Druckschalter erklärt

Ein Druckschalter steuert einen Stromkreis basierend auf dem Flüssigkeitsdruck innerhalb eines Systems, indem er den Stromkreis aktiviert oder deaktiviert, wenn ein voreingestellter Druckpegel erreicht wird. Druckschalter arbeiten in verschiedenen industriellen und privaten Anwendungen wie HLK-Systemen, Brunnenpumpen und Öfen. Es gibt mechanische und elektrische Druckschalter, die jeweils für unterschiedliche Anwendungen geeignet sind und einzigartige Vorteile bieten. Dieser Artikel untersucht die Funktionsmechanismen der Druckschaltertypen, ihre typischen Auswahlkriterien und ihre Anwendungen.

Inhaltsverzeichnis

• Mechanischer Druckschalter
• Elektronischer Druckschalter
• Wie man einen Druckschalter einstellt
• Wie man einen Druckschalter auswählt
• Häufige Anwendungen
• Fehlerbehebung bei Druckschaltern
• FAQs

Mechanischer Druckschalter

Ein mechanischer Druckschalter (Abbildung 2) arbeitet basierend auf der physischen Bewegung seiner internen Komponenten, hauptsächlich einer Feder und entweder einer Membran oder einem Kolben, um einen elektrischen Mikroschalter bei vorbestimmten Druckpegeln zu aktivieren. Diese Druckschalter haben normalerweise drei verschiedene Arten von Kontakten: normalerweise offen (NO), normalerweise geschlossen (NC) und Wechslerkontakte (SPDT).

Wie ein mechanischer Druckschalter funktioniert

Die Struktur eines mechanischen Druckschalters ist so konzipiert, dass sie die Druckpegel in verschiedenen Systemen überwacht und darauf reagiert.

• Mikroschalter (A): Der Mikroschalter öffnet und schließt den Stromkreis. Er wird aktiviert, wenn der Druckschalter erkennt, dass der Flüssigkeitsdruck den voreingestellten Pegel erreicht hat.
• Betätigungsstift (B): Der Betätigungsstift verbindet die mechanische Bewegung der internen Komponenten des Druckschalters (wie den Betätigungskolben) mit dem Mikroschalter. Wenn der Druck den Kolben bewegt, übersetzt der Betätigungsstift diese Bewegung in die Aktion des Mikroschalters.
• Bereichsfeder (C): Die Bereichsfeder ist einstellbar und bestimmt den Druckbereich, in dem der Schalter arbeitet.
• Betätigungskolben (D): Der Kolben ist ein bewegliches Bauteil, das auf Druckänderungen reagiert. Wenn der Druck im System einen bestimmten Pegel erreicht, drückt er den Kolben. Diese Bewegung wird dann vom Mikroschalter in ein elektrisches Signal umgewandelt.
• Isolierter Auslöseknopf (E): Diese Funktion ermöglicht manuelle Tests oder das Zurücksetzen des Druckschalters. Er ist isoliert, um Sicherheit während des Betriebs zu gewährleisten.
• Schaltergehäuse (F): Das Schaltergehäuse beherbergt alle internen Komponenten, schützt sie vor äußeren Einflüssen und gewährleistet die Haltbarkeit des Schalters.
• Auslöseeinstellmutter (G): Die Auslöseeinstellmutter wird verwendet, um die Bereichsfeder einzustellen, sodass Benutzer den gewünschten Druckpegel festlegen können, bei dem der Schalter aktiviert wird.
• Eingangsdruck (H): Der Flüssigkeitsdruck tritt durch den Eingang in den Druckschalter ein. Der Schalter überwacht den Druckpegel an diesem Punkt.

Kurz gesagt, der Eingangsdruck übt Druck auf den Betätigungskolben aus und erzeugt eine Kraft, die der Bereichsfeder entgegenwirkt. Sobald die Kraft des Eingangskolbens höher ist als die entgegenwirkende Federkraft, drückt er den Betätigungsstift in den isolierten Auslöseknopf. Dieser Knopf bewegt dann den Mikroschalter von geschlossen zu offen. Wenn der Druck unter die Federkraft sinkt, bewegen sich der Knopf, der Stift und der Kolben vom Mikroschalter weg und unterbrechen die Verbindung. Die Verbindung geht dann von offen zu geschlossen. Lesen Sie unseren Artikel über Druckschalterinstallation für weitere Informationen zur Installation eines Druckschalters in einem System.

Elektronischer Druckschalter

Ein elektronischer Druckschalter (Abbildung 4) überwacht den Druck einer Flüssigkeit und aktiviert ein elektrisches Signal oder einen Ausgang, wenn der Druck einen bestimmten Pegel erreicht. Er kombiniert die Funktionen der Druckmessung und des elektrischen Schaltens in einer einzigen Einheit und bietet einen anspruchsvolleren und vielseitigeren Ansatz zur Druckregelung im Vergleich zu mechanischen Druckschaltern. Elektronische Druckschalter bieten Vorteile gegenüber mechanischen Druckschaltern:

• Größere Genauigkeit
• Die Fähigkeit, einen weiten Druckbereich zu handhaben
• Programmierbarkeit
• Digitale Ausgänge zur Integration in moderne industrielle Steuerungssysteme

Elektronische Druckschalter eignen sich für automatisierte und gesteuerte Gerätesysteme, die programmierbare Funktionen, digitale Anzeige, Flexibilität, Genauigkeit, Schutzart und Stabilität erfordern.

Wie ein elektronischer Druckschalter funktioniert

Das Funktionsprinzip eines elektronischen Druckschalters umfasst mehrere wichtige Komponenten und Schritte:

1. Drucksensor: Der Drucksensor ist das Kernbauteil, das Druckänderungen erkennt und den physischen Druck in ein elektrisches Signal umwandelt. Häufige Sensortypen sind piezoelektrische, Dehnungsmessstreifen- und kapazitive Sensoren.
2. Signalverarbeitungsschaltung: Diese umfasst Verstärker und Analog-Digital-Wandler, die das Sensorsignal aufbereiten und für die Analyse durch die Steuereinheit geeignet machen.
3. Steuereinheit: Oft ein Mikrocontroller oder eine digitale Schaltung, die das Sensorsignal basierend auf programmierten Schwellenwerten (Setpoints) interpretiert. Sie entscheidet, wann der Ausgangsschalter aktiviert oder deaktiviert wird.
4. Ausgangsschalter: Dies kann ein Relais oder ein Festkörperbauteil sein, das einen Stromkreis in Reaktion auf die Befehle der Steuereinheit öffnet oder schließt und so externe Geräte wie Pumpen, Ventile oder Alarme steuert.
5. Benutzeroberfläche: Viele elektronische Druckschalter verfügen über eine Benutzeroberfläche, die von einfachen Drehknöpfen zur Einstellung der Druckschwellen bis hin zu digitalen Anzeigen und Tastaturen zur Programmierung und Überwachung reicht.

Lesen Sie unseren Artikel über digitale Schalter für weitere Informationen zu den verschiedenen Erfassungsmechanismen, die in einem elektronischen Druckschalter verwendet werden.

Wie man einen Druckschalter einstellt

Das Einstellen eines Druckschalters umfasst das Festlegen der gewünschten Druckpegel, bei denen der Schalter aktiviert und deaktiviert wird. Bei einem mechanischen Druckschalter kann der Druck mit einem Inbusschlüssel oder Drehknopf eingestellt werden. Die elektronischen Druckschalter verfügen über eine digitale Anzeige zur Einrichtung der Schaltfunktion. Die folgenden Parameter können typischerweise vom Benutzer entsprechend den Anforderungen angepasst werden:

• Schaltpunkt
• Ausgangssignale
• Hysterese (später besprochen)
• Verzögerungszeit

Wie man einen Druckschalter auswählt

Die Auswahl des richtigen Druckschalters für eine Anwendung erfordert die Berücksichtigung der folgenden Parameter:

1. Mechanischer vs elektrischer Druckschalter: Bei der Wahl zwischen mechanischen und elektrischen Druckschaltern sollten die spezifischen Anforderungen der Anwendung berücksichtigt werden, wie Genauigkeit, Reaktionszeit und Integrationsmöglichkeiten (Tabelle 1). Ein elektronischer Druckschalter ist beispielsweise teurer, bietet jedoch mehr Kontrolle über die Einstellungen, wie den Schaltpunkt und die Hysterese, im Vergleich zu einem mechanischen Druckschalter.
2. Art des Mediums: Das Medium sollte kompatibel mit dem Gehäuse- und Dichtungsmaterial sein. Nitrilkautschuk (NBR) ist für den Einsatz mit Luft und Hydraulik-/Maschinenöl geeignet. Ethylen-Propylen-Dien-Monomer-Kautschuk (EPDM) wird für Trinkwassersysteme bevorzugt, da es den Geschmack des Wassers nicht beeinträchtigt. Häufig verwendete Medien mit Druckschaltern sind:
   1. Hydrauliköl
   2. Heizöl
   3. Terpentin
   4. Benzin
   5. Luft
   6. Wasser

3. Druck: Der Druckschalter muss dem maximalen Arbeitsdruck standhalten können. Niederdruckschalter verwenden typischerweise eine Membran als Sensorelement, während Hochdruckschalter ein Kolbendesign verwenden.
4. Temperatur: Der Temperaturbereich des Druckschalters muss die minimalen und maximalen Temperaturen der Anwendung umfassen. Hochtemperatur-Druckschalter sollten Materialien verwenden, die erhöhten Temperaturen standhalten können, ohne zu verschlechtern.
5. Genauigkeit und Wiederholbarkeit: Genauigkeit bezieht sich darauf, wie nah der Aktivierungspunkt des Schalters am tatsächlichen Druckwert liegt, während Wiederholbarkeit die Fähigkeit des Schalters ist, bei mehreren Zyklen konsistent am gleichen Druckpunkt zu aktivieren. Der erforderliche Genauigkeitsbereich bestimmt die Auswahl des Druckschalters für die Anwendung. Membrandesigns bieten im Allgemeinen mehr Genauigkeit als das Kolbendesign.
6. Hysterese: Hysterese ist der Unterschied zwischen dem Schaltpunkt und dem Rücksetzpunkt. Der Schalter bleibt lange aktiv, wenn der Rücksetzpunkt zu groß ist. Wenn der Rücksetzpunkt zu kurz ist, wird der Schalter häufig zwischen Ein-/Aus-Zuständen wechseln. Hysterese ist in einem elektrischen Druckschalter konfigurierbar, aber vom Hersteller in einem mechanischen Druckschalter voreingestellt.
7. Prozessanschluss: Die Größe und Art des Prozessanschlusses sollte mit der Rohrleitung oder dem Gerät des Systems übereinstimmen. Häufige Typen sind NPT, BSP und Flanschverbindungen.
8. Zulassungen: Wählen Sie Druckschalter mit ATEX-Zertifizierungen für den Einsatz in potenziell explosionsgefährdeten Atmosphären.

Tabelle 1: Mechanischer vs elektronischer Druckschalter

Kriterium	Mechanischer Druckschalter	Elektronischer Druckschalter
Kosten	Kostengünstiger	Höhere Kosten
Anwendungskomplexität	Am besten für einfache, grundlegende Steuerung	Ideal für komplexe, präzise Steuerung
Genauigkeit	Grundgenauigkeit	Hohe Genauigkeit
Haltbarkeit	Robust in rauen Bedingungen	Empfindlich gegenüber extremen Umgebungen
Strombedarf	Keine externe Stromversorgung erforderlich	Benötigt Stromquelle
Umweltverträglichkeit	Verträgt raue Bedingungen gut	Benötigt Schutz vor Umwelteinflüssen
Wartung	Geringer Wartungsaufwand	Könnte mehr Wartung benötigen
Funktionen	Grundlegende Ein-/Aus-Funktionalität	Erweiterte Funktionen wie Anzeigen und Programmierbarkeit
Reaktionszeit	Langsamere Reaktion	Schnellere Reaktion
Beispielanwendungen	HLK, Brunnenpumpen, Luftkompressoren	Industrielle Automatisierung, Prozesssteuerung, fortschrittliche HLK-Systeme

Häufige Anwendungen

Ein Druckschalter wird in einer Vielzahl von häuslichen und kommerziellen Anwendungen eingesetzt, wie unten aufgeführt:

• HLK, Gasflaschen, Luftpumpen usw. verwenden Luftkompressor-Druckschalter, um den Luftdruck des Systems zu überwachen und zu steuern. Lesen Sie unseren Artikel zur Einstellung des Luftkompressor-Druckschalters, um mehr darüber zu erfahren, wie man sie einstellt.
• Öldruckschalter werden von Motoren als Aktuator oder Sensor verwendet, um festzustellen, wann der Öldruck des Motors unter den voreingestellten Pegel gefallen ist.
• Ofendruckschalter fungieren als Sicherheitsvorrichtungen für industrielle sowie private Zwecke. Sie erkennen den Unterdruck während des Ofenstarts und abschalten den Ofen, wenn der Luftdruck zu niedrig ist.
• Brunnenpumpen-Druckschalter werden in Wohn- und Geschäftsgebäuden verwendet, um Wasser aus dem Brunnen zu fördern und sicherzustellen, dass genügend Wasserdruck im System vorhanden ist, um Wasser ohne Überdruck zu liefern.
• Wasserpumpen-Druckschalter in Wohn-, Gewerbe- und Landwirtschaftsanwendungen regulieren den Wasserfluss automatisch.
• Vakuum-Druckschalter messen Vakuum oder negativen Druck im System. Sie befinden sich in Haushaltskesseln, elektrischen Heizungen, Luftkompressoren und Getriebesystemen.

Lesen Sie unseren Artikel über Druckschaltersymbole für weitere Details zu Druckschaltersymbolen und -diagrammen.

Fehlerbehebung bei Druckschaltern

Es gibt mehrere Anzeichen dafür, dass ein Druckschalter möglicherweise nicht richtig funktioniert. Häufige Indikatoren sind:

• Der Druckschalter aktiviert oder deaktiviert das angeschlossene System nicht wie erwartet
• Unregelmäßiger oder inkonsistenter Betrieb
• Ungewöhnliche Geräusche, die vom Schalter ausgehen

Befolgen Sie diese Schritte, um einen defekten Druckschalter zu beheben:

1. Stellen Sie sicher, dass alle Verbindungen sicher und frei von Korrosion sind.
2. Verwenden Sie ein Multimeter, um die Kontinuität des Schalters zu testen.
3. Wenn der Schalter keine Kontinuität zeigt, wenn er geschlossen sein sollte, könnte er defekt sein.
4. Überprüfen Sie die Membran oder den Kolben auf Anzeichen von Verschleiß oder Beschädigung.
5. Bei mechanischen Druckschaltern stellen Sie sicher, dass die Bereichsfeder und die Einstellschraube richtig eingestellt und nicht abgenutzt sind.
6. Bei elektronischen Druckschaltern überprüfen Sie den Sensor und die Signalverarbeitungsschaltung auf Fehler.
7. Stellen Sie sicher, dass die Einstellungen korrekt sind und nicht verändert wurden.

Wenn diese Schritte das Problem nicht lösen, kann es notwendig sein, den Druckschalter vollständig zu ersetzen.

FAQs

Welche Merkmale sollte ein Außendruckschalter haben, um rauen Umgebungen standzuhalten?

Ein Außendruckschalter sollte ein robustes Gehäuse mit einer hohen IP-Schutzart, wie IP65 oder höher, haben, um gegen Staub und Wasser geschützt zu sein.

Kann ein Druckschalter repariert werden?

Ja, ein Druckschalter kann oft repariert werden, wenn das Problem geringfügig ist, wie z.B. der Austausch einer defekten Membran oder das Reinigen der elektrischen Kontakte, aber bei schweren Schäden kann ein Austausch erforderlich sein.

Welcher Druckschalter ist für eine Brunnenpumpe geeignet?

Ein mechanischer Druckschalter ist für eine Brunnenpumpe geeignet, da er eine zuverlässige Ein-/Aus-Steuerung zur Aufrechterhaltung des Wasserdrucks bietet.

Was ist ein Druckschalter an einem Ofen?

Ein Druckschalter in einem Ofen sorgt für eine sichere Zündung, indem er die ordnungsgemäße Entlüftung der Verbrennungsgase durch den Zugdruck (den Luftstrom, der vom Induktormotor erzeugt wird, um Gase auszustoßen) vom Induktormotor überprüft.