DE2604526C3 - Integrierte Schaltervorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine integrierte Schaltervorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der US-PS 31 50 244 ist eine elektromagnetische Relaisvorrichtung bekanntgeworden, die eine metallische Träger- oder Grundplatte aufweist, in welcher eine Anzahl von Kerngliedern senkrecht zur Ebene der Grundplatte eingesetzt und in dieser zum Zusammenwirken mit den entsprechenden Relaiselementen durch « ein Glas-Abdichtmittel dicht gehalten ist. Auf der metallischen Grundplatte ist ein Abdeckglied vorgesehen, das auf der Platte hermetisch gasdicht befestigt ist und so eine abgedichtete Kammer begrenzt und auf deren Innenseite ein Federstreifen angeschweißt ist, der so die beweglichen Kontakte in der abgedichteten Kammer trägt.

Für diesen bekannten Aufbau ist es jedoch, da die Abdeckung auch als den beweglichen Kontakten gemeinsame Signallcitung dient, sehr schwierig, eine h^r> Matrix-Schaltervorrichtung zu bilden, in welcher Schalterelemente in einer Matrix angeordnet sind und deren beweglichen Kontakte hintereinander bzw. in Reihe miteinander verbunden sind, beispielsweise in jeder der Spalten der Matrix, so daß die Spalten der beweglichen Kontakte unabhängig voneinander verwendet werden können.

Ferner kann bei dem bekannten Aufbau, bei welchem die Grundplatte metallisch ist und die Kerne selbst als elektrische Leiter dienen, die ein Teil der Signalleitungen bilden, die Verdrahtung der Signalleitungen und der die Kerne erregenden Wicklungen oder Spulen nicht auf der Grundplatte erfolgen, was die Verwendung von erheblichen Zusatzmitteln, wie beispielsweise einer gedruckten Schalterplatte außerhalb des Aufbaus selbst notwendig macht Daraus folgt: selbstverständlich, daß die Anzahl der Bestandteile ebenso wie die Herstellungskosten vergrößert und daß bei Verwendung eines solchen Aufbaus die Verwirklichung einer integrierten Matrix-Schaltervorrichtung hoher Dichte nicht erreichbar ist.

Darüber hinaus erfordert der bekannte Relaisaufbau, bei welchem die Kernglieder in eine metallische Grundplatte eingesetzt und an Ort und Stelle durch Glasabdichtmittel festgehalten sind, ein recht kompliziertes Herstellungsverfahren, das das Abdichten der Kernglieder mittels Glas umfaßt, was die Gefahr mit sich bringt, daß die magnetische Qualität der Kernglieder bei höheren verwendeten Temperaturen verschlechtert wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine integrierte Schaltervorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die einen kompakten, raumsparenden Aufbau besitzt, wobei die Grundplatte aus isolierendem Material bestehen soll, auf welcher eine Vielzahl von Schalterelementen zusammengefaßt werden können, und die als Matrix-Schaltervorrichtung leicht herstellbar und eine maximale Komponentendichte besitzt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Durchgangsöffnungen und die einander zugeordneten, feststehenden und beweglichen Kontakte in einer Matrix angeordnet sind und für jede der Spalten oder Reihen der Matrix gemeinsam ein Federmittel gebildet ist, das die beweglichen Kontakte einer Spalte oder Reihe der Matrix miteinander verbindet und daß zwischen der ersten und der zweiten isolierplatte geschichtete Leiter vorgesehen sind, die die feststehenden Kontakte jeder der Reihen oder Spalten der Matrix miteinander verbinden.

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung zusammen mit dem Stand der Technik anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert ist. Es zeigt

F i g. 1 einen Teilschnitt durch eine herkömmliche elektromagnetische Vielfachelement-Schaltervorrichtung,

Fig.2 einen ähnlichen Schnitt wie Fig. 1, jedoch durch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung,

Fig.3 eine perspektivische Teildarstellung einer Matrix-Schaltervorrichtung mit im wesentlichen demselben, in F i g. 2 dargestelltem Aufbau,

F i g. 4 einen Teilschnitt durch ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung,

F i g. 5 einen ähnlichen Schnitt wie F i g. 4, jedoch durch ein drittes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der

Erfindung,

Fig.6 eine Draufsicht, teilweise aufgebrochen, auf einen Teil einer Matrix-Schaltervorrichtung von im wesentlichen demselben, in F i g. 5 dargestelltem Aufbau,

F i g. 7 einen ähnlichen Schnitt wie in den F i g. 4 und 5 eines vierten bevorzugten Ausführungsbeispiels vorliegender Erfindung und

Fig.8 einen Schnitt durch ein fünftes bevorzugtes Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung. ; ο

In F i g. 1, die eine herkömmliche elektromagnetische Vielfachelement-Schaltervorrichtung zeigt, ist mit der Bezugsziffer 101 eine Träger- oder Basisplatte aus nichtmagnetischem Metall bezeichnet, in welche Kernglieder 103 eingesetzt und durch ein Glas-Abdichtmittel 102 an der betreffenden Stelle senkrecht zur Ebene der Basisplatte 101 befestigt bzw. gehalten sind. Auf der Basisplatte 101 ist eine Abdeckung 104 angeordnet und an ihr hermetisch dicht mittels eines Flansches angeschweißt, der längs des Umfangs der Abdeckung, wie dargestellt, angeformt ist und zusammen mit der Basisplatte eine abgedichtete Kammer begrenzt An der Innenseite der Abdeckung 104 sind Federstreifen oder -bänder 106 angeschweißt, von denen jeder bzw. jedes einen Relaisanker 105 trägt. Eine Erregerwicklung oder -spule 107 umgibt den nach unten vorstehenden Teil jedes Kerngliedes 103 passend. Die Kernglieder 103 sind an ihren freien Enden in eine elektrisch isolierende Platte 108 eingesetzt und mit einem beispielsweise auf ihr gebildeten elektrischen Schaltkreis in geeigneter jo Weise elektrisch verbunden.

Fig.2 zeigt eine Zweileitungs-Matrix-Schaltervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung im Schnitt durch einen der Kreuzungspunkte der Matrix. Die Schaltervorrichtung enthält eine erste Platte 201 aus Isoliermaterial und eine zweite Platte 202 aus einem ähnlichen Material, die an ihrer oberen Fläche befestigte Federträger 209 besitzt. An der Oberseite der Federträger 209 sind Federstreifen oder -bänder 206 mit beweglichen Kontakten 205 befestigt, die an der unteren Fläche jedes der Federstreifen 206 angeschweißt sind. Wie dargestellt, ist die zweite Isolierplatte 202 mit Durchgangsöffnungen zur Aufnahme der betreffenden beweglichen Konakte 205 versehen. Die obere Fläche der zweiten Isolierplatte 202 ist von einer mit einem Flansch versehenen Abdeckung 204 überdeckt, die mit bzw. an der zweiten Isolierplatte 202 hermetisch gasdicht verbunden bzw. befestigt ist Die in der zweiten Isolierplatte 202 gebildeten Durchgangsöffnungen sind an ihrem unteren Ende durch die erste Isolierplatte 201 gasdicht abgeschlossen, so daß zusammen mit der mit einem Flansch versehenen Abdeckung 204 eine gegen die Außenatmosphäre abgedichtete Kammer begrenzt ist, innerhalb welcher die Federstreifen 206 und die beweglichen Kontakte 205 angeordnet sind. Auf der oberen Fläche der ersten Isolierplatte 201 ist ein Muster einer metallisierten Schicht 208 dicht und fest haftend bzw. klebend aufgebracht und auf der metallisierten Schicht 208 ist ein Kontaktmetallmaterial plattiert, so bo daß auf ihr an Stellen bzw. Bereichen unmittelbar unter den in der zweiten Isolierplatte 202 gebildeten Durchgangsöffnungen feststehende Kontakte gebildet sind.

In Fig.2 bezeichnet die Bezugsziffer 203 im h-, wesentlichen U-förmige Eisenkerne, von denen nur einer dargestellt ist, und die an der Unterseite der ersten Isolierplatte 201 mit einer Erregerwicklung oder -spule

207 angeordnet sind, welche am mittleren Teil jedes der U-förmigen Kerne 203 befestigt ist, so daß gleichzeitig zwei Paare von beweglichen und feststehenden Kontakten geschlossen und geöffnet werden, wenn die Spule 207 erregt bzw. entregt wird Selbstverständlich sind die beiden Kontaktpaare den betreffenden A- und ß-Leitungen der Zweidraht-Matrix-Schaltervorrichtung zugeordnet

Fig.3 ist eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau einer Zweidraht-Matrix-Schaltervorrichtung von im wesentlichen demselben, wie in F i g. 1 dargestelltem Aufbau zeigt Wie man sieht, ist jede der metallisierten, streifenartigen Schichten 208, die auf der Oberfläche der ersten Isolierplatte 201 dicht und fest bzw. nicht rutschend haften bzw. kleben mit einem Kontaktmetallmaterial über Bereichen plattiert, die unmittelbar unter den in der zweiten Isolierplatte 202 gebildeten Durchgangsöffnungen liegen, so daß feststehende Kontakte gebildet sind, wobei der verbleibende Teil jeder der metallisierten, streifenartigen Schichten

208 als eine Signalleitung für die feststehenden Kontakte dient Solche Signalleitungen sind wie ein Muster einer leitenden Schicht zwischen der ersten und der zweiten Isolierplatte 201, 202 geschichtet angeordnet und über Durchgangslöcher 210 mit den betreffenden Signalklemmen 211 verbunden. Andererseits sind die Signalleitungen für die beweglichen Kontakte 205 (Fig.2) jeweils über den zugeordneten Federstreifen 206, Federträger 209 und das zugeordnete Durchgangsloch 210' mit der betreffenden Signalklemme 211' verbunden. In der beschriebenen Weise kann eine Matrix-Schaltervorrichtung aufgebaut werden, die eine beliebige Anzahl von Schalterelementen enthält die auf ein und derselben Basisplatte angeordnet sind, welche aus einer ersten und einer zweiten Isolierplatte mit einem dazwischen geschichteten Muster aus einer leitenden Schicht besteht

Ein anderes Ausführungsbeispiel einer Matrix-Schaltervorrichtung gemäß vorliegender Erfindung ist in Fig.4 dargestellt, bei dem, wie dargestellt ein Eisenkern 403 und eine Erregerwicklung oder -spule 407 für jedes Schalterelement vorgesehen ist. Dieses Ausführungsbeispiel ist hauptsächlich zur Verwendung als Einzeldraht-Vorrichtung vorgesehen, kann jedoch auch als Zweidraht-Vorrichtung verwendet werden, indem eine einzige Erregerwicklung für jedes Paar von Kernen 403 statt der beiden dargestellten, daran angebauten Wicklungen 407 Verwendung findet. Die Bezugsziffern 401 und 402 kennzeichnen eine erste bzw. eine zweite Isolierplatte der Schaltervorrichtung, 404 eine Abdeckung, 406 die die beweglichen Kontakte tragenden Federstreifen und 408 den Leiter, der zwischen die beiden Isolierplatten 401 und 402 geschichtet ist.

Fig.5 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Matrix-Schaltervorrichtung gemäß vorliegender Erfindung, bei welcher eine erste Isolierplatte 501, die an ihrer oberen Fläche mit feststehenden Kontakten versehen ist, auf der Oberseite einer zweiten Isou'erplatte 502 dicht und fest haftend bzw. klebend und mit Federstreifen 506 versehen angeordnet ist, welche auf der ersten Isolierplatte 501 mittels Federträger 509 gehalten sind. Die Federstreifen 506 sind aus magnetischem Material gebildet und mit einem Kontaktmetallmaterial plattiert bzw. überzogen, so daß bewegliche Kontakte gebildet sind, die mit den betreffenden, auf der ersten Isolierplatte 501 gebildeten feststehenden Kontakten zusammenwirken. Die zweite Isolierplatte 502 ist

zur Aufnahme von Eisenkernen 503, von denen jeder von einer Erregerspule 507 umgeben ist, mit öffnungen versehen. Die Bezugsziffer 504 kennzeichnet eine Abdeckung, die an der ersten Isolierplatte 501 hermetisch dicht befestigt ist.

Beim Erregen eines beliebigen Kernes 503 wird der bewegbare Kontaktteil des zugehörigen Federstreifens 506 vom Kern 503 in einer bezüglich der Durchgangsöffnung axialen Richtung angezogen, in welcher der Kern 503 aufgenommen wird, und kontaktiert mit dem entsprechenden feststehenden Kontakt, der einen Teil einer auf der ersten Isolierplatte 501 als Überzug ausgebildeten metallisierten Schicht 508 bildet. Solche metallisierten Schichten 508 sind durch entsprechende Durchgangslöcher 510, die in der ersten und der zweiten Isolierplatte gebildet sind und mittels einer zwischen den Platten geschichteten Vieldrahtanordnung für jede Leitung der Schaltermatrix mit den betreffenden Klemmen 511 verbunden. Andererseits sind die beweglichen Kontakte in jeder Reihe der Matrix mittels gemeinsam gebildeter Federstreifen 506 vielfach verbunden, so daß insgesamt eine Matrix-Schaltervorrichtung gebildet ist.

Es versteht sich, daß die Größe bzw. Abmessung einer solchen Matrix-Schaltervorrichtung in gewünschter Weise dadurch gewählt werden kann, daß die Größen bzw. Abmessungen der Bestandteile, wie beispielsweise die verwendete Basisplatte und Federstreifen geändert wird. Ferner können beim vorstehend beschriebenen Aufbau die Federträger 509 gegebenenfalls als integraler Bestandteil der ersten Isolierplatte 501 ausgebildet werden. In den Fällen, in denen die isolierende Grundplatte aus keramischem Material gebildet ist, ist es ferner praktisch ausführbar, die erste und zweite Isolierplatte 501 bzw. 502, die Federträger 509, die Durchgangslöcher 510 und die metallisierten Schichten 508 während des Herstellungsverfahrens gleichzeitig zu sintern.

Gemäß F i g. 6 die eine aufgebrochene Draufsicht ist, welche eine Matrix-Schaltervorrichtung von im wesentlichen demselben Aufbau wie Fig.5 zeigt, sind die feststehenden Kontaktteile des Metallfilmgebildes 508 unmittelbar unter den betreffenden beweglichen Kontaktteilen der Federstreifen 506 und diesen in einem Abstand gegenüberliegend angeordnet und durch die betreffenden Durchgangslöcher 510 und die Draht- bzw. Leiteranordnung zwischen der ersten und der zweiten Isolierplatte mit den Klemmen 511 verbunden.

F i g. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Matrix-Schaltervorrichtung gemäß vorliegener Erfindung, bei welcher die zweite Isolierplatte 702, die zusammen mit der ersten Isolierplatte 701 eine Basisplatte bildet, derart ausgebildet ist, daß sie auch als ein den Federstreifen 706 gemeinsamer Federträger dient Die Bezugsziffer 704 kennzeichnet eine Abdekkung, die an der zweiten Isolierplatte 702 hermetisch gasdicht befestigt ist; 708 ein Metallfilmgebilde auf der ersten Isolierplatte 701, das durch entsprechende in der ersten Isolierplatte 701 gebildete Durcngangslöcher 710 ) mit Klemmen 711 verbunden ist, und 703 Kernglieder, die mit entsprechenden Erregerwicklungen 707 passend verbunden sind.

Eine weitere Ausführungsform einer Matrix-Schaltervorrichtung gemäß vorliegender Erfindung ist in F i g. 8

ίο dargestellt, welche unter anderem eine erste Isolierplatte 801 aufweist, die zur Aufnahme von Kerngliedern 803 an Stellen, die denen der Schalterelemente der Vorrichtung entsprechen, genutet ist. Die Nutung in der ersten Isolierplatte 801 ermöglicht es, die erste Isolierplatte 801 dick zu machen und mit einer großen mechanischen Festigkeit zu versehen, ohne daß der Abstand zwischen den Kerngliedern 803 auf der einen Seite und den Federstreifen 806 auf der anderen Seite in irgendeiner Weise wächst.

Obwohl alle hier beschriebenen und dargestellten Ausfuhrungsbeispiele so ausgebildet sind, daß die bewegbaren Kontakte für den Schaltvorgang unter der Kraft elektromagnetischer Anziehung der betreffenden Kernglieder bewegt werden, kann die integrierte, also die mit zu einer Baugruppe zusammengefaßten Schalterelementen versehene Schaltervorrichtung gegebenenfalls derart verwirklicht werden, daß die bewegbaren Kontakte dadurch elektrisch angetrieben werden, daß Federstreifen mit geeigneten elektromechanischen Transduktor-Elementen versehen sind, wie beispielsweise Elektrets oder piezoelektrischen Elementen, welche Abwandlungen im Rahmen der Erfindung liegen. Obwohl alle die dargestellten Ausführungsbeispiele derart aufgebaut sind, daß sie eine

J5 abdichtende Abdeckung 201, 401, etc.) aufweisen, versteht es sich, daß diese Ausführungsbeispiele und ihre Abwandlungen gegebenenfalls auch in einem Zustand, in der sie von einer Abdeckung nicht abgedichtet ist, mit im wesentlichen denselben Vorteilen verwendet werden können.

Zusammenfassend sei erwähnt, daß die integrierte Schaltervorrichtung gemäß vorliegender Erfindung grundsätzlich einen Aufbau besitzt, der eine Grundbzw. Basisplatte in Form einer integralen, ein Ganzes bildenden Kombination zweier aufeinanderliegender Isolierplatten, eines gemusterten Gebildes feststehender Kontakte auf einer der Isolierplatten und bewegbarer Kontakte aufweist, die einstückig mit Federstreifen versehen sind, die auf der Basisplatte in geeigneter Weise gehalten sind, und der als eine integrale Einheit, welche solche Bestandteile enthält, von denen jeder einer Vielzahl von Schalterelementen gemeinsam ausgebildet ist in vorteilhafter Weise mit erhöhter Leistungsfähigkeit und wesentlicher Verringerung der Abmessung und der Kosten hergestellt werden kann.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Integrierte Schaltervorrichtung mit einer Grundplatte, mit feststehenden und von Federmitteln gehaltenen beweglichen Kontakten, denen Antriebsmittel zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte als integrale Einheit aus einer ersten und einer zweiten Isolierplatte (201, 401, 501, 701, 801; 202, 402, 502, 702,802), die fest aufeinander haften, gebildet ist, von denen die erste Isolierplatte eine Vielzahl von auf ihrer einen Oberfläche angeordneter feststehender Kontakte aufweist, und die zweite Isolierplatte mit Durchgangsöffnungen an Stellen versehen ist, die denjenigen enisprechen, an denen die betreffenden feststehenden Kontakte auf der ersten Isolierplatte angeordnet sind und daß die die beweglichen Kontakte (205,405) tragenden Federmittel (206,406, 506, 706, 806) auf der Grundplatte derart befestigt sind, daß die beweglichen Kontakte zum Zusammenwirken mit den betreffenden feststehenden Kontakten diesen unmittelbar gegenüberliegen, und die elektrisch oder magnetisch arbeitenden Antriebsmittel (203, 207; 403, 407; 503, 507; 703, 707; 803, 807) die beweglichen Kontakte (205, 405) in einer bezüglich der Durchgangsöffnungen axialen Richtung auf die entsprechenden feststehenden Kontakten selektiv zu bewegen.

2. Integrierte Schaltervorrichtung nach Anspruch Jo 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangsöffnungen und die einander zugeordneten feststehenden und beweglichen Kontakte in einer Matrix angeordnet sind und für jeder der Spalten oder Reihen der Matrix gemeinsam ein Federmittel (206, j5 406, 506, 706, 806) gebildet ist, das die beweglichen Kontakte einer Spalte oder Reihe der Matrix miteinander verbindet und daß zwischen der ersten und der zweiten Isolierplatte (201,401,501,701,801; 202,402,502,702,802) geschichtete Leiter (208,408, 508,708,808) vorgesehen sind, die die festsvehenden Kontakte jeder der Reihen oder Spalten der Matrix miteinander verbinden.