EP0170173A1 - Piezoelectric relay - Google Patents

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EP0170173A1
EP0170173A1 EP85109069A EP85109069A EP0170173A1 EP 0170173 A1 EP0170173 A1 EP 0170173A1 EP 85109069 A EP85109069 A EP 85109069A EP 85109069 A EP85109069 A EP 85109069A EP 0170173 A1 EP0170173 A1 EP 0170173A1
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EP
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spring
longitudinal
longitudinal converter
converter
relay according
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EP85109069A
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Klaus Dipl.-Ing. Lüneburger
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H57/00—Electrostrictive relays; Piezo-electric relays
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H57/00—Electrostrictive relays; Piezo-electric relays
    • H01H2057/003—Electrostrictive relays; Piezo-electric relays the relay being latched in actuated position by magnet

Definitions

  • the invention relates to a piezoelectric relay with at least one piezoceramic transducer element, the change in shape of which can be implemented relative to at least one counter-contact element when a voltage is applied to actuate at least one movable contact element.
  • Electromagnetic systems in a wide variety of designs have always been used to drive relays, the excitation coil of which can have undesirable effects on the relay function due to its heating and through contact-damaging evaporation of the winding insulation.
  • the use of the piezoelectric effect for switching relay contacts was also considered a long time ago.
  • the shape change of piezoelectric transducer elements is only small compared to their size, the performance characteristics of electromagnetic relays have not been able to be achieved with such designs.
  • the contact element is connected directly to a bending transducer, so that the deflection of the bending element directly results in the contact stroke.
  • the bending transducer and thus the relay as a whole must have a size which is economical for most areas of application such relay does not allow. If the transducer is at the same time the carrier of the contact pieces, the power supply lines and possibly additional magnetic components, the transducer function is influenced by the electrical field of the switching voltage, while the heating of the contact pieces by the switching current can impair the transducer material itself.
  • the object of the invention is to provide a piezoelectric relay in which the force-displacement characteristic that can be achieved with electromagnetic relays can be implemented in a simple and space-saving construction.
  • this object is achieved in that an articulated spring is clamped as a movable contact element substantially parallel to a longitudinal converter, its clamping length being proportionally variable by changes in length of the longitudinal converter, and in that the counter-contact element or elements oppose the articulated spring approximately in its central region.
  • the change in length of the longitudinal transducer or elongator is therefore transferred to an articulated spring, that is to say a leaf spring which is subjected to buckling.
  • This buckling spring is more or less bent in proportion to the length of the longitudinal transducer, with its central region moving perpendicular to the longitudinal axis of the elongator. In this way, a deflection can be achieved which results in a usable contact path if the buckling spring is designed as a contact element in its central region.
  • the kink is in the de-energized state of the longitudinal converter which is essentially stretched, it being expedient to provide a slight deflection of the spring in this state as well, in order to permit buckling only in a defined direction when the longitudinal converter responds. With such a slight deflection, a sufficient contact force of the buckling spring can be applied to a cone contact element even in this switching position.
  • the piezoceramic linear transducer has no contact current leads, no contact pieces or magnetic components. Its change in length is transferred to the buckling spring, sufficient contact paths being achievable with such an arrangement. The stroke can be increased if the buckling spring is removed from the axis of the longitudinal converter and the change in length of the converter is transferred to the spring via a lever system.
  • a monostable system When using a longitudinal converter with one or more buckling springs, a monostable system is obtained.
  • a bistable version could also be created if two transducers are used, one of which causes a positive change in length via a pivot point and a lever. In this case, however, the construction becomes more complicated.
  • the buckling spring In the de-energized state of the longitudinal converter, the buckling spring is stretched in one embodiment of the invention. In order to obtain contact force for this position, too the spring can be bent out of its rest position by a counter contact. This measure also ensures that when the longitudinal converter responds, the spring is bent only in a defined direction. In the rest position, the contact force can therefore be generated solely by the rigidity of the slightly deflected spring, without the tensile action of the longitudinal converter having to make any contribution to this. In certain applications, this pulling action could also be used.
  • the piezoelectric relay shown in FIG. 1 contains a longitudinal transducer 2 in a housing 1, which is attached to the housing with one end 2a and is freely movable in the direction of its longitudinal axis with its free end 2b.
  • a change in length, namely a shortening, of the longitudinal converter takes place, which is noticeable in a displacement of the end face at the end 2b.
  • a kink spring 3 designed as a leaf spring is provided, which is coupled at its ends to the ends of the longitudinal converter 2, that is to say at the end 3a with the end 2a and at the end 3b with the end 2b.
  • the buckling spring 3 has a contact piece 4 which can be switched between two counter-contact elements 5 and 6.
  • Contact connection elements for the contact piece 4 and for the counter-contact elements 5 and 6 are not specifically shown, but they must be provided in the usual way.
  • a pressure spring 7 is provided for coupling between the longitudinal converter 2 and the buckling spring 3, which presses the end 3b onto the end face at the converter end 2b.
  • the buckling spring 3 assumes the solid line shape in FIG. 1.
  • the contact piece 4 rests on the counter-contact element 5, as a result of which the articulated spring 3 is bent slightly to the left from the elongated shape. If the converter element 2 is connected to voltage via connection elements (not shown), it shortens and the end 2b moves upward in FIG. 1. The buckling spring 3 is thus strongly bent to the left, the contact piece 4 being pressed against the mating contact 6. The spring 3 then takes the dashed shape 3c. After switching off the voltage on the longitudinal converter 2, the spring returns to its initial position or initial shape.
  • Fig. 2 shows a modification to Fig. 1 in such a way that the buckling spring 3 is offset with its longitudinal axis with respect to the longitudinal axis of the longitudinal converter 2, the change in length of the longitudinal converter 2 is transmitted to the buckling spring 3 via a lever 8. This requires a larger contact stroke. Otherwise, the mode of operation of the relay corresponds to the embodiment of FIG. 1.
  • the lever arm 8 is also supported here with its end 8a in the housing 1 and is pressed against the free end of the longitudinal converter 2 via a leaf spring 17.
  • the lever arm is firmly clamped in the housing 1 in the area 1a, in such a way that it receives a pretension towards the free end of the longitudinal converter 2.
  • the lever arm 8 follows it and thus switches the contact piece 4 from the mating contact element 5 to the mating contact element 6.
  • the buckling spring 3 is clamped between two lever arms 18a and 18b, which in turn are clamped in the housing part 19 in such a way that they press on the end faces of the longitudinal converter 2 from both sides.
  • the function of the relay is the same as in the previous example.
  • the longitudinal converter 2 is clamped between two pressure plates 28a and 28b, which form a pressure frame with two buckling springs 23a and 23b, which surrounds the longitudinal converter 2.
  • the two buckling springs 23a and 23b are biased into a more curved shape; if the longitudinal converter shortens, they bend more and switch from the normally closed contacts 25a and 25b to the normally open contacts 26a and 26b around.
  • the two buckling springs 23a and 23b can be electrically connected via the pressure plates and act as a bridge contact without their own connection. If these buckling springs 23a and 23b are insulated from one another and each provided with their own connections, two changeover switches are formed.
  • two pressure plates 38a and 38b are tensioned with a tensioning band 39 on the two end faces of the longitudinal converter 2.
  • the tension band 39 surrounds the longitudinal converter in such a way that it is under pressure in its longitudinal direction.
  • a permanent magnet system can be provided in addition to generating a tilting characteristic and increasing the contact force. 8 and 9, an embodiment for such a permanent magnet system is schematically provided.
  • a permanent magnet 40 is arranged between two pole pieces 41 and 42, the free pole surfaces of which are each brought up to the counter-contact elements 5 and 6.
  • Such a permanent magnet system can be used in this or in a modified form for all previously described relay systems.

Abstract

1. Piezoelectric relay with at least one piezoceramic longitudinal transducer (2), the change in length of which on the application of a voltage causes a proportional change in the clamped length of at least one contact element constructed as bent spring (3; 23a, 23b; 33), the central region of the bent spring (3; 23a, 23b; 33) executing a transverse motion relative to at least one counter-contact element (5, 6; 25a, 25b, 26a, 26b; 35, 36), characterized in that the bent spring (3; 23a, 23b; 33) is clamped essentially parallel to the longitudinal transducer (2), it being possible by means of the change in lenght of the longitudinal transducer (2) to change its clamped length proportionally in the same sense and is brought into non-positive compressive connection with the end faces of the longitudinal transducer (2) through means for elastic biasing.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein piezoelektrisches Relais mit mindestens einem piezokeramischen Wandlerelement, dessen Formänderung beim Anlegen einer Spannung zur Betätigung mindestens eines beweglichen Kontaktelementes relativ zu mindestens einem Gegenkontaktelement umsetzbar ist.The invention relates to a piezoelectric relay with at least one piezoceramic transducer element, the change in shape of which can be implemented relative to at least one counter-contact element when a voltage is applied to actuate at least one movable contact element.

Zum Antrieb von Relais werden seit jeher Elektromagnetsysteme in verschiedensten Ausführungsformen verwendet, deren Erregerspule durch ihre Erwärmung und durch kontaktschädliche Ausdünstungen der Wicklungsisolierung unerwünschte Auswirkungen auf die Relaisfunktion haben kann. Auf der Suche nach anderen Antriebssystemen wurde auch bereits vor langer Zeit eine Ausnutzung des piezoelektrischen Effekts zum Schalten von Relaiskontakten in Erwägung gezogen. Da die Formänderung piezoelektrischer Wandlerelemente jedoch im Vergleich zu ihrer Größe nur gering ist, konnten mit derartigen Konstruktionen bisher die Leistungseigenschaften elektromagnetischer Relais nicht erreicht werden.Electromagnetic systems in a wide variety of designs have always been used to drive relays, the excitation coil of which can have undesirable effects on the relay function due to its heating and through contact-damaging evaporation of the winding insulation. When looking for other drive systems, the use of the piezoelectric effect for switching relay contacts was also considered a long time ago. However, since the shape change of piezoelectric transducer elements is only small compared to their size, the performance characteristics of electromagnetic relays have not been able to be achieved with such designs.

So ist bei bekannten piezoelektrischen Relais (DE-GM 19 17 876, DE-OS 28 11 524) jeweils das Kontaktelement unmittelbar mit einem Biegewandler verbunden, so daß die Auslenkung des Biegeelementes unmittelbar den Kontakthub ergibt. Um bei derartigen Relais einen genügend großen Kontakthub zu erhalten, müssen der Biegewandler und damit das Relais insgesamt eine Größe erhalten, die für die meisten Anwendungsgebiete einen wirtschaftlichen Einsatz derartiger Relais nicht ermöglicht. Ist der Wandler gleichzeitig Träger der Kontaktstücke, der Stromzuführungen und evtl. zusätzlicher magnetischer Bauteile, so wird die Wandlerfunktion durch das elektrische Feld der Schaltspannung beeinflußt, während die Erwärmung der Kontaktstücke durch den Schaltstrom das Wandlermaterial selbst beeinträchtigen kann. Außerdem gibt es Probleme, zwischen dem Kontaktmaterial und der Wandlerkeramik eine haltbare Verbindung herzustellen, die keine Bimetall-Wirkung haben darf. Von Nachteil ist auch, daß die Wandler aufgrund ihrer Eigenschaften (Hysterese, Schleichen, Reihenfolge der Betätigungen) keine konstanten Kontaktkräfte ermöglichen.In known piezoelectric relays (DE-GM 19 17 876, DE-OS 28 11 524), the contact element is connected directly to a bending transducer, so that the deflection of the bending element directly results in the contact stroke. In order to obtain a sufficiently large contact stroke with such relays, the bending transducer and thus the relay as a whole must have a size which is economical for most areas of application such relay does not allow. If the transducer is at the same time the carrier of the contact pieces, the power supply lines and possibly additional magnetic components, the transducer function is influenced by the electrical field of the switching voltage, while the heating of the contact pieces by the switching current can impair the transducer material itself. There are also problems in creating a durable connection between the contact material and the transducer ceramic, which must not have a bimetal effect. Another disadvantage is that the transducers do not allow constant contact forces due to their properties (hysteresis, creep, sequence of operations).

Aufgabe der Erfindung ist es, ein piezoelektrisches Relais zu schaffen, bei dem die bei elektromagnetischen Relais erreichbare Kraft-Weg-Charakteristik in einer einfachen und platzsparenden Konstruktion verwirklicht werden kann.The object of the invention is to provide a piezoelectric relay in which the force-displacement characteristic that can be achieved with electromagnetic relays can be implemented in a simple and space-saving construction.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß als bewegliches Kontaktelement eine Knickfeder im wesentlichen parallel zu einem Längswandler eingespannt ist, wobei ihre Einspannlänge durch Längenänderungen des Längswandlers proportional veränderbar ist, und daß das bzw. die Gegenkontaktelemente der Knickfeder etwa in deren Mittelbereich gegenüberstehen.According to the invention, this object is achieved in that an articulated spring is clamped as a movable contact element substantially parallel to a longitudinal converter, its clamping length being proportionally variable by changes in length of the longitudinal converter, and in that the counter-contact element or elements oppose the articulated spring approximately in its central region.

Bei der Erfindung wird also die Längenänderung des Längswandlers bzw. Elongators auf eine Knickfeder, also eine auf Knickung beanspruchte Blattfeder, übertragen. Proportional zur Länge des Längswandlers wird diese Knickfeder mehr oder weniger durchgebogen, wobei sich ihr Mittelbereich senkrecht zur Längsachse des Elongators bewegt. Auf diese Weise läßt sich eine Auslenkung erreichen, die einen brauchbaren Kontaktweg ergibt, wenn die Knickfeder in ihrem Mittelbereich als Kontaktelement ausgebildet ist. Im spannungslosen Zustand des Längswandlers ist die Knickfeder im wesentlichen gestreckt, wobei es zweckmäßig ist, auch in diesem Zustand eine leichte Durchbiegung der Feder vorzusehen, um beim Ansprechen des Längswandlers eine Ausknickung nur in einer definierten Richtung zuzulassen. Mit einer derartigen leichten Durchbiegung kann auch bei dieser Schaltstellung eine genügende Kontaktkraft der Knickfeder gegenüber einem Cegenkontaktelement aufgebracht werden.In the invention, the change in length of the longitudinal transducer or elongator is therefore transferred to an articulated spring, that is to say a leaf spring which is subjected to buckling. This buckling spring is more or less bent in proportion to the length of the longitudinal transducer, with its central region moving perpendicular to the longitudinal axis of the elongator. In this way, a deflection can be achieved which results in a usable contact path if the buckling spring is designed as a contact element in its central region. The kink is in the de-energized state of the longitudinal converter which is essentially stretched, it being expedient to provide a slight deflection of the spring in this state as well, in order to permit buckling only in a defined direction when the longitudinal converter responds. With such a slight deflection, a sufficient contact force of the buckling spring can be applied to a cone contact element even in this switching position.

Mit der Erfindung wird nicht nur der grundsätzliche Vorteil eines piezoelektrischen Relais, nämlich die Vermeidung einer Erregerspule und der mit ihr verbundenen Probleme, erreicht, vielmehr wird es durch die Trennung des piezokeramischen Wandlers vom Kontaktelement möglich, das gewünschte Schaltverhalten auf einfachere Weise zu verwirklichen. Der piezokeramische Längswandler besitzt keine Kontakt-Stromzuführungen, keine Kontaktstücke oder magnetischen Bauelemente. Seine Längenänderung wird auf die Knickfeder übertragen, wobei mit einer derartigen Anordnung ausreichende Kontaktwege erreichbar sind. Eine Vergrößerung des Hubs ist möglich, wenn die Knickfeder von der Achse des Längswandlers entfernt wird und die Längenänderung des Wandlers über ein Hebelsystem auf die Feder übertragen wird.With the invention, not only the basic advantage of a piezoelectric relay, namely the avoidance of an excitation coil and the problems associated with it, is achieved, but rather it is possible to achieve the desired switching behavior in a simpler manner by separating the piezoceramic transducer from the contact element. The piezoceramic linear transducer has no contact current leads, no contact pieces or magnetic components. Its change in length is transferred to the buckling spring, sufficient contact paths being achievable with such an arrangement. The stroke can be increased if the buckling spring is removed from the axis of the longitudinal converter and the change in length of the converter is transferred to the spring via a lever system.

Bei Verwendung eines Längswandlers mit einer oder mehreren Knickfedern erhält man ein monostabiles System. Es könnte aber auch eine bistabile Ausführung geschaffen werden, wenn zwei Wandler verwendet werden, von denen einer über einen Drehpunkt und einen Hebel eine positive Längenänderung bewirkt. Die Konstruktion wird in diesem Fall jedoch komplizierter.When using a longitudinal converter with one or more buckling springs, a monostable system is obtained. However, a bistable version could also be created if two transducers are used, one of which causes a positive change in length via a pivot point and a lever. In this case, however, the construction becomes more complicated.

Im spannungslosen Zustand des Längswandlers ist die Knickfeder bei einer Ausführungsform der Erfindung gestreckt. Um für diese Stellung auch Kontaktkraft zu erhalten, muß die Feder durch einen Gegenkontakt etwas aus ihrer Ruhelage herausgebogen werden. Mit dieser Maßnahme wird auch sichergestellt, daß beim Ansprechen des Längswandlers eine Knickung der Feder nur in definierter Richtung erfolgt. In der Ruhelage läßt sich also die Kontaktkraft allein durch die Steifigkeit der geringfügig ausgelenkten Feder erzeugen, ohne daß die Zugwirkung des Längswandlers hierzu einen Beitrag leisten muß. In bestimmten Anwendungsfällen könnte auch diese Zugwirkung mit herangezogen werden.In the de-energized state of the longitudinal converter, the buckling spring is stretched in one embodiment of the invention. In order to obtain contact force for this position, too the spring can be bent out of its rest position by a counter contact. This measure also ensures that when the longitudinal converter responds, the spring is bent only in a defined direction. In the rest position, the contact force can therefore be generated solely by the rigidity of the slightly deflected spring, without the tensile action of the longitudinal converter having to make any contribution to this. In certain applications, this pulling action could also be used.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

  • Fig. 1 ein piezoelektrisches Relais mit einem Längswandler und einer unmittelbar an dem Längswandler angebrachten Knickfeder,
  • Fig. 2 einen Längswandler mit einer über ein Hebelsystem angekoppelten Knickfeder,
  • Fig. 3 bis 5 verschiedene Abwandlungen eines Längswandlers mit einer Knickfeder,
  • Fig. 6 einen Längswandler mit zwei rahmenartig angeordneten Knickfedern,
  • Fig. 7 einen Längswandler mit einem Druckrahmen und einer Knickfeder,
  • Fig. 8 und 9 ein in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen anwendbares Dauermagnetsystem in zwei Ansichten.
The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments with reference to the drawing. It shows
  • 1 shows a piezoelectric relay with a longitudinal transducer and an articulated spring attached directly to the longitudinal transducer,
  • 2 shows a longitudinal converter with an articulated spring coupled via a lever system,
  • 3 to 5 different modifications of a longitudinal converter with an articulated spring,
  • 6 shows a longitudinal converter with two buckling springs arranged in a frame-like manner,
  • 7 shows a longitudinal converter with a pressure frame and an articulated spring,
  • 8 and 9 a permanent magnet system applicable in the previous exemplary embodiments in two views.

Alle Zeichnungen zeigen lediglich den schematischen Aufbau des Relaissystems. Die konstruktive Ausgestaltung kann der Fachmann daraus ableiten.All drawings only show the schematic structure of the relay system. The person skilled in the art can derive the structural design from this.

Das in Fig. 1 dargestellte piezoelektrische Relais enthält in einem Gehäuse 1 einen Längswandler 2, der mit einem Ende 2a am Gehäuse befestigt ist und mit seinem freien Ende 2b in Richtung seiner Längsachse frei beweglich ist. Das bedeutet, daß beim Anlegen einer Spannung an den Längswandler 2 über nicht dargestellte Anschlußelemente eine Längenänderung, nämlich eine Verkürzung, des Längswandlers erfolgt, was sich in einer Verschiebung der Stirnseite am Ende 2b bemerkbar macht. Parallel zum Längswandler ist eine als Blattfeder ausgebildete Knickfeder 3 vorgesehen, welche mit ihren Enden jeweils mit den Enden des Längswandlers 2 gekoppelt ist, also am Ende 3a mit dem Ende 2a und am Ende 3b mit dem Ende 2b. Etwa in ihrer Mitte besitzt die Knickfeder 3 ein Kontaktstück 4, welches zwischen zwei Gegenkontaktelementen 5 und 6 umschaltbar ist. Kontaktanschlußelemente für das Kontaktstück 4 und für die Gegenkontaktelemente 5 und 6 sind nicht eigens dargestellt, doch müssen sie in üblicher Weise vorgesehen werden. Außerdem ist zur Kopplung zwischen Längswandler 2 und Knickfeder 3 eine Andruckfeder 7 vorgesehen, welche das Ende 3b auf die Stirnseite am Wandlerende 2b drückt.The piezoelectric relay shown in FIG. 1 contains a longitudinal transducer 2 in a housing 1, which is attached to the housing with one end 2a and is freely movable in the direction of its longitudinal axis with its free end 2b. This means that when a voltage is applied to the longitudinal converter 2 via connection elements, not shown, a change in length, namely a shortening, of the longitudinal converter takes place, which is noticeable in a displacement of the end face at the end 2b. Parallel to the longitudinal converter, a kink spring 3 designed as a leaf spring is provided, which is coupled at its ends to the ends of the longitudinal converter 2, that is to say at the end 3a with the end 2a and at the end 3b with the end 2b. Approximately in the middle, the buckling spring 3 has a contact piece 4 which can be switched between two counter-contact elements 5 and 6. Contact connection elements for the contact piece 4 and for the counter-contact elements 5 and 6 are not specifically shown, but they must be provided in the usual way. In addition, a pressure spring 7 is provided for coupling between the longitudinal converter 2 and the buckling spring 3, which presses the end 3b onto the end face at the converter end 2b.

Solange das Wandlerelement nicht erregt ist, nimmt die Knickfeder 3 die in Fig. 1 durchgezogene Linienform ein. Dabei liegt das Kontaktstück 4 auf dem Gegenkonaktelement 5 auf, wodurch die Knickfeder 3 leicht aus der gestreckten Form nach links durchgebogen ist. Wird das Wandlerelement 2 über nicht dargestellte Anschlußelemente an Spannung gelegt, so verkürzt es sich und das Ende 2b verschiebt sich in Fig. 1 nach oben. Damit wird die Knickfeder 3 stark nach links durchgebogen, wobei das Kontaktstück 4 gegen den Gegenkontakt 6 gedrückt wird. Die Feder 3 nimmt dann die gestrichelte Form 3c ein. Nach Abschalten der Spannung am Längswandler 2 kehrt die Feder wieder in ihre Ausgangslage bzw. Ausgangsform zurück.As long as the transducer element is not energized, the buckling spring 3 assumes the solid line shape in FIG. 1. The contact piece 4 rests on the counter-contact element 5, as a result of which the articulated spring 3 is bent slightly to the left from the elongated shape. If the converter element 2 is connected to voltage via connection elements (not shown), it shortens and the end 2b moves upward in FIG. 1. The buckling spring 3 is thus strongly bent to the left, the contact piece 4 being pressed against the mating contact 6. The spring 3 then takes the dashed shape 3c. After switching off the voltage on the longitudinal converter 2, the spring returns to its initial position or initial shape.

Die Fig. 2 zeigt eine Abwandlung gegenüber Fig. 1 in der Weise, daß die Knickfeder 3 mit ihrer Längsachse gegenüber der Längsachse des Längswandlers 2 versetzt ist, wobei die Längenänderung des Längswandlers 2 über einen Hebel 8 auf die Knickfeder 3 übertragen wird. Dadurch ist ein größerer Kontakthub erforderlich. Ansonsten entspricht die Wirkungsweise des Relais der Ausführungsform von Fig. 1. Ein solches System ist auch in Fig. 3 dargestellt. Der Hebelarm 8 ist auch hier mit seinem Ende 8a im Gehäuse 1 gelagert und wird über eine Blattfeder 17 an das freie Ende des Längswandlers 2 angedrückt.Fig. 2 shows a modification to Fig. 1 in such a way that the buckling spring 3 is offset with its longitudinal axis with respect to the longitudinal axis of the longitudinal converter 2, the change in length of the longitudinal converter 2 is transmitted to the buckling spring 3 via a lever 8. This requires a larger contact stroke. Otherwise, the mode of operation of the relay corresponds to the embodiment of FIG. 1. Such a system is also shown in FIG. 3. The lever arm 8 is also supported here with its end 8a in the housing 1 and is pressed against the free end of the longitudinal converter 2 via a leaf spring 17.

Bei der Ausführungsform von Fig. 4 ist der Hebelarm im Gehäuse 1 im Bereich 1a fest eingespannt, und zwar so, daß er auf das freie Ende des Längswandlers 2 hin eine Vorspannung erhält. Bei Verkürzung des Längswandlers folgt ihm also der Hebelarm 8 und schaltet damit das Kontaktstück 4 vom Gegenkontaktelement 5 zum Gegenkontaktelement 6 um.In the embodiment of FIG. 4, the lever arm is firmly clamped in the housing 1 in the area 1a, in such a way that it receives a pretension towards the free end of the longitudinal converter 2. When the longitudinal converter is shortened, the lever arm 8 follows it and thus switches the contact piece 4 from the mating contact element 5 to the mating contact element 6.

In Weiterbildung von Fig. 4 ist bei der Ausführungsform von Fig. 5 die Knickfeder 3 zwischen zwei Hebelarmen 18a und 18b eingespannt, welche ihrerseits in dem Gehäuseteil 19 so verspannt sind, daß sie von beiden Seiten auf die Stirnflächen des Längswandlers 2 drücken. Die Funktion des Relais ist die gleiche wie beim vorhergehenden Beispiel.In the embodiment of FIG. 4, the buckling spring 3 is clamped between two lever arms 18a and 18b, which in turn are clamped in the housing part 19 in such a way that they press on the end faces of the longitudinal converter 2 from both sides. The function of the relay is the same as in the previous example.

Bei der Ausführungsform von Fig. 6 ist der Längswandler 2 zwischen zwei Druckplatten 28a und 28b eingespannt, welche mit zwei Knickfedern 23a und 23b einen Druckrahmen bilden, der den Längswandler 2 umgibt. Die beiden Knickfedern 23a und 23b sind dabei in eine stärker gekrümmte Form vorgespannt; wenn der Längswandler sich verkürzt, biegen sie sich stärker durch und schalten von den Ruhekontakten 25a und 25b zu den Arbeitskontakten 26a und 26b um. Die beiden Knickfedern 23a und 23b können über die Druckplatten elektrisch verbunden sein und ohne eigenen Anschluß als Brückenkontakt wirken. Werden diese Knickfedern 23a und 23b voneinander isoliert und mit jeweils eigenen Anschlüssen versehen, so werden zwei Umschalter gebildet.In the embodiment of FIG. 6, the longitudinal converter 2 is clamped between two pressure plates 28a and 28b, which form a pressure frame with two buckling springs 23a and 23b, which surrounds the longitudinal converter 2. The two buckling springs 23a and 23b are biased into a more curved shape; if the longitudinal converter shortens, they bend more and switch from the normally closed contacts 25a and 25b to the normally open contacts 26a and 26b around. The two buckling springs 23a and 23b can be electrically connected via the pressure plates and act as a bridge contact without their own connection. If these buckling springs 23a and 23b are insulated from one another and each provided with their own connections, two changeover switches are formed.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 7 sind zwei Druckplatten 38a und 38b mit einem Spannband 39 auf die beiden Stirnseiten des Längswandlers 2 gespannt. Das Spannband 39, von dem in Fig. 7 lediglich eine Seite zu sehen ist, umgibt den Längswandler so, daß er in seiner Längsrichtung unter Druck steht. Bei Erregung und damit verbundener Verkürzung des Längswandlers 2 werden die Druckplatten 38a und 38b aneinander angenähert, so daß die zwischen ihnen gespannte Druckfeder 33 vom Gegenkontakt 35 auf den Gegenkontakt 36 umschaltet.In the embodiment according to FIG. 7, two pressure plates 38a and 38b are tensioned with a tensioning band 39 on the two end faces of the longitudinal converter 2. The tension band 39, of which only one side can be seen in FIG. 7, surrounds the longitudinal converter in such a way that it is under pressure in its longitudinal direction. When the longitudinal transducer 2 is excited and shortened, the pressure plates 38a and 38b are brought closer together so that the compression spring 33 stretched between them switches from the counter contact 35 to the counter contact 36.

Für alle Ausführungsformen kann zusätzlich zur Erzeugung einer Kippcharakteristik und zur Verstärkung der Kontaktkraft ein Dauermagnetsystem vorgesehen werden. In Fig. 8 und 9 ist schematisch eine Ausführungsform für ein derartiges Dauermagnetsystem vorgesehen. Dabei ist ein Dauermagnet 40 zwischen zwei Polschuhen 41 und 42 angeordnet, deren freie Polflächen jeweils an die Gegenkontakelemente 5 und 6 herangeführt sind. Ein derartiges Dauermagnetsystem kann in dieser oder in einer abgewandelten Form für alle vorher beschriebenen Relaissysteme zur Anwendung kommen.For all embodiments, a permanent magnet system can be provided in addition to generating a tilting characteristic and increasing the contact force. 8 and 9, an embodiment for such a permanent magnet system is schematically provided. A permanent magnet 40 is arranged between two pole pieces 41 and 42, the free pole surfaces of which are each brought up to the counter-contact elements 5 and 6. Such a permanent magnet system can be used in this or in a modified form for all previously described relay systems.

Claims (9)

1. Piezoelektrisches Relais mit mindestens einem piezokeramischen Wandlerelement (2), dessen Formänderungen beim Anlegen einer Spannung zur Betätigung mindestens eines beweglichen Kontaktelementes (3; 23a, 23b; 33) relativ zu mindestens einem Gegenkontaktelement (5, 6; 25a, 25b, 26a, 26b; 35, 36) umsetzbar ist, dadurch ge- kennzeichnet, daß als bewegliches Kontaktelement eine Knickfeder (3; 23a, 23b; 33) im wesentlichen parallel zu einem Längswandler (2) eingespannt ist, wobei ihre Einspannlänge durch Längenänderungen des Längswandlers (2) proportional veränderbar ist, und daß das bzw. die Gegenkontaktelemente (5, 6; 25a, 25b, 26a, 26b; 35, 36) der Knickfeder (3; 23a, 23b; 33)'etwa in deren Mittelbereich gegenüberstehen.1. Piezoelectric relay with at least one piezoceramic transducer element (2), the shape changes of which when a voltage is applied to actuate at least one movable contact element (3; 23a, 23b; 33) relative to at least one counter-contact element (5, 6; 25a, 25b, 26a, 26b; 35, 36) can be implemented, characterized in that an articulated spring (3; 23a, 23b; 33) is clamped essentially parallel to a longitudinal converter (2) as the movable contact element, its clamping length being changed by changes in length of the longitudinal converter (2nd ) can be changed proportionally, and that the counter-contact element or elements (5, 6; 25a, 25b, 26a, 26b; 35, 36) face the buckling spring (3; 23a, 23b; 33) ' approximately in the central area thereof. 2. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, daß die Knickfeder (3) mit ihren beiden Enden (3a, 3b) unmittelbar an die Enden (2a, 2b) des Längswandlers (2) gekoppelt und in ihrem Mittelbereich mit Kontaktoberflächen (4) versehen ist.2. Relay according to claim 1, characterized in that the buckling spring (3) with its two ends (3a, 3b) is coupled directly to the ends (2a, 2b) of the longitudinal converter (2) and in its central region with contact surfaces (4th ) is provided. 3. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, daß die Enden der Knickfeder (3) über ein Hebelsystem (7) an die Enden des Längswandlers (2) gekoppelt sind.3. Relay according to claim 1, characterized in that the ends of the articulated spring (3) via a lever system (7) are coupled to the ends of the longitudinal converter (2). 4. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Knickfeder (3) bzw. ein Hebelarm (8) des Hebelsystems mittels einer Druckfeder (7; 17) an den Längswandler (2) in dessen Reaktionsrichtung angedrückt wird.4. Relay according to one of claims 1 to 3, characterized in that the articulated spring (3) or a lever arm (8) of the lever system by means of a compression spring (7; 17) is pressed against the longitudinal converter (2) in the direction of its reaction. 5. Relais nach Anspruch 3, dadurch gekenn- zeichnet, daß ein Hebelarm (8) für die Knickfeder (3) über eine feste Einspannung (1a) in einem Gehäuserahmen (1) in Reaktionsrichtung des Längswandlers (2) vorgespannt ist.5. Relay according to claim 3, characterized in that a lever arm (8) for the kinks which (3) is prestressed in the housing direction (1) in the reaction direction of the longitudinal converter (2) via a fixed clamping (1a). 6. Relais nach Anspruch 3, dadurch gekenn- zeichnet, daß zwei in einer Halterung (19) eingespannte Hebelarme (18a, 18b) für die Enden der Knickfeder (3) eine Vorspannung auf beide Stirnflächen des Längswandlers (2) ausüben.6. Relay according to claim 3, characterized in that two lever arms (18a, 18b) clamped in a holder (19) for the ends of the articulated spring (3) exert a prestress on both end faces of the longitudinal converter (2). 7. Relais nach Anspruch 3, dadurch gekenn- zeichnet, daß zwei Druckplatten (38a, 38b) mittels eines den Längswandler (2) umschließenden Druckrahmens (39) auf die Stirnflächen des Längswandlers (2) gedrückt werden und mit ihren freien Enden mindestens eine Knickfeder (33) einschließen.7. Relay according to claim 3, characterized in that two pressure plates (38a, 38b) are pressed by means of a pressure frame (39) surrounding the longitudinal converter (2) onto the end faces of the longitudinal converter (2) and with their free ends at least one buckling spring Include (33). 8. Relais nach Anspruch 3 oder 7, dadurch ge- kennzeichnet, daß beiderseits des Längswandlers (2) je eine Knickfeder (23a, 23b) angeordnet ist und daß auf beiden Stirnseiten des Längswandlers (2) jeweils eine Druckplatte (28a, 28b) aufliegt, wobei die an ihren Enden miteinander verbundenen Knickfedern (23a, 23b) und Druckplatten (28a, 28b) einen Druckrahmen für den Längswandler (2) bilden, dessen Druckkräfte durch eine Vorspannung der Knickfedern (23a, 23b) erzeugt wird.8. Relay according to claim 3 or 7, characterized in that a buckling spring (23a, 23b) is arranged on each side of the longitudinal converter (2) and that a pressure plate (28a, 28b) rests on both end faces of the longitudinal converter (2) , wherein the ends of the articulated springs (23a, 23b) and pressure plates (28a, 28b) form a pressure frame for the longitudinal converter (2), the compressive forces of which are generated by prestressing the articulated springs (23a, 23b). 9. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der kontaktgebende Abschnitt der Knickfeder (3) zumindest teilweise ferromagnetisch ist und zwischen den Polschuhen (41, 42) eines Dauermagnetsystems liegt.9. Relay according to one of claims 1 to 8, characterized in that the contacting portion of the buckling spring (3) is at least partially ferromagnetic and between the pole pieces (41, 42) of a permanent magnet system.
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