DEP0032691DA - Piezo-elektrisches Relais - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Relais, welches als Antriebsmittel einen piezo-elektrischen Kristall aufweist, der sich unter dem Einfluss einer mittels Elektroden angelegten Steuerspannung deformiert.

Es sind piezo-elektrische Relais bekannt, bei denen die beweglichen Kontakte direkt auf dem Kristall angebracht sind. Infolge der geringen Auslenkungen eines piezo-elektrischen Kristalles ist der Bewegungsweg der daran befestigten Kontakte gegenüber den zugeordneten feststehenden Kontakten bei diesen Relais zu klein, um an den Kontakten nennenswerte Spannungen störungsfrei unterbrechen zu können. Zur Umgehung dieses Nachteiles wurde schon vorgeschlagen, das Kristallelement sehr lang zu dimensionieren, was jedoch eine hohe Zerbrechlichkeit des Kristalles mit sich bringen würde. Die Empfindlichkeit von bekannten Kristallrelais wird dadurch noch herabgesetzt, dass zur Unterdrückung von aus der Pressbewegung der Kontakte entstehenden Rückströmen des Kristalles im Steuerspannungskreis elektrische

Dämpfung nötig sind.

Die vorliegende Erfindung beseitigt die genannten Nachteile dadurch, dass der Kristall über eine Uebersetzungsvorrichtung mit mindestens einem beweglichen Kontakt gekuppelt ist, der in Zusammenarbeit mit mindestens einem feststehenden Kontakt imstande ist, elektrische Stromkreise zu beeinflussen. Die Uebersetzungsvorrichtung ist derart, dass sie den aus der Deformation des Kristalles entstehenden Bewegungsweg vergrössert.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung, in der rein beispielsweise drei mögliche Ausbildungen des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt sind.

Fig. 1 zeigt einen Seitenriss des Relais nach einer ersten Ausführungsform und

Fig. 2 ein Detail des Relais gemäss einer zweiten Ausbildung, während

Fig. 3 teilweise eine dritte Ausbildung des Relais und

Fig. 4 dasselbe bei einer angelegten Steuerspannung veranschaulicht.

Der piezo-elektrische Kristall 1 ist mittels eines Halters 2 an einem Ende fest eingespannt und auf einer Grundplatte 3 befestigt, derart, dass das freie Ende des Kristalles 1 nach allen Seiten Spielraum hat.

An einem auf der Grundplatte 3 befestigten Widerlager 11 ist bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel ein aus zwei elastischen Teilen 6 und 7 bestehender Hebel bei 7a starr gelagert, wobei das freie Kristallende bei 6a starr mit dem Hebel verbunden ist. Am Ende des Hebels sind die beiden Teile 6 und 7 starr miteinander vernietet und mit einem Kontakt 8 versehen, der einem Gegenkontakt 9 gegenüber angeordnet ist. Der Gegenkontakt 9 ist mit Hilfe von Isoliertüllen 10 an einer festen Stütze 11 befestigt und mit einer ebenfalls von der Stütze 11 isolierten Anschlussklemme 12 verbunden, während der am Hebelende angeordnete Kontakt 8 über den Hebelteil 7, die Lagerung 7a und die Stütze 11 mit einer zweiten Anschlussklemme 13 elektrischleitend in Verbindung steht. Zwei Zuführungsdrähte 14 und 15 für die Steuerspannung sind je mit einem als Elektrode dienenden Belag des Kristalles 1 verbunden.

Beim Anlegen einer Steuerspannung an die beiden Drähte 14 und 15 verbiegt sich der Kristall 1 mit dem freien Ende in der Zeichnung nach oben, zu welchem Zwecke er in geeigneter Richtung zu den physikalischen Achsen geschnitten ist. Bei dieser Verbiegung schiebt sich die Lagerung 6a etwa nach oben, bis der daran befestigte Kontakt 8 den feststehenden Kontakt 9 berührt und damit einen an den Anschlussklemmen 12 und 13 liegenden Stromkreis schliesst.

Bei Wegnahme der elektrischen Spannung von den Kristall-Elektroden nimmt der Kristall 1 wieder seine ursprüngliche Lage ein und der bewegliche Kontakt 8 entfernt sich wieder von dem feststehenden 9.

Selbstverständlich können die Kontakte auch umgekehrt angeordnet sein, so dass sie sich beim Arbeiten des Relais öffnen; auch kann die Kontaktanordnung so getroffen sein, dass der bewegliche Kontakt beim Arbeiten des Relais von einem feststehenden zu einem anderen feststehenden Kontakt wechselt.

Gemäss einem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist ein starrer Hebel 6 vorhanden, welche an dem einen Ende den nicht gezeichneten Kontakt 8 trägt und nahe bei seinem anderen Ende mittels zwei Schneidenpfannen 6a und 6b einerseits auf einer als festes Widerlager ausgebildeten Schneide 4 und andererseits auf einer am freien Kristallende vorhandenen Schneide 5 gelagert ist. Die übrige Ausbildung des Relais entspricht der in Fig. 1 dargestellten.

Wird der Kristall 1 unter dem Einfluss einer Steuerspannung verbogen, so bewegt sich sein freies Ende mit der Schneide 5 in der Zeichnung nach oben in die in Fig. 2 gestrichelt eingezeichnete Lage und kippt dabei den Hebel 6 um die feststehende Schneide 4 bis der am Hebelende befestigte Kontakt den gewünschten Schaltvorgang vornimmt.

Anstatt auf Schneiden kann der als Uebersetzungsvorrichtung dienende Hebel auf Spitzen gelagert sein.

Bei einem in den Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Kristall 1 derart geschnitten, dass er unter der Wirkung der Steuerspannung eine Längenänderung erfährt. Ein aus zwei elastischen Teile 6 und 7 bestehender Hebel, welche Teile bei 8 wiederum starr miteinander verbunden sind und mindestens einen (nicht gezeichneten) Kontakt tragen, sind mit den gespreizten Enden 6a und 7a einerseits am freien Ende des Kristalles 1 und andererseits an einem feststehenden Widerlager 11 starr befestigt.

Wird der Kristall 1 unter dem Einfluss einer Steuerspannung deformiert, so bewegt sich sein freies Ende in Richtung des Pfeiles P nach oben (Fig. 4) und die beiden elastischen Teile 6 und 7 verbiegen sich derart, dass der bei 8 angeordnete Kontakt sich in der Zeichnung nach rechts bewegt und den gewünschten Schaltvorgang vornimmt.

Anstelle eines elastischen Hebels wäre bei den in Fig. 1 und 3, 4 dargestellten Ausbildungen auch die Verwendung eines starren Hebels denkbar, der bei den Lagerstellen 6a und 7a mittels elastischen Zwischengliedern, z.B. Gummiklötzchen, am Kristallende bzw. am Widerlager 11 festgemacht ist, derart, dass der Hebel bei Verschiebung der einen Lagerstelle um die andere Lagerstelle kippt.

Die dargestellten Ausführungsbeispiele liessen sich vermehren und starr variieren. Für eine entsprechende Anordnung könnte der Kristall beispielsweise so geschnitten sein, dass er sich beim Anlegen einer Steuerspannung an seine Elektroden verdreht. Der gezeigte Hebel kann auch durch einen Kniehebel ersetzt sein, der bei einer gegenseitigen Lageänderung seiner Lagerpunkte durchknickt, um den beweglichen Kontakt zu betätigen. Ganz allgemein ist jede Uebersetzungsvorrichtung für das piezo-elektrische Relais nach der Erfindung geeignet, welche die sehr kleinen aber verhältnismässig kräftigen Bewegungen des Kristalles in eine grössere Bewegung des beweglichen Kontaktes umsetzt.

Gemäss der Erfindung sind die Teile der Uebersetzungsvorrichtung aus einem bewegungsdämpfenden Material gefertigt, um beim Schalten auftretende Prellbewegungen der beweglichen Kontakte nicht auf den Kristall zu übertragen. Zum gleichen Zwecke kann die Uebersetzungsvorrichtung auch mit einem dämpfenden Medium umgeben werden. Diese Massnahmen verhindern das Entstehen von Rückspannungen im Kristall ohne elektrische Dämpfungsglieder, was einem verbesserten Wirkungsgrad des Relais gleichkommt. Bei Kristallrelais ohne Uebersetzungsvorrichtung kann der Kristall durch ein ihn umgebendes Medium nicht wirksam gedämpft werden infolge zu geringen Auslenkungen des Kristalles.

Der Kristall selbst kann aus irgendeinem piezo-elektrischen Material sein, beispielsweise aus Seignette-Salz, wobei die Elektroden entweder aus aufgespritztem oder aufgedampftem Material oder aus Metallfolien-Belägen bestehen.

Das durch die vorliegende Erfindung geschaffene piezo-elektrische Relais hat gegenüber den bis heute bekannten Apparaten dieser Art den grossen Vorteil, dass mit ihm grössere Spannungen geschaltet werden können, entsprechend dem durch die Uebersetzungsvorrichtung erreichten vergrösserten Bewegungsweg der beweglichen Kontakte. Auch bezüglich der Dämpfung von Rückspannungen im Steuerkreis ist das erfindungsgemässe Relais sehr vorteilhaft, da sich eine elektrische Dämpfung erübrigt.

Claims (15)

1.) Piezo-elektrisches Relais mit einem sich unter dem Einfluss einer mittels Elektroden angelegten Steuerspannung deformierenden piezo-elektrischen Kristall, dadurch gekennzeichnet, dass der Kristall über eine den aus der Deformation des Kristalles entstehenden Bewegungsweg vergrössernde Uebersetzungsvorrichtung mit mindestens einem beweglichen Kontakt gekuppelt ist, der in Zusammenarbeit mit mindestens einem zugeordneten feststehenden Kontakt imstande ist, elektrische Stromkreise zu beeinflussen.

2.) Piezo-elektrisches Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kristall an einer Seite unbeweglich festgehalten ist und dass die Uebersetzungsvorrichtung am freien Teil des Kristalles angreift.

3.) Piezo-elektrisches Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kristall derart geschnitten ist, dass er sich unter dem Einfluss einer angelegten Steuerspannung verbiegt.

4.) Piezo-elektrisches Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kristall derart geschnitten ist, dass er sich unter dem Einfluss einer angelegten Steuerspannung in mindestens einer Dimension verlängert.

5.) Piezo-elektrisches Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kristall derart geschnitten ist, dass er sich unter dem Einfluss einer angelegten Steuerspannung verdreht.

6.) Piezo-elektrisches Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Uebersetzungsvorrichtung aus mindestens einem Hebel besteht, der den beweglichen Kontakt trägt.

7.) Piezo-elektrisches Relais nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel der Uebersetzung auf Schneiden gelagert ist.

8.) Piezo-elektrisches Relais nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel der Uebersetzung auf Spitzen gelagert ist.

9.) Piezo-elektrisches Relais nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel aus mindestens einem in zwei Punkten gelagerten elastischen Teil besteht, der sich unter einer gegenseitigen Lageveränderung seiner Befestigungspunkte verbiegt.

10.) Piezo-elektrisches Relais nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel aus zwei elastischen, miteinander starr verbundenen Teilen besteht, von denen jeder in einem Punkt gelagert ist, derart, dass sich die Teile unter einer gegenseitigen Lageveränderung der Befestigungspunkte verbiegen.

11.) Piezo-elektrisches Relais nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel als Kniehebel ausgebildet ist, der bei einer gegenseitigen Lageveränderung seiner Lagerungspunkte durchknickt.

12.) Piezo-elektrisches Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Zuleitung zum beweglichen Kontakt über die Uebersetzungsvorrichtung erfolgt.

13.) Piezo-elektrisches Relais nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Zuleitung zum beweglichen Kontakt über den Hebel und dessen Lager erfolgt.

14.) Piezo-elektrisches Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Uebersetzungsvorrichtung aus einem bewegungsdämpfenden Material besteht, derart, dass Prellbewegungen des beweglichen Kontaktes nicht auf den Kristall zurück übertragen werden.

15.) Piezo-elektrisches Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Uebersetzungsvorrichtung mit einem bewegungsdämpfenden Medium umgeben ist, derart, dass Prellbewegungen des beweglichen Kontaktes nicht auf den Kristall zurück übertragen werden.