PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102006001841A1 11.01.2007
Titel Elektrische Schaltvorrichtung mit magnetischen Verstellelementen für ein Schaltelement
Anmelder Rohde & Schwarz GmbH & Co. KG, 81671 München, DE
Erfinder Leipold, Markus, 84424 Isen, DE;
Hingrainer, Helmut, 83064 Raubling, DE;
Bayer, Alexander, 81547 München, DE
Vertreter Mitscherlich & Partner, Patent- und Rechtsanwälte, 80331 München
DE-Anmeldedatum 13.01.2006
DE-Aktenzeichen 102006001841
Offenlegungstag 11.01.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 11.01.2007
IPC-Hauptklasse H01H 50/42(2006.01)A, F, I, 20060113, B, H, DE
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltvorrichtung (1), insbesondere Hochfrequenz-Schaltvorrichtung, mit wenigstens einem länglichen elektrischen Schaltelement (4), das mit einem Kontaktende (6) zwischen zwei einen Querabstand voneinander aufweisenden Gegenkontaktelementen (7a, 7b) angeordnet ist und durch zwei einen Querbewegungsantrieb (23) bildende Verstellelemente quer zu seiner Längsrichtung wahlweise gegen das eine oder das andere Gegenkontaktelement (7a, 7b) bewegbar ist.
Die Verstellelemente sind seitlich neben dem Schaltelement (4) angeordnet und quer dazu hin- und herbewegbar. Um den Querbewegungsantrieb (23) für das Schaltelement (4) zu verbessern, besteht das Schaltelement (4) wenigstens teilweise aus magnetischem Material, wobei die Verstellelemente durch Magnete (12, 13) gebildet sind.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine Schaltvorrichtung dieser Art ist in der DE 101 03 814 A1 beschrieben. Diese Schaltvorrichtung dient insbesondere dazu, eine Stromleitung für eine Hochfrequenz-Eichleitung über unterschiedliche Dämpfungselemente zu schalten. Hierzu weist sie ein längliches und vorzugsweise flaches Schaltelement auf, das durch ein Verstellelement quer zu seiner Längsrichtung bewegbar ist und dabei mit einer Kontaktfläche an seinem einen Ende wahlweise außer Kontakt oder in Kontakt mit einer Gegenkontaktfläche gebracht wird. In der Kontaktstellung ist die Leitung des elektrischen Stroms an den Kontaktflächen abhängig unter anderem von der Anlage der Kontaktfläche und der Gegenkontaktfläche aneinander. Verunreinigungen oder Partikel können die Stromleitung wesentlich beeinträchtigen, insbesondere dann, wenn die Verunreinigungen bzw. Partikel aus elektrisch nicht leitendem Material bestehen.

Besonders wichtig ist eine störungsfreie Stromleitung bei Eichleitungen, die als Referenz bei Dämpfungseinstellungen z.B. von Signalgeneratoren oder Netzwerkanalysatoren dienen. Eichleitungen weisen z.B. mehrere seriell angeordnete vierpolige Schaltvorrichtungen auf mit eingangs- und ausgangsseitig gleichem und konstantem Wellenwiderstand sowie jeweils einstellbarer geeichter Dämpfung und somit auch präzisem Pegel.

Bei bekannten elektrischen Hochfrequenz-Schaltvorrichtungen, wie sie z. B. typisch in Hochfrequenz-Eichleitungen Verwendung finden, wird die seitliche Schaltbewegung eines Schaltelements mittels äußerer mechanischer Krafteinwirkung durch Stößel erzielt, die seitlich gegen das Schaltelement stoßen und es dabei bewegen. Auf Grund der seitlichen Schwenkbewegung, die das Schaltelement ausführt und den linearen Schubbewegungen der beiderseits des Schaltelements vorhandenen Stößel ergeben sich im Berührungsbereich der Stößel und des Schaltelements Gleitbewegungen, die auf Grund der sich ergebenden Reibung zu einem Abrieb führen. Insbesondere dann, wenn die Schaltvorrichtung einen geschlossenen Schaltraum aufweist, ist die Gefahr einer Kontaktstörung durch den durch die Reibung erzeugten Abrieb besonders groß, weil der Abrieb im Schaltraum verbleibt. Aber auch bei offenem Schaltraum besteht die Gefahr, dass der Abrieb zwischen die Kontaktflächen gelangt und den elektrischen Kontakt beeinträchtigt. Zudem können die Stößel negative Einflüsse auf das HF-Verhalten haben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer elektrischen Schaltvorrichtung der eingangs angegebenen Art den Querbewegungsantrieb für das Schaltelement zu verbessern. Des weiteren sollen Reibungsvorgänge und daraus resultierend die Gefahr einer Beeinträchtigung des elektrischen Kontaktes durch Abrieb beseitigt oder wenigstens verringert werden. Insbesondere soll die Entstehung von Abrieb in der Umgebung der Kontaktflächen vermieden oder wenigstens vermindert werden. Im Weiteren soll ein berührungsloses Querbewegen des Schaltelements möglich sein, vorzusweise in einem geschlossenen und insbesondere hermetisch geschlossenen oder abgedichteten Gehäuse. Außerdem soll eine einfache Konstruktion geschaffen werden.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei einem Schaltbewegungsantrieb des Schaltelements mit magnetischen Kräften es keines mechanischen Bewegungsantriebskontaktes zwischen dem Schaltelement und den Verstellelementen bedarf und deshalb bei mit magnetischen Kräften erzeugten Schaltbewegungen des Schaltelements kein mechanischer Kontakt vorhanden ist und deshalb dazwischen weder eine Gleitreibung stattfindet noch ein daraus resultierender Abrieb erzeugt wird.

Der Erfindung liegt im Weiteren die Erkenntnis zugrunde, dass die Wirksamkeit der Magnetkraft eines Magneten in Abhängigkeit von der Größe des Abstands zwischen dem Magneten und einem von der Magnetkraft erfassten Element veränderlich ist und mit größer werdendem Abstand abnimmt und mit verringerndem Abstand zunimmt.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung besteht das Schaltelement wenigstens teilweise aus magnetischem Material, und die Verstellelemente sind jeweils durch wenigstens einen Magneten gebildet. Hierdurch lässt sich die am Schaltelement wirksame Magnetkraft des jeweiligen Magnets durch seine Vorbewegung zum Schaltelement hin so weit vergrößern, dass sie die am Schaltelement wirksame Magnetkraft des gegenüberliegenden anderen Magnets übersteigt und das Schaltelement aus dem magnetischen Anzugsbereich des gegenüberliegenden Magnets zum vorbewegten Magnet anzieht und zum zugehörigen Gegenkontaktelement hin bewegt.

Eine entsprechende Schaltfunktion wird erreicht, wenn der gegenüberliegende andere Magnet zum Schaltelement hin vorbewegt wird.

Dabei lässt sich in beiden vorgenannten Schaltfällen die am Schaltelement wirksame Magnetkraft des nicht vorbewegten Magnets durch eine Abstandsvergrößerung zwischen ihm und dem Schaltelement verringern. Hierdurch wird die Wirksamkeit der Magnetkraft des vorbewegten Magnets vergrößert und das Umschalten des Schaltelements zum zugehörigen Gegenkontaktelement verstärkt.

Die Schaltfunktion lässt sich dadurch weiter verbessern bzw. vereinfachen, wenn der nicht vorbewegte Magnet gleichzeitig von dem Schaltelement quer wegbewegt bzw. rückbewegt wird, wobei sich seine am Schaltelement wirksame Magnetkraft verringert und deshalb die Wirksamkeit der Magnetkraft des vorbewegten Magnets vergrößert wird. Es ist deshalb vorteilhaft, beide einander gegenüberliegenden Magnete gleichzeitig in die gleiche Querrichtung zu bewegen, was die Wirksamkeit der Magnetkraft des zum Schaltelement hin bewegten Verstellmagnets vergrößert und die Wirksamkeit des vom Schaltelement wegbewegten Magnets verringert. Ein solcher Bewegungsantrieb für die Magnete lässt sich dadurch einfach ausgestalten, dass die Magnete durch ein Koppelglied miteinander verbunden sind oder auf einem gemeinsamen quer bewegbaren Schieber angeordnet sind.

Bei einem Schaltvorgang erfüllt somit jeweils einer der beiden Magnete durch seine Vorbewegung die Schaltfunktion, d.h. die Bewegung des Schaltelements zum jeweiligen Gegenkontaktelement hin und die Kontakthaltefunktion an dem Gegenkontaktelement, wobei die Wirksamkeit des Magnets, der dem zu kontaktierenden Gegenkontaktelement gegenüberliegt, durch die Weg- bzw. Rückbewegung verringert oder aufgehoben wird.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung erfolgt ein berührungsloses Umschalten. Bei der Bewegung des Schaltelements bis zum Gegenkontaktelement hin findet somit weder eine mechanische Gleitreibung statt noch entsteht ein daraus resultierender Abrieb, so daß der elektrische Kontakt diesbezüglich unbeeinträchtigt bleibt.

Die Erfindung zeichnet sich jeweils durch eine einfache Ausgestaltung aus, die sich in kleiner Konstruktion verwirklichen läßt, weil es keiner mechanischen Verbindung zwischen dem Schaltelement und den Magneten bedarf. Aufgrund des Fehlens einer mechanischen Verbindung sind die erfindungsgemäßen Ausgestaltungen bezüglich den Abständen zwischen dem Schaltelement und den Verstellelementen variabel und anpaßbar, so daß sie sich in einfacher und vorteilhafter Weise in bestehende Konstruktionen integrieren lassen.

Es trägt zu einer wesentlichen Vereinfachung der Schaltvorrichtung bei, wenn die Magnete jeweils durch einen Dauermagneten gebildet sind.

Die erfindungsgemäßen Ausgestaltungen eignen sich auch sehr vorteilhaft in Kombination mit einem blattfederförmigen Schaltelement, dessen Breitseiten dem jeweils zugehörigen Magnet zugewandt sind. Dabei kann das Schaltelement die Abmessungen eines dünnen Filmes haben, so dass das Schaltelement mit geringen Bewegungskräften in Richtung auf das jeweils gegenüberliegende Gegenkontaktelement bewegbar und in Anlagekontakt haltbar ist.

Dabei braucht das Schaltelement nicht direkt gegen den jeweils zugehörigen Magneten bewegt zu werden. Auch dann, wenn in der Kontaktstellung ein hinreichender Abstand zwischen dem Schaltelement und dem Magneten vorhanden ist, ist die Kontakthaltefunktion bei einer hinreichenden Magnetkraft des Magneten gewährleistet.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung eignet sich auch vorzüglich für eine Schaltvorrichtung, bei der die Schaltelemente in einem vorzugsweise abgedichteten Schutzraum eines Gehäuses angeordnet sind, wobei Durchführungen für mechanische Verstellelemente entfallen.

Es trägt im weiteren zu einer einfachen, kleinen und kostengünstigen Konstruktion bei, wenn bezüglich einer Querebene zwei Schaltelemente mit ihren einander zugewandten Kontaktenden in einem Längsabstand einander gegenüberliegend angeordnet sind und quer gegen ein z. B. gemeinsames Gegenkontaktelement bewegbar sind.

Dabei kann auf jeder Seite jeweils ein gemeinsamer, die einander benachbarten Kontaktenden der beiden Schaltelemente überlappender Magnet zum Bewegen beider Schaltelemente angeordnet sein, der quer hin und her bewegbar gelagert ist. Hierdurch lässt sich in einfacher Weise eine vierpolige Schaltvorrichtung mit nur zwei Magneten verwirklichen.

Für eine erfindungsgemäße Verstellfunktion bzw. Schaltfunktion reicht es aus, wenn zwei Magnete einander gegenüberliegend auf beiden Seiten des Schaltelements angeordnet sind. Zur Vergrößerung der am Schaltelement wirksamen Magnetkräfte ist es vorteilhaft, auf beiden Seiten des Schaltelements mehrere Magnete, insbesondere jeweils ein Verstellmagnet-Paar, anzuordnen, wobei die einander gegenüberliegenden Magnete jedes Paares von gleicher Polarität sein müssen. Dabei können die beiden Magnete jedes Paares einen Abstand voneinander aufweisen, der vorzugsweise bezüglich einer mittleren Bewegungsebene des Schaltelements etwa gleich oder größer ist, als die Breite des vorzugsweise flachzungenförmig ausgebildeten Schaltelements.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung mit auf jeder Seite des Schaltelements mehreren Magneten ist es zwecks Vereinfachung der Konstruktion vorteilhaft, alle Magnete durch das Koppelglied miteinander zu verbinden oder an einem gemeinsamen Schieber anzuordnen, so dass die Magnete eine Bewegungseinheit bilden.

Es ist im Weiteren vorteilhaft, dem oder den Magneten oder Magnet-Paaren einen vorzugsweise gemeinsamen Bewegungsantrieb zuzuordnen, vorzugsweise mit jeweils einem elektrischen Antriebsmotor. Durch eine zugehörige Steuerungsvorrichtung lassen sich die Schaltfunktionen hierdurch mechanisieren. Als elektrischer Antriebsmotor eignet sich ein Elektromagnet besonders vorteilhaft, der durch Magnetkräfte die angestrebte Bewegung des jeweils wenigstens einen Magneten oder einer mehrere Magnete umfassenden Bewegungseinheit bewirkt. Bei einem solchen Magnetantrieb lassen sich auch durch eine entsprechende Polanordnung oder Polumschaltung anziehende und abstoßende Magnetkräfte erzeugen, wobei zwei Elektromagnete bei einer Verstärkung bzw. Verdopplung der Antriebskräfte gleichzeitig die jeweilige Antriebsbewegung erzeugen können.

Weitere Weiterbildungen der Erfindung führen zu einfachen Konstruktions- und Befestigungsmerkmalen, die eine kleine und langlebige Konstruktion sowie eine störungsfreie und sichere Funktion sowie Kontaktierung gewährleisten.

Nachfolgend werden vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung anhand von mehreren Ausführungsbeispielen und Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 mehrere erfindungsgemäße elektrische Schaltvorrichtungen in Reihenanordnung jeweils in einer Schaltstellung in prinzipieller Darstellung;

2 eine Schaltvorrichtung im Schnitt II-II in 1;

3 eine erfindungsgemäße Schaltvorrichtung im Schnitt II-II in 1 in abgewandelter Ausgestaltung;

4 die Schaltvorrichtung nach 3 in der Draufsicht;

5 eine erfindungsgemäße Schaltvorrichtung in weiter abgewandelter Ausgestaltung in perspektivischer Draufsicht;

6 den Schnitt VI-VI in 5;

7 eine erfindungsgemäße Schaltvorrichtung in weiter abgewandelter Ausgestaltung in perspektivischer Draufsicht;

8 eine erfindungsgemäße Schaltvorrichtung im vertikalen Querschnitt in abgewandelter Ausgestaltung und in einer ihrer beiden Schaltstellungen;

9 die Schaltvorrichtung nach 8 in der Draufsicht;

10 die Schaltvorrichtung nach 8 in ihrer anderen Schaltstellung;

11 die Schaltvorrichtung nach 10 in der Draufsicht;

12 eine erfindungsgemäße Schaltvorrichtung in weiter abgewandelter Ausgestaltung und in perspektivischer Darstellung;

13 eine erfindungsgemäße Schaltvorrichtung in weiter abgewandelter Ausgestaltung und in perspektivischer Darstellung, und

14 eine erfindungsgemäße Schaltvorrichtung in weiter abgewandelter Ausgestaltung und in perspektivischer Darstellung.

Die Zeichnung zeigt mehrere, jeweils in ihrer Gesamtheit mit 1 bezeichnete Schaltvorrichtungen, deren elektrisch miteinander verbindbare Leitungsabschnitte die Längsabschnitte einer elektrischen Leitung 2 bilden und jeweils einen Schalter 3 mit einem quer zur elektrischen Leitung 2 hin und her bewegbaren Schaltelement 4 aufweisen, das dazu dient, die Leitung 2 zu öffnen oder zu schließen. Das Schaltelement 4 ist ein längliches Element, das an seinem Basisende 5 bleibend mit der Leitung 2 verbunden ist und an seinem anderen Ende ein Kontaktende 6 aufweist, mit dem es nach einer Querbewegung in seiner Kontaktstellung an einem von zwei quer in einem Abstand voneinander ortsfest angeordneten Gegenkontaktelementen 7a, 7b anliegt. Eine Offenstellung kann sich in der andeutungsweise dargestellten Mittelstellung ergeben, in der das Kontaktende 6 einen seitlichen Abstand von den Gegenkontaktelementen 7a, 7b aufweist.

Die Gegenkontaktelemente 7a, 7b sind ortsfest gehalten, z. B. an einer nur in 2 dargestellten Basis 11, und sie können durch die Enden von Leistungsabschnitten gebildet sein, die z. B. durch flache und hochkant angeordnete Streifen gebildet sind.

Beim Ausführungsbeispiel ist die wenigstens eine Schaltvorrichtung 1 Teil einer sogenannten Eichleitung mit parallel angeordneten schaltbaren Eichleitungsabschnitten 2a, 2b, die mit den Gegenkontaktelementen 7a, 7b verbunden sind und wahlweise geschaltet werden können, wobei wenigstens ein Eichleitungsabschnitt gedämpft ist und eine Dämpfungsleitung bildet.

In 1 ist links und rechts jeweils eine durch vier Schalter 3 gebildete vierpolige Eichleitung dargestellt mit zwei Eichleitungsabschnitten 2a, 2b und zwei vorzugsweise gleich ausgebildeten Schaltelementen 4, die auf beiden Seiten einer sich quer zur elektrischen Leitung 2 und etwa mittig zwischen den Gegenkontaktelementen 7a, 7b erstreckenden Querebene 8 spiegelbildlich zueinander angeordnet sind, so dass deren Kontaktenden 6 aufeinander zu gerichtet sind, die jeweils zwischen zwei seitlich beabstandeten Gegenkontaktelementen 7a, 7b angeordnet sind und wahlweise gegen das eine oder das andere Gegenkontaktelement 7a, 7b bewegbar sind. Da die auf beiden Seiten der Querebene 8 spiegelbildlich angeordneten Schaltvorrichtungen 1 im wesentlichen gleich sind, wird im folgenden nur eine der beiden links von der Querebene 8 angeordnete Schaltvorrichtungen 1 beschrieben.

Das Schaltelement 4 ist vorzugsweise seitlich elastisch biegbar, wobei sein Basisende 5 an einem Halter 9 gehalten ist, der auf einer in 2 dargestellten ersten Basis 11 befestigt ist. Als biegbares Schaltelement 4 eignet sich eine Federzunge in Form eines flachen Streifens besonders gut, die in 1 in der Draufsicht dargestellt ist, so daß ihre Schmalseite sichtbar ist und ihre beiden einander gegenüberliegenden Breitseiten dem Gegenkontaktelement 7a, 7b zugewandt sind. Der flache Streifen kann auch durch eine dünne Folie gebildet sein, deren Dicke z. B. geringer ist als etwa 1/10 mm und nur wenige &mgr;m betragen kann.

Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist zur Durchführung eines Schaltvorgangs, bei dem das Schaltelement 4 seitlich zu dem einen oder dem anderen Gegenkontaktelement 7a, 7b hin bewegt wird, jeweils auf jeder Seite des Schaltelements 4 ein erster Verstell- bzw. Schalt-Magnet 12, 13 angeordnet, der jeweils in einer zugehörigen quer verlaufenden Führung 14 quer verschiebbar gelagert ist und somit in Richtung auf das Schaltelement 4 und wieder zurück bewegbar ist. Wie 2 zeigt, sind die Magnete 12, 13 bezüglich der mittleren Schwenkebene 16 des bzw. der Schaltelemente 4 auf beiden Seiten mittig angeordnet, so dass die die Polachsen der Magnete 12, 13 schneidenden Mittelachsen in der mittleren Schwenkebene 16 angeordnet sind.

Die Magnete 12, 13 sind vorzugsweise hinter den Gegenkontaktelementen 7a, 7b angeordnet, wobei sie von diesen einen Querabstand a aufweisen können. Die sich quer zur Schwenkebene 16 des bzw. der Schaltelemente 4 erstreckende Höhe h der Magnete 12, 13 ist größer als die Breite b des bzw. der Schaltelemente 4, so dass bei vorzugsweise höhenmittiger Anordnung die Magnete 12, 13 beide Schmalseiten des bzw. der Verstellelemente 4 überragen, siehe 2.

Die Magnete 12, 13 sind vorzugsweise im Sinne einer Bewegungseinheit 10 gemeinsam verstellbar. Hierzu können sie durch ein Koppelelement verbunden sein. Wie es das Ausführungsbeispiel gemäß 1 und 2 deutlich zeigt, sind die Magnete 12, 13 auf einem sich quer erstreckenden Schieber 15 angeordnet, der in der Führung 14 quer verschiebbar gelagert ist und mit den Magneten 12, 13 eine Bewegungseinheit bildet. Die Führung 14 kann an bzw. auf der ersten Basis 11 angeordnet sein.

Die Magnete 12, 13 sind bezüglich der Querebene 8 im Wesentlichen mittig angeordnet, wobei ihre sich in der Längsrichtung der Leitung 2 erstreckende Länge L1 so groß ist, dass sie hinreichend große Endabschnitte der einander zugewandten Schaltelemente 4 überlappen. Dabei ist es vorteilhaft, dass die Magnete 12, 13 auch die Gegenkontaktelemente 7a, 7b überragen, wie es die Ausführungsbeispiele zeigen. Die Länge der Gegenkontaktelemente 7a, 7b ist mit L2 bezeichnet.

In 1 zeigen die in der rechten Bildhälfte angeordneten Schaltvorrichtungen 1 den gemeinsamen Magnet 12 in seiner in Richtung auf die Schaltelemente 4 vorbewegten vordersten Stellung, in der der Magnet 12 an den Gegenkontaktelementen 7a anliegt oder einen Querabstand davon aufweisen kann. Der gegenüberliegende Magnet 13 befindet sich dabei in seiner von den Gegenkontaktelementen 7b am weitesten entfernten Stellung.

Die bei den Ausführungsbeispielen im wesentlichen gleich große Magnetkraft der Magnete 12, 13 ist jeweils so groß, dass wenigstens in der den Schaltelementen 4 nahesten (vorgeschobenen) Stellung unter Berücksichtigung des seitlichen Abstands des jeweiligen Magnets 12, 13 die Schaltelemente 4 durch die Magnetkraft M1 des nahesten Magnets 12, 13 angezogen sowie gegen die Gegenkontaktelemente 7a gezogen werden und in dieser Kontaktstellung gehalten werden.

Hierbei ist zu berücksichtigen, dass jeweils beim Vorbewegen des einen Magnets 12, 13, der einen Schaltvorgang herbeiführen soll, die am Schaltelement 4 wirksame Magnetkraft M1 des anderen Magnets das bzw. die Schaltelemente 4 zu sich hin zieht und an dem zugehörigen Gegenkontaktelement hält. Dabei ist auch zu berücksichtigen, dass beim Vorbewegen des einen Magnets 12, 13 der andere Magnet 12, 13 vom wenigstens einem Schaltelement 4 wegbewegt wird, weil das Schaltelement aufgrund seiner Anlage am Gegenkontaktelement 7a, 7b dem anderen Magnet nicht folgen kann und deshalb die am Schaltelement 4 wirksame Magnetkraft M1 des anderen Magnets mit zunehmender Wegbewegung abnimmt, was die wirksame Magnetkraft M1 des einen Magnets 12, 13 vergrößert.

Der Abstand w zwischen den Magneten 12, 13, der Abstand x zwischen den Gegenkontaktelementen 7a, 7b und die Querbewegungs- bzw. Hublänge L3 der Magnete 12, 13 bzw. der Bewegungseinheit 10 sind so groß bemessen, dass in der Hubendstellung des vorbewegten Magnets 12, 13 dessen Abstand y zur ihm zugewandten Fläche des ihm entfernter angeordneten Gegenkontaktelements 7a, 7b geringer ist als der Abstand z des zurückbewegten Magnets 12, 13 von der ihm abgewandten Fläche dieses Gegenkontaktelements 7a, 7b. Hierdurch ist aufgrund des jeweils geringeren Abstands y im Vergleich zum größeren Abstand z gewährleistet, dass die am Kontaktelement 4 wirksame Magnetkraft M1 des vorbewegten Magnets 12, 13 größer ist als die an dem bzw. den Schaltelementen 4 wirksame Magnetkraft M1 des zurückbewegten Magnets 12, 13, und deshalb erfolgt die Umschaltung des oder der Schaltelemente 4 zum vorbewegten Magnet 12, 13 hin und gegen die zugehörigen Gegenkontaktelemente 7b. Weist das Schaltelement 4 eine Rückstellkraft auf, kann der Abstand y auch größer gewählt werden als der Abstand z, solange die Summe aus Rückstellkraft und der Magnetkraft M1 des vorbewegten Magneten größer ist, als die Magnetkraft M1 des zurückbewegten Magnetes.

Zum Umschalten der Schaltelemente 4 in einer Schaltstellung gemäß 1 rechts zu den Gegenkontaktelementen 7b hin wird der Magnet 13 gemäß der Darstellung in 1 links in Richtung auf die Schaltelemente 4 vorbewegt, wobei gleichzeitig der Magnet 12 zurückbewegt wird und dabei die an den Schaltelementen 4 wirksame Magnetkraft M1 des Magnets 13 eine Größe erhält, die ausreicht, die Schaltelemente 4 zum Magnet 13 hin und gegen die Gegenkontaktelemente 7b anzuziehen.

Zur Vergrößerung der an den Schaltelementen 4 wirksamen Magnetkräfte M1 können auf jeder Seite der Schaltelemente 4 mehrere, z. B. jeweils zwei, Verstellmagnete 12a, 12b bzw. 13a, 13b angeordnet sein. Beim Ausführungsbeispiel gemäß 3 und den folgenden bei denen gleich oder vergleichbare Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, sind jeweils zwei Verstellmagnete 12a, 12b bzw. 13a, 13b auf beiden Seiten der mittleren Schwenkebene 16 der Schaltelemente 4, z. B. symmetrisch dazu, angeordnet, wobei die jeweils auf einer Seite befindlichen Verstellmagnete 12a, 12b bzw. 13a, 13b einander mit gleichen Polen zugewandt sind, z. B. mit ihren Südpolen S, wie es die Ausführungsbeispiele zeigen. Der Abstand b zwischen den jeweils auf einer Seite angeordneten Verstellmagneten eines Magneten-Paares ist etwa gleich oder größer als die Breite c der vorzugsweise einander gleich ausgebildeten Schaltelemente 4. Bei der Anordnung von Magnet-Paaren entsteht im Schwenkbereich der Schaltelemente 4 jeweils eine gemeinsame Magnetkraft M2, die eine resultierende Magnetkraft beider Verstellmagnete 12a, 12b bzw. 13a, 13b ist, deren nicht dargestellte magnetische Feldlinien im Bereich des Abstands b gebündelt sind.

Obwohl jeweils das bezüglich der Querachse 8 angeordnete Magnetpaar 12a, 12b hinter den Gegenkontaktelementen 7a, 7b angeordnet ist, ist es zwecks Gewährleistung eines guten Verlaufs der magnetischen Kraftlinien vorteilhaft, die Magnete 12a, 12b dieses Magnetpaares in einem Abstand b anzuordnen, der gleich oder größer ist, als die Breite c des bzw. der Schaltelemente 4. Hierdurch ergibt sich ein Abstand d zwischen den einander zugewandten Seiten der Magnete und einer die Schmalseiten des bzw. der Schaltelemente 4 enthaltenden Ebene.

Auch bei den Ausführungsbeispielen mit Verstellmagnet-Paaren sind die Verstellmagnete 12a, 12b, 13a, 13b zu einer gemeinsamen Bewegungseinheit miteinander verbunden. Dies ist in 3 und 4 bezüglich den Verstellmagneten 12b und 13b nicht dargestellt.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß 5 und 6 sind die übereinander angeordneten Verstellmagnete 12a, 12b bzw. 13a, 13b an übereinander angeordneten Schieberteilen 15a, 15b angeordnet, wobei sie in Ausnehmungen 17a, 17b in den Schieberteilen 15a, 15b wenigstens teilweise versenkt angeordnet sein können. Es ist eine mechanische Verbindung zwischen den Schieberteilen 15a, 15b vorhanden, die in 5 und 6 nicht dargestellt ist. Bei dieser Ausgestaltung sind die Kontaktelemente der beiden Schaltvorrichtungen 3 geschützt im Innenraum eines durch die Schieberteile 15a, 15b gebildeten Kastens angeordnet. Der Innenraum kann durch eine längs durchgehende Nut 22 gebildet sein, die endseitig jeweils z. B. durch den Halter 9 verschlossen sein kann.

Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die erste Basis 11 ein Basisunterteil 11a und ein Basisoberteil 11b auf, die durch aufeinander liegende Platten gebildet sein können, die durch in Löcher 18 eingesetzte nicht dargestellte Schrauben miteinander verschraubt sind. Das Basisunterteil 11a und das Basisoberteil 11b weisen jeweils in miteinander übereinstimmenden mittleren Bereichen eine unterseitige bzw. oberseitige Ausnehmung 19a, 19b auf, in denen die Schieberteile 15a, 15b aufgenommen sind. Dabei können wenigstens zwei der sich quer zur elektrischen Leitung 2 erstreckenden Wandflächen der Ausnehmungen 19a, 19b die Führung bilden, wobei die sich ebenfalls quer erstreckende Abmessung der Ausnehmungen 19a, 19b wenigstens um die gewünschte Querbewegungslänge L3 größer ist als die zugehörige Querabmessung der Schieberteile 15a, 15b, so dass die Verstellmagnete 12a, 12b, 13a, 13b bzw. Magnet-Paare eine hinreichend große Querbewegung ausführen können, um die vorgenannten Magnetkraftwirkungen zu erreichen. Die bezüglich der Längsmittelebene 14 quer versetzten Begrenzungsflächen der Ausnehmungen 19a, 19b können in einem solchen Abstand voneinander angeordnet sein, dass sie Anschläge zur Begrenzung der Querbewegung der Magnete 12, 13 oder der Schieberteile 15a, 15b bilden.

Die elektrische Leitung 2 mit den Schaltelementen 4 kann sich in der zwischen den Basisteilen 11a, 11b oder in einem der Basisteile 15a (5) oder 15b (6) erstreckenden Längsnut 22 befinden, deren vertikale Abmessung g etwas größer ist als die aufrechte Breite d der Schaltelemente 4, um für diese ein hinreichendes Bewegungsspiel zu gewährleisten. Die Halter 9 sind in den Endbereichen der Längsnut 22 angeordnet, wobei die Längsnut selbst sich im oberen und/oder unteren Basisteil 11a, 11b befinden kann.

Das Ausführungsbeispiel gemäß 7 zeigt eine vorteilhafte Konstruktion für die mechanische Verbindung zwischen den Schieberteilen 15a, 15b. Diese Konstruktion weist einen die Schieberteile 15a, 15b und die erste Basis 11 übergreifenden, vorzugsweise viereckigen, Rahmen 21 auf, der aus zwei horizontalen und zwei vertikalen Rahmenteilen bestehen kann, die miteinander verschraubt sein können, was durch Strickpunktlinien verdeutlicht ist. Die Schieberteile 15a, 15b können z. B. unmittelbar an den einander zugewandten Seiten der horizontalen Rahmenabschnitte 21a befestigt sein. Der Querabstand f zwischen den vertikalen Rahmenabschnitten 21b ist wenigstens um die Querbewegungslänge L3 größer als die betreffende Querabmessung der Basis 11, wodurch eine entsprechende Querbewegung L3 der Bewegungseinheit 10 gewährleistet ist.

Zwecks Mechanisierung der Querbewegung der Verstellmagnete 12, 13 bzw. der Magnet-Paare 12a, 12b und 13a, 13b oder der mit diesen gebildete Bewegungseinheit 10 ist es vorteilhaft, jeweils einen Querbewegungsantrieb 23 mit einem vorzugsweise elektrischen Antriebsmotor 24 vorzusehen, bei dem es sich z. B. um einen Elektromagneten 24a handeln kann, der aus einem ferromagnetischen Kern und eine ihn umgebende elektrische Spule besteht. Der bzw. die Antriebsmotoren 24 können z. B. an der Basis 11 abgestützt sein. Beim Ausführungsbeispiel gemäß 8 bis 11, bei dem die Verstellmagnete 12a, 12b, 13a, 13b und die Schieberteile 15a, 15b die Bewegungseinheit 10 bilden, reicht ein Antriebsmotor 24 aus, um die Hin- und Herbewegung der Bewegungseinheit 10 zu bewerkstelligen. Bei einem Elektromagneten 24a kann dies in der einen Bewegungsrichtung durch Magnetkraft und in der anderen Querbewegungsrichtung durch eine nicht dargestellte Rückzugsfeder oder ebenfalls durch Magnetkraft nach elektrischer Umpolung des Elektromagneten 24a erfolgen. Bei einem magnetischen Querbewegungsantrieb 23 ist der Kern der Antriebe 24 aus einem ferromagnetischen Material gebildet und dient, durch Anziehen der Magnete 12, 13, 12a, 12b, 13a, 13b, zum Halten der Bewegungseinheit 10.

Die 8 bis 11 zeigen zwei auf jeder Seite der Bewegungseinheit 10 angeordnete Elektromagnete 24a, die so ausgebildet und elektrisch umpolbar sind, dass der eine Elektromagnet durch magnetische Anziehung und der andere Elektromagnet durch magnetische Abstoßung wirkt. Für eine in die eine oder die andere Bewegungsrichtung gerichtete Querbewegung bedarf es nur eines kurzzeitigen Stromstoßes, um die Elektromagnete mit elektrischer Energie zu versorgen und die jeweilige Querbewegung auszuführen. In 8 und 9 befindet sich die Bewegungseinheit 10 in ihrer nach rechts bewegten Endposition, in die sie durch den rechten Elektromagneten 24a durch magnetische Anziehung und durch den linken Elektromagneten 24a durch magnetische Abstoßung bewegt worden ist. Dabei sind die Schaltelemente 4 durch die Magnetkraft des linken Magnet-Paares 12a, 12b nach links gegen die Gegenkontaktelemente 7a bewegt worden, und sie werden durch die Magnetkraft in andauerndem Kontakt mit den Gegenkontaktelementen 7a gehalten. Die Umschaltung der Bewegungseinheit 10 in die in 10 und 11 dargestellte Schaltstellung erfolgt entsprechend umgekehrt.

Das Ausführungsbeispiel nach 12 zeigt eine die prinzipielle Ausgestaltung gemäß 8 bis 11 enthaltende Konstruktion in perspektivischer Darstellung, wobei ebenfalls gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Die Ausgestaltung und Anordnung der Schaltvorrichtung 1 gemäß 7 ist in das Ausführungsbeispiel gemäß 12 integriert, jedoch mit dem Unterschied, dass ein oder beide seitlichen Rahmenabschnitte 21b ringförmig ausgebildet ist bzw. sind, wobei das durch die Ringform vorgegebene Durchgangsloch 21c unter Berücksichtigung eines Bewegungsspiels größer ist als die Querschnittsgröße des Antriebsmotors 24 oder des zugehörigen Elektromagnets 24a. Hierdurch kann sich der Antriebsmotor 24 bzw. der Elektromagnet 24a bis zu Basis oder den Basisteilen 11a, 11b erstrecken, so dass die Magnetkraft besser ausgenutzt werden kann. Auch die Ringform des oder der Rahmenabschnitte 21b trägt zu einer besseren Ausnutzung der Magnetkraft des zugehörigen Elektromagnets 24a bei.

Außerdem ist eine zweite Basis 25 vorgesehen, die die erste Basis 11 trägt und vorzugsweise durch einen insbesondere viereckigen Rahmen 26 gebildet ist, dessen sich quer erstreckende Rahmenabschnitte 26a mit den Längsenden der ersten Basis 11 verbunden sind und dessen sich längs erstreckende Rahmenabschnitte 26 Stegteile 27 tragen, die den zugehörigen oder die Antriebsmotoren 24 tragen. Beim Ausführungsbeispiel sitzt die erste Basis 11 mit ihren Längsenden auf den sich quer erstreckenden Rahmenabschnitten 26a und die Antriebsmotoren 24 erstrecken sich etwa horizontal von den Innenseiten der Stegteile 27. Unmittelbar oder mittelbar an den sich längs erstreckenden Rahmenabschnitten 26 können auch Anschlusselemente 28 für den Stromanschluss des oder der Antriebsmotoren 24 bzw. Elektromagneten 24a befestigt sein.

Zwecks Einstellung der elektromagnetischen Wirksamkeit ist es vorteilhaft, die Elektromagnete 24a jeweils durch eine Einstellvorrichtung 32 quer zur Längsmittelebene 14 hin und her verstellbar anzuordnen. Beim Ausführungsbeispiel ist dafür eine Einstellschraube 33 vorgesehen, die ein Gewindeloch in einem vom Rahmen 26 abstehenden äußeren Steg 34 durchfasst und mit ihrem inneren Endbereich in das zugehörige Elektromagnetventil 24a oder das innere Stegteil 27 ebenfalls in einem Gewindeloch einfasst.

Ein dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel ähnliches Ausführungsbeispiel ist in 13 perspektivisch dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel bilden die Antriebsmotoren 24 bzw. Elektromagnete 24a die Querführung 14, wobei die ringförmigen Rahmenabschnitte 21b auf den Antriebsmotoren 24 bzw. Elektromagneten 24a quer verschiebbar geführt sind. Dabei kann die so ausgestaltete Schaltvorrichtungseinheit auf einer Steuereinrichtung 29, z. B. einer Leiterplatte, angeordnet und durch sich von der Steuerplatte 29 zu den Antriebsmotoren 24 bzw. Elektromagneten 24a erstreckende Stegleitungen 35 gehalten sein. Bei dieser Ausgestaltung kann der der Steuerplatte 29 zugewandte Rahmenabschnitt 21a in einer Ausnehmung 36 der Steuereinrichtung 29 wenigstens teilweise versenkt angeordnet sein, um die Konstruktionshöhe zu vermindern.

Zur Verbindung der Schieberteile 15a, 15b mit den Rahmenabschnitten 21a kann ein zentraler z. B. runder Zapfen 21f vorgesehen sein, der in ein Zapfenloch in den Schieberteilen 15a, 15b einfasst.

Das Ausführungsbeispiel nach 14 unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel nach 13 dadurch, dass nur ein Antriebsmotor 24 in Form eines Elektromagnets 24a vorgesehen ist, dessen Kern 24b C-förmig geformt ist, wobei die Endabschnitte 24d der C-Form sich koaxial in Richtung auf die durch die Verstellmagnete 12, 13 bzw. die Verstellmagnet-Paare 12a, 12b, 13a, 13b, die Schieberteile 15a, 15b und den Rahmen 21 gebildete Bewegungseinheit 10 erstrecken sowie dabei übergreifen und im vorbeschriebenen Sinne eine Querführung 14 für die darauf verschiebbaren Rahmenabschnitte 21b des Rahmens 21 bilden. Es ist nur eine Spule 24c vorgesehen ist, die einen Stegabschnitt des C-förmigen Kerns 24b umgibt, vorzugsweise den Stegabschnitt, der quer zur Schwenkebene 16 der Schaltelemente 4 versetzt ist und sich z. B. oberhalb oder unterhalb der Schaltvorrichtung 1 befinden kann. Bei dieser Ausgestaltung kann die Steuereinrichtung 29 ein weiteres Basisteil bilden, an dem die Spule 46c an z. B. den zugehörigen elektrischen Leitungen enthaltenen Stegleitungen stehend, hängend oder quer abstehend befestigt ist.

Insbesondere für eine Eichleitung können mehrere bezüglich der Querebene 8 jeweils spiegelbildlich angeordnete Paare von Schaltvorrichtungen 1 längs der Eichleitung hintereinander liegend angeordnet sein, wie es 1 jeweils mit zwei und 4 mit einem Schaltvorrichtungspaaren beispielhaft zeigt.

Dabei kann es sich bei dem Schaltelement 4 jeweils um ein über den oder die Halter 9 hinaus vorzugsweise einteilig erstreckendes Doppel-Schaltelement handeln, das in beide Längsrichtungen vom Halter 9 absteht, wobei die einander abgewandten Schaltelemente 4a mit weiteren Bewegungsantrieben und Gegenkontaktelementen 7a, 7b von weiteren Eichleitungsabschnitten zusammenwirken.

Um die miteinander zusammenwirkenden Kontaktflächen vor einer Verschmutzung von außen zu schützen, ist es vorteilhaft, wenigstens eine Schaltvorrichtung 1 in einem Schutzraum 31 eines vorzugsweise abgedichteten Gehäuses anzuordnen, das länglich ausgebildet sein kann, um mehrere in der Längsrichtung hintereinander angeordnete Schaltvorrichtungen 1 aufzunehmen, z. B. solche gemäß 1.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Alle beschriebenen und gezeichneten Elemente sind beliebig miteinander kombinierbar.


Anspruch[de]
Elektrische Schaltvorrichtung (1), insbesondere Hochfrequenz-Schaltvorrichtung, mit wenigstens einem länglichen elektrischen Schaltelement (4), das mit einem Kontaktende (6) zwischen zwei einen guerabstand voneinander aufweisenden Gegenkontaktelementen (7a, 7b) angeordnet ist und durch zwei Verstellelemente quer zu seiner Längsrichtung wahlweise gegen das eine oder das andere Gegenkontaktelement (7a, 7b) bewegbar ist, wobei die Verstellelemente seitlich neben dem Schaltelement (4) angeordnet und quer dazu hin und her bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (4) wenigstens teilweise aus magnetischem Material besteht und die Verstellelemente durch Magnete (12, 13) gebildet sind. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnete (12, 13) Dauermagnete sind. Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (4) quer elastisch biegsam ist. Schaltvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (4) durch eine Federzunge gebildet ist, deren Breitseiten den Gegenkontaktelementen (7a, 7b) zugewandt sind. Schaltvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnete (12, 13) auf den dem Schaltelement (4) abgewandten Seiten der Gegenkontaktelemente (7a, 7b) angeordnet sind. Schaltvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnete (12, 13) die Gegenkontaktelemente (7a, 7b) zur Basis (11) des Schaltelements (4) hin überragen. Schaltvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bezüglich einer Querebene (8) zwei Schaltelemente (4) einander gegenüberliegend angeordnet sind und mit ihren einander zugewandten Kontaktenden (6) quer gegen beidseitig angeordnete Gegenkontaktelemente (7a, 7b) bewegbar sind, und beiden Schaltelementen (4) seitlich gegenüberliegend Magnete (12, 13) zugeordnet sind. Schaltvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf jeder Seite ein Magnet (12, 13) angeordnet ist, das die einander zugewandten Enden der Schaltelemente (4) überlappt. Schaltvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die längs dem oder den Schaltelementen (4) gerichtete Längsabmessung der Magnete (12, 13; 12a, 12b, 13a, 13b) größer ist als deren Querabmessung. Schaltvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnete (12, 13) jeweils gleichzeitig in die gleiche Querrichtung bewegbar sind. Schaltvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnete (12, 13) durch ein Koppelglied miteinander verbunden sind. Schaltvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnete (12, 13) an einem Querschieber (15) gehalten sind. Schaltvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf jeder Seite des oder der Schaltelemente (4) zwei Magnete (12a, 12b, 13a, 13b) angeordnet sind, die bezüglich der Bewegungsebene (16) des oder der Schaltelemente (4) in einem Abstand (b) voneinander mit gleichen Polen (S) einander gegenüberliegend angeordnet sind. Schaltvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (b) etwa gleich oder größer ist als die Breite (c) des oder der Schaltelemente (4). Schaltvorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die auf beiden Seiten der Bewegungsebene (16) des oder der Schaltelemente (4) angeordneten Magnete (12a, 13a, und 12b, 13b) jeweils an den der Bewegungsebene zugewandten Seiten von zwei Schieberteilen (15a, 15b), vorzugsweise jeweils in einer Ausnehmung (17), angeordnet sind, wobei die Schieberteile (15a, 15b) zu einer Bewegungseinheit (10) miteinander verbunden sind, deren Bewegungslängen vorzugsweise durch Anschläge begrenzt sind. Schaltvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Schieberteile (15a, 15b) jeweils in einander abgewandten Ausnehmungen (19a, 19b) einer ersten Basis (11) angeordnet und in der Querrichtung verschiebbar geführt sind. Schaltvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Schieberteile (15a, 15b) durch einen die Basis (11) umgebenden Rahmen (21) miteinander verbunden sind. Schaltvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die auf beiden Seiten des oder der Schaltelemente (4) angeordneten Magnete (12, 13) oder Magnet-Paare (12a, 13a und 12b, 13b) jeweils durch einen Antriebsmotor (24) quer hin und her bewegbar sind. Schaltvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Antriebsmotoren (24) jeweils durch einen Elektromagneten (24a) gebildet ist bzw. sind. Schaltvorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder zwei Elektromagnete (24a) bezüglich dem oder den Schaltelementen (4) seitlich versetzt angeordnet sind. Schaltvorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromagnet (24a) oder die Elektromagnete (24a) polumschaltbar sind. Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsmotoren (24) die ringförmig ausgebildeten Rahmenabschnitte (21b) des Rahmens (21) in Durchgangslöchern (21c) durchfassen. Schaltvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere in der Längsrichtung hintereinanderliegend angeordnete Schaltvorrichtungen (1) oder Schaltvorrichtungs-Paare in einem Schutzraum (31) eines Gehäuses (32) angeordnet ist bzw. sind.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com