CH633385A5 - Piezoelektrische schaltvorrichtung. - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine piezoelektrische Schalt- gen an die Kontaktspaltkontrolle während der Herstellung Vorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 näher 50 würde daher die Herstellung von piezoelektrischen Relais bezeichneten Art. vereinfachen und damit ihre Attraktivität als Schaltkreissteue-

Piezoelektrische Relais haben sich in den vergangenen Jah- relemente erhöhen. Diese Überlegungen stellen den Ausgangsren als vielversprechende Alternativen zu elektromagnetisch punkt der vorliegeden Erfindung dar.

betätigten Relais erwiesen. Zu dem Vorzug, dass sie keine Die Aufgabe der Erfindung besteht demgemäss darin, eine

Wicklungen und Kerne benötigen, kommt hinzu, dass derartige 55 piezoelektrische Schaltvorrichtung der eingangs erwähnten Relais eine Reihe weiterer Vorteile bieten, zu denen ihr gerin- Art zu schaffen, welche eine verbesserte Ausnutzung des elek-ger Leistungsverbrauch, die geringe Wärmeentwicklung, eine trostriktiven Effektes bietet und eine einfachere, von Herstel-verringerte Baugrösse, ein Aufbau aus verhältnismässig einfa- lungsbeschränkungen und -toleranzen befreite Herstellung, ins-chen Bauteilen, und, was sehr wesentlich ist, die Möglichkeit besondere auch eine automatisierte Montage, gestattet.

einer Massenfertigung unter Verwendung gedruckter Verdrah- 60 Die Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale tungstechniken zählen. Des weiteren sind die erforderlichen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Betriebsspannungen ausreichend klein, um eine Steuerung inte- Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der pie-grierter Schaltkreise zu gestatten. zoelektrischen Schaltvorrichtung nach Patentanspruch 1 erge-

Das Schaltelement eines nach dem piezoelektrischen oder ben sich aus den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 7. elektrostriktiven Effekt arbeitenden Relais umfasst üblicher- 65 Die nachstehend beispielsweise beschriebene piezoelektri-weise ein aus zwei Schichten eines piezoelektrischen Keramik- sehe Schaltvorrichtung besteht in Übereinstimmung mit dem materials bestehendes Laminat, wobei jede Schicht einen auf Stand der Technik aus einem Laminat bzw. Bimorphat, das aus beiden Seiten aufgebrachten Elektrodenüberzug besitzt. Die zwei Schichten eines piezoelektrischen Keramikmaterials

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gebildet ist, von denen jede Schicht auf beiden Seiten einen auf- kann die Lage des ortsfesten Kontaktes bezüglich des von dem gebrachten Elektrodenüberzug besitzt. Die beiden Schichten Anker getragenen beweglichen Kontakts auf einfache Weise werden auf den gegenüberliegenden Seiten einer elektrisch lei- dadurch eingestellt werden, dass die Befestigungsklammer in tenden Mittellamelle aufzementiert. Das so gebildete, recht- geeigneter Weise gebogen wird.

eckförmige Laminat bzw. Bimorphat wird in zwei gesonderte 5 Das vorstehend kurz abgehandelte Relais mit dem einzigen, Arbeitsbereiche unterteilt, nämlich (a) einen Anker mit einem bimorphen Streifen ist, so wie es beschrieben wurde, fertig und beweglichen, flachen Kontakt an seinem einen freien Ende, und voll betriebsfähig. Normalerweise können noch eine geeignete (b) einen Bügel mit einem nicht-leitenden Sockel, auf welchem Befestigung für den Streifensockel sowie für eine Schutzhülle ein ortsfester Kontakt montiert ist. Ein freies Ende des Bügels vorgesehen werden. Dabei gestatten die sehr kleinen Querist mit dem anderen Ende des Ankers verbunden. Der Bügelab- io schnittsabmessungen des Relais mit nur einem einzigen bimor-schnitt unterhalb des freien Endes des Ankers bildet den Sockel phen Streifen in vorteilhafter Weise eine Installation mit meh-der insoweit beschriebenen Relaiskonstruktion. Vor der Lami- reren gleich aufgebauten Relais in einem einzigen Gehäuse. Da nierung der bimorphen Schichten werden die Bügel- bzw. Rah- hierfür weder Abstandsklötze noch individuelle Sockeltragele-menabschnitte der Schichten in gleicher Richtung, gesehen mente erforderlich sind, kann eine sehr grosse Packungsdichte von ihrer Einbaulage bezüglich der Mittellamelle, polarisiert. 15 der einzelnen Relais erreicht werden.

Die Ankerabschnitte jeder Schicht werden vorzugsweise in Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen beispielsweise gleicher Weise polarisiert, jedoch in einer den Bügelabschnit- erläutert. Es zeigt:

ten entgegengesetzten Richtung. Fig. 1 eine Vorderansicht einer ersten Ausführungsform

Auf einer Seite des bimorphen Streifens ist am freien Ende einer erfindungsgemässen, piezoelektrischen Schaltvorrich-des aufgehängten Ankers ein elektrischer Kontakt angebracht, 20 tung bzw. Relaiskonstruktion;

der über Leiter mit einem ersten elektrischen Anschluss ver- Fig. 2 einen vergrösserten Querschnitt durch die Schaltvorbunden ist, welcher seinerseits an dem Sockel des bimorphen richtung nach Fig. 1 längs der Schnittlinie 2-2 ;

Streifens befestigt ist und sich von diesem wegerstreckt. Eine Fig. 3 eine vereinfachte Seitenansicht des in der Schaltvor-

Befestigung für einen gegenüberliegenden, zweiten elektri- richtung nach Fig. 1 vorgesehenen bimorphen Streifens, wobei sehen Kontakt kann um eine Kante des Sockels des bimorphen 25 in Form einzelner Schritte die in zweifacher Richtung erfol-

Streifens angeklammert sein, wobei diese Befestigung elek- gende Bewegung des bimorphen Ankers während des Betriebs trisch mit einem zweiten Anschluss verbunden ist. Für den der erfindungsgemässen Schaltvorrichtung veranschaulicht ist,

Betrieb des Relais kann eine geeignet gepolte Betriebsspan- er und nung an zwei zusätzlichen Anschlüssen angelegt werden, die Fig. 4 eine Ansicht einer zweiten, mit mehreren Kontakten von dem Sockel des bimorphen Streifens wegverlaufen, wobei 30 auf einem einzigen bimorphen Streifen versehenen Ausfüh-der eine Anschluss mit beiden aussenbeschichteten Elektroden- rungsform einer erfindungsgemässen piezoelektrischen Schaltflächen des Streifens und der andere Anschluss mit der Mittel- Vorrichtung.

lamelle verbunden ist. Bei diesem Parallelbetrieb stimmen die Die in Vorderansicht und im Schnitt in den Fig. 1 und 2 dar-zwischen der Mittellamelle und den äusseren Elektroden gestellte Ausführungsform einer erfindungsgemässen piezo-erzeugten elektrostatischen Felder mit der Polarisation des 35 elektrischen Schaltvorrichtung bzw. Relaiskonstruktion besitzt aufgehängten Ankers der ersten Schicht und dem Bügelab- in Übereinstimmung mit bekannten piezoelektrischen Relais schnitt der zweiten Schicht überein, wohingegen sie der Polari- ein piezoelektrisches Laminat bzw. einen bimorphen Streifen sation des aufgehängten Ankers der zweiten Schicht und des 10. Die Herstellung des Vorratsmaterials für den Streifen 10 ist Bügelabschnitts der ersten Schicht entgegengesetzt sind. Dies allgemein bekannt und braucht hier nur kurz erwähnt zu wer-führt dazu, dass der Bügelabschnitt des bimorphen Streifens 40 den. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, umfasst der Streifen 10 ein Paar von den Kontakten hinweggebogen wird. Die dadurch hervor- piezoelektrischer Schichten 11 und 12, von denen jede Schicht gerufene leichte Krümmung in dem Bügelabschnitt an der auf ihren beiden gegenüberliegenden Seiten mit einer Elek-Anlenkungsstelle des Ankers führt auch ohne weitere elektro- trode beschichtet ist. Die eine Elektrode 13-1 der Schicht 11 ist striktive Wirkung zu einer winkelförmigen Bewegung des in Fig. 1 sichtbar, deren Konturen nachstehend noch näher Ankers in der Weise, dass der darauf montierte Kontakt in teil- 45 erläutert werden sollen. Die Schichten 11 und 12 können aus weise Schliessstellung mit dem gegenüberliegenden, auf der irgendeinem geeigneten piezoelektrischen Keramikmaterial Spange montierten, ortsfesten Kontakt gelangt. Der aufge- hergestellt werden, beispielsweise aus einem Bleizirkonat-BIei-hängte Anker wird jedoch auch durch die Betriebsspannung titanat, das unter der Bezeichnung PZT-5B von der piezoeiek-auf mechanische Spannung beansprucht, derart dass sich seine trischen Abteilung der Firma Vernitron Corporation bezogen eigene, entgegengesetzte Krümmung zu der Schliessbahn sei- 50 werden kann. Die Oberflächen der Elektroden können in her-nes Kontaktes hinzuaddiert. kömmlicher Weise mit jeweils einem Silberüberzug versehen Aus diesem Grund besteht die Wirkungsweise der oben sein. Die Schichten 11 und 12 werden an den gegenüberliegenbeschriebenen piezoelektrischen Relaiskonstruktion darin, den Seiten einer Messing-Mittellamelle 14 aufzementiert,

dass sich in dem einzigen bimorphen Streifen zwei unabhängig wodurch die Laminatstruktur fertig ist. Wie aus Fig. 1 hervor-

voneinander erzeugte, elektrostriktive Kräfte gegenseitig ver- 55 geht, ist in den bimorphen Streifen 10 ein im wesentlichen stärken, so dass der bewegliche Kontakt über eine Wegstrecke U-förmiger Einschnitt 15 aufgebracht, um den bimorphen Strei-

bewegt werden kann, die etwa der doppelten Wegstrecke der fen 10 in einen an einem Bügel bzw. Rahmenabschnitt 17 aufge-

bisher in einem Relais mit einem einzigen bimorphen Element hängten Anker 16 zu unterteilen, wobei das offene Ende der erzielbaren Bewegung entspricht. Wenn man von einem nor- U-Form einen Gelenkabschnitt des bimorphen Streifens für malen Kontaktspalt ausgeht, wird dadurch in vorteilhafter 6o den Anker 16 bildet.

Weise ein kraftschlüssiger Kontaktschluss gewährleistet, und Die Elektrode 13-1 und die zugeordnete äussere Elektrode zwar mit einer Schliesskraft, die ebenfalls der doppelten, bisher 13-4 verlaufen nicht kontinuierlich über die Aussenseiten der in einem Relais mit einem einzigen bimorphen Element erziel- piezoelektrischen Schichten 11 und 12, sondern sind statt desbaren Schliesskraft entspricht. sen selektiv beschichtet, um gesonderte leitende Flächen zu bil-

Entsprechend einem Ausführungsbeispiel gestattet die 65 den. Aus diesem Grund verläuft bei dem Bügel 17 die darauf

Befestigung des ortsfesten Kontaktes auf der Spange eine aufgebrachte Elektrode nur bis zu der Basis des U-förmigen leichte Justierung des Kontaktspaltes nach erfolgter Montage. Einschnitts 15, um so einen nicht-leitenden Sockel 18 für den

Trotz Oberflächenverformungen des bimorphen Streifens bimorphen Streifen 10 zu schaffen. Die Elektrode 13-1 des

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Bügels 17 ist durch eine horizontale Lücke 19 am Gelenkabschnitt des Streifens 10 von der Elektrode des Ankers 16 elektrisch isoliert. Die Elektrode auf der Schicht 11 des Ankers 16 ist in der Nähe von dessen freiem Ende unterbrochen, um einen elektrisch isolierten Strompfad 20 von einer Kante des Ankers 16 bis zu einer Stelle in der Mitte zu schaffen. Die Elektrode auf der Schicht 11 des Bügels 17 ist am Sockel 18 verlängert, um einen zweiten Strompfad 21 zu schaffen, welcher von dem Bügel 17 bis zu der Unterkante des Sockels 18 verläuft. Ein ähnlicher, von einer Elektrode gebildeter Strompfad 22 verläuft von der letztgenannten Kante des Sockels 18 bis in die Nähe des Jochs des U-förmigen Einschnittes 15. Die Strompfade 21 und 22 bilden Anschlussflächen für die nachstehend noch näher beschriebenen Klemmen bzw. Anschlüsse des Relais. Ein weiterer, von einer isolierten Elektrode gebildeter Strompfad 23 bildet eine weitere Fläche für elektrische Anschlüsse. Schliesslich bildet eine isolierte Elektrode auf dem Sockel 18 der Schicht 11 einen Strompfad 24 und damit eine weitere elektrische Anschlussfläche.

Die entsprechende Aussenseite der Schicht 12, die nur in der Schnittdarstellung gemäss Fig. 2 sichtbar ist, ist in ähnlicher Weise selektiv mit einer Elektrode 13-4 beschichtet, mit Ausnahme, dass hier ein isolierter Strompfad 20 nicht vorgesehen zu werden braucht. Die nur in Fig. 2 sichtbare, äussere Elektrode 13-4 der Schicht 12 besitzt daher eine Flächenausdehnung bis zur Kante des Sockels 18, um einen Strompfad zu schaffen, der unmittelbar dem Strompfad 21 der Schicht 11 gegenüberliegt. In ähnlicher Weise bildet eine isolierte Elektrode der Schicht 12 einen bezüglich des Strompfades 24 der Schicht 11 spiegelbildlich angeordneten Strompfad. Die gesamten, an die Mittellamelle 14 angrenzenden Innenseiten der Schichten 11 und 12 sind mit Elektroden 13-2 bzw. 13-3 beschichtet, die wiederum nur in der Schnittbilddarstellung gemäss Fig. 2 sichtbar sind. Der Aufbau der beschriebenen Relaiskonstruktion wird dadurch vervollständigt, dass geeignete elektrische Verbindungselemente vorgesehen werden. Entsprechend dem genormten Charakter des Relais ist jedes Verbindungselement selbst an dem bimorphen Streifen 10 befestigt. An dem freien Ende des Ankers 16 ist ein beweglicher Kontakt 25 montiert, und zwar auf dem Strompfad 20 etwa in der Mitte des Ankers 16. Unmittelbar gegenüber dem beweglichen Kontakt 25 ist unter Abstand ein ortsfester Kontakt 26 auf einer Montagespange 27 angebracht. Die Spange 27 ist so ausgebildet, dass sie um den bimorphen Streifen 10 an dessen Sok-kel 18 passt und eine geeignete elektrische Verbindung mit dem Strompfad 23 beispielsweise mittels Lötung herstellt. Von dem Sockel 18 verläuft eine Anzahl von Anschlüssen nach aussen, um elektrische Verbindungen mit einer Betriebsspannungsquelle und mit dem Schaltkreis zu schaffen, dessen Stromdurch-gängigkeit von der erfindungsgemässen Schaltvorrichtung gesteuert werden soll. Ein erster Anschluss 28 stellt mit Hilfe eines gabelförmigen Jochs eine elektrische Verbindung sowohl mit dem Strompfad auf der Schicht 11 als auch mit dem dazu spiegelbildlich angeordneten Strompfad auf der Schicht 12 her. Ein zweiter Anschluss 29 stellt eine ähnliche Verbindung zwischen dem Strompfad 22 her und kann ebenfalls an dem Sockel 18 angeklemmt werden, ohne dass eine elektrische Verbindung mit der Elektrode 134 hergestellt wird. Ein Anschluss 30 ist vorgesehen, um die gleiche elektrische Verbindung mit dem Strompfad 23 zu bilden, wobei auch dieser Anschluss am Sok-kel 18 ohne Bildung einer elektrischen Verbindung mit der hinteren Elektrode 13-4 angeklemmt werden kann. Ein letzter Anschluss 31 stellt eine elektrische Verbindung mit dem Strompfad 24 und - mit Hilfe eines gegabelten Jochs - mit dem dazu spiegelbildlichen Strompfad auf der Schicht 12 her. Der Strompfad 24 mit dem daran befindlichen Anschluss 31 ist von den Schichten 11 und 12 elektrisch isoliert und stellt nur zu der Mittellamelle 14 eine elektrische Verbindung über eine durch ein Loch 24' hindurchgreifende Niete her. Die Anschlüsse 28 bis 31 können an den zugehörigen Kontaktflächen auch auf andere geeignete Weise, beispielsweise mit Hilfe einer Lötverbindung, befestigt werden. Des weiteren sind elektrische Verbindungen zwischen den Strompfaden 20 und 22 sowie zwischen den Elektrodenflächen des Bügels 17 und des Ankers 16 auf der Schicht 11 über Leiter 32 bzw. 33 vorhanden. Ein Gegenstück zum dem Leiter 33, nämlich ein Leiter 34 (Fig. 2) stellt eine elektrische Verbindung zwischen den entsprechenden Elektrodenflächen auf der Schicht 12 her.

Die vorstehend erläuterten Anschlüsse und elektrischen Verbindungen stellen eine nachstehend erläuterte Betriebsschaltung für die erfindungsgemässe Schaltvorrichtung dar. Die Anschlüsse 28 und 31 gestatten das Anlegen einer Betriebsspannung zwischen der Mittellamelle 14 und jeder der Elektroden 13-1 und 13-4 der piezoelektrischen Schichten 11 bzw. 12. Beim Parallelbetrieb der erfindungsgemässen Schaltvorrichtung wird eine positive Betriebsspannung mit Hilfe des Anschlusses 28 gleichzeitig an die Elektroden 13-1 und 134 angelegt, wobei, wie vorstehend bereits erwähnt wurde, der Anschluss 28 mit beiden Elektroden 13-1 und 13-4 elektrisch verbunden ist. Diese positive Betriebsspannung gelangt über die Leiter 33 und 34 an die gesamten Elektrodenflächen auf den beiden Seiten einschliesslich der Elektrodenflächen des Ankers 16. Der lediglich mit der Mittellamelle 14 verbundene Anschluss 31 gestattet zur gleichen Zeit eine negative Aufladung oder Erdung der Mittellamelle 14 während des Betriebs der Schaltvorrichtung bzw. des Relais. Die Anschlüsse 29 und 30 eignen sich für eine Serienschaltung mit demjenigen Schaltkreis, dessen Stromdurchgängigkeit mit Hilfe der erfindungsgemässen Schaltvorrichtung gesteuert werden soll, wobei sich der Steuerteil der erfindungsgemässen Schaltvorrichtung wie folgt zusammensetzt: Anschluss 29, Strompfad 22, Überbrük-kungsleiter 32, Strompfad 20, beweglicher Kontakt 25, ortsfester Kontakt 26, Montagespange 27, Strompfad 23 und Anschluss 30.

Unter Berücksichtigung des vorstehend erläuterten Aufbaus soll nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 3 die Arbeitsweise dieser Relaiskonstruktion beispielhaft erläutert werden. Zuvor soll jedoch ein weiterer und allgemein bekannter Schritt bei der Herstellung von piezoelektrischen Relais kurz gestreift werden. Vor der Laminierung wird jede der piezoelektrischen Schichten 11 und 12 in geeigneter Weise polarisiert. Dies bedeutet, dass elektrische Gleichstromfelder an die Schichten angelegt werden, um Domänen mit in Vorzugsrichtung orientierten Dipolen zu erzeugen, wodurch remanente Polarisationen in den Schichten analog zu remanenten Magnetisierungen in ferromagnetischen Werkstoffen induziert werden. Dieser Polarisationsschritt kann mit Feldern durchgeführt werden, die durch Anlegen einer Gleichspannung in der Grössenordnung von 600 V bei geeigneten Temperaturbedingungen und über geeignet lange Zeitintervalle hinweg in bekannter Weise erzeugt werden. In Abweichung von bekannten piezoelektrischen Schaltvorrichtungen weist jede der Schichten 11 und 12 entgegengesetzt gerichtete Polarisationen innerhalb der Schicht auf. Und zwar sind die Bügelabschnitte 17 jeder Schicht in den durch Pfeile 35 und 36 angedeuteten Richtungen ähnlich polarisiert. Demgegenüber sind die Ankerabschnitte 16 jeder Schicht in den entgegengesetzten Richtungen polarisiert, wie durch Pfeile 37 und 38 angedeutet ist (Fig. 2). Die Induktion dieser entgegengesetzt gerichteten Polarisationen während der Herstellung wird dadurch erleichtert, dass auf den Aussen-flächen der Schichten 11 und 12 Elektrodenlücken 19 ausgespart werden, welche anschliessend durch die Leiter 33 und 34 überbrückt werden.

Die Schaltvorrichtung bzw. das Relais nach Fig. 1 und 2 wird durch Anlegen einer Betriebsspannung an die Anschlüsse 28 und 31 in Betrieb gesetzt, wobei die Amplitude der Betriebs-

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Spannung wesentlich geringer ist als die Amplitude der vorste- halbiert. Infolge der Verringerung der erforderlichen Bewehend erwähnten Polarisationsspannung. Die Polaritäten der gung der beiden Abschnitte 16 und 17 des bimorphen Streifens Betriebsspannungen an verschiedenen Stellen der Schichten 11 10 kann die Amplitude der Betriebsspannung entsprechend und 12 sind durch Pfeile 39 bis 42 angedeutet. Aufgrund und verringert werden. Beim Abschalten der angelegten Betriebsentsprechend der piezoelektrischen Erscheinung erfolgt eine 5 Spannung wird die Schaltvorrichtung bzw. das Relais durch die Ausdehnung in den Schichten 11 und 12 dort, wo sich die Hysterese-Eigenschaft der remanenten Polarisationen des Betriebsspannung in depolarisierender Richtung befindet, Bügels 17 und des Ankers 16 in den normalen Ruhezustand wohingegen eine Zusammenziehung in den Schichten 11 und zurückgestellt.

12 dort auftritt, wo sich die Betriebsspannung in polarisieren- In Fig. 4 ist eine Möglichkeit dargestellt, wie der Erfinder Richtung befindet. Das Ergebnis der so erzeugten mechani- io dungsgedanke bei der Realisierung einer Mehrkontakt-Relais-schen Spannungsbeanspruchungen in den Schichten 11 und 12 anordnung angewendet werden kann. Da jeder Kontaktabist in Fig. 3 anhand des dort dargestellten Bewegungsablaufs schnitt dieser Mehrkontakt-Relaisanordnung identisch mit dem veranschaulicht. Bei dieser vergrösserten Darstellung ist nur vorstehend erläuterten Kontaktabschnitt ist, ist in Fig. 4 nur das eine Seitenansicht des lamierten Bimorphats bzw. bimorphen bimorphe Bauelement dargestellt. Und zwar ist in einem einzi-Streifens 10 dargestellt; zur weiteren Vereinfachung sind nur i5 gen bimorphen Streifen 46 eine Mehrzahl von nebeneinander der Bügel 17 und der Anker 16 angedeutet. Betrachtet man liegenden U-förmigen Einschnitten 45 bzw. Perforationen vorgetrennt die Wirkungen der erzeugten mechanischen Span- gesehen. Die Flächen des Streifens 46, welche die einzelnen nungsbelastungen in den Schichten 11 und 12 auf dem Bügel- Relaisabschnitte definieren, besitzen individuelle, darauf aufge-und Ankerabschnitt 17 bzw. 16, so sieht man, dass der Bügelab- brannte Elektroden 47, um die vorstehend erläuterte Funkschnitt 17 im Uhrzeigersinn vom Sockelabschnitt 18 leicht weg- 20 tionsweise für jeden einzelnen Relaisabschnitt unabhängig von gebogen wird, wodurch eine leichte Krümmung über seine den übrigen Relaisabschnitten sicherzustellen.

gesamte Länge entsteht, wie durch strichpunktiert eingezeich- In der Praxis wird jede oben beschriebene Schaltvorrich-nete Aussenbegrenzungen an der Stelle 17a, d.h. an der Anlen- tung mit einem Sockel auf einem in geeigneter Weise isolierten kungsstelle des Ankers 16 angedeutet ist. Bei Fehlen weiterer Träger befestigt und in herkömmlicher Weise mit einer Schutz-Spannungsbeanspruchungen des Ankers 16 erstrecken sich 25 haube umschlossen. Anstelle eines Parallelbetriebs, wie er für dessen Oberflächen tangential zu den Innen- und Aussenkrüm- das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel angenommungen des ausgelenkten Bügelabschnitts, wodurch der Anker men wurde, kann ebensogut auch ein Serienbetrieb vorgesehen 16 ebenfalls im Uhrzeigersinn von seiner Anlenkungsstelle aus werden. Bei dieser Betriebsart wird die Betriebsspannung nur ausschwenkt, wie mit 16a angedeutet ist. Damit führt allein die an die Elektroden 13-1 und 13-4, nicht aber an die Mittellamelle Bewegung des Bügels 17 zu einer Bewegung des Kontaktes 25 3014 angelegt. Die Relaiskonstruktion muss in diesem Falle nur in Richtung auf den gegenüberliegenden Kontakt 26 über einen dahingehend abgeändert werden, dass der Anschluss 28 über Teil der zwischen den Kontakten 25 und 26 im Ruhezustand den Strompfad 21 nur mit der Elektrode 13-1 verbunden wird des Relais vorhandenen Strecke. Es werden jedoch auch in und ferner der Anschluss 28 von der Gegenelektrode 134 abge-dem Anker 16 durch die über die Leiter 33 und 34 zugeführten trennt wird. Anschliessend wird von der letztgenannten Gegen-Betriebsspannungen piezoelektrische Spannungsbeanspru- 35 elektrode 13-4 eine Verbindung zum Anschluss 31 hergestellt, chungen induziert. Diese Spannungsbeanspruchungen sind den was in bequemer Weise mit Hilfe eines dem Leiter 32 ähnlichen in dem Bügelabschnitt 17 des Streifens 10 induzierten Span- Überbrückungsleiters erfolgen kann; gleichzeitig wird der nungsbeanspruchungen entgegengesetzt und bewirken eine Anschluss 31 von der Mittellamelle 14 elektrisch getrennt, leichte Krümmung des Ankers 16 im Uhrzeigersinn, wodurch Unabhängig von der gewählten Betriebsart wird durch die der Anker 16 die mit 16b angedeutete Lage einnimmt und sein 40 erfindungsgemässe Schaltvorrichtung ein kleinerer, kompakte-Kontakt 25 die restliche Strecke zu dem gegenüberliegenden rer und einfacherer Aufbau als bisher erreicht. Ferner ist die Kontakt 26 zurücklegt und mit diesem in kraftschlüssige Berüh- Kontaktspaltjustierung leicht durchführbar, und zwar auch bei rung gelangt. Es addieren sich also in vorteilhafter Weise zwei Änderungen der Ebenen des bimorphen Streifens. Die in bevor-Kräfte, um die Kontakte 25 und 26 in Berührung zu bringen. zugter Weise erfolgende Befestigung des ortsfesten Kontaktes Geht man von einem normalen Kontaktspalt aus, so ist durch 45 auf einer Spange 27 gestattet diese leichte Justierung, indem diese additive Wirkung die Strecke, über welche jede einzelne einfach die Spange 27 in der erforderlichen Weise unter Erwei-Kraft den beweglichen Kontakt 25 bewegen muss, praktisch terung oder Verengung des Kontaktspaltes gebogen wird.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

1. 633385 2

   PATENTANSPRÜCHE beiden überzogenen Schichten werden an gegenüberliegenden

   1. Piezoelektrische Schaltvorrichtung, mit einem bimor- Seiten einer gesonderten, elektrisch leitenden Mittellamelle phen Streifen, der Materialschichten mit piezoelektrischen angeklebt, beispielsweise anzementiert, welche bei der einen Eigenschaften aufweist, wobei jede der Materialschichten Elek- Betriebsart des Relais gleichzeitig eine Relaiselektrode dar-troden in der Form von aufgebrachten, metallischen Oberflä- s stellt. Durch Anlegen von elektrischen Gleichstromfeldern chenüberzügen besitzt, wovon eine Elektrode eine elektrisch wird in einem allgemein bekannten Herstellungsschritt das pie-leitende Mittellamelle mit umfasst, und wobei ferner ein erster zoelektrische Material jeder Schicht mit einer induzierten, Kontakt auf dem Streifen und ein zweiter Kontakt auf einem remanenten Polarisation versehen. Falls ein Parallelbetrieb des Bauteil ausserhalb des Streifens montiert ist, dadurch gekenn- Relais beabsichtig wird, werden die Schichten in der gleichen zeichnet, dass der Streifen (10) unterteilt ist in (a) einen Anker io Richtung polarisiert.

   (16) mit dem ersten, beweglichen, flachen Kontakt (25) an des- Bei einer bekannten Ausführungsform eines derartigen sen einem freien Ende, und (b) einen Bügel (17) mit einem nicht- Relais ist das piezoelektrische Laminat an dem einen Ende leitenden Sockel (18), auf welchem der zweite, ortsfeste Kon- eines Sockels unter Zwischenlage eines Abstandsklotzes mon-takt (26) montiert ist, wobei das vom Sockel entfernte Ende des tiert. Am anderen Ende des Sockels ist eine Klammer befestigt, Bügels ( 17) mit dem anderen Ende des Ankers (16) verbunden 15 welche einen Kontakt trägt, der unter Abstand einem am freien ist. Ende des Laminates angebrachten Kontakt fluchtend gegen-
2. 2. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- überliegt. Eine Ausbiegung des Laminats unter Schliessung der zeichnet, dass der Anker ( 16) von dem Bügel ( 17) durch einen Kontakte erfolgt beim Parallelbetrieb des Relais dadurch, dass U-förmigen Einschnitt (15) getrennt ist, wobei der Bügel (17) als die äusseren Elektrodenüberzüge der beiden Schichten mitein-Aufhängerahmen für den Anker (16) dient. 20 ander verbunden und geerdet werden sowie an die Mittella-
3. 3. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch melle eine Betriebsspannung angelegt wird. Hierdurch werden gekennzeichnet, dass jede der Schichten (11,12) des bimorphen in den Schichten elektrostatische Felder erzeugt, die in der Streifens (10) gesonderte, darin induzierte, remanente Polarisa- einen Schicht mit der Polarisationsrichtung übereinstimmen tionen aufweist, wobei die Polarisationsrichtungen der Schich- und in der anderen Schicht der dortigen Polarisationsrichtung ten des Ankers (16) den Polarisationsrichtungen der Schichten 25 entgegengesetzt sind. Entsprechend der elektrostriktiven des Bügels (17) entgegengesetzt sind. Erscheinung von piezoelektrischen Werkstoffen dehnt sich die
4. 4. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, eine Schicht in Längsrichtung aus, während sich die andere dadurch gekennzeichent, dass erste und zweite Anschlüsse (28, Schicht in Längsrichtung zusammenzieht. Die resultierenden 29) an dem Streifen ( 10) befestigt sind, und dass ein erster mechanischen Spannungen bewirken eine Verbiegung des Strompfad (21,33) den ersten Anschluss (28) mit dem bewegli- 30 Laminats. Bei einem hier betrachteten, freitragenden Laminat chen Kontakt (25) verbindet. verläuft die Biegebewegung senkrecht zu den Ebenen der
5. 5. Schaltvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn- Laminatelektrodenüberzüge, wodurch die Kontakte geschlos-zeichnet, dass ein zweiter Strompfad (30,33) an eine auf dem sen werden. Beim Abschalten der Betriebsspannung kehren die Streifen ( 10) montierte, elektrisch leitende Spange (27) ange- Kontakte in ihre Ausgangslage zurück, und zwar aufgrund des schlössen ist. 35 mechanischen Rückstelleffektes der remanenten Polarisation
6. 6. Schaltvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch der piezoelektrischen Schichten.

   gekennzeichnet, dass dritte und vierte Anschlüsse (30,31) an Obwohl sich piezoelektrische Relais in vielen Anwendungs-

   dem Streifen (10) befestigt und über Strompfade mit bestimm- fällen bewährt haben, ist ihre Herstellung noch mit einer Reihe ten Elektroden ( 13) des Streifens ( 10) verbunden sind. von Schwierigkeiten verbunden. Beispielsweise sind die mit
7. 7. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, 40 Hilfe des elektrostriktiven Effektes erzielbaren Kräfte und dadurch gekennzeichnet, dass der bimorphe Streifen (46) mit Ablenkungen verhältnismässig klein, was dazu führt, dass die einer Mehrzahl von U-förmigen Einschnitten (45) versehen ist, Herstellungs- und Montagetoleranzen häufig kritisch sind. Des welche eine Mehrkontaktrelaisanordnung definieren (Fig. 4). weiteren führt die Schwierigkeit, flache, piezoelektrische Laminate oder, wie sie häufig genannt werden, Bimorphate, d.h.

   45 Laminate mit gleichmässigen Oberflächenkonturen, herzustel-len, zu dem Problem, übereinstimmende Kontaktschliess- und -Öffnungskräfte zu erzielen. Eine wirksamere Ausnutzung des elektrostriktiven Effekts sowie weniger strenge Anforderun-