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Piezoelektrisches Relais Die Erfindung betrifft ein piezoelektrisches
Relais, das sich besonders für äußerst geringe Schaltenergien eignet.
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Die zum Betrieb eines elektromagnetischen Relais notwendigen großen
Stromstärken sind bei geringen Schaltenergien oft nur durch eine nochmalige Röhrenverstärkung
zu erreichen. In vielen Fällen jedoch ist der Betrieb derartiger zusätzlicher Verstärker
zu teuer oder auch nicht möglich, besonders, wenn es sich um transportable Anlagen
handelt, für die das Gewicht der notwendigen Stromquellen sehr nachteilig sein kann.
Außerdem hängt die Betriebssicherheit solcher mit Röhrenverstärkern arbeitenden
Anlagen von dem Zustand der zur Speisung dienenden Batterien und der Röhren ab,
die den beim Transport auftretenden Erschütterungen nicht immer gewachsen sind.
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Die Erfindung beseitigt diese Nachteile durch die Schaffung .eines
Relais, das die piezoelektrischen Eigenschaften von Kristallen, z. B. der Seignette-Kristalle,
zur Anzeige bzw. Kontaktgebung benutzt und so empfindlich ist, daß es ohne irgendwelche
Verstärkung auf geringe Schaltenergien, bei denen die üblichen elektromagnetischen
Relais versagen, anspricht.
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Es sind bereits piezoelektrische Anordnungen bekannt; bei denen Platten
des Verbiegungstyps verwendet werden. An Stelle von Platten des Verbiegungstyps
hat man auch schon Platten des Verdrehungstyps benutzt. ' ' Es zeigte sich nun,
daß durch die Kombination von Biegetyp und Verdrehungstyp eine weitaus größere Empfindlichkeit
bzw. größere Auslenkung der Kontaktspitze als mit den bekannten Anordnungen erreicht
werden kann.
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Nach der Erfindung ist bei einem piezoelektrischen Relais für Gleichstrom,
bei dem ein Kristalldoppelstreifen an einem Ende auf elastischen Stützen gelagert
ist und sich unter dem Einfluß einer angelegten Spannung verdreht, am anderen Ende
des Plattenstreifen
senkrecht zur Streifenrichtung ein nach beiden
Seiten verlängerter Kristallstreifen angeordnet, der sich unter dem Einfluß der
angelegten Spannung derartig verbiegt, daß die durch die Drehung und Verbiegung
infolge der angelegten Spannung auftretenden Auslenkungen der Plattenstreifen sich
addieren und ein Mehrfaches der Auslenkungen der einzelnen Plattenstreifen betragen.
Zwei mit aufgedampften Elektroden versehene Kristallstreifen sind in an sich bekannter
Weise miteinander verklebt. An ihrem Ende ist ein weiterer Kristallstab angeordnet,
der als Hebel wirkt und die beim Anlegen einer Spannung auftretende Winkelverdrehung
des Kristallstreifens mitmacht und dadurch einen Kontakt öffnet bzw. schließt. Da
die Winkelverdrehung mit der Länge der Streifen zunimmt und von deren Breite unabhängig
ist, ist es für empfindliche und große Ausschläge zweckmäßig, recht lange und schmale
Kristallstreifen zu benutzen. Um die größte Kristallfestigkeit hierbei zu erreichen,
werden künstlich gewachsene Stäbe verwendet, deren c-Achse senkrecht zur Längsrichtung
der Streifen liegt. Um die Empfindlichkeit bzw. den Drehwinkel zu vergrößern, können
erforderlichenfalls mehrere Kristallstäbe durch geschmolzenes Seignette-Salz aneinandergesetzt
werden.
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Gegebenenfalls kann man, um die Ausmaße des Relais zu verkleinern,
die Doppelstreifen anstatt hintereinander nebeneinander anordnen.
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In den Abbildungen sind in zum Teil schematischer Weise Ausführungsbeispiele
nach der Erfindung dargestellt. Die Abb. i zeigt die bekannte Anordnung, bei der
der Kristalldoppelstreifen i an einem Ende durch den Metallträger 2 fest gelagert
ist, während sich das andere Ende q. beim Anlegen einer Spannung um einen bestimmten
Winkel verdreht, so daß der Hebel, die Winkelverdrehung des Kristallstreifens mitmacht
und mit seinem oberen Ende 5 einen Kontakt 6 öffnet bzw. schließt.
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In der Abb.2 ist die erfindungsgemäße Anordnung dargestellt. Die Kristallstreifen
i sind in üblicher Weise so zusammengeklebt, daß beim Anlegen einer Spannung eine
Winkelverdrehung des Kristalldoppelstreifens auftritt. An einem Ende sind die Streifen
mit Hilfe zweier dünner Stahlnadeln 7 und 7' an einem metallischen Haltekörper befestigt.
Der Hebelarm wird durch zwei Doppelkristallstreifen 8 und 8' mit aufgedampften Elektroden
gebildet. Die Döppelkristallstreifen sind so ausgeschnitten, daß ihre c-Achse unter
einem Winkel von q.5° zu ihrer Längsachse verläuft und beide am Ende des Doppelstreifens
i mit geschmolzenem Seignette-Salz angeschweißt. Das untere Ende ist in einem feststehenden
Spitzenlager so gestützt, daß es jede Drehbewegung, jedoch keine Bewegung senkrecht
zum Plattenstreifen ausüben kann. Beim Anlegen einer Spannung wird sich nun, wie
es Abb. 36 darstellt, der Doppelstreifen i verdrehen (Verdrehungstyp) und die senkrecht
dazu liegenden Doppelstreifen 8 und 8' unter derselben Spannung in demselben Sinne
verbiegen (Biegetyp). Die Bewegung des oberen Streifenendes 5 wird dadurch an der
Kontaktgebestelle 6 bedeutend vergrößert und die Empfindlichkeit des Relais somit
entsprechend gesteigert. Die Kontaktdrücke werden dabei ausschließlich von der Streifenbreite
bestimmt, während die Ausschläge entsprechend der Streifenlänge wachsen und von
der Streifenbreite vollkommen unabhängig sind. Werden bei geringstem Ausmaß des
Relais trotzdem große Ausschläge bzw. große Empfindlichkeit verlangt, so hat sich
die Anordnung nach Abb. q. besonders bewährt.
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Die beiden Doppelstreifen io und t i sind hier nebeneinander auf den
drehbar gelagerten Stützen 12 angeordnet. Der Doppelstreifen i o ist mit seinem
Ende 13 unverrückbar festgehalten. Beim Anlegen einer Spannung wird der Ausschlag
des Endes 1q. durch die biegsame, jedoch knickfeste Verbindung 16 auf das Ende 15
des zweiten Doppelstreifens i i übertragen. Dieser Streifen dreht sich aber infolge
der angelegten Spannung ebenfalls von sich aus in der gleichen Richtung. Der Ausschlag
des am Ende q. des Kristallstreifens i i angebrachten Hebelarmes bzw. die Empfindlichkeit
des Relais ist auf diese Weise über das Doppelte gesteigert, wie beim Arbeiten mit
nur einem Kristallstreifen, da außerdem durch die verschiedene Länge der Stützen
12 eine zusätzliche Vergrößerung des Drehwinkels erreicht wird. In der Abb. q. sind
die Kristallstreifen 8 und 8' lediglich schematisch durch einen Pfeil 3 angedeutet.
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Diese Doppelanordnung der Kristallplatten läßt sich in beliebiger
Folge wiederholen, so daß das Relais trotz kleiner Abmessungen auf sehr geringe
Schaltenergien anspricht. Ferner besteht noch die Möglichkeit, die Empfindlichkeit
dadurch zu steigern, daß zwei Stabsysteme, von denen jedes einen Kontakt trägt,
gegeneinander arbeiten und auf diese Weise die Kopplungsverbindung 16 überflüssig
wird.