FI78370C - Mikrostroembrytare. - Google Patents

Description

1 78370

Mikrokytkin

Tekniikan ala

Esillä oleva keksintö liittyy sähkötekniikkaan ja se 5 koskee erityisesti mikrokytkimiä.

Keksintö voi olla hyödyllinen rajakytkimenä automaat-tiohjauksessa ja koneiden ja mekanismien sähkökäyttöjen suo-jasignalointijärjestelmissä.

Tekninen tausta 10 Automaattisten linjojen ja myös teknologisten pro sessien ohjausjärjestelmien toiminnan tarkkuus riippuu suuresti käytettyjen mikrokytkimien herkkyydestä, joiden täytyy taata siirretyn informaation tarkkuus. Käytännössä on hyvin vaikeaa korjata mikrokytkimien tekemät virheet.

15 Mikrokytkimien liikkuvien koskettimien käynnistämi seksi käytetään edullisimmin metallilevyjä, jotka ovat läm-tila- tai painekestoisia ja jotka taipuvat jännityksen tai puristuksen alaisena vain merkityksettömästi. Tämän johdosta yksi mikrokytkimien päätunnusmerkeistä on herkkyys, jonka 20 määrittää käynnistysosan liikeradan pituus, toisin sanoen sen differentiaalinen isku (mitä lyhyempi on liikkuvan koskettimen siirtämiseen vaadittava reitti mikrokytkimessä sitä suurempi on sen herkkyys).

Alalla tunnetaan mikrokytkin (ks. esimerkiksi US-25 patenttijulkaisu 2 729 714 lk HOIH 13/28), joka käsittää eristävän alustan 1' (ks. kuviot 1, 2), kiinteät kosket-timet 2', 3', jotka on kiinnitetty tälle alustalle 1', liikkuvan koskettimen 4', joka on sovitettu valinnaisesti koskettamaan kiinteitä koskettimia 2' ja 3' ja välineet 30 liikkuvan koskettimen 4' siirtämiseksi käytettäessä käyn-nistysosaa. Välineet liikkuvan koskettimen siirtämiseksi sisältävät käynnistysvivun 5' ja välivivun 6' yhdistettyinä toisiinsa, lattajousen ja kosketinvivun 8'. Käynnistys- ja kosketinvivut 5' ja 8' on kytketty päistään yhdestä pis-35 teestä eristysalustalle 1'. Liikkuva kosketin 4' on asennettu kosketinvirun 8' vastakkaiselle vapaalle päälle, jonka 2 78370 vivun keskiosa on kytketty lattajousen 7' toiseen päähän. Lattajousen 7' toinen pää on kytketty välivivun 6' toiseen päähän ja ääriasennossaan se nojautuu rajaesteeseen 9', joka on muodostettu eristysalustalle 1'. Välivivun 6 toinen 5 pää on kytketty käynnistysvivun 5' siihen päähän, joka on eristysalustaan 1' kytkettyä päätä vastapäätä.

Mikrokytkimen alkuasennossa alunperin puristettu jousi 71 kohdistaa voiman P kosketinvipuun 8', joka on kytketty siihen (ks. kuvio 1).

10 Kosketinpaine on

Pk = P Sin/3 , missä β on välivivun 6' ja jousen 7' välinen kallistuskul-15 ma.

Käynnistysvipu 5' siirtyy ulkoisen voiman F vaikutuksen alaisena ja välivipu 6' muuttaa asentoaan jousen 7' suhteen.

Kun käynnistysvipu 5' siirtyy toiminta-asentoon (kun 20 piste A ottaa paikan A1), jousi 7' puristuu, voima P kasvaa arvoon P^ ja kosketinpaine P^ kasvaa jonkin verran arvoon P^^ = P1 Sin β (kuvio 2).

Kun piste A ohittaa jousen 7' epästabiilin asennon linjan, linjan I-I, koskettimien 4' siirtyminen tapahtuu 25 luontaisella liikenopeudella.

Käyhnistysvivun 5’ siirtyessä edelleen piste A saavuttaa lopullisen aseman (kuvio 1).

Kun ulkoinen voima F poistetaan käynnistysvivusta 5', kaikki liikkuvien koskettimien 4’ siirtymiseen tarkoi-30 tettujen välineiden vivut pyrkivät palaamaan alkuasentoonsa.

Kun käynnistysvivun 5' piste A ylittää linjan II-II, jousen 7' epästabiilin kytketyn asennon linjan, ts. kun piste A saavuttaa paikan A^; tapahtuu liikkuvien koskettimien 35 käänteinen siirto.

n 3 78370

Kuten kuvauksesta voidaan nähdä, kosketinpaine mik-rokytkimessä ei vähene nimellisen arvon alle ja jopa kasvaa hivenen käynnistysvivun 5' liikkeen myötä käynnistysasen-toon.

5 Koskettimien 4' siirtämiseksi tällaisessa mikrokyt- kimessä rajaesteen 9’ pinnat, jotka määrittävät välivivun liikkeen, täytyy sijoittaa sen alueen taakse, jonka ovat määrittäneet kosketinvivun 8' asentolinjat alku- ja siirretyssä tilassa.

10 Käynnistysvivun 5' lyhimmän differentiaalisen iskun muodostamiseksi, joka on mahdollinen tällaisessa mikrokyt-kimessä, jousi 7' täytyy kiinnittää kosketinvivun 8' keskialueelle ja rajaeste 9' täytyy sijoittaa niin lähelle liikkuvia koskettimia 4' kuin mahdollista.

15 Käynnistysvivun 5' differentiaalinen isku pisteessä A on yhtä kuin

La = H + 2 Ah, 20 missä H = liikkuvan koskettimen 4' siirtoasentojen välinen etäisyys h = käynnistysvivun 51 iskun pituus.

Käynnistysvivun 5' iskun arvo Ah lasketaan yhtälöstä: 25

M + M

Ah _ 2 4

AL L

joten 30

t _ H 3 HAL

LA 2 2 L ' missä L on vaakaprojektio etäisyydestä koskettimien 2', 3' 35 läpi kulkevasta akselista jousen 7' ja kosketinvivun 8' liitospisteeseen 0, 4 78370 L on pisteen A sen siirron vaakaprojektio jousen 7' ja kosketinvivun 8' liitospisteestä 0, joka vaaditaan varmistamaan koskettimien 4' välitön siirto.

Käynnistysvivun 5' differentiaalinen isku voiman F 5 kohdistuspisteessä on yhtä kuin L - (S + I . H_Lj ^2 m LF 2 + 2 L L1 ' ll) missä , L2 ovat käynnistysvivun 5' pituuden vaakaprojek-10 tio ja sen voiman F kohdistuspisteen ja sen liitospisteen 01 eristysalustaan 11 välisen osan vaakaprojektio.

Samassa US-patenttijulkaisussa 2 729 714 esitetty mikrokytkimen toinen suoritusmuoto käsittää myös eristävän alustan 1" (kuvio 3), kiinteät koskettimet 2", 3" kiinni-15 tettynä eristysalustalle 1", liikkuvan koskettimen 4", joka on sovitettu valinnaisesti koskettamaan kiinteitä koskettamia 2", 3" ja välineet liikkuvan koskettimen 4" siirtämiseksi käyttämällä käynnistysosaa, jotka välineet sisältävät käynnistys- ja välivivut 5", 6", jotka on kytketty sarjaan 20 toistensa kanssa, lattajousen 7" ja kosketinvivun 8" ja myös rajaesteen 9", joka on muodostettu eristysalustalle 1" ja sijoitettu sen alueen taakse, jonka määrittävät kosketinvivun 8" asentojen linjat alku- ja siirretyssä asennossa. Tässä mikrokytkimessä lattajousi 7" on kuitenkin kyt-25 ketty ei kosketinvivun 8" keskiosaan, kuten aikaisemmassa mikrokytkimessä vaan kosketinvivun 8" siihen päähän, jolle liikkuva kosketin 4" on asennettu. Kosketinvivun 8" pituus on yhtä kuin L2 + L ja käynnistysvivun 5" differentiaalinen isku pisteessä A ja voiman F kohdistuspisteessä on yhtä 30 kuin ^ ^ lf - « + TT' ^ <2> 35 2

II

5 78370

Alalla tunnetaan myös mikrokytkin (ks. US-patentti-julkaisu 2 228 523 lk HOIH 13/28), joka, kuten aiemmat mik-rokytkimet, käsittää eristävän alustan 1'", kiinteät kos-kettimet 2’" ja 3'" kiinnitettyinä mainittuun alustaan, 5 liikkuvan koskettimen 4'" ja välineet liikkuvan koskettimen 4'" siirtämiseksi, jossa käynnistys-, väli-, jousi- ja kosketinvivut 5"', 6'", 7'" ja 8'" vastaavasti on kytketty sarjaan toistensa suhteen (ks. kuvio 4).

Rajaeste 9'" on tässä mikrokytkimessä sijoitettu 10 lähelle käynnistys- ja kosketinvipujen 5'", 8'" kierto- akselia 0,j. Etäisyys rajaesteen 9"' välivivun iskun määrittävien pintojen välillä voi olla lyhyt ts. lyhyempi kuin etäisyys H koskettimien 2'", 3'" välillä toisin kuin aikaisemmissa mikrokytkimissä.

15 H.j :n arvon määrittää kulma/3 ja jousen 7 1,1 jousiva kio (ts. P:n arvo), jotka määrittävät kosketinpaineen, koska PR = P2Sin/31 .

Käynnistysvivun 5"' differentiaalinen isku pisteessä A on yhtä kuin 20

La = H + 2Ah.j .

Arvo h^rlle saadaan yhtälöstä 25 H - Hi **1 _ H, * -jr-!·

AL L

joten

(H + H.) -AL

30 Ah1 - -jjJ- siten

(H + H ) -AL

LA = H + -2Z- 35 6 78370 Käynnistysvivun 5"’ differentiaalinen isku voiman F kohdistuspisteessä on yhtä kuin Γ (H + H1) * AL Ί L.

lf = [H +-r-hr (3) 5

Kuten voidaan nähdä yhtälöiden (2) ja (3) vertailusta, käynnistysvivun 5'" differentiaalinen isku tässä kuviossa 4 esitetyssä mikrokytkimessä on jonkin verran pienempi kuin edeltävässä kuviossa 3 esitetyssä, koska H + << 3H.

10

H1 « j , siten | H << 3H

Kuvioissa 1-4 esitetyissä tunnetuissa mikrokytkimis-sä käynnistysvivun differentiaalinen isku pisteessä A on 15 merkittävä, mikä vähentää niiden herkkyyttä.

Keksinnön kuvaus

Keksintö on suunnattu mikrokytkimen aikaansaamiseen, jossa liikkuvien koskettimien siirtämisvälineissä komponenttien järjestely sallisi käynnistysnivelen differentiaalisen 20 iskun merkittävän lyhentämisen vakiolla kosketinpaineella lisäten siten merkittävästi mikrokytkimen herkkyyttä.

Tämän johdosta mikrokytkimessä, joka käsittää eristävän alustan, kiinteät koskettimet kiinnitettyinä eristävälle alustalle, liikkuvan koskettimen, joka on sovitettu 25 valinnaisesti koskettamaan kiinteitä koskettimia, käynnis-tysosan, ja välineet liikkuvan koskettimen siirtämiseksi käyttämällä käynnistysosaa, jotka välineet sisältävät käynnistysvivun, välivivun, lattajousen ja kosketinvivun, jotka kaikki on kytketty sarjaan toistensa kanssa käynnistys-30 vivun ja kosketinvivun ollessa niveltyvästi liitettyinä eristävään alustaan, välivivun ja lattajousen päiden ollessa liitettyinä toisiinsa ja tukeutuessa rajaestettä vasten ja kosketinvivulla on vapaa pää, jolle liikkuva kosketin on sijoitettu. Keksinnön mukaisesti lattajousi on liitetty 35 kosketinvivun siihen päähän, joka on vastapäätä sen vapaata päätä, jolle rajaeste ja liikkuva kosketin on sijoitettu, 7 78370 ja kosketinvipu on liitetty eristysalustaan keskiosastaan liikkuvan koskettimen ja kosketinvivun ja lattajousen päiden ja liitospisteen välistä.

Lattajousen ja kosketinvivun yhdistelmä ja kosketin-5 vivun ja eristävän alustan yhdistelmä ja rajaesteen sijoittuminen kosketinvivulle sallivat käynnistysvivun differentiaalisen iskun merkittävän lyhentämisen ja mikrokytkimen herkkyyden merkittävän lisäämisen.

Lyhyt piirustusten selitys 10 Keksintöä selitetään nyt viitaten sen suoritusmuo toihin, jotka on esitetty oheisissa piirustuksissa, joissa kuviot 1 ja 2 esittävät tunnetun tekniikan mukaisen mikrokytkimen mekaanisen diagrammin käynnistysvivun kahdessa ääriasennossa, 15 kuvio 3 esittää toisen tunnetun tekniikan mukaisen mikrokytkimen mekaanisen diagrammin, kuvio 4 esittää vielä yhden tunnetun tekniikan mukaisen mikrokytkimen mekaanisen diagrammin, kuviot 5-6 esittävät keksinnön mukaisesti konstruoi-20 dun mikrokytkimen mekaanisen diagrammin esittäen käynnis-tysnivelen kaksi ääriasentoa, kuvio 7 esittää keksinnön mikrokytkimen muunnoksen yleiskuvan, kuvio 8 on kuviossa 7 esitetyn mikrokytkimen yksi-25 tyiskohtainen aksonometrinen kuva, kuvio 9 on keksinnön mikrokytkimen toisen muunnoksen yleiskuva, kuvio 10 on kuviossa 9 esitetyn mikrokytkimen yksityiskohtainen aksonometrinen kuva, 30 kuvio 11 esittää keksinnön mikrokytkimen vielä yhden muunnoksen yleiskuvan, ja kuvio 12 esittää päältä välineet liikkuvien kosket-timien siirtämiseksi.

Paras tapa keksinnön toteuttamiseksi 35 Viitaten kuvioihin 5-12 mikrokytkin käsittää eristä vän alustan 1, kiinteät koskettimet 2, 3 kiinnitettyinä 8 78370 tälle eristysalustalle 1, liikkuvan koskettimen 4, joka on sovitettu valinnaisesti koskettamaan kiinteitä koskettimia 2, 3, käynnistysosan 5 ja välineet liikkuvan koskettimen 4 siirtämiseksi käyttämällä käynnistysosaa 5.

5 Välineet liikkuvien koskettimien 4 siirtämiseksi si sältävät käynnistysvivun 6, välivivun 7, lattajousen 8 ja kosketinvivun 9. Käynnistysvivun 6 toinen pää on niveltyvästä kytketty eristysalustaan 1.

Käynnistysvivun 6 toinen pää 11 on liitetty välivi-10 puun 7. Liikkuva kosketin 4 on asennettu kosketinvivun 9 vapaalle päälle 12. Välivivun 7 ja lattajousen päät 13 ja 14 vastaavasti on liitetty toisiinsa. Kosketinvipu 9 on niveltyvästi yhdistetty virtajohtimella 18 eristysalustaan ja on yhdistetty lattajousen 8 päähän 15.

15 Keksinnön mukaisesti lattajousen 8 pää 15 on yhdis tetty kosketinvivun 9 päähän 16, joka on vastapäätä päätä, jolle liikkuva kosketin on sijoitettu. Rajaeste 17 on sijoitettu kosketinvivun 9 vapaalle päälle, joka rajaeste rajoittaa välivivun 7 pään 13 liikettä. Kosketinvipu 9 on 20 liitetty eristysalustaan 1 keskiosastaan liikkuvan koskettimen 4 ja kosketinvivun 9 ja lattajousen 8 päiden 16 ja 15 liitospisteen välistä virtajohtimella 18.

Tällainen järjestely sallii käynnistysnivelen differentiaalisen iskun olla merkittävästi lyhyemmän ja siten 25 mikrokytkimen herkkyyden olla merkittävästi suuremman verrattuna tunnetun tekniikan mukaisiin mikrokytkimiin.

Kuviot 7-12 esittävät keksinnön mikrokytkimen ja vipujen ja lattajousen järjestelyn mahdollisia muunnoksia.

Tällaiset mikrokytkimet toimivat seuraavasti.

30 Mikrokytkimen alkuasennossa alunperin puristettu jou si 8 kohdistaa voiman P välivipuun (ks. kuviot 5-6).

Kosketinpaine Pk koostuu kahdesta komponentista P = p + p k 1 P3 L ' 35

II

9 78370 missä = P sinot, P3 = P2 sin/*

Oi on välivivun 7 ja jousen 8 välinen kallistuskulma 5 /3 on jousen 8 ja vivun 9 välinen kallistuskulma, ΔΙ^ on vaakaprojektio kosketinvivun 9 pituudesta sen liitospisteestä 0 eristysalustaan 1 kosketinvivun 9 ja lat-tajousen 8 liitospisteeseen, L on vaakaprojektio kosketinvivun 9 pituudesta pis-10 teestä 0 päähän 12, jolle liikkuva kosketin 4 on liitetty.

Ulkopuolisen voiman F vaikuttaessa, joka saavuttaa arvon F^ käynnistysvipu 6 siirtyy tämän voiman suuntaan ja välivipu 7 muuttaa asentoaan ja puristaa jousta 8.

Kun piste A saavuttaa asennon , kosketinpaine on 15 jonkin verran lisääntynyt, koska voima P kasvaa arvoon P' (ks. kuvio 6) puristetun jousen 8 vaikutuksen alaisena.

AL1 P~ ' s in /3 L.

p = p _L __ 1

*k *3 L L

20 Käynnistysvivun 6 siirtyessä edelleen ja ohittaessa linjan I-I, epästabiilin asennon linjan, pisteessä A liikkuvan koskettimen 4 siirtyminen tapahtuu luontaisella lii-kenopeudella.

Käynnistysvivun 6 differentiaalinen isku pisteessä A 25 (käynnistys- ja välivipujen 6 ja 7 liitospisteessä) on yhtä kuin pisteiden A1, A^ välinen matka (ks. kuvio 5).

La = Ah., ♦ 2ΔΗ3 30 Isku Äh2 saadaan yhtälöstä

Ah2 _ H

AL1 + Al“ ~ L

siten 35 H (AL. * AL,)

Ah,--^-i- , '0 78370 missä on pisteen A siirtymän vaakaprojektio.

Isku h^ saadaan yhtälöstä

Ah3 al2

, HL

5 2 joten ^3 * ir 10 siten H (ALT + AL2) h-,AL2 LA = -L- + “L-

15 Käynnistysvivun 6 differentiaalinen isku voiman F

kohdistuspisteessä on yhtä kuin H(AL1 + AL2) H1 AL2 L1 lf = -L-* —- ΊΓ ' (4) 20 missä L on vaakaprojektio käynnistysvivun 6 pituudesta ja vaakaprojektio sen osasta voiman F kohdistuspisteestä sen liitospisteeseen eristävällä alustalla 1.

Koska käytännössä 5¾ 0,1 H, AL2 0,02 L, ja % 30 0,5 H, niin 0,1 H.

Siten käynnistysnivelen differentiaalinen isku tässä mikrokytkimessä verrattuina kaavoihin (3) ja (4) on likimain kymmenen kertaa pienempi kuin kuviossa 4 esitetyssä tunnetun tekniikan mukaisessa mikrokytkimessä.

Claims (1)

1. n 78370 Patenttivaatimus Mikrokytkin, joka käsittää eristävän alustan (1), ainakin yhden kiinteän koskettimen (2, 3) kiinnitettynä 5 eristävälle alustalle (1), liikkuvan koskettimen (4) sovitettuna koskettamaan kiinteää kosketinta (2, 3), välineet liikkuvan koskettimen siirtämiseksi, joihin välineisiin sisältyy käynnistysvipu (6), välivipu (7), lattajou-si (8) ja kaksivartinen kosketinvipu (9), liikkuvan kos-10 kettimen (4) ollessa kytkettynä kaksivartisen kosketinvi-vun (9) toiseen päähän (12), jossa käynnistysvivussa (6) on pää (10), joka on kiertyvästi kiinnitetty eristävään alustaan (1), kaksivartinen kosketinvipu (9) on kiertyvästi kiinnitetty eristävään alustaan (1) virtajohtimen (18) 15 avulla, välivivun (7) ja lattajousen (8) toiset päät on kiertyvästi kytketty toisiinsa ja ne tarttuvat kaksivarti-seen kosketinvipuun (9) rajaesteiden (17) avulla, jotka on sijoitettu liikkuvan koskettimen (4) liitospisteen siihen ja kosketinvivun (9) liitospisteen virtajohtimen (18) 20 väliin, välivivun (7) toinen pää on kytketty käynnistysvi-vun (6) päähän (11), joka on vastapäätä eristysalustaan (1) kytkettyä päätä (10), lattajousen (8) toinen pää (15) on kiertyvästi kytketty kaksivartisen kosketinvivun (9) päähän (16), joka on vastapäätä päätä (12), johon liikkuva koske-25 tin (4) on kytketty, tunnettu siitä, että kosketinvivun (9) liitospiste (0) virtajohtimeen (18) on sijoitettu kosketinvivun (9) keskiosan ja lattajousen (8) sen pään liitospisteen siihen väliin, joka ei ole kytketty väli vipuun (7) .