DE1148624B - Druckabhaengiger elektrischer Kleinschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen druckabhängigen elektrischen Kleinschalter, in dessen Gehäuse ein vom Druck eines Mediums beaufschlagter Körper gleichachsig mit einem durch ihn zu betätigenden Antriebsknopf eines Schalters angeordnet ist.

Bei derartigen bekannten Schaltern besteht die Schwierigkeit, ein Durchsickern des unter Druck stehenden, in das Schaltergehäuse eintretenden Mediums zum eigentlichen elektrischen Schalter zu vermeiden. Zahlreiche bekannte Schalter müssen zu diesem Zweck in einer vorgegebenen Lage, z.B. in horizontaler Lage, ortsfest angebracht werden und in dieser Lage verbleiben, wenn der eigentliche Schalter ■ nicht von dem durchgesickerten Medium geschädigt werden soll. Das durchgesickerte Medium kann auch innerhalb des Schalters einen Kurzschluß herstellen, der unbedingt zu vermeiden ist.

Bei einem bekannten Schalter würde die unter Druck stehende Flüssigkeit, wenn diese von einer Dichtung nur unzureichend zurückgehalten wird, an einem Kolben nach unten laufen und schließlich zwischen einem Schalterknopf und dem Schaltergehäuse zu den spannungsführenden Teilen des Schalters gelangen. In ähnlicher Weise kann bei einem anderen bekannten Schalter das unter Druck stehende Medium in einen Hohlraum eindringen und durch eine Lederdichtung ebenfalls zu den spannungsführenden Teilen gelangen. Außerdem ist die den Kolben zurückholende Feder dauernd dem unter Druck stehenden Medium ausgesetzt, was besonders ungünstig ist, wenn das Material der Feder von dem Medium angegriffen wird.

Ein Ziel der Erfindung ist daher eine bessere Abdichtung des unter Druck stehenden Mediums gegen eine Betätigungsfeder und eine Schaltereinheit, die in dem zuvor erwähnten druckabhängigen Kleinschalter enthalten ist.

Bei dem Kleinschalter der zuvor erwähnten Art ist der gleichachsig zum Schalterknopf angeordnete Körper gemäß der Erfindung als becherförmiger Gleitkörper ausgebildet, wobei seine Innenfläche dem Druck des Mediums ausgesetzt ist, während von seiner Außenfläche der Antriebsknopf des Schalters betätigbar ist; eine Schraubenfeder umgibt den becherförmigen Gleitkörper und sucht ihn gegen den Druck des Mediums vom Antriebsknopf entfernt zu halten.

Der Erfindungsgegenstand hat gegenüber bekannten Schaltern ähnlicher Bauart den Vorteil, daß sich die Feder in einem Raum des Schaltergehäuses befindet, in den höchstens durchgesickerte Flüssigkeit gelangt. In diesem den becherförmigen Gleitkörper umgehenden Raum wird auch die durchgesickerte Flüssigkeit Druckabhängiger elektrischer Kleinschalter

Anmelder:

Peter Hasbrouck Palen,
Mountain Lake, N. J. (V. St. A.)

Vertreter: Dr. W. Schalk, Dipl.-Ing. P. Wirth,

Dipl.-Ing. G. E. M. Dannenberg

und Dr. V. Schmied-Kowarzik, Patentanwälte,

Frankfurt/M., Große Eschenheimer Str. 39

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 22. Juli 1959 (Nr. 828 886)

Peter Hasbrouck Palen, Mountain Lake, N. J.

(V. SL A.),
ist als Erfinder genannt worden

aufgefangen und aus diesem z. B. durch eine Öffnung nach außen hinausgeleitet. Selbst wenn in umgekehrter Lage des Schalters Flüssigkeit über den Rand des Bechers hinweglaufen würde, so könnte infolge der Becherform des Gleitkörpers praktisch keine Flüssigkeit zum Zapfen hinablaufen, von dem der eigentliche Schalter betätigt wird.

Beim erfindungsgemäßen Schalter kann auf der Außenseite des becherförmigen Gleitkörpers vorzugsweise ein Zapfen ausgebildet sein, der durch eine Öffnung eines Lagerteiles hindurchgeht, auf dessen einer Seite das Gehäuse des Schaltmechanismus und auf dessen anderer Seite der Antriebsknopf des Schalters derart angeordnet ist, daß der Antriebsknopf vom Zapfen berührbar ist. Innerhalb des einen Gehäuseendes kann ein hohler Stützkörper angebracht sein und eine mit dem Gehäuseeinlaß verbundene Bohrung enthalten; auf dem dem Gehäuseeinlaß gegenüberliegenden Ende des Stützkörpers kann der Gleitkörper so angeordnet sein, daß die Innenfläche des Gleitkörpers dieses Ende des Stützkörpers abschließt.

An dem einen Ende des Stützkörpers kann eine ringförmige Ausnehmung eingeschnitten sein, in der sich ein Dichtring zur Abdichtung gegenüber dem Gleitkörper befindet. Der Dichtring kann aus einem Werkstoff bestehen, der einen hohen Koeffizienten der statischen Reibung, aber einen geringen Koeffi-

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zienten der gleitenden Reibung aufweist, so daß der Das Betätigungsglied 32 weist einen nach außen

Gleitkörper ruckartig in Bewegung gesetzt wird. Zwi- gerichteten Flansch 34 auf, der als Abstützung für sehen der Gehäuseinnenwand und dem Stützkörper eine Druckfeder 36 dient, deren anderes Ende sich kann auch eine Dichtung vorgesehen sein. gegen eine innere Ausnehmung 38 der Deckplatte 18

Das eine Ende des Stützkörpers, das mit dem 5 legt. Die Feder 36 drückt das schalenförmdge Be-Gehäuseende über eine Bohrung in Verbindung steht, tätigungsglied gegen eine Querwand 39 des Gehäukann einen kleineren Durchmesser als das den Gleit- ses 10.

körper tragende Ende aufweisen; die Bohrung kann Die Deckplatte 18 ist mit einer Nabe 41 versehen,

sich dabei zu dem Ende hin stufenweise nach außen die als Anschlag zur Begrenzung der Bewegung des erweitern, so daß von dem unter Druck stehenden io Betätigungsgliedes 32 dient. Ein O-Ring 40 aus Medium der Stützkörper gegen die Innenfläche des elastischem Material, wie Gummi, Kunststoff od. dgl., Gehäuses gedrückt wird. Das Gehäuse des Schalters liegt zur Druckabdichtung zwischen dem länglich- und der Stützkörper können aber auch aus einem zylindrischen Teil 22 und der Wand des Bohrungs-Stück bestehen. Rund um die Öffnung kann die dem teils 28 des Gehäuses 10.

Gleitkörper zugewendete Fläche des Lagerteils so 15 Der Betätigungsdruck, der natürlich innerhalb des ausgebildet sein, daß sie als Anschlag für den Gleit- Systems überall gleich ist, verhindert, daß sich der körper dient. Rund um die Öffnung im Lagerteil Teil 20 relativ zu dem Gehäuse 10 bewegt, da die kann auch eine Ausnehmung vorgesehen sein, in der dem Drück unterworfenen Bereiche, die dazu neigen, ein Dichtring aus einem nachgiebigen Material liegt, den Teil 20 nach links zu bewegen (in Fig. 2 z. B. durch den der Zapfen gas- oder flüssigkeitsdicht hin- 20 Flächen 31, 33 und 35), größer sind als der Flächendurchgeführt ist. Im Lagerteil kann neben der den bereich 23, der unter entgegengesetzter Einwirkung Dichtring enthaltenden Ausnehmung eine weitere des Druckes steht.

Ausnehmung mit größerem Durchmesser ausgebildet Nach der Erfindung hegt in einer äußeren Aussein, in der ein weiterer Dichtring zur verstärkten nehmung 44 im Teil 30 des Hohlteiles 20 ein O-Ring Abdichtung des Zapfens gegenüber dem Schalter vor- 25 42, der eine statische Reibungsberührung zwischen gesehen ist. Ferner kann ein den Schalter auf dem dem Teil 20 und einer feingeschhffenen Innenfläche Lagerteil einkapselndes Isoliermaterial, vorzugsweise des Betätigungsgliedes 32 herstellt, die zusammen mit ein Harz oder Kunststoff, vorgesehen sein, wobei der der Kraft der Feder 36 eine Bewegung des Betäti-Schalter mit dem Betätigungsglied fluchtend gehalten gungsgliedes 32 verhindert, bis in dem System auf und gegen die Atmosphäre abgedichtet wird. 30 das Betätigungsglied 32 eine Druckkraft ausgeübt

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird, die so groß ist, daß sie sowohl den größeren ist im folgenden an Hand der Zeichnungen auch in Widerstand der Feder 36 als auch den geringeren seiner Arbeitsweise und mit semen Vorteilen näher Widerstand der statischen Reibung des O-Ringes 42 beschrieben, und zwar zeigt überwindet. Durch Wahl einer Feder 36 von geringer

Fig. 1 in auseinandergezogener Anordnung eine 35 Stärke bewegt sich das Betätigungsglied 32 nicht schaubildliche Ansicht eines erfindungsgemäßen eher, als bis ein Druck erreicht ist, der etwa 1 bis druckbetätigten Schalters, 172% unter dem erforderlichen Betätigungsdruck

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Schalter nach liegt. Hat die Bewegung eingesetzt, so wird die sta-Fig. 1, tische Reibung des O-Ringes plötzlich überwunden,

Fig. 3 einen lotrechten Schnitt nach Linie 3-3 der 40 und die Kräfte übersteigen jetzt die Summe von Fig. 2 und Federdruck plus dynamischer Reibung des Ringes 42,

Fig. 4 in größerem Maßstab einen Teil des Schal- so daß der Zylinder 32 in seine Endstellung gelangt, ters, aus dem die Lage des Betätigungszapfens in in der er gegen die Nabe 41 der Deckplatte 18 an-Reihe mit dem Schalterknopf ersichtlich ist. schlägt. Wenn der Druck weiter steigt, so bewegt

Im einzelnen enthält der erfindungsgemäße Schal- 45 sich der Zylinder nicht weiter.

ter einen allgemein mit 10 bezeichneten Gehäuseteil, Nach der Erfindung ist das Betätigungsglied bzw.

der mit einem Gewinde 12 versehen ist, so daß er der Zylinder 32 mit einer Betätigungsstange oder an einer (nicht gezeigten) geeigneten Druckbetäti- einem Betätigungszapfen 46 von genau festgelegter gungseinrichtung befestigt werden kann. Das Gehäuse Länge versehen, der nach außen durch eine mittlere 10 weist einen erweiterten Teil 14 mit einem Flansch 50 Öffnung 48 der Deckplatte 18 ragt. Der äußere Teil 16 auf, der eine Lager- und Deckplatte 18 aufnimmt. der Deckplatte 18 weist in der Mitte eine Ausneh-Ein allgemein mit 20 bezeichneter ortsfester Hohl- mung auf, in der ein O-Ring 50 mit kleinem Durchteil, der eine Bohrung 21 aufweist, ist innerhalb des messer angeordnet und durch eine Zwischenlege-Gehäuses 10 angeordnet. Der Hohlteil 20 besitzt scheibe 51 gehalten ist, die sich abdichtend gegen einen länglich-zylindrischen Teil 22, der innerhalb 55 den Betätigungszapfen 46 legt, einer zylindrischen Bohrung des Gehäuses 10 liegt, Die Deckplatte 18 besitzt außerdem eine äußere

sowie ein Zwischenstück mit größerem Durchmesser größere Ausnehmung, in der sich ein O-Ring 52 be-26, das sich innerhalb einer Zwischenbohrung mit findet. Der O-Ring 52 ist in der Ausnehmung so angegrÖßerem Durchmesser 28 des Gehäuses 10 befindet, ordnet, daß er durch die Lagerung eines allgemein mit und einen Endteil 30, der von einem allgemein mit 6« 54 bezeichneten Mikroschalters belastet wird, der bezeichneten, im wesentlichen zylindrischen, einen Antriebsknopf 56 aufweist, der genau in der Achse schalen- oder kappenförmigen Betätigungsglied um- des O-Ringes angeordnet ist. Die O-Ringe 50 und geben ist. Obwohl der Teil 20 und das Gehäuse 10 52 dichten den den Zapfen 46 und den Steuerknopf als getrennte Teile dargestellt sind, erfolgt zwischen 56 enthaltenden Hohlraum ab, wodurch eine exploihnen keine Relativbewegung, und sie können vor- 65 sionssichere Aussparung für den Schalter 54 entsteht, zugsweise einstückig hergestellt werden. Im vorliegen- der nur über den den Knopf 56 umgebenden Raum den Falle bestehen sie jedoch zur Vereinfachung der mit dem Inneren des Schalters in Verbindung steht. Herstellung und des Zusammenbaus aus zwei Teilen. Der Mikroschalter 54 enthält in seinem Inneren die

üblichen, den Kontakt herstellenden Teile, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind, da sie die Erfindung nicht betreifen. Der Schalter 54 enthält allgemein drei Klemmen 58, die an einzelne elektrische Leitungen 60 angeschlossen sind. Der Schalter 54 ist beispielsweise mittels Schrauben 64 und Muttern 66 an einer abstehenden Lagerplatte 62 befestigt, die an der Außenfläche der Deckplatte 18 ausgebildet oder angebracht ist (Fig. 1). Der Knopf 56 des Schalters muß in einem ganz bestimmten Abstand von dem Ende des Zapfen 46 eingestellt sein, um sicherzustellen, daß der Schalter jedesmal betätigt wird, wenn das Betätigungsglied 32 in eine Betätigungsstellung gebracht wird, daß aber das Betätigungsglied von dem Anschlag 41 angehalten wird, ohne daß die vorgesehenen Übersteuerungsbegrenzungen des Schalterknopfes überschritten werden. Da die Bewegungsbahn des Betätigungsgliedes 32 von dem Ansatz 41 begrenzt wird, wird die Länge des Zapfen 46 so gewählt, daß eine angemessene Betätigungsbewegung des Zapfens gegen den Antriebsknopf 56 ohne Übersteuerung gewährleistet ist. Dadurch ist es möglich, das Instrument Überdrücken auszusetzen, ohne daß der Schalter 54 dabei beschädigt wird.

Wenn der Mikroschalter 54 auf der Lagerplatte 62 montiert ist, wird der den Schalter umgebende Bereich mit einem Harzmaterial mit stark dielektrischer oder isolierender Wirkung, beispielsweise einem Epoxyharz, eingehüllt oder verschalt. Das Harz wird dann zu einer harten Schicht wärmegehärtet. Die Anschlußdrähte 60 werden vor dem Einkapseln so angeordnet, daß sie durch das fertige, gehärtete Harzmaterial hindurchragen.

Während des Gießvorganges verhindert der O-Ring 52, daß Harz in die den Knopf 56 enthaltende Kammer und von dort in das Innere des Mikroschalters 54 eindringt. Während des Gießens oder Einkapseins wird der obere Teil der Deckplatte 18 in eine zylindrische Form geklemmt. Nach dem Einkapseln wird die gesamte Deckplattenanordnung oder -einheit mit dem eingekapselten Schalter 54, beispielsweise mittels Schrauben 70, an dem Flansch 16 des Gehäuses 10 befestigt. Zwischen dem Flansch 16 des Gehäuses und der Deckplatte 18 wird ein Dichtungsring 72 angeordnet.

Die gesamte Einheit kann an eine Druckquelle angeschlossen werden, wobei das mit dem Gewinde 12 versehene Ende in einen mit entsprechendem Gegengewinde versehenen Teil eingeschraubt wird. Der das Betätigungsglied 32 umgebende Hohlraum steht über eine Leitung 74 mit der Atmosphäre in Verbindung, die durch einen Teil der Wand 39 des Gehäuses 10 hindurchführt.

Es ist ersichtlich, daß in Anpassung an die Erfordernisse der jeweiligen Verwendung die Kopfeinheit mit einem oder mehreren Mikroschaltern versehen sein kann, die zusammen von einer Druckzelle her oder unabhängig voneinander von zwei oder mehr Druckzellen betätigt werden. Die Kopfeinheiten können mit elektrischen Steckern versehen sein oder innerhalb der Verkapselung andere geeignete elektrische Teile und Leitungsanschlüsse enthalten. Gehäuse, Zylinder und Kolben können in den verschiedensten Kombinationen und Anordnungen für die jeweils gewünschten Druckverbindungen, Lagerungen oder Druckbereiche gewählt werden. Kleinere Veränderungen der gewünschten Druckeinstellungen werden dadurch erreicht, daß unterschiedliche Federn verwendet werden oder daß die Kraft einer gegebenen Feder beispielsweise durch Keile oder Einlegescheiben geändert wird.

Ein erfindungsgemäßer Schalter ist äußerst widerstandsfähig gegen Schwingungen und Stöße. Die Teile sind so zusammengebaut, daß die Lage des Mikroschalters dauernd und sicher festgelegt ist und die Verbindungen sich nicht lockern können. Die gesamte Umgebung des Schalters ist gegen das Eindringen von Feuchtigkeit, Sand usw. abgedichtet. Der Schalter ist außerordentlich explosionsfest, da die Kontaktelemente von einer Harzmasse abdichtend eingeschlossen sind.

Eine erfindungsgemäße Schalterausbildung ergibt zahlreiche Vorteile. Da das druckbetätigte Schaltelement nur eine Bewegung ausführt, die der eines empfindlichen Schnappschalters entspricht, ist die Einheit gegenüber Vibrationen unterhalb und oberhalb des Betätigungspunktes durchaus unempfindlich. Auch ein Überdruck in der Größenordnung des Mehrfachen von 100:1 hat beispielsweise keinerlei nachteilige Wirkung auf die Wiederholbarkeit der Schalterarbeit, da die Feder oder das für die Schalterkraft maßgebende Element nicht überlastet werden kann. Der Schalter hat eine lange Lebensdauer, und der Verschleiß der O-Ringdichtung ist wegen der außerordentlich guten Oberflächenbearbeitung der Zylinderbohrung vernachlässigbar.

Weiterhin ist auch der Mikroschalter selbst keiner Gefahr einer Überlastung ausgesetzt, da das Betätigungsglied mechanisch angehalten wird, bevor die Übersteuerungsgrenze des Mikroschalters erreicht wird.

Claims (12)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Druckabhängiger elektrischer Kleinschalter, in dessen Gehäuse ein vom Druck eines Mediums beaufschlagter Gleitkörper gleichachsig mit einem durch ihn zu betätigenden Antriebsknopf eines elektrischen Kleinschalters angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleitkörper (32) becherförmig ausgebildet ist, wobei seine Innenfläche dem Druck des Mediums ausgesetzt ist, während von seiner Außenfläche der Antriebsknopf (56) betätigbar ist, und daß eine Schraubenfeder (36) den becherförmigen Gleitkörper (32) umgibt und ihn gegen den Druck des Mediums vom Antriebsknopf (56) entfernt zu halten sucht.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Außenseite des becherförmigen Gleitkörpers (32) ein Zapfen (46) ausgebildet ist, der durch eine Öffnung (48) eines Lagerteils (18) hindurchgeht, auf dessen einer Seite das Gehäuse (10) des Schaltmechanismus und auf dessen anderer Seite der Antriebsknopf (56) derart angeordnet ist, daß der Antriebsknopf (56) vom Zapfen (46) berührbar ist.

3. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des einen Gehäuseendes (12) ein hohler Stützkörper (20) angebracht ist und eine mit dem Gehäuseeinlaß (24) verbundene Bohrung (21) enthält und daß auf dem dem Gehäuseeinlaß (24) gegenüberliegenden Ende (30) des Stützkörpers (20) der Gleitkörper (32) so angeordnet ist, daß die Innenfläche des Gleitkörpers (32) dieses Ende (35) des Stützkörpers (20) abschließt.

4. Schalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Ende (30) des Stützkörpers (20) eine ringförmige Ausnehmung (44) eingeschnitten ist, in der sich ein Dichtring (42) zur Abdichtung gegenüber dem Gleitkörper (32) befindet.

5. Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (42) aus einem Werkstoff besteht, der einen hohen Koeffizienten der statischen Reibung, aber einen geringen Koeffizienten der gleitenden Reibung aufweist, so daß der Gleitkörper (32) ruckartig in Bewegung gesetzt wird.

6. Schalter nach Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Gehäuseinnenwand (28) und dem Stützkörper (20) eine (weitere) Dichtung (40) vorgesehen ist.

7. Schalter nach Ansprüchen 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende (22) des Stützkörpers (20), das mit dem Gehäuseende (12) über die Bohrung (21) in Verbindung steht, einen kleineren Außendurchmesser als das den Gleitkörper (32) tragende Ende (30) aufweist und daß sich zu dem Ende (35) hin die Öffnung (21) stufenweise (31, 33) nach außen erweitert, so daß von dem unter Druck stehenden Medium der Stützkörper (20) gegen die Innenfläche des Gehäuses (10) gedrückt wird.

8. Schalter nach Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10) und der Stützkörper (20) aus einem Stück bestehen.

9. Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß rund um die Öffnung (48) die dem Gleitkörper (32) zugewendete Fläche (41) des Lagerteils (18) so ausgebildet ist, daß sie als Anschlag für den Gleitkörper (32) dient.

10. Schalter nach Ansprüchen 2 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß rund um die Öffnung (48) im Lagerteil (18) eine Ausnehmung vorgesehen ist, in der ein Dichtring (50) aus einem nachgiebigen Material liegt, durch den der Zapfen (46) gas- oder flüssigkeitsdicht hindurchgeführt ist.

11. Schalter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Lagerteil (18) neben der den Dichtring (50) enthaltenden Ausnehmung eine weitere Ausnehmung mit größerem Durchmesser ausgebildet ist, in der ein weiterer Dichtring (52) zur verstärkten Abdichtung des Zapfens (46) gegenüber dem Schalter vorgesehen ist.

12. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Isoliermaterial (68), vorzugsweise ein Harz oder ein Kunststoff, vorgesehen ist, das den Schalter (54) auf dem Lagerteil (18) einkapselt, wobei der Schalter mit dem Betätigungsglied (32) fluchtend gehalten und gegen die Atmosphäre abgedichtet wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 775 882;
USA.-Patentschriften Nr. 2 782 272, 2 556 209,
2292546.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 309 5S0/366 5.