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Dokumentenidentifikation DE3884458T2 10.03.1994
EP-Veröffentlichungsnummer 0293734
Titel Als elektrischer Schalter wirkende zwei dimensionale Leiteranordnung.
Anmelder LEDA Logarithmic Electrical Devices for Automation S.r.l., Turin/Torino, IT
Erfinder Lodini, Paolo, I-10100 Torino, IT
Vertreter Spott, G., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat., 80336 München; Weinmiller, J., Dipl.-Ing., Pat.-Anwälte, 82340 Feldafing
DE-Aktenzeichen 3884458
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, ES, FR, GB, GR, LI, LU, NL, SE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 25.05.1988
EP-Aktenzeichen 881083331
EP-Offenlegungsdatum 07.12.1988
EP date of grant 29.09.1993
Veröffentlichungstag im Patentblatt 10.03.1994
IPC-Hauptklasse H01H 3/14
IPC-Nebenklasse H01H 1/02   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen zweidimensionalen elektrischen Leiter, der als elektrischer Schalter arbeiten soll und einen elektrischen Kreis mit einer beliebigen Anzahl von an irgendeinem Punkt einer flachen Oberfläche liegenden elektrischen Schaltern bilden soll.

Der zweidimensionale elektrische Leiter gemäß der Erfindung soll das Problem lösen, einen elektrischen Stromkreis durch Anwenden eines gegebenen Drucks auf einem beliebigen Punkt einer flachen Oberfläche zu schließen. Eine solche Eigenschaft wird oft in zahlreichen technischen Anwendungsfällen gefordert, z.B. zur Erzeugung eines elektrischen Signals, um ein Relais zu aktivieren und so anzuzeigen, daß ein äußerer Druck an einem beliebigen Punkt der Oberfläche angewandt wird.

Bisher wurde dieses Problem nur annähernd gelöst, wie zum Beispiel aus den Druckschriften US-A-3 830 991 oder FR-A-2 246 959 hervorgeht, indem eine Anzahl getrennter Schalter vorgesehen wird, deren Klemmen an Leiter auf einer elektrischen Leitung angeschlossen sind. Ein solches System ermöglicht jedoch nur die Kontrolle einer beschränkten Anzahl von Punkten der Oberfläche. Außerdem ist diese elektrische Leitung unzuverlässig und erfordert die Verwendung mehrerer Schalter und elektrischer Leiter, deren Verbindung sowohl zeitaufwendig als auch teuer ist.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen zweidimensionalen elektrischen Leiter anzugeben, der als ein elektrischer Schalter dienen soll und das oben erwähnte Problem lösen kann, ohne einen der vorerwähnten Nachteile in Kauf nehmen zu müssen. In Hinblick auf dieses Ziel wird erfindungsgemäß ein zweidimensionaler elektrischer Leiter vorgeschlagen, wie er im Anspruch 1 definiert ist.

Die Struktur des Materials, aus dem das dritte elektrische Leitelement gebildet wird, entspricht der Struktur, die in dem italienischen Patent des vorliegenden Anmelders No 1 206 890 vom 5. Februar 1987 mit dem (übersetzten) Titel "Elektrischer Widerstand zur Verwendung als elektrisches Leitelement in einem elektrischen Schaltkreis und zugehöriges Herstellungsverfahren", auf das sich der Leser bezüglich weiterer Details beziehen möge.

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand eines nicht beschränkend zu verstehenden Beispiels anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert.

Figur 1 zeigt im Querschnitt eine erste Ausführungsform eines zweidimensionalen elektrischen Leiters im Einklang mit der Lehre der vorliegenden Erfindung.

Figur 2 zeigt in größerem Maßstab einen Ausschnitt aus Figur 1.

Figur 3 und Figur 4 zeigen Querschnitte einer zweiten bzw. dritten Ausführungsform des zweidimensionalen elektrischen Leiters gemäß der vorliegenden Erfindung.

Gemäß Figur 1 liegt der zweidimensionale elektrische Leiter gemäß der vorliegenden Erfindung im wesentlichen in Form einer flachen Platte vor und enthält ein erstes und ein zweites elektrisches Leitelement 1 und 2 sowie mindestens ein drittes elektrisches Leitelement 3 jeweils in Form einer flachen Platte. In der Ausführungsform gemäß Figur 1 ist ein Paar von dritten elektrischen Leitelementen 3a und 3b vorgesehen. Diese Leitelemente sind übereinander angeordnet, so daß sie eine Struktur bilden, in der die Oberseite 4 des Elements 3a die Unterseite 5 des Elements 1 und die Unterseite 6 des Elements 3b die Oberseite 7 des Elements 2 kontaktiert. Zwischen den Flächen 8 und 9 der Elemente 3a und 3b ist ein Abstandselement 10 aus elektrisch isolierendem Material vorgesehen. Auf den Außenflächen der Elemente 1 und 2 sind Schichten aus isolierendem Material 12 und 13 vorgesehen.

Das Material des dritten Leitelements (3a und 3b in der Ausführungsform gemäß Figur 1) besitzt eine Struktur (siehe Fig. 2) mit einer Trägermatrix 14 aus einem flexiblen elektrisch isolierenden Material und Partikel 15 aus elektrisch leitendem Material, die zufällig und im wesentlichen gleichmäßig innerhalb von Zellen dieser Matrix verteilt sind. Die Zellen stehen zumindest teilweise miteinander in Verbindung und sind zumindest teilweise größer als die entsprechenden Partikel aus elektrisch leitendem Material, die sich in den Zellen befinden, so daß sich Abstände 16 zwischen der Oberfläche der Partikel 15 und den Zellen ergeben.

Ein Material, das die erwähnte Struktur zeigt, ist in dem oben erwähnten italienischen Patent beschrieben.

Wie in diesem italienischen Patent dargelegt ist, ist dieses Material elektrisch leitend und besitzt die günstige Eigenschaft, daß die elektrische Leitfähigkeit mit dem aufgewandten Druck zunimmt. Diese günstige Eigenschaft beruht auf der verbesserten elektrischen Leitfähigkeit von Ketten aus den Partikeln 15. Wenn nämlich ein zunehmender Druck auf das Material ausgeübt wird, dann verbessert sich die Leitfähigkeit von Ketten einander berührender Partikel 15, während gleichzeitig Ketten von sich nicht berührenden Partikeln 15 leitend werden, wenn der aufgewandte Druck ausreicht, um die Abstände 16 zwischen den sich nicht berührenden Partikeln 15 verringert oder aufgehoben werden. Die Leitelemente 1 und 2 können aus einem Drahtgitter bestehen.

Anstelle eines Paars von Leitelementen 3a und 3b aus diesem Material enthält der Leiter in der Ausführungsform gemäß Figur 3 nur ein solches Element 17. Diese Ausführungsform gemäß Figur 3 besitzt dieselben Leitelemente wie das oben beschriebene Ausführungsbeispiel, die mit denselben Bezugszeichen versehen sind, und das Abstandselement 10 befindet sich zwischen den Elementen 17 und 2, wie deutlich aus Figur 3 hervorgeht.

In der Ausführungsform gemäß Figur 4 werden die Leitelemente 1 und 2 so ausgebildet, daß sie eine Anzahl von Streifen definieren, die abwechselnd und im wesentlichen in derselben Ebene angeordnet sind, so daß benachbarte Streifen zu unterschiedlichen Elementen gehören. Das Abstandselement 10 liegt zwischen den Streifen und dem dritten Leitelement, das in diesem Fall das Bezugszeichen 18 trägt und aus einem flexiblen Kissen 18a besteht, das von demselben leitenden Material wie das Element 3 in der Ausführungsform gemäß Figur 1 gebildet wird, und aus einem leitenden Gitter 18b ohne elektrische Anschlüsse nach außen. Das Abstandselement 10 kann wie in dem vorhergehenden Fall aus einem isolierenden Material in Gitterform bestehen.

Der zweidimensionale elektrische Leiter gemäß der vorliegenden Erfindung kann an einen elektrischen Kreis mit einer Stromquelle, deren Klemmen 19 in den Zeichnungen zu sehen sind, und ein Verbrauchergerät angeschlossen sein, wie z.B. ein Relais 20.

Der Kreis ist so ausgebildet, daß er die Stromquelle und das Verbrauchergerät an die Leitelemente 1 und 2 anschließt, wie dies aus den Figuren hervorgeht. Wenn dann kein Druck auf die äußeren Oberflächen des zweidimensionalen elektrischen Leiters gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeübt wird, dann bleibt der Kreis geöffnet, und kein Strom kann den Stromkreis durchfließen wegen des Abstandselements 10, das die Oberfläche der Leitelemente auf Abstand hält, die den Oberflächen des Abstandselements 10 gegenüberliegen.

Wenn dagegen Druck auf einen gegebenen Bereich 21 (Figur 2) mindestens einer der äußeren Oberflächen des Leiters gemäß der Erfindung ausgeübt wird, dann führt dies zu einer örtlich begrenzten Verformung des dritten Leitelements (3a, 3b, 17 oder 18) in diesem Bereich und läßt so die Oberfläche des Leitelements mit der entsprechenden Oberfläche des benachbarten Leitelements in Kontakt kommen. Wird auf beide Leitelemente 3a und 3b der Ausführungsform gemäß Figur 1 Druck ausgeübt, dann führt dies zu einem Kontakt zwischen Bereichen 21 der Oberflächen 8 und 9 (Figur 2), wodurch der elektrische Stromkreis geschlossen wird und Strom zur Aktivierung des Verbrauchergeräts 20 fließt. Wie klar aus Figur 2 hervorgeht, kann der Stromkreis über die in Kontakt stehenden Oberflächen 8 und 9 in dem Bereich des Abstandselements 10 geschlossen werden, auf den Druck ausgeübt wird.

Gleiches gilt auch für die Leiter in den Ausführungsformen gemäß Figur 3 und 4. Gemäß Figur 3 erzeugt der Druck auf das Element 17 einen elektrischen Kontakt zwischen dem Element 17 und dem darunterliegenden Leitelement 2, während gemäß Figur 4 der Kontakt zwischen zwei der benachbarten Streifen des Leitelements 1 und des Leitelements 2 hergestellt wird.

Zusätzlich zu der Eigenschaft, Strom zu leiten, führt der zweidimensionale elektrische Leiter gemäß der vorliegenden Erfindung auch zur Bildung einer unendlichen Anzahl von elektrischen Schaltern, die je durch Druck an irgendeinem Punkt des Leiters selbst aktiviert werden können. Aufgrund des Materials des dritten Leitelements, dessen Leitfähigkeit mit dem Druck zunimmt, führt der ausgeübte Druck nicht nur zum Schließen des Stromkreises, sondern auch zur Erzeugung eines Signals proportional zur Größe des ausgeübten Drucks.

Der Fachmann kann Änderungen der beschriebenen und dargestellten Ausführungsformen vorsehen, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.


Anspruch[de]

1. Im wesentlichen zweidimensionaler elektrischer Leiter mit einem flachen ersten (1) und einem flachen zweiten elektrischen Leitelement (2), mindestens einem elastischen Leitelement (3, 17, 18) und einem Abstandselement (10), das aus elektrisch isolierendem Material besteht, wobei die Struktur des Materials des elastischen Leitelements (3, 17, 18) oder der elastischen Leitelemente eine Trägermatrix (14) aus einem flexiblen elektrisch isolierenden Material mit zumindest teilweise miteinander in Verbindung stehenden Zellen und Partikel (15) elektrisch leitenden Materials enthält, die gleichmäßig in den Zellen der Matrix (14) verteilt sind, wobei die Abmessungen der Zellen zumindest teilweise größer als die der entsprechenden in ihnen untergebrachten Partikel (15) sind, dadurch gekennzeichnet, daß

i - das elastische Leitelement (3, 17, 18) oder die elastischen Leitelemente eine durchgehende flache Platte bilden, die parallel zum ersten und zum zweiten Leitelement (1, 2) liegt und mit einer Oberfläche (8) auf dem Abstandselement (10) aufliegt und teilweise durch dieses abgeschirmt wird,

ii - das elastische Leitelement (3, 17, 18) bzw. die elastischen Leitelemente entweder eine erste entspannte Form annehmen kann bzw. können, in der die Oberfläche es elastischen Leitelements (3, 17, 18) zumindest von einem der ersten und zweiten Leitelemente (1, 2) entfernt ist oder in der mindestens eines der elastischen Leitelemente (3, 17, 18) durch das Abstandselement auf Abstand gehalten wird, so daß das erste Leitelement (1) elektrisch gegenüber dem zweiten Leitelement (2) isoliert ist, während sich durch Ausüben eines örtlich begrenzten Drucks auf einen Bereich des Leiters eine zweite, gewölbte Form ergibt, in der die Oberfläche (8) durch das Abstandselement (10) hindurch mindestens eines der ersten und zweiten Leitelemente (1, 2) kontaktiert oder in der mindestens eines der elastischen Leitelemente (3, 17, 18) in Kontakt kommt, so daß eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Leitelement (1, 2) entsteht.

2. Elektrischer Leiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstandselement (10) zwischen benachbarten Oberflächen des dritten Leitelements (17, 18) und einem der ersten und zweiten Leitelemente (1, 2) liegt.

3. Elektrischer Leiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Paar von dritten elektrischen Leitelementen (3a, 3b) enthält, wobei das Abstandselement (10) zwischen den einander zugewandten Oberflächen dieser dritten Elemente (3a, 3b) liegt.

4. Elektrischer Leiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der ersten und zweiten Leitelemente (1, 2) eine Reihe von Streifen bildet, die in derselben Ebene liegen, wobei das dritte Leitelement (18) über diesen Streifen und das Abstandselement (10) zwischen den Streifen und dem dritten Leitelement (18) angeordnet sind.

5. Elektrischer Leiter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der ersten und zweiten elektrischen Leitelemente (1, 2) aus einem Drahtgitter besteht.

6. Elektrischer Leiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstandselement (10) aus einem gitterförmigen Isoliermaterial besteht.







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