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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein koaxiales Relais zum Schalten
von Hochfrequenzsignalen und insbesondere ein solches Relais mit
einem schwenkbaren Anker, der sich zwischen zwei Stellungen zum
Schalten der Hochfrequenzsignale bewegt.
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STAND DER TECHNIK
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In
US-A-4 496 919 ist ein koaxiales Relais mit einem schwenkbaren Anker
zum Schalten von Hochfrequenzsignalen offenbart. Das Relais weist
einen Elektromagnetblock und einen Kontaktblock mit mehreren Koaxialanschlüssen auf,
die jeweils einen Mittelleiter und einen Abschirmleiter aufweisen.
Der Kontaktblock weist eine Abschirmkammer auf, in die sich die
Mittelleiter erstrecken, um darin Festkontakte zu bilden. Innerhalb
der Abschirmkammer ist auch eine bewegliche Lamelle zum Schließen und Öffnen der
Festkontakte angebracht. Die bewegliche Lamelle trägt einen
dielektrischen Betätiger,
der am Kontaktblock vorsteht, so daß er in einen schwenkbaren Anker
eingreifen kann und dadurch zum Öffnen
und Schließen
der Festkontakte angetrieben wird. Der Anker ist an einer an dem
Kontaktblock befestigten Halteplatte schwenkbar gelagert, um eine
Bewegung um eine Schwenkachse zwischen zwei Stellungen, in denen
die Festkontakte geschlossen und geöffnet sind, auszuführen. Der
Elektromagnetblock trägt
einen Elektromagneten mit einer um einen Kern gewickelten Spule
und Polenden. Der Elektromagnetblock wird durch Schrauben mit dem
Kontaktblock zusammengesetzt, während
der Kern und die Polenden in einer gegenüberliegenden Beziehung zu den entsprechenden
Abschnitten des Ankers positioniert werden. Um eine genaue Ankerbewegung
und dadurch bei Erregung des Elektromagneten den Kontaktiervorgang
zu gewährleisten,
ist es erforderlich, eine genaue Positionierung des Kerns und der
Polenden bezüglich
des Ankers vorzusehen. Weil der Anker jedoch am Kontaktblock gehalten
wird, während der
Kern und die Polenden am Elektromagnetblock gehalten werden, erfolgt
die genaue Positionierung nur durch Einstellen der Schrauben und
daher nur während
des Anbringens des Elektromagnetblocks am Kontaktblock. Das heißt, daß die Magnetspaltabstände zwischen
den Elementen des Elektromagneten und des Ankers nur während des
Anschraubens des Elektromagnetblocks an den Kontaktblock festgelegt
werden, so daß die
genaue Positionierung des Elektromagneten relativ zu dem Anker nicht
immer gewährleistet
werden kann. Dies ist für
das Herstellen einer Anzahl von Relais mit einer zuverlässigen Ankerbewegung
unzweckmäßig, und
es wird dadurch folglich die Wirksamkeit und die Zuverlässigkeit
der Herstellung verringert.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Angesichts
der vorstehenden Unzulänglichkeiten
wurde die vorliegende Erfindung gemacht, um ein koaxiales Relais
vorzustellen, das zuverlässige Betriebsmerkmale
gewährleisten
kann und einfach herzustellen ist. Das koaxiale Relais gemäß der vorliegenden
Erfindung besteht aus zwei Baugruppen oder Blöcken, nämlich einem Kontaktblock und
einem Elektromagnetblock. Der Kontaktblock besteht aus einem elektrisch
leitfähigen
Metall mit einer oberen Fläche
und einer Abschirmkammer. Der Kontaktblock trägt mehrere Koaxialanschlüsse, die
jeweils aus einem Mitelleiter und einem den Mittelleiter umgebenden
Abschirmleiter bestehen. Die Mittelleiter erstrecken sich in die
Abschirmkammer und bilden daran jeweilige Koaxialkontakte. Im Kontaktblock
befindet sich auch wenigstens eine bewegliche Lamelle, die innerhalb
der Abschirmkammer angeordnet ist, um die zwei benachbarten Koaxialkontakte
zu schließen
und zu öffnen.
Die bewegliche Lamelle ist mit einem dielektrischen Betätiger versehen,
der an der oberen Fläche
des Kontaktblocks vorsteht und in eine am Kontaktblock befestigte
Rückstellfeder
eingreift, um die bewegliche Lamelle in Öffnungsrichtung der Koaxialkontakte
zu drücken.
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Der
Elektromagnetblock ist getrennt von dem daran anzubringenden Kontaktblock
ausgebildet. Der Elektromagnetblock trägt wenigstens einen Elektromagneten
und einen Anker, der in den Betätiger
eingreifen kann, wenn der Elektromagnetblock an dem Kontaktblock
angebracht wird. Der Elektromagnet besteht aus einer um einen Kern
gewickelten Spule. Der Anker spricht auf das Erregen der Spule so
an, daß er
sich um eine Schwenkachse von einer ersten Öffnungsstellung der Koaxialkontakte
zu einer zweiten Schließstellung
von diesen bewegt. Der Elektromagnet weist einen Rahmen aus einem
nichtmagnetischen Material auf, der den Elektromagneten hält und dessen
eines Ende an dem Kontaktblock befestigt ist. Der Rahmen weist einen
Haltemechanismus zum schwenkbaren Halten des Ankers auf. Durch die
Anordnung des Haltemechanismus auf der Seite des Elektromagnetblocks
kann zwischen dem Elektromagneten, also dem Kern, und dem Anker
ein Magnetspaltabstand so festgelegt werden, daß er sich beim Anbringen des
Elektromagnetblocks am Kontaktblock nicht ändert. Dementsprechend kann das
Relais beim Erregen des Elektromagneten eine zuverlässige Ankerbewegung
aufweisen.
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Der
Rahmen ist so konfiguriert, daß er
an seinem unteren Ende ein Paar von Schwenkvorsprüngen und
ein Paar von Zapfen aufweist. Der Anker ist eine längliche
Platte, die in ihrer Längsmitte mit
einem Paar von in Querrichtung in Abstand voneinander angeordneten
Klammern versehen ist, die jeweilige Lagerlöcher zum losen Aufnehmen der Zapfen
aufweisen. Die Schwenkvorsprünge,
die Zapfen und die Klammern mit den Lagerlöchern wirken mit einem Dauermagneten
zusammen, um den Haltemechanismus zum schwenkbaren Halten des Ankers
festzulegen. Der Dauermagnet ist zwischen den Seitenwänden in
der Nähe
ihrer unteren Enden angeordnet, um den Anker anzuziehen und in der
Stellung zu halten, in der die Zapfen lose in die Lagerlöcher eingreifen
und die Schwenkvor sprünge
unter Bildung der Schwenkachse des Ankers an den Klammern anliegen.
Demgemäß kann der
Anker leicht in einer genauen Positionsbeziehung zum Elektromagneten
am Rahmen gehalten werden, um eine zuverlässige Bewegung des Ankers auszuführen, ohne
einen Schwenkstift und die zugeordnete Befestigung für den Schwenkstift
zu verwenden.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform weist
der Kontaktblock Koaxialanschlüsse
und eine erste und eine zweite bewegliche Lamelle auf. Die drei
Koaxialanschlüsse
sind so eingerichtet, daß innerhalb
der Abschirmkammer ein gemeinsamer Festkontakt durch den Mittelleiter
von einem der Koaxialanschlüsse
und ein erster und ein zweiter Festkontakt durch die jeweiligen
Leiter der anderen Koaxialanschlüsse
gebildet sind. Die erste bewegliche Lamelle ist innerhalb der Abschirmkammer
angeordnet, um den ersten Festkontakt gegenüber dem gemeinsamen Festkontakt
zu schließen
und zu öffnen, während die
zweite bewegliche Lamelle innerhalb der Abschirmkammer angeordnet
ist, um den zweiten Festkontakt gegenüber dem gemeinsamen Festkontakt
zu schließen
und zu öffnen.
Der Anker ist um die Schwenkachse zwischen der ersten Stellung,
in der die erste und die zweite bewegliche Lamelle den ersten und
den zweiten Festkontakt gegenüber
dem gemeinsamen Festkontakt schließen bzw. öffnen, und der zweiten Stellung,
in der die erste und die zweite bewegliche Lamelle den ersten und
den zweiten Festkontakt gegenüber
dem gemeinsamen Festkontakt öffnen
bzw. schließen,
beweglich.
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Vorzugsweise
trägt der
Anker an seiner unteren Fläche
eine Federplatte, deren Längsrichtung
parallel zur Längsrichtung
des Ankers verläuft.
Die Federplatte weist in ihrer Längsmitte
einen Ankerabschnitt auf, und sie weist ein ein erstes und ein zweites
Federbein auf, die von dem Ankerabschnitt in entgegengesetzte Richtungen
verlaufen. Die Ankerabschnitte sind an der Längsmitte des Ankers befestigt und
mit den Klammern einstückig
ausgebildet, die in Querrichtung über die Breitenenden des Ankers
verlaufen, um eine Schwenkverbindung mit den unteren Enden des Rahmens
zu bilden. Das erste und das zweite Federbein gehen vom Anker aus
und verlaufen in Abstand zum Ankerabschnitt, so daß sie jeweils
in die Betätiger
der ersten und der zweiten beweglichen Lamelle eingreifen können, um
einen Kontaktdruck zu erzeugen. Daher kann die Kontaktfeder allein
sowohl den Anker am Rahmen halten als auch den Kontaktdruck auf
die erste und die zweite bewegliche Lamelle ausüben.
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Die
obere Fläche
des Kontaktblocks ist rechteckig und an ihren vier Ecken jeweils
mit Ausnehmungen versehen. Der Rahmen ist so konfiguriert, daß die obere
Wand und ein Paar von Stirnwänden
von gegenüberliegenden
Enden der oberen Wand ausgehen. Die obere Wand ist am Kern befestigt,
während
die Seitenwände
an ihrem einen Ende mit Beinen versehen sind, die in die Ausnehmungen des
Kontaktblocks passen und damit verbunden werden. Demgemäß kann der
Elektromagnetblock leicht am Kontaktblock angebracht werden, während der Kern
vom Rahmen in einer genauen Stellung relativ zu dem Anker gehalten
wird, der am unteren Ende des Rahmens gehalten wird.
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Vorzugsweise
besteht der Kontaktblock aus einem Sockel, der die Koaxialanschlüsse trägt, und einer
am Sockel befestigten Deckplatte. Die Deckplatte bildet die obere
Fläche
des Kontaktblocks und bildet zusammen mit dem Sockel dazwischen
die Abschirmkammer. Die Deckplatte ist mit einem Loch versehen,
das der Betätiger
der beweglichen Lamelle zum Eingriff mit dem Anker durchsetzt.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung weist der Elektromagnetblock ein generell
U-förmiges
Bauteil mit einem horizontalen Kern und einem Paar von dessen gegenüberliegenden
Enden ausgehenden Polschenkeln auf. Der Elektromagnetblock weist
weiterhin wenigstens eine um den horizontalen Kern an Abschnitten
neben den Polschenkeln gewickelte Spule und einen zwischen den Polschenkeln
angeordneten Dauermagneten auf. Der Dauermagnet ist so magnetisiert,
daß er
an seinem oberen und an seinem unteren Ende gegenüberliegende
Pole aufweist, und er ist so angeordnet, daß sein oberes Ende mit der
Mitte des horizontalen Kerns verbunden ist und sein unteres Ende der
Mitte des Ankers gegenübersteht.
Die Polschenkel bilden an ihren unteren Enden Polenden, die jeweils
den Längsenden
des Ankers gegenüberstehen. Diese
Konfiguration, bei der die Spulen um die horizontalen Kerne gewickelt
sind, ist vorteilhaft, um die Höhe
des Elektromagneten und damit des Relais zu verringern.
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Der
Betätiger
besteht vorzugsweise aus einem dielektrischen Kunststoffmaterial,
wobei die bewegliche Lamelle an seinem unteren Ende angeformt ist.
Bei diesem Spritzgießen
wird der Betätiger
relativ zu der beweglichen Lamelle genau positioniert, so daß die bewegliche
Lamelle, wenn der Betätiger
stabil vom Kontaktblock gehalten wird, genau innerhalb der Abschirmkammer
positioniert werden kann, um dem Kontaktblock gleichmäßige Hochfrequenzeigenschaften
zu geben, so daß ein
Signalweg des Kontaktblocks eine konsistente Impedanz für einen
zuverlässigen
Schaltvorgang der Hochfrequenzsignale aufweist.
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Weiterhin
bildet die vorliegende Erfindung die Rückstellfeder mit einer einzigartigen
Konfiguration, die für
das stabile Halten des Betätigers
vorteilhaft ist, um den Betätiger
während
der Bewegung der beweglichen Lamelle zwischen der Kontaktschließstellung
und der Kontaktöffnungsstellung
längs seiner
Achse zu führen.
Die Rückstellfeder
weist einen Ring mit einem mittleren Federstreifen auf, der die gegenüberliegenden
Enden des Rings überbrückt. Der
Ring weist Sitze auf, die in Abstand von Verbindungen zwischen dem
Ring und dem mittleren Federstreifen angeordnet und an dem Kontaktblock
befestigt sind. Die Verbindungen sind gegenüber den Sitzen, an denen der
Ring am Kontaktblock befestigt ist, erhaben. Der mittlere Federstreifen
weist eine Längsmitte
auf, die mit dem Betätiger
gekoppelt und gegenüber
den Verbindungen erhaben ist. Bei dieser Anordnung übt die Rückstellfeder
eine Vorspannkraft aus, um den Betätiger im wesentlichen längs seiner vertikalen
Achse zu drücken
und ihn dadurch gegen oder durch die Vorspannkraft längs der
vertikalen Achse zu führen.
Demgemäß können sich
der Betätiger
und die daran befestigte bewegliche Lamelle genau längs der
vertikalen Achse bewegen, wodurch sich ein zuverlässiger Relaisbetrieb
erzielen läßt. Der Ring
kann rechteckig, kreisförmig
oder rautenförmig sein.
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Diese
und andere vorteilhafte Merkmale der vorliegenden Erfindung werden
beim Lesen der folgenden Beschreibung der Ausführungsform in Zusammenhang
mit der anliegenden Zeichnung besser verständlich werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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1 ist
eine Vorderansicht eines senkrechten Schnitts durch ein koaxiales
Relais gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
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2 ist
eine Seitenansicht eines senkrechten Schnitts durch das koaxiale
Relais,
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3 ist
eine perspektivische Einzelteilansicht des koaxialen Relais,
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4 ist
eine Vorderansicht eines senkrechten Schnitts durch einen in dem
vorstehenden Relais verwendeten Kontaktblock,
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5 ist
eine Draufsicht des Kontaktblocks, wobei eine Deckplatte entfernt
wurde,
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6 ist
eine perspektivische Ansicht eines im vorstehenden Relais verwendeten
Rahmens,
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7 ist
eine perspektivische Ansicht eines im vorstehenden Relais verwendeten
Ankers,
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8 ist
eine perspektivische Ansicht einer im vorstehenden Relais verwendeten
Rückstellfeder,
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die 9 und 10 sind
jeweilige Draufsichten modifizierter Rückstellfedern, die im vorstehenden
Relais verwendet werden können,
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11 ist
eine Vorderansicht, in der die Verbindung eines Dauermagneten mit
einem Joch des Elektromagneten dargestellt ist, der in einem modifizierten
Relais eines monostabilen Typs verwendet wird, und
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12 ist
eine Vorderansicht eines senkrechten Schnitts durch eine Modifikation
des koaxialen Relais.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER AUSFÜHRUNGSFORM
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In
den 1 bis 3 ist ein koaxiales Relais gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das koaxiale Relais ist
dafür ausgelegt,
ein Hochfrequenzsignal bei einer Frequenz von 5 bis 30 GHz zu schalten.
Das Relais besteht aus einem Kontaktblock 10 und einem Elektromagnetblock 60,
die getrennt voneinander ausgebildet sind.
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Der
Kontaktblock 10 weist einen rechteckigen Sockel 11 und
eine rechteckige Deckplatte 15 auf, die beide aus einem
elektrisch leitfähigen
Material bestehen und so aneinander befestigt sind, daß dazwischen
eine Abschirmkammer 12 ausgebildet ist. An dem Sockel 11 sind
drei in Abstand voneinander angeordnete Koaxialanschlüsse 20 zur
Verbin dung mit Koaxialkabeln angeordnet, die ein Hochfrequenzsignal
zu einer Hochfrequenzschaltung und von dieser übertragen. Wie in 4 dargestellt,
besteht jeder Koaxialanschluß 20 aus
einem Mittelleiter 21, einem Abschirmleiter 22 und
einem zwischen dem Mittelleiter und dem Abschirmleiter angeordneten
dielektrischen Mantel 23. Der Abschirmleiter 22 ist
in ein vertikales Loch 13 des Sockels 11 eingeschraubt,
so daß der
Mittelleiter 21 in die Abschirmkammer 12 vorsteht,
wodurch am oberen Ende des Mittelleiters 21 ein Koaxialkontakt
gebildet ist. Die drei Koaxialanschlüsse 20 sind horizontal
in Abstand voneinander angeordnet, so daß ein gemeinsamer Festkontakt 30 durch
den Mittelleiter 21 des mittleren Koaxialanschlusses 20 gebildet
ist und ein erster und ein zweiter Festkontakt 31 und 32 durch
die Mittelleiter der anderen zwei Koaxialanschlüsse 20 gebildet sind.
An der am Sockel 11 befestigten Deckplatte 15 sind
eine erste und eine zweite bewegliche Lamelle 41 und 42 angebracht,
die innerhalb der Abschirmkammer 12 angeordnet sind, so
sich die erste bewegliche Lamelle 41 über den ersten Festkontakt 31 und den
gemeinsamen Festkontakt 30 verläuft, während die zweite bewegliche
Lamelle 42 über
den zweiten Festkontakt 32 und den gemeinsamen Festkontakt 30 verläuft. Die
erste und die zweite bewegliche Lamelle 41 und 42 weisen
in ihrer Mitte jeweils einen Betätiger 44 auf,
der vertikal durch eine Öffnung 16 der
Deckplatte 15 vorsteht, so daß sich sein oberes Ende oberhalb
der Deckplatte 15 befindet. Eine Rückstellfeder 50 ist
zwischen dem oberen Ende jedes Betätigers 44 und der
Deckplatte 15 angeschlossen, um die bewegliche Lamelle
nach oben in eine Kontaktöffnungsstellung
zu drücken,
während
ermöglicht
wird, daß sich
die bewegliche Lamelle in eine Kontaktschließstellung bewegt, in der die
erste bewegliche Lamelle 41 die Verbindung zwischen dem
gemeinsamen Festkontakt 30 und dem ersten Festkontakt 31 herstellt
und die zweite bewegliche Lamelle 42 die Verbindung zwischen
dem gemeinsamen Festkontakt 30 und dem zweiten Festkontakt 32 herstellt.
Die Rückstellfeder 50 ist
an der Deckplatte 15 durch Schrauben 17 befestigt,
die in den Sockel 11 eingreifen und die Deckplatte 15 auch
am Sockel 42 befestigen. Einzelheiten der Rückstellfeder 50 werden
nachstehend erörtert.
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Wie
in 3 dargestellt, weist der Elektromagnetblock 60 einen
Rahmen 70 aus einem nicht-magnetischen Metall, ein Gestell 80 aus
einem magnetischen Metall und einen Anker 100 aus einem magnetischen
Material auf. Der Rahmen 70 ist so aus einer einzigen Platte
geformt, daß er
eine rechteckige obere Wand 71, ein Paar von Seitenwänden 72,
die von gegenüberliegenden
seitlichen Enden an der Längsmitte
der oberen Wand 71 nach unter verlaufen, und Stirnwände 73 aufweist,
die von gegenüberliegenden
Längsenden
der oberen Wand 71 nach unter verlaufen. Das Gestell 80 weist
eine rechteckige obere Platte 81 und ein Paar von Jochen 82 auf, die
von den gegenüberliegenden
seitlichen Enden in der Längsmitte
der oberen Platte 81 nach unten verlaufen. Die obere Platte 81 ist
an ihren Längsenden mit
einem Paar von Löchern 83 zum
sicheren Halten der oberen Enden einzelner Kerne 84 versehen,
so daß die
Kerne 84 vertikal parallel zum Joch 82 verlaufen.
Die Kerne 84 sind jeweils von Spulenkörpern 85 umgeben,
die jeweils eine Spule 86 tragen. Demgemäß sind um
die einzelnen Kerne 84 herum jeweils zwei Elektromagnete
ausgebildet. Jeder der Spulenkörper 85 nimmt
ein Paar von Spulenanschlüssen 87 auf,
die mit den Enden der Spule verbunden sind und zur Verbindung mit
einer Steuerschaltung nach oben vorstehen. Zwischen den unteren
Enden der Joche 82 ist ein Dauermagnet 90 gehalten,
der so magnetisiert ist, daß er
an seiner oberen und seiner unteren Fläche entgegengesetzte Pole aufweist.
Der Dauermagnet 90 ist durch einen Klebstoff an den unteren Enden
der Joche 82 befestigt, wobei seine Längsenden in Kerben an den unteren
Enden der Joche eingepaßt
sind, wie am besten in 2 ersichtlich ist. Die obere
Platte 81 des Gestells 80 ist an ihren gegenüberliegenden
Längsenden
mit Ansätzen 88 versehen,
die in entsprechende Löcher 74 im
Rahmen 70 passen und zum Befestigen des Gestells 80 am Rahmen 70 damit
vernietet sind. Demgemäß trägt der Rahmen 70 das
Gestell 80 und damit die Elektromagnete in befestigtem
Zustand.
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Wie
am besten in 6 dargestellt, sind die unteren
Enden der Seitenwände 72 des
Rahmens 70 unter einem rechten Winkel nach innen gebogen,
so daß daran
einzelne Flansche 75 ausgebildet sind, die an ihren Unterteilen
jeweils mit Schwenkvorsprüngen 76 versehen
sind. Von den inneren Enden der Flansche 75 hängt ein
Zapfen 77 zur losen Verbindung mit dem Anker 100 herab.
Wie in den 3 und 7 dargestellt,
ist der Anker 100 eine aus einem magnetischen Material
hergestellte längliche
Platte, und es ist an ihrem Boden eine Federplatte 110 angebracht.
Die Federplatte 110 ist auch langgestreckt und weist an
ihrer Längsmitte
einen erhabenen Ankerabschnitt 111 auf, und sie weist ein
Paar von gegenüberliegenden
Federbeine 112 auf, die vom Ankerabschnitt 111 ausgehen.
Der Ankerabschnitt 111 weist ein Paar von Klammern 114 auf,
die quer über
die seitlichen Enden des Ankers verlaufen, um eine Verbindung mit
den unteren Enden des Rahmens 70 herzustellen. Die Klammer 114 weist
ein Lagerloch 115 auf, in das der Zapfen 77 am
unteren Ende des Rahmens 70 lose eingreift.
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Das
Anbringen des Ankers 100 an dem Rahmen 70 erfolgt
einfach durch Einführen
der Zapfen 77 in die Lagerlöcher 115 in den Klammern 114,
woraufhin der Dauermagnet 90 anzieht, um den Anker 100 in
der Stellung zu halten, in der die Schwenkvorsprünge 76 am unteren
Ende des Rahmens 70 an die Klammern 114 anstoßen. Dadurch
wird der Anker 100 schwenkbar an dem Rahmen 70 so
gehalten, daß er
um eine Schwenkachse beweglich ist, die durch die quer ausgerichteten
Schwenkvorsprünge 76 gebildet
ist. Da der Rahmen 70 ein aus dem Metallblech mit stabilen
Abmessungen geformtes einstückiges
Bauteil ist und das Gestell 80, an dem die Elektromagnete
und der Dauermagnet 90 angebracht sind, von dem Rahmen 70 fest
gehalten wird, läßt sich
der Anker 100, der vom unteren Ende des Rahmens 70 gehalten
wird, relativ zu den Kernen 84 und dem Dauermagnet 90 genau
positionieren, wodurch bei Erregung der Elektromagnete eine genaue und
zuverlässige
Ankerbewegung erzielt wird.
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Der
auf diese Weise am Rahmen 70 festgehaltene Anker 100 kann
auch bei Erregung der Elektromagnete zwischen der ersten und der
zweiten Stellung um die Schwenkachse geschwenkt werden. In der ersten
Stellung drückt
der Anker 100, wie in 1 dargestellt,
die erste bewegliche Lamelle 41 so, daß der erste Festkontakt 31 in
Verbindung mit dem gemeinsamen Festkontakt 30 gebracht
wird, während
der Anker 100 von der zweiten beweglichen Lamelle 42 gelöst ist,
so daß er
sich nach oben bewegen kann, um den zweiten Festkontakt 32 vom
gemeinsamen Festkontakt 30 zu trennen. In der zweiten Stellung
drückt
der Anker 100 andererseits die zweite bewegliche Lamelle 42 so,
daß der
zweite Festkontakt 32 in Verbindung mit dem gemeinsamen Festkontakt 30 gebracht
wird, während
der Anker 100 von der ersten beweglichen Lamelle 41 gelöst ist,
so daß er
sich nach oben bewegen kann, um den ersten Festkontakt 31 vom
gemeinsamen Festkontakt 30 zu trennen.
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Die
Federbeine 112 sind in Eingriff mit den Betätigern 44 der
ersten und der zweiten beweglichen Lamelle 41 und 42 gehalten,
um einen geeigneten Kontaktdruck zu erzielen, bei dem die beweglichen
Lamellen gegen die Koaxialkontakte 30, 31 und 32 gedrückt werden.
An den freien Enden der Federbeine 112 sind Einstellaschen 113 ausgebildet,
die seitlich über
die seitlichen Enden des Ankers 100 vorstehen, so daß sie in Öffnungen 78 in
den unteren Enden des Rahmens 70 eintreten. Demgemäß kann das
Einstellen des Kontaktdrucks nach dem Montieren des Ankers 100 durch
Halten der Einstellasche 113 mit einer geeigneten Spannvorrichtung
und durch Verformen der Federbeine 112 erfolgen.
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Der
Anker 100 weist auch an seinen gegenüberliegenden oberen Enden ein
Paar von restlichen Platten 120 auf, die jeweils ein Paar
von angeformten Armen 121 zum Öffnen und Schließen eines
Paars von an den Spulenkörpern 87 vorgesehenen
Signalkontakten 122 tragen. Die Signalkontakte 122 dienen zur
Erzeugung eines Signals, das den Ankerbetrieb des Schließens und Öffnens der
Koaxialkontakte 30, 31 und 32 durch die
erste und die zweite bewegliche Lamelle 41 und 42 anzeigt.
Zu diesem Zweck sind die Signalkontakte 122 mit Signalanschlußleitungen 124 verbunden,
die zur Verbindung mit einer die Arbeitsweise des Relais überwachenden äußeren Schaltung
nach oben über
den Rahmen 70 verlaufen.
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In
dem Elektromagnetblock 60, in dem auf diese Weise die Elektromagnete
und der Anker 100 am Rahmen 70 angebracht sind,
liefert der Dauermagnet 90 eine erste magnetische Flußschleife,
die vom Magneten 90 ausgeht und über die Joche 82,
den einen Kern 84 und den einen Abschnitt des Ankers 100 zum
Magneten zurück
verläuft,
sowie eine zweite magnetische Flußschleife, die vom Magneten 90 ausgeht
und über
die Joche 82, den anderen Kern 84 und den anderen
Abschnitt des Ankers 100 zum Magneten 90 zurück verläuft, um
den Anker 100 sowohl in der ersten als auch in der zweiten
Stellung festzuhalten, nachdem das Erregen der Elektromagnete beendet
wurde.
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An
den jeweiligen unteren Enden der Stirnwände 73 des Rahmens 70 sind
Paßstifte 79 ausgebildet,
die jeweils in Ausnehmungen 14 passen, die an den vier
Ecken der Deck platte 15 ausgebildet sind und damit verschweißt sind,
wodurch der Elektromagnetblock 60 mit dem Kontaktblock 10 zusammengesetzt
ist.
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Oberhalb
des Rahmens 70 ist eine Leiterplatte 130 angeordnet,
an der ein Stecker 131 angebracht ist, um die Spulenanschlüsse 87 sowie
die Signalanschlußleitungen 124 mit
den äußeren Schaltungen
zu verbinden. Zu diesem Zweck weist die Leiterplatte 130 Durchgangslöcher 132 zur
Verbindung mit den Anschlüssen 87 und
den Anschlußleitungen 124 und
innere Leiter zur Verbindung des Steckers 131 und der Durchgangslöcher 132 auf.
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Wie
in 8 dargestellt, hat die Rückstellfeder 50 einen
einstückigen
Aufbau mit einem rechteckigen Ring mit gegenüberliegenden Stirnsegmenten 51,
gegenüberliegenden
Seitensegmenten 53 und einem zwischen den gegenüberliegenden
Seitensegmenten 51 verlaufenden mittleren Federstreifen 57. Jedes
der gegenüberliegenden
Seitensegmente 53 ist in seiner Mitte mit einem Sitz 54 mit
einem Montageloch 55 zum Aufnehmen einer Schraube 17 versehen.
Die Schraube 17 greift ferner die Deckplatte 15 hindurch
in ein Gewindeloch 19 im Sockel 11 ein, um die
Deckplatte an dem Sockel und gleichzeitig die Rückstellfeder 50 an
der Deckplatte, also am Kontaktblock 10, zu befestigen.
Jedes der gegenüberliegenden
Stirnsegmente 51 ist bei Abwesenheit einer äußeren Kraft
gegenüber
den Sitzen 54 erhaben und weist in seiner Mitte Verbindungen 52 mit
dem mittleren Federstreifen 57 auf. Der mittlere Federstreifen 57 weist
in seiner Mitte ein Bauteil 58 mit einem quadratischen
Loch 59 zum Eingriff in das obere Ende des Betätigers 44 auf.
In einer Neutralstellung, in der keine äußere Kraft auf das Bauteil 58 einwirkt,
ist das Bauteil 58 gegenüber den gegenüberliegenden
Stirnsegmenten 51 erhaben gehalten, die ihrerseits gegenüber den
Sitzen 54 erhaben gehalten sind. Wenn das Bauteil 58 heruntergedrückt wird,
weil der Betätiger 44 durch
den Anker 100 heruntergedrückt wird, wird der mittlere
Federstreifen 57 elastisch verformt, und gleichzeitig werden
auch die gegenüberliegenden
stirnseitigen Beine 51 elastisch verformt, wodurch eine
Federvorspannung erzeugt wird, um den Betätiger 44 und daher
die zugeordnete bewegliche Lamelle 41, 42 in Richtung
der Kontaktöffnungsstellung
nach oben zu drücken.
Weil der mittlere Federstreifen 57 und die gegenüberliegenden
stirnseitigen Beine 51 in zueinander senkrechten Ebenen
elastisch verformt werden, die jeweils die Längen des mittleren Federstreifens 57 und
der gegenüberliegenden
stirnseitigen Beine 51 aufweisen, kann sich der Betätiger 44 im
wesentlichen nur längs
einer vertikalen Achse bewegen, ohne geschwenkt zu werden, so daß der Betätiger 44 bei
seiner vertikalen Bewegung die Öffnung 16,
die er durchsetzt, nicht stört.
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Der
Betätiger 44 besteht
aus einem Flüssigkristallpolymer
(LCP) und ist an seinem unteren Ende mit der angeformten beweglichen
metallischen Lamelle 41 (42) versehen, so daß er eine
genaue Abmessungsbeziehung mit der beweglichen Lamelle hat, d.h.
einstückig
von der beweglichen Lamelle verläuft,
ohne dazwischen durchzuhängen.
Wie beispielsweise in 4 dargestellt, kann das Maß (α), um das
der dielektrische Betätiger 44 von
der unteren Fläche
der beweglichen Lamelle 41 (42) in die Abschirmkammer 12 ragt,
durch die einstückige
Ausbildung genau gesteuert werden, und die bewegliche Lamelle kann
auch dicht am Boden der Deckplatte 15 gehalten werden,
ohne daß in
der Kontaktöffnungsstellung
ein wesentlicher Zwischenraum dazwischen verbleibt. Dies ist besonders
vorteilhaft, um den Kontaktblock 10 so auszulegen, daß er stabile
Hochfrequenzeigenschaften aufweist und er beispielsweise längs eines
Signalwegs, der innerhalb der Abschirmkammer 12 verläuft, gleichmäßige Impedanz
aufweist. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß der Sockel 11 an
Abschnitten, die dem unteren Ende des Betätigers 44 entsprechen,
mit einer kreisförmigen
Vertiefung 18 versehen ist, deren Tiefe (β) durch Bohren
genau festgelegt ist, um die gleichmäßige Impedanz längs des
Signalwegs zu erzielen. Wie in 5 dargestellt,
ist die Verbindung des Betätigers 44 mit
der beweglichen Lamelle 41 (42) so geformt, daß sie eine
quadratische Konfiguration aufweist, um eine unerwünschte Drehung
des Betätigers 44 um seine
vertikale Achse relativ zu der beweglichen Lamelle zu verhindern.
Die Verbindung des Betätigers 44 mit
dem Bauteil 58 der Rückstellfeder 50 erfolgt durch
Einführen
des oberen Endes des Betätigers
in das Loch 59 des Bauteils 58 und durch Warmschweißen um das
Loch 59. Demgemäß kann der
Betätiger 44 sicher
mit der Rückstellfeder 50 verbunden
werden, ohne daß die
Rückstellfeder 50 unerwünscht verzogen
oder verformt wird, und um einen genauen Betrag des Vorstands des
Betätigers 44 von
der oberen Fläche
der Deckplatte 15 zu erzielen, um entsprechend der Schwenkbewegung
des Ankers 100 ein zuverlässiges Schließen und Öffnen der
Kontakte auszuführen.
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Eine
Abdeckung 150 aus einem dielektrischen Material ist über den
Elektromagnetblock 60 gepaßt und darin durch Eingreifen
von Haken 89 an den Spulenkörpern 85 in Kerben 151 im
unteren Ende der Abdeckung befestigt. Die Abdeckung 150 weist
mehrere Öffnungen 152 auf,
die die Stifte des Steckers 131 durchsetzen.
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Auf 4 zurückkommend
sei bemerkt, daß jeder
Koaxialanschluß 20 eine
dielektrische Hülse 24 aufweist,
die im oberen Ende des Abschirmleiters 22 gehalten wird.
Die Hülse 24 besteht
aus Polychlortrifluorethylen (PCTFE), und sie ist durch einen Preßsitz um
einen im Durchmesser verkleinerten Abschnitt des Mittelleiters 21 angebracht
und auch durch einen Preßsitz
im oberen Ende des Abschirmleiters 22 angebracht. Wenn
der Koaxialanschluß 20 in
ein Loch des Sockels 11 eingeschraubt ist, stößt die Hülse 24 an
einen Sitz in dem Loch an. Nachdem er in den Sockel 11 eingeschraubt
wurde, wird der Koaxialanschluß 20 durch
einen Klebstoff, der in einen im oberen Ende des Abschirmleiters 22 ausgebildeten
Schlitz eingefüllt
wird, an dem Sockel 11 befestigt.
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Die 9 und 10 zeigen
modifizierte Rückstellfedern,
die in dem vorstehend erwähnten Relais
gleichermaßen
verwendet werden können. Die
Rückstellfeder 50A aus 9 weist
einen kreisförmigen
Ring 51A mit einem mittleren Federstreifen 57A auf,
der zwischen diametral in Abstand voneinander angeordneten Verbindungspunkten 52 verläuft. In
dem Ring 51A sind an Abschnitten, die einen Winkelabstand
von 90° von
den Verbindungspunkten 52 aufweisen, Sitze 54A ausgebildet,
die jeweils ein Montageloch 55A zum Aufnehmen einer Schraube aufweisen,
die die Rückstellfeder 50A an
der Deckplatte und gleichzeitig diese an dem Sockel 11 befestigt.
Der mittlere Federstreifen 57A ist an seiner Längsmitte
mit einem Bauteil 58A versehen, das ein Loch zur Verbindung
mit dem oberen Ende des Betätigers 44 aufweist.
In einem Zustand, in dem keine äußere Kraft
auf die Rückstellfeder 50A einwirkt,
ist das Bauteil 58B gegenüber den Verbindungspunkten 52 erhaben,
die ihrerseits gegenüber
den Sitzen 54A erhaben sind. Wirkt nun eine nach unten
gerichtete Kraft das Bauteil 58A, so kann die Rückstellfeder eine
Federvorspannung entwickeln, die den Betätiger durch elastische Verformung
des mittleren Federstreifens und der Abschnitte des Rings zwischen
den Sitzen 54A nach oben drückt.
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Die
Rückstellfeder 50B aus 10 weist
einen rautenförmigen
Ring 51B und einen mittleren Federstreifen 57B auf,
der zwischen zwei gegenüberliegenden
Ecken des Rings 51B verläuft. An den anderen beiden
Ecken des Rings sind Sitze 54B mit Montagelöchern 55B ausgebildet,
die jeweils dazu dienen, Schrauben aufzunehmen, die die Rückstellfeder an
der Deckplatte und auch die Deckplatte an dem Sockel befestigen.
Der mittlere Federstreifen 57B ist an seiner Längsmitte
mit einem Bauteil 58B versehen, das ein Loch 59B zur
Verbindung mit dem oberen Ende des Betätigers 44 aufweist.
In einem Zustand, in dem keine äußere Kraft
auf die Rückstellfeder
einwirkt, ist das Bauteil 58B gegenüber den Verbindungsenden des
Federstreifens erhaben, die ihrerseits gegenüber den Sitzen 54B erhaben
sind. Wird das Bauteil 58B nach unten bewegt, so kann daher
die Rückstellfeder 50B eine
Federvorspannung entwickeln, die den Betätiger durch elastische Verformung
des mittleren Federstreifens 57B und der Abschnitte des
Rings zwischen den Sitzen 54B nach oben drückt. Es
ist unter Verwendung der Rückstellfedern 50A und 50B auch
möglich,
den Betätiger 44 längs seiner
Achse nach oben zu führen,
ohne den Betätiger
zu schwenken. Es sei in diesem Zusammenhang bemerkt, daß die Rückstellfedern 50, 50A und 50B mit
den vorstehend erörterten
einzigartigen Konfigurationen auch in anderen Relais verwendet werden
können,
in denen der Anker entweder am Kontaktblock oder am Elektromagnetblock
angebracht sein kann.
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In
dem vorstehend erörterten
Elektromagnetblock weist der Dauermagnet 90 eine horizontale Länge auf,
wobei seine Mitte vertikal mit einer Schwenkachse des Ankers 100 ausgerichtet
ist, um den bistabilen Relaisbetrieb zu erzielen. Es ist jedoch auch
möglich,
einen monostabilen Relaisbetrieb zu erzielen, wenn, wie in 11 dargestellt,
ein Dauermagnet 90C mit verringerter Breite am unteren
Teil der Joche 82 befestigt ist, wobei die Längsmitte
des Dauermagneten 90C relativ zu der Schwenkachse X horizontal
versetzt ist. Bei dieser Anordnung wird der Anker 100 stabil
in einer von der ersten und der zweiten Stellung gehalten, in der
der Anker 100 durch eine größere magnetische Kraft als
in der anderen Stellung angezogen wird. Demgemäß kann das Relais einfach durch Ändern des
Dauermagneten bistabil oder monostabil gemacht werden.
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12 zeigt
eine Modifikation des erwähnten
Relais, die, abgesehen von detaillierten Strukturen der Elektromagnete,
mit der vorstehenden Ausführungsform
identisch ist. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet,
die einen nachgestellten Buchstaben "D" aufweisen.
Die Elektromagnete verwenden ein gemeinsames magnetisches Element,
das generell U-förmig
ist und einen horizontalen Kern 141 und ein Paar von Polschenkeln 142 aufweist,
die von den gegenüberliegenden
Enden des horizontalen Kerns 141 nach unten verlaufen. Ein
in der Mitte des horizontalen Kerns 141 befestigter Dauermagnet 190 ist
so magnetisiert, daß er
an seinem oberen und seinem unteren Ende entgegengesetzte Pole aufweist.
Spulen 144 sind auf gegenüberliegenden Seiten des Dauermagneten 190 um den
horizontalen Kern 141 gewickelt, wodurch der Elektromagnet
gebildet ist. Das untere Ende des Dauermagneten 190 ist
so angeordnet, daß es
der Mitte des Ankers 100D, also seiner Schwenkachse, gegenübersteht,
während
die Polschenkel 142 an ihren jeweiligen unteren Enden Polenden
aufweisen, die den gegenüberliegenden
Enden des Ankers 100 gegenüberliegen. Demgemäß arbeitet
das Relais bistabil, wobei der Anker sowohl in der ersten als auch
in der zweiten Stellung gehalten wird.