DE3203005C2 - Elektrische Schalteinrichtung, insbesondere für Hochfrequenzleitungen - Google Patents

Abstract

Eine elektrische Kontaktschaltvorrichtung umfaßt eine erste Außenanschlußeinrichtung, eine erste Leitereinrichtung, welche ein mit der ersten Außenanschlußeinrichtung verbundenes Schaltkontaktelement zum Schalten einer Verbindung mit diesem aufweist, eine Gehäuseeinrichtung zur Halterung und Aufnahme der ersten Leitereinrichtung, eine zweite Außenanschlußeinrichtung und eine mit der zweiten Außenanschlußeinrichtung verbundene zweite Leitereinrichtung, wobei die zweite Leitereinrichtung auf einer bestimmten Oberfläche der Gehäuseeinrichtung vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Schalteinrichtung gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine elektrische Schalteinrichtung dieser Art ist aus der GB-PS 11 55 433 bekannt. Diese bekannte Schalteinrichtung weist ein Vollmetallgehäuse auf, das vom Material her teuer und insbesondere hinsichtlich der Formgebung der Ausnehmung, in welcher sich die Schaltlamellen bewegen, aufwendig ist. Bei dieser bekannten Schalteinrichtung bleibt ferner jede Schaltlamelle unabhängig vom Schaltzustand mit einem der ihr zugeordneten ersten Außenanschlüsse stets in Verbindung, was bedeutet, daß in der Trennstellung der Schaltlamelle nicht nur diese selbst, wie es erstrebenswert ist, auf Masse- bzw. Gehäusepotential gelegt wird, sondern auch dieser Außenanschluß, was aus schaltungstechnischen Gründen nicht für jeden Einsatz einer solchen Schalteinrichtung zulässig ist.

Aus der US-PS 40 04 194 bzw. der DE-OS 21 04 549 ist es ferner bekannt, Leitplattengehäuse und Gerätegehäuse aus Kunststoff zu fertigen und mit einer leitfähigen Oberflächenbeschichtung zu versehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrische Schalteinrichtung der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß sie einfach und bei verringerten Kosten zu fertigen ist und nicht nur in bezug auf niederfrequente, sondern auch auf hochfrequente Signale, verbesserte Schalteigenschaften hat

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schalteinrichtung gelöst, wie sie in Anspruch 1 gekennzeichnet ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Schalteinrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Im folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. Auf dieser zeigt bzw. zeigen

F i g. 1 eine perspektivische Explosionsansicht einer ersten bevorzugten Ausführungsform der elektrischen Schalteinrichtung gemäß der Erfindung,

F i g. 2 eine geschnittene Draufsicht der Schalteinrichtung der Fig. 1,

F i g. 3 eine geschnittene und abgebrochene Detailansicht zur Wiedergabe eines elektrisch leitenden Teils, das auf einem Basisteil der Schalteinrichtung der F i g. 2 angeordnet ist,

Fig.4 eine geschnittene Seitenansicht der Vorrichtung der Fig. 2,

F i g. 5A eine geschnittene Seitenansicht einer elektrischen Schalteinrichtung gemäß einer Abwandlung der Ausführungsform der F i g. 1,

F i g. 5B eine Schnittansicht eines in der Ausführungsform der F i g. 5A verwendeten zweiten Außenanschlusses,

F i g. 6A eine geschnittene Seilenansicht einer elektrischen Schalteinrichtung gemäß einer weiteren Abwandlung der Ausführungsform der Fig. 1,

F i g. 6B und 6C Schnittansichten von in der Schalteinrichtung der F i g. 6A verwendbaren abgewandelten Außenanschlüssen,

Fig.7 eine perspektivische Explosionsansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der elektrischen Schalteinrichtung gemäß der Erfindung,

Fig.8 eine Draufsicht der Schalteinrichtung der F i g. 7, und

Fig.9 eine geschnittene Seitenansicht der Schalteinrichtung der Fig. 7.

Die F i g. 1,2 und 4 zeigen eine Ausführungsform der elektrischen Schalteinrichtung. Die Schalteinrichtung enthält ein Basisteil 40, einen Kontaktschallmcchanismus 50, welcher vom Basisteil 40 gehalten wird und in diesem aufgenommen ist, und ein auf dem Basisteil 40 angebrachtes Abdeckteil 23.

Das Basisteil 40 enthält eine Basis 1 und daran befestigte Außenanschlüsse 12 und 13. Die Basis 1 ist ein Kunststoff-Formteil und kann aus einem nicht-kristallinen Thermoplast, etwa Polysulphon, einem Duroplast, etwa Polyäthersulphon, oder einem ABS-Harz sein. Wie in Fig.3 dargestellt, ist die Basis 1 mit einer elektrisch leitenden Schicht 11 bedeckt, welche durch Plattieren, galvanische Beschichtung, Aufdampfen, Beschichtung mit einem geeigneten Anstrich oder dergleichen hergestellt ist. Die Schicht 11 ist mit den Anschlüssen 12 und 13 elektrisch verbunden. Die Basis 1 enthält Löcher 2,3 und 4, welche sich vertikal durch sie erstrecken, und seitlich in der Mitte eine Aussparung Xa. In die Aussparung la ist eine Rückstellfeder ίί eingesetzt. Die Basis 1 enthält ferner Nuten 8 und 9, in welche verschiebbar Platten bzw. verschiebbare Teile 6 und 7 eingesetzt sind.

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Die Löcher 2,3 und 4 sowie die Nuten 8 und 9 münden in eine Ausnehmung 10 zur Aufnahme des Schaltmechanismus 50. Innenleiter 15, 16 und 17 werden durch dielektrische Blöcke 18,19 und 20 gehalten und sind in die Löcher 2,3 bzw. 4 eingesetzt Die Innenleiter 15,16 und 17 dienen mit ihren unteren Teilen als Außenanschlüsse und mit ihren oberen Teilen als stationäre Kontakte 15a, 16a bzw. 17a. Die Innenleiter 15, 16 und 17 und die leitende Schicht 11 sind also durch die Blöcke 18,19 und 20 voneinander gleichspannungsmäßig isoliert und bilden eine bestimmte Schaltungsimpedanz bzw. nichtstationäre Leitungskonstante.

Die Platten 6 und 7 tragen bewegliche Kontaktlamellen 21 und 22 und sind an ihren Enden gemäß F i g. 2 durch die Feder 5 belastet. Ferner berührt die eine Kontaktlamelle 21 die Innenseite einer Wand der mit der leitenden Schicht 11 bedeckten Basis 1 (siehe Fig.3), während die andere Kontaktlamelle 22 die stationären Kontakte 15a und 16a kurzschließt Wie in F ig. 4 dargestellt, ist das Abdeckteil 23 aus elektrisch leitendem Material an derObeseite der Basis 1, mittels einer Klammer oder dergleichen, befestigt und elektrisch mit der Schicht 11 verbunden.

Wenn die Platten 6 und 7 durch ein (nicht gezeigtes) Stellglied, das manuell, mechanisch oder elektromagnetisch betätigt wird, gegen die Feder 5 gedruckt werden, schließt die eine Kontaktlamelle 21 die Kontakte 15a und 16a kurz, während die andere Kontaktlamelle 22 die an der Wandinnenseite der Basis 1 vorgesehene leitende Schicht 11 berührt. Die Innenleiter 15,16 und 17 dienen also als Arbeits-, gemeinsamer und Ruhekontakt dieser elektrischen Schalteinrichtung.

Die Basis 1 aus isolierendem Werkstoff weist mit der Schicht 11 nur an ihrer Oberfläche eine leitende Schicht auf, ein Hochfrequenzstrom fließt aber infolge des Skin-Effekts ohnehin durch die Schicht 11, so daß so eine Isolation in bezug auf Hochfrequenzsignale erreicht wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform besteht die Basis 1 aus isolierendem Kunststoff, sie kann aber alternativ auch aus Keramik oder leitendem Kunststoff bestehen. Wenn die Basis 1 aus leitendem Kunststoff, etwa Polyester oder Polyetetrafluoräthylen mit Kohlenstoffoder Eisenstaub, einem Silber-, Aluminium- oder Kupferstaub enthaltendem Silikongummi oder dergleichen hergestellt ist, kommt es zwischen der leitenden Schicht U und der Basis 1 über den darin enthaltenden leitenden Staub zu einer innigen Verbindung, insbesondere wenn die Schicht 11 galvanisch aufgebracht wird. Eine solche leitende Basis (1) verbessert die Leitfähigkeit der Verbindung der Außenanschlüsse 12 und 13 mit der Schicht 11. Verglichen mit dem Metallgehäusekörper der bekannten Vorrichtung, läßt sich die Basis 1 aus einem der obigen Werkstoffe bei verminderten Kosten leicht herstellen und führt zu einer Schaltvorrichtung verminderten Gewichts.

Die Schicht 11 ist auf der Innenseite der Basis 1 vorgesehen, so daß sie mit dem beweglichen Kontaktmesser 21 oder 22 in deren Kontaktunterbrechungsstellung in Berührung kommt, wodurch verhindert wird, daß ein Hochfrequenzkurzschluß durch elektrostatische Kopplung zwischen den stationären Kontakten 16a und 15a (I7:i) und der leitenden Schicht 1 f über das bewegliche Kontaktmesser 21 (22) entsteht. Anders ausgedrückt, erhält man also ohne Erhöhung des Hubs der Kontaktmesser 21 und 22 eine ausgezeichnete Isolation in bezug auf Hochfrequenzsignale, so daß sich die Schaltvorrichtung gemäß vorliegender Ausführungsform miniaturi- «iiprpn laßt

Mit dieser Ausführungsform liegt eine elektrische Schalteinrichtung vor, welche erste Außenanschlüsse (15,16 und 17) für einen ersten Leiter {15a, 16a, 17a, 21 und 22), Gehäuseelemente (1 und 23), zweite Außenan-Schlüsse (12, 13) und eine damit verbundene Oberflächenbelegung (11) als zweiten Leiter aufweist Die ersten Außenanschlußelemente (15 bis 17) sind zur Verbindung mit der Signalleitung eines Niederfrequenzkabels oder dem Innenleiter eines Hochfrequenz-Koaxialkabeis eingerichtet, während die zweiten Außenanschlüsse (12,13) zur Verbindung mit der Masseleitung eines Niederfrequenzkabels oder dem Außenleiter eines Koaxialkabels eingerichtet ist

Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die leitende Schicht 11 zwar auf allen Oberflächen der Basis 1 vorgesehen, sie kann aber auch lokal angeordnet sein, solange sie die Schaltungsauslegungserfordernisse, wie Schaltungsimpedanz, Welligkeitsfaktor, nichtstationäre Konstante, Abschirmung usw., erfüllt Beispielsweise kann die leitende Schicht 11 nur an den inneren Oberflächen der Wände der Basis 1 vorgesehen sein, in welchem Fall sich die Außenanschlüsse 12 und 13 zur Verbindung mit der Schicht 11 zweckmäßigerweise (wie mit den Anschlüssen 147 in Fig.9 dargestellt) durch die Basis 1 hindurch erstrecken. Zum Schalten von Hochfrequenzsignalen etwa von 1 Gigahertz kann die Schicht II beschränkt auf einer einzigen Wand der Basis 1 parallel zu den Kontaktlamellen 21 und 22 vorgesehen sein, in welchem Fall die Schicht 11 mit den Anschlüssen 12 und 13 über eine bestimmte Verbindungsleitung verbunden ist. Die Schicht 11 wirkt auch hinsichtlich einer Abschirmung des Schaltmechanismus 50 gegenüber äußeren Störsignalen, jedoch hängt der Minimalanteil der Basis 1, der durch die Schicht 11 abgedeckt sein sollte, von der Frequenz der auf diese Schaltvorrichtung gegebenen Signale ab. Das Abdeckteil 23 besteht aus einem leitenden Metallwerkstoff, kann aber auch aus einem isolierenden Kunststoff sein.
Gegebenenfalls kann das Teil 23 auch weggelassen sein. Wenn die Ausnehmung 10 ausreichend tief und von der leitenden Schicht 11 umgeben ist, hängen die Hochfrequenzeigenschaften der Vorrichtung nicht davon ab, ob das Teil 23 leitend ist oder nicht.

F i g. 5A zeigt eine elektrische Schalteinrichtung gemaß einer Abwandlung der Ausführungsform der Fig. 1. Gemäß Fig.5A sind die wie in Fig.4 in die Basis 1 eingebetteten zweiten Außenanschlüsse 12 und 13 durch Vorsprünge 12a und 13a gegeben, die mit der Basis 1 einstückig geformt und mit der leitenden Schicht

so 11 beschichtet sind, wie dies im einzelnen in Fig.5B dargestellt ist. Die Schicht 11 liefert nicht nur die Leitfähigkeit für die Anschlüsse 12a und 13a, sondern bewehrt dieselben auch. Da die Anschlußteile 12a und 13a gleichzeitig mit der Basis 1 ausgebildet werden und es nicht erforderlich ist, sie gesondert mit dieser zusammenzubauen, vereinfacht sich die Montagearbeit, wobei gleichzeitig eine gute Leitfähigkeit zwischen dem Anschluß 12a (13a^und der leitenden Schicht 11 gewährleistet ist.

bo Wenn die vorstehend beschriebene elektrische Schalteinrichtung in einer solchen Weise benutzi wird, daß die Außenanschlüsse (12, 13) als Außenleiteranschlüsse oder Masseanschlüsse wegen der Peripheriebedingung der Schaltungen oder mit der Vorrichtung verbundener Teile nicht benötigt werden, können die Außenanschlüsse (12,13) als Steckanschlüsse auch fehlen. Wenn beispielsweise eine Buchse zur Aufnahme der Schaltvorrichtung so eingerichtet ist, daß sie zur elektri-

sehen Verbindung mit der auf plattierten Schicht 11 einen ebenen plattierten äußeren Oberflächenabschnitt der Basis 1 berührt, können die herausragenden Anschlüsse (12, 13) weggelassen sein. Insbesondere sind solche herausragenden Masseanschlüsse (12, 13) nur notwendig, wenn die Schaltung zum Schalten von Hochfrequenzsignalen verwendet wird.

Die F i g. 6A bis 6C zeigen der in F i g. 4 dargestellten ähnliche Ausführungsformen, bei welchen die ersten Außenanschlüsse 15,16, 17 und die zweiten Außenan-Schlüsse 41,42,43 koaxial ausgeführt sind.

Die F i g. 7 bis 9 zeigen eine weitere Ausführungsform der elektrischen Schalteinrichtung als Teil eines Relais. Eine Basis bzw. ein Gehäuse 110 ist ein kastenförmiges Kunststoff-Formteil, wobei alle seine Oberflächen mit einem (nicht gezeigten) leitenden Material überzogen sind. Die die Basis 110 bedeckende leitende Beschichtung bewehrt die Basis 110. Die Basis 110 enthält eine Trennwand 111, durch die zwei Abteile bzw. Ausnehmungen 112 und 113 geschaffen werden. Im Abteil 112 der Basis HO ist ein Elektromagnet 114 angeordnet, welcher einen Eisenkern 115, einen Spulenkörper 116, eine Wicklung 117 und ein am Kern 115 befestigtes L-förmiges Joch aufweist. Zwei Zuleitungen 119 und 120 sind in den Spulenkörper 116 eingebettet und durchsetzen die Bodenwand 121 der Basis 110. Ein L-förmiger beweglicher Hebel 122 wird durch eine Gelenkfeder 123 bezüglich einer Kante 118a des Jochs 118 schwenkbar gehalten. Die Feder 123 ist an ihrem Basisende 123a an zwei Ausnehmungen (einer oberen und einer unteren) 1186 des Jochs 118 angebracht. Ein L-förmiges Befestigungsteil 124 greift in das Joch 118 ein und ist in einen mit einer vertikalen Nut versehenen Abschnitt 125 der Basis 110 eingesetzt und befestigt auf diese Weise das Joch 118 an der Boden wand 121.

In das Abteil 112 ist eine Rückstell-BIattfeder 126 eingesetzt, die an zwei Vorsprüngen 131a und 1316 angreift und durch den Hebel 122 über dessen Ende 122c belastet wird. An zwei Platten bzw. beweglichen Teilen 127 und 128 greifen an ihren Angreifabschnitten 127a und 128a zwei Betätigungsabschnitte 129 und 130 der Feder 126 an.

Die Platten 127 und 128 werden durch zwei Nuten 134 und 135 verschiebbar geführt, die im Abteil 113 der Basis 110 ausgebildet sind. Die Platte 127 trägt eine bewegliche Kontaktlamelle 139, mit der eine Verbindung zwischen stationären Kontaktelementen 136 und 137 geschaltet wird. Die Platte 128 trägt eine bewegliche Kontaktlamelle 140, mit der eine Verbindung zwischen stationären Kontaktelementen 137 und 138 geschaltet wird. In Löchern 144, 145 und 146, die in der Bodenwand 121 der Basis 110 ausgebildet sind, sind, wie in Fig.9 dargestellt, dielektrische Blöcke 141, 142 und 143, welche die Kontaktelemente 136,137 und 138 und ersten Außenanschlüsse 136a, 137a, 138a haltern, eingesetzt Zweite Außenanschlüsse 147 als Außenleiteranschlüsse sind in Löcher 150, die sich durch den Boden 121 der Basis 110 erstrecken, eingesetzt wodurch Hochfrequenzströme zwischen den Anschlußabschnitten 136a und 137a der Elemente 136 und 137 sowie zwischen bo den Anschlußabschnitten 137a und 138a der Elemente 137 und 138 verhindert sind. Die Löcher 150 sind zur elektrischen Verbindungen mit den Anschlüssen 147 an ihrer Innenfläche mit dem (nicht gezeigten) eine Leitungsschicht bildenden Material beschichtet das sich über alle Oberflächen der Basis 110 erstreckt Wie in F i g. 9 dargestellt, ist als Abschirmung über dem Abteil 113 eine Metallplatte 160 und auf der Basis UO eine Abdeckung 152 angebracht. Die Abdeckung 152 ist ein Kunststoff-Formteil mit einer der Wand ill der Basis 110 geenüberstehenden Trennwand 154. Die Abdckkung 152 weist ferner Vorsprünge 155 und 156 zur Gewährleistung der Gleitbewegung der Platten 127 und 128 auf. Die dargestellte Abdeckung 152 ist nicht mit einer leitenden Schicht bedeckt, sie kann jedoch ebenfalls als Abschirmelement mit einer Mctallbelcgung versehen sein. Gegebenenfalls kann die Platte 160 weggelassen sein.

Bei obigem Aufbau wird bei Erregung der Wicklung 117 der Hebel 122 durch den Kern 115 angezogen. Das Ende 122cdes angezogenen Hebels 122 drückt dann die Feder 126 in Richtung des Pfeiles in Fig.8. so daß die Platten 127 und 128 durch die Feder 126 über ihre Abschnitte 129 und 130 nach vorne gedrückt werden. Dementsprechend verläßt die eine Kontaktlamellc 139 die Kontaktelemente 136 und 137, während die andere Kontaktlamelle 140 die Kontaktelemente 137 und 138 berührt. Das heißt, die Verbindung zum gemeinsamen Kontakt 137 wird vom Ruhekontakt 136 auf den Arbeitskontakt 138 umgeschaltet. Bei Entregung der Wicklung 117 kehren die Lamellen 139 und 140 in ihre in F i g. 8 dargestellte Ausgangsstellungen zurück.

Im Ruhezustand berührt die andere Kontaktlamelle 140 in der Basis 110 ausgebildete Vorsprünge 149a und 1496. Bei Erregung der Wicklung 117 berührt die eine Kontaktlamelle 139 Vorsprünge 148a und 1486. Die Vorsprünge 148a, 1486, 148c, 149a. 1496 und 149c weisen leitende Schichten auf, die sich zu den zweiten Außenanschlüssen 147 erstrecken. Daher ist verhindert, daß die Kontaktlamellen 139 und 140 einen unerwünschten Hochfrequenzkurzschluß zwischen den Kontaktelementen 136,137 und 138 erzeugen.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß die Kontaktlamellen 139 und 140 so montiert sind, daß im Ruhezustand die Kontaktlamelle 139 die Vorsprünge 149c und 149a und die Kontaktlamelle 140 die Kontaktelemente 137 und 138 berührt, während bei Erregung der Wicklung 117 die Kontaktlamelle 139 die Kontaktelemente 136 und 137 und die Koniaktlamelle 140 die Vorsprünge 1486 und 149c berührt. Durch Umkehr der Einsetzstellung der Kontaktmesser 139 und 140 kann also die Schaltweise dieses Relais umgekehrt werden.

Die Schalteinrichtung gemäß dieser Ausführungsform ist als Hochfrequenzschalter für die Größenordnung Gigahertz ausgelegt, er kann aber auch als Gleichspannungs- bzw. Niedcrfrequenzschaltcr verwendet werden. Die Schalteinrichtung dieser Ausführungsform kann in einer Weise abgewandelt werden, daß die einzelnen Platten 127 und 128 mehrere Kontaktmesser tragen, womit sich dann eine Schalteinrichtung ergibt, die mehrere Kreise schaltet

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Elektrische Schalteinrichtung, insbesondere für Hochfrequenzleitungen, mit einem Gehäuse und mindestens einem über erste Außenanschlüsse isoliert durch das Gehäuse geführten ersten Leiter, wobei in einer Ausnehmung des Gehäuses mindestens eine Schaltlamelle vorgesehen ist, welche zwischen einer Stellung, in welcher die ersten Außenanschlüs- ι ο se elektrisch miteinander verbunden sind, und einer Stellung, in welcher die Außenanschlüsse elektrisch voneinander getrennt sind, bewegbar ist wobei Teile des Gehäuses einen mit mindestens einem zweiten Außenanschluß verbundenen zweiten Leiter bilden, mit welchem die Schaltlamelle in der Trennstellung in elektrisch leitender Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse im wesentlichen aus Keramik oder Kunststoff aufgebaut ist und auf mindestens einer Wand der Ausnehmung (10,113) eine mit dem zweiten Außenanschluß (12, 13; 147) in elektrisch leitender Verbindung stehende elektrisch leitende Oberflächenbelegung (11) als zweiten Leiter aufweist, daß die Schaltlamelle (21, 22; 139,140) an einem in einer Wand des Gehäuses verschieblich geführten, von außerhalb der Ausnehmung betätigbaren beweglichen Teil (6, 7; 127,128) angebracht ist, daß die Schaltlamelle in der Trennstellung unter Unterbrechung der Verbindung zu beiden ihr zugeordneten ersten Außenanschlüssen der Oberflächenbelegung anliegt und daß die ersten Außenanschlüsse (15, 16, 17; 136a, 137a, 138a; in dielektrische Blöcke (18,19,20; 141,142,143) eingebettet sind, welche in in einer Wand des Gehäuses vorgesehene, in die Ausnehmung reichende Löcher (2,3,4; 144,145,146) eingesetzt sind.

2. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Außenanschluß (147) zwischen den ersten Außenanschlüssen (136a, 137a, 138a; bis zur Ausnehmung (113) reichend angeordnet ist.

3. Schalteinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich eines jeden ersten Außenanschlusses (136a, 137a, 138a;ein zweiter Außenanschluß (147) vorgesehen ist.