt wird, wobei der Bewegung einer druckansprechenden Membran teilweise durch eine Belleville- bzw. Tellerfeder entgegengewirkt wird, die um den Umfang der Membran herum angeordnet ist. Eine relativ dünne tellerförmige Schnappwirkungsscheibe ist an ihrem Außenumfang um den Innenumfang der Tellerfeder befestigt und bietet der Bewegung der Mittelregion der Membran Widerstand. Die tellerförmige Scheibe trägt gegen ein Betätigungsglied mit einem Ende einer Schnappwirkungs-Umkehrfeder, die darauf ausgerichtet bzw. einge richtet ist, wobei das entgegengesetzte Ende der Umkehrfeder mit einem beweglichen Schaltkontaktklingen- bzw. -zungenglied ist, und zwar um die Betätigung und Entbetägung des Kontaktklingengliedes gegen einen stationären Kontakt zu bewirken. Das Betätigungsglied wird in Kontakt mit der tellerförmigen Scheibe durch eine zweite Feder vorge spannt.
Beim Steigen des Druckes an dem Druckschaltereinlaß oder Abfühlanschluß bewirken die Kräfte des Druckes, der auf die Membran auf einem ersten Druckpegel wirkt, daß die tellerförmige Scheibe über die Mitte schnappt, bzw. springt. Die Schnappbewegung der Scheibe bewegt das Betätigungsglied, was bewirkt, daß die Umkehrfeder sich um ein kleines Ausmaß bewegt, um den Verschluß der beweglichen Kontaktklinge bzw. -zunge gegen den stationären Kontakt zu bewirken, ohne jedoch eine Schnappbetätigung zu bewirken.
Bei weiteren Drucksteigerungen auf ein zweites vorbestimmtes Niveau bewirken die Kräfte des Druckes, der auf die Membran wirkt, daß die Tellerfeder über die Mitte springt, bzw. schnappt und das Betätigungsglied weiter in die gleiche Richtung bewegt, und zwar um ein ausreichendes Ausmaß, um das Ende der Umkehrfeder über die Mitte zu bewegen, und um eine umgekehrte Schnappwirkung bzw. eine Schnappumkehrwirkung des beweglichen Kontaktklingengliedes in den offenen Schaltzustand zu bewirken.
Bei einer Senkung des Druckes von dem zweiten vorbestimnten Niveau wird bewirkt, daß die Tellerfeder wieder über die Mitte in umgekehrter Richtung geht, und zwar auf einen dritten Druckpegel geringfügig unter dem zweiten Pegel, was gestattet, daß das Betätigungsglied das Ende der Umkehrfeder in eine Vorposition zurückführt, was bewirkt, daß die Umkehrfeder wieder das bewegliche Kontaktklingenglied in den geschlossenen Schaltzustand schnappt bzw. bewegt, und zwar gegen den stationären Kontakt. Bei wei teren Druckabfällen von dem dritten Niveau wird die tellerförmige Scheibe wieder in ihre Anfangsposition ge schnappt, und zwar durch die Kraft der zweiten Feder, die das Betätigungsglied dagegen vorspannt; und die Umkehrfeder wird auf eine Position gehoben, die gestattet, daß das bewegliche Kontaktklingenglied wieder auf offene Schaltung geht, und zwar mit Bezug auf den stationären Kontakt.
Die ineinanderliegende, tellerförmige Scheibe eines tellerfederartigen Federwiderstandes gegen die Bewegung der druckansprechenden Membran versieht den Druckschalter der vorliegenden Erfindung mit einer einzigartigen Binäroder Ausführen-Vor-Unterbrechung-Betätigung mit einem Minimum an Teilen und einer minimalen Bewegung der druckansprechenden Membran. Die einzigartige Konstruktion des vorliegenden Druckschalters sieht eine lange Servicezykluslebensdauer der Membran vor und ermöglicht die kostengünstige Herstellung der Schalteranordnung aus einem Minimum an Teilen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Querschnitt der Druckschalteranordnung der vorliegenden Erfindung in dem anfänglichen Zustand, wo kein Drucksignal auf dem Einlaßanschluß aufgebracht wird;
Fig. 2 ist eine Ansicht, ähnlich der Fig. 1, wobei der Schalter auf ein erstes vorbestimmtes Drucksignal am Einlaßanschluß unter Druck gesetzt wird;
Fig. 3 ist eine Ansicht ähnlich der Fig. 1, die den Druckschalter zeigt, der auf einen zweiten höheren Druckpegel am Einlaßanschluß unter Druck gesetzt worden ist;
Fig. 4a ist eine graphische Beschreibung der Schalterbetätigung bei steigendem Druck; und
Fig. 4b ist eine Ansicht ähnlich der Fig. 4a mit einer Schaltbetätigung bei abfallendem Druck.

Detaillierte Beschreibung

Mit Bezug auf Fig. 1 wird der Druckschalter der vorliegenden Erfindung im allgemeinen mit 10 bezeichnet, und zwar derart, daß er einen Körper oder eine Basis 12 besitzt und einen Schalthohlraum 14, der darin ausgebildet ist. Ein Gehäuse oder Abdeckglied 17 ist über der Basis 12 durch irgendwelche geeigneten Mittel befestigt, wie beispielsweise eine nach innen gelenkte Kante 16, die ausgebildet werden kann, um einen Schnappverriegelungseingriff vorzusehen, falls erwünscht.
Das Gehäuse 16 besitzt einen Einlaßanschluß 18, und zwar vorgesehen in einem darauf vorgesehenen Bock 20. Ein Druckabfühlhohlraum 22 ist in dem Gehäuse 16 ausgebildet und besitzt eine druckansprechende Membran 24, die um ihren Umfang durch den Dichtring 26 abgedichtet ist, der dagegen durch das Gehäuse 16 bei der Montage des Gehäuses über der Basis 12 gedrückt wird.
An der Membran 24 ist an der Unterseite davon eine elastisch verformbare Federanordnung in Übereinanderlage bzw. daran ausgerichtet, die im allgemeinen mit 28 bezeichnet wird, die der Abwärtsbewegung der Membran beim Aufbringen eines Drucksignals auf den Anschluß 18 und den Hohlraum 22 Widerstand bietet.
Die Federanordnung 28 weist ein ringförmiges, vorzugsweise konisch verjüngtes relativ dünnes Federglied oder eine Belleville- bzw. Tellerfeder 30 auf, die an ihrem Außenumfang in einer Nut ausgerichtet ist, die in der Basis 12 ausgebildet ist. Die Federscheibe 30, in ihrer anfänglichen Konfiguration, ist in einer Aufwärtsrichtung verjüngt, wie in Fig. 1 veranschaulicht. Die Bellevillebzw. Tellerfederscheibe 30 besitzt eine Kante oder Schulter 32, die um den Innenumfang davon ausgebildet ist, wobei an der Schulter 32 der Außenumfang eines tellerförmigen relativ dünnen Scheibenfedergliedes 34 ausgerichtet ist, dessen konkave Oberfläche nach unten angeordnet ist, wie in Fig. 1 gezeigt.
Das obere Ende eines beweglichen Betätigungsgliedes 36 ist gegen die Unterseite der Scheibe 34 ausgerichtet; und ist dagegen durch eine zweite Feder 38 vorgespannt, deren oberes Ende gegen eine Schulter 40 ausgerichtet ist, die auf dem Betätigungsglied ausgebildet ist. Das untere Ende der Feder 38 ist gegen die Innenseite eines einstellbaren drehbaren Stöpsels 42 ausgerichtet, der verschraubbar in der Basis 12 aufgenommen ist.
Das Betätigungsglied 36 besitzt eine Nut, die in der Seite davon vorgesehen ist, in der ein Ende 44 einer gebogenen Umkehrfeder 46 aufgenommen ist, deren anderes Ende mit einem beweglichen Klingen- bzw. Zungenglied 48 verbunden ist. Das Klingenglied 48 besitzt einen darauf montierten beweglichen elektrischen Kontakt 50, und sein entgegengesetztes Ende ist in elektrischer Verbindung mit einem Anschluß 52 verankert, dessen eines Ende sich nach außen durch die Basis 12 erstreckt, und der zu einer externen elektrischen Verbindung damit geeignet ist.
Ein stationärer Kontakt 54 ist direkt unter dem Kontakt 50 angeordnet, und der Kontakt 54 ist elektrisch mit einern Anschluß 56 verbunden, der sich auch nach außen von der Basis 12 erstreckt, und ist zur externen elektrischen Verbindung damit geeignet.
Mit Bezug auf Fig. 1 ist der im allgemeinen mit 60 bezeichnete Schaltmechanismus in dem nicht unter Druck gesetztem Zustand und in dem nicht betätigten Zustand oder in dem Zustand offener Schaltung gezeigt, wobei der Kontakt 50 vom Kontakt 54 getrennt die Schaltung zwischen dem Anschluß 52 und dem Anschluß 56 unterbricht.
Es sei bemerkt, daß die bewegliche Kontaktklinge 48 gegabelt sein kann, um zu gestatten, daß die Betätigungsvorrichtung 36 zwischen parallelen Schenkeln davon durchgeht, oder die Betätigungsvorrichtung 36 kann geschlitzt sein, um zu gestatten, daß das Klingen- bzw. Zungenglied 48 dort hindurchgeht. Bei der gegenwärtig bevorzugten Praxis der Erfindung ist das bewegliche Kontaktklingenglied 48 gegabelt, um zu gestatten, daß das Betätigungsglied 36 zwischen den parallelen Teilen davon hindurchgeht, von denen nur einer in den Zeichnungen veranschaulicht ist, und wobei parallele Teile gemeinsam an dem Anschluß 52 verankert sind.
Mit Bezug auf Fig. 2 ist der Druckschalter 10 in dem Zustand gezeigt, in dem die Schaltmittel 60 in dem betätigten Zustand oder dem Zustand geschlossener Schaltung sind, um eine Schaltung zwischen den Anschlüssen 52 und 56 zu vollenden, wobei der Kontakt 50 gegen den Kontakt 54 geschlossen ist. In dem in Fig. 2 veranschaulichten Zustand ist ein Strömungsmitteldrucksignal entsprechend dem Pegel A in Fig. 4a am Einlaßanschluß 18 aufgebracht worden, und zwar ausreichend um zu bewirken, daß die über der Membran 24 wirkenden Kräfte in der Mittelregion davon die tellerförmige Scheibe 34 in einer Schnappwirkung über die Mitte in die konkave nach oben gerichtete Konfiguration ablenken, die in Fig. 2 veranschaulicht ist. In diesem umgeschnappten, konkaven, aufwärts gerichteten Zustand hat die Scheibe 34 das Betätigungsglied 36 nach unten bewegt und das Ende 44 der gebogenen Feder 46 um eine ausreichende Größe abgesenkt, um das Kontaktklingenglied 48 in die in Fig. 2 veranschaulichte untere bzw. Abwärtsposition zu bewegen. Es sei bemerkt, daß das Ende 44 der Urnkehrfeder 46 über dem Betätigungsglied 48 bleibt und nicht über die Mitte in den Zustand der Fig. 2 geht, und eine Abwärtsvorspannung des Betätigungsgliedes 48 vorsieht, um den Kontakt 50 fest geschlossen gegen den stationären Kontakt 54 zu halten.
Mit Bezug auf Fig. 3 ist der Druckschalter 10 in dem Zustand veranschaulicht, wo der Druck am Einlaß 18 auf einen zweiten vorgewählten Pegel angehoben worden ist, der durch das Bezugszeichen B in Fig. 4a bezeichnet wird, wobei die Tellerfeder über die Mitte oder nach unten geschnappt ist, und zwar unter dem Druck der Druckkräfte, die auf die Membran 24 wirken. In dem unter Druck gesetztem Zustand, der am Punkt B in Fig. 4a bezeichnet wird und wie in Fig. 3 gezeigt, ist das Schalterbetätigungsglied 36 nach unten in der gleichen Bewegungsrichtung wie in Fig. 2 bewegt worden, und zwar um ein zusätzliches Ausmaß, so daß das Ende 44 der Umkehrfeder 46 nach unten zwischen den nicht gezeigten, gegabelten Teilen bewegt worden ist, und unter die Kontaktklinge 48. Wenn das Ende 44 der Feder 46 über die Klinge bzw. Zunge 48 bewegt worden ist, bewirkt dies die Bewegung der Konktaktklinge 48 nach oben mit einer Schnappwirkung in die in Fig. 3 gezeigte Position, was den Kontakt zwischen dem beweglichen Kontakt 50 und dem stationären Kontakt 54 unterbricht, und die Schaltung zwischen den Anschlüssen 52 und 56 öffnet.
Wenn der Druck im Anschluß 18 von dem abgesenkt wird, der vorn Pegel B in Fig. 4a bezeichnet wird, und zwar auf einen Pegel zwischen dem Pegel B und dem Pegel A, wie durch das Bezugszeichen C in Fig. 4b bezeichnet, wird die Tellerumkehrfeder 30 wieder nach oben geschnappt, um die Konfiguration zu besitzen, wie in Fig. 2 gezeigt, was gestattet, daß das Betätigungsglied 36 sich wieder nach oben bewegt, und was gestattet, daß das Ende 44 der Umkehrfeder sich wieder über die Kontaktklinge 48 bewegt, was einen Schnappwirkungswiederverschluß des Schalters 60 in dem in Fig. 2 gezeigten Zustand zur Folge hat.
Wenn der Druck weiter unter den Pegel C gesenkt wird, und zwar auf einen Pegel, der durch das Bezugszeichen D in Fig. 4b bezeichnet wird, der geringfügig unter dem Pegel A der Fig. 4a ist, wird gestattet, daß die tellerförmige Scheibe 34 zurück in die aufwärtsgerichtete, konkave Position geschnappt wird, die in Fig. 1 gezeigt ist, wodurch gestattet wird, daß die Feder 38 die Betätigungsvorrichtung 36 nach oben bewegt, was gestattet, daß das Ende 44 der gebogenen Feder 46 es dem Kontaktklingenglied 48 gestattet, sich wieder in den in Fig. 1 gezeigten Zustand offener Schaltung zu bewegen. Dieser Zustand wird durch das Bezugszeichen D in Fig. 4b veranschaulicht.
Die vorliegende Erfindung sieht somit eine einzigartige vereinfachte Konstruktion für einen binären Druckschalter oder einen Ausführern-Vor-Unterbrechung-Druckschalter vor, und zwar unter Einsatz einer ineinanderliegenden Scheibe in einer Belleville- bzw. Tellerfeder, die dem Schalter eine gestufte Schnappwirkung verleiht, und zwar bei steigendem und fallendem Druck. Der Druckschalter der vorliegenden Erfindung sieht somit eine minimale Bewegung der druckansprechenden elastischen Membran vor und verbessert somit die Servicelebensdauer des Druckschalters.
Obwohl die Erfindung oben mit Bezug auf die veranschaulichten Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, wird es dem Fachmann klar sein, daß die Erfindung modifiziert und verändert werden kann, und nur durch die folgenden Ansprüche eingeschränkt wird.

Claims

1. Druckschalter (10), der folgendes aufweist:

(a) Körpermittel (16), die einen Druckabfühlhohlraum (22) definieren und mit einem Drucksignalanschluß (18) darin und mit einer elastischen Membran (24), die ansprechend auf Druckänderungen in dem Hohlraum beweglich ist;

(b) der Bewegung der Membran elastisch widerstehende Federmittel, und zwar einschließlich:

(i) einer Belleville-Federscheibe (Tellerfeder) (30) getragen an den Körpermitteln, um ihren Außenumfang herum,

(ii) eine tellerförmige Federscheibe (34), deren Außenumfang an dem Innenumfang der Tellerfeder getragen wird;

(c) Betätigungsmittel (36) zum betriebsmäßigen Kontaktieren der Federmittel zur Bewegung damit; und

(d) Schaltmittel bzw. Schaltermittel (60), betriebsmäßig durch die Betätigungsmittel zur Betätigung und Entbetätigung kontaktiert.

2. Druckschalter (10) nach Anspruch 1, wobei die Scheibe (34) eine konvex-konkave Scheibe ist, und deren Außenumfang auf dem Innenumfang der Tellerfeder getragen wird, wobei beim Anstieg des Drucks an den auf Druck ansprechenden Mitteln (24) die Scheibe eine Schnappwirkungs-Krümmungsumkehrbewegung bei einem ersten Druckniveau erfährt, und wobei die Tellerfeder bzw. Belleville-Scheibe bei einem zweiten Druckniveau, das höher ist als das erste Druckniveau mit einer Schnappwirkung über die Mitte hinweg geht.

3. Druckschalteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Tellerfeder (30) um ihren Innenumfang herum ausgeformt eine Versetzung aufweist, wobei die erwähnte Scheibe (34) in der erwähnten Versetzung ausgerich tet ist.

4. Druckschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Schaltmittel (60) einen Betätiger (36) aufweisen, der ansprechend auf die Bewegung der Scheibe betätigbar ist, wobei die Schaltmittel sich in einem Zustand offener Schaltung befinden, wenn der Hohlraum atmosphärischen Druck hat und wobei dann, wenn der Anschluß und der Hohlraum ein Drucksignal mit einem ersten vorgewählten Pegel erfahren, der Schalterbetätiger durch Schnappwirkung der Scheibe (34) zur Betätigung der Schaltmittel in den Zustand der geschlossenen Schaltung bewegt wird, wobei bei weiterem Anstieg des Drucksignals auf einem zweiten vorgewählten Pegel, der signifikant größer ist als der erste Pegel, das ringförmige verjüngte Glied über die Mitte schnappt und das Betätigungsglied weiter bewegt, was bewirkt, daß die Schaltmittel wieder in den Zustand der offenen Schaltung gehen.

5. Druckschalter nach Anspruch 4, wobei die Schaltmittel einen Schnappwirkungmechanismus (44, 46) aufweisen.

6. Druckschalter nach Anspruch 4, wobei die Schaltmittel (60) betätigbar sind, wenn Anschluß und Hohlraum ein Drucksignal erfahren, welches abnimmt gegenüber dem erwähnten zweiten vorgewählten Pegel auf einen dritten Pegel, der signifikant kleiner ist als der zweite Pegel und größer als der erste Pegel, um wie derum in einen Zustand geschlossener Schaltung zu gehen, und wobei bei weiterer Verringerung des Drucksignals auf einen vierten vorgewählten Pegel, der kleiner ist als der erste Pegel, die Schaltmittel zu dem Zustand offener Schaltung zurückkehren.

7. Druckschalter nach Anspruch 4, wobei die Schaltmittel eine Schnappwirkung zwischen dem ersten Pegel und dem zweiten Pegel des erwähnten Drucksignals vorsehen.