Schalter, insbesondere Relais

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Schalter, insbesondere ein Relais, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

[0002] Bei bekannten Relais sind als Schaltelemente Kontaktfedern vorgesehen, die durch einen Schieber miteinander verbunden sind. Er wird durch die Kontaktfedern in eine Ausgangslage gebracht, in welcher der Schieber am Antriebsteil anliegt, der einen Anker eines Elektromagneten bildet. Wird das Relais bestromt, wird der Anker ausgelenkt, wodurch ein Öffner des Relais geöffnet und/oder ein Schließer geschlossen wird. Sobald das Relais abfällt, wird im Normalfall der Schieber durch die Federvorspannung der Kontaktfeder oder eine zusätzliche Feder in die Ausgangslage zurückgeschoben. Der Anker selbst steht unter eigener Federvorspannung, so daß er beim Abfallen des Relais in die Ausgangslage zurückgeschwenkt wird. Kommt es zu einem Verschweißen der auf den Kontaktfedern befindlichen Kontaktstücke, bleibt der Schieber in der verschobenen Lage stehen, während der Anker durch die Federvorspannung in die Ausgangslage zurückgeführt wird. Ein solches Relais ist konstruktiv aufwendig ausgebildet, da mehrere Kontaktfedern und gegebenenfalls zusätzlich eine Rückstellfeder vorgesehen sind, die außerdem zu einem großen Bauvolumen des Relais sowie zu erheblichen zu bewegenden Massen und damit zu erhöhten Schaltzeiten führt.

[0003] Beim gattungsgemäßen Schalter (DE 195 03 235 A) sind Doppelkontakte vorgesehen, die jeweils ein bewegliches und ein unbewegliches Schaltelement aufweisen. Das bewegliche Schaltelement ist an einem Ende eines als Piezoaktor ausgebildeten Antriebsteiles vorgesehen. Die beiden Schaltstücke sind in Verformungsrichtung des Antriebsteiles einander gegenüberliegend vorgesehen. Beim Öffnen des Schalters wird der Piezoaktor durch eine entsprechende Signale einer Ansteuerung gedehnt und damit das an ihm vorgesehene bewegliche Schaltelement angehoben. Es kommt dabei vom ortsfesten Schaltelement frei, so daß der Stromfluß unterbrochen ist.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Schalter so auszubilden, daß er aus nur wenigen Bauteilen besteht, nur ein geringes Bauvolumen hat und eine geringe Schaltzeit aufweist.

[0005] Diese Aufgabe wird beim gattungsgemäßen Schalter erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

[0006] Beim erfindungsgemäßen Schalter ist das eine Schaltelement mit dem als Festkörper-Energiewandler ausgebildeten Antriebsteil über den Schieber fest verbunden. Dadurch bleibt bei einem eventuellen Verschweißen der Schaltelemente miteinander das Antriebsteil in seiner verstellten Lage, so daß einfach und ohne zusätzliche Sensoren dieser Zustand des Schalters durch die Auswerteeinheit erfaßt und ausgewertet werden kann. Da das Antriebsteil als Festkörper-Energiewandler ausgebildet ist, werden sehr kurze Schaltzeiten erreicht. Insbesondere sind die zu bewegenden Massen sehr gering, was sich ebenfalls vorteilhaft auf die Schaltzeiten auswirkt. Aufgrund der festen Verbindung von Schaltelement und Antriebsteil über den Schieber reichen grundsätzlich zwei Schaltelemente aus, um den ordnungsgemäßen Betrieb des Schalters überwachen zu können. Da sich der Schieber quer zum Schaltelement erstreckt, kann der erfindungsgemäße Schalter kompakt ausgebildet sein.

[0007] Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.

[0008] Die Erfindung wird anhand einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1

in schematischer Darstellung einen Antrieb für einen erfindungsgemäßen Schalter,

Fig. 2

ein erstes Ausführungsbeispiel des Antriebes,

Fig. 3

in einer Darstellung entsprechend Fig. 2 eine zweite Ausführungsform eines Antriebes,

Fig. 4

eine dritte Ausführungsform eines Antriebes,

Fig. 5

einen als Relais ausgebildeten erfindungsgemäßen Schalter,

Fig. 6 und Fig. 7

die beiden Seiten einer weiteren Ausführungsform eines als Relais ausgebildeten erfindungsgemäßen Schalters,

Fig. 8

einen Schnitt längs der Linie VIII-VIII in Fig. 6,

Fig. 9

einen Schnitt längs der Linie IX-IX in Fig. 6,

Fig. 10

in Ansicht eine auf eine piezoelektrische Keramikschicht aufbringbare Widerstandsmeßstrekke.

[0009] Fig. 1 zeigt einen Schalter 1, der im dargestellten Ausführungsbeispiel als Relais ausgebildet ist. Der Schalter 1 kann beispielsweise auch ein Schnellschalter, ein Unterspannungsauslöser, ein Fehlerstromschutzschalter und dergleichen sein. Im folgenden wird der Schalter 1 in Form eines Relais beschrieben.

[0010] Der Schalter 1 hat als Schaltelemente zwei Kontaktfedern 2, 3, die in bekannter Weise in einem Schaltergehäuse 4 gelagert sind. Die aus dem Schaltergehäuse 4 ragenden Enden der Kontaktfedern 2, 3 bilden Anschlüsse, über welche der Strom in bekannter Weise weitergeleitet wird. Die beiden Kontaktfedern 2, 3 können jeweils ein Kontaktstück 5, 6 tragen. Die längere Kontaktfeder 2 ist fest mit einem Energiewandler 7 verbunden. Er wird durch eine ferroelektrische Piezokeramik, eine Folie, die zum Beispiel aus Blei-Zirkonat-Titanat oder Polyvinylidenfluorid besteht, oder durch magnetostriktive Seltenerdmetalle, wie zum Beispiel Terfenol-D, gebildet. Wird der Energiewandler 7 in noch zu beschreibender Weise ausgelenkt, wird die Kontaktfeder 2 so elastisch gebogen, daß ihr Kontaktstück 5 in Berührung mit dem Kontaktstück 6 der Kontaktfeder 3 gelangt. In der schematischen Darstellung gemäß Fig. 1 ist die infolge der Auslenkung des Energiewandlers 7 erzeugte Kraft F sowie der entsprechende Verstellweg s durch einen Pfeil symbolisch dargestellt.

[0011] Sollten die Kontaktstücke 5, 6 miteinander verschweißen, dann bleibt der Energiewandler 7 infolge seiner starren Verbindung mit der Kontaktfeder 2 in der ausgelenkten Lage. Dadurch ändert sich das elektrische Klemmenverhalten, insbesondere die elektrische Impedanz. Der Schalter 1 ist an eine Auswerteelektronik 8 und an eine Ansteuerelektronik 9 angeschlossen. Die Auswerteelektronik 8 erfaßt das elektrische Klemmenverhalten des Energiewandlers 7 und gibt ein entsprechendes Signal an eine Überwachungseinheit 10. Sind die Kontaktpunkte 5, 6 nicht miteinander verschweißt, erhält die Überwachungseinheit ein entsprechendes Signal. Sie gibt dann ihrerseits ein entsprechendes Signal an die Ansteuerelektronik 9, die den Schalter 1 wieder ansteuern kann. Sind die Kontaktpunkte 5, 6 miteinander verschweißt, wird dies durch die Auswerteelektronik 8 erkannt, die ein entsprechendes Sperrsignal an die Überwachungseinheit 10 liefert. Sie gibt ein entsprechendes Signal an die Ansteuerelektronik 9, damit diese den Schalter 1 nicht mehr ansteuert.

[0012] Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 wird der Energiewandler 7 durch ein Piezoelement gebildet. Die Überwachungseinheit 10 liefert ein Ansteuersignal an einen Schalter 11 der Ansteuerelektronik 9. Sie ist durch eine gestrichelte Linie gekennzeichnet. Dem Schalter 11 ist ein Hochsetzsteller 12 nachgeschaltet, der durch eine strichpunktierte Linie gekennzeichnet ist. Er transformiert eine niedrige Spannung, beispielsweise 24 V, in eine zum Betrieb des Piezoelementes 7 notwendige hohe Spannung, beispielsweise 400 V. Der Hochsetzsteller 12 hat beispielsweise einen Widerstand 13, eine Induktivität 14 und eine Diode 15. Diese Bauteile liegen in Serie zueinander und zum Schalter 11. Die am Piezoelement 7 anliegende Spannung wird durch eine Ausgangsspannungsüberwachung 16 überwacht. Ist die Spannung zum Betrieb des Piezoelementes 7 zu niedrig, wird durch die Ausgangsspannungsüberwachung 16 ein Schalter T₁ mit hohen Frequenzen, beispielsweise zwischen 20 und 40 kHz, so lange ständig geöffnet und geschlossen, bis die am Piezoelement 7 anliegende Spannung den erforderlichen Wert erreicht. Dann wird der Schalter T₁ wieder geöffnet. Fällt die Spannung am Piezoelement 7 unter einen vorgegebenen Schwellwert, wird dies von der Ausgangsspannungsüberwachung 16 wiederum festgestellt und der Schalter T₁ in der beschriebenen Weise betätigt. Der Schalter T₁ liegt parallel zum Piezoelement 7 (in Reihe zur Diode 15) und ist ebenso wie die Ausgangsspannungsüberwachung 16 Bestandteil des Hochsetzstellers 12.

[0013] Wird der Schalter 11 der Ansteuerelektronik 9 von der Überwachungseinheit 10 über ein entsprechendes Signal geöffnet, liegt keine Eingangsspannung an. Dies wird von einer Eingangsspannungsüberwachung 17 des Hochsetzstellers 12 festgestellt, an welche ein Schalter T₂ angeschlossen ist. Er liegt parallel zum Piezoelement 7 und in Serie zu einem Widerstand 18 des Hochsetzstellers 12. Liegt keine Eingangsspannung an, wird der Schalter T₂ von der Eingangsspannungsüberwachung 17 geschlossen. Dadurch kann die Ladung des Piezoelementes 7 über den Widerstand 18 und den geschlossenen Schalter T₂ rasch abfließen. Ist das Piezoelement 7 entladen, wird der Schalter T₂ von der Eingangsspannungsüberwachung 17 wieder geöffnet.

[0014] Die Ausgangsspannungsüberwachung 16 und die Eingangsspannungsüberwachung 17 sind vorteilhaft in einem IC-Baustein zusammengefaßt.

[0015] Die Auswerteelektronik 8 hat einen Oszillator 19, der eine Wec hselspannung erzeugt. Sie wird durch eine Strom/Spannungsmeßeinheit 20 erfaßt, an die über einen Kondensator 21 das Piezoelement 7 angeschlossen ist. Das Piezoelement 7 und der Kondensator 21 bilden eine Last des Oszillators 19.

[0016] Wenn das Piezoelement 7 erregt wird, ändert sich dessen Impedanz und damit auch die Spannung bzw. der Strom. Dies wird von der Meßeinheit 20 erfaßt, die entsprechende Signale an eine Auswerte/Entscheidungseinheit 22 liefert. Sie vergleicht die übermittelten Werte mit einem vorgegebenen Sollwert. Er entspricht einem Zustand, bei dem die Kontaktpunkte 5, 6 (Fig. 1) des Schalters 1 nicht miteinander verschweißt sind. Die beiden Meßeinheiten 20 und 22 sind vorteilhaft in einem IC-Baustein der Auswerteelektronik 8 zusammengefaßt.

[0017] Ist das Piezoelement 7 erregt, dann dehnt es sich aus und lenkt die Kontaktfeder 2 (Fig. 1) so weit aus, bis ihr Kontaktpunkt 5 den Kontaktpunkt 6 der Kontaktfeder 3 berührt. Bei ordnungsgemäßem Betrieb des Schalters 1 kehrt die Kontaktfeder 2, wenn das Piezoelement 7 nicht mehr betätigt ist, in seine in Fig. 1 dargestellte Ausgangslage zurück, in der die beiden Kontaktpunkt 5, 6 Abstand voneinander haben. Sollten die Kontaktpunkte 5, 6 infolge Verschweißung aneinander hängenbleiben, bleibt auch das Piezoelement 7 ausgelenkt, da es fest mit der Kontaktfeder 2 verbunden ist. Dies hat zur Folge, daß die Meßeinheit 20 einen vom Sollwert abweichenden Stromund Spannungswert mißt. Die Meßeinheit 20 liefert dann entsprechende Signale an die Auswerte/Entscheidungseinheit 22, welche diese übermittelten Signale mit einem Sollwert vergleicht und bei Abweichen der beiden Meßwerte ein entsprechendes Steuersignal an die Überwachungseinheit 10 abgibt. Sie sorgt dann in Verbindung mit der Ansteuerelektronik 9 dafür, daß der Schalter 1 nicht erneut betätigt wird, wie dies anhand von Fig. 1 erläutert worden ist.

[0018] Neben dem beschriebenen Kontaktverschweißen können infolge der Verknüpfung der Ein- und Ausgangsgrößen in der Überwachungseinheit 10 alle zulässigen und unzulässigen Zustände, beispielsweise Bruch des Piezoelementes 7 oder Bruch eines Schiebers 26 (Fig. 5), verglichen und bewertet werden.

[0019] Da die Kontaktfeder 2 des Schalters 1 unmittelbar und starr mit dem Energiewandler 7 verbunden ist, wird unmittelbar die Auslenkung des Energiewandlers 7, beispielsweise des Piezoelementes beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2, durch die beschriebene Elektronik erfaßt und ausgewertet. Mit der beschriebenen Ausbildung wird eine elektronische Fehlererkennung erreicht, ohne daß zusätzliche Sensoren erforderlich sind. Wird als Energiewandler ein Piezoelement eingesetzt, kann durch Nutzung des generatorischen Effektes und der im Piezoelement gespeicherten Ladung in der jeweiligen Kontraktionsphase des Piezoelementes 7 Energie zurückgewonnen und dem Gesamtsystem wieder zur Verfügung gestellt werden. Dadurch läßt sich der elektromechanische Wirkungsgrad des Gesamtsystems erhöhen. Der als Relais ausgebildete Schalter 1 hat aufgrund der beschriebenen konstruktiven Ausbildung nur ein geringes Bauvolumen und nur geringe zu bewegende Massen. Dementsprechend weist ein solches Relais wesentlich kürzere Schaltzeiten auf als herkömmliche Relais, die mit Schieber und indirekter Kopplung zum Anker des Relais arbeiten. Insbesondere wird beim beschriebenen Relais 1 ein Öffner eingespart, der bei herkömmlichen Relais zwingend erforderlich ist, um den ordnungsgemäßen Betrieb des Relais überwachen zu können. Beim beschriebenen Relais 1 sind entsprechend weniger Kontaktfedern erforderlich. Im einfachsten Fall, der in Fig. 1 dargestellt ist, hat das Relais nur einen einzigen Schließer mit den beiden Kontaktfedern 2, 3. Bei herkömmlichen Relais für Sicherheitsanwendungen mit zwangsgeführten Kontakten ist in der einfachsten Ausbildung neben einem solchen Schließer auch noch ein Öffner erforderlich.

[0020] Außer als Relais kann der Schalter beispielsweise auch als Fehlerstrom- und Fehlerspannungsschalter, als Leistungsschalter oder als Motorschutzschalter ausgebildet sein. Durch Veränderung des elektrischen Klemmenverhaltens, wie zum Beispiel der Wandlerresonanz oder Dämpfung, bei Belastung ist eine Überwachung des Zustandes des Energiewandlers 7 möglich. Insbesondere kann auch eine Auswertung im statischen Betriebsfall durchgeführt werden. Die beschriebene Einrichtung kann aus diesem Grunde hervorragend als Relaisantrieb in sicherheitsrelevanten Einrichtungen eingesetzt werden.

[0021] Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 wird der Energiewandler 7 durch einen piezoelektrischen Biegewandler gebildet, der ein Zwei-, Drei- oder Vielschichtwandler sein kann. Er hat im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei elektrisch voneinander getrennte Schichten, die fest miteinander verbunden sind. Wird der Schalter 11 angesteuert, zieht sich die eine Schicht des Biegewandlers 7 zusammen, wobei infolge der festen Verbindung auch die zweite Piezoschicht entsprechend gebogen wird. Dadurch erfolgt in der zweiten Piezoschicht eine Ladungstrennung, d.h. es tritt ein Spannungsimpuls auf, der von der Auswerteelektronik 8 erfaßt und ausgewertet wird. Sie hat zwei Vergleicher 23, 24, an welche der Biegewandler 7 jeweils angeschlossen ist. In den Vergleichern 23, 24 wird eine ihnen zugeführte Referenzspannung U_ref1 bzw. U_ref2 mit den an der zweiten Piezoschicht des Biegewandlers 7 auftretenden Spannungsimpulsen verglichen. Die beiden Vergleicher 23, 24 liefern ein entsprechendes Ausgangssignal U_out1 und U_out2, das der Überwachungseinheit 10 zugeführt wird. Sie gibt, wie dies anhand der Fig. 1 und 2 im einzelnen beschrieben worden ist, entsprechende Signale an die Ansteuerelektronik 9, die gleich ausgebildet ist wie beim vorigen Ausführungsbeispiel.

[0022] Prinzipiell kann auch ein Zwei-, Drei- oder Vielschichtwandler auf die zuvor nach Fig. 2 beschriebene Art und Weise eingesetzt und ausgewertet werden.

[0023] Sind die Kontaktstücke 5, 6 (Fig. 1) des Schalters 1 miteinander verschweißt, wird dies anhand des Vergleiches der Referenzspannung mit den vom Biegewandler 7 gelieferten Spannungswerten in den Vergleichern 23, 24 festgestellt, die entsprechende Ausgangssignale an die Überwachungseinheit 10 liefern, die in der anhand der Fig. 1 und 2 beschriebenen Weise entsprechende Signale an die Ansteuerelektronik 9 sendet. Auch auf diese Weise ist eine zuverlässige Fehlererkennung gewährleistet, wobei die Ansteuerelektronik 9 dafür sorgt, daß bei verschweißten Kontaktstücken 5, 6 der Schalter 1 mit dem Biegewandler 7 nicht mehr angesteuert wird.

[0024] Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 unterscheidet sich von der vorigen Ausführungsform lediglich dadurch, daß eine Überwachungseinheit 10, die an die Ansteuerelektronik 9 angeschlossen ist, nicht vorgesehen ist. Die Spannungsausgangssignale U_out1 und U_out2 der Vergleicher 23, 24 der Auswerteelektronik 8 werden in diesem Falle beispielsweise einer Anzeige zugeführt, die bei verschweißten Kontaktstücken 5, 6 aufleuchtet und somit optisch einen Fehler am Schalter 1 anzeigt. Zusätzlich oder anstelle der optischen Anzeige kann beispielsweise auch ein akustisches Signal erzeugt werden. Im übrigen arbeitet die Ausführungsform nach Fig. 4 gleich wie das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3.

[0025] Fig. 5 zeigt im Längsschnitt einen als Relais ausgebildeten Schalter 1. Dieser Schalter 1 hat den piezoelektrischen Biegewandler 7 mit zwei Piezoschichten 7a und 7b, die elektrisch voneinander getrennt sind. Der Biegewandler 7 ist in einem Boden 25 des Schaltergehäuses 4 befestigt. Am oberen Ende ist der Biegewandler 7 fest mit einem Schieber 26 verbunden, der seinerseits fest mit der Kontaktfeder 2 verbunden ist. Der Schieber 26 kann beispielsweise auf das obere Ende des Biegewandlers 7 aufgesteckt und klemmend gehalten werden. Ebenso ist es möglich, den Schieber 26 unlösbar mit dem Biegewandler 7 zu verbinden, ihn beispielsweise am Biegewandler anzukleben.

[0026] Im dargestellten Ausführungsbeispiel bilden die beiden Kontaktfedern 2 und 3 einen Öffner, d.h. die Kontaktstücke 5 und 6 der Kontaktfedern 2, 3 liegen aneinander. Das Relais 1 weist auf der anderen, unterhalb der Zeichenebene liegenden Seite einen entsprechenden Schließer auf, dessen beide Kontaktfedern Kontaktstücke tragen, die bei nicht erregtem Relais Abstand voneinander haben. Eine der Kontaktfedern dieses Schließers ist ebenfalls fest mit dem Schieber 26 und damit fest mit dem Biegewandler 7 verbunden.

[0027] Wird das Relais 1 betätigt, wird der Biegewandler 7 in der Darstellung gemäß Fig. 5 nach rechts gebogen. Der starr mit ihm verbundene Schieber 26 wird dementsprechend ebenfalls nach rechts verschoben und nimmt die Kontaktfeder 2 mit. Auch die entsprechende Kontaktfeder des (nicht dargestellten) Schließers des Relais 1 wird mitgenommen. Das Kontaktstück 5 der Kontaktfeder 2 hebt dadurch vom Kontaktstück 6 der Kontaktfeder 3 ab, so daß der Öffner des Relais geöffnet wird. Entsprechend werden auf der anderen Seite des Relais die Kontaktstücke der Kontaktfedern des Schließers aneinander zur Anlage gebracht.

[0028] Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird die in Fig. 5 rechts liegende Piezoschicht 7b angesteuert. Die in Fig. 5 links liegende Piezoschicht 7a ist an die Auswerteelektronik 8 (Fig. 1 bis 4) angeschlossen, welche die Impedanzänderung oder auftretende Spannungsimpulse dieser Piezoschicht 7a in der beschriebenen Weise auswertet. Wird das Relais 1 nicht mehr betätigt bzw. der Biegewandler 7 nicht mehr angesteuert, kehrt er in die in Fig. 5 dargestellte Ausgangslage zurück. Über den Schieber 26 nimmt er hierbei die Kontaktfeder 2 mit, bis ihr Kontaktstück 5 am Kontaktstück 6 der Kontaktfeder 3 zur Anlage kommt. Auf der gegenüberliegenden Seite des Relais werden die beiden Kontaktstücke der Kontaktfedern wieder außer Eingriff voneinander gebracht.

[0029] Vorteilhaft ist die Kontaktfeder 2 des Öffners in Richtung ihres Kontaktöffnens (Fig. 5) elastisch vorgespannt. Dadurch unterstützt sie das Biegen des Biegewandlers 7 in die in Fig. 5 nicht dargestellte Betätigungslage. Insbesondere wird beim Schließen des Kontaktes 5, 6 des (nicht dargestellten) Schließers der erforderliche Kontaktdruck nur unwesentlich von der Kraft des Biegewandlers 7, sondern hauptsächlich von der Vorspannung der Kontaktfeder 2 bestimmt, so daß der erforderliche Kontaktdruck einwandfrei erreicht wird. Die Vorspannung der Kontaktfeder 2 ist so gewählt, daß auch bei längerer Einsatzdauer des Relais und dementsprechender Abnutzung der Kontaktstücke 5, 6 noch ein ausreichender Kontaktdruck sichergestellt ist.

[0030] In zum beschriebenen Ausführungsbeispiel äquivalenter Weise kann die Kontaktfeder 2 des (nicht dargestellten) Schließers in Betätigungsrichtung vorgespannt werden. Bei mehrkontaktigen Relais ist es möglich, durch eine Kombination der Vorspannungen der Kontaktfedern stets einen Kräftezustand zu erreichen, der die Bewegung des piezoelektrischen Wandlers unterstützt und die erforderlichen Kontaktkräfte erzeugt.

[0031] Die Piezoschicht 7b, die vorteilhaft streifenförmig ausgebildet ist, bildet eine aktorische Piezoschicht, während die gegenüberliegende Piezoschicht 7a eine sensorische Piezoschicht bildet. Der Biegewandler 7 und die Kontaktfedern 2, 3 lassen sich einfach im Relaisgehäuse 4 montieren. Der Schieber 26 kann ebenfalls einfach am Biegewandler 7 und an den entsprechenden Kontaktfedern des Öffners und Schließers des Relais befestigt werden. Jeweils eine Kontaktfeder 3 des Öffners bzw. des Schließers des Relais 1 ist ohne Verbindung zum Schieber 26. Er besteht aus elektrisch nicht leitendem Material, vorzugsweise aus Kunststoff. Um eine einfache Befestigung auf den Kontaktfedern zu erreichen, ist der Schieber 26 mit entsprechenden Stecköffnungen für die Kontaktfedern versehen.

[0032] Die Fig. 6 bis 9 zeigen eine weitere Ausführungsform eines als Relais ausgebildeten Schalters 1. In den Fig. 6 und 7 sind die beiden Seiten des Relais dargestellt, welche die Kontaktfedern 2, 3 aufweisen. Die Kontaktfedern 2, 3 gemäß Fig. 6 bilden einen Schließer, während die Kontaktfedern 2, 3 gemäß Fig. 7 einen Öffner bilden. Die Kontaktstücke 5, 6 der den Schließer bildenden Kontaktfedern 2, 3 (Fig. 6) haben in der Ausgangsstellung Abstand voneinander. Die Kontaktstücke 5, 6 der den Öffner bildenden Kontaktfedern 2, 3 liegen in der Ausgangsstellung aneinander. Die beiden Kontaktsätze sind durch eine Wand 27 des Relaisgehäuses 4 bzw. dessen Kontaktsockel voneinander getrennt. Die unteren Enden der Kontaktfedern 2, 3 sind im Boden 25 des Kontaktsockels in bekannter Weise befestigt. Nach oben ragen die Kontaktfedern 2, 3 über die Wand 27.

[0033] Im Relaisgehäuse 4 ist der piezoelektrische Wandler 7 befestigt. Der im Beispiel dargestellte streifenförmige Biegewandler 7, der wiederum als Ein-, Zwei-, Drei- oder Vielschichtwandler ausgebildet sein kann, ist mit seinem unteren Ende im Boden 25 verankert. Das obere Ende des Biegewandlers 7 steht über die Wand 27 vor. Der Schieber 26, der im dargestellten Ausführungsbeispiel plattenförmig ausgebildet ist, ist fest mit dem oberen Ende des Biegewandlers 7 verbunden. Außerdem ist am Schieber 26 die Kontaktfeder 2 des Schließers (Fig. 6) sowie die Kontaktfeder 3 des Öffners (Fig. 7) befestigt. Die beiden anderen Kontaktfedern des Schließers und des Öffners sind ohne Verbindung zum Schieber 26, der mit geringem Abstand oberhalb der Wand 27 angeordnet ist. Da der Schieber 26 fest mit dem piezoelektrischen Biegewandler 7 verbunden ist, kann die jeweils mit dem Schieber verbundene Kontaktfeder elastisch vorgespannt sein.

[0034] Wird der Biegewandler 7 infolge Spannungsbeaufschlagung verformt, bewegt sich der Schieber 26 in Fig. 6 nach rechts bzw. in Fig. 7 nach links. Dadurch kommen die Kontaktstücke 5, 6 des Schließers (Fig. 6) miteinander in Berührung, während die Kontaktstücke 5, 6 des Öffners (Fig. 7) voneinander entfernt werden. Da die Kontaktfedern 2 des Schließers und des Öffners vorteilhaft elastisch vorgespannt sind, wird der Schließer 26 mit Unterstützung der Vorspannung bewegt und der entsprechende Kontakt 5, 6 geschlossen bzw. geöffnet. Insbesondere beim Schließen des Kontaktes 5, 6 (Fig. 6) wird der erforderliche Kontaktdruck nur unwesentlich von der Kraft des Biegewandlers 7, sondern im wesentlichen von der Vorspannung der Kontaktfeder 2 bestimmt.

[0035] Es besteht auch die Möglichkeit, auf die aktorisch nicht genutzte piezoelektrische Keramikschicht beispielsweise mit Hilfe eines Siebdruckverfahrens eine Widerstandsmeßstrecke 28 aufzubringen (Fig. 10) und sie als Sensor zu nutzen. Durch die mechanische Verbindung der beiden Piezoschichten 7a, 7b biegt sich die sensorische Schicht 29 ebenfalls. Durch die Streckung der beispielsweise mäanderförmig verlaufenden Widerstandsmeßstrecke 28 ist, ähnlich wie bei Dehnungsmeßstreifen, diese Biegung erfaßbar.

Ansprüche

1. Schalter, insbesondere Relais, mit wenigstens zwei Schaltelementen (2, 3), von denen wenigstens eines zum Schließen und Öffnen des Schalters relativ zum anderen Schaltelement mittels wenigstens eines Antriebsteiles (7) bewegbar ist, das fest mit dem einen Schaltelement (2, 3) verbunden und ein Festkörper-Energiewandler ist,
dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsteil (7) mit dem einen Schaltelement (2, 3) durch mindestens einen sich quer zum Schaltelement (2, 3) erstreckenden Schieber (26) verbunden und an eine Auswerteeinheit (8) angeschlossen ist, die ein charakteristisches Merkmal, vorzugsweise eine elektrische Impedanz oder eine Spannung, des Antriebsteiles (7) erfaßt und auswertet.

2. Der Gegenstand nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (26) fest mit dem Antriebsteil (7) und dem einen Schaltelement (2, 3) verbunden ist.

3. Der Gegenstand nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente (2, 3) Kontaktfedern sind, die vorzugsweise wenigstens ein Kontaktstück (5, 6) tragen.

4. Der Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der Festkörper-Energiewandler (7) ein piezoelektrischer Wandler ist, der vorzugsweise ein Biegewandler ist, der mindestens eine piezoelektrische Schicht aufweist.

5. Der Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Feder die Bewegung des Energiewandlers (7) unterstützt, die vorteilhaft die Kontaktfeder (2, 3) ist.

6. Der Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß der Festkörper-Energiewandler (7) ein magnetostriktiver Energiewandler ist.

7. Der Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß das charakteristische Merkmal ein elektrischer Widerstand einer besonders ausgebildeten Elektrodenfläche (29) des Energiewandlers ist.

8. Der Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (8) in Abhängigkeit vom ausgewerteten Merkmal ein Signal an eine Überwachungseinheit (10) liefert, die vorteilhaft an eine Ansteuereinheit (9) angeschlossen ist, welche das Antriebsteil (7) steuert.

9. Der Gegenstand nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuereinheit (9) die am Antriebsteil (7) anliegende Eingangs- und Ausgangsspannung überwacht.

10. Der Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (8) zur Erzeugung einer elektrischen Wechselspannung einen Oszillator (19) aufweist, daß vorteilhaft die Wechselspannung von einer Strom/Spannungsmeßeinheit (20) erfaßt wird, der vorzugsweise ein Vergleicher (22) nachgeschaltet ist, der die von der Strom/Spannungsmeßeinheit (20) gelieferten Istwerte mit einem Sollwert.vergleicht und in Abhängigkeit der Vergleichsmessung ein Steuersignal an die Überwachungseinheit (10) liefert.

11. Der Gegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (8) zwei Vergleicher (23, 24) aufweist, an welche das Antriebsteil (7) angeschlossen ist, und daß vorzugsweise die Vergleicher (23, 24) eine Referenzspannung (U_ref1, U _ref2) mit einer gemessenen Ist-Spannung am Antriebsteil (7) vergleichen.

12. Der Gegenstand nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleicher (23, 24) in Abhängigkeit vom Vergleichsmeßergebnis eine Steuerspannung (U_out1, U_out2) liefern, die vorteilhaft der Überwachungseinheit (10) zugeführt wird.

Claims

1. Switch, particularly relay with at least two control elements (2, 3), of which at least one is movable for closing and opening of the switch relative to the other control element by means of at least one driving part (7), which is firmly connected with the one control element (2, 3) and which is a solid body energy converter,
characterized in that the driving part (7) is connected with the one control element (2, 3) by at least one bar (26), extending itself transversely to the control element (2, 3) and is connected to an evaluating processor unit (8), which registers and evaluates a representative characteristic, preferably an electric impedance or a voltage of the driving part (7).

2. The object according to claim 1,
characterized in that the bar (26) is firmly connected with the driving part (7) and the one control element (2, 3).

3. The object according to claim 1 or 2,
characterized in that the control elements (2, 3) are contact springs, which preferably bear at least one contact piece (5, 6).

4. The object according to claim 1 to 3,
characterized in that the solid body energy converter (7), is a piezoelectric converter, which preferably is a bending converter, comprising at least one piezoelectric layer.

5. The object according to claim 1 to 4,
characterized in that at least one spring, being advantageously the contact spring (2, 3) supports the movement of the energy converter (7).

6. The object according to claim 1 to 5,
characterized in that the solid body energy converter (7) is a magnetostrictive energy converter.

7. The object according to claim 1 to 6,
characterized in that the representative characteristic is an electric resistance of an especially formed surface of the electrode (29) of the energy converter.

8. The object according to claim 1 to 7,
characterized in that the evaluating processor unit (8) delivers a signal, dependent on the evaluated characteristic, to a monitoring unit (10), which advantageously is connected to an inverter unit (9), which controls the the driving part (7).

9. The object according to claim 8,
characterized in that the inverter unit (9) monitors the input voltage and output voltage, provided at the driving part (7).

10. The object according to one of the claims 1 to 9,
characterized in that the evaluating processor unit (8) comprises an oscillator (19) for the generation of an electric alternative current voltage and that advantageously the alternative current voltage is registered by an electric current/voltage measuring unit (20), to which a comparator (22) is attached behind which compares the actual values, delivered from the the electric current/voltage measuring unit (20) with a set value and delivers, dependent on the comparator measuring a control signal to the monitoring unit (10).

11. The object according to one of the claims 1 to 10,
characterized in that the evaluating processor unit (8) comprises two comparators (23, 24), to which the driving part (7) is connected and that preferably the comparators (23, 24) compare a reference voltage (Uref1, Uref2) with a measured actual voltage at the driving part (7).

12. The object according to claim 11,
characterized in that the comparators (23, 24) dependent on the result of the comparative measuring, deliver a control voltage (Uout1, Uout2), being advantageously supplied to the monitoring unit (10).

Revendications

1. Commutateur, en particulier relais avec au moins deux éléments de commutation (2, 3) desquels au moins un est mobile à l'aide d'au moins une pièce d'entraînement (7) pour fermer et ouvrir le commutateur relativement à l'autre élément de commutation, la pièce d'entraînement (7) étant connectée fixement avec le premier élément de commutation (2, 3) et étant un convertisseur d'énergie de corps solides,
caractérisé en ce que la pièce d'entraînement (7) est connectée au premier élément de commutation (2, 3) par au moins une coulisse (26) s'étirante au travers de l'élément de commutation (2, 3) et est connectée à une unité d'évaluation (8), laquelle saisit et évalue un caractère distinctif, de préférence une impédance électrique ou une tension de la pièce d'entraînement (7).

2. L'objet selon revendication 1,caractérisé en ce que la coulisse (26) est reliée fixement avec la pièce d'entraînement (7) et le premier élément de commutation (2, 3).

3. L'objet selon revendication 1ou 2,
caractérisé en ce que les éléments de commutation (2, 3) sont des lames de contact, portant de préférence au moins un plot de contact (5, 6).

4. L'objet selon revendication 1 à 3,
caractérisé en ce que le convertisseur d'énergie de corps solides (7) est un convertisseur piézoélectrique, lequel est de préférence un convertisseur de flexion, comprenant au moins une couche piézoélectrique.

5. L'objet selon une des revendications 1 à 4,
caractérisé en ce qu'au moins un ressort, étant avantageusement le ressort de contact (2, 3), supporte le mouvement du convertisseur d'énergie (7).

6. L'objet selon une des revendications 1à 5,
caractérisé en ce que le convertisseur d'énergie de corps solides (7) est un convertisseur d'énergie magnétostrictif.

7. L'objet selon une des revendications 1à 6,
caractérisé en ce que le caractère distinctif est une résistance électrique d'une surface d'électrode (29) du convertisseur d'énergie, formée spécialement.

8. L'objet selon une des revendications 1 à 7,
caractérisé en ce que l'unité d'évaluation (8) fournit en fonction du caractère évalué un signal vers une unité de surveillance (10), laquelle est avantageusement connectée à une unité d'amorçage (9), laquelle commande la pièce d'entraînement (7).

9. L'objet selon revendication 8,
caractérisé en ce que l'unité d'amorçage (9) surveille la tension d'entrée et de sortie, se trouvant sur la pièce d'entraînement (7).

10. L'objet selon une des revendications 1 à 9,
caractérisé en ce que l'unité d'évaluation (8) comprend pour la production d'une tension électrique alternative un oscillateur (19) et que la tension électrique est saisie avantageusement par une unité de mesure ampérimètre /voltmètre (20) avec un comparateur (22) placé en aval, lequel compare les valeurs effectives, fournies par l'unité de mesure ampérimètre/voltmètre (20) avec une valeur exigée et fournit en fonction de la mesure comparative un signal de commande à l'unité de surveillance (10).

11. L'objet selon une des revendications 1 à 10,
caractérisé en ce que l'unité d'évaluation (8) comprend deux comparateurs (23, 24) auxquels est connectée la pièce d'entraînement (7) et que de préférence les comparateurs (23, 24) comparent une tension de référence (Uref1, Uref2) avec une tension effective mesurée à la pièce d'entraînement (7).

12. L'objet selon une des revendications 1 à 11,
caractérisé en ce que les comparateurs (23, 24) fournissent en fonction du résultat de la mesure comparative une tension de commande (Uout1, Uout2), qui est amenée avantageusement à l'unité de surveillance (10).

Zeichnung