Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Druckschalter entsprechend
der Gattung des Anspruchs 1. Druckschalter werden
beispielsweise zur Steuerung von druckmittelbetätigten
Anlagen eingesetzt und weisen ein Gehäuse mit einem Zylinder
auf, in dem ein druckbeaufschlagbarer Kolben verschiebbar
geführt ist. Die Kolbenbewegung wird von einem Schaltelement
erfaßt und in ein elektrisches Signal umgewandelt. Als
Schaltelement kann hierfür beispielsweise eine mechanischer
Schalter eingesetzt werden, dessen Schaltwerk mit
Endlagekontakten ausgerüstet ist, die in Abhängigkeit vom
Druck am Kolben von einem Mittelkontakt betätigt werden.
Bei Schaltern mit derartigen mechanischen Schaltwerken
können die elektrischen Kontaktflächen im Verlauf des
Betriebs oxydieren, bzw. können sich an diesen
Kontaktflächen isolierende Schichten bilden, die die
bestimmungsgemäße Funktion des Schalters stören. Dieser
Nachteil ist u.a. darin begründet, daß aus Bauraumgründen
das Schaltwerk nur relativ geringe Kontaktkräfte ermöglicht.
Kleine und filigran bauende Schaltwerke verhalten sich zudem
sehr empfindlich gegenüber Verschleiß und müssen aufwendig
eingestellt werden, um im Falle eines Schaltpunktüberlaufs
nicht dauerhaft beschädigt zu werden. Klein bauende
Schaltwerksbauteile erfordern ferner eine sorgfältigere und
damit teurere Handhabung bei ihrer Herstellung und ihrer
Montage.
Vorteile der Erfindung
Demgegenüber weist ein Druckschalter mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 1 den Vorteil auf, daß sein
Schaltwerk bei annähernd unveränderten Außenabmessungen
verhältnismäßig robust baut und eine lange Lebensdauer bei
zuverlässiger Funktion aufgrund möglicher höherer
Kontaktkräfte aufweist. Das erfindungsgemäße Schaltwerk ist
unempfindlicher gegenüber Kontaktverschleiß und gegenüber
unvermeidbaren Schaltpunktüberläufen. Eine aufwendige
Justierung des Schaltwerks am Gehäuse des Druckschalters ist
daher nicht erforderlich. Das Schaltwerk umfaßt insbesondere
Mittel, die im Falle des Schaltvorganges eine
Relativbewegung zwischen den miteinander zusammenwirkenden
Kontaktflächen erzeugen. Die Kontaktflächen reinigen sich
dabei selbsttätig und verhindern die Entstehung von
elektrisch isolierenden Schichten. Weitere Vorteile oder
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen und der Beschreibung.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Fig. 1 zeigt einen fertig montierten
Druckschalter im Längsschnitt. In Fig. 2 ist das
erfindungsgemäße Schaltwerk des in den Druckschalter
eingebauten elektrischen Schalters in der Draufsicht
dargestellt.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Der in Fig. 1 gezeichnete Druckschalter 10 weist ein Gehäuse
12 auf, das exemplarisch aus einem Grundkörper 14 und einem
damit verschraubten quaderförmigen Steuerblock 16 besteht.
Der Grundkörper 14 ist als zylindrisches Hohlprofil
ausgeführt, das an seinem vom Steuerblock 16 abgewandten
Ende mit einem Innengewinde 18 versehen ist. In dieses
Innengewinde 18 ist ein massiver Veschlußstopfen 20
eingeschraubt. Der Verschlußstopfen 20 ist an seiner nach
außen weisenden Stirnfläche aus Montage- und Einstellgründen
mit einem Innensechskant 24 versehen. Am Umfang des
Verschlußstopfens 20 ist eine Aussparung 26 vorgesehen, in
die im montierten Zustand eine in einer radialen
Gewindebohrung 28 des Grundkörpers 14 angeordnete
Madenschraube 30 eingreift, um den Veschlußstopfen 20
ortsfest am Grundkörper 14 zu fixieren.
Im Bereich seines im Inneren des Grundkörpers 14 liegenden
Endes weist der Verschlußstopfen 20 eine zentrisch
angeordnete, sacklochförmige Ausnehmung 32 auf. Am Boden
dieser Ausnehmung 32 stützt sich eine Zentrierscheibe 34 für
eine Druckfeder 36 ab. Das der Zentrierscheibe 34 abgewandte
Ende dieser Druckfeder 36 liegt an einem Federteller 38 an.
Dieser Federteller 38 ist axial beweglich in einer Kammer 42
geführt, der sich zwischen dem Grundkörper 14 und dem
angeschraubten Steuerblock 16 ergibt. Der Steuerblock 16 ist
dazu mit einer mehrfach abgesetzten Durchgangsbohrung 44
versehen.
Auf seiner dem Steuerblock 16 zugewandten Seite ist in den
Federteller 38 ein Kolben 46 eingepreßt. Letzterer ist in
einer Hülse 48 axial beweglich geführt, die in die
Durchgangsbohrung 44 des Steuerblocks 16 eingesetzt ist. Der
Kolben 46 ragt mit seinem freien Ende über das Ende der
Hülse 48 hinaus und endet dort in einer Druckkammer 50.
Diese Druckkammer 50 ist über einen Zulauf 52 und einen nach
außen abgedichteten Anschluß 54 mit Druckmedium
beaufschlagbar. Um eine Druckmittelleckage aus der
Druckkammer 50 zu verhindern, ist die Hülse 48 sowohl an
ihrem Außen- als auch an ihrem Innenumfang mit Dichtkörpern
56 versehen.
An einer Außenseite des Steuerblocks 16 ist eine mit der
Kammer 42 in Verbindung stehende Aufnahmeöffnung 58
ausgebildet. In diese Aufnahmeöffnung 58 ist ein
elektrischer Schalter 60 formschlüssig eingesetzt. Das
Gehäuse des Schalters 60 gliedert sich in einen in die
Aufnahmeöffnung 58 hineinragenden Bund 64 und einen
einstückig mit dem Bund 64 verbundenen, außenliegenden
Befestigungssockel 66. Der Befestigungssockel 66 überragt
den Bund 64 allseitig und weist nach außen zeigende
Kontaktzungen 68 auf, die mit einem Schaltwerk 62 (Figur 2)
des Schalters 60 elektrisch verbunden sind. Diese
Kontaktzungen 68 sind über nicht gezeichnete
Verbindungsleitungen mit entsprechenden Gegensteckern mit
einer elektrischen Steuerung verbunden.
Eine Wechselwirkung zwischen dem druckmittelbeaufschlagten
Kolben 46 bzw. dem Federteller 38 und dem elektrischen
Schalter 60 erfolgt mittels eines im Bereich des Bundes 64
radial herausragenden und am Federteller 38 anliegenden
Betätigungsstößels 70.
Zur Betätigung des Schalters 60 wird die Druckkammer 50 mit
Druckmittel versorgt. Dem Kolben 46 wird dadurch eine erste
Axialkraft in Richtung des Grundkörpers 14 erteilt. Dieser
ersten Axialkraft wirkt eine von der Vorspannung der
Druckfeder 36 abgängige zweite Axialkraft entgegen.
Übersteigt der Druck im Druckmittel einen von dieser
Vorspannung der Druckfeder 36 bestimmten Druckschwellwert,
so bewegt sich der Kolben 46 und der mit ihm verbundene
Federteller 38 in Richtung des Grundkörpers 14, bis sich die
erste Axialkraft und die zweite Axialkraft wieder im
Gleichgewicht befinden, bzw. bis der Federteller 38 an
seinem mechanischen Endanschlag anliegt. Dabei folgt der
Betätigungsstößel 70 des Schalters 60 der Bewegung des
Federtellers 38 und erzeugt im Schaltwerk 62 (Fig.2)
gegebenenfalls einen Schaltvorgang. Dieser Schaltvorgang
bewirkt eine Änderung der Spannungsverhältnisse an den
Kontaktzungen 68 des Schalters 60 und kann von einer
elektrischen Steuerung ausgewertet werden.
Das der Erfindung zugrundeliegende Schaltwerk 62 und der von
ihm durchgeführte Schaltvorgang wird anhand von Fig. 2 im
Folgenden beschrieben.
Das Schaltwerk 62 ist in einem Raum 72 des Schalters 60
angeordnet, der im Bereich des Bundes 64 ausgebildet ist.
Wie bereits erläutert, ist der Bund 64 einstückig an einem
Befestigungssockel 66 angeformt. Letzterer weist
durchgehende Aufnahmebohrungen 74 für Befestigungselemente
sowie ein ringförmiges Dichtungselement 75 auf. Beispielhaft
hat der Bund 64 eine über weite Abschnitte kreisförmige
Außenkontur mit einer Abflachung 76. Der Schalter 60 ist
dadurch formschlüssig und gegen Verdrehung gesichert in
einer entsprechenden Aufnahmeöffnung 58 am Gehäuse 12 (Fig.
1) verankerbar. Der Raum 72 des Schalters 60 ist
normalerweise entgegen der Darstellung in Figur 2 mittels
eines Deckels verschlossen. Zur Aufnahme dieses Deckels sind
Aufnahmen 78 am Bund 64 vorhanden.
Im Bereich seiner Abflachung 76 weist der Bund 64 einen
Querschlitz 80 auf, in dem der Betätigungsstößel 70
verschiebbar angeordnet ist. Dieser Betätigungsstößel 70 hat
einen im Querschnitt rechteckigen Mittelabschnitt 71 und
zwei an dessen Enden ausgebildete, seitlich überstehende
Endabschnitte 73. Deren Außenseiten bilden
Betätigungsflächen 82, wobei die Rückseiten dieser
Betätigungsflächen 82 als Endanschläge für die
Stößelbewegung wirken.
Die im Innern des Raumes 72 liegende Betätigungsfläche 82
liegt an einer Wippe 84 des Schaltwerks 62 an. Diese Wippe
84 ist einseitig schwenkbar an einem Lagerbock 86 gelagert.
Bei der Wippe 84 handelt es sich um ein Stanz-/Biegeteil,
dessen von der Lagerstelle entfernt liegendes freies Ende
zwei in der Zeichenebene hintereinanderliegende, senkrecht
abgewinkelte Fortsätze 88 aufweist. Diese Fortsätze 88 sind
mit Einkerbungen 90 versehen, an denen sich ein mehrfach
abgekröpfter und an einem Ende abschnittsweise geschlitzter
Mittelkontakt 92 mit den Kanten seiner ersten Enden
abstützt. Dieser Mittelkontakt 92 besteht aus elektrisch
leitfähigem Material mit Federeigenschaften. Das der
Abkröpfung gegenüberliegende zweite Ende des Mittelkontakts
92 ist auf seiner Ober- und seiner Unterseite mit jeweils
einem elektrischen Kontakt 94 ausgestattet. Am Mittelkontakt
92 ist eine als Spiralfeder ausgebildete Zugfeder 96
eingehängt, deren zweites Ende am Lagerbock 86 festgelegt
ist, so daß die Zugfeder 96 unter Vorspannung steht. Die
Kraft der Zugfeder 96 wirkt dadurch über den Mittelkontakt
92 auf die Wippe 84 ein und drückt diese in der
dargestellten Ruhestellung gegen den Betätigungsstößel 70.
Der auf der Unterseite des Mittelkontaktes 92 angeordnete
elektrische Kontakt 94 liegt dabei an einem der beiden
Endlagenkontakte 98, 100 an, die jeweils leitend mit einer
der nach außen führenden Kontaktzungen 68 des Schalters 60
verbunden sind. Der Lagerbock 86 ist ebenfalls ein
Stanz-/Biegeteil aus elektrisch leitendem Material, dessen
erstes Ende außerhalb des Schalters 60 in einer dritten
Kontaktzunge 68 endet. Das die Lagerstelle für die Wippe 84
bildende zweite Ende des Lagerbocks 86 besteht aus zwei
seitlich angeordneten und danach senkrecht angeklappten
Flügeln 102. Diese Flügel 102 sind an ihren freien Enden
derart ausgestanzt, daß die Lagerzapfen 104 der Wippe 84 aus
Gründen möglichst geringer Reibung in Linienberührung
anliegen. Gleiches gilt für die Lagerstelle des
Mittelkontakts 92 an den Einkerbungen 90 der Wippe 84.
Die elektrische Kontaktierung dieses Schaltwerks 62 erfolgt
in der Regel derart, daß der Lagerbock 86 mit dem Pluspol
einer Spannungsquelle verbunden wird, so daß dessen
Potential über die Wippe 84 und den Mittelkontakt 92 an
einen der beiden Endlagekontakte 98, 100 weitergeleitet
wird. Das üblicherweise metallische Gehäuse 12 des
Druckschalters 10 wird aus Sicherheitsgründen mit dem
Masseanschluß der Spannungsquelle verbunden. Hierzu ist eine
zusätzliche, vierte Kontaktzunge 68 vorhanden, die eine
Verbindung zu einer der Aufnahmebohrungen 74 im
Befestigungssockel 66 schafft, um dadurch über das
verwendete Befestigungselement zur Fixierung des Schalters
60 am Gehäuse 12 dieses zu kontaktieren.
Der Schaltvorgang des Schaltwerks 62 wird nachfolgend
erläutert. In der nicht dargestellten Schaltstellung wirkt
auf den Betätigungsstößel 70 eine von dem Federteller 38
erzeugte Druckkraft ein, die die Wippe 84 in Richtung des
Lagerbocks 86 auslenkt. Der Punkt P, in dem die Kraft der
Zugfeder 36 in die Wippe 84 eingeleitet wird, nähert sich
dabei der Wirkungslinie W der Zugfeder 96 an. Sobald dieser
Punkt P die Wirkungslinie W überschreitet, führt der
Mittelkontakt 92 eine Schnappbewegung aus, aufgrund der der
Kontakt 94 zum bislang nicht kontaktierten zweiten
Endlagekontakt 100 umschaltet. Vor bzw. nach dem Umschalten
des Mittelkontakts 92 findet zusätzlich zur Schaltbewegung
eine parallel zur Kontaktfläche der miteinander
zusammenwirkenden Kontakte 94 und 98 bzw. 94 und 100
verlaufende Relativbewegung statt. Diese Relativbewegung
bewirkt eine Reinigung der Kontaktflächen, so daß sich keine
die Funktion des Schaltwerks 62 störenden isolierenden
Schichten ausbilden können.
Selbstverständlich sind Änderungen oder Ergänzungen am
beschriebenen Ausführungsbeispiel möglich, ohne vom
Grundgedanken der Erfindung abzuweichen. Diesbezüglich
anzumerken ist, daß der beschriebene Druckschalter 10 sowohl
für pneumatische als auch für hydraulische Anwendungen
geeignet ist. Ebenso ist es möglich diesen Druckschalter 10
über eine Veränderung der Vorspannung der Druckfeder 36 auf
verschiedene Druckschaltschwellen einzustellen. Des weiteren
sind Optimierungen der Schalteigenschaften des Schaltwerks
62 auch durch Form- und/oder Maßgebung der Kontakte am
Mittelkontakt 92 bzw. der Endlagekontakte 98, 100 möglich.
Besonders vorteilhafte Schalteigenschaften lassen sich
erreichen, wenn die Kontakte 94 des Mittelkontakts 92
kleiner als die Endlagenkontakte 98, 100 sind. Vorzugsweise
ist das Gehäuse des Schalters 60 aus Kunststoff in einem
Spritzgießverfahren herzustellen. Gleiches gilt für den
Betätigungsstößel 70, der aus Verschleißgründen aus einem
glasfasergefüllten Kunststoffmaterial bestehen kann.
Auf Grund der leichten äußeren Zugänglichkeit ist der
Schalter 60 im Feld problemlos austauschbar; beim Anbau ist
keine aufwendige Justierung notwendig.