具有可电磁操控的、用于诊断压力开关装置开关元件功能特性的调节机构的压力开关装置

摘要

本发明涉及一种压力开关装置，具有壳体、压力室及开关元件，压力室能借助连接件连接到工作压力源上且通过与施加的工作压力有关的、能运动的及气密地实施的调节机构限定。开关元件设置在压力室外且在达到预设的最小压力值时能通过调节机构操作。压力开关装置具有容纳在壳体中的、能电激励的活动线圈及穿过活动线圈引导的、能运动地容纳在壳体中的执行器挺杆，执行器挺杆具有用于操作开关元件的活动衔铁。根据本发明，执行器挺杆同时是与调节机构机械配合的调节机构挺杆。活动衔铁相对活动线圈如此设计和布置，使得在活动线圈激励时活动衔铁的超出调节机构最大操作路程之外的至少一部分被拉入活动线圈中。执行器挺杆具有用于直接操作所述开关元件及另一个第二开关元件的开关操作部分。开关操作部分和两个开关元件如此相互布置，使得在未达到预设的最小压力值时无法操作两个开关元件中的任一个，在达到预设的最小压力值时只能操作第一开关元件及在激励活动线圈时不受施加的工作压力的影响只能操作第二开关元件。

说明书

技术领域

本发明涉及一种压力开关装置，具有壳体、压力室以及开关元件，其中，压力室可借助于连接件连接到工作压力源上，并且通过与施加的工作压力有关的、可运动的以及气密地设计的调节机构来进行限定。开关元件设置在压力室之外，并且在达到预设的最小压力值时能够通过调节机构来进行操作。该压力开关装置具有容纳在壳体中的、可电激励的活动线圈以及穿过该活动线圈引导的、可运动地容纳在壳体中的执行器挺杆，该执行器挺杆具有用于操作所述开关元件的活动衔铁。

背景技术

在德国公开文献DE 101 04 438 A1中描述了一种安全开关，其具有一种双重的安全关断功能，该安全关断功能通过不同的物理值驱动。通过连接法兰和包含在该连接法兰中的膜形成一种压敏区域，在该压敏区域中压力被传递到压杆上。在与压杆相同的轴向上设置有锚固螺栓，在线圈中产生的电磁场作用到该锚栓上。在故障的情况下，通过前置的被供给任意的信号的、优选温度信号的控制仪来激励所述线圈，可以借助该激励通过锚栓来释放滑块，由此断开所述安全开关的特别是多极设计的电触头。与此无关的是，即使在不允许的过压的情况下也通过压杆来释放所述滑块。通过释放所述滑块，撤回在正常的运行情况下施加到电触头上的开关操作力。

压力开关装置对于比如管道中的工作压力源的气态或液态介质的压力变化起反应。在此情况下，常常应用介质对膜或对活塞的机械作用，该膜或活塞在压力升高时操作一种开关元件。膜或活塞的位置在恒定的压力的情况下保持不变。出于安全原因，典型地应用机械操作的开关元件、比如微开关，其需要接触且因此也是会受到磨损的。

可替换的是，可以使用无接触地工作的电子开关元件，比如叉形光栅、感应式的接近开关等等。但在这种情况下需要冗余设计的分析电子设备，比如需要借助于两个处理器。

为了能够“可靠地”中断被施加压力的管道，需要可靠地检测管道压力、也就是说可靠地检测低于预设的最小压力值的压力降。该工作压力值的范围优选位于一位数的bar或两位数的bar的范围中，比如20bar。该最小压力值优选被调节到根据运行的工作压力值的一半，比如调节到10bar。

这里“可靠地”指的是，为此所需的部件的技术设计方案必须满足相应的安全技术上的要求。为了满足当前的最高安全类别，按照最新的机械准则2006/42/EG的机器需要遵守按照EN ISO 1349-1的PL e；按照EN 61508 或62061的SIL 3。在此情况下需要一些部件，通过这些部件还可以实现对于功能特性的诊断。

为了满足安全技术的要求，目前应用多元化的冗余原理。这意味着，出于冗余的原因，采用两个用于压力监控的压力开关装置，从而在一个压力开关装置失效的情况下还可以使用另一个压力开关装置。另一方面，该压力开关装置必须来源于不同的厂商，用以避免两个压力开关装置同时地、系统化地失效。这里假设，如果构造、设计、改进和制造是不同的，那么针对双重失效的可能性就极小。

发明内容

因此本发明的任务在于，提出一种具有改善的诊断可能性的压力开关装置。

该任务通过独立权利要求的主题来完成。本发明的有利的实施方式在从属权利要求中描述。

根据本发明，执行器挺杆同时是与调节机构进行机械地配合作用的调节机构挺杆。活动衔铁关于活动线圈以如下方式设计和布置，即在激励所述活动线圈的情况下，活动衔铁的至少一部分超出调节机构的最大操作路程之外被拉入到所述活动线圈中。执行器挺杆除了活动衔铁之外还具有用于直接操作所述开关元件以及另一个第二开关元件的开关操作部分。该开关操作部分和所述两个开关元件以如下方式相互布置，即在未达到预设的最小压力值的情况下，所述两个开关元件中的任何一个都无法被操作，在达到所述预设的最小压力值的情况下仅可以操作第一开关元件，以及在激励所述活动线圈的情况下与所施加的工作压力无关地仅可以操作第二开关元件。

所考虑的开关元件特别是可机械操作的、需接触的开关元件，比如微型开关。

所述活动线圈和活动衔铁的组合也可以被称为活动线圈磁铁、活动磁铁、吸引磁铁或行程电磁铁（Hubmagnet）。活动衔铁以如下方式设计，即活动衔铁的至少一部分在活动线圈的根据预定的电激励的情况下被拉入活动线圈中，用以操作第二开关元件。

本发明的核心在于，几乎可在真实条件下有利地实现对于压力开关装置的经受磨损最多的部件、也就是说（第一）机械开关元件的可靠的测试，其中，该测试也满足文章开头所述的安全标准和安全规范。

在此情况下，不管在工作压力源的无压状态还是加压状态下都可以检测所述（第一）开关元件的按规定的开关操作。这通过所述共同的调节挺杆及执行器挺杆的超出可通过调节机构最大地引起的调节或操作路程之外的继续移动来实现。之后，针对所实施的诊断来说的反馈可通过第二开关元件来实现。在此情况下，如果第一开关元件的开关状态在电操控所述活动线圈的情况下不能稳定地变化，则识别出第一开关元件失效。

由此带来的较大的优点是，可以弃用第二压力开关装置以及它们之间在安全意义上重要的线路连接。

优点还在于：可电操控的活动磁铁在压力开关装置中的简单的整合。活动衔铁关于执行器挺杆的纵向优选大致居中地布置。其由可磁化的材料、优选由铁或钢制成。此外，其在其几何尺寸上以如下方式与活动线圈的尺寸协调一致，即活动衔铁在调节机构的操作方向上运动。此外，活动磁铁的整个可电激励的磁路如此被确定尺寸，使得其能够克服所述第二开关元件的相对较小的接触弹簧力。

按照一种实施方式，调节机构可以通过弹簧力进行预紧，从而在达到预设的最小压力值的情况下可以操作第一开关元件。优选通过弹簧元件、比如通过柱状弹簧或盘形弹簧来实现所述预紧。压力开关装置也可以具有用于设定所述最小压力值的器具、比如调节螺钉，用于设定在所述弹簧元件中的预紧路程。

按照另一种实施方式，为了操作所述两个开关元件中的一个，分别通过执行器挺杆以及同时通过调节机构挺杆施加一个开关操作力。开关元件的“操作”指的是，必须主动地施加用于断开或闭合所述开关元件的电触头的开关操作力，以克服所述开关元件的接触弹簧力。

按照另一种实施方式，开关元件具有一对开关触头，它们在施加所述开关操作力的情况下实现电闭合。这种开关元件也被称作常开触头（Schliesser）。

按照另一种实施方式，所述开关元件具有一对开关触头，它们在施加开关操作力的情况下实现电断开。这种开关元件也被称作常闭触头（?ffner）。之前描述的开关元件也可以是由常开触头和常闭触头构成的组合。因此，开关元件也可以具有多对开关触头，比如两对或三对。通过相应的串联或并联就提高了开关元件的可靠性。可替换的或附加的是，压力开关装置可以具有两个或更多个开关元件、比如两个微型开关，它们为了提高所述开关可靠性被串联或并联。

开关状态的“稳定的”变化指的是，在加压的情况下且因此在已经存在的持续地操作第一开关元件的情况下，针对随后操控所述活动磁铁的持续时间来说，也必须更换第一开关元件的开关状态，也就是说不允许再被操作。同样的，当为了结束所述诊断而要再次结束对于所述活动磁铁的操控时，上面的描述也以时间上颠倒的顺序适用。否则的话，由此可明确地确定第一开关元件的有错误的开关行为。

与此相反，如果在无压情况下且因此在存在第一开关元件持久地未操作的情况下操控所述活动磁铁，则允许第一开关元件的开关状态仅短时间地变化。这样，必须最晚在第二开关元件的确定的操作之后可确定第一开关元件上的信号序列：不操作-操作-不操作。同样的，当为了结束所述诊断而要再次结束对于所述活动磁铁的操控时，上面的描述也以时间上颠倒的顺序适用。否则的话，这里也可明确地确定第一开关元件的有错误的开关行为。

在开关元件被设计成常开触头的情况下，针对上述情况可能的原因可能是：第一开关元件的开关触头被粘接或焊接。与此相反，如果开关元件被设计成常闭触头，则可能的原因例如是：尽管开关触头“被闭合”，但存在具有高电阻过渡的接触污染。第二开关元件的操作以及其随后在结束对于所述活动磁铁的操控的情况下的不操作就在此可靠地显示出，第一开关元件在机械的关于其按规定的开关行为的方面已被检测。因此，该诊断得到了有效的实施。

这种压力开关装置可以有利地用于特别是可靠地检测在所述工作压力源的可预设的最小压力值以下的压力降。其可特别有利地用于检测被设计成管道的工作压力源中的压力降。

附图说明

参照实施例详细描述本发明。其中：

图1-3 示出了在不同的运行状态下的根据本发明的压力开关装置的例子。

附图标记列表：

1 压力开关装置；

2 壳体；

3 压力室；

4 内腔、无压腔；

5 调节机构、膜；

6 密封件、O形环；

8 弹簧元件、柱状弹簧、压力弹簧；

9 执行器、活动磁铁（Tauchmagnet）、活动线圈磁铁（Tauchspulenmagnet）；

10 活动衔铁（Tauchanker）、调节机构挺杆；

11 调节机构一侧的端部件、栓销端部；

12、14 磁通量引导部分；

13 中间部分、活动衔铁部分；

15 开关操作部分；

16、17 凸块、开关操作凸块；

21 壳体部分、连接件；

22 壳体部分、磁芯；

23 磁轭；

30 电路载体、印制电路板；

70 开关按钮；

71 第一开关元件、微型开关；

72 第二开关元件、微型开关；

73 调节机构挺杆、单独的挺杆；

91 执行器挺杆；

92 活动线圈；

93 线圈体、线圈；

94 绝缘体；

A 执行力；

F 弹簧预紧力；

P 压力、工作压力；

S 调节力。

具体实施方式

图1示出了在无压的操作状态下的根据本发明的压力开关装置1的一个例子。采用膜作为调节机构5。可替换的是（图中未示出），也可以采用活塞或另一种合适的器具作为调节机构5。压力开关装置1以及其部件的绝大部分，除了开关元件之外，优选基本上关于以点划线绘出的主轴线旋转对称地构建。

以附图标记21表示连接件，作为用于连接到工作压力源上的、压力开关装置1的壳体2的一部分。以附图标记3表示压力室3，其通过与所施加的工作压力p有关的、可运动的并且气密地实施的调节机构5来限定，改调节机构在这里是膜的形式。以附图标记4表示壳体2的内腔，其在压力上与压力室3隔开，并且基本上是无压的。

此外，压力开关装置1具有第一开关元件71以及另一个（第二）开关元件72，这两者都设置在压力室3之外的电路载体30上，并且可通过调节机构5来操作。在所示的例子中，膜5贴靠在调节机构挺杆73上，从而在压力变化的情况下膜5的调节运动也在操作方向上间接地被传递到第一开关元件71上。所示出的开关元件71、72例如是微型开关。该微型开关还借助于用于施加弹簧预紧力F的弹簧元件8得以预紧。由此可调定一种最小压力值，在该最小压力值的情况下开关元件71被操作。

在工作压力源的所示出的无压状态下，即在如下的状态中，其中工作压力源的压力p具有一个压力值，该压力值没有超过压力开关装置1的预设的或者预调节的最小压力值，那么调节机构5就位于左边的位置中，这由所示的膜5的固有预紧力并且特别是通过弹簧元件8的预紧力F造成。由此也导致开关元件71不被操作。

根据本发明，执行器挺杆91同时也已经是与调节机构5机械地配合作用的调节机构挺杆73。在所示的例子中，执行器挺杆91和调节机构挺杆73形成一个结构单元，特别是一件式的结构单元。两个构件73、91也可以是单独的、在压力操作装置中可运动地在壳体2中前后布置的零件。这样，调节机构挺杆73例如具有调节机构一侧的端部件11、柱形的中间部分12以及没有进一步绘出的邻接的另一部分。而执行器挺杆91具有活动衔铁13、中间部分14以及开关操作部分15。

在此情况下，执行器挺杆91是被设计成活动线圈磁铁的活动磁铁9的一部分。该活动磁铁具有容纳在压力开关装置1的壳体2中的活动线圈92以及执行器挺杆91，该执行器挺杆可运动地容纳在壳体2中并且穿过活动线圈92引导。活动线圈92由线圈体93或者由线圈以及由周围的绝缘体94组合而成。执行器挺杆91具有活动衔铁10和用于操作第一开关元件71以及另一个第二开关元件72的开关操作部分15。该开关操作部分15也可以整合在执行器挺杆91中。此外，活动衔铁10关于活动线圈92以如下方式设计和布置，即在电激励所述活动线圈92的情况下，活动衔铁10的至少一部分超出所述调节机构5的最大操作路程之外地被拉入到活动线圈中。被实施为两部分的并且以22标记的壳体部分用作用于磁场导向的磁芯。其由可磁化的材料、特别是由铁或磁钢制成。以附图标记23标记径向向内延伸的作为壳体部分22的一部分的磁轭。其用来将由活动线圈92所产生的磁场向活动衔铁10引导，从而使得该磁场可以通过活动衔铁10闭合。

在所示的无压状态下，整个调节机构和执行器挺杆73、91通过弹簧预紧力F向左运动。因此，同样被带动的开关操作部分15不与所述两个开关元件71、72的开关按钮70嵌接。因此，这两个开关元件不被操作。在此情况下，开关操作部分15和两个开关元件71、72以如下方式相互布置，即在未达到预设的最小压力时无法操作所述两个开关元件71、72的任一个。

图2示出了针对如下情况的根据本发明的压力开关装置1，即工作压力源的压力p具有一个压力值，该压力值超过了压力开关装置1的预设的或者预调节的最小压力值。整个调节机构和执行器挺杆73、91通过这时作用到调节机构5上的调节力S在操作方向上向右运动，该调节力S大于弹簧预紧力F。在此情况下，示例性地侧部地安装在开关操作部分15上的第一凸块16使第一开关元件71的开关按钮70偏转，用于开关操作。第二开关元件72保持不操作，为此，所述开关操作部分15和两个开关元件71、72以如下方式相互布置，即在达到最小压力时仅可以操作所述第一开关元件71。这在图2的例子中通过第二开关元件72相对于第一开关元件71的错开的定位来实现，从而第二开关元件72的开关按钮70（还）未到达通过开关操作部分15的第二凸块17进行偏转。在所示的例子中，开关操作部分15具有针对两个开关按钮70所共同的凸块16、17。可替换的是，开关操作部分15可以具有两个在操作方向上错开地布置的凸块16、17。这样，这两个开关元件71、72的开关按钮70可以关于主轴线在轴向上布置在相同的位置上。

此外，压力开关装置1以如下方式设计，使得不能由调节机构5超过一种最大的操作路程。由此限定了最大的操作路程或者调节路程。这在当前图2的例子中通过壳体部分21中的止挡来实现，其向右限定了所述调节机构5或膜5的运动。这样，所贴靠的调节机构和执行器挺杆73、91即使在继续升高的工作压力值的情况下也保留在所示的位置中。以附图标记11标记出整个调节机构和执行器挺杆73、91的调节机构一侧的端部件，该调节机构和执行器挺杆穿过壳体部分21中的凹坑进行作用并且贴靠在膜5上，用以传递所述操作路程。

图3示出了在诊断情况下的根据本发明的压力开关装置1。无论是否施加有工作压力p，在对于活动线圈92进行电激励的情况下，所述活动衔铁10的超出调节机构5的最大的操作路程之外的至少一部分被拉入到活动线圈92中。由此通过第二凸块17来操作所述第二开关元件72，而第一开关元件71不被操作。如果执行器9的激励从无压的运行状态开始发生，则第一开关元件71从不操作的状态出发被短时间地操作，且之后由于第一凸块16从开关元件71的开关按钮70旁边运动而不再被操作。与此相反，如果活动磁铁9的激励从加压的运行状态开始发生，则第一开关元件71从操作的状态出发更换到不操作的状态中，只要活动磁铁9是被激励的。

在活动磁铁9的电流激励的情况下，活动衔铁10的中间部分13在调节机构5的操作方向上被拉入到活动线圈92中。只要磁场能够经过左边的磁轭23、再经过柱形的磁通量部分12、经过中间部分13、再经过右边的截头状的磁通量部分14以及返回地经过右边的具有更小的磁阻的磁轭23封闭，就会发生该机械运动。最后，开关操作件15还具有用于容纳弹簧元件8的盲孔。