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Die
Erfindung betrifft eine elektrische Schaltvorrichtung nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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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.
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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.
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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.
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Eine
entsprechende Schaltfunktion wird erreicht, wenn der gegenüberliegende
andere Magnet zum Schaltelement hin vorbewegt wird.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Es
trägt zu
einer wesentlichen Vereinfachung der Schaltvorrichtung bei, wenn
die Magnete jeweils durch einen Dauermagneten gebildet sind.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Nachfolgend
werden vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung anhand von mehreren
Ausführungsbeispielen
und Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 mehrere
erfindungsgemäße elektrische
Schaltvorrichtungen in Reihenanordnung jeweils in einer Schaltstellung
in prinzipieller Darstellung;
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2 eine
Schaltvorrichtung im Schnitt II-II in 1;
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3 eine
erfindungsgemäße Schaltvorrichtung
im Schnitt II-II in 1 in abgewandelter Ausgestaltung;
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4 die
Schaltvorrichtung nach 3 in der Draufsicht;
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5 eine
erfindungsgemäße Schaltvorrichtung
in weiter abgewandelter Ausgestaltung in perspektivischer Draufsicht;
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6 den
Schnitt VI-VI in 5;
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7 eine
erfindungsgemäße Schaltvorrichtung
in weiter abgewandelter Ausgestaltung in perspektivischer Draufsicht;
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8 eine
erfindungsgemäße Schaltvorrichtung
im vertikalen Querschnitt in abgewandelter Ausgestaltung und in
einer ihrer beiden Schaltstellungen;
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9 die
Schaltvorrichtung nach 8 in der Draufsicht;
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10 die
Schaltvorrichtung nach 8 in ihrer anderen Schaltstellung;
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11 die
Schaltvorrichtung nach 10 in der Draufsicht;
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12 eine
erfindungsgemäße Schaltvorrichtung
in weiter abgewandelter Ausgestaltung und in perspektivischer Darstellung;
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13 eine
erfindungsgemäße Schaltvorrichtung
in weiter abgewandelter Ausgestaltung und in perspektivischer Darstellung,
und
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14 eine
erfindungsgemäße Schaltvorrichtung
in weiter abgewandelter Ausgestaltung und in perspektivischer Darstellung.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 μm betragen
kann.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Alle
beschriebenen und gezeichneten Elemente sind beliebig miteinander
kombinierbar.