DEP0032691DA

DEP0032691DA - Piezo-electric relay

Info

Publication number: DEP0032691DA
Authority: DE
Original assignee: Immo AG Fabrik elektrotechnischer Artikel, Zürich
Publication date: 1951-04-19

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.The present invention relates to a relay which has a piezo-electric crystal as a drive means which deforms under the influence of a control voltage applied by means of electrodes.

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 elektrischePiezo-electric relays are known in which the movable contacts are attached directly to the crystal. As a result of the small deflections of a piezoelectric crystal, the movement path of the contacts attached to it is too small compared to the associated stationary contacts in these relays to be able to interrupt significant voltages at the contacts without interference. To circumvent this disadvantage, it has already been proposed to make the crystal element very long, which would, however, make the crystal very fragile. The sensitivity of known crystal relays is further reduced by the fact that in order to suppress reverse currents of the crystal in the control voltage circuit that arise from the pressing movement of the contacts

Dämpfung nötig sind.Attenuation are necessary.

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.The present invention eliminates the disadvantages mentioned in that the crystal is coupled via a transmission device to at least one movable contact which, in cooperation with at least one stationary contact, is capable of influencing electrical circuits. The transmission device is such that it increases the movement path resulting from the deformation of the crystal.

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.Further features of the invention emerge from the claims, the description and the drawing, in which, for example, three possible embodiments of the subject matter of the invention are shown schematically.

Fig. 1 zeigt einen Seitenriss des Relais nach einer ersten Ausführungsform undFig. 1 shows a side elevation of the relay according to a first embodiment and

Fig. 2 ein Detail des Relais gemäss einer zweiten Ausbildung, währendFig. 2 shows a detail of the relay according to a second embodiment, while

Fig. 3 teilweise eine dritte Ausbildung des Relais undFig. 3 partially shows a third embodiment of the relay and

Fig. 4 dasselbe bei einer angelegten Steuerspannung veranschaulicht.Fig. 4 illustrates the same with an applied control voltage.

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.The piezo-electric crystal 1 is firmly clamped at one end by means of a holder 2 and is fastened to a base plate 3 in such a way that the free end of the crystal 1 has clearance on all sides.

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.In the example shown in FIG. 1, a lever consisting of two elastic parts 6 and 7 is rigidly mounted at 7a on an abutment 11 attached to the base plate 3, the free crystal end being rigidly connected to the lever at 6a. At the end of the lever, the two parts 6 and 7 are rigidly riveted to one another and provided with a contact 8 which is arranged opposite a mating contact 9. The mating contact 9 is attached to a fixed support 11 with the help of insulating sleeves 10 and connected to a terminal 12, which is also isolated from the support 11, while the contact 8 located at the lever end is connected to a second via the lever part 7, the bearing 7a and the support 11 Terminal 13 is electrically connected. Two supply wires 14 and 15 for the control voltage are each connected to a coating on the crystal 1 that serves as an electrode.

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.When a control voltage is applied to the two wires 14 and 15, the crystal 1 bends with the free end upward in the drawing, for which purpose it is cut in a suitable direction to the physical axes. During this bending, the bearing 6a moves approximately upwards until the contact 8 attached to it touches the stationary contact 9 and thus a circuit connected to the connection terminals 12 and 13 closes.

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.When the electrical voltage is removed from the crystal electrodes, the crystal 1 resumes its original position and the movable contact 8 moves away from the stationary 9 again.

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.Of course, the contacts can also be arranged the other way around, so that they open when the relay is working; the contact arrangement can also be made such that the movable contact changes from one stationary to another stationary contact when the relay is working.

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.According to an embodiment of the subject matter of the invention shown in FIG. 2, there is a rigid lever 6, which carries the contact 8 (not shown) at one end and, close to its other end, by means of two cutter pans 6a and 6b on the one hand on a cutter 4 and formed as a fixed abutment on the other hand is mounted on a cutting edge 5 present at the free end of the crystal. The rest of the construction of the relay corresponds to that shown in FIG.

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.If the crystal 1 is bent under the influence of a control voltage, its free end with the cutting edge 5 moves upward in the drawing into the position shown in dashed lines in FIG. 2 and tilts while the lever 6 around the fixed cutting edge 4 until the contact attached to the end of the lever performs the desired switching process.

Anstatt auf Schneiden kann der als Uebersetzungsvorrichtung dienende Hebel auf Spitzen gelagert sein.Instead of cutting, the lever serving as a transmission device can be mounted on points.

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.In an exemplary embodiment shown in FIGS. 3 and 4, the crystal 1 is cut in such a way that it experiences a change in length under the effect of the control voltage. A lever consisting of two elastic parts 6 and 7, which parts are in turn rigidly connected to each other at 8 and carry at least one contact (not shown), are with the spread ends 6a and 7a on the one hand at the free end of the crystal 1 and on the other hand on a stationary one Abutment 11 rigidly attached.

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.If the crystal 1 is deformed under the influence of a control voltage, its free end moves upwards in the direction of the arrow P (FIG. 4) and the two elastic parts 6 and 7 bend in such a way that the contact located at 8 is in the Moves drawing to the right and performs the desired switching process.

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.Instead of an elastic lever, the configurations shown in FIGS. 1 and 3, 4 would also be used the use of a rigid lever is conceivable, which is fixed at the bearing points 6a and 7a by means of elastic intermediate links, e.g. rubber blocks, at the end of the crystal or on the abutment 11, in such a way that the lever tilts when one bearing point is shifted around the other bearing point.

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.The illustrated embodiments can be multiplied and rigidly varied. For a corresponding arrangement, the crystal could, for example, be cut in such a way that it rotates when a control voltage is applied to its electrodes. The lever shown can also be replaced by a toggle lever which buckles when its bearing points change position in order to actuate the movable contact. In general, any transmission device is suitable for the piezo-electric relay according to the invention, which converts the very small but relatively powerful movements of the crystal into a larger movement of the movable contact.

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.According to the invention, the parts of the transmission device are made of a movement-damping material so that bouncing movements of the movable contacts that occur during switching are not transmitted to the crystal. For the same purpose, the transmission device can also use a damping medium be surrounded. These measures prevent the creation of back voltages in the crystal without electrical attenuators, which is equivalent to an improved efficiency of the relay. In the case of crystal relays without a transmission device, the crystal cannot be effectively attenuated by a medium surrounding it due to insufficient deflections of the crystal.

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.The crystal itself can be made of any piezoelectric material, for example of Seignette salt, the electrodes consisting either of sprayed or vapor-deposited material or of metal foil coatings.

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.The piezo-electric relay created by the present invention has the great advantage over the apparatus of this type known to date that it can switch larger voltages, corresponding to the increased movement path of the movable contacts achieved by the transmission device. The relay according to the invention is also very advantageous with regard to the damping of reverse voltages in the control circuit, since there is no need for electrical damping.

Claims

1.) Piezo-electric relay with a piezo-electric crystal which deforms under the influence of a control voltage applied by means of electrodes, characterized in that the crystal is coupled to at least one movable contact via a transmission device which increases the movement path resulting from the deformation of the crystal, which, in cooperation with at least one assigned fixed contact, is able to influence electrical circuits.

2.) Piezo-electric relay according to claim 1, characterized in that the crystal is held immovably on one side and that the transmission device engages the free part of the crystal.

3.) Piezo-electric relay according to claim 1, characterized in that the crystal is cut such that it bends under the influence of an applied control voltage.

4.) Piezo-electric relay according to claim 1, characterized in that the crystal is cut such that it elongates under the influence of an applied control voltage in at least one dimension.

5.) Piezo-electric relay according to claim 1, characterized in that the crystal is cut such that it rotates under the influence of an applied control voltage.

6.) Piezo-electric relay according to claim 1, characterized in that the transmission device consists of at least one lever which carries the movable contact.

7.) Piezo-electric relay according to claim 6, characterized in that the translation lever is mounted on cutting edges.

8.) Piezo-electric relay according to claim 6, characterized in that the translation lever is mounted on tips.

9.) Piezo-electric relay according to claim 6, characterized in that the lever consists of at least one elastic part mounted in two points, which bends under a mutual change in position of its fastening points.

10.) Piezo-electric relay according to claim 6, characterized in that the lever consists of two elastic, rigidly connected parts, each of which is mounted in a point such that the parts bend under a mutual change in position of the fastening points.

11.) Piezo-electric relay according to claim 6, characterized in that the lever is designed as a toggle lever which buckles when its mounting points change in position.

12.) Piezo-electric relay according to claim 1, characterized in that the electrical feed to the movable contact takes place via the transmission device.

13.) Piezo-electric relay according to claim 6, characterized in that the electrical lead to the movable contact takes place via the lever and its bearing.

14.) Piezo-electric relay according to claim 1, characterized in that the transmission device consists of a movement-damping material, such that bouncing movements of the movable contact are not transmitted back to the crystal.

15.) Piezo-electric relay according to claim 1, characterized in that the transmission device is surrounded with a movement-damping medium in such a way that bouncing movements of the movable contact are not transmitted back to the crystal.