DE19904623C2 - Schalter, vorzugsweise Relais - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schalter, vorzugsweise ein Relais, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Es sind Schalter, vorzugsweise Relais, bekannt, bei denen das Kon­ taktfedernpaar über einen Schieber als Betätigungseinrichtung mit einem Anker eines Elektromagneten gekoppelt ist. Solche Schalter sind verhältnismäßig groß, aufwendig im Aufbau und teuer in der Herstellung.

Es ist auch ein Relais bekannt (EP 0 170 172 A1), bei dem ein ein­ seitig eingespannter Biegewandler mit seinem freien Ende an einer Kontaktfeder angelenkt ist. Die Auslenkung des Biegewandlers wird durch eine Hebelwirkung in die Schaltbewegung der Kontaktfeder umgesetzt.

Die EP 0 170 958 A1 zeigt ein Relais, bei dem der Biegewandler mit einem Ende in einem Gehäuse befestigt ist und dessen anderes En­ de über ein Hebelsystem mit einem Kontaktelement verbunden ist. Das Hebelsystem hat einen Querschenkel, der am Kontaktelement vorgesehen ist und unter Vorspannung am freien Ende des Biege­ wandlers anliegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Schalter so auszubilden, daß er konstruktiv einfach ausgebildet ist, kostengünstig gefertigt sowie kompakt ausgebildet werden kann.

Diese Aufgabe wird beim gattungsgemäßen Schalter erfindungsge­ mäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Beim erfindungsgemäßen Schalter wird die Betätigungseinrichtung durch zwei gegeneinander bewegbare Arme gebildet. Über den An­ trieb werden die beiden Arme gegenläufig zueinander bewegt. Da auch das Kontaktfedernpaar an diese Arme angeschlossen ist, wird sein Kontakt entsprechend der Bewegung der Arme geschlossen oder geöffnet. Für die gegenläufig bewegbaren Arme ist nur ein klei­ ner Einbauraum erforderlich, so daß der erfindungsgemäße Schalter kompakt ausgebildet werden kann. Die Arme sind konstruktiv einfa­ che Bauteile, die zudem kostengünstig gefertigt werden können.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren An­ sprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.

Die Erfindung wird anhand einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 in perspektivischer und vereinfachter Darstellung einen erfindungsgemäßen Schalter,

Fig. 2 einen Biegewandler des Schalters gemäß Fig. 1,

Fig. 3 in perspektivischer Darstellung eine Betätigungseinrich­ tung für einen erfindungsgemäßen Schalter,

Fig. 4 in perspektivischer Darstellung ein Koppelelement des erfindungsgemäßen Schalters,

Fig. 5 bis Fig. 7 in schematischer Darstellung unterschiedliche Ausbil­ dungen von Betätigungseinrichtungen des erfindungsge­ mäßen Schalters,

Fig. 8 bis Fig. 18 unterschiedliche Anordnungsmöglichkeiten von Biege­ wandlern des erfindungsgemäßen Schalters.

Der Schalter gemäß Fig. 1 ist ein Relais, kann aber auch jeder ande­ re Schalter sein, mit dem Kontakte geöffnet und geschlossen werden. Im folgenden wird der Schalter in seiner Ausbildung als Relais näher beschrieben. Anders gestaltete Schalter weisen eine entsprechende Bauform auf.

Der Schalter gemäß Fig. 1 hat einen Boden 1, der Schlitze 2 und 3 zur Aufnahme zweier Kontaktfedern 4, 5 und zweier Biegewandler 6, 7 dient. Die Kontaktfedern 4, 5 und die Biegewandler 6, 7 sind mit einem Ende in den Schlitzen 2, 3 des Schalterbodens 1 befestigt. Die Kontaktfedern 4, 5 weisen an ihren einander zugewandten Seiten Kontaktstücke 8 und 9 auf, die nahe den freien Enden der Kontaktfe­ dern 4, 5 vorgesehen sind. Die Kontaktfedern 4, 5 haben nach unten über den Boden 1 vorstehende Kontaktzungen 10, an die die zu schaltenden Geräte, Aggregate und dergleichen in bekannter Weise angeschlossen werden.

Die Biegewandler 6, 7 sind vorzugsweise piezoelektrische Wandler. Sie können beide angesteuert werden. Es ist auch möglich, nur den einen Biegewandler anzusteuern, wie noch im einzelnen beschrieben werden wird. Anhand von Fig. 2 wird der eine Biegewandler 7 näher erläutert. Der andere Biegewandler 6 ist gleich ausgebildet. Der Bie­ gewandler 7 hat einen metallischen Träger 11, der blechförmig aus­ gebildet ist und der auf zumindest einer Seite mit einer piezoelektri­ schen Keramik 12 bedeckt ist. An drei Seiten des Biegewandlers 7 schließen der Träger 11 und die piezoelektrische Keramik 12 bündig ab. Die der Einspannseite 13 des Biegewandlers 7 gegenüberliegen­ de Seite ist durch einen Überstand des metallischen Trägers 11 über die piezoelektrische Keramik 12 gekennzeichnet. Dieser überstehen­ de Teil des metallischen Trägers 11 weist eine zur Aufnahme einer Betätigungseinrichtung angepaßte Kontur auf. Über die Einspann­ seite 13, mit welcher der Biegewandler 7 im Schlitz 3 des Schalter­ bodens 1 befestigt ist, steht ein Anschluß 14 für die Strom/Span­ nungszufuhr vor. Wie Fig. 1 zeigt, ragt der Anschluß 14 über den Schalterboden 1. Die piezoelektrische Keramik 12 wird aus piezo­ elektrischen Tongeberscheiben herausgetrennt, beispielsweise aus­ gestanzt, so daß eine einfache Herstellung dieser Keramik möglich ist. Der Träger 11 besteht vorteilhaft aus Messing.

Um die Auslenkung der Biegewandler 6, 7 in eine Bewegung der Kontaktfedern 4, 5 umzusetzen, ist eine Betätigungseinrichtung 15 vorgesehen, mit der diese Bewegungsübertragung auf einfache, platzsparende und effiziente Weise möglich ist. Die Betätigungsein­ richtung 15 hat zwei gegeneinander verschwenkbare Arme 16 und 17, die jeweils als zweiarmige Hebel ausgebildet und um eine ge­ meinsame Achse 18 gegensinnig zueinander schwenkbar sind. Der Arm 16 hat zwei Armteile 19 und 20, die über einen gekröpften Ab­ schnitt 21 ineinander übergehen. Auch der Arm 17 hat zwei parallel zueinander liegende Armteile 22, 23, die über einen gekröpften Ab­ schnitt 24 ineinander übergehen. Die Armteile 19 bis 21 und 22 bis 24 liegen jeweils in einer Ebene. Der eine gekröpfte Abschnitt 21 oder 24 weist einen Zapfen auf, der in eine entsprechende Öffnung des jeweils anderen gekröpften Abschnittes eingreift. Dieser Zapfen bildet die Schwenkachse 18, um welche die beiden Arme 16, 17 ge­ geneinander schwenkbar sind.

Die Armteile 20 und 23 der beiden Arme 16, 17 sind jeweils kürzer als die anderen Armteile 19 und 22. Die beiden Arme 16, 17 sind in der in Fig. 1 dargestellten Ausgangslage so angeordnet, daß, in Draufsicht auf die Arme gesehen, der kurze Armteil 20 des Armes 16 in Verlängerung des langen Armteiles 22 des Armes 17 und der kurze Armteil 23 des Armes 17 in Verlängerung des langen Armteiles 19 des Armes 16 liegt.

In den längeren Armteilen 19, 22 sind mit Abstand hintereinander je­ weils zwei Aufnahmeöffnungen 25 vorgesehen, die jeweils einen schmalen Abschnitt aufweisen, an dessen beide Enden erweiterte Abschnitte der Aufnahmeöffnungen 25 anschließen. Auch die kürze­ ren Armteile 20, 23 sind mit jeweils einer solchen Aufnahmeöffnung 25 versehen. In die am freien Ende der langen Armteile 19, 22 der Arme 16, 17 vorgesehenen Aufnahmeöffnungen 25 ragt das freie En­ de der Kontaktfedern 4, 5. Der schmale Abschnitt der Aufnahmeöff­ nungen 25 hat vorteilhaft eine Breite, die geringfügig größer ist als die Dicke der freien Enden der Kontaktfedern 4, 5. Dadurch können diese freien Enden in den schmalen Abschnitten der Aufnahmeöff­ nungen 25 die erforderlichen Bewegungen ausführen; dennoch sind die Kontaktfedern 4, 5 fest mit den Armen 16, 17 verbunden sind.

Der metallische Träger 11 der Biegewandler 6, 7 hat, wie Fig. 2 zeigt, am freien Ende zwei Zungen 26, 27, die wie die freien Enden der Kontaktfedern 4, 5 in die Aufnahmeöffnungen 25 der kurzen Armteile 20, 23 der Arme 16, 17 ragen. Wie Fig. 1 zeigt, ist die Zunge 27 des Biegewandlers 7 in der Aufnahmeöffnung 25 im kurzen Armteil 23 des Armes 17 und die Zunge 26 in der der Schwenkachse 18 be­ nachbarten Aufnahmeöffnung 25 des langen Armteils 19 des Armes 16 gehalten. In gleicher Weise ist auch der andere Biegewandler 6 mit beiden Armen 16 und 17 über seine Zungen verbunden. Die Bie­ gewandler 6, 7 sind wie die Kontaktfedern 4, 5 mit ihren unteren En­ den in den Schlitzen 2, 3 im Schalterboden sicher befestigt. Da die Schwenkachse 18 im Bereich der gekröpften Abschnitte 21, 24 der Arme 16, 17 vorgesehen ist und die Arme ungleich lange Armteile aufweisen, wird beim Schwenken der benachbarten kurzen Armteile 20, 23 gegeneinander die Schwenkbewegung der längeren Armteile 19, 22 der Arme 16, 17 übersetzt.

Wird der Schalter gemäß Fig. 1 bestromt, werden die Biegewandler 6, 7 über die Anschlüsse 14 angesteuert und elastisch gebogen. Über die Zungen 26, 27 der Biegewandler 6, 7 werden die beiden Arme 16, 17 um die Achse 18 gegeneinander verschwenkt. Dadurch werden auch die langen Armteile 19, 22 der Arme 16, 17 um die Ach­ se 18 gegensinnig geschwenkt. Dabei werden die Kontaktfedern 4, 5 mit ihren Kontaktstücken 8, 9 in Berührung gebracht, wodurch ein entsprechender Impuls über die Zungen 10 weitergegeben wird. So­ bald die Bestromung des Schalters über den Anschluß 14 unterbro­ chen wird, kehren die Biegewandler 6, 7 in ihre in Fig. 1 dargestellte Ausgangslage zurück. Hierbei werden die Arme 16, 17 zurückge­ schwenkt, wodurch die Kontaktstücke 8, 9 der Kontaktfedern 4, 5 wieder voneinander gelöst werden.

Der in Fig. 1 dargestellte Schalter stellt ein einkontaktiges Relais dar, bei dem die Kontaktstücke 8, 9 lediglich miteinander in Berührung gebracht oder voneinander entfernt werden.

Fig. 3 zeigt eine Betätigungseinrichtung 15a, deren Arme 16a, 17a als doppelte Scherenhebel ausgebildet sind. Der Arm 16a hat die Armteile 19a, 20a sowie den gekröpften Abschnitt 21a. Im Unter­ schied zur Ausführungsform nach Fig. 1 schließt an den Armteil 20a ein gekröpfter Abschnitt 28 an, der den Armteil 20a mit einem weite­ ren Armteil 29 verbindet. Der Arm 17a hat die Armteile 22a und 23a, die über den gekröpften Abschnitt 24a ineinander übergehen. An den Armteil 23a schließt ein weiterer gekröpfter Abschnitt 30 an, der den Armteil 23a mit einem Armteil 31 verbindet. Die gekröpften Ab­ schnitte 28, 30 liegen unter einem kleineren spitzen Winkel zu den Armteilen 20a, 29 bzw. 23a, 31 als die gekröpften Abschnitte 21a, 24a. Wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 liegen die beiden Arme 16a, 17a unmittelbar aufeinander und sind über die Achse 18a, die ebenfalls durch einen in eine Öffnung eingreifenden Zapfen ge­ bildet wird, im Bereich der gekröpften Abschnitte 21a, 24a schwenk­ bar miteinander verbunden. Die langen Armteile 19a, 22a sind jeweils mit den beiden mit Abstand hintereinander liegenden Aufnahmeöff­ nungen 25a versehen. Auch die kurzen Armteile 20a, 29 und 23a, 31 der Arme 16a, 17a sind mit jeweils einer Aufnahmeöffnung 25a ver­ sehen. Fig. 3 zeigt die Arme 16a, 17a in einer Ausgangsstellung. Wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 sind in die Aufnahmeöffnungen 25a der Armteile 20a, 23a sowie in die benachbart zur Achse 18a lie­ genden Aufnahmeöffnungen 25a der langen Armteile 19a, 22a die Zungen 26, 27 (Fig. 1 und 2) der Biegewandler 6, 7 eingesetzt. In die am freien Ende der langen Armteile 19a, 22a vorgesehenen Aufnah­ meöffnungen 25a sind die freien Enden der Kontaktfedern 4, 5 einge­ setzt. In die Aufnahmeöffnungen 25a der Armteile 29, 31 ragen die freien Enden zweier weiterer Kontaktfedern. Diese Betätigungsein­ richtung 15a ist somit für ein zweikontaktiges Relais geeignet, das ein Öffner- und ein Schließerkontaktpaar aufweist. Bei Strombeauf­ schlagung eines solchen Relais werden die beiden Arme 16a, 17a durch elastische Verformung der Biegewandler 6, 7 um die Achse 18a gegeneinander verschwenkt, wodurch die Kontaktstücke des ei­ nen Kontaktfedernpaares geöffnet und die Kontaktstücke des ande­ ren Kontaktfedernpaares geschlossen werden. Dies wird durch die beschriebene Ausbildung der Arme 16a, 17a erreicht. Wenn die Armteile 29, 31 sich einander nähern, entfernen sich die freien Enden der Armteile 19a, 22a voneinander. Dies ist darauf zurückzuführen, daß jeder Arm 16a, 17a die entgegengesetzt zueinander verlaufen­ den gekröpften Abschnitte 21a, 24a und 28, 30 aufweist. Die beiden als doppelte Scherenhebel wirkenden Arme 16a, 17a haben im Be­ reich ihrer Drehachse 18a vorteilhaft Spiel, so daß in einem Fehler­ fall, wenn beispielsweise ein Kontaktpaar miteinander verschweißt, das gleichzeitige Schließen des Öffner- und des Schließerkontakt­ paares zwangsweise verhindert wird. Liegt ein Fehlerfall nicht vor, bleibt die Zapfenlagerung 18a unbelastet, so daß das zweikontaktige Relais zuverlässig arbeitet.

Fig. 4 zeigt beispielhaft die Möglichkeit, zur Erhöhung der Antriebs­ kraft, insbesondere bei mehrkontaktigen Relais, oder zum Schalten höherer Leistungen mehrere Biegewandler 6, 7 mechanisch mitein­ ander zu koppeln. Hierzu dient ein Koppelelement 32, mit dem die Biegewandler 6, 7 nur in Antriebsrichtung starr miteinander gekoppelt werden. Das Koppelelement 32 hat zwei Endstücke 33, 34, von deren einander zugewandten Innenseiten 35, 36 senkrecht Zapfen 37 und 38 abstehen. Ihr Abstand voneinander entspricht der Dicke der zwi­ schen sie eingreifenden Endabschnitte der metallischen Träger 11 der Biegewandler 6, 7. In Fig. 4 werden mit dem Koppelelement 32 zwei Biegewandler 6, 7 miteinander verbunden. In entsprechender Weise können auch mehr als zwei Biegewandler miteinander gekop­ pelt werden. Die Endstücke 33, 34 sind entsprechend breiter und weisen eine entsprechend größere Zahl von Zapfen 37, 38 auf. Die beiden Endstücke 33, 34 werden durch ein beispielsweise rohrförmi­ ges Verbindungsstück 39 miteinander verbunden, das den gleichen Abstand zum benachbarten Zapfen hat wie die Zapfen untereinander. Dadurch kann dieses Verbindungsstück 39 in Verbindung mit den be­ nachbarten Zapfen 37, 38 ebenfalls zur Koppelung von Biegewand­ lern herangezogen werden.

Die Fig. 5 bis 7 zeigen mögliche Geometrien der Arme der Betäti­ gungseinrichtungen. Fig. 5 zeigt die Betätigungseinrichtung 15 ge­ mäß Fig. 1. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 liegt die Achse 18, die das Drehgelenk für das Armpaar bildet, mittig, so daß eine Hebelübersetzung nicht vorliegt. In dem Maße, in dem die beiden Biegewandler 6, 7 gebogen werden, werden auch die Kontakt­ federn 4, 5 elastisch gebogen. Die benachbarten Armteile 19, 22 und 20, 23 bewegen sich in gleicher Richtung 40, 41 senkrecht zur Ebene der Arme 16, 17. Diese Schwenkbewegung der Arme 16, 17 wird durch die elastische Verformung der Biegewandler 6, 7 erreicht, die noch näher beschrieben werden wird.

Während die Betätigungseinrichtung gemäß den Fig. 1, 3 und 5 Arme aufweist, die als zweiarmige Hebel ausgebildet sind, zeigt Fig. 6 eine Ausführungsform, bei der die beiden Arme 16b, 17b als einarmige Hebel ausgebildet sind, die an einem Ende über die Achse 18b ge­ lenkig miteinander verbunden sind. Die beiden Arme 16b, 17b haben lediglich einen langen Armteil 19b, 22b, der nahe dem Gelenk 18b jeweils in den stumpfwinklig abgewinkelten gekröpften Abschnitt 21b, 24b übergeht. Die freien Enden der gekröpften Abschnitte 21b, 24b sind über die Achse 18b gelenkig miteinander verbunden. Die Arm­ teile 19b, 22b sind am freien Ende sowie in der der Achse 18b zuge­ wandten Hälfte mit jeweils einer Klemmöffnung versehen, die in Fig. 6 nicht dargestellt ist und die gleiche Ausbildung hat wie beim Aus­ führungsbeispiel nach Fig. 1. In die endseitigen Aufnahmeöffnungen sind die beiden Kontaktfedern 4, 5 mit ihren freien Enden einge­ spannt. In die achsnahen Aufnahmeöffnungen greifen die Zungen 26 der Biegewandler 6, 7 ein.

In der in Fig. 6 dargestellten Ausgangslage liegen die beiden Arm­ teile 19b, 22b parallel zueinander. Die Kontaktstücke 8, 9 auf den Kontaktfedern 4, 5 haben in dieser Ausgangslage Abstand voneinan­ der. Werden die Arme 16b, 17b um die Achse 18b gegensinnig zu­ einander in Richtung der Pfeile 40, 41 geschwenkt, kommen die Kontaktstücke 8, 9 in Berührung miteinander. Die beiden Biege­ wandler 6, 7 und die Kontaktfedern 4, 5 bewegen sich wie bei den vorigen Ausführungsbeispielen bei dieser Schaltbewegung in gleicher Richtung gegeneinander.

Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die beiden Arme 16c, 17c unabhängig voneinander um jeweils eine Achse 18c, 18c' schwenkbar gelagert sind. Die zueinander parallelen, als einarmige Hebel ausgebildeten Arme 16c, 17c verlaufen gerade und sind an ei­ nem Schalterteil 42 schwenkbar gelagert. Am freien Ende der Arme 16c, 17c sind die Enden der Kontaktfedern 4, 5 in der beschriebenen Weise in den Aufnahmeöffnungen gehalten. Die beiden Biegewandler 6, 7 sind mit ihren Zungen 26, wie anhand von Fig. 6 beschrieben, in weitere Aufnahmeöffnungen in den Armen 16c, 17c eingesetzt. In der in Fig. 7 dargestellten Ausgangslage liegen die Arme 16c, 17c paral­ lel zueinander. Die Kontaktstücke 8, 9 der Kontaktfedern 4, 5 haben hierbei Abstand voneinander. Wird der Schalter betätigt, werden die Biegewandler 6, 7 in Richtung der Pfeile 41 gegeneinander elastisch gebogen. Dadurch werden auch die Kontaktfedern 4, 5 gegensinnig zueinander in Bewegungsrichtung 40 elastisch gebogen, bis ihre Kontaktstücke 8, 9 einander berühren. Sobald die Ansteuerung der Biegewandler 6, 7 beendet ist, federn sie in ihre in Fig. 7 dargestellte Ausgangslage zurück, wodurch auch die Arme 16c, 17c in die Aus­ gangslage zurückgeschwenkt werden. Die Kontaktfedern 4, 5 werden hierbei elastisch in ihre Ausgangslage zurückgebogen, in der die Kontaktstücke 8, 9 Abstand voneinander haben.

Die beschriebenen Ausführungsformen zeigen, daß die Betätigungs­ einrichtungen 15, 15a bis 15c unterschiedlichste Formgebungen ha­ ben können, angepaßt an den jeweiligen Einsatzfall des Schalters.

Aufgrund ihres inhomogenen Aufbaus unterliegen piezoelektrische Biegewandler einer Auslenkung durch Änderung der Umgebungstem­ peratur. Dies gilt insbesondere für piezoelektrische Tongeberschei­ ben und somit auch für hieraus gestanzte Biegewandler. Dieser Ein­ fluß ist beträchtlich. So entspricht die Auslenkung bei einer Tempe­ raturänderung von 40 K derjenigen Auslenkung, die durch einen in­ versen piezoelektrischen Effekt bei maximaler Feldstärke hervorge­ rufen wird. Diese Auslenkung durch Temperatureinfluß wird durch die im folgenden beschriebene Anordnung der Biegewandler kompen­ siert. Aus diesem Grunde wird das Antriebssystem für die Kontaktfe­ dern 4, 5 um einen oder auch mehrere passive, d. h. nicht angesteu­ erte Biegewandler gleicher Bauart erweitert. Sie haben die gleiche Einbaulage wie der oder die aktiven, d. h. angesteuerten Biegewand­ ler und tragen die eine Seite der Betätigungseinrichtung 15, 15a bis 15c. Eine Auslenkung aufgrund einer Temperaturänderung betrifft darum alle Biegewandler gleichermaßen und hat lediglich einen pa­ rallelen Versatz des Gesamtsystems zur Folge. Der Abstand zwi­ schen den einzelnen Kontaktstücken 8, 9 der Kontaktfedern 4, 5 zu­ einander bleibt unbeeinflußt.

Fig. 8 zeigt zwei Biegewandler 6, 7, die mit ihren unteren Enden im Boden 1 des Schalters befestigt sind. Die beiden Biegewandler 6, 7 sind gleich ausgebildet, jedoch spiegelbildlich zueinander angeord­ net. Beide Biegewandler 6, 7 haben den metallischen Träger 11, der, wie anhand von Fig. 2 beschrieben worden ist, an drei Seiten bündig mit einer piezoelektrischen Keramik 12 liegt. Sie ist auf den einander zugewandten Flächen der Träger 11 aufgebracht. In gestrichelten Li­ nien ist angedeutet, wie sich die beiden Biegewandler 6, 7 in Rich­ tung zueinander elastisch biegen, wenn beide Biegewandler 6, 7 an­ gesteuert werden. Eine Temperaturkompensation findet bei dieser Ausführungsform nicht statt.

Fig. 9 zeigt die Möglichkeit, die beiden Biegewandler 6, 7 mit Tempe­ raturkompensation anzuordnen. Die metallischen Träger 11 sind auf beiden Seiten mit der piezoelektrischen Keramik 12 versehen. Wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 werden beide Biegewandler 6, 7 angesteuert. Hierbei werden sie entgegengesetzt zueinander ela­ stisch gebogen (gestrichelte Linien). Nach Beendigung der Ansteue­ rung kehren die Biegewandler in ihre dargestellte Ausgangslage zu­ rück.

Fig. 10 zeigt den Fall, daß nur der Biegewandler 6 angesteuert wird. Er biegt sich dann elastisch, wie durch eine gestrichelte Linie ange­ deutet ist. Der metallische Träger 11 des Biegewandlers 6 ist auf sei­ ner dem Biegewandler 7 zugewandten Seite mit der piezoelektri­ schen Keramik 12 versehen.

Während der Biegewandler 6 ein aktiver, d. h. angesteuerter Wandler ist, ist der andere Biegewandler 7 ein passiver, d. h. nicht angesteu­ erter Wandler, der nur zur Temperaturkompensation dient. Er ist so am Schalterboden 1 befestigt, daß der metallische Träger 11 auf der vom Biegewandler 6 abgewandten Seite mit der piezoelektrischen Keramik 12 versehen ist.

Die Fig. 11 bis 18 zeigen in schematischer Darstellung unterschiedli­ che Schaltstellungen des als piezoelektrisches Relais ausgebildeten Schalters. Bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 11 bis 14 ist eine Temperaturkompensation ohne Erhöhung der Aufreißkraft und des Kontaktabstandes vorgesehen. Demgegenüber zeigen die Fig. 15 bis 18 Beispiele für eine Temperaturkompensation mit Erhöhung der Aufreißkraft und des Kontaktabstandes.

Insbesondere bei einkontaktigen Relais, wie sie beispielsweise in Fig. 1 dargestellt sind, ist zum Schalten höherer Lasten eine Erhö­ hung der Aufreißkräfte erstrebenswert. Liegen die Kontaktstücke 8, 9 der Kontaktfedern 4, 5 aufeinander, können Mikroverschweißungen beim Einschaltvorgang auftreten und in geringem Maße zu Ausfällen des gesamten Relais führen. Um solche Mikroverschweißungen auf­ zureißen, wird in noch zu beschreibender Weise eine erhöhte Auf­ reißkraft aufgebracht, um die Kontaktstücke 8, 9 voneinander zu lö­ sen.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 11 sind die beiden Biegewandler 6, 7 entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 10 im Schal­ terboden 1 angeordnet. Auf den Trägern 11 ist die piezoelektrische Keramik 12 nur einseitig aufgebracht. Der Biegewandler 6 wird ange­ steuert und dient als aktiver Wandler, während der Biegewandler 7 ein passiver, nicht angesteuerter Wandler ist, der nur zur Tempera­ turkompensation vorgesehen ist. Solange der aktive Wandler 6 nicht angesteuert ist, nehmen die Kontaktfedern 4, 5 mit ihren Kontakt­ stücken 8, 9 die in Fig. 11 dargestellte Lage ein, in der die Kontakt­ stücke 8, 9 Abstand voneinander haben. Die Kontaktfedern 4, 5 und die Biegewandler 6, 7 sind über die Betätigungseinrichtung miteinan­ der verbunden, wie anhand der Fig. 1 und 5 bis 7 erläutert worden ist. Diese Betätigungseinrichtung ist der Übersichtlichkeit wegen in Fig. 11 sowie auch den weiteren Fig. 12 bis 18 nicht dargestellt.

Bei der Darstellung gemäß Fig. 11 ist angenommen, daß sich der Schalter in einem Raum befindet, der Normaltemperatur hat, also et­ wa 20°C. Die Kontakte dieses Relais sind offen. Um den Kontakt zu schließen, wird der aktive Wandler 6 angesteuert, wodurch er, wie Fig. 12 zeigt, elastisch in Richtung auf den passiven Wandler 7 ge­ bogen wird. Über die Betätigungseinrichtung werden die Kontaktfe­ dern 4, 5 so weit elastisch gebogen, daß ihre Kontaktstücke 8, 9 ein­ ander berühren. Das Relais ist damit geschlossen. Wird die Ansteue­ rung des aktiven Biegewandlers 6 beendet, kehrt er in die in Fig. 11 dargestellte Ausgangslage zurück, so daß über die Betätigungsein­ richtung auch die Kontaktfedern 4, 5 in ihre Ausgangslage zurückfe­ dern können, in der die Kontaktstücke 8, 9 Abstand voneinander ha­ ben.

Die Fig. 13 und 14 zeigen das Relais gemäß den Fig. 11 und 12, wenn es einer Temperatur von mehr als beispielsweise 20°C ausge­ setzt ist. In diesem Falle werden die beiden Biegewandler 6, 7 infolge dieser höheren Temperatur ohne Ansteuerung des Biegewandlers 6 ausgelenkt. Diese Auslenkung der Biegewandler 6, 7 führt allerdings nicht zu einem Schließen der Kontakte 8, 9, da der passive Biege­ wandler 7 die gleiche Auslenkung hat wie der aktive Biegewandler 6. Es erfolgt lediglich ein paralleler Versatz des Gesamtsystems.

Wird der aktive Biegewandler 6 angesteuert, dann wird er, wie Fig. 14 zeigt, entsprechend stärker in Richtung auf den passiven Biege­ wandler 7 ausgelenkt, der nicht angesteuert wird. Über die Betäti­ gungseinrichtung werden bei Ansteuerung des aktiven Biegewandlers 6 die beiden Kontakte 8, 9 geschlossen. Wird die Ansteuerung des Biegewandlers 6 beendet, kehrt er in die in Fig. 13 dargestellte Aus­ gangslage zurück.

Wie ein Vergleich der Fig. 11, 12 und 13, 14 zeigt, wird durch den passiven Biegewandler 7 gewährleistet, daß sich der Temperaturein­ fluß auf die Biegewandler nicht nachteilig auf das Schaltverhalten des Relais auswirkt. Ist die Raumtemperatur gering (Fig. 11 und 12), werden die Biegewandler durch Temperatureinfluß nicht ausgelenkt. Erst durch Ansteuerung des aktiven Biegewandlers 6 erfolgt die Auslenkung. Werden die Biegewandler 6, 7 hingegen höheren Tem­ peraturen ausgesetzt (Fig. 13 und 14), dann werden beide Biege­ wandler 6, 7 in gleichem Maße durch diesen Temperatureinfluß aus­ gelenkt. Der passive Biegewandler 7 dient somit zur Temperaturkom­ pensation und verhindert, daß bei einer Auslenkung der Biegewand­ ler durch Temperatureinfluß die Kontaktstücke 8, 9 zur Anlage anein­ ander gebracht werden. Um diesen Kontakt zu schließen, muß der aktive Biegewandler 6 angesteuert werden, damit er entsprechend weiter ausgelenkt wird, um auf diese Weise über die Betätigungsein­ richtung die beiden Kontaktstücke 8, 9 der Kontaktfedern 4, 5 zur Anlage zu bringen.

Wie bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 bis 14 sind auch bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 15 bis 18 die Biege­ wandler 6, 7 entsprechend der Ausführungsform gemäß Fig. 10 im Schalterboden 1 befestigt.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 15 wird der Biegewandler 6 ange­ steuert und stellt somit den aktiven Biegewandler dar. Der Biege­ wandler 7 ist der passive Wandler, der zur Erhöhung der Aufreißkraft und des Kontaktabstandes zwischen den Kontaktstücken 8, 9 ange­ steuert wird. Wie sich aus Fig. 15 ergibt, ist der passive Biegewand­ ler 7 mit einem dem aktiven Biegewandler 6 inversen Spannungs­ signal angesteuert. Dadurch wird der passive Biegewandler 7 entge­ gengesetzt zum Biegewandler 6 ausgelenkt. Der Biegewandler 6 wird in der Stellung gemäß Fig. 15 nicht angesteuert. Die Kontaktstücke 8, 9 der Kontaktfedern 4, 5 haben in dieser Ausgangsstellung des Schalters Abstand voneinander.

Um die Kontakte 8, 9 zu schließen, wird der aktive Biegewandler 6 angesteuert, so daß er in Richtung auf den passiven Biegewandler 7 ausgelenkt wird. Der passive Biegewandler 7 wird nicht angesteuert, so daß er in seine Ausgangslage zurückkehrt, in welcher er nicht ausgelenkt ist. Dies hat zur Folge, daß über die (nicht dargestellte) Betätigungseinrichtung die Kontaktstücke 8, 9 aneinander zur Anlage gebracht und damit das Relais geschlossen wird. Um die Kontakte 8, 9 wieder zu öffnen, wird der passive Biegewandler 7 mit dem inver­ sen Spannungssignal angesteuert und die Ansteuerung des aktiven Biegewandlers 6 beendet. Dadurch kehrt der Biegewandler 6 in seine Ausgangslage gemäß Fig. 15 zurück, während der passive Biege­ wandler entgegengesetzt zum Biegewandler 6 ausgelenkt wird (Fig. 15). Somit wird eine zusätzliche, öffnende Kraftkomponente in das Antriebssystem des Relais eingeleitet, so daß die beiden Kontakt­ stücke 8, 9 mit entsprechend höherer Kraft voneinander entfernt wer­ den. Sollten Mikroverschweißungen zwischen den Kontaktstücken 8, 9 auftreten, werden diese beim Öffnen des Kontaktes infolge der be­ schriebenen Ansteuerung des passiven Biegewandlers 7 aufgerissen, so daß die Kontakte zuverlässig geöffnet werden. Die Eigenschaften der Temperaturkompensation durch den passiven Biegewandler 7 werden durch die Ansteuerung mit dem inversen Spannungssignal nicht nachteilig beeinflußt. Zusätzlich wird infolge der Ansteuerung des passiven Biegewandlers 7 bei geöffnetem Relais auch der Ab­ stand zwischen den Kontaktstücken 8, 9 vergrößert. Dies führt zu ei­ ner Verringerung der schädigenden Wirkung von Lichtbögen beim Öffnen der Kontakte 8, 9.

Die Fig. 17 und 18 zeigen den Fall, daß das Relais gemäß den Fig. 15 und 16 nicht bei Normaltemperatur (etwa 20°C), sondern bei er­ höhter Temperatur von mehr als beispielsweise 20°C eingesetzt wird. Aufgrund des Temperatureinflusses werden die Biegewandler 6, 7 bereits in der Grundstellung ausgelenkt. Da der passive Biegewand­ ler 7 mit dem im Vergleich zum aktiven Wandler 6 inversen Span­ nungssignal angesteuert wird, wird der passive Biegewandler 7 zu­ sätzlich entgegengesetzt zum Biegewandler 6 ausgelenkt. Bei geöff­ neten Kontakten 8, 9 ist der Kontaktabstand entsprechend vergrö­ ßert.

Um die Kontakte 8, 9 zu schließen (Fig. 18), wird der aktive Biege­ wandler 6 angesteuert, während die Ansteuerung des passiven Bie­ gewandlers 7 beendet wird. Dies hat zur Folge, daß der aktive Bie­ gewandler 6 in Richtung auf den Biegewandler 7 ausgelenkt wird, während der passive Biegewandler 7 infolge der fehlenden Ansteue­ rung in seine Ausgangslage zurückkehrt. In ihr ist er infolge der er­ höhten Umgebungstemperatur ausgelenkt.

Sollen die Kontakte 8, 9 geöffnet werden, wird die Ansteuerung des aktiven Biegewandlers 6 beendet, so daß er in seine in Fig. 17 dar­ gestellte Ausgangslage zurückkehrt. Gleichzeitig wird der passive Biegewandler 7 mit dem inversen Spannungssignal angesteuert, so daß er entgegengesetzt zum aktiven Biegewandler 6 in die in Fig. 17 dargestellte Lage ausgelenkt wird. Dies hat eine erhöhte Aufreißkraft zur Folge, so daß die Kontakte 8, 9, selbst wenn Mikroverschweißun­ gen aufgetreten sein sollten, zuverlässig geöffnet werden. Außerdem wird durch den vergrößerten Kontaktabstand eine Verringerung der schädigenden Wirkung von Lichtbögen beim Öffnen der Kontakte 8, 9 erzielt.

Die Erhöhung des Kontaktabstandes kann unabhängig vom An­ triebsprinzip des Relais genutzt werden, auch wenn die Erhöhung des Kontaktabstandes nur temporärer Natur ist, beispielsweise durch konstruktive Maßnahmen.

Der Hebelmechanismus der Betätigungseinrichtungen 15, 15a bis 15c bildet das Koppelelement zwischen dem piezoelektrischen An­ trieb 6, 7 und den Kontaktfedern 4, 5. Durch einfaches Auswechseln der Arme 16, 17; 16a bis 16c, 17a bis 17c kann der Schalter mit ei­ nem oder mit zwei Kontaktfederpaaren ausgerüstet werden. Durch die auf die Kraft-Weg-Kennlinie des piezoelektrischen Antriebes 6, 7 ausgelegten Längenverhältnisse der Arme 16, 16a bis 16c, 17, 17a bis 17c wird eine optimale Nutzung der zur Verfügung stehenden Energie des piezoelektrischen Antriebes gewährleistet. Insbesondere die Aufnahmeöffnungen 25, 25a sind so ausgebildet, daß eine ver­ lustarme Umsetzung der längs eines Kreisbogens erfolgenden Aus­ lenkung der Biegewandler 6, 7 in eine reine lineare Bewegung erfol­ gen kann. Um die einzelnen Elemente des Schalters zu schützen, wird auf den Schalterboden 1 (Fig. 1) eine Kappe aufgesetzt, so daß die einzelnen Elemente geschützt in dem aus der Kappe und dem Boden 1 bestehenden Gehäuse untergebracht sind. Um die an solche Schalter gestellten Isolationsanforderungen einzuhalten, sind die Ar­ me 16, 16a bis 16c, 17, 17a bis 17c im Bereich der Kontaktfedern 4, 5 mäanderförmig gestaltet. Wie die Fig. 1 und 3 für die Arme 16, 16a, 17, 17a zeigen, sind die Armteile 19, 19a, 22, 22a im Bereich der Kontaktfedern 4, 5 im Längsschnitt mäanderförmig ausgebildet. Da­ durch wird eine verstärkte Isolierung durch eine einfache bauliche Maßnahme erreicht. Die kräftefreie Zapfenlagerung 18, 18a bis 18c erzwingt im Fehlerfall die Einhaltung von Zwangsführungsbedingun­ gen, die verhindern, daß bei einem Relais mit Öffner und Schließer beide Kontaktpaare gleichzeitig geschlossen werden.

Claims (22)

1. Schalter, vorzugsweise Relais, mit mindestens einem Antrieb für mindestens ein Kontaktfedernpaar, das über eine Betätigungs­ einrichtung mit dem Antrieb gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung (15, 15a bis 15c) wenigstens zwei gegeneinander bewegbare Arme (16, 16a bis 16c, 17, 17a bis 17c) aufweist, an welche der An­ rieb (6, 7) und das Kontaktfedernpaar (4, 5) angeschlossen sind.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme (16, 16a, 17, 17a) zwei­ armige Hebel sind, und daß am einen Hebelarm (20, 20a, 29, 23, 23a, 31) der Antrieb (6, 7) und am anderen Hebelarm (19, 19a, 22, 22a) das Kontaktfedernpaar (4, 5) angeschlossen ist.

3. Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Hebelarme (19, 19a, 22, 22a; 20, 20a, 29; 23, 23a, 31) der beiden Arme (16, 16a, 17, 17a) über jeweils einen gekröpften Abschnitt (21, 21a; 24, 24a) ineinander übergehen.

4. Schalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Hebelarme (19, 19a, 22, 22a; 20, 20a, 29; 23, 23a, 31) im Bereich der gekröpften Ab­ schnitte (21, 21a; 24, 24a) gelenkig miteinander verbunden sind.

5. Schalter nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme (16, 16a; 17, 17a) sche­ renartig gelenkig miteinander verbunden sind.

6. Schalter nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Hebelarm (20a, 28, 29; 23a, 30, 31) einen weiteren gekröpften Abschnitt (28, 30) auf­ weist.

7. Schalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere gekröpfte Abschnitt (28, 30) einen kleineren spitzen Winkel zur Längsachse der Ar­ me (16a, 17a) einschließt als der andere gekröpfte Abschnitt (21a, 24a).

8. Schalter nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß an die Arme (16a, 17a) mit den beiden gekröpften Abschnitten (21a, 28; 24a, 30) zwei Kontakt­ federnpaare (4, 5) angeschlossen sind.

9. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme (16b, 17b; 16c, 17c) einarmige Hebel sind.

10. Schalter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme (16b, 17b) eine gemein­ same Schwenkachse (18b) haben.

11. Schalter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme (16b, 17b) über jeweils einen gekröpften Abschnitt (21b, 24b) an die Schwenkachse (18b) anschließen.

12. Schalter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme (16c, 17c) jeweils eine Schwenkachse (18c, 18c') haben.

13. Schalter nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (6, 7) und das Kon­ taktfedernpaar (4, 5) am gleichen Hebelarm (19b, 22b) vorgese­ hen sind.

14. Schalter, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb durch wenigstens zwei piezoelektrische Energiewandler (6, 7) gebildet ist, von denen wenigstens einer ansteuerbar ist.

15. Schalter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der piezoelektrische Energie­ wandler (6, 7) einen Träger (11) aufweist, der auf wenigstens ei­ ner Seite mit einer piezoelektrischen Keramik (12) versehen ist.

16. Schalter nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (11) wenigstens eine Zunge (26, 27) aufweist, mit der er an die Arme (16, 16a bis 16c; 17, 17a bis 17c) der Betätigungseinrichtung (15, 15a bis 15c) anschließbar ist.

17. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme (16, 16a bis 16c; 17, 17a bis 17c) mit dem Kontaktfedernpaar (4, 5) und dem Antrieb (6, 7) formschlüssig verbunden sind.

18. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme (16, 16a bis 16c; 17, 17a bis 17c) zum Anschluß des Kontaktfedernpaares (4, 5) und des Antriebes (6, 7) Aufnahmeöffnungen (25, 25a) aufweisen.

19. Schalter nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeöffnung (25, 25a) einen schlitzförmigen Steckabschnitt aufweist, in den das Kon­ taktfedernpaar (4, 5) mit dem freien Ende seiner Kontaktfedern (4, 5) und die Zunge (26, 27) des Antriebes (6, 7) eingreift.

20. Schalter nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest an ein Ende, vorzugs­ weise an beide Enden des schlitzförmigen Steckabschnittes der Aufnahmeöffnung (25, 25a) erweiterte Öffnungsabschnitte an­ schließen.

21. Schalter nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der piezoelektrische Energiewandler (6, 7) ein Biegewandler ist.

22. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme (16, 16a bis 16c, 17, 17a bis 17c) im Bereich des Kontaktfedernpaares (4, 5) in ihrer Längsrichtung mäanderförmig verlaufend ausgebildet sind.