EP0173090A1 - Druckgeber für einen Druckschalter oder einen Regler - Google Patents

Druckgeber für einen Druckschalter oder einen Regler Download PDF

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EP0173090A1
EP0173090A1 EP85109478A EP85109478A EP0173090A1 EP 0173090 A1 EP0173090 A1 EP 0173090A1 EP 85109478 A EP85109478 A EP 85109478A EP 85109478 A EP85109478 A EP 85109478A EP 0173090 A1 EP0173090 A1 EP 0173090A1
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pressure
bimetallic
spring
sensor according
pressure sensor
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Peter Oliver Honegger
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Huba Control AG
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H35/00—Switches operated by change of a physical condition
    • H01H35/24—Switches operated by change of fluid pressure, by fluid pressure waves, or by change of fluid flow
    • H01H35/26—Details
    • H01H35/28—Compensation for variation of ambient pressure or temperature

Definitions

  • the invention relates to a pressure transmitter according to the preamble of claim 1.
  • Such a pressure transmitter is used either to actuate a switching contact in a pressure switch or to emit a constant output signal, which can be an electrical or a pneumatic signal. It can serve as an input signal for a continuously acting controller or a two-point controller.
  • the pressure to be measured by the pressure transmitter can be a differential pressure, a negative pressure or an excess pressure.
  • the switching point can be set within a limited range.
  • the sensor element to which pressure can be applied is usually a membrane or occasionally also a piston.
  • the switching accuracy or the scanning accuracy is influenced by fluctuations in the ambient temperature.
  • the main causes of the influence are the changing flexing forces, in particular in the case of rubber membranes, and in the case of heat-expanding housings, in particular in the case of plastic parts.
  • Circuit arrangements for compensating the ambient temperature are known in the case of electronic transmitters, but these generally relate to the fluctuations caused in the electronic components, the characteristics of which largely differ from the mechanically caused fluctuations.
  • the invention is therefore based on the object of creating a pressure transmitter in which the influences of the ambient temperature do not or only very slightly influence the switching or scanning accuracy.
  • the solution according to the invention is characterized by its simplicity and is largely applicable to already existing constructions.
  • the effect of the spring is changed by the bimetallic element arranged in series with the spring, in order to compensate for the temperature-related changes in the membrane, the housing parts and the changed friction conditions.
  • Claims 2 and 3 indicate preferred embodiments, according to which the bimetallic element is arranged between the spring and the supporting adjusting element. It follows from this that the bimetal element can be designed as an intermediate layer.
  • a particularly preferred embodiment according to claim 4 enables the compensation effect of the bimetal element to be compared in a simple manner by adding or removing bimetal disks.
  • the bimetal disks are lined up alternately on a mandrel as perforated disks.
  • the alternating arrangement results in a larger stroke than an arrangement in the same direction, since the strokes of the individual disks add up.
  • An embodiment according to claim 6 corresponds not only to a structurally favorable solution, but is also associated with the advantage that the bimetallic disks prevent the spring from turning when the pressure adjusting screw is adjusted, since they can be easily rotated relative to one another. This enables the setting accuracy to be increased because disruptive deviations in the switching point are avoided by turning the spring.
  • a chamber 10 which can be acted upon by the pressure to be measured is closed off by means of a membrane 12, which is reinforced by a disk 14 on the side opposite the pressure.
  • a plunger 16 is supported on the disk 14, the opposite end of which is centered in a guide piece 20 connected to a leaf spring 18 clamped on one side.
  • a compression spring 22 engages the guide piece 20, which loads the membrane 12 serving as a pressurizable sensor element against the pressure to be measured.
  • the leaf spring 18, which acts as an actuating element is coupled at its free end to a c-shaped snap spring 24, which engages a switching contact 28 biased against a fixed contact 26.
  • the bias of the compression spring 22 is adjustable on a pressure adjusting screw 34, on which the pressure spring 22 is supported by means of a plate-like vaulted bimetal disk 36 of a bimetal element 38.
  • the bimetallic disks 36 are perforated in their center and lined up alternately on a mandrel 40 which is rigidly connected to the pressure adjusting screw 34.
  • a second guide piece 42 is located between the lowermost bimetallic disk 36 and the compression spring 22 for centering the upper end of the compression spring 22.
  • the pressure adjusting screw 34 is screwed into a thread arranged in a housing projection 44.
  • a piston can be provided instead of the membrane 12, which can be acted upon by the pressure of the medium to be measured against the force of the compression spring 22.
  • a plurality of switching contacts can also be provided, which switch either simultaneously or at different pressures.
  • the switch contacts can be designed as change-over switches, openers or closers.
  • FIG. 2 shows a detail from FIG. 1 on a larger scale.
  • FIG. 2 shows the shape of the bimetallic disks 36, which are curved like a plate spring, and their arrangement.
  • FIG. 2 shows the bimetal discs: 36 in the normal position, the effect of the bimetal discs 36 at an elevated ambient temperature can be seen from the right half of this figure.
  • the bimetallic disks 36 are curved more strongly.
  • bimetal disks can be added or removed. Due to the alternating arrangement of the bimetallic disks 36, the compensation stroke increases by each added bimetallic disk.
  • slightly curved, round perforated disks are preferred as bimetallic disks.
  • the bimetallic element 38 formed by the bimetallic disks 36 serves as an axially movable support for the compression spring 22.
  • FIG. 3 shows, as a variant of FIG. 1, a measuring transducer 46 which emits a continuous signal depending on the approach of a tongue 48.
  • a transmitter preferably has electronic components and can, for example, inductively, capacitively or optically sense the approach of the tongue 48.
  • the tongue 48 is arranged instead of the leaf spring 18 shown in FIG. 1 and acts in the same way as the leaf spring 18 as an actuating element.
  • bimetal perforated disks lined up on the mandrel 40 it is also possible to use bimetal disks without a hole, which must be lined up in a sleeve. It is also possible to use perforated bimetal strips instead of round bimetal discs, which are lined up on a mandrel and insured against rotation.

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Abstract

57 Eine Membran (12) ist durch den Druck eines in eine Kammer (10) eingeleiteten Mediums gegen die Kraft einer Druckfeder (22) beaufschlagbar und betätigt dabei über einen Stössel (16) und ein Betätigungselement (18) einen Schaltkontakt (28). Zur Kompensation von wechselnden Umgebungstemperaturen ist die Druckfeder (22) mit einem Bimetallelement (38) in Reihe angeordnet. Durch die Kompensation wird eine Abweichung des Schaltpunktes von einem an einer Druck-Einstellschraube (34) eingestellten Wert weitgehend vermieden.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Druckgeber nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Ein solcher Druckgeber dient entweder zur Betätigung eines Schaltkontaktes in einem Druckschalter oder zur Abgabe eines stetigen Ausgangssignals, welches ein elektrisches oder auch ein pneumatisches Signal sein kann. Es kann als Eingangssignal eines stetig wirkenden Reglers oder eines Zweipunktreglers dienen. Der vom Druckgeber zu messende Druck kann ein Differenzdruck, ein Unterdruck oder ein Ueberdruck sein. Bei der Verwendung in einem Druckschalter ist der Schaltpunkt in einem begrenzten Bereich einstellbar. Das vom Druck beaufschlagbare Fühlerelement ist üblicherweise eine Membran oder gelegentlich auch ein Kolben.
  • Bei einem derartigen Druckgeber wird die Schaltgenauigkeit bzw. die Abtastgenauigkeit durch Schwankungen der Umgebungstemperatur beeinflusst. Hauptursachen der Beeinflussung sind die sich ändernden Walkkräfte, insbesondere bei Gummimembranen, und sich bei Wärme ausdehnende Gehäuse, insbesondere bei Kunststoffteilen. Bei elektronischen Messumformern sind zwar Schaltungsanordnungen zur Kompensation der Umgebungstemperatur bekannt, jedoch beziehen sich diese in der Regel auf die in den elektronischen Bauelementen verursachten Schwankungen, deren Charakteristik sich von den mechanisch verursachten Schwankungen weitgehend unterscheidet.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Druckgeber zu schaffen, bei dem die Einflüsse derumgebungstemperatur die Schalt- bzw. Abtastgenauigkeit nicht oder nur noch sehr geringfügig beeinflussen.
  • Die gestellte Aufgabe wurde erfindungsgemäss durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
  • Die erfindungsgemässe Lösung zeichnet sich durch ihre Einfachheit aus und ist weitgehend auch auf bereits bestehende Konstruktionen anwendbar. Durch das mit der Feder in Reihe angeordnete Bimetallelement wird die Wirkung der Feder verändert, um dadurch die temperaturbedingten Veränderungen der Membran, der Gehäuseteile sowie veränderte Reibungsverhältnisse zu kompensieren.
  • Die Ansprüche 2 und 3 geben bevorzugte Ausführungsformen an, nach denen das Bimetallelement zwischen der Feder und dem abstützenden Einstellelement angeordnet ist. Daraus ergibt sich, dass das Bimetallelement als eine Zwischenlage ausgebildet sein kann.
  • Eine besonders bevorzugte Ausführungsform nach Anspruch 4 ermöglicht auf einfache Art und Weise einen Abgleich der Kompensationswirkung des Bimetallelementes durch Hinzufügen oder Wegnehmen von Bimetallscheiben.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 5 sind die Bimetallscheiben als Lochscheiben wechselsinnig auf einem Dorn aufgereiht. Die wechselsinnige Anordnung ergibt einen grösseren Hub als eine gleichsinnige Anordnung, da sich die Hübe der einzelnen Scheibenaddieren. Eine Ausführungsform nach Anspruch 6 entspricht nicht nur einer konstruktiv günstigen Lösung, sondern ist darüberhinaus mit dem Vorteil verbunden, dass die Bimetallscheiben das Mitdrehen der Feder beim Verstellen der Druck-Einstellschraube verhindern, da sie sich leicht gegeneinander verdrehen lassen. Dadurch lässt sich die Einstellgenauigkeit erhöhen, weil störende Abweichungen des Schaltpunktes durch das Verdrehen der Feder vermieden werden.
  • Eine Ausführungsform nach Anspruch 7 ergibt einen besseren thermischen Wirkungsgrad, da anstelle von runden Lochscheiben Lochstreifen vorgeschlagen werden, welche jedoch gegen Verdrehung gesichert werden müssen.
  • Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:
    • Fig. 1 einen Axialschnitt durch einen gebrochen dargestellten Druckschalter,
    • Fig. 2 ein Detail aus der Fig. 1 in einem grösseren Massstab, wobei durch den Unterschied zwischen der linken und der rechten Zeichnungshälfte die Wirkung des Bimetallelementes veranschaulicht wird,
    • Fig. 3 die Anordnung eines elektronischen Messumformers mit einer vom Druckfühler bewegbaren Zunge anstelle eines Schaltkontaktes,
  • In der Fig. 1 ist eine von dem zu messenden Druck beaufschlagbare Kammer 10 mittels einer Membran 12 abgeschlossen, welche auf der dem Druck entgegensetzten Seite durch eine Scheibe 14 verstärkt ist. Auf der Scheibe 14 stützt sich ein Stössel 16 ab, dessen entgegensetztes Ende in einem mit einer einseitig eingespannten Blattfeder 18 verbundenen Führungsstück 20 zentriert ist. Auf der dem Stössel 16 entgegengesetzten Seite greift eine Druckfeder 22 am Führungsstück 20 an, welches die als druckbeaufschlagbares Fühlerelement dienende Membran 12 gegen den zu messende Druck belastet. Die als Betätigungselement wirkende Blattfeder 18 ist an ihrem freien Ende mit einer c-förmigen Schnappfeder 24 gekoppelt, welche an einem gegen einen feststehenden Kontakt 26 vorgespannten Schaltkontakt 28 angreift.
  • Wird nun die in der Ruhestellung an einem feststehenden Anschlag 30 anliegende Membran 12 gegen die Kraft der Druckfeder 22 durch den Druck des zu messenden Mediums beaufschlagt, dann bewegt sie die Blattfeder 18 gegen die Druckfeder 22. Ueberschreitet dabei die Blattfeder 18 die Ebene des Schaltkontaktes 28, dann kippt die c-förmige Schnappfeder 24 in ihre andere stabile Stellung und bewegt dabei den Schaltkontakt 28 vom feststehenden Kontakt 26 weg und auf den zweiten feststehenden Kontakt 32 zu. Nimmt der zu messende Druck des Mediums in der Kammer 10 ab, dann schaltet der Schaltkontakt 28 wieder in seine in der Fig. 1 dargestellte Ausgangsstellung zurück, sobald die Blattfeder 18 die Ebene des Schaltkontaktes 28 wieder überschreitet.
  • Die Vorspannung der Druckfeder 22 ist an einer Druck-Einstellschraube 34 einstellbar, an welcher sich die Druckfeder 22 mittels tellerferartig gewölber Bimetallscheiben 36 eines Bimetallelementes 38 abstützt. Die Bimetallscheiben 36 sind in ihrem Zentrum gelocht und wechselsinnig auf einem Dorn 40 aufgereiht, welcher mit der Druck-Einstellschraube 34 starr verbunden ist. Zur Zentrierung des oberen Endes der Druckfeder 22 befindet sich zwischen der untersten Bimetallscheibe 36 und der Druckfeder 22 ein zweites Führungsstück 42. Die Druck-Einstellschraube 34 ist in ein in einem Gehäuseansatz 44 angeordnetes Gewinde eingeschraubt.
  • In einer nicht dargestellten Ausführungsform kann anstelle der Membran 12 auch ein Kolben vorgesehen sein, welcher durch den Druck des zu messenden Mediums gegen die Kraft der Druckfeder 22 beaufschlagbar ist. Anstelle des einen dargestellten Schaltkontaktes können auch mehrere Schaltkontakte vorgesehen sein, welche entweder gleichzeitig oder bei verschiedenen Drücken schalten. Die Schaltkontakte können als Umschalter, als Oeffner oder als Schliesser ausgebildet sein.
  • Die Fig. 2 zeigt ein Detail aus der Fig. 1 in einem grösserem Massstab. Insbesondere ist aus der Fig. 2 die Form der tellerfederartig gewölbten Bimetallscheiben 36 und deren Anordnung ersichtlich.
  • Während die linke Hälfte der Fig. 2 die Bimetallscheiben: 36 in der Normalstellung zeigt, ist aus der rechten Hälfte dieser Figur die Wirkung der Bimetallscheiben 36 bei einer erhöhten Umgebungstemperatur ersichtlich. In diesem Fall sind die Bimetallscheiben 36 stärker gewölbt. Zur Anpassung der durch die Bimetallscheiben bewirkten Kompensation der Umgebungstemperatur können Bimetallscheiben hinzugefügt oder entfernt werden. Durch die wechselsinnige Anordnung der Bimetallscheiben 36 erhöht sich der Kompensationshub um jede hinzugefügte Bimetallscheibe. Für den vorliegenden Verwendungszweck werden schwach gewölbte, runde Lochscheiben als Bimetallscheiben bevorzugt. Das durch die Bimetallscheiben 36 gebildete Bimetallelement 38 dient als axial bewegliche Abstützung der Druckfeder 22. Beim Verstellen der Druck-Einstellschraube 34 verhindern die Bimetallscheiben 36, dass die Druckfeder 22 mitgedreht wird, da sich die Bimetallscheiben 36 an ihren Innendurchmessern mit geringer Reigung gegeneinander verdrehen lassen.
  • Die Fig. 3 zeigt als Variante zur Fig. 1 einen Messumformer 46, welcher in Abhängigkeit von der Annäherung einer Zunge 48 ein stetiges Signal abgibt. Ein solcher Messumformer weist vorzugsweise elektronische Bauelemente auf und kann beispielsweise die Annäherung der Zunge 48 induktiv, kapazitiv oder optisch abtasten. Die Zunge 48 ist dabei anstelle der in der Fig. 1 dargestellten Blattfeder 18 angeordnet und wirkt gleich wie die Blattfeder 18 als Betätigungselement.
  • Anstelle der auf dem Dorn 40 aufgereihten Bimetall-Lochscheiben ist es auch möglich, Bimetallscheiben ohne Loch zu verwenden, welche in einer Hülse aufgereiht sein müssen. Ferner ist es möglich, anstelle von runden Bimetallscheiben gelochte Bimetallstreifen zu verwenden, welche auf einem Dorn aufgereiht und gegen Verdrehung versichert sind.
  • Es ist auch möglich, die Kompensation durch einen Einzelnen, einseitig eingespannten Bimetallstreifen zu erzielen, der eine Kraftkorrektur direkt oder mittels einer Feder auf die Membran ausübt.

Claims (7)

1. Druckgeber für einen Druckschalter oder einen Regler, mit einem durch eine Feder (22) belasteten, druckbeaufschlagbaren Fühlerelement (12), welches mit einem Betätigungselement (18, 48) zur Betätigung mindestens eines Schaltkontaktes (28) oder mit einem Messumformer (46) zur Abgabe eines stetigen Ausgangssignals gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (22) mit mindestens einem Bimetallelement (38) in Reihe angeordnet ist.
2. Druckgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die als Druckfeder ausgebildete Feder (22) mit ihrem dem Fühlerelement (12) entgegengesetzten Ende auf dem Bimetallelement (38) abgestützt ist.
3. Druckgeber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bimetallelement (38) seinerseits auf einem Einstellelement (34) abgestützt ist.
4. Druckgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bimetallelement (38) in Reihe angeordnete, tellerfederartig gewölbte Bimetallscheiben (36) aufweist.
5. Druckgeber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bimetallscheiben (36) in ihrem Zentrum gelocht und wechselsinnig auf einem Dorn (40) aufgereiht sind.
6. Druckgeber nach den Ansprüchen 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Dorn (40) mit einer als Einstellelement dienenden Druck-Einstellschraube (34) verbunden ist.
7. Druckgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bimetallelement (38) wechselsinnig in Reihe angeordnete, gewölbte Lochstreifen aufweist.
EP19850109478 1984-08-15 1985-07-27 Druckgeber für einen Druckschalter oder einen Regler Expired EP0173090B1 (de)

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