DE19632347A1 - Schalter, insbesondere Relais - Google Patents

Description

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

Bei bekannten Relais sind als Schaltelemente Kontaktfe­ dern vorgesehen, die durch einen Schieber miteinander verbunden sind. Er wird durch die Kontaktfedern in eine Ausgangslage gebracht, in welcher der Schieber am An­ triebsteil anliegt, der einen Anker eines Elektromagne­ ten bildet. Wird das Relais bestromt, wird der Anker ausgelenkt, wodurch ein Öffner des Relais geöffnet und/oder ein Schließer geschlossen wird. Sobald das Re­ lais 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 zurückge­ schwenkt 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 zu­ rückgeführt wird. Ein solches Relais ist konstruktiv aufwendig ausgebildet, da mehrere Kontaktfedern und ge­ gebenenfalls zusätzlich eine Rückstellfeder vorgesehen sind, die außerdem zu einem großen Bauvolumen des Relais sowie zu erheblichen zu bewegenden Massen und damit zu erhöhten Schaltzeiten führen.

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

Diese Aufgabe wird beim gattungsgemäßen Schalter erfin­ dungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspru­ ches 1 gelöst.

Beim erfindungsgemäßen Schalter ist das eine Schaltele­ ment mit dem Antriebsteil fest verbunden, das ein Fest­ körper-Energiewandler ist. Aufgrund der festen Verbin­ dung von Schaltelement und Antriebsteil bleibt bei einem eventuellen Verschweißen der Schaltelemente miteinander auch das Antriebsteil in seiner verstellten Lage, so daß einfach und ohne zusätzliche Sensoren dieser Zustand des Schalters erfaßt und ausgewertet werden kann. Da das An­ triebsteil als Festkörper-Energiewandler ausgebildet ist, werden sehr kurze Schaltzeiten erreicht. Insbeson­ dere sind die zu bewegenden Massen sehr gering, was sich ebenfalls vorteilhaft auf die Schaltzeiten auswirkt. Aufgrund der festen Verbindung von Schaltelement und An­ triebsteil reichen grundsätzlich zwei Schaltelemente aus, um den ordnungsgemäßen Betrieb des Schalters über­ wachen zu können.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den wei­ teren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.

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 erfindungsgemä­ ßen Schalter,

Fig. 6 und Fig. 7 die beiden Seiten einer weiteren Ausführungs­ form eines als Relais ausgebildeten erfin­ dungsgemäßen 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 Ke­ ramikschicht aufbringbare Widerstandsmeßstrec­ ke.

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

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 Kon­ taktstück 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 Polyvinyliden­ fluorid besteht, oder durch magnetostriktive Seltenerd­ metalle, wie zum Beispiel Terfenol-D, gebildet. Wird der Energiewandler 7 in noch zu beschreibender Weise ausge­ lenkt, wird die Kontaktfeder 2 so elastisch gebogen, daß ihr Kontaktstück 5 in Berührung mit dem Kontaktstück 6 der Kontaktfeder 3 gelangt. In der schematischen Dar­ stellung gemäß Fig. 1 ist die infolge der Auslenkung des Energiewandlers 7 erzeugte Kraft F sowie der entspre­ chende Verstellweg s durch einen Pfeil symbolisch darge­ stellt.

Sollten die Kontaktstücke 5, 6 miteinander verschweißen, dann bleibt der Energiewandler 7 infolge seiner starren Verbindung mit der Kontaktfeder 2 in der aus gelenkten Lage. Dadurch ändert sich das elektrische Klemmenverhal­ ten, insbesondere die elektrische Impedanz. Der Schalter 1 ist an eine Auswerteelektronik 8 und an eine Ansteu­ erelektronik 9 angeschlossen. Die Auswerteelektronik 8 erfaßt das elektrische Klemmenverhalten des Energiewand­ lers 7 und gibt ein entsprechendes Signal an eine Über­ wachungseinheit 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 Kontakt­ punkte 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.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 wird der Energie­ wandler 7 durch ein Piezoelement gebildet. Die Überwa­ chungseinheit 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 transfor­ miert 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 Induktivi­ tät 14 und eine Diode 15. Diese Bauteile liegen in Serie zueinander und zum Schalter 11. Die am Piezoelement 7 anliegende Spannung wird durch eine Ausgangsspannungs­ überwachung 16 überwacht. Ist die Spannung zum Betrieb des Piezoelementes 7 zu niedrig, wird durch die Aus­ gangsspannungsüberwachung 16 ein Schalter T₁ mit hohen Frequenzen, beispielsweise zwischen 20 und 40 kHz, so lange ständig geöffnet und geschlossen, bis die am Pie­ zoelement 7 anliegende Spannung den erforderlichen Wert erreicht. Dann wird der Schalter T₁ wieder geöffnet. Fällt die Spannung am Piezoelement 7 unter einen vorge­ gebenen Schwellwert, wird dies von der Ausgangsspan­ nungsüberwachung 16 wiederum festgestellt und der Schal­ ter 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.

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 Hochsetzstel­ lers 12 festgestellt, an welche ein Schalter T₂ ange­ schlossen 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. Da­ durch kann die Ladung des Piezoelementes 7 über den Wi­ derstand 18 und den geschlossenen Schalter T₂ rasch ab­ fließen. Ist das Piezoelement 7 entladen, wird der Schalter T₂ von der Eingangsspannungsüberwachung 17 wie­ der geöffnet.

Die Ausgangsspannungsüberwachung 16 und die Eingangs­ spannungsüberwachung 17 sind vorteilhaft in einem IC-Baustein zusammengefaßt.

Die Auswerteelektronik 8 hat einen Oszillator 19, der eine Wechselspannung 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 fast des Oszillators 19.

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 entsprechen­ de Signale an eine Auswerte/Entscheidungseinheit 22 lie­ fert. 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 Meßein­ heiten 20 und 22 sind vorteilhaft in einem IC-Baustein der Auswerteelektronik 8 zusammengefaßt.

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 Aus­ gangslage 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 Strom- und Spannungswert mißt. Die Meßeinheit 20 liefert dann entsprechende Signale an die Auswerte/Entscheidungsein­ heit 22, welche diese übermittelten Signale mit einem Sollwert vergleicht und bei Abweichen der beiden Meßwer­ te ein entsprechendes Steuersignal an die Überwachungs­ einheit 10 abgibt. Sie sorgt dann in Verbindung mit der Ansteuerelektronik 9 dafür, daß der Schalter 1 nicht er­ neut betätigt wird, wie dies anhand von Fig. 1 erläutert worden ist.

Neben dem beschriebenen Kontaktverschweißen können in­ folge 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 bewer­ tet werden.

Da die Kontaktfeder 2 des Schalters 1 unmittelbar und starr mit dem Energiewandler 7 verbunden ist, wird un­ mittelbar die Auslenkung des Energiewandlers 7, bei­ spielsweise 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 Ener­ giewandler ein Piezoelement eingesetzt, kann durch Nut­ zung des generatorischen Effektes und der im Piezoele­ ment gespeicherten Ladung in der jeweiligen Kontrak­ tionsphase des Piezoelementes 7 Energie zurückgewonnen und dem Gesamtsystem wieder zur Verfügung gestellt wer­ den. Dadurch läßt sich der elektromechanische Wirkungs­ grad des Gesamtsystems erhöhen. Der als Relais ausgebil­ dete Schalter 1 hat aufgrund der beschriebenen konstruk­ tiven Ausbildung nur ein geringes Bauvolumen und nur ge­ ringe 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 Ausbil­ dung neben einem solchen Schließer auch noch ein Öffner erforderlich.

Außer als Relais kann der Schalter beispielsweise auch als Fehlerstrom- und Fehlerspannungsschalter, als Lei­ stungsschalter oder als Motorschutzschalter ausgebildet sein. Durch Veränderung des elektrischen Klemmenverhal­ tens, wie zum Beispiel der Wandlerresonanz oder Dämp­ fung, 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 sicherheitsre­ levanten Einrichtungen eingesetzt werden.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 wird der Energie­ wandler 7 durch einen piezoelektrischen Biegewandler ge­ bildet, 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 an­ gesteuert, 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 Ladungstren­ nung, 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 Biegewand­ lers 7 auftretenden Spannungsimpulsen verglichen. Die beiden Vergleicher 231 24 liefern ein entsprechendes Ausgangssignal U_out1 und U_out2, das der Überwachungsein­ heit 10 zugeführt wird. Sie gibt, wie dies anhand der Fig. 1 und 2 im einzelnen beschrieben worden ist, ent­ sprechende Signale an die Ansteuerelektronik 9, die gleich ausgebildet ist wie beim vorigen Ausführungsbei­ spiel.

Prinzipiell kann auch ein Zwei-, Drei- oder Vielschicht­ wandler auf die zuvor nach Fig. 2 beschriebene Art und Weise eingesetzt und ausgewertet werden.

Sind die Kontaktstücke 5, 6 (Fig. 1) des Schalters 1 miteinander verschweißt, wird dies anhand des Verglei­ ches der Referenzspannung mit den vom Biegewandler 7 ge­ lieferten 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, wo­ bei die Ansteuerelektronik 9 dafür sorgt, daß bei ver­ schweißten Kontaktstücken 5, 6 der Schalter 1 mit dem Biegewandler 7 nicht mehr angesteuert wird.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 unterscheidet sich von der vorigen Ausführungsform lediglich dadurch, daß eine Überwachungseinheit 10, die an die Ansteuerelektro­ nik 9 angeschlossen ist, nicht vorgesehen ist. Die Span­ nungsausgangssignale U_out1 und U_out2 der Vergleicher 23, 24 der Auswerteelektronik 8 werden in diesem Falle bei­ spielsweise einer Anzeige zugeführt, die bei verschweiß­ ten Kontaktstücken 5, 6 aufleuchtet und somit optisch einen Fehler am Schalter 1 anzeigt. Zusätzlich oder an­ stelle der optischen Anzeige kann beispielsweise auch ein akustisches Signal erzeugt werden. Im übrigen arbei­ tet die Ausführungsform nach Fig. 4 gleich wie das Aus­ führungsbeispiel nach Fig. 3.

Fig. 5 zeigt im Längsschnitt einen als Relais ausgebil­ deten Schalter 1. Dieser Schalter 1 hat den piezoelek­ trischen Biegewandler 7 mit zwei Piezoschichten 7a und 7b, die elektrisch voneinander getrennt sind. Der Biege­ wandler 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 Biegewand­ ler 7 zu verbinden, ihn beispielsweise am Biegewandler anzukleben.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel bilden die beiden Kontaktfedern 2 und 3 einen Öffner, d. h. die Kontakt­ stücke 5 und 6 der Kontaktfedern 2, 3 liegen aneinander. Das Relais 1 weist auf der anderen, unterhalb der Zei­ chenebene 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 Biege­ wandler 7 verbunden.

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 dementspre­ chend 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 ge­ bracht.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird die in Fig. 5 rechts liegende Piezoschicht 7b angesteuert. Die in Fig. 5 links liegende Piezoschicht 7a ist an die Auswerte­ elektronik 8 (Fig. 1 bis 4) angeschlossen, welche die Impedanzänderung oder auftretende Spannungsimpulse die­ ser Piezoschicht 7a in der beschriebenen Weise auswer­ tet. Wird das Relais 1 nicht mehr betätigt bzw. der Bie­ gewandler 7 nicht mehr angesteuert, kehrt er in die in Fig. 5 dargestellte Ausgangslage zurück. Über den Schie­ ber 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 Re­ lais werden die beiden Kontaktstücke der Kontaktfedern wieder außer Eingriff voneinander gebracht.

Vorteilhaft ist die Kontaktfeder 2 des Öffners in Rich­ tung ihres Kontaktöffnens (Fig. 5) elastisch vorge­ spannt. Dadurch unterstützt sie das Biegen des Biege­ wandlers 7 in die in Fig. 5 nicht dargestellte Betäti­ gungslage. Insbesondere wird beim Schließen des Kontak­ tes 5, 6 des (nicht dargestellten) Schließers der erfor­ derliche Kontaktdruck nur unwesentlich von der Kraft des Biegewandlers 7, sondern hauptsächlich von der Vorspan­ nung der Kontaktfeder 2 bestimmt, so daß der erforderli­ che Kontaktdruck einwandfrei erreicht wird. Die Vorspan­ nung 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.

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 erforder­ lichen Kontaktkräfte erzeugt.

Die Piezoschicht 7b, die vorteilhaft streifenförmig aus­ gebildet ist, bildet eine aktorische Piezoschicht, wäh­ rend die gegenüberliegende Piezoschicht 7a eine sensori­ sche 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 Schlie­ ßers des Relais 1 ist ohne Verbindung zum Schieber 26. Er besteht aus elektrisch nicht leitendem Material, vor­ zugsweise aus Kunststoff. Um eine einfache Befestigung auf den Kontaktfedern zu erreichen, ist der Schieber 26 mit entsprechenden Stecköffnungen für die Kontaktfedern versehen.

Die Fig. 6 bis 9 zeigen eine weitere Ausführungsform ei­ nes 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 Kontaktfe­ dern 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 Kon­ taktfedern 2, 3 (Fig. 6) haben in der Ausgangsstellung Abstand voneinander. Die Kontaktstücke 5, 6 der den Öff­ ner bildenden Kontaktfedern 2, 3 liegen in der Ausgangs­ stellung aneinander. Die beiden Kontaktsätze sind durch eine Wand 27 des Relaisgehäuses 4 bzw. dessen Kontakt­ sockel voneinander getrennt. Die unteren Enden der Kon­ taktfedern 2, 3 sind im Boden 25 des Kontaktsockels in bekannter Weise befestigt. Nach oben ragen die Kontakt­ federn 2, 3 über die Wand 27.

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 plattenför­ mig 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 bei­ den 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 ver­ bundene Kontaktfeder elastisch vorgespannt sein.

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 Kontaktfe­ dern 2 des Schließers und des Öffners vorteilhaft ela­ stisch vorgespannt sind, wird der Schließer 26 mit Un­ terstützung der Vorspannung bewegt und der entsprechende Kontakt 5, 6 geschlossen bzw. geöffnet. Insbesondere beim Schließen des Kontaktes 5, 6 (Fig. 6) wird der er­ forderliche Kontaktdruck nur unwesentlich von der Kraft des Biegewandlers 7, sondern im wesentlichen von der Vorspannung der Kontaktfeder 2 bestimmt.

Es besteht auch die Möglichkeit, auf die aktorisch nicht genutzte piezoelektrische Keramikschicht beispielsweise mit Hilfe eines Siebdruckverfahrens eine Widerstandsmeß­ strecke 28 aufzubringen (Fig. 10) und sie als Sensor zu nutzen. Durch die mechanische Verbindung der beiden Pie­ zoschichten 7a, 7b biegt sich die sensorische Schicht 29 ebenfalls. Durch die Streckung der beispielsweise mäan­ derförmig verlaufenden Widerstandsmeßstrecke 28 ist, ähnlich wie bei Dehnungsmeßstreifen, diese Biegung er­ faßbar.

Claims (22)

1. Schalter, insbesondere Relais, mit wenigstens zwei Schaltelementen, von denen wenigstens eines zum Schließen und Öffnen des Schalters relativ zum ande­ ren Schaltelement mittels mindestens eines Antriebs­ teiles bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Schaltelement (2, 3) fest mit dem Antriebsteil (7) verbunden ist, das ein Festkörper-Energiewandler ist.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Schaltelement (2, 3) über mindestens einen Schieber (26) mit dem Antriebsteil (7) verbunden ist.

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

4. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente (2, 3) Kontaktfedern sind.

5. Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfedern (2, 3) wenigstens ein Kontaktstück (5, 6) tragen.

6. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Festkörper-Energie­ wandler (7) ein piezoelektrischer Wandler ist.

7. Schalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der piezoelektrische Wandler (7) ein Biegewandler ist, der mindestens ei­ ne piezoelektrische Schicht aufweist.

8. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Feder die Bewegung des Energiewandlers (7) unterstützt.

9. Schalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder die Kontaktfe­ der (2, 3) ist.

10. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Festkörper-Energie­ wandler (7) ein magnetostriktiver Energiewandler ist.

11. Schalter, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsteil (7) an eine Auswerteeinheit (8) angeschlossen ist, die ein charakteristisches Merkmal, vorzugsweise eine elek­ trische Impedanz oder eine Spannung, des Antriebs­ teiles (7) erfaßt und auswertet.

12. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das charakteristische Merkmal ein elektrischer Widerstand einer besonders ausgebildeten Elektrodenfläche (29) des Energiewand­ lers ist.

13. Schalter nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (8) in Abhängigkeit vom ausgewerteten Merkmal ein Signal an eine Überwachungseinheit (10) liefert.

14. Schalter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinheit (10) an eine Ansteuereinheit (9) angeschlossen ist, welche das Antriebsteil (7) steuert.

15. Schalter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuereinheit (9) die am Antriebsteil (7) anliegende Eingangs- und Ausgangsspannung überwacht.

16. Schalter nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (8) zur Erzeugung einer elektrischen Wechselspannung ei­ nen Oszillator (19) aufweist.

17. Schalter nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselspannung von einer Strom/Spannungsmeßeinheit (20) erfaßt wird.

18. Schalter nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom/Spannungsmeß­ einheit (20) ein Vergleicher (22) nachgeschaltet ist, der die von der Strom/Spannungsmeßeinheit (20) gelieferten Istwerte mit einem Sollwert vergleicht und in Abhängigkeit der Vergleichsmessung ein Steu­ ersignal an die Überwachungseinheit (10) liefert.

19. Schalter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (8) zwei Vergleicher (23, 24) aufweist, an welche das Antriebsteil (7) angeschlossen ist.

20. Schalter nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleicher (23, 24) eine Referenzspannung (U_ref1, U_ref2) mit einer ge­ messenen Ist-Spannung am Antriebsteil (7) verglei­ chen.

21. Schalter nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleicher (23, 24) in Abhängigkeit vom Vergleichsmeßergebnis eine Steu­ erspannung (U_out1, U_out2) liefern.

22. Schalter nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspannung (U_out1, U_out2) der Überwachungseinheit (10) zuge­ führt wird.