DE2125068A1

DE2125068A1 - Tastenbetätigter Signalgeber mit piezokeramischem Element für Fernmelde-, insbesondere Fernsprechanlagen

Info

Publication number: DE2125068A1
Application number: DE19712125068
Authority: DE
Inventors: Richard Dipl.-Phys.; Stiegler Hans Dipl.-Ing.; 8000 München Karmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-05-19
Filing date: 1971-05-19
Publication date: 1972-11-30
Also published as: DE2125068B2

Description

Tastenbotätigter Signalgeber mit piezokeramischem Element für Fernmelde-, insbesondere Fernsprechanlagen.
Die Erfindung bezieht sich auf einen tastenbetätigten Signalgeber mit piezokeramischem Element für Pernmelde-, insbesondere Fernsprechanlagen. Bekannt sind neben tastenbetätigten Signa' gebern, welche mit mechanischen Schaltkontakten arbeiten, auch solche, die mit Hilfe elektronischer Bauelemente kontaktlos schalten. Bei den kontaktlosen Kontaktgebern haben sich in der Technik zwei Arten herausgebildet. Bei der einen Art der kontaktlosen Signalgeber wird der Schaltvorgang durch kapazitive Beeinflussung von Schaltkreisen ausgelöst. Die andere Art der kontaktlosen Signalgeber benutzt einen Piezokristall, der bei mechanischer Beanspruchung einen Spannungsimpuls abgibt, welcher den Schaltvorgang auslöst.
Es ist allgemein üblich bei einem ebenen Piezokristall den Longitudinaleffekt auszunutzen, indem man den Kristall auf Druck beansprucht. Andererseits sind klordnungen bekannt, in denen der Transversaleffekt des Piezokristalls ausgenutzt wird.
Bei diesen Anordnungen handelt es sich um einseitig eingespannte piezokeramische Doppelstäbe. Bei Ausübung eines Druckes auf das freie Ende des piezokeramischen Doppelstabes wird das piezokeramische Material auf Biegung beansprucht, und mit Hilfe geeignet angebrachter Elektroden läßt sich ein Spannungsimpuls ableiten.
Bei dieser Anordnung des Piezokristalle treten nun aber die folgenden Nachteile auf: Der eingespannte piezokeramische Doppelstab wipd bei jedem Schaltvorgang einet mechanischen Berastung unterworfen. Da es sich aber bei piezokeramischen M&-terialien um sehr spröde Materialien handelt, ist die Bruchfestigkeit gering. Auch ist eine bestimmte Dicke erforderlich, um eine genügende Festigkeit zu erreichen. Mit der Dicke des Piezokristalls steigt aber auch sein elektrischer Innenwiderstand. Durch die Hochohmigkeit des Piezokristalls ergeben sich wiederum elektrische Anpassungsschwierigkeiten an die nachfolgende elektronische Auswerteschaltung.
Die Erfindung betrifft einen tastenbetätigten Signalgeber mit piezokeramischem Element, das durch einen Tastenmechanismus auf Biegung beansprucht wird, bei dem die Nachteile der oben beschriebenen Anordnung dadurch vermieden werden, daß das piezokeramische Material auf einen einseitig eingespannten biegbaren, metallischen Träger aufgebracht ist, auf den der Tastenmechanismus einwirkt.
Das hat den Vorteil, daß an das piezokeramische Material nur noch geringe Festigkeitsanforderungen gestellt werden können.
Diese geringen Festigkeitsforderungen erlauben kleinere Baugrößen der Piezoelemente, wodurch gleichzeitig eine Materialersparnis gegeben ist.
Weiterhin ist durch die Dickenverringerung der piezokeran schen Masse der elektrische Widerstand des Piezokristalls erheblich kleiner als bei herkömmlichen piezokeramischen Anordnungen. Das erleichtert die elektrische Anpassung an nachfolgende Auswertesch2Xangen.
Die Zuordnung von Träger und piezokeramischem Material kann analog den bekannten Doppelstäben in der Weise erfolgen, daß der Träger beidseitig mit piezokeramischem Material beschichtet ist. Hierbei ist allerdings Voraussetzung, daß während der Biegebeanspruchung die neutrale Zone der gesamten Anordnun ('rrägerplatte mit den zwei Keramikschichten) nicht in eine der beiden piezokeranischen Schichten fällt. Diese Voraussetzung ist leicht zu erfüllen, da das piezokerar,lische iaterial infolge des Trägers nur eine sehr geringe Dicke im Verhältnis zur Dicke des Trägers zu haben braucht.
Eine vorteilhaftere Lösung ist jedoch dadurch gekennzeicbnet, daß der Träger nur einseitig mit piezokeramischem QiIat;erial beschichtet ist. Auch bei dieser Anordnung ist Voraussetzung, daß die neutrale Zone bei Beanspruchung auf Biegung nicht in der aufgebrachten Keramikschicht zu liegen kommt.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, daß die piezokeramischen SchIchten mit Methoden der Dünnschichttechnologie erzeugt werden können.
Läßt man bei der zuletzt beschriebenen unordnung den metallischein Träger bei seiner Auslenkung aus der Ruhe lage auf einer kreisförmig gebogenen Unterlage zur Auflage kommen, so erreicht man eine gleichmäßige Spannungsverteilirng im Piezokristall.
Anhand der nachfolgenden Figuren soll die Erfindung näher erläutert werden, und es sollen weitere Ausgestaltungen der Erfindung gezeigt werden.
Fig. 1 zeigt eine Trågerplatte, bei der auf beiden Seiten piezokeramische Schichten K aufgebracht sind. Der Figur ist zu entnehmen, wie die beiden keramischen Schichten elektrisch zusammengeschaltet sind, damit sich ihre Wirkungen summieren. Bei dieser Anordnung dient der metallische Träger als gemeinsame Elektrode der beiden Keramikschichten.
Fig. 2 zeigt eine weiter ausgeführte Anordnung der Erfindung, bei welcher nur eine piezokeramische Schicht K auf den metallischen Träger T aufgebracht ist. Eine Elektrode wird bei dieser Anordnung vom Träger selbst gebildet. Wird mit Hilfe des Tastknopfes Ta auf das freie Ende der Trägerplatte T ein Druck ausgeübt, so kommt der Träger auf der Unterlage A mit der kreisförmig ausgebildeten Oberfläche R zur Auflage. Als Dämpfungsvorrichtung sind bei dieser Anordnung zwischen Trägerplatte und der Einspannung E Materialien Dä vorgesehen.
Fig. 3 zeigt den Signalgeber mit piezokeramischem Element C T die Auswerteschaltung AWS und die Diode D. Die parat lel zu den Anschlüssen des piezokeramischen Elementes geschaltete Diode ist notwendig bei Ausführung der Auswerteschaltung in bipolarer Technik und dient zur Rückfuhrung der bei häufiger Tastenbetätigung abgeflossenen Ladung, 6 Patentansprüche 3 Figuren

Claims

Patentansprüche Tastenbetätigter Signalgeber mit piezokeramischem Element, das durch einen Tastenmechanismus auf Biegung beansprucht, wird, für Fernmelde-, insbesondere Fernsprechanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß das piezokeramische Material auf einen einseitig eingespannten biegbaren, metalliseben Träger (T) aufgebracht ist, auf den der Tastenmechanismus (Ta) einwirkt.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (T) beidseitig mit piezokeramischem Material (K) beschichtet ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch Eekernzeichnet,5 daß daz Träger (T) nur einseitig mit piezokeramischem Material (K) beschichtet ist.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Träger (T) bei seiner Auslenkung aus der Ruhelage auf einer kreisförmig gebogenen Unterlagen (A) Zllir Auflage kommt.
5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (T) mit einer Dämpfur!gsvorrichtung (Dä) gekoppelt ist.
6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu den Anschlassen (a1, a2) des piezokeramischen Elementes (c) eine Diode (D) geschal tet ist.

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