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Piezoelektrisches Koppelfeld
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Die Erfindung betrifft ein piezoelektrisches Koppelfeld, insbesondere
für Fernsprechanlagen.
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Zur Erstellung elektronischer Fernsprechvermittlungssysteme werden
Koppelfelder benötigt, die derzeit aus bistabilen Einzelrelais aufgebaut sind. Die
dazu erforderliche große Anzahl von Einzelteilen und die damit verbundenen Herstellungskosten
machen derartige Koppelfelder zu kostenträchtigen Bausteinen.
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Um die Kosten zu senken, sind Koppelfelder bekanntgeworden, die zur
Ansteuerung der einzelnen Kreuzungspunkte ein Magnetsystem mit sich überkreuzenden
Weicheisenzungen verwenden, durch die Schutzgaskontakte angesteuert werden. Aber
auch diese Art von Koppelfeldern ist wegen der notwendigen Zahl von Ansteuerspulen
und Schutzgaskontakten nicht billig. Weiterhin ist es nicht einfach, eine gegenseitige
Beeinflussung der Kreuzungspunkte infolge magnetischer Kopplung völlig aus zu
schliessen.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Koppelfeld aufzuzeigen, das einen
einfachen Aufbau aufweist und bei dem zur Ansteuerung der Kreuzungspunkte nur geringe
Energie aufgewendet werden muß.
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Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Koppelfeld
aus einer Piezokeramikplatte besteht, die matrixartig mit Biegeelementen versehen
ist, daß diesen Biegeelementen beidseitig großflächige Elektroden zugeordnet sind,
die untereinander auf der einen Seite durch senkrecht und auf der anderen Seite
durch waagerecht verlaufende Leiterbahnen verbunden sind, daß jedes Biegeelement
mit magnetisch leitfähigen Mitteln ausgestattet ist, d-ie zumindest teilweise zwischen
die Pole eines Magnetsystems hineinragen, wobei die genannten Mittel und die Pole
die Kontaktstellen bilden.
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Uber die Elektroden werden die einzelnen Biegeelemente der Piezokeramikplatte
erregt. Das betreffende Biegeelement wird ausgelenkt und gelangt je nach Polarisationsrichtung
aus der instabilen Mittellage unter den Einfluß einer der Pole. Die Kontakt- und
Anlagekraft wird nun im wesentlichen vom Magnetsystem aufgebracht, so daß die Erregerspannung
an der Piezokeramik verschwinden kann, ohne daß die stabile Endlage des Biegeelementes
beeinflußt wird.
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Es kann zweckmäßig sein, wenn die magnetisch leitfähigen Mittel durch
einseitig und isoliert auf die Biegeelemente aufgebrachte Streifen gebildet sind,
die diese überragen und zwischen den Polen des Magnetsystems jeweils enden.
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Um die kapazitive Kopplung der Kontakte zu verringern, die durch die
hohe Dielektrizitätskonstante der Piezokeramik herrührt und eine nicht ausreichende
der in der Fernsprechtechnik erwünschten Nebensprechdämpfung zur Folge hat, ist
es für hochwertige Sprechverbindungen zweckmäßig, wenn die magnetisch leitfähigen
Mittel durch Lappen gebildet sind, die jeweils im Bereich zwischen den Magnetpolen
die Zunge des Biege elementes umgeben und wobei das Biegeelement aus zwei durch
eine elektrisch leitfähige Schicht getrennten Keramikplatten besteht, die an ihren
Aussenseiten mit je einer weiteren elektrisch leitfähigen Schicht überzogen ist.
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Im folgenden sei die Erfindung anhand von 6 Figuren näher erläutert.
Es zeigen Fig. 1 einen schematischen Aufbau eines Koppelfeldes, Fig. 2 die mit Biegeelementen
versehene Piezokeramikplatte, Fig. 3 die einzelnen Elektroden mit Leiterbahnen,
Fig. 4 den vollständigen Aufbau eines Koppelfeldes teilweise im Schnitt, Fig. 5
einen Querschnitt durch ein Biegeelement mit dem dazugehörigen Magnetsystem und
Fig. 6 eine andere Ausführungsform eines piezoelektrischen Koppelfeldes.
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Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung zeigt schematisch den Aufbau
eines Koppelfeldes. Es sind in senkrechter Richtung verlaufende x-Leitungen und
in waagerechter Richtung verlaufende y-Leitungen erkennbar. Im Bereich der Kreuzungspunkte
sind diese jeweils an einer Elektrode eines Piezokeramikplättchens elektrisch ange-
schlossen.
Legt man nun z,B, an x2, y2 die Spannung U an, so liegen am Kreuzungspunkt x2/y2
die - Ladungen gegenüber Durch den Piezoeffekt wird das Piezoplättchen verbogen,
wobei eine Durchschaltung (nicht gezeigt) erreicht wird. An anderen Koppelpunkten
der angesteuerten Koordinaten, die nicht im Kreuzungspunkt liegen, liegt dann eine
Spannung von U/3.
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Eine mögliche Ausführungsform eines Koppelfeldes ist in Fig. 2, 9,
4 und 5 dargestellt. In Fig. 2 ist eine Piezokeramikplatte 1 erkennbar 7 die matrixartig
mit Biegeelementen in Form von Zungen 2 versehen ist. Diesen Zungen sind beidseitig
großflächige Elektroden 3 zugeordnet, die untereinander auf der einen Seite der
Piezokeramikplatte durch senkrecht und auf der anderen Seite durch waagerecht verlaufende
Leiterbahnen verbunden sind.
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Die Elektroden 3 sind mit den Zungen fest verklebt.
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Auf der Rückseite der Keramikplatte (Fig. 4) sind Streifen 5 aus magnetisch
leitfähigem Material im Bereich der Zungen 2 isoliert aufgeklebt. Diese Streifen
5 haben wiederum federnde Zungen 4 (Fig. 5), analog zu den Zungen 2 der Piezokeramikplatte
1. Die Zungen 4 des Streifens 5 und die Zungen 2 der Piezokeramikplatte 1 ergeben
durch das Verkleben die Piezobiegefeder. Gegenüber den Streifen 5 sind isoliert
aufgebrachte Magnete 6 angeordnet, an denen Kontaktstreifen 7 mit Kontakt stücken
8 befestigt sind. Auf der gegenüberliegenden Seite sind isoliert die Magnete 9 mit
den Polstücken 10 befestigt.
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Beim Anlegen einer Spannung U an z.B. x2 und y2 (Fig. 5) liegt am
betreffenden Kreuzungspunkt die volle Spannung.
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Je nach Polarisierung wird die Keramik an dieser einen
Zunge
x2, y2 gereckt oder gestaucht, die Biegefeder biegt sich nach links oder nach rechts.
Zur Verstärkung der reinen Biegebewegung ist das Magnetsystem 6, 7, 8 und 9, 10
so dimensioniert, daß bereits bei geringer Piezoauslenkung die Zunge 4 an den entsprechenden
magnetischen Pol gezogen wird. So ist ein bistabiles System entstanden, die Mittellage
der Zunge 4 ist labil und wird praktisch nicht genutzt.
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Das in Fig. 6 dargestellte piezoelektrische Koppelfeld weist Biegeelemente
auf, die aus jeweils zwei zusammengesetzten Piezokeramikplatten 11, 12 bestehen,
die federnde Zungen 16 bilden und zwischen welchen jeweils ein Steuerbelag 13, der
aus einer elektrisch leitfähigen Schicht besteht, angeordnet ist. Jede Biegefeder
weist an ihrer Aussenseite weiterhin elektrisch leitfähige Beläge 14, 15 auf. Am
Ende der Zungen 16 ist jeweils ein weichmagnetischer Lappen 17 befestigt. Mit diesen
Lappen ragen die Zungen in den Bereich zwischen den Polen eines Magnetsystems hinein.
Der Magnet 18 mit den Polen 19 aus Eisen bildet die Ruheseite. Der Magnet 20 hat
ebenfalls Eisenpole 21, 22. Diese stellen die Kontaktseite dar. Beim vollständigen
Koppelfeld sind die Pole 21 senkrecht, die Pole 22 waagerecht leitend verbunden,
wobei die waagerechten Verbindungen unmagnetische elektrische Leiter sind. Die Pole
21, 22 sind dagegen den Magneten 20 elektrisch isoliert. Die Lappen 17, 23 stellen
jeweils Serienkontakte zu den senkrechten Leitungen 24 und den waagerechten Leitungen
25 dar.
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Wie die Fig. 6 zeigt, ist jeweils der Steuerbelag 13 mit einer x-Leitung
verbunden. Die beiden äusseren Beläge 14, 15 sind alle miteinander waagerecht verbunden
und stellen jeweils eine y-Leitung dar.
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6 Figuren / 3 Patentansprüche