[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 ausgeführt 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 mikromechanischen
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] Der Erfindung liegt von daher das Problem zugrunde, ein robustes, signalartunabhängiges,
Koppelfeld zu schaffen, das in kostengünstiger und kompakter Bauweise herzustellen
ist.
[0007] Die Lösung des Problems ergibt sich aus den Patentansprüchen 1 und 2. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen erfaßt.
[0008] 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. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Insbesondere 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.
[0009] Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher
erläutert. Die einzige Figur zeigt einen Querschnitt durch einen Koppelpunkt des Koppelfeldes.
[0010] 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
[0011]
- 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
1. Koppelfeld zur elektromechanischen Schaltung elektrischer Signalleitungen mit Koppelpunkten,
wobei die Koppelpunkte (1) bildende Teile Folien umfassen, an und zwischen denen weitere
Teile der Schaltung angeordnet sind.
2. Koppelfeld zur Schaltung elektrischer Signalleitungen, insbesondere in derKommunikations-
und Datentechnik, umfassend matrixförmig angeordnete Koppelpunkte und den einzelnen
Koppelpunkten zugeordnete Signalleitungen, wobei die Koppelpunkte (1) aus mindestens
zwei zueinander relativ beweglichen Kontaktflächen (6, 9) bestehen, wobei der einen
Kontaktfläche (6) ein Permanentmagnet (5) und der anderen Kontaktfläche (9) ein ferromagnetischer
Werkstoff (10) mit einer Spule (13) zugeordnet sind.
3. Koppelfeld nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
a) auf eine mechanisch flexible, als Basis dienende Folie (2) eine im Bereich der
Koppelpunkte (1) geöffnete, mechanisch stabile Folie (3) aufgebracht ist,
b) an deren Unterseite die Permanentmagnete (5) und an deren Oberseite die Kontaktflächen
(6) im Bereich der Koppelpunkte (1) befestigt sind,
c) auf die mechanisch flexible Folie (4) eine mechanisch stabile, im Bereich der Koppelpunkte
(1) geöffnete Folie (7) aufgebracht ist,
d) auf die eine 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 mechanisch flexible Folie (8) aufgebracht ist, an deren Unterseite die
gegenüberliegenden Kontaktflächen (9) und an deren Oberseite der ferromagnetische
Werkstoff im Bereich der Koppelpunkte (1) befestigt sind,
f) auf die 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) angeordneten Spulen (13) tragende Folie (12) aufgebracht ist.
4. Koppelfeld nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
a) auf eine 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 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) angeordneten Spulen (13) tragende
Folie (12) aufgebracht ist.
5. Koppelfeld nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
einzelnen Folien miteinander verklebt sind.
6. Koppelfeld nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
einzelnen Folien laminiert sind.
7. Koppelfeld nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Spulen (13) in die Folie (12) eingebettet sind.
8. Koppelfeld nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Spulen (13) in die Folie (12) eingeätzt sind.
9. Koppelfeld nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
elektrischen Signalleitungen der Kontaktflächen (6, 9) als Leiterbahnen auf den Folien
(4, 8) zu den Rändern des Koppelfeldes herausgeführt sind.
10. Koppelfeld nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Zuführungen (14) zu den Spulen (13) matrixförmig zu den Rändern des Koppelfeldes ausgeführt
sind.
11. Koppelfeld nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das
Koppelfeld als fernsteuerbarer, signalunabhängiger Verteiler in der Kommunikations-
und Datentechnik verwendet wird.