Koppelfeld

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Koppelfeld zur Schaltung elektrischer Signalleitungen.

[0002] Koppelfelder werden vorzugsweise in der Kommunikations- und Datentechnik eingesetzt, wenn eine große Anzahl von Leitungen geschaltet werden muß.

[0003] 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.

[0004] 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.

[0005] 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.

[0006] Ein Koppelfeld mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 ist aus DE-A-2 260 002 bekannt.

[0007] Der Erfindung liegt von daher das Problem zugrunde, ein robustes, signalartunabhängiges, Koppelfeld zu schaffen, das in kostengünstiger und kompakter Bauweise herzustellen ist.

[0008] Die Lösung des Problems ergibt sich aus dem Patentanspruch 1 Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen erfaßt.

[0009] 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.

[0010] Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die einzige Figur zeigt einen Querschnitt durch einen Koppelpunkt des Koppelfeldes.

[0011] 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

[0012] 

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

Ansprüche

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.

Claims

1. Switching unit for switching electrical signal lines, in particular in communication and data technology, comprising crosspoints arranged in the form of a matrix, each crosspoint being assigned at least one permanent magnet and a coil, and comprising signal lines assigned to the individual crosspoints, characterized in that the coil (13) is assigned a ferromagnetic material (10), the permanent magnet (5) is assigned a contact surface (6) and the coil (13) is assigned a contact surface (9), the parts of the crosspoints (1) being arranged on membranes and the contact surfaces (6, 9) being designed such that they are movable in relation to each other.

2. Switching unit according to Claim 1, characterized in that

a) a mechanically stable membrane (3), opened in the region of the crosspoints (1), is applied to a first mechanically flexible membrane (2), serving as a base,

b) a second flexible membrane (4), on the underside of which the permanent magnets (5) are attached and on the upper side of which the contact surfaces (6) are attached in the region of the crosspoints (1), is applied to the mechanically stable membrane (3),

c) a second mechanically stable membrane (7), opened in the region of the crosspoints (1), is applied to the second mechanically flexible membrane (4),

d) a third mechanically flexible membrane (8), on the underside of which the opposing contact surfaces (9) are attached and on the upper side of which the ferromagnetic material (10) is attached in the region of the crosspoints (1), is applied to the said second mechanically stable membrane (7),

e) a mechanically stable membrane (11), opened in the region of the crosspoints (1) and applied to which there is a membrane (12) which is arranged in the region of the crosspoints (1) and bears coils (13), is applied to the third mechanically flexible membrane (8).

3. Switching unit according to Claim 1, characterized in that

a) the permanent magnets (5) are attached as a contact surface (6) to a first mechanically flexible membrane (2), serving as a base, on the upper side in the region of the crosspoints (1),

b) a mechanically stable membrane (7), opened in the region of the crosspoints (1), is applied to the mechanically flexible membrane (2),

c) a second mechanically flexible membrane (8), on the underside of which the opposing contact surfaces (9) are attached and on the upper side of which the ferromagnetic material (10) is attached in the region of the crosspoints (1), is applied to the said second mechanically stable membrane (7),

d) a mechanically stable membrane (11), opened in the region of the crosspoints (1), is applied to the mechanically flexible membrane (8),

e) a membrane (12) arranged in the region of the crosspoints (1) and bearing coils (13) is applied to the said mechanically stable membrane (11).

4. Switching unit according to one of the preceding claims, characterized in that the individual membranes are adhesively bonded or laminated to one other.

5. Switching unit according to one of the preceding claims, characterized in that the coils (13) are embedded or etched into the membrane (12).

6. Switching unit according to one of the preceding claims, characterized in that the electrical signal lines of the contact surfaces (6, 9) are led out as conductor tracks on the membranes (4, 8 or 2, 8) bearing them to the edges of the switching unit.

7. Switching unit according to one of the preceding claims, characterized in that the leads (14) to the coils (13) are configured in the form of a matrix to the edges of the switching unit.

8. Use of the switching unit according to one of the preceding claims as a remote-controllable, signal-independent distributor in communication and data technology.

Revendications

1. Réseau de couplage pour la commutation de lignes de signalisation électriques, en particulier en techniques de communications et de transfert de données, comprenant des points de couplage à agencement matriciel, dans lequel à chaque point de couplage sont affectés au moins un aimant permanent et une bobine, et des lignes de signalisation affectées aux points de couplage individuels,
caractérisé en ce qu'un matériau ferromagnétique (10) est affecté à la bobine (13), une surface de contact (6) à l'aimant permanent (5) et une surface de contact (9) à la bobine (13), les parties des points de couplage (1) étant agencées sur des feuilles et les surfaces de contact (6, 9) pouvant se déplacer l'une par rapport à l'autre.

2. Réseau de couplage selon la revendication 1,
caractérisé en ce que :

a) sur une première feuille mécaniquement flexible (2) servant de base est appliquée une feuille mécaniquement stable (3) ouverte dans la zone des points de couplage (1),

b) sur la feuille mécaniquement stable (3) est appliquée une deuxième feuille flexible (4) à la face inférieure de laquelle sont fixés les aimants permanents (5) et à la face supérieure de laquelle sont fixées les surfaces de contact (6) dans la zone des points de couplage (1),

c) sur la deuxième feuille mécaniquement flexible (4) est appliquée une deuxième feuille (7) mécaniquement stable ouverte dans la zone des points de couplage (1),

d) sur laquelle est appliquée une troisième feuille mécaniquement flexible (8) à la face inférieure de laquelle sont fixées les surfaces de contact antagonistes (9) et à la surface supérieure de laquelle est fixé le matériau ferromagnétique (10) dans la zone des points de couplage (1), et

e) sur la troisième feuille mécaniquement flexible (8) est appliquée une feuille mécaniquement stable (11) ouverte dans la zone des points de couplage (1), sur laquelle est appliquée une feuille (12) portant des bobines (13) disposées dans la zone des points de couplage (1).

3. Réseau de couplage selon la revendication 1, caractérisé en ce que :

a) sur une première feuille (2) mécaniquement flexible servant de base sont fixés, à la face supérieure, dans la zone des points de couplage (1), les aimants permanents (5) comme surface de contact (6),

b) sur la feuille mécaniquement flexible (2) est appliquée une feuille mécaniquement stable (7) ouverte dans la zone des points de couplage (1),

c) sur laquelle est appliquée une deuxième feuille mécaniquement flexible (8), à la face inférieure de laquelle sont fixées les surfaces de contact antagonistes (9) et à la face supérieure de laquelle est fixé le matériau ferromagnétique (10) dans la zone des points de couplage (1),

d) sur la feuille mécaniquement flexible (8) est appliquée une feuille mécaniquement stable (11) ouverte dans la zone des points de couplage (1),

e) sur laquelle est appliquée une feuille (12) portant des bobines (13) disposées dans la zone des points de couplage (1).

4. Réseau de couplage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les feuilles individuelles sont collées ou contre-collées les unes aux autres.

5. Réseau de couplage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les bobines (13) sont noyées ou gravées dans la feuille (12).

6. Réseau de couplage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les lignes de signalisation électriques des surfaces de contact (6, 9) se présentant sous la forme de voies conductrices sur les feuilles (4, 8 ou 2, 8) qui les portent sont guidées vers les bords du réseau de couplage.

7. Réseau de couplage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les conducteurs d'amenée (14) des bobines (13) sont exécutés sous forme matricielle vers les bords du réseau de couplage.

8. Utilisation du réseau de couplage selon l'une quelconque des revendications précédentes comme répartiteur pouvant être télécommandé et indépendant des signaux en techniques de communication et de transfert de données.

Zeichnung