DE2855582A1 - Druckschalter - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

DIpL-lng. P. WIRTH · Dr. V. SCHMIED-KOWARZIK DlpL-lng. G. DANNENBERG ■ Dr. P. WEINHOLD ■ Dr. D. GUDEL

281134 GR. ESCHENHEIMER STR.

TELEFON: C061D

287014 6000 FRANKFURTAM MAIN

Gu/ki 20. Dezember 1978

Bridgestone Tire Company Limited 10-1, Kyobashl 1-chome, Chuo-ku,

Tokyo, Japan und

Mltaka Instrument Company Limited 11-19, Naka-cho 2-chome, Musashino-shi Tokyo, Japan

Druckschalter

§09827/0888

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Druckschalter, mit dem die Änderung eines pneumatischen Drucks nachgewiesen werden kann« Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen solchen Druckschalter, bei dem die Änderung des pneumatischen Drucks in ein elektrisches Signal umgewandelt wird.

Bei einer üblichen Druckdose aus Metall ist die Bewegung der Druckdose, die von einem Rückdruck bewirkt wird, linear, so daß die Bewegung bei einer kleinen Druckdose ebenfalls klein ist. Dadurch wird es schwierig, Druckdosen an bestimmte Betriebsdrücke anzupassen. Derartige Druckdosen haben also eine geringe Genauigkeit. Um die Druckdose leichter an den Betriebsdruck anpassen zu können und um eine höhere Präzision zu erreichen, muß die Druckdose groß sein, was wiederum zu einer Vergrößerung des Druckschalters führt.

Eine andere Vorrichtung zum Nachweisen von Drücken, die bereits vorgeschlagen worden ist, enthält eine metallische Membran, die in Abhängigkeit von einem vorbestimmten, von außen angelegten Druck sich zwischen zwei Totpunkten sofort bewegt. Der Druckschalter hat ein Kontaktglied mit einem Kontaktpunkt, der sich der Membran gegenüber befindet. Die Membran befindet sich dabei in einem der Totpunkte. Bei diesem Druckschalter wird die Membran Jedoch augenblicklich von einem Totpunkt zum anderen Totpunkt ausgelenkt, um Kontakt mit dem Kontaktpunkt des Kontaktgliedes abzugeben, so daß das Kontaktglied jedesmal einen Stoß erhält. Die am Kontaktglied anliegende Oberfläche der Membran wird dadurch beschädigt oder das Kontaktglied wird verschoben, was zu Anzeigeungenauigkeiten führt. Außerdem besteht bei diesem Druckschalter ein Fehler zwischen einem voreingestellten Druck, bei dem die Membran ausgelenkt werden soll, und einem momentanen Druck, bei dem die Membran tatsächlich ausgelenkt wird. Dieser

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Druckschalter arbeitet daher nicht zuverlässig. Weil die Membran augenblicklich ausgelenkt wird, ergibt sich notwendigerweise eine Hysterese, so daß ein Unterschied zwischen einem Druck besteht, der notwendig ist, um die Membran von einem Totpunkt zum anderen Totpunkt zu bewegen, und einem Druck, der notwendig ist, um die Membran in die andere Richtung zu bewegen, d.h. vom zweiten Totpunkt zum ersten Totpunkt. Auch hierdurch wird die Anzeigezuverlässigkeit dieses Druckschalters stark eingeengt.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Druckschalter vorzuschlagen, der die erwähnten Nachteile vermeidet, und der insbesondere Jeden Fehlkontakt zwischen der Membran und dem Kontaktglied vermeidet und der eine kleine Membran verwendet, um Jeden Fehler zu vermeiden, der von der Auslenkung der Membran herrührt, so daß die Anzeigegenauigkeit des Druckschalters bei der Anzeige einer Druckänderung eines Fluids verbessert wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1.

Eine bevorzugte Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung ist in Anspruch 2 angegeben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, aus denen sich weitere wichtige Merkmale ergeben. Es zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen neuartigen Druckschalter;

Fig. 2 vergrößert einen Schnitt durch die Membran dieses Druckschalters;

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Fig. 3 ein Diagramm, wobei der auf die Membran einwirkende Druck über der Verschiebung der Membran aufgetragen ist;

Fig. 4 einen Schnitt ähnlich Fig. 1 bei einer abgeänderten Ausführungsform.

In Fig. 1 ist ein Rohr 1 gezeigt, dessen eines Ende mit einer Druckluftquelle verbunden ist, beispielsweise mit der Luftkammer eines Luftreifens. Ein Flanschteil 2 aus elektrisch leitendem Material hat einen Ringflansch 3 am oberen Ende. Eine öffnung 4, deren Innendruchmesser gleich dem Außendurchmesser des Rohres 1 ist, ist in der Mitte des Flanschteils 2 ausgebildet. In die öffnung 4 ist das andere Ende des Rohres 1 eingesetzt, welches dort verlötet, gegebenenfalls mit Silber verlötet, ist. Eine Membran 5 ist durch Ziehen einer Scheibe hergestellt, die aus einer einstückigen, dünnen, elektrisch leitenden Platte besteht. Fig. 2 zeigt, daß die Membran 5 einen ringförmigen Umfangsteil 6 aufweist, eine kegelstumpfförmige Seitenwand 7, die sich an die radiale Innenkante des Umfangsteiles 6 anschließt und sich von dort nach oben erstreckt, und einen auslenkbaren Teil 8, der einen Kugelabschnitt darstellt und sich an die radial innere Kante der Seitenwand 7 anschließt und von dort nach unten erstreckt. Die Membran 5 ist mit dem Flanschteil 2 dadurch fest verbunden, daß der Umfangsteil 6 zwischen dem Ringflansch 3 und einem zurückgefalteten Teil 9 am radial äußeren Ende des Ringflansches 3 befestigt ist (vgl. Fig. 1). Die Membran 5 ist weiterhin durch Verlöten abgedichtet. Die Membran besteht aus einem Material mit einem Elastizitäts-

4 4/2 modul E von 1,0 · 10 - 2,1 · 10 kg/mm und einer Poissonzahl V von etwa 0,3. Die Dicke t der Membran 5 liegt zwischen 0,02 und 0,2 mm. Deren Durchmesser, gemessen an der radialen inneren Kante der Seitenwand 7 liegt zwischen 5 und 10 mm. Der Krümmungsradius R des auslenkbaren Teils 8 liegt zwischen 18 und 44 mm. Das Verhältnis des Krümmungsradius R

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zum Durchmesser d liegt zwischen 2,5 und 5. Eine maximale Auslenkung Dmax des auslenkbaren Teiles 8 genügt der folgenden Gleichung :

Dmax - (3,1 · 10'³ - 6,2 · 10'³) · Pd⁴

16Et³

P bedeutet den Druck in kg/cm , der auf die Membran 5 einwirkt. Dmax liegt zwischen 0,2 und 0,4 mm. Mit der so konstruierten Membran kann der auslenkbare Teil 8 der Membran schrittweise zwischen einem Totpunkt und dem anderen Totpunkt ausgelenkt werden, und zwar abhängig von einer Druckänderung. Hierzu ist nötig, daß der Druck in einer pneumatischen Druckkammer 10, die von der Membran 5 und dem Flanschteil 2 definiert wird, innerhalb eines vorbestimmten Bereiches schwankt, der auf entsprechende Druckschwankungen in der nicht gezeigten Druckquelle zurückgeht. Der auslenkbare Teil 8 wird im mittleren Druckbereich stärker ausgelenkt, d.h. in demjenigen Druckbereich, der vorherrscht, wenn der Teil 8 sich etwa in der Mittelstellung zwischen den beiden Totpunkten befindet. In diesem Fall soll der Druckbereich zwischen 0,2 und 10 kg/cm liegen. Ein zylinderförmiges Gehäuse 11 hat am Boden einen dünnen und nach innen gewandten Flansch 12. Der Flanschteil 2, mit dem die Membran 5 befestigt ist, ist in das Gehäuse 11 eingesetzt und wird dort vom Innenflansch 12 gehalten. Die Befestigung wird durch ein Klebemittel verstärkt. Eine Mutter 13 hat eine Gewindebohrung 14 sowie ein Paar äußerer Ringflansche 15» 15' am Boden bzw. an der Unterseite. Ein ringförmiges Tragteil 16 besteht aus leitendem Material und ist am äußeren Umfang der Mutter 13 befestigt und zwischen den beiden Ringflanschen 15» 15* gehalten, so daß das Tragteil 16 fest mit der Mutter 13 verbunden ist. Diese Befestigung wird durch Klebstoff verstärkt. Ein Kontaktglied 18 aus leitendem Material hat ein Außengewinde 17 und ist in das Gewinde 14 der Mutter 13 eingeschraubt. Das Kontaktglied 18 hat an der

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Oberseite einen Schlitz 19, so daß es durch ein geeignetes Werkzeug, beispielsweise einen Schraubendreher, verdreht und eingestellt werden kann. Eine Verriegelungsmutter 20 aus leitendem Material ist auf das Kontaktglied 18 aufgeschraubt, bis deren Unterseite an der Oberseite der Mutter 13 anliegt und dadurch die Lage des Kontaktgliedes 18 festlegt. Die Mutter 13, das Tragteil 16, das Kontaktglied 18 und die Verriegelungsmutter 20 bilden daher eine Einheit und sind als Kontaktanordnung 21 bezeichnet. Die Kontaktanordnung befindet sich an der Oberseite des zylinderförmigen Gehäuses derart, daß ein Kontaktpunkt 22 des Kontaktgliedes 18, der mit dem auslenkbaren Teil 8 Kontakt geben soll, sich in einer Mittellage zwischen den Totpunkten des Teiles 8 befindet, d.h. in einer Lage, die von beiden Totpunkten in etwa denselben Abstand einhält. Die Kontaktanordnung 21 ist mit dem Gehäuse 11 über einen dünnen Innenflansch 23 verbunden, der an der Oberseite des Gehäuses 11 ausgebildet ist. Die Befestigung wird durch Klebstoff verstärkt. Ein Anschlußleiter 24 ist mit einem Ende mit dem Flanschteil 2 verlötet und mit dem anderen Ende mit einem nicht gezeigten Alarmgerät. Ein weiterer Anschlußleiter 25 ist mit einem Ende mit der Verriegelungsmutter 20 verlötet. Das andere Ende dieses Anschlußleiters ist ebenfalls mit dem Alarmgerät verbunden.

Der Druckschalter arbeitet wie folgt.

Befindet sich der pneumatische Druck auf einem vorbestimmten Niveau, beispielsweise wenn der Druck in der Luftkammer eines Luftreifens normal ist, so ist auch der Druck in der Druckkammer 10 auf demselben normalen Niveau, weil beide durch das Rohr 1 miteinander verbunden sind. In diesem Zustand ist der auslenkbare Teil 8 der Membran 5 derart ausgelenkt, daß er an der Kontaktspitze 22 des Kontaktgliedes 18 anliegt,

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d.h. in einer Zwischenlage zwischen den beiden Totpunkten, wie dies in Fig. 1 strichpunktiert angedeutet ist. Der Schalter ist also eingeschaltet und ein elektrischer Ström fließt über den Anschlußleiter 24, das Flanschteil 2, die Membran 5, das Kontaktglied 18, die Verriegelungsmutter 20 und den Anschlußleiter 25. Bei diesen Betriebsbedingungen ist das Alarmgerät nicht eingeschaltet. Fällt der Druck in der Druckkammer 10 aus irgendeinem Grunde zu einem oberen Grenzdruck Pu ab, bei dem der auslenkbare Teil 8 der Membran 5 mit der Auslenkung von einem Totpunkt zum anderen Totpunkt beginnt, so wird der auslenkbare Teil 8 theoretisch ausgelenkt. Bei der gezeigten Ausführungsform wird der Teil 8 tatsächlich aber nicht ausgelenkt, weil der Teil 8 vom Kontaktglied 18 in die Mittellage zwischen den Totpunkten ausgelenkt worden ist. Eine strichpunktierte Linie in Fig. zeigt die Verschiebung des auslenkbaren Teils 8, wenn der Druck in der pneumatischen Kammer 10 unter den oberen Grenzdruck Pu abfällt, und wenn die Membran 5 ein einziges Element ist, wobei längs der Ordinate der Druck P und längs der Abszisse die Verschiebung S aufgetragen ist. Fig. 3 zeigt, daß der auslenkbare Teil 8 sich langsam in der Nachbarschaft des oberen Grenzdruckes Pu verschiebt. Fällt der Druck in der pneumatischen Kammer 10 dann auf einen vorbestimmten Druck Pd ab, so beginnt der auslenkbare Teil 8 sich nach und nach von einer vorbestimmten Lage Sd, in der der auslenkbare Teil 8 am Kontaktpunkt 22 des Kontaktgliedes 18 anliegt, zum anderen Totpunkt hin zu verbiegen. Fällt der Druck in der Kammer 10 weiter unter den vorbestimmten Druck Pd ab, so verbiegt sich der auslenkbare Teil 8 nach und nach, wie dies durch die ausgezogene Linie in Fig. gezeigt 1st. Fällt der Druck in der Kammer 10 auf ein Zwischenniveau zwischen dem oberen Grenzdruck Pu und einem unteren Grenzdruck Pl ab, so verbiegt sich der Teil 8 mit einer höheren Verbiegungsrate als dies der Fall ist, wenn der Druck sich in der Nähe des oberen Grenzdruckes Pu

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befindet. Als Ergebnis der Verbiegung oder Auslenkung des auslenkbaren Teils 8 vom Kontaktpunkt 22 zum anderen Totpunkt ergibt sich zwischen dem Teil 8 der Membran 5 und dem Kontaktpunkt 22 des Kontaktgliedes 18 ein Zwischenraum, so daß der Schalter abgeschaltet wird. Es strömt also kein elektrischer Strom mehr und das Alarmgerät wird eingeschaltet und gibt an den Fahrer ein Alarmsignal ab. Fällt der Druck in der Kammer 10 weiterhin ab, und zwar in die Nähe des unteren Grenzdruckes Pl, so verbiegt sich der Teil 8 wiederum langsam, wie in Fig. 3 gezeigt. Erreicht der Druck in der Kammer 10 den unteren Grenzdruck Pl, so erreicht der Teil 8 den anderen Totpunkt und kann daher nicht mehr verbogen oder verschoben werden. Die Lage der Membran 5 bei dieser Bedingung ist in Fig. 1 mit ausgezogenen Linien gezeichnet.

Wird der Druck in der Kammer 10 über den unteren Grenzdruck Pl erhöht, so wird der Teil 8 schrittweise wieder vom betreffenden Totpunkt zum anderen Totpunkt hin ausgelenkt. Weil der Teil 8 langsam ausgelenkt wird, ergibt sich dieselbe Kurve im Diagramm 8, wie diese bei fallendem Druck aufgezeichnet wurde. Es besteht also keine Hysterese. Wird der Druck in der Kammer 10 bis zum vorbestimmten Druck Pd erhöht, so wird der Teil 8 in die vorbestimmte Lage Sd ausgelankt. In diesem Fall wurde das Teil 8 langsam ausgelenkt und legt sich daher sachte an den Kontaktpunkt 22 des Kontaktgliedes 18 an. Die Außenfläche des Teils 8, die sich an den Kontaktpunkt anlegt, wird daher nicht beschädigt und die Lage des Kontaktpunktes 22 wird nicht verschoben. Bei dieser Berührung wird der Schalter wieder eingeschaltet. Soll der vorbestimmte Druck Pd verschoben werden, so muß das Kontaktglied 18 verschoben werden. Weil sich der Kontaktpunkt 22 des Kontaktgliedes zwischen den Totpunkten des Teiles 8 befindet, und zwar dort, wo die Auelenkrate des Teils 8 am größten ist, kann eine Feinjustierung erreicht werden, so daß der vorbestimmte Druck Pd mit hoher Genauigkeit eingestellt werden kann.

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sf-

Die Einstellung des vorbestimmten Drucks kann auch durch Austausch der Membran erfolgen.

2 2

IM vorbestimmte Drücke von 0,2 kg/cm , 1,2 kg/cm , 5,5 kg/cm

und 10 kg/cm zu erreichen, wird es bevorzugt, wenn die Membran 5 die folgenden Abmessungen und Formen hat.

eingestellter Elastizitäts- Dicke t Durchmesser Krümmungs-Druck modul der der d radius R Membran Membran

(kg/mm ) (mm) (mm) (mm)

0,2	kg/cm2	1,3 ·	10*	0,035	7	32 - 44
1,2	kg/cm	1,3 *	104	0,06	7	25 - 35
5,5	kg/cm	1,3 ·	104	0,1	7	20 - 28
10	kg/cm	1.3 ·	10*	0,12	7	18 - 26

Das Kontaktglied kann auch unterhalb der Membran angeordnet sein, so daß ein normalerweise offener Druckschalter ausgebildet wird. Das Kontaktglied 18 kann auch gleitend in ein Zwischenglied 26 eingesetzt sein, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist. Eine Feder drückt das Kontaktglied 18 zur Membran 5« Die Feder 27 fängt Stöße auf, die vom Teil 8 ausgeübt werden, wenn das Teil in die strichpunktiert in Fig. 4 gezeigte Lage ausgelenkt wird. Eine etwaige Beschädigung des Teiles 8 wird dadurch noch besser verhindert.

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Claims (2)

1. Patentansprüche

   Μ, Druckschalter mit einer Membrane,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane (5) einen ringförmigen Umfangsteil (6) hat, eine kegelstumpfförmige Seitenwand (7), die mit einer radial inneren Kante des Umfangsteils zusammenhängt und sich von dort nach oben erstreckt, und einen auslenkbaren Teil (8), der als Kugelabschnitt geformt ist und mit der radial inneren Kante der Seitenwand zusammenhängt und der zwischen zwei Totpunkten auslenkbar ist, und zwar abhängig von einer Druckänderung innerhalb eines vorbestimmten Druckbereichs, ferner mit einem beweglichen Kontaktglied (18, 21), welches der Membran derart gegenüberliegt, daß ein Kontaktpunkt (22) des Kontaktgliedes Kontakt mit dem auslenltbaren Teil (8) gibt, wenn sich der Kontaktpunkt zwischen den Totpunkten befindet, und daß die Membrane aus einem Material mit

   4 4 einem Elastizitätsmodul E zwischen 1,0 · 10 - 2,1 .10 kg/

   2
   mm besteht, einer Poissonzahl V von 0,3, einer Dicke t

   von 0,02 - 0,2 mm, einem zwischen der radial innen liegenden Kante der Seitenwand (7) gemessenen Durchmesser (d) von 5-10 mm, einem Krümmungsradius (R) des auslenkbaren Teiles (8) von 18-44 mm, einem Verhältnis von R von 2,5-5 und einer

   maximalen Auslenkung ,

   Dmax - (3,1 · 10~³- 6,2 · 10"³) ·

   wobei P der auf die Membrane (5) einwirkende Druck in

   2
   kg/cm und Dmax ■ 0,2 - 0,4 mm ist.
2. 2. Druckschalter nach Anspruch 1,

   dadurch gekennzeichnet, daß der Kontaktpunkt (22) sich etwa in der Mitte zwischen den Totpunkten befindet.

   Der Patentanwalt

   Dr. D. Gudel

   909827/0888 ORIGINAL INSPECTED