EP0758792B1 - Koppelfeld - Google Patents

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EP0758792B1
EP0758792B1 EP96112250A EP96112250A EP0758792B1 EP 0758792 B1 EP0758792 B1 EP 0758792B1 EP 96112250 A EP96112250 A EP 96112250A EP 96112250 A EP96112250 A EP 96112250A EP 0758792 B1 EP0758792 B1 EP 0758792B1
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EP
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crosspoints
membrane
region
mechanically
switching unit
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EP96112250A
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EP0758792A3 (de
EP0758792A2 (de
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Jörg Dipl.-Ing. Franzke
Wolfgang Dipl.-Ing. Kraft
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Krone GmbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H67/00—Electrically-operated selector switches
    • H01H67/22—Switches without multi-position wipers
    • H01H67/24—Co-ordinate-type relay switches having an individual electromagnet at each cross-point
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H13/00—Switches having rectilinearly-movable operating part or parts adapted for pushing or pulling in one direction only, e.g. push-button switch
    • H01H13/70—Switches having rectilinearly-movable operating part or parts adapted for pushing or pulling in one direction only, e.g. push-button switch having a plurality of operating members associated with different sets of contacts, e.g. keyboard
    • H01H13/702—Switches having rectilinearly-movable operating part or parts adapted for pushing or pulling in one direction only, e.g. push-button switch having a plurality of operating members associated with different sets of contacts, e.g. keyboard with contacts carried by or formed from layers in a multilayer structure, e.g. membrane switches
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H2221/00—Actuators
    • H01H2221/008—Actuators other then push button
    • H01H2221/022—Actuators other then push button electromagnetic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01H2221/00—Actuators
    • H01H2221/046—Actuators bistable
    • H01H2221/048—Actuators bistable magnetic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H51/00—Electromagnetic relays
    • H01H51/22—Polarised relays
    • H01H51/2209—Polarised relays with rectilinearly movable armature

Definitions

  • the invention relates to a switching matrix for switching electrical signal lines.
  • Coupling fields are preferably used in communication and data technology used when a large number of lines must be switched.
  • switching fields that are not signal-bound are the known ones electromechanical coupling fields. These consist of individual relays that pass through Corresponding wiring using wire or printed circuit boards to coupling fields be put together. This type of execution of the switching matrix is particularly problematic with a large number of crosspoints, since these then in must be arranged at different levels. This requires large amounts of Connection cables and various control modules can be used. Moreover In the case of non-latching relays, current must flow continuously through the coil in order to Keep contact closed. This leads to an undesirably large Power consumption, especially since in many applications the individual Crosspoints are only switched very rarely.
  • Such a three-dimensional galvanic switch is known from WO 92/22919 is known in which by means of three positioning axes spherical connecting means be moved.
  • the spherical connecting means are alternately conductive or Insulated so that the corresponding crosspoint is either switched through or is opened.
  • This well-known switching matrix allows a compact, self-holding Construction of the coupling fields.
  • the disadvantage of this design is the complex and costly mechanics.
  • a switching matrix with the features of the preamble of claim 1 is known from DE-A-2 260 002.
  • the invention is therefore based on the problem of a robust, to create signal-independent, switching matrix that is more cost-effective and compact Construction is to be produced.
  • the invention is explained in more detail below on the basis of a preferred exemplary embodiment explained.
  • the single figure shows a cross section through a coupling point of the Switching matrix.
  • the switching matrix consists of a large number of coupling points 1, preferably arranged in a matrix, for the sake of clarity, only one coupling point 1 is shown in cross section in FIG.
  • a mechanically flexible film 2 preferably serves as the base of the switching matrix.
  • a mechanically stable film 3 is applied to the mechanically flexible film 2.
  • the two films 2, 3 can be glued together or finally laminated with the other films.
  • the mechanically stable film 3 is opened in the area of the coupling points 1. This can be done, for example, by punching out or other methods known in film technology.
  • a mechanically flexible film 4 is applied to the mechanically stable film 3, on the underside of which permanent magnets 5 are attached in the area of the coupling points 1 and on the upper side contact surfaces 6.
  • the permanent magnets 5 and the contact surfaces 6 are preferably attached by gluing to the mechanically flexible film 4.
  • the dimensions of the permanent magnet 5 are somewhat smaller than the cavities created by the opening of the mechanically stable film 3.
  • a mechanically stable film 7 is applied to the mechanically flexible film 4 and is open in the area of the coupling points 1.
  • the mechanically stable film 7 is basically constructed in exactly the same way as the mechanically stable film 3.
  • a mechanically flexible film 8 is applied to the mechanically stable film 7, on the underside of which in the area of the coupling points 1 contact surfaces 9 and on the upper side of which a ferromagnetic material 10 are fastened.
  • the contact surfaces 9 and the ferromagnetic material 10 are preferably attached by gluing.
  • the contact surfaces 6, 9 are arranged congruently to one another, it being possible in principle that a plurality of contact surfaces 6, 9 are used instead of one.
  • a mechanically stable film 11 is applied to the mechanically flexible film 8 and is open in the area of the coupling points 1. In principle, the mechanically stable film 11 is constructed in exactly the same way as the mechanically stable films 3, 7 described above.
  • the height dimension of the ferromagnetic material 10 can be less than or equal to the height dimension of the mechanically stable film 11.
  • a mechanically stable film 12 is preferably applied to the mechanically stable film 11.
  • Coils 13 are embedded or etched into the film 12 in the area of the coupling points.
  • the electrical leads 14 of the coils 13 are arranged on the film 12, preferably in a matrix, towards the edges of the switching matrix.
  • the function of the switching matrix is explained below. If the coil 13 of a coupling point 1 is selectively excited with appropriate polarity, a magnetic field is built up which magnetizes the ferromagnetic material 10. This results in a magnetic attraction between the permanent magnet and the ferromagnetic material 10. The mechanically flexible foils 4, 8 are bent by the force to such an extent that the contact surfaces 6, 9 touch and switch through the coupling point. If the excitation of the coil 13 is now interrupted, the ferromagnetic material 10 remains in its magnetized state and the coupling point 1 remains switched through. If the contact is to be separated again, the coil 13 is excited with reverse polarity.
  • the electrical signal lines, which are connected or disconnected via the contact surfaces 6, 9, are preferably led out as conductor tracks on the mechanically flexible foils 4, 8 to the edges of the switching matrix.
  • the distances between the individual coupling points 1 must be selected to be sufficiently large that, on the one hand, magnetic interference is avoided and, on the other hand, the mechanically flexible foils 4, 8 are sufficiently clamped in the region of a coupling point 1 so that the foils 4, 8 deflect the surrounding coupling points 1 at a coupling point 1 are not influenced.
  • the individual foils can be glued or laminated together, for example.
  • the production by means of foils, which can be processed, for example, from the roll, enables particularly cost-effective production with high throughput.
  • a preferred field of application of the switching matrix is the use as a signal-independent, remotely controllable distributor in communication and data technology.

Description

Die Erfindung betrifft ein Koppelfeld zur Schaltung elektrischer Signalleitungen.
Koppelfelder werden vorzugsweise in der Kommunikations- und Datentechnik eingesetzt, wenn eine große Anzahl von Leitungen geschaltet werden muß.
Im allgemeinen werden elektronische Koppelfelder benutzt, die platzsparend als integrierte Schaltungen ausgerührt sind. Diese haben jedoch den Nachteil, nur spezifische Signalarten schalten zu können. Außerdem sind die elektronischen Koppelfelder empfindlich gegenüber elektromagnetischer Störstrahlung (EMV) und großen Temperaturschwankungen. Koppelfelder, die nicht an eine spezifische Signalart gebunden sind, beruhen auf elektrodynamischen, thermischen oder elektrostatischen Eigenschaften. Diese Koppelfelder sind sehr komplex ausgebildet, was sehr hohe Fertigungskosten zur Folge hat. Ähnliches gilt für mikromechanische Koppelfelder.
Eine weitere Art nicht signalgebundener Koppelfelder sind die bekannten elektromechanischen Koppelfelder. Diese bestehen aus einzelnen Relais, die durch entsprechende Verdrahtung mittels Draht oder Leiterplatten zu Koppelfeldern zusammengefügt werden. Diese Art der Ausführung der Koppelfelder wird insbesondere bei einer großen Anzahl von Koppelpunkten problematisch, da diese dann in verschiedenen Ebenen angeordnet werden müssen. Hierzu müssen große Mengen von Verbindungskabeln und verschiedenen Ansteuermodulen verwendet werden. Außerdem muß bei nicht selbsthaltenden Relais fortlaufend Strom durch die Spule fließen, um den Kontakt geschlossen zu halten. Dies führt zu einer unerwünscht großen Leistungsaufnahme, insbesondere da in vielen Anwendungen die einzelnen Koppelpunkte nur sehr selten geschaltet werden.
Aus der WO 92/22919 ist ein derartiger dreidimensionaler galvanischer Schalter bekannt, bei dem mittels dreier Positionierachsen kugelförmige Verbindungsmittel bewegt werden. Die kugelförmigen Verbindungsmittel sind abwechselnd leitend bzw. isolierend ausgeführt, so daß der entsprechende Koppelpunkt entweder durchgeschaltet oder geöffnet wird. Dieses bekannte Koppelfeld erlaubt eine kompakte, selbsthaltende Bauweise der Koppelfelder. Nachteilig bei dieser Ausführung ist die aufwendige und kostspielige Mechanik.
Ein Koppelfeld mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 ist aus DE-A-2 260 002 bekannt.
Der Erfindung liegt von daher das Problem zugrunde, ein robustes, signalartunabhängiges, Koppelfeld zu schaffen, das in kostengünstiger und kompakter Bauweise herzustellen ist.
Die Lösung des Problems ergibt sich aus dem Patentanspruch 1 Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen erfaßt.
Durch die Zuordnung eines Permanentmagneten zu der einen Kontaktfläche und der Zuordnung einer Spule mit ferromagnetischem Werkstoff zu der gegenüberliegenden Kontaktfläche eines jeden Koppelpunktes ergibt sich eine besonders einfache und robuste Ausführung des Koppelfeldes. Durch die selektive Erregung der Spule eines Koppelpunktes wird der zugeordnete ferromagnetische Werkstoff magnetisiert. Bei geeigneter Polung der Erregung kommt es zu einer magnetischen Anziehungskraft zwischen Permanentmagnet und ferromagnetischem Werkstoff und somit der sich gegenüberliegenden Kontaktflächen. Der Koppelpunkt wird also geschlossen. Dieser Zustand verbleibt auch nach Abschalten der Erregung der Spule. Durch Umpolung der Erregung kann der Koppelpunkt wieder geöffnet werden. Durch die Ausführung des Koppelfeldes mittels Folien ist eine besonders kompakte Bauweise der Koppelfelder möglich. Außerdem erlaubt die Ausführung mittels Folien eine kostengünstige Fertigung der Koppelfelder, da die entsprechend vorverarbeiteten Folien von der Rolle weiterverarbeitbar sind und so ein besonders hoher Durchsatz erreichbar ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die einzige Figur zeigt einen Querschnitt durch einen Koppelpunkt des Koppelfeldes.
Das Koppelfeld besteht aus einer Vielzahl bevorzugt matrixförmig angeordneter Koppelpunkte 1. Übersichtlichkeitshalber ist in der Figur 1 nur ein Koppelpunkt 1 im Querschnitt dargestellt. Als Basis des Koppelfeldes dient vorzugsweise eine mechanisch flexible Folie 2 . Auf die mechanisch flexible Folie 2 wird eine mechanisch stabile Folie 3 aufgebracht. Die beiden Folien 2, 3 können miteinander verklebt werden oder abschließend mit den anderen Folien laminiert werden. Die mechanisch stabile Folie 3 ist im Bereich der Koppelpunkte 1 geöffnet. Dies kann z.B. durch Ausstanzen oder andere in der Folientechnik bekannte Verfahren geschehen. Auf die mechanisch stabile Folie 3 wird eine mechanisch flexible Folie 4 aufgebracht, auf deren Unterseite im Bereich der Koppelpunkte 1 Permanentmagnete 5 und an deren Oberseite Kontaktflächen 6 befestigt sind. Die Befestigung der Permanentmagnete 5 und der Kontaktflächen 6 erfolgt vorzugsweise durch Verkleben mit der mechanisch flexiblen Folie 4 . Die Abmessungen des Permanentmagneten 5 sind etwas kleiner als die durch die Öffnung der mechanisch stabilen Folie 3 entstandenen Hohlräume. Auf die mechanisch flexible Folie 4 ist eine mechanisch stabile Folie 7 aufgebracht, die im Bereich der Koppelpunkte 1 geöffnet ist. Die mechanisch stabile Folie 7 ist prinzipiell genauso aufgebaut wie die mechanisch stabile Folie 3 . Auf der mechanisch stabilen Folie 7 ist eine mechanisch flexible Folie 8 aufgebracht, an deren Unterseite im Bereich der Koppelpunkte 1 Kontaktflächen 9 und an deren Oberseite ein ferromagnetischer Werkstoff 10 befestigt sind. Die Befestigung der Kontaktflächen 9 und des ferromagnetischen Werkstoffes 10 erfolgt vorzugsweise durch Verklebung. Die Kontaktflächen 6, 9 sind deckungsgleich zueinander angeordnet, wobei es prinzipiell auch möglich ist, daß an stelle einer mehrere Kontaktflächen 6, 9 verwendet werden. Auf die mechanisch flexible Folie 8 ist eine mechanisch stabile Folie 11 aufgebracht, die im Bereich der Koppelpunkte 1 geöffnet sind. Die mechanisch stabile Folie 11 ist prinzipiell genauso aufgebaut wie die zuvor beschriebenen mechanisch stabilen Folien 3, 7 . Die Höhenabmessung des ferromagnetischen Werkstoffes 10 kann kleiner bzw. gleich der Höhenabmessung der mechanisch stabilen Folie 11 sein. Auf die mechanisch stabile Folie 11 ist eine vorzugsweise mechanisch stabile Folie 12 aufgebracht. In die Folie 12 sind im Bereich der Koppelpunkte 1 Spulen 13 eingebettet oder eingeätzt. Die elektrischen Zuführungen 14 der Spulen 13 sind auf der Folie 12 vorzugsweise matrixförmig zu den Rändern des Koppelfeldes hin angeordnet.
Nachfolgend wird die Funktion des Koppelfeldes erläutert.
Wird selektiv bei entsprechender Polung die Spule 13 eines Koppelpunktes 1 erregt, so baut sich ein Magnetfeld auf, das den ferromagnetischen Werkstoff 10 magnetisiert. Dadurch kommt es zu einer magnetischen Anziehungskraft zwischen dem Permanentmagnet und dem ferromagnetischen Werkstoff 10 . Durch die Kraft werden die mechanisch flexiblen Folien 4, 8 so weit durchgebogen, daß sich die Kontaktflächen 6, 9 berühren und den Koppelpunkt durchschalten. Wird nun die Erregung der Spule 13 unterbrochen, so verbleibt der ferromagnetische Werkstoff 10 in seinem magnetisierten Zustand, und der Koppelpunkt 1 bleibt durchgeschaltet. Soll der Kontakt wieder getrennt werden, erregt man die Spule 13 mit umgekehrter Polung. Die elektrischen Signalleitungen, die über die Kontaktflächen 6, 9 miteinander verbunden bzw. getrennt werden, werden vorzugsweise als Leiterbahnen auf den mechanisch flexiblen Folien 4, 8 zu den Rändern des Koppelfeldes herausgeführt. Die Abstände zwischen den einzelnen Koppelpunkten 1 müssen ausreichend groß gewählt werden, daß zum einen eine magnetische Beeinflussung vermieden wird und zum anderen die mechanisch flexiblen Folien 4, 8 im Bereich eines Koppelpunktes 1 ausreichend eingespannt sind, so daß durch die Durchbiegung der Folien 4, 8 an einem Koppelpunkt 1 die umliegenden Koppelpunkte 1 nicht beeinflußt werden. Prinzipiell ist es auch möglich, den Permanentmagneten 5 als Kontaktfläche 6 zu verwenden oder aber den Permanentmagneten 5 direkt unter der Kontaktfläche 6 anzuordnen. Dadurch kann die Kompaktheit des Koppelfeldes zusätzlich erhöht werden. Wie schon zuvor angedeutet, können die einzelnen Folien miteinander z.B. verklebt oder laminiert werden. Durch die Herstellung mittels Folien, die z.B. von der Rolle verarbeitet werden können, ist eine besonders kostengünstige Produktion mit hohem Durchsatz möglich. Ein bevorzugtes Anwendungsfeld des Koppelfeldes ist die Verwendung als signalunabhängiger, fernsteuerbarer Verteiler in der Kommunikations- und Datentechnik.
Bezugszeichenliste
1
Koppelpunkt
2
mechanisch flexible Folie
3
mechanisch stabile Folie
4
mechanisch flexible Folie
5
Permanentmagnet
6
Kontaktfläche
7
mechanisch stabile Folie
8
mechanisch flexible Folie
9
Kontaktfläche
10
ferromagnetischer Werkstoff
11
mechanisch stabile Folie
12
mechanisch stabile Folie
13
Spule
14
elektrische Zuführung

Claims (8)

  1. Koppelfeld zur Schaltung elektrischer Signalleitungen, insbesondere in der Kommunikations- und Datentechnik, umfassend matrixförmig angeordnete Koppelpunkte, wobei jedem Koppelpunkt mindestens ein Permanentmagnet und eine Spule zugeordnet sind, und den einzelnen Koppelpunkten zugeordnete Signalleitungen,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der Spule (13) ein ferromagnetischer Werkstoff (10) zugeordnet ist, dem Permanentmagneten (5) eine Kontaktfläche (6) und der Spule (13) eine Kontaktfläche (9) zugeordnet sind, wobei die Teile der Koppelpunkte (1) auf Folien angeordnet sind und die Kontaktflächen (6, 9) relativ zueinander beweglich ausgebildet sind.
  2. Koppelfeld nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
    a) auf eine erste mechanisch flexible, als Basis dienende Folie (2) eine im Bereich der Koppelpunkte (1) geöffnete, mechanisch stabile Folie (3) aufgebracht ist,
    b) auf die mechanisch stabile Folie (3) eine zweite flexible Folie (4) aufgebracht ist, an deren Unterseite die Permanentmagnete (5) und an deren Oberseite die Kontaktflächen (6) im Bereich der Koppelpunkte (1) befestigt sind,
    c) auf die zweite mechanisch flexible Folie (4) eine zweite mechanisch stabile, im Bereich der Koppelpunkte (1) geöffnete Folie (7) aufgebracht ist,
    d) auf die eine dritte mechanisch flexible Folie (8) aufgebracht ist, an deren Unterseite die gegenüberliegenden Kontaktflächen (9) und an deren Oberseite der ferromagnetische Werkstoff (10) im Bereich der Koppelpunkte (1) befestigt sind,
    e) auf die dritte mechanisch flexible Folie (8) eine im Bereich der Koppelpunkte (1) geöffnete mechanisch stabile Folie (11) aufgebracht ist, auf die eine im Bereich der Koppelpunkte (1) angeordnete, Spulen (13) tragende Folie (12) aufgebracht ist.
  3. Koppelfeld nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
    a) auf eine erste mechanisch flexible, als Basis dienende Folie (2) auf der Oberseite im Bereich der Koppelpunkte (1) die Permanentmagnete (5) als Kontaktfläche (6) befestigt sind,
    b) auf die mechanisch flexible Folie (2) eine mechanisch stabile, im Bereich der Koppelpunkte (1) geöffnete Folie (7) aufgebracht ist,
    c) auf die eine zweite mechanisch flexible Folie (8) aufgebracht ist, an deren Unterseite die gegenüberliegenden Kontaktflächen (9) und an deren Oberseite der ferromagnetische Werkstoff (10) im Bereich der Koppelpunkte (1) befestigt sind,
    d) auf die mechanisch flexible Folie (8) eine im Bereich der Koppelpunkte (1) geöffnete, mechanisch stabile Folie (11) aufgebracht ist,
    e) auf die eine im Bereich der Koppelpunkte (1) angeordnete Spulen (13) tragende Folie (12) aufgebracht ist.
  4. Koppelfeld nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Folien miteinander verklebt oder laminiert sind.
  5. Koppelfeld nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (13) in die Folie (12) eingebettet oder eingeätzt sind.
  6. Koppelfeld nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Signalleitungen der Kontaktflächen (6, 9) als Leiterbahnen auf den diese tragendenden Folien (4, 8 bzw. 2, 8) zu den Rändern des Koppelfeldes herausgeführt sind.
  7. Koppelfeld nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungen (14) zu den Spulen (13) matrixförmig zu den Rändern des Koppelfeldes ausgeführt sind.
  8. Verwendung des Koppelfeldes nach einem der vorangegangenen Ansprüche als fernsteuerbarer, signalunabhängiger Verteiler in der Kommunikations- und Datentechnik.
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DE19529974 1995-08-16
DE19529974A DE19529974C1 (de) 1995-08-16 1995-08-16 Koppelfeld

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EP0758792A3 EP0758792A3 (de) 1998-05-13
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AT (1) ATE207237T1 (de)
BR (1) BR9603444A (de)
CA (1) CA2182931C (de)
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