MEMBRANE SWITCHING ELEMENT TO ACTUATE AN INDICATOR

Abstract: 1. A diaphragm control element for the actuation of a differential-pressure controlled device indicating the excessive contamination of an intake-air filter of an internal-combustion engine (1) and comprising a diaphragm (12) which consists of an elastic material and which is clamped, with its circumferential bead (13), in a housing (9, 10) and separates this housing into two chambers (14, 15) and, in the centre, is hinged to a spring-loaded control rod (19) which is actuatable perpendicularly to the clamping plane and which, if there is a difference in the pressure between the two chambers (14, 15), follows the displacement of the centre of the diaphragm, which results therefrom, with the internal circumferential bead (18) and, if a predetermined pressure differential is exceeded, brings about an indication, characterised by the following features a) the diaphragm (12) is plate-shaped, and in its relaxed state frusto-conical, and is installed in such a way that, if there is no pressure differential between the chambers (14, 15), it is in its end position (12 in Fig. 2) that is opposite to its relaxed end position of rest (12 in Fig. 3) and, if the pressure differential increases, moves, while displacing its centre, with the internal circumferential bead (18) through the clamping plane of its external circumferential bead (13), and while passing through a labile intermediate position, towards its relaxed end position (12 in Fig. 3), b) the spring force (22, 25) applied to the diaphragm (12) has been designed to be such that, at the pressure differential at the exceeding of which the control rod (19) is intended to trigger an indication, the diaphragm (12) is in the labile intermediate position, from which it heads for its relaxed end position of rest (12 in Fig. 3) if the pressure differential continues to increase, due to the support of the potential energy which is then released and is stored in it, c) the control rod (19) hinged to the diaphragm (12) actuates an electric contact (26, 31) to indicate the exceeded preset pressure differential.

Description: Membran-Schaltelement zur Betätigung einer Anzeigevorrichtung Die Erfindung betrifft ein Membran-Schaltelement zur Betätigung einer differenzdruckgesteuerten Anzeigevorrichtung für übermässige Verschmutzung eines Ansaugluftfilters eines Verbrennungsmotors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Anzeigevorrichtung ist z.B. aus der DE-AS 12 32 788 bekannt. Bei dieser Vorrichtung erfolgt die Trennung zwischen Unterdruckkammer und Atmosphäre über eine sogenannte Stülpmembran, die federbelastet ist. Im Zentrum der Membran ist eine Art Stift angelenkt, der der Auslenkung des Membranzentrums folgt und bei einem bestimmten Unterdruck entsprechender Lage der Membran eine optische Anzeige auslöst. Durch die Verwendung einer Stülpmembran wird der Einfluss von Eigenspannungen im Membranmaterial im axialen Verschiebe-bereich der Membran weitgehendst ausgeschlossen. Dem Unterdruck wirkt somit die Kraft der auf die Membran einwirkenden Feder praktisch ungestört von Einflüssen der Membran entgegen. Da dem zu messenden Unterdruck systembedingt gewisse Pulsationen überlagert sind und andererseits die gesamte Anzeigevorrichtung mechanischen Schwingungen ausgesetzt ist, unterliegt der Stift für die optische Anzeige des Unterdruckes geringfügigen Schwingungen. Dies ist, so lange es sich um eine rein optische Anzeige handelt wegen des geringen Schwingungsausschlages nicht weiter störend. Nachteilig ist eine solche Schwingung des Anzeigestiftes jedoch dann, wenn der Stift nicht ein optisches Anzeigesignal geben soll, sondern dazu verwendet wird, bei überschreiten eines bestimmten Differenzdruckes einen elektrischen Kontakt zur Auslösung eines Anzeigesignals zu betätigen. Hierbei führen die Schingungen nämlich im Schaltbereich zu unerwünschten Kontaktschwankungen, die zu einem frühzeitigen Verschleiss der Kontakte führen. Hier Abhilfe zu schaffen, ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung. Gelöst wird sie durch einen Aufbau des Membran-Schaltelements nach den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1. Das wesentliche Merkmal dieser Einrichtung ist die Verwendung einer tellerförmigen Membran unter Ausnützung von deren in bestimmten Lagen vorhandenen Eigenspannungen zur Stabilisierung des Kontaktgebers im Schaltzeitpunkt, d.h. bei Uberschreiten des die Anzeige auslösenden vorgegebenen Differenzdruckwertes. Dies wird dadurch erreicht, dass die Teller Membran so eingebaut ist, dass sie bei fehlendem Differenzdruck in ihrer der spannungsfreien Endruhelage gegenüberliegenden Endlage durch die sie belastende Feder vorgespannt ist. Bei einsetzendem Unterdruck bewegt sich das Membranzentrum dann in Richtung auf die spannungsfreie Endruhelage der Membran hin. Dabei durchfährt die Membran einen labilen Bereich, in dem sich ihre Eigenspannungen in Axialrichtung gegenseitig aufheben. Uber die sie belastenden Federn wird die Membran nun so justiert, dass der Druckdifferenzwert, bei dessen Uberschreitung ein Anzeigesignal ausgelöst werden soll, in den sogenannten labilen Bereich der Membran zu liegen kommt. Ein Überschreiten des Druckdifferenzwertes führt dazu, dass die Wirkung des Unterdrucks noch durch die nach Überschreiten der labilen Lage in der Membran frei wer de in Richtung der Endruhelage wirkende potentielle Energie unterstützt wird. Dadurch kommt es zu einer Art Schnappeffekt, der zu einem schwingungsfreien Schliessen des elektrischen Kontaktes zur Auslösung des Anzeigesignals wie bei den in der Elektrotechnik bekannten Kippschaltern führt. Für ein Öffnen des elektrischen Kontaktes wirkt dem abnehmenden Differenzdruck in einem übergangsbereich zunächst zusätzlich noch die Membrankraft entgegen, die zum erneuten Spannen der Membrankraft erforderlich ist. Auf diese Weise kommen bei der erfindungsgemässen Lösung im Schaltbereich Pulsationen des Unterdrucks und mechanische Schwingungen zumindest in einem begrenzten Rahmen nicht zum Tragen. Dies ist der besondere Vorteil der erfindungsgemässen Ausführung, bei der eine lange Lebensdauer der elektrischen Kontakte durch deren Betätigung nach Art des bekannten elektrischen Kippschalters gewährleistet ist. Eine zweckmässige Ausgestaltung der Erfindung gibt Anspruch 2 wieder. Anhand der Zeichnung sollen Aufbau und Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels der Erfindung erläutert werden. Es zeigen Fig. 1 eine schematische Darstellung eines an den Ansaug kanal eines Verbrennungsmotors angeschlossenen Ansaugluftfilters mit der Anordnung des erfin dungsgemässen Membran-Schaltelements Fig. 2 das erfindungsgemässe Membran-Schaltelement in Seitenansicht geschnitten in wiederum schematischer Darstellung Fig. 3 die erfindungsgemässe Membran in Seitenansicht im Schnitt Ein Verbrennungsmotor 1 ist über einen Ansaugkanal 2, in welchen das erfindungsgemässe Membran-Schaltelement 3 hineinragt, und einen Vergaser 4 mit willkürlich betätigbarer Drosselklappe mit einem Ansaugluftfilter 5 verbunden. Der Ansaugluftfilter 5 wird durch einen Filtereinsatz 6 in einen Reinluftraum 7 und einen Rohluftraum 8 aufgeteilt. Das Membran-Schaltelement 3 besteht aus einem zweiteiligen Gehäuse aus Gehäuseoberteil 9 und Gehäuseunterteil 10, die durch eine Schnappverbindung miteinander verbunden sind. In der Trennebene 11 zwischen den Gehäuseteilen 9,10 ist eine tellerförmige Membran 12 aus elastischem Werkstoff, z.B. Silikonkautschuk, mit ihrem äusseren, kreisringförmigen Umfangswulst 13 dichtend eingespannt und teilt das Gehäuse in zwei Kammern 14, 15 auf. Die eine Kammer 14 steht mit der umgebenden Atmosphäre und die andere Kammer 15 über eine Öffnung 16 mit dem Ansaugkanal 2 in Verbindung. Die in ihrem entspannten Zustand kegelstumpfförmige Membran 12 gemäss Figur 3 weist ausser dem äusseren Umfangswulst 13 eine Mantelfläche 17 auf, die den äusseren Umfangswulst 13 mit einem inneren, kreisringförmigen Umfangswulst 18 verbindet. Eine mehrfach abgesetzte, mit Schultern versehene, teilweise innen hohle Schaltstange 19 wird an ihrem unteren, mit Durchbrüchen versehenen hülsenförmigen Ende 20 mit Gehäuseunterteil 10 geführt. Im Inneren dieses hülsenförmigen Teils liegt an einer Schulter 21 eine Druckfeder 22 an, die an ihrem anderen Ende am Gehäuseunterteil 10 sich abstützt. An dem gegenüberliegenden Ende 23 der Schaltstange 19 liegt auf einer weiteren Schulter 24 eine durch eine Druckfeder 25 beaufschlagte Kontaktscheibe 26 lose auf, die den Hub der Schaltstange 19 durch Anlegen an eine Schulter 27 des Gehäuseoberteils 9 begrenzt. Zwei Kontaktbügel 28, 29 sind in der Trennebene 11 zwisthen Gehäuseiober- und -unterteil eingespannt und weisen jeweils einen abgewinkelten Teil 30, 31 auf, mit dem die Kontaktscheibe 26 zum Auslösen eines Schaltsignals in Berührung bringbar ist. Zwischen dem oberen Ende 23 und dem unteren Ende 20 der Schaltstange ist die Membran 12 mit ihrem inneren, ringförmigen Umfangswulst 18 mit der Schaltstange 19 dichtend verbunden. Beim Zusammenbau des Membran-Schaltelements 3 wird die Membran 12 so wie in Fig. 3 dargestellt eingelegt. Dabei liegt der innereUmfangswulst 18, axial gesehen, in einer Ebene unterhalb der Ebene, in der der äussere Umfangswulst 13 liegt und steigt in Richtung der mit dem Unterdruck des Ansaugkanals 2 beaufschlagten Kammer 15. Die Druckfeder 22 ist so ausgelegt, dass sie bei zusammengesetztem Membran-Schaltelement 3 den bei unverschmutztem Filtereinsatz maximal anstehenden Unterdruck im Ansaugkanal von z.B. 35 Millibar ausgleicht und der Schaltmechanismus eine Lage einnimmt, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist. Der axiale Hub der Schaltstange 19 nach oben wird dabei durch das Anlegen der Kontaktscheibe 26 an die Schulter 27 des Gehäuseoberteils 9 begrenzt. Bei diesem Verschieben der Schaltstange nach oben wird die Membran 12 aus ihrer Einbaulage gemäss Fig. 3 in eine Lage gemäss Fig. 2 bewegt, wobei sie auf diesem Weg über die Stellung einer labilen Zwischenlage hinaus weiterbewegt und gespannt wird. Die Festlegung des Schaltpunktes erfolgt nach dem Zusammenbau des Membran-Schaltelements in einem Justiervorgang, bei dem an die Kammer 15 der dem Schaltpunkt entsprechende Unterdruck von z.B. 50 mbar bei einer bestimmten Umgebungstemperatur angelegt wird, durch Vorspannen der Druckfeder 25. Die Lage der Membran 12 in dem Gehäuse 9, 10 wird dabei so gewählt, dass der Unterdruck von 50 mbar, bei dessen Über- schreitung der elektrische Kontakt zur Auslösung des Anzeigesignals geschlossen werden soll, dann an der Membran 12 ansteht, wenn sich diese gerade in ihrer labilen Zwischenlage befindet. Dadurch wirkt bei Überschreiten dieses Soll Differenzdruckes auf den Kontakt nicht nur die resultierende Kraft aus Unterdruck und Kraft der auf die Membran einwirkenden Federn, sondern zusätzlich auch noch die die Membran in Ruhelage bringen wollende potentielle Energie der Eigenspannungen in der Membran selbst. Die zusätzliche Membrankraft kann im vorliegenden Fall einen Wert von etwa 3 mbar annehmen. Dadurch werden bei einmal ausgelöstem elektrischen Kontakt um bis zu 3 mbar auftretende Unterdruckerniedrigungen, wie sie leicht durch Pulsationen auftreten können, nicht wirksam, d.h. sie führen nicht zu einem öffnen des Kontaktes. Der Kontakt kann vielmehr erst wieder geöffnet werden, wenn die Druckerniedrigung den Wert von hier z.B. 3 mbar überschreitet. Konkret wird der elektrische Kontakt zur Auslösung des Anzeigesignals dadurch bewirkt, dass die Kontaktscheibe 26 die Kontaktbügel 28, 29 miteinander verbindet. Durch das elektrische Schaltsignal kann z.B. eine optische Anzeige am Armaturenbrett des Fahrzeuges ausgelöst werden.

Claims: Ansprüche 1. Membran-Schaltelement zur Betätigung einer differenz druckgesteuerten Anzeigevorrichtung für übermässige Ver schmutzung eines Ansaugluftfilters (5) eines Verbrennungs motors (1) mit einer Membran (12) aus elastischem Werk stoff, die mit ihrem Umfangswulst (13) in einem Gehäuse (9,10) eingespannt dieses in zwei Kammern (14,15) trennt und im Zentrum an eine senkrecht zur Einspannebene be tätigbare , federbelastete Schaltstange (19) angelenkt ist, die bei Druckdifferenz zwischen den beiden Kammern (14,15) der daraus resultierenden Verschiebung des Zen trums der Membran (12) mit der inneren Umfangswulst (18) folgt und bei überschreiten einer vorbestimmten Druck differenz eine Anzeige bewirkt, g e k e n n z e i c h n e t durch folgende Merkmale (a) die Membran (12) ist tellerförmig ausgebildet und derart eingebaut, dass sie sich bei fehlender Druck differenz zwischen den Kammern (14,15) in der ihrer entspannten Endruhelage (12 in Fig. 3) entgegenge setzten Endruhelage (12 in Fig.2) befindet und sich bei steigender Druckdifferenz unter Verschieben ihres Zentrums mit der inneren Umfangswulst (18) durch die Einspannebene ihres äusseren Umfangswulstes (13) hin durch und unter Durchlaufen einer sich dabei ein stellenden labilen Zwischenlage auf ihre entspannte Endruhelage (12 in Fig.3) zu bewegt, (b) die an die Membran (12) angelegte Federkraft (22,25) ist so ausgelegt, dass die Membran (12) sich bei der Druckdifferenz, bei deren überschreiten die Schalt stange (19) eine Anzeige auslösen soll, in der labilen Zwischenlage befindet, aus der sie bei weiter ansteigen der Druckdifferenz durch Unterstützung der dann frei werdenden in ihr gespeicherten potentiellen Energie ihrer entspannten Endruhelage (12 in Fig.3) zustrebt, (c) die an der Membran (12) angelenkte Schaltstange (19) betätigt zur Anzeige der überschrittenen vorgegebenen Druckdifferenz einen elektrischen Kontakt (26,31). 2. Membran-Schaltelement nach Anspruch 1, dadurch g e k e nn z e i c h n e t , dass bei der labilen Zwischenlage der Membran (12) der innere Umfangswulst (18) und der äussere Umfangswulst (13) etwa in einer Ebene (11) liegen.

Inventors: GUTJAHR, HELLMUTH, DIPL.-ING., LENZEN, DITRICH, DIPL.-ING., PSCHEIDT, BERTHOLD,
Applicants: KNECHT FILTERWERKE GMBH
Application year: 1981
Main classification: F02M35
IPC codes: F02M35