DE2815378C2 - Photokoppelanordnung - Google Patents

Description

f) das Isolierelement (21) aus einem transparenten herstellbar ist und trotzdem den zu stellenden Anfordethermopriastischen Kunststoff besteht dessen rungen entspricht

Brechungszahl und Ausdehnungskoeffizient in Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die

der Nähe der Brechungszahl und des Ausdeh- kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, nungskoeffizienten der dielelektrischen trans- 35 Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich parenten Schichten (17,18) liegen, aus den Unteransprüchen.

g) das Isolierelement (21) einen Träger (20) ent- Die Verwendung eines transparenten dielektrischen hält, von dem mindestens ein Teil in seiner Ebe- Materials als Koppelmedium zwise'irn Lichtstrahler ne senkrecht zur Schirmebene liegt, und Empfänger einer Photokoppelanordnung war aus

h) der Träger (20) sich auf den Tragkörper (23,24) 40 der DE-AS 16 39 414 an sich bekannt.

des Lichtsenders und dem Empfängers stützt Die Erfahrung hat gezeigt, daß in den von der Anmel

derin entwickelten Photokoppelanordnungen, die ein

2. Photokoppelanordnung nach Anspruch 1, da- Isolierelement der gekennzeichneten Art enthalten, die durch gekennzeichnet, daß gegenseitige Isolierung des Lichtstrahlers und des

45 Lichtempfängers erheblich verbessert ist, wobei der

gl) der Träger (20) zwei Schenkel aufweist, die zu Übertragungswirkungsgrad übrigens noch in demsel-

der Hauptebene des Schirmes (19) nahezu sym- ben Wertebereich wie der der üblichen Anordnungen

metrisch sind, liegt Das Vorhandensein eines solchen Isolierelementes

g2) das Profil des Isolierelements (21) nahezu die macht es tatsächlich unmöglich, daß die Anschlußdrähte

Form eines T aufweist. 50 des Lichtstrahlers und/oder des Lichtempfängers irr-

türrlicherweise nahe beieinander zu liegen kommen

3. Photokoppelanordnung nach Anspruch 1, da- oder miteinander in Kontakt geraten. Außerdem lassen durch gekennzeichnet daß sich derartige Isolierelemente leicht durch Pressen herstellen; ihre Geometrie ist reproduzierbar; ihre Posi-

g3j der Träger (20) zwei Schenkel und einen Hand- 55 tionierung ergibt keine technischen Schwierigkeiten habungsflügel (3Od) aufweist, wobei der Hand- und ihr Selbstkostenpreis ist sehr niedrig, habungsflügel sich auf der dem Schirm (19) ge- Überdies ist ein derartiges Isolierelement nicht nur

genüberliegenden Fläche des Trägers befindet, viel weniger zerbrechlich, sondern auch gegen Erschütg4) der Schirm, der Handhabungsflügel und die bei- terungen beständig und kann als Armierung für die ganden Schenkel des Trägers nahezu identisch sind 60 ze Anordnung dienen. Übrigens begünstigt er die Wär- und das Isolierelement ein kreuzförmiges Profil meableitung. aufweist. Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der

Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher

beschrieben. Es zeigt

65 Fig. 1 schematisch im Schnitt eine Photokoppelan-

Die Erfindung bezieht sich auf eine Photokoppelan- Ordnung mit einem Isolierelement, das durch den Ordnung entsprechend dem Oberbegriff des Patentan- Schirm allein gebildet wird; Spruchs 1. F i g. 2 eine Draufsicht auf dieselbe Anordnung;

F i g. 3 teilweise schematisch im Schnitt eine Photokoppelanordnung mit einem Isolierelement, das T-förmig gestaltet ist;

F i g. 4 eine Draufsicht auf die Anordnung nach F i g. 3 nach ihrer Unterbringung in einem wasserdichten Gehäuse, und

F i g. 5 teilweise eine Anordnung nach der Erfindung mit einem kreuzförmigen Isolierelement mit einem Handhabungsflügel.

Es sei bemerkt, daß in den Figuren der Deutlichkeit halber ilie Abmessungen stark übertrieben und nicht maßstäblich dargestellt sind.

Nach den F i g. 1 und 2 enthält die optoelektronische Photokoppelanordnung im wesentlichen einen Iichtstrahler 10 und einen Photoempfänger 11, die einander gegenüber angeordnet sind und insbesondere je einen Körper »u« und eine wirksame (ausstrahlende oder empfangene) Fläche »b« enthalten.

Im vorliegenden Beispiel sind der Strahler 10 und der Empfänger ! 1 je mit ihrer in den Figuren nicht dargestellten hinteren Flächen auf Metallabstützusgen 13 bzw. 14 angeordnet, die zugleich die elektrischen Verbindungen bilden, zwischen denen sich insbesondere die gewünschte Isolierung befinden muß.

In diesem Beispiel sind die genannten Abstützungen 13 und 14 in zwei mit den Indexen »a« und »b« versehene in F i g. 5 dargestellte Elemente unterteilt Die Kristalle sind mit ihrer hinteren Fläche auf den mit dem Bezugszeichen »a« versehenen Elementen festgeschweißt die je eine elektrische Verbindung eines der Kristalle bilden. Die mit dem Bezugszeichen »b« versehenen Elemente sind mit je einem ersten Ende biegsamer Verbindungsleiter 15 und 16 verbunden, deren zweites Ende übrigens mit einem nicht dargestellten Kontakt verschweißt ist der sich auf den wirksamen Flächen 10Z»und 11 b der genannten Kristalle befindet

Wegen der Handhabungsschwierigkeiten weisen die genannten Verbindungsleiter häufig eine weniger regelmäßige Form als die der in den Figuren dargestellten Verbindungsleiter auf und besitzen unter allen Umständen wenigstens eine Konvexität, deren Spitzen mit 15a und 160 bezeichnet sind.

Zwischen den genannten wirksamen Flächen befindet sich ein Schirm 12 aus einem thermoplastischen Material, der zwischen eine erste Schicht 17 und eine zweite Schicht 18 aus einem thermohärtbaren Material eingefügt ist und an diesen Schichten haftet. Übrigens haftet die genannte Schicht 17 an der wirksamen Fläche 10£> des Strahlerkristalls 10 und die Schicht 18 haftet an der wirksamen Fläche 11 b des Empfängerkristalls 11.

Bei den üblichen Anwendungen derartiger Photoempfänger ist der Spannungsunterschied zwischen einerseits dem Gebilde der Verbindungen 13, des Kristalls 10 und des Verbindungsleiters 15 und andererseits dem Gebilde der Verbindungen 14, des Kristalls 11 und des Verbindungsleiters 16 sehr hoch, und zwar mehrere Hundert oder mehrere Tausend Volt Dagegen sind der Spannungsunterschied zwischen der Verbindung 13a und dem Gebilde der Verbindung 13Z) und des Verbindungsleiters 15 sowie der Spannungsunterschied zwisehen der Verbindung 14a und dem Gebilde der Verbindung l4/> und des Verbindungsleiters 16 erheblich geringer, und zwar in der Größenordnung von höchstens einigen Volt.

Aus den Fig. 1 und 2 geht deutlich hervor, daß die Räume, in denen die Isolierung sich sehr schwer erhallen und aufrechterhalten läßt, der Raum zwischen der Spitze 15;/ des Verbindungsleiters 15 und, in der Fläche 116 des Kristalls 11, dem in den Figuren nicht dargestellt ten und dieser Spitze gegenüber liegenden Gebiet sowie der entsprechende Raum zwischen der Spitze 16a des Verbindungsleiters 16 und, in der Fläche \0b des Kristalls 10, dem in den Figuren nicht dargestellten und dieser Spitze gegenüber liegenden Gebiet sind.

Auch geht aus den Figuren deutlich hervor, daß die genannten Räume durch die beiden Schichten 17 und 18 und durch das Vorhandensein des Schirmes 12 genau in drei Zonen unterteilt werden. Die dielektrische Festigkeit des thermoplastischen Materials sichert eine ausgezeichnete Isolierung. Außerdem verhindern, wie oben bereits erwähnt wurde, die Heterogenität dieser Zonen und das Vorhandensein der in den Figuren nicht dargestellten Grenzflächen die Bildung von Leitungswegen, die die Isolierung verschlechtern und Leckströme ableiten.

Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der Anordnung nach der Erfindung nach den F i g. 3 χα Λ Α ist der Schirm

19 mit einem Träger 20 verbunden, mit den* er ein T-förmiges Element 21 bildet

Das Element 21 ruht auf den Abstützungen 23 und 24 unter Vermittlung von Ansätzen 22, die meistens Erhöhungen oder Ausstülpungen aus thermoplastischem Material sind, die vor der Montage des Photokopplers gebildet werden und sich auf der Fläche 20a des Trägers

20 den genannten Abstützungen gegenüber befinden.
Aus F i g. 3 ist ersichtlich, daß der Schirm 19 einen viel

größeren Flächeninhalt als der Querschnitt der genannten Abstützungen 23 und 24 aufweist Tatsächlich ist bekannt daß die Isolierung an der Oberfläche der Isoliermaterialien immer eine unbestimmtere Qualität aufweist Durch die im vorliegenden Beispiel angewandte Maßnahme kann der Weg eines etwaigen Streustroms von der Schicht 17 zu dem Gebiet 18 oder umgekehrt verlängert werden, wodurch dieser oberflächliche Leckstrom zwangsläufig insbesondere die Enden 19a, i9b oder 19cdurchfließen muß.

F i g. 5 zeigt ein besonders symmetrisches Beispiel einer P.iotokoppelanordnung mit einem kreuzförmigen Isolierelement 21 der an Hand der F i g. 3 beschriebenen Art.

Die Flügel 20a, 20b, 19 und 30</mit etwas dreieckigem Profil des genannten Elements können beliebig den zwischen dem auf der Abstützung 23 festgeschweißten Strahler 10 und dem auf der Abstützung 24 festgeschweißten Empfänger 11 angeordneten Schirm oder die Schenkel des auf den genannten Abstützungen 23 und 24 unter Vermittlung der Ansätze 22 ruhenden Trägers bilden, wobei der verbleibende Flügel als Handhabungsmittel für das genannte Element dient

Im dargestellten Beispiel spielt der Flügel 19 die Rolle eines Schirmes, während die Flügel 20a und 20Z> die Schenkel des Träger* bilden und der Flügel 3Od als Handhabungsflügel dient.

Das thermohärtbnre Material 26 umhüllt den Strahler 10 und den Empfänger 11 und haftet an den Wänden des Schirmes 19, der Abnützungen 23 und 24, der Ansätze 22 und an einer in der Figur nicht dargestellten Wand der Schenkel 20a und 20i>, die den Träger bilden.

Bei einer praktischen Ausführungsform liegt die Dikke jedes der Flügel 19, 20a, 20b, 3Od in der Größenordnung von 0,15 mm in seinem breitesten Teil, während der Winkel λ, den die Wand jedes der Flügel mit seiner Symmetrieachse oder mit einer zu der Symmetrieachse parallelen Achse einschließt, nahezu gleich 2° ist. Die Länge des Schirmes bleibt gleich 4 mm und die Gesamtbreite liegt in der Größenordnung von 2 mm.

10

15

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30

Es ist einleuchtend, daß die Handhabung eines derartigen Elements viel einfacher als die jedes anderen beliebigen Elements ist, weil je nach Wunsch des Benutzers jeder beliebige Flügel für die Handhabung benutzt und jeder beliebige Flügel als Schirm verwendet werden kann, wobei die beiden Flügel, die in der Ebene liegen, die zu der des genannten Flügels senkrecht ist, notwendigerweise den Träger bilden.

Die Photokoppelanordnung nach der Erfindung kann auf einfache Weise hergestellt werden, Jeder Kristall wird auf seiner Abstützung befestigt; dann werden die beiden Kristalle einander gegenüber in einem geeigneten gegenseitigen Abstand angeordnet. Anschließend wird durch ein geeignetes Verfahren ein geeignetes thermohärtbares Harz in pastenartigem Zustand zu beiden Seiten des Schirmes angebracht, der zwischen die genannten Kristalle eingefügt wird. Danach wird das "ensrsme HuTZ ir* /lan f*»*««»** 7»*«.»»**'j *»aU>..«*%u» γλ;» Lichtstrahler- und empfängerkristalle können mit dem genannten thermohärtbaren Material überzogen werden. Auch kann der genannte Schirm auf beiden Seiten überzogen werden.

deich ob die Kristalle überzogen werden, der Schirm überzogen wird oder die Kristalle sowie der Schirm überzogen verden, erfolgen diese Überziehvorgänge vor der Einführung des genannten Schirmes zwischen die Kristalle.

Im ersten Falle, in dem die Kristalle mit dem dielektrischen thermohärtbaren Material überzogen werden, besteht eine günstige Lösung darin, daß eine Anzahl von Strahlerkristallen und eine gleiche Anzahl von Empfängerkristallen auf kammartigen Abstützungen angebracht werden, wonach alle Kristalle in das genannte dielektrische thermohärtbare Material eingetaucht und schließlich die Schirme einer nach dem andern in Form einer Kette eingeführt werden.

Im zweiten Falle, in dem der Schirm mit einer Schicht aus dem thermohärtbaren Material überzogen wird, besteht eine vorteilhafte Lösung darin, daß der genannte Schirm in das genannte Material eingetaucht, dann der Schirm zwischen den Lichtstrahler- und empfängerkristallen angeordnet und danach die Ablagerung des genannten thermohärtbaren Materials mit einer das Gebilde bedeckenden Schicht des genannten Materials ergänzt wird.

Auch kann der Schirm zwischen dem Lichtstrahler und dem -empfänger angeordnet und das Gebilde von einer Schicht des genannten thermohärtbaren Materials umgeben werden.

Das nachstehend beschriebene Beispiel bezieht, sich auf die in den F i g. 3 und 4 dargestellte Anordnung.

Nach der Befestigung der Kristalle 10 und 11 auf ihren Abstützungen 23 bzw. 24 einander gegenüber werden der Schirm 19 und wenigstens die Fläche 20a des Trägers 20 von einer genügenden Masse thermohärtbaren Harzes umgeben.

Die Handhabung des Elements 21 wird durch das Vorhandensein des Trägers 20 vereinfacht

Vorteilhafterweise bilden die Abstützungen 23 und 24 je eine Konfiguration von Metallkämmen mit einer Anzahl identischer Konfigurationen, mit jeder von denen ein Photokoppler angeordnet ist; in diesem Falle kann der Vorgang zur Positionierung und Zentrierung der Lichtstrahler- und empfängerkristalle automatisiert und reproduzierbar gemacht werden.

Zwischen den Lichtstrahler und den -empfänger wird dann der Schirm 19 eingefügt, der vorher überzogen worden ist, und es wird dafür gesorgt, daß die Ansätze

22 des Gebildes 20 auf den Abstützungen 23 und 24 ruhen.

Das thermohärtbare Harz, mit dem der Schirm 19 und die Fläche 20a des Trägers 20 überzogen sind wird die Schichten 17,18,25 und 26 bilden.

Erforderlichenfalls wird anschließend eine Wärmebehandlung durchgeführt, um die dielektrischen Materalien schnell in den festen Zustand zu bringen; diese Behandlung erfolgt z. B. bei 120°C während einer Stunde in trockener Luft.

Das verwendete Harz ist thermohärtbar, so daß ein festes Gebilde erhalten wird, das aus den Abstützungen

23 und 24. den Kristallen lOund 11, den Schichten 17,18, 25 und 26 und dem Element 21, das insbesondere durch den Schirm 19 und den Träger 20 gebildet wird, besteht.

Nach Verfestigung der unterschiedlichen dielektrischen Materialien wird das so erhaltene Gebilde mil

CiHCiTi UrSuUrCnSiCiiiigCn ι ιαΓΖ üiTfgC-fjcn, uüS ein wäSScf-

dichtes Gehäuse bildet, das in F i g. 4 mit 17 bezeichnet ist.

Bei einer praktischen Ausführungsform liegt die Dikke des Schirmes 19 zwischen 0,1 und 0,2 mm, liegt die Dicke des Trägers 20 in der Größenordnung von 0,7 mm und beträgt die Dicke der Ansätze 22 etwa 03 mm. In diesem Falle betragen schätzungsweise die Gesamtabmessungen des Schirmes und seines Trägers: Länge 4 mm, Hö'!» 2mm und Breite nahezu 2 mm.

Bei einer Abwandlung zum Durchführen des Verfahrens nach der Erfindung werden die Kristalle 10 und 11 und ihre Abstützungen 23 und 24 sowie das Element 21 in einer eine geeignete Form aufweisenden Lehre angeordnet, dann wird das Gebilde von einer Schicht aus dem dielektrischen thermohärtbaren Material umgeben, das durch Kapillarwirkung in alle Zwischenräume eindringt. Wenn das genannte thermohärtbare Material den festen Zustand erreicht hat, wird das Ganze mit einem für Strahlung undurchlässigen Harz umgeben.

Die so durch eine einfache Technik erhaltenen Anordnungen sind kompakt, weisen eine hohe mechanische Festigkeit, einen sehr hohen optischen Wirkungsgrad und eine zeitlich unabhängige ausgezeichnete Isolierung auf. Diese Isolierung ist genügend zuverlässig, so daß sie eine aufwendige, gefährliche und häufig zerstörende Kontrolle jeder einzelnen Anordnung unnötig macht

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

65

Claims (1)

1 2

Eine Anordnung dieser Art ist bereits aus »Elcctro-

Patentansprüche: nies« vom 183.1976, Seite 133 bekannt

Bei der bekannten Photokoppelanordnung wird der

1. Photokoppelanordnung mit Schirm zwischen Lichtstrahler und Empfänger durch

5 eine Glaslamelle gebildet, die mit Hilfe eines Silikonhar-

a) einem Halbleiter-Lichtstrahler (10), der mit zes auf Metallflächen festgeklebt wird, die auf Halbleielektrischen Anschlüssen verbunden ist, terknstallen angebracht sind, in denen der Lichtstrahler

b) einem Halbleiter-Photoempfänger (11), der mit und der Lichtempfänger gebildet sind elektrischen Anschlüssen verbunden ist und der Diese Lösung weist noch zahlreiche Nachteile auf. gegenüber dem Lichtstrahier angeordnet ist, io Wegen des Unterschieds zwischen ihren Ausdehnungswobei der Lichtstrahler und der Empfänger auf koeffizienten läßt sich die erforderliche Haftung zwiseparaten Tragkörpern (23, 24) montiert sind sehen der Glaslamelle und der verwendeten Harz- und in einer optischen Achse optisch miteinan- schicht nicht einfach erreichen und sie ist nicht zaverläsder gekoppelt sind, sig. Wenn sich Risse an der Grenzfläche zwischen der

c) einem Isolierelement (21) mit einem im wesent- 15 Lamelle und dem dielektrischen transparenten Material liehen ebenen Schirm (19), der eine gegenseitige bilden, sind diese Risse Wege für Leckströme. Außerelektrische Isolierung zwischen dem Ljchtstrah- dem sind die Handhabung der Lamelle und ihre Fositioler und dem Empfänger bewirkt und mit sehier nierung zwischen dem Strahler und dem Empfänger Haupte6«ne zu der optischen Achse nahezu schwierig wegen der geringen Abmessungen der La- »enkrechi steht, 20 ineüe and wegen ihrer Zerbrechlichkeit Es ist somit im

d) einer Schicht (17) aus einem dielektrischen, Zusammenhang mit dem üchtübertragungswirkungstransparenten, am Lichtstrahler haftenden Ma- grad notwendig, daß die Abmessungen der genannten terial, weiche sich zwischen dem Lichtstrahler Lamelle klein bleiben, insbesondere was ihre Dicke an- und dem Schirm (IS) befindet, belangt

3) einer Schicht (18) aus einem dielektrischen 25 Übrigens leitet die Glaslamelle schwer die Wärme ab,

transparenten, am Empfänger haftenden Mate- die in der Photokoppalanordnung gespeichert ist und

rial, welche sich zwischen dem Empfänger und vor allem durch die Wirkung der Lichtquelle erzeugt ist

dem Schirm (19) befindet, Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese