DE2526030A1

DE2526030A1 - Elektromagnetische schaltervorrichtung

Info

Publication number: DE2526030A1
Application number: DE19752526030
Authority: DE
Inventors: Sadayuki Mitsuhashi; Kazutoshi Wakamatsu
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1974-06-14
Filing date: 1975-06-11
Publication date: 1976-01-02
Also published as: DE2526030B2; DE2526030C3; JPS50159907A; US3996541A; BE830197A

Description

PATENTANWALT Dr. jur. UWE DREISS 7 STUTTGARfI

Diplom-Ingenieur, M. Sc Schidcslraße 2

Telefon (0711) 245734 Telegrammadresse UDEPAT

2526030 ⁶· ^{Juni 1975}

F/sch

Anmelder: Mein Zeichen ι

Nippon Electric Co., Ltd. _N^ _ g₆g

33-1, Shiba Gochome

Minato-ku Amii. aw. z.,

Tokio, Japan

Priorität: 14. Juni 1974
67 092/197U
Japan

Elektromagnetische Schaltervorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromagnetische Schaltervorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs.1. Ferner bezieht sie sich auf elektromagnetische Schalter, die unter elektromagnetischem Antrieb selektiv betriebsbereit bzw. betätigbar sind und insbesondere auf solche integrierte Schalter, die für eine maximale Bauelementen-Dichte bemessen bzw. konstruiert sind.

Reed-Schalter, die ein Paar von in einem Glasrohr oder dergl. dichtend eingeschlossenen Kontakten .enthalten, sind als eine elektromagnetische Schalterart bekannt geworden, der unter elektromagnetischem Antrieb selektiv betätigbar sind und die in elektronischen Schaltersystemen in Fernsprechvermittlungsstellen als Kontaktelemente des Sprechweg-Schalters verwendet werden. In einem solchen Schaltersystem beträgt die Größe der Schalterplatte für den Sprechweg, bei der Reed-Schalter verwendet werden, etwa zwei Drittel aller erforderlichen Rahmen bzw. Gestelle und es war schwierig, die Herstellungskosten eines solchen Schaltersystems zu verringern, da ein solches die Reed-Schalter enthaltendes System aus einer großen Anzahl von einzelnen separaten Bauelementen besteht.

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Ferner ist in der US-PS 3 150 244 ein Vielfachelement-Relais of-

fenbart, das eine Anzahl von Kerngliedern enthält, die in eine Metallplatte senkrecht zu ihrer Ebene durch das Medium für die Gasabdichtungen fest eingesetzt sind und die zu den betreffenden Schalterelementen des Relais gehören bzw. diesen zugeordnet sind. Auf der Metallplatte ist eine Abdeckung vorgesehen, die mit dieser hermetisch dicht verbunden ist und an deren Innenseite Federstreifen angeschweißt sind, um die betreffenden bewegbaren Kontakte zu tragen.

Bei einem solchen Schalteraufbau ist es jedoch, da die als gasdichtes Abdichtmittel diendende Abdeckung auch als eine den bewegbaren Kontakten gemeinsame Signalleitung dient, schwierig, einen Matrixschalter zu bilden, der eine Vielzahl von Relais und deren bewegbare Kontakte enthält, die in einer Matrixgruppierung angeordnet sind, in welcher die bewegbaren Kontakte in Reihe elektrisch verbunden sind, beispielsweise durch Spalten der Matrix, so daß die Spalten der bewegbaren Kontakte unabhängig voneinander verwendet werden können.

Bei dem Schalteraufbau, bei dem die Grundplatte aus Metall ist und die Kerne selbst als Signalleitungen dienen, kann die Drahtverbindung solcher Signalleitungen und der Magnetisierungsspulen nicht auf der Grundplatte ausgeführt werden und man muß deshalb einige Zusatzmittel verwenden, wie eine außen am eigentlichen Schalter vorgesehene gedruckte Schaltkreisplatte. Dies bedingt offensichtlich eine Vergrößerung der Anzahl der Bauelemententeile und der Herstellungskosten und die Verwendung eines solchen Schalteraufbaus erweist sich als für die Verwirklichung einer integrierten Schaltervorrichtung hoher Dichte nicht empfehlenswert.

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Darüber hinaus, macht der Schalteraufbau, in welchem entsprechende Kernglieder in die metallische Grundplatte eingebettet und durch Glasabdichtmittel in ihrer Lage festgehalten sind, einen komplizierten Herstellungsprozeß bzw. Vorgang für die Glasabdichtung der Kernglieder notwendig, was die Gefahr mit sich bringt, daß die Kernglieder in ihrer magnetischen Qualität bei den verwendeten erhöhten Temperaturen verschlechtert werden.

Eine Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, die vorgenannten Nachteile zu vermeiden und eine elektromagnetische Schaltervorrichtung zu schaffen, die insbesondere für eine Integrierung hoher Dichte verglichen mit den bekannten Schalterformen, die unter elektromagnetischem Antrieb selektiv betriebsbereit sind, geeignet ist. Ferner soll eine integrierte elektromagnetische Schaltervorrichtung geschaffen werden, die bei besonders hoher Bauelementendichte verwendbar ist, wobei auf einer als elektrische Isolierplatte verwendeten Grundplatte Bauelemententeile

r.

einer Vielzahl von Schaltelementen zusammensetzbar sind. Ferner soll mit der vorliegenden Erfindung eine integrierte elektromagnetische Schaltervorrichtung der beschriebenen Art geschaffen werden, die ein integrales Gebilde von Bauelemententeilen und eine Vielzahl von elektromagnetischen Schaltern enthält, die auf einer elektrischen Isolierplatte in einer Matrixgruppierung anordenbar sind.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Ein solcher Aufbau einer elektromagnetischen Schaltervorrichtung kann in einfacher Weise in integrierter, zu einer Baugruppe zusammengefaßter Form mit hoher Bauelementendichte hergestellt werden.

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Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist die elektromagnet!- sehe Schaltervorrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruchs2ausgebildet, wodurch eine integrierte, zu einer Baugruppe zusammengefaßte elektromagnetische Schaltermatrix geschaffen ist.

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand der 'in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert wird. Es zeigen:

Fig. 1 einen Teilschnitt durch einen elektromagnetischen Schalter mit Vielfachelementen konventioneller Art,

Fig. 2 einen teilweise abgebrochenen Schnitt durch den Aufbau eines elektromagnetischen Schalters gemäß einem Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform vorliegender Erfindung, angewendet bei einem eine 8:8 Kontaktmatrix enthaltenden Sprechweg-Schalter, von dessen Kontakten*jeder denselben in Fig. 2 dargestellten Grundaufbau besitzt,

Fig. 4 und 5 entsprechende Muster metallisierter Schichten, die auf gegenüberliegenden Oberflächen einer Isolier-Grundplatte des Ausführungsbeispiels der Fig. 3 gebildet sind,

Fig. 6 eine perspektivische Teilansicht, in der die Anordnung bzw. Gestaltung von gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 gebildeten Kontaktzellen dargestellt ist,

Fig. 7 und 8 Bestandteile eines beim Ausführungsbeispiel der Fig. 3 anwendbaren integrierten Gebildes,

Fig. 9 einen Schnitt ähnlich dem in Fig. 2, jedoch gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel eines elektromagnetischen Schalters, das den Grundaufbau vorliegender Erfindung zeigt, und

Fig. 10 einen Schnitt ähnlich den Fig. 2 und 9, jedoch gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung.

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Fig. 1 zeigt eine typische Art eines elektromagnetischen Relais mit Vielfachelementen herkömmlicher Bauart, wobei die Bezugsziffer 101 eine nicht-magnetische Metallplatte kennzeichnet, in die Kernglieder 103 senkrecht zur Ebene der Metallplatte mittels Glas 102 fest eingesetzt sind. Auf der Metallplatte 101 ist eine mit ihr hermetisch gasdicht verbundene Abdeckung 104 befestigt. Federstreifen oder -bänder 106 sind an die Innenseite der Abdeckung 104 angeschweißt, von denen jeder bzw. jedes einen Relaisanker 105 trägt. An jedem der Kernglieder 103 ist eine dieses umgebende Magnetisierungswindung oder -spule 107 passend angebracht. Die Kernglieder 103 sind am freien Ende in eine elektrische Isolierplatte 108 eingesteckt und in geeigneter Weise elektrisch verbunden.

Der in Fig. 2 dargestellte elektromagnetische Schalter gemäß einem Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung enthält eine planare bzw. flächige elektrische Isolierplatte 203, die mit wenigstens einer Durchgangsöffnung 207 versehen ist, welche als Kontaktzelle bzw. -raum dient; ferner sind durch Metallisieren, Besprühen oder andere geeignete Mittel elektrisch leitende Dünnfilm-Schichten 211 und 212 an gegenüberliegenden Oberflächen der Isolierplatte 203 um die Durchgangsöffnung 207 gebildet. Ein Anker 208, der einen bewegbaren Kontakt 205 trägt und eine Abdichtplatte 202, die einen feststehenden Kontakt 206 trägt, sind in der Kontaktzelle 207 relaitv zueinander in einem Abstand gegenüberliegend angeordnet. Die Abdichtplatte 202 ist an ihrer einen Seite an der Dünnfilm-Schicht 212 durch Löten befestigt und an ihrer anderen Seite an der Stirnfläche eines Kernglieds 201 angeschweißt. Andererseits ist der Anker 208 durch Schweißen an einer Kontaktfeder 209 befestigt, die an ein^e

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Trägervorrichtung 213 gelötet ist, welche ihrerseits an der leitenden Dünnfilm-Schicht 211 befestigt ist. Desweiteren sind eine oder mehr solcher Kontaktzellen 207 durch eine abdichtende Abdeckung 204 hermetisch dicht eingeschlossen, die mit einem Abdichtring 214 verschweißt ist, der mit der metallisierten Schicht 210 verlötet ist, die an der oberen Seite der Isolierplatte 203 um ihren Umfang herum, d.h. an der Seite gebildet ist, an der die leitende Dünnfilm-Schicht 211 gebildet ist.

Bei dem in der oben beschriebenen Weise aufgebauten elektromagnetischen Schalter kann eine beliebige Vielzahl von Kontaktzellen wahlweise bzw. selektiv betätigt werden, da jeder der Anker 208 in einer Richtung senkrecht zur Ebene der isolierenden Grundplatte 203 unter der magnetischen Anziehung des zugeordneten Kerngliedes 201 bewegbar ist, wenn dieser selektiv magnetisiert wird. Namentlich beim Erregen der zugeordneten nicht dargestellten Magnetisierungsspule wird der Anker 208 vom Kernglied 201 in Richtung von dessen Längsachse entgegen der Federkraft der Feder 209 angezogen, von der der Anker getragen wird, so daß der vom Anker 208 getragene, bewegbare Kontakt 205 mit dem feststehenden Kontakt 206 in Kontakt gebracht wird und sich unter der Wirkung des Restmagnetismus selbst hält oder durch fortgesetzte Erregung der Spule gehalten wird, um die gewünschte Schaltkreisverbindung aufzubauen« Die Kontakte 205, 206 werden geöffnet bzw» voneinander getrennt, wenn der Kontakt 205 bei einer Entmagnetisierung des Kerns 201 oder bei einer Unterbrechung des die Spule erregenden Stromes unter der Vorspannung der Feder 203 in seine in Fig. 2 dargestellte, normale Lage zurückgeführt wird. Obwohl in Fig» 2 der bewegbare Kontakt 205 als ein Stück dargestellt ist, das getrennt vom Anker 208 gebildet und an diesem befestigt ist, kann es, sofern man will, selbstverständlich als integrales Ankerteil ausgebildet sein*

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Der Aufbau des dargestellten und oben beschriebenen elektromagnetischen Schalters ist insbesondere zur Ausbildung einer Vielzahl von Schaltkontakten geeignet, beispielsweise mit dem Ziel, mit geringen Kosten einen kompakten Sprechweg-Schalter zu schaffen, der in einer elektronischen Fernsprechvermittlungsstelle mit großräumiger Unterteilung verwendbar ist. Eine solche Anwendung der vorliegenden Erfindung wird im folgenden anhand der Fig. 3 bis 6 beschrieben, die eine Form einer integrierten elektromagnetischen Schaltvorrichtung mit einer 8:8 Kontaktmatrix zeigen.

In den Fig. 3 bis 6 kennzeichnet die Bezugsziffer 203 eine planare bzw. flächige isolierende Grundplatte, die mit Durchgangsöffnungen in einer 8x9 Matrixanordnung versehen ist, um entsprechende Kontaktzellen bzw. -räume 207 zu bilden. Auf der oberen Fläche der flächigen bzw. ebenen Grundplatte 203 ist eine Anzahl von acht elektrisch leitenden Schichten 211 aufgedampft , die sich längs der betreffenden Spalten "der Kontaktzellen 207 erstrecken und als Signalleitungen für bewegliche Kontakte, wie in Fig. 4 dargestellt, dienen. Dieselbe Anzahl elektrisch leitender Schichten 212 ist auf der Bodenfläche der ebenen Grundplatte 203 aufgedampft, die sich längs der betreffenden Reihen bzw. Zeilen der Kontaktzellen 207, wie in Fig. 5 dargestellt, erstrecken. Natürlich erstrecken sich die metallisierten Schichten 211 in der ersten Gruppe einerseits und diejenigen Schichten 212 in der zweiten Gruppe andererseits derart, daß sie einander in rechten Winkeln unter einem Abstand schneiden, der der Dicke der Grundplatte 203 entspricht. Die metallisierte Schichten 212, die sich in Richtung der Zellenreihen erstrecken, werden durch entsprechende Klemmen 502 als Reihen-Signalleitungen (Fig. 5) herausgeführt, während die metallisierten Schichten 211, die sich in'Richtung der Zellen*· spalten erstrecken, durch die entsprechende Kontaktzellen 501

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in der neunten Reihe mit den betreffenden Klemmen 503 verbunden

sind, die auf der Bodenfläche der Grundplatte 203 gebildet sind. Die Kontaktzellen 501 sind nicht nur außen metallisiert, wie bei 504, sondern auch innen. Auch ist eine metallisierte Schicht 210 auf der oberen Fläche der Grundplatte 203 längs deren gesamten Umfang gebildet, wie in Fig. 4 dargestellt, und ein nicht dargestellter Dichtring ist an die Schicht 210 angelötet.

Die ebene, metallisierte, isolierende Grundplatte 203 ist aus Keramik oder dergl. Isoliermaterial, beispielsweise in folgender Weise gebildet. Zuerst wird ein ungebranntes Band aus solchem Material von 0,6 bis 1,0 mm Dicke hergenommen und aufeinanderfolgend mit Durchgangsöffnungen beispielsweise durch Stanzen auf einer Presse versehen. Das gestanzte Band wird in Abschnitte geteilt bzw. geschnitten, deren Länge der Abmessung der Schaltereinheit entspricht; solche Abschnitte werden einer Metallisierungsstation zugeführt, um auf ihnen leitende Schichten im erforderlichen Muster vorzusehen. Es ist offensichtlich, da£ ein solcher Vorgang zur Vorbereitung von metallisierten Grundplatten leicht automatisch erfolgen kann, was zur Verringerung der Herstellungskosten wünschenswert ist.

Jiach der Metallisierung werden die Dichtstreifen 202 an die betreffenden metallisierten Schichten 212, die sich, wie in Fig. dargestellt, in Richtung der Zellenreihen erstrecken, angelötet. In ähnlicher Weise werden Federträger 213 an die betreffenden metallisierten Schichten 211, die sich in Richtung der Zellenspalten erstrecken, angelötet. In diesem Zusammenhang sei bemerkt , daß sowohl die Dichtstreifen als auch die Federträger nicht als Einzelstücke geliefert werden, sondern in Form eines mit dem entsprechenden Muster versehenen dünnen Blechs oder Platte für jede Schaltereinheit, wie in Fig. 7 für die Dichtstreifen dargestellt ist. In der in Fig. 7 dargestellten, mit

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einem Muster versehenen Hatte oder Blech sind alle Dichtstreifen 202, die an die betreffenden metallisierten Schichten 212 gelötet werden, integral mit dem Blech- oder Plattenrahmen 701, der sich als Träger bzw. Balken zwischen einem Paar gegenüberliegender Seitenteile erstreckt, und vom Rahmen auf Länge abgeschnitten , nachdem sie an die betreffende metallisierte Schicht 212 angelötet ist. Die mit einem Muster versehene Platte wird vorzugsweise aus einem magnetischen Material mit dem Ziel hergestellt , die Wirkung der magnetischen Anziehung der Kernglieder 201 zu erhöhen, und die Abdichtbalken oder -streifen 202 werden in ihrer Breite, wie dargestellt, in regelmäßigen Abständen verringert, um die magnetischen Interferenz zwischen je zwei benachbarten Kontaktzellen auf ein Minimum herabzusetzen.

Fig. 8 zeigt ein integrales bzw. einstückiges, dünnes federndes Blech, das zur Bildung von Kontaktfedern, mit ihrem Zentrum bei 802 , und Paaren von die Federn tragenden Streifen 801 mit einem Muster versehen ist, welche Streifen an ihren gegenüberliegenden Enden mit einander gegenüberliegenden Randteilen des Blechs verbunden sind. Wie dargestellt, ist jede der Kontaktfedern an ihren diagonal gegenüberliegenden Rändern mit den betreffenden Streifen 801 im zugeordneten Paar durch ein Paar dreifach gebogener Beine verbunden, um eine gymbalähnliche bzw. eine einer Schwenkbewegung in kardanischer Aufhängung ähnliche Bewegungscharakteristik auszuführen. Die Anker 208 sind auf den betreffenden Kontaktfedern 802 bespw. durch Schweißen befestigt, wie durch gestrichelte Kreise in Fig. 8 angedeutet, während die Federträger 213 bspw. durch Schweißen an den betreffenden Streifen 801 befestigt sind. Wie leicht einsehbar ist, sind bei dieser Anordnung die Kontaktfedern im Betrieb einem erhöhten Steifigkeit sgrad ausgesetzt und so können ihre Schwingungen, die beim

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Zurückfedern auftreten, stark gedämpft werden. Das Dämpfungsmaß ist ferner durch den Luftwiderstand vergrößert, der zwischen der Innenwand der Kontaktzellen 207 und dem Anker 208 besteht, der in der Zelle bzw. in dem Raum mit einem begrenzten Ringspalt dazwischen angeordnet bzw. eingebettet ist.

Fig. 9 zeigt einen modifizierten bzw. abgewandelten Grundaufbau eines elektromagnetischen Schalters gemäß vorliegender Erfindung, in welchem die Kontaktfeder 209 und die dichtende Abdeckung 2OH durch Schweißen direkt an den betreffenden metallisierten Schichten 211 und 210 befestigt sind, wodurch eine weitere Verringerung der Herstellungskosten ermöglicht ist.

Fig. 10 zeigt einen Schalteraufbau gemäß einer weiteren Ausführungsform vorliegender Erfindung, der grundsätzlich derselbe ist, wie vorstehend dargestellt und beschrieben, und unter im wesentlichen denselben erfolgreichen Ergebnissen anwendbar ist..Wie sich aus diesem Ausführungsbeispiel ergibt, ist der Dichtstreifen 202 auf derselben Seite an der Grundplatte 203 befestigt wie der bewegbare Kontakt 205 , und zwar mittels einer leitenden Schicht 212, die sich, wie dargestellt, zu dieser betreffenden Seite der Grundplatte erstreckt.

Obwohl in den anhand der Fig, 2,3,9 und 10 dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispielen ein hermetisch dichter Aufbau verwendet wird ^ der Dichtstreifen 202 und eine dichtend« Abdeckung 204 aufweist, die zum dichten Einschluß der Schaltkontakte miteinander* zusammenwirken, ist leicht einsehbar, daß sie auch, falls erwünscht, ohne Dichtmittel angewendet werden können»

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Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich, sind alle Bestandteile der elektromagnetischen Schalter-Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in einer integralen Form vorgesehen und können auf die erforderliche Größe und den erforderlichen Umriß bearbeitet werden, beispielsweise durch Laser-Mittel. Dies bedeutet, daß eine Vielzahl von Schaltelementen in Serie wirksam gebildet werden kann und es einfach macht, die entsprechenden Herstellungsschritte zu automatisieren und die Herstellungskosten wesentlich zu verringern. Es sei erwähnt, daß nun gemäß der vorliegenden Erfindung eine integrale elektromagnetische Schaltvorrichtung verwirklicht werden kann, die verglichen mit konventionellen Formen eines elektromagnetischen Schalters derselben allgemeinen Art sowohl in ihrer Größe als auch hinsichtlich der Kosten wesentlich verringert ist.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

Elektromagnetische Schaltervorrichtung mit einer Grundplatte und mit mindestens einem ein Kernglied, eine Spule und Kontaktelemente aufweisenden Relais, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte eine elektrisch isolierende Platte (203) ist, die mindestens eine DurchgangsÖffnung (207) besitzt, und daß die Kontaktelemente (205, 206) auf der Isolierplatte (203) befestigt und im wesentlichen innerhalb der DurchgangsÖffnung (207) angeordnet sind.

Schaltervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierplatte (203) eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen (207) besitzt, die in einer Matrix angeordnet sind, daß eine erste Gruppe elektrisch leitender Schichten (211) auf der einen Oberfläche der Isolierplatte <2G3) gebildet ist und sich längs entsprechender Spalten von Durchgangsöffnungen <2O7) erstrecken, und eine zweite Gruppe elektrisch leitender Schichten (212) auf der anderen Oberfläche der Isolierplatte <2O3) gebildet ist und sich längs entsprechender Reihen von Durchgangsöffnungen (207) erstrecken, und daß eine Vielzahl von in einer entsprechenden Matrix angeordneten elektromagnetischen Relais auf der Isolierplatte befestigt ist, deren im

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wesentlichen innerhalb einer zugeordneten Durchgangsöffnung (207) angeordnete Kontaktelemente (205, 206) mit den betreffenden benachbarten leitenden Schichten (211, 212) dieser ersten und zweiten Gruppe verbunden sind.

3. Schaltervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit den Kerngliedern (201) verbundene, vorzugsweise aus magnetischem Material bestehende Kontaktelemententräger (202) vorgesehen sind, die entsprechend den leitenden Schichten (212) in Reihen zwischen zwei parallelen Schenkeln eines Rahmens (701) verlaufen.

4. Schaltervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelemententräger (202) zwischen je zwei Durchgangsöffnungen (207) als schmale Streifen ausgebildet sind.

5. Schaltervorrichtung nach eindem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit den bewegbaren Kontaktelementen (205) verbundene,vorzugsweise aus einem Blech ausgestanzte,federnde Kontaktelemententräger (209) vorgesehen sind, die entsprechend den leitenden Schichten (211) in Spalten zwischen zwei jeweils parallelen Streifen (801) verlaufen und an diesen schwenkbar befestigt sind.

6. Schaltervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder federnde Kontaktelemententräger (209) an den Streifen (801) etwa kardanisch aufgehängt ist.

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