DE2855582C2

DE2855582C2 - Druckschalter, insbesondere für Luftreifen

Info

Publication number: DE2855582C2
Application number: DE2855582A
Authority: DE
Inventors: Norio Goshima; Motoaki Musashino Tokyo Iwasaki; Akira Higashimurayama Tokyo Matsuda; Shigeo Yasuda
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1977-12-29
Filing date: 1978-12-22
Publication date: 1983-08-04
Also published as: FR2413772A1; DE2855582A1; FR2413772B1; US4211901A

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckschalter mit einer einstückigen Membran, die einen ringförmigen gehäusefesten Umfangsteil hat, eine sich daran anschließende, im wesentlichen kegelstumpfförmige Seitenwand, die mit einer radial inneren Kante des Umfargsteils zusammenhängt und sich von dort nach oben erstreckt, und einen auslenkbaren Teil, der als Kugelabschnitt formbar 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 Kontaktglied, welches der Membran derart gegenüberliegt, daß ein Kontaktpunkt des Kontaktgliedes Kontakt mit dem auslenkbairen Teil gibt, wenn sich der Kontaktpunkt im wesentlichen zwischen den Totpunkten befindet, wobei die Membran aus einem Material mit einem Elastizitätsmodul E zwischen 1,Ox 10⁴ bis 2,1 χ 10⁴ kg/mm² und einer Pois- so sonzahl Vvon 0,3 besteht.

Einen solchen Drucksehalter beschreibt die US-PS 43 801. In der Ruhelage nimmt die Membran eine im wesentlichen halbkugelförmige Gestalt und liegt mit ihrem obersten Teil an dem Kontaktglied an. Bei Auftreten einer vorbestimmten Druckdifferenz verbiegt sich der oberste Teil der Membran in Richtung auf den Kugelmittelpunkt, so daß keine Kontaktgabe mit dem Kontaktglied mehr gegeben ist. Dadurch wird somit der Schaltvorgang ausgelöst

Das Material, aus dem die Membran dieses bekannten Druckschalters besteht, isi dieser Druckschrift nicht zu entnehmen; es wird angenommen, daß es sich um handelsüblichen Stahl handelt Auch befinden sich in dieser Druckschrift keine Hinweise über genauere konstruktive Merkmale der Membran.

Nachteilig ist es am bekannten Druckschalter insbesondere, daß die Kontaktgabe zwischen der Membran und dem Kontaktglied durch Schmutzteilchen zwischen beiden Teilen gestört werden kann.

Die US-PS 23 81582 beschreibt einen ähnlichen Druckschalter mit einem als Gewindestift ausgebildeten Kontaktglied, an dessen Spitze sich die Membran in der Anzeigelage anlegt Die Einstellung kann so gewählt % erden, daß sich der Kontaktpunkt des Kontaktgliedes zwischen den Endlagen der Membran befindet Auch hier wiederum fehlen genauere Bemessungsangaben bezüglich der Konstruktion der Membran.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Druckschalter der eingangs genannten Art vorzuschlagen, der dahingehend ausgebildet werden soll, daß die Kontaktgabe auch bei verhältnismäßig geringen Druckänderungen sehr sicher erfolgt, so daß der Druckschalter sich insbesondere durch eine hohe Schaltzuverlässigkeit auszeichnet

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet daß das Kontaktglied relativ zu der Membran einstellbar ist und daß die Membran eine Dicke t von 0,02 bis 0,2 mm hat ferner einen zwischen der radial innen liegenden Kante der Seitenwand gemessenen Durchmesser d von 5 bis 10 mm, einen Krümmungsradius R des auslenkbaren Teils von 18 bis 44 mm, ein an der radial innen liegenden Kante der Seitenwand gemessenes Verhältnis von R : dvon 2,5 bis 5 und eine maximale Auslenkung

= (3,1 XlO"³-6,2xlO"³) x

Pd⁴ 16Et³ '

wobei P der auf die Membran einwirkende Druck in kg/cm² und O_m„=0,2 bis 0,4 mm ist

Durch diese Merkmale wird erreicht, daß die Membran ihre Lage bei Druckänderung verhältnismäßig langsam ändert, sofern die vorbestimmte Druckdifferenz erreicht ist. Es beginnt dann der auslenkbare Teil der Membran sich langsam von einem Totpunkt zum anderen zu bewegen. Diese Bewegung erfolgt hysteresefrei. Dies bedingt eine hohe Nachweisempfindlichkeit des erfindungsgemäßen Druckschalters.

Die angegebenen Bemessungsangaben der Membran ermöglichen es, diese verhältnismäßig klein auszubilden, wodurch ebenfalls die Nachweisempfindlichkeit verbessert wird.

Zu den erwähnten Bemessungsangaben läßt sich folgendes feststellen. Wird die Dicke ί der Membran kleiner als 0,02 mm gewählt, so kann die Membran durch den an ihr anliegenden Druck beschädigt werden. Wird die Membran andererseits dicker als 0,2 mm gewählt, so verbiegt sich die Membran, bezogen auf eine vorgegebene Druckdifferenz, nicht mehr feinfühlig genug.

Wird weiterhin der Durchmesser </des auslenkbaren Teils der Membran kleiner als 5 mm gewählt, so wird auch die Bewegung dieses auslenkbaren Teils kleiner, wodurch dann wiederum Schwierigkeiten bei der Justierung des Betriebsdrucks entstehen können, so daß

der Druckschalter dann nicht mehr genau genug schalten würde. Zwischen der Kontaktspitze und dem auslenkbaren Teil der Membran befindliche Staubteilchen können dann eine Fehlschaltung bewirken. Der erfindungsgemäße Druckschalter ist somit vorzugsweise für den Einbau bei Kraftfahrzeugreifen geeignet, d. h. in schmutziger Umgebung.

Wird andererseits der Durchmesser d größer als 10 mm gewählt, so wächst dadurch auch die Gesamtgröße der Membran und der Druckschalter wird sehr groß »' und eignet sich daher nicht mehr unbedingt für alle Einbauzwecke bei beengten Verhältnissen, beispielsweise bei Kraftfahrzeugluftreifen.

Wird der Krümmungsradius R des auslenkbaren Teils kleiner als 18 mm gewählt, so erfolgt die Auslenkung '⁵ des auslenkbaren Teils der Membran zu plötzlich und gewissermaßen schnappend, was vermieden werden soll. Wird andererseits der Krümmungsradius R größer als 24 ram gewählt, so wird der Verschiebeweg dieses auslenkbaren Teits wiederum zu klein, so daß darunter wiederum die Schaltpräzision leiden würde.

Wird das Verhältnis R: d kleiner als 2,5 eingestellt, so schnappt die Mßmbr^an plötzlich über, wodurch bei jedem Schaltvorgang wiederum ein nachteiliger Stoß auf das Kontaktglied ausgeübt würde. Wird dieses Verhältnis andererseits größer als 5 gewählt, so wird die Auslenkung und Bewegung des auslenkbaren Teils der Membran zu klein, worunter ebenfalls die Schaltpräzision leiden würde.

Würde eine geringere maximale Auslenkung als > <> beansprucht gewählt, so wird die Bewegung des auslenkbaren Teils der Membran zu klein, um eine sichere Kontaktgabe bewirken zu können, insbesondere wenn auf den sich danfl berührenden Teilen Staub sitzt. Wird andererseits die Piaximale Auslenkung größer als '"' 0,4 mm gewählt, so würde sich das auslenkbare Teil der Membran schnappartig auslenken, so daß dann das Kontaktglied beschädigt werden könnte.

Die Erfindung wifXl im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt ■»<>

Fig. 1 einen Schnitt durch einen neuartigen Druckschalter in einer ersten Ausführungsform,

Fig.2 vergrößert einen Schnitt durch die Membran des Druckschalters nach Fig. 1,

Fig.3 ein Diagramm, wobei der auf die Membran ⁴~> einwirkende Druck über der Verschiebung der Membran aufgetragen ist,

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

In F i g. 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 Innendurchmesser gleich dem Außendurchmesser des Rohres 1 ist, ist in ^r> der Mitte des Flamchteils 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 Ringflansch.es 3 befestigt ist (vgl. Fig. 1). Die Membran 5 ist weiternin durch Verlöten abgedichtet Die Membran besteht aus einem Material mit einem Elastizitätsmodul E von 1,0 · ΙΟ⁴—2,1 - 10⁴ kg/mm²und einer Poissonzahl Won etwa 03· Die Dicke t der Membran 5 Hegt 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 zum Durchmesser d liegt zwischen 2,5 und 5. Eine maximale Auslenkung D_n^_x des auslenkbaren Teiles 8 genügt der folgenden Gleichung:

(3,1χ10-³-6,2χ1(Γ³) χ

16Et³

Pbedeutet den Druck in kg/cm², der auf die Membran 5 einwirkt. D_max liegt zwischen 0,2 '-'nd 0,4 mm. Mit der so konstruierten Membran kann Qcr 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 1«, die von der Membran 5 und dem Flansch teil 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/cm² liegen. Ein zyiinderförmiges 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 Ringf|ansch«n 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 Oberseite eir;en Schlitz 19, so daß es durch ein geeignetes Werkzeug, beispielsweise einen Schraubendreher, verdreht und eingestellt werden kann. Eine ^ven.egelungsmutter 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 sieh an der Oberseite des zylinderförmigen Gehäuses 12 derart, daß ein Konta'itpunkt 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 Kontaktanordnune 21 ist mit Hrm r,phäii<:p

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, d. h. in einer Zwischenlage zwischen den beiden Totpunkten, wie dies in F i g. 1 strichpunktiert angedeutet ist. Der Schalter ist also eingeschaltet und ein elektrischer Strom 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 Alarmgeräi 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 F i g. 3 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. F i g. 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 Pdab, 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 F i g. 3 gezeigt ist. 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 befindet. Als Ergebnis der Verbiegung oder Auslenkung des auslcnkbaren Teils 8 vom Kontaktpunkt 22 zum anderen Totpunkt ergibt sich zwischen dem Teil 8 der

i" 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

ι > 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

-'" daner nichi iiiehr verbogen oder Verschieben werden. Die Lage der Membran 5 bei dieser Bedingung ist in F i g. 1 mit ausgezogenen Linien gezeichnet.

Wird der Druck in der Kammer 10 über den unteren Grenzdruck Pl erhöht, so wird der Teil 8 schrittweise

2Ί 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 Hyi-ercse. Wird der Druck in der Kammer 10 bis

jo zum vorbestimmten Druck Pderhöht, so wird der Teil 8 in die vorbestimmte Lage Sd ausgelenkt. In diesem Fall wurde das Teil 8 langsam ausgelenk» und legt sich daher sachte an den Kontaktpunkt 22 des Kontaktgliedes 18 an. Die Außenfläche des Teils 8, die sich an den

J5 Kontaktpunkt 22 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

■»o verschoben werden. Weil sich der Kontaktpunkt 22 des Kontaktgliedes zwischen den Totpunkten des Teiles 8 befindet, und zwar dort, wo die Auslenkrate des Teils 8 am größten ist, kann eine Feinjustierung erreicht werden, so daß der vorbestimmte Druck Pd mit hoher Genauigkeit eingestellt werden kann.

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

Um vorbestimmte Drücke von 0,2 kg/cm²,1,2 kg/cm², 5,5 kg/cm² und !0 kg/cm² zu erreichen, wird es bevorzugt, wenn die Membran 5 die folgenden Abmessungen und Formen hat:

eingestellter Druck	Elastizitätsmodul	Dicke / der	Durchmesser d	Krümmungs
	der Membran	Membran		radius R
	(kg/mm²)	(mm)	(mm)	(mm)
0,2 kg/cm²	1,3 ■ 10⁴	0,035	7	32-44
1,2 kg/cm²	1,3 · 10⁴	0,06	7	25-35
5,5 kg/cm²	1,3 - ΙΟ⁴	0,1	7	20-28
10 kg/cm²	1,3 - 10⁴	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 F i g. 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

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Druckschalter mit einer einstückigen Membran, die einen ringförmigen gehäusefesten Umfangsteil hat eine sich daran anschließende, im wesentlichen kegelstumpfförmige Seitenwand, die mit einer radial inneren Kante des Umfangsteils zusammenhängt und sich von dort nach oben erstreckt und einen auslenkbaren Teil, der als Kugelabschnitt formbar 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 Kontaktglied, welches der Membran derart gegenüberliegt daß ein Kontaktpunkt des Kontaktgliedes Kontakt mit dem auslenkbaren Teil gibt, wenn sich der Kontaktpunkt im wesentlichen zwischen den Totpunkten befindet, wobei die Membran aus einem Material mit einem Elastizitätsmodul E zwischen 1,Ox 10⁴ bis 2,1 χ 10⁴ kg/mm² und einer Poissonzahl Vvon 03 besteht, daurch gekennzeichnet, daß das Kontaktglied (22) relativ zu der Membran (5) einstellbar ist und daß die Membran (5) eine Dicke ί von 0,02 bis 0,2 mm hat ferner einen zwischen der radial innen liegenden Kante der Seitenwand (7) gemessenen Durchmesser dvon 5 bis 10 mm, einen Krümmungsradius R des auslenkbaren Teils (8) von 18 bis 44 mm, ein an der radial innen liegenden Kante der Seitenwand (7) gemessenes Verhältnis von R .dvon 2,5 bis 5 und eine maximale Auslenkung

... Pd*

' 16Et* '

wobei Pder auf die Membran (5) einwirkende Druck in kg/cm² und D_mix=Q2 bis 0,4 mm ist.