EP0147610A2 - Hohlleiterschalter - Google Patents

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EP0147610A2
EP0147610A2 EP84113955A EP84113955A EP0147610A2 EP 0147610 A2 EP0147610 A2 EP 0147610A2 EP 84113955 A EP84113955 A EP 84113955A EP 84113955 A EP84113955 A EP 84113955A EP 0147610 A2 EP0147610 A2 EP 0147610A2
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EP
European Patent Office
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rotor
waveguide
motor
switch
switch according
Prior art date
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Application number
EP84113955A
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English (en)
French (fr)
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EP0147610A3 (en
EP0147610B1 (de
Inventor
Gerd Ruff
Werner Dr. Ing. Auer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rockwell Collins Deutschland GmbH
Original Assignee
Teldix GmbH
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Filing date
Publication date
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Publication of EP0147610A3 publication Critical patent/EP0147610A3/de
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/10—Auxiliary devices for switching or interrupting
    • H01P1/12—Auxiliary devices for switching or interrupting by mechanical chopper
    • H01P1/122—Waveguide switches

Definitions

  • the invention relates to a waveguide switch with a housing, on the circumference of which at least two waveguide connections are provided and a rotor arranged in the housing which contains at least one waveguide element for connecting the at least two waveguide connections in a specific rotor position, a motor for driving the rotor and a locking member is provided for fixing the rotor in a specific rotor position.
  • a waveguide switch with four waveguide connections and a rotor, which has three waveguide connecting paths, is known.
  • the switch enables a cross connection for two RF signals to be connected simultaneously when the rotor is in a first or middle position. There are also two positions that differ by 45 °, in which two adjacent connection points are connected to each other.
  • a stepper motor is provided for rotating the switch, which rotates the rotor into the switch positions. Locking elements, for example screws, are used to determine the position of the rotor.
  • the object of the invention is to provide a waveguide switch in which the rotor is turned into the switching positions with high accuracy and with a short switching time and electrical losses are avoided.
  • This object is achieved in that - by means of the motor, the rotor is rotated close to the desired rotor position and the locking member is designed such that it rotates the rotor into the specific rotor position by means of magnetic attraction forces.
  • the invention ensures that the rotor does not swing into the specific rotor position or switch position and is locked after the end of the transient process, but is moved into the switch position by the motor due to the magnetic attraction forces and at the same time is locked by the generated forces.
  • the latching element in the manner of a rocker arm which is held in the tilted position by means of an electromagnet during a rotor movement caused by the motor.
  • the easiest way to do this is that the motor is connected in series with the electromagnet and a motor current flows until the rocker arm is tilted out of the locked position.
  • the motor current is switched off, ie when it is reached the position predetermined by the control of the motor - as a motor, for example, a stepping motor or a simple torque sensor is advantageous - the locking member tilts into the locking position by spring force, so that magnetic attraction forces can be effective.
  • the rotor can only be fixed using magnetic attraction forces are carried out.
  • permanent magnets or a permanent magnet and a yoke moment are arranged radially opposite one another on the rotor and stator and separated by the air gap. If the rotor is brought into a position in which there is mutual attraction between the magnetic parts of the rotor and the stator, then the magnetic forces bring about an exact alignment of the rotor in the desired position.
  • several magnets on the circumference several positions of the rotor can be fixed in this way.
  • a modular structure in order to adapt any components and thus to ensure high accuracy in every application and, for example, to significantly simplify the replacement of a component.
  • a storage unit as an individual component.
  • This bearing unit serves the switch unit as a rotor bearing, and the drive motor or its rotor part can also be attached to this bearing unit.
  • a particular advantage of the invention is also seen in coupling additional switch parts to the switch part by means of adapter surfaces, which switch parts are then switched simultaneously with a drive motor.
  • a waveguide switch as shown in Fig. 1 has the task of connecting or disconnecting different waveguide paths and is required, for example, to switch reserve microwave devices in a system to replace a defective device if such a measure for reasons of Operational security is required. For safety reasons, there is a need to provide reserve devices that can be put into operation by means of waveguide switches, particularly in the case of spacecraft.
  • the waveguide switch consists of a housing 1 with four symmetrically arranged waveguide inputs AD.
  • a rotor 2 arranged in the housing is rotatably arranged in the housing and has three waveguide passages.
  • switch housing 1 In order to combine the inputs as required, four switch positions I-IV are required, with the inputs AC in position I, the inputs AB and CD in position II, the inputs BD in position III and the inputs BC, AD in position IY. Due to the cube-shaped design of the switch housing 1 can several switches can be coupled in any way, so that any switching combination can be realized. It has been shown that a high positional accuracy of the rotor is required to achieve low transmission losses. Conventional stepper motors do not show the required accuracy due to the step angle hysteresis. A locking member is therefore used to lock the rotor in a switching position, the basic structure of which is shown in FIG. 2.
  • the latching element 3 works in the manner of a magnetic switch and consists of a U-shaped iron core 4 with a coil 5 fastened to the housing 1.
  • the cross spring joint 6 is a friction-free and play-free bearing, which simultaneously generates a return spring force and moves the yoke 4 against a stop in the position shown.
  • the rotor 2, which is not shown here, is locked in the de-energized state, ie in the position shown.
  • the coil 5 is supplied with current, as a result of which the yoke 7 is attracted and the rotor is released.
  • Fig. 3 the locking of the rotor 2 is shown in more detail.
  • the rotor 2 is shown here in a detail with two position stops or cams 8, 9. These cams consist of a base body 38, a magnetic plate 10 made of a permanent magnetic material and an impact plate 11.
  • cams 8 consist of a base body 38, a magnetic plate 10 made of a permanent magnetic material and an impact plate 11.
  • the yoke 7 is shown in this position. Switching off the stepper motor simultaneously switches off the coil 5, causing the yoke to close is next moved in the radial direction by the cross spring joint.
  • the rotor rotates in the direction of the yoke until it bears against the impact plate. This ensures that the switch position is reached with high accuracy.
  • the rotor 2 is turned further into a new switching position by switching on the coil 5, whereupon the yoke 7 is tightened in the radial direction and releases the rotor 2. It can be seen that for this purpose not a force corresponding to the attractive force of the magnetic plate 10, but only the corresponding shear force must be applied in order to move the yoke 7.
  • the stepper motor then turns the rotor close to the new switching position.
  • the stepping motor 14 consists of stator-side motor coils 16 which are distributed over the circumference of the stator in such a way that when a specific motor coil is actuated, the rotor is rotated into one of the switch positions assigned to it.
  • a pair of coils can also be provided and the motor magnet 17 arranged on the rotor can be designed with two poles with an axial direction of magnetization. In the first case, the motor magnet 17 consists of an axially directed permanent magnet.
  • the motor coils 16 are applied to a yoke carrier 18.
  • the yoke carrier 18 is mounted with fastening elements 19 on a housing cover 20, which in turn is arranged on the end face of the housing 1.
  • -Di-e rotor bearing 12, 13 is machined with deep groove ball bearing provides the interposition of bearing sleeves 21, 22 are pushed onto axle pieces of the rotor and are biased via an adjusting nut 23.
  • the latching element is connected to the stator by means of locating pins 24, 25. This ensures an exact assignment to the switch positions.
  • FIG. 5 An alternative embodiment of the detent by means of a rocker arm is shown in FIG. 5.
  • a waveguide rotor arrangement with a magnetic detent is shown.
  • the rotor body 26 is fastened in a known manner by means of a bearing in the stator body 27.
  • the HF channels as well as the bearing and the motor for rotating the rotor body are not shown in this top view.
  • the rotor body carries a permanent magnet 28 which is surrounded by a yoke part 29.
  • a first inference element 30 and a further inference element 31 are arranged on the stator. In the position shown here, the yoke element 30 with the yoke part 29 forms a closed magnetic circuit which is only interrupted by the air gap between the rotor body 26 and the stator body 27.
  • a further yoke element 31 which is arranged at 45 ° to the first one, enables the rotor body 26 to be set in a position rotated at 45 ° to the starting position.
  • the rotor body is rotated in a known manner.
  • the drive torque of the motor must overcome the pull-off torque of the permanent magnet 28.
  • the end stops 32, 33 are also constructed to be magnetically active and each have a permanent magnet which exerts an attractive force on the rotor as soon as it is located with one of the ferromagnetic yoke plates in the vicinity of the permanent magnets.
  • the exact assignment of the rotor position to the stator is given when one of the yoke plates 34 or 35 rests on one of the stop surfaces 36 or 37.
  • the rotor body 26 can thus be moved into four defined positions.
  • the number of switch positions is variable, as is the angle of rotation. In the example shown here, the positions 0 °, 45 °, 90 ° and -45 ° can be fixed.
  • the modular waveguide switch shown in FIG. 6 consists of the switch unit 101, the detailed structure of which is known from the main patent, the motor 102 and the bearing unit 103, which is arranged between the motor and the switch unit.
  • the motor is designed so that it encloses the bearing unit, of course, a simple axial connection of the components is also conceivable. If a further switch unit 104 is to be switched with the same motor, it can be attached to the end face of the switch unit 101.
  • the bearing unit 103 can contain both ball bearings and another form of storage. A decisive factor when mounting a waveguide switch is above all a low static friction and a low bearing torque in order to ensure the necessary accuracy.
  • FIG. 7 shows the individual components in a detailed design.
  • the switch part 101 consists of the housing 105, which is provided with the corresponding waveguide openings, the rotor 106 located therein and a front cover 107.
  • the rotor has a pin-shaped extension 108, which effects the adaptation with the bearing unit 103.
  • the bearing unit 103 consists of a bearing housing 109, a bearing ring 110, axially clamped shoulder ball bearings 111, 112, a shaft 113 and a clamping ring 114.
  • the motor 102 consists of the stator part 116 with the coil carrier 117 and the coils 118.
  • the stator part is fastened within a cup-shaped opening in the bearing housing 109.
  • the rotor part 119 of the motor 102 consists of a magnetic carrier 120 and permanent magnetic segments 121.
  • the rotor part 119 is fastened directly on the shaft 113 of the bearing unit 113 by means of a screw connection 122.
  • the arrangement of the coils 118 and the segments 121 and the actuation of the coils is described in the main patent and need not be explained in more detail here.
  • the motor 102 and the bearing unit 103 are closed on the front side with a cover plate 123 and thus effectively protected against external influences.
  • the modular design of the waveguide switch makes it easy to replace the individual elements without losing accuracy.
  • the switch can be adapted to any application by selecting the individual elements.

Abstract

Es wird ein Hohlleiterschalter mit insbesondere vier Rotorstellungen vorgeschlagen. Der Rotor wird mit einem Schrittmotor nahe einer beliebigen Schaltstellung gedreht. Ein Rastglied, welches bei Abschalten des Schrittmotors in eine Raststellung gekippt wird, dreht durch permanentmagnetische Kräfte den Rotor in eine durch das Rastglied vorgegebene exakte Schaltstellung. Damit ist gewährleistet, daß eine genaue und starre Zuordnung des Rotors zu dem Gehäuse besteht und damit geringe elektrische Verluste in dem Hohlleiterschalter auftreten.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Hohlleiterschalter mit einem Gehäuse, auf dessen Umfang wenigstens zwei Hohlleiter-Anschlüße vorgesehen sind und einen in dem Gehäuse angeordneten Rotor der wenigstens ein Hohlleiterelement zur Verbindung der wenigstens zwei Hohlleiteranschlüsse in einer bestimmten Rotorstellung enthält, wobei ein Motor zum Antrieb des Rotors und ein Rastglied zur Fixierung des Rotors in einer bestimmten Rotorstellung vorgesehen ist.
  • Aus der DE-OS 29 24 969 ist ein Hohlleiterschalter mit vier Hohlleiteranschlüssen und einem Rotor, der drei Hohlleiterverbindungstrecken aufweist, bekannt. Der Schalter ermöglicht eine kreuzweise Verbindung für zwei gleichzeitig anzuschließende HF-Signale, wenn der Rotor eine erste oder mittlere Stellung einnimmt. Außerdem gibt es zwei um 45° davon abweichende Stellungen, in denen jeweils zwei benachbarte Anschlußstellen miteinander verbunden sind. Zur Drehung des Schalters ist ein Schrittmotor vorgesehen, der den Rotor in die Schaltstellungen dreht. Rastglieder, beispielsweise Schrauben, werden dazu benutzt, die Stellung des Rotors festzulegen.
  • Es hat sich gezeigt, daß eine exakte Zuordnung vom Rotor zu den Anschlußflanschen zur Vermeidung von Verlusten gewährleistet sein muß. Ein radialer oder axialer Versatz der Hohlleiterverbindungsstrecken zu den Anschlüssen bewirkt eine Dämpfung bzw. eine Minderung des Übertragungsfaktors. Mit den üblichen Schraubenanschlägen kann die erforderliche Genauigkeit nicht erreicht werden.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Hohlleiterschalter zu schaffen, bei dem der Rotor mit hoher Genauigkeit und mit kurzer Schaltzeit in die Schaltstellungen gedreht wird und elektrische Verluste vermieden werden.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst,- daß mittels des Motors der Rotor nahe der gewünschten Rotorstellung gedreht wird und das Rastglied derart ausgebildet ist, daß es mittels magnetischer Anziehungskräfte den Rotor in die bestimmte Rotorstellung dreht.
  • Durch die Erfindung wird gewährleistet, daß der Rotor nicht in die bestimmte Rotorstellung bzw. Schaltstellung einschwingt und nach Beendigung des Einschwingvorgangs arretiert wird, sondern nach einer Vorausrichtung durch den Motor durch die magnetischen Anziehungskräfte in die Schaltstellung bewegt und gleichzeitig durch die erzeugten Kräfte arretiert wird.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, das Rastglied in der Art eines Kipphebels auszubilden, der mittels eines Elektromagneten während einer durch den Motor verursachten Rotorbewegung in der gekippten Stellung gehalten wird. Dies geschieht am einfachsten dadurch, daß der Motor in Reihenschaltung mit dem Elektromagneten verbunden ist und solange ein Motorstrom fließt, bis der Kipphebel aus der Raststellung gekippt ist. Bei Abschalten des Motorstroms, d.h., bei Erreichen der durch die Ansteuerung des Motors vorgegebenen Stellung - als Motor ist beispielsweise ein Schrittmotor oder ein einfacher Momentengeber vorteilhaft - kippt das Rastglied durch Federkraft in die Raststellung, so daß magnetische Anziehungskräfte wirksam werden können. Diese Kräfte werden beispielsweise dadurch erzeugt, daß der Kipphebel ferromagnetische Eigenschaften aufweist und der Rotor Permanentmagnete trägt, die den Rotor in Richrung des Kipphebels und damit in die Schaltstellung bewegen. Der Rotor bewegt sich dabei lediglich um wenige Winkelgrade, womit sichergestellt ist, daß keine großen Aufprallkräfte entstehen. Das Ausrasten des Kipphebels bei Veränderung der Schaltstellung erfordert eine elektromagnetische Kraft des Elektromagneten, die hoch genug ist, um die Scherkraft zwischen Rotor und Kippschalter zu erzeugen und damit den Kipphebel außer Eingriff zu bringen.
  • Gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal ist vorgesehen, die Lagerung des Kipphebels und die Erzeugung der Federkraft in einem Kreuzfedergelenk zu vereinen. Neben der Verringerung von Bauteilen wird damit auch eine spielfreie Lagerung erreicht.
  • Zur Erhöhung der Einstellsicherheit wird weiterbildungsgemäß vorgeschlagen, einen Sensor vorzusehen, der die Rotorstellung sensiert. Dieser läßt sich beispielsweise mit Reed-Kontakt-Schaltern verwirklichen, die von einem auf dem Rotor angeordneten Permanentmagneten geschaltet werden. Selbstverständlich ist auch die Verwendung von Hall-Sensoren, optischen Sensoren oder Mikro-Schältern denkbar.
  • Anstelle eines mechanischen Kipphebels <kann die Fixierung des Rotors auch nur unter Ausnutzung magnetischer Anzugskräfte durchgeführt werden. Hierzu sind auf Rotor und Stator radial gegenüberliegend und durch den Luftspalt getrennt Permanentmagnete oder ein Permanentmagnet und ein Rückschlußmoment angeordnet. Wird der Rotor in eine Stellung gebracht in der eine gegenseitige Anziehung zwischen den Magnetteilen von Rotor und Stator stattfindet, dann bewirken die Magnetkräfte eine exakte Ausrichtung des Rotors in der gewünschten Stellung. Durch Anordnung mehrerer Magnete am Umfang können auf diese Weise mehrere Stellungen des Rotors fixiert werden.
  • Soll der Rotor nur in eine Endschaltung gebracht werden, also eine Stellung in der ein Weiterdrehen des Rotors nicht mehr erforderlich ist, so genügt auch ein mechanischer Anschlag, wobei die Haltewirkung durch Magnetkraft verstärkt wird.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 8 wird vorgeschlagen, einen modularen Aufbau zu schaffen, um beliebige Komponenten zu adaptierten und damit in jedem Anwendungsfall eine hohe Genauigkeit zu gewährleisten und beispielsweise den Austausch einer Komponente wesentlich zu vereinfachen. In einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen eine Lagereinheit als einzelne Komponente aufzubauen. Diese Lagereinheit dient dann der Schaltereinheit als Rotorlager, weiterhin kann auch der Antriebsmotor, bzw. dessen Rotorteil an dieser Lagereinheit befestigt werden. Ein besonderer Vorteil der Erfindung wird auch darin gesehen, durch Adapterflächen an dem Schalterteil zusätzliche Schalterteile anzukoppeln, die dann mit einem Antriebsmotor gleichzeitig geschaltet werden.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
  • Es zeigen
    • Fig. 1 die schematische Darstellung eines Vierstellungsschalters in den möglichen Stellungen,
    • Fig. 2 den Aufbau des Kipphebels,
    • Fig. 3 eine Detaildarstellung des Rotors in einer Schaltstellung,
    • Fig. 4 ein Schnittbild des Hohlleiterschalters,
    • Fig. 5 eine Magnetrastung des Rotors.
    • Fig. 6 den modularen Aufbau eines Hohlleiterschalters,
    • Fig. 7 einen konstruktiven Aufbau eines in Fig. 6 gezeigten Hohlleiterschalters.
  • Ein Hohlleiterschalter wie in Fig. 1 dargestellt hat die Aufgabe, verschiedene Hohlleiterwege zu verbinden bzw. zu trennen und wird beispielsweise dazu benötigt, Reserve-Mikrowellen-Einrichtungen in ein System einzuschalten, um eine defekte Einrichtung zu ersetzen, wenn eine solche Maßnahme aus Gründen der Betriebssicherheit erforderlich ist. Eine Notwendigkeit, aus Sicherheitsgründen Reserveeinrichtungen vorzusehen, die mittels Hohlleiterschaltern bei Bedarf in Betrieb genommen werden können, besteht insbesondere bei Raumflugkörpern. Der Hohlleiterschalter besteht aus einem Gehäuse 1 mit vier symmetrisch angeordneten Hohlleitereingängen A-D. Ein in dem Gehäuse angeordneter Rotor 2 ist drehbar in dem Gehäuse angeordnet und weist drei Hohlleiterdurchgänge auf. Um die Eingänge beliebig zu kombinieren, sind vier Schaltstellungen I-IV erforderlich, wobei in Stellung I die Eingänge A-C in Stellung II die Eingänge A-B und C-D, in Stellung III die Eingänge B-D und in Stellung IY die Eingänge B-C, A-D miteinander verbunden sind. Durch die würfelförmige Ausbildung des Schaltgehäuses 1 können mehrere Schalter in beliebiger Weise verkoppelt werden, so daß jede beliebige Schaltkombination verwirklicht werden kann. Es hat sich gezeigt, daß zur Erzielung geringer Übertragungsverluste eine hohe Positionsgenauigkeit des Rotors erforderlich ist. Übliche Schrittmotoren zeigen aufgrund der Schrittwinkelhysterese nicht die benötigte Genauigkeit. Es wird deshalb ein Rastglied zur Arretierung des Rotors in einer Schaltstellung angewendet, dessen prinzipieller Aufbau in Fig. 2 dargestellt ist. Das Rastglied 3 arbeitet nach Art eines Magnetschalters und besteht aus einem auf dem Gehäuse 1 befestigten U-förmigen Eisenkern 4 mit einer Spule 5. Auf einem Schenkel des Eisenkerns ist über ein Kreuzfedergelenk 6 ein Joch 7 drehbar gelagert. Das Kreuzfedergelenk 6 ist ein reibungsfreies und spielfreies Lager, das gleichzeitig eine Rückholfederkraft erzeugt und das Joch 4 gegen einen Anschlag in die gezeichnete Stellung bewegt. Eine Arretierung des Rotors 2, der hier nicht dargestellt ist, erfolgt im stromlosen Zustand, d.h., in der gezeigten Stellung. Zum Weiterdrehen des Rotors 2 wird die Spule 5 mit Strom beaufschlagt, wodurch das Joch 7 angezogen und der Rotor freigegeben wird.
  • In Fig. 3 ist die Arretierung des Rotors 2 näher dargestellt. Der Rotor 2 ist hier im Ausschnitt mit zwei Stellungsanschlägen bzw. Nocken 8, 9 gezeigt. Diese Nocken bestehen aus einem Grundkörper 38, einem Magnetplättchen 10 aus einem permanentmagnetischen Material und einer Aufprallplatte 11. Zum Einstellen des Rotors in eine bestimmte Schaltstellung wird der Rotor zunächst bei eingeschalteter Spule 5 mit einem hier nicht dargestellten Schrittmotor in die Nähe der Schaltstellung gedreht. Das Joch 7 ist in dieser Stellung andeutungsweise gezeigt. Ein Abschalten des Schrittmotors bewirkt gleichzeitig ein Abschalten der Spule 5, wodurch das Joch zunächst in radialer Richtung durch das Kreuzfedergelenk bewegt wird. Durch die magnetische Anziehungskraft des Magnetplättchens 10 dreht der Rotor in Richtung des Joch, bis dieses an der Aufprallplatte anliegt. Damit ist gewährleistet, daß die Schaltstellung mit hoher Genauigkeit erreicht ist. Ein Weiterdrehen des Rotors 2 in eine neue Schaltstellung geschieht durch das Einschalten der Spule 5, worauf das Joch 7 in radialer Richtung angezogen wird und den Rotor 2 freigibt. Es Ist ersichtlich, daß hierzu nicht eine der Anziehungskraft des Magnetplättchens 10 entsprechende Kraft, sondern lediglich die entsprechende Scherkraft aufgewendet werden muß, um das Joch 7 zu bewegen. Der Schrittmotor dreht anschließend den Rotor nahe der neuen Schaltstellung.
  • In Fig. 4 ist der Hohlleiterschalter in einer vollständigen Ausführung dargestellt. In dem Gehäuse 1 befinden sich der Rotor 2, die Rotorlagerung 12, 13, der Schrittmotor 14, das Rastglied 3 sowie die für die Stromversorgung des Motors 14 und der Spule 5 erforderlichen Anschlußstifte 15. Der Schrittmotor 14 besteht aus statorseitig angeordneten Motorspulen 16, die derart über den Umfang des Stators verteilt sind, daß bei Ansteuerung einer bestimmten Motorspule der Rotor in eine dieser zugeordneten Schaltstellungen gedreht wird. Zur Erhöhung des Wirkungsgrades kann auch ein Spulenpaar vorgesehen werden und der auf dem Rotor angeordnete Motormagnet 17 mit axialer Magnetisierungsrichtung zweipolig ausgebildet sein. Im ersten Fall besteht der Motormagnet 17 aus einem axial gerichteten Permanentmagneten. Die Motorspulen 16 sind auf einem Rückschlußträger 18 aufgebracht. Der Rückschlußträger 18 ist mit Befestigungselementen 19 an einer Gehäuseabdeckung 20 montiert, wobei diese wiederum an dem Gehäuse 1 stirnseitig angeordnet ist. -Di-e Rotorlagerung 12, 13 wird mit Rillenkugellager bewerkstelligt die unter Zwischenschaltung von Lagerhülsen 21, 22 auf Achsstücke des Rotors aufgeschoben sind und über eine Einstellmutter 23 vorgespannt werden. Zwischen Rotor 2 und Gehäuse 1 besteht ein Radial luftspalt von wenigen pm, um bei möglichst geringen Hochfrequenzverlusten ein freies Durchdrehen des Rotors zu ermöglichen. Das Rastglied Ist mit Passtiften 24, 25 mit dem Stator verbunden. Damit ist eine exakte Zuordnung zu den Schaltstellungen gewährleistet.
  • Ein alternatives Ausführungsbeispiel der Rastung mittels Kipphebel zeigt die Fig. 5. Hier ist eine Hohlleiterrotoranordnung mit einer Magnetrastung dargestellt.
  • Der Rotorkörper 26 ist in bekannter Weise mittels einer Lagerung in dem Statorkörper 27 befestigt. Die HF-Kanäle sowie die Lagerung und der Motor zum Verdrehen des Rotorkörpers sind in dieser Draufsichtdarstellung nicht eingezeichnet. Der Rotorkörper trägt einen Permanentmagneten 28 der von einem Jochteil 29 umgeben ist. Auf dem Stator ist ein erstes Rückschlußelement 30 und ein weiteres Rückschlußelement 31 angeordnet. In der hier gezeigten Stellung bildet das Rückschlußelement 30 mit dem Jochteil 29 einen geschlossenen magnetischen Kreis der nur durch den Luftspalt zwischen Rotorkörper 26 und Statorkörper 27 unterbrochen wird. Durch die besondere, polschuhartige Ausbildung der Pole von Jochteil 29 und Rückschlußelement 30 wird der Rotorkörper durch die wirkenden Magnetkräfte in der gezeigten Lage mit hoher Genauigkeit gehalten. Ein weiteres Rückschlußelement 31 das um 45° versetzt zum dem ersten angeordnet ist, ermöglicht die Einstellung des Rotorkörpers 26 in eine um 45° zur Ausgangsposition gedrehten Stellung. Das Verdrehen des Rotorkörpers erfolgt in bekannter Weise. Das Antriebsmoment des Motors muß dabei das Abzugsmoment des Permanentmagneten 28 überwinden.
  • Die Endanschläge 32, 33 sind ebenfalls magnetisch wirkend aufgebaut und besitzen je einen Permanentmagneten der eine Anziehungskraft auf den Rotor ausübt sobald sich dieser mit einem der ferromagnetischen Rückschlußplättchen in der Nähe der Permanentmagnete befindet. Die genaue Zuordnung der Rotorstellung zum Stator ist dann gegeben, wenn eines der Rückschlußplättchen 34 bzw. 35 auf einer der Anschlagflächen 36 bzw. 37 anliegt. Der Rotorkörper 26 läßt sich damit in vier definierte Stellungen bewegen. Selbstverständlich ist die Anzahl der Schaltstellungen variabel ebenso wie der Verdrehwinkel. In dem hier gezeigten Beispiel sind die Stellungen 0°, 45°, 90° und -45° fixierbar.
  • Es ist zweckmäßig, eine Rückmeldung der Schalterstellung zu erzeugen. Dies geschieht beispielsweise durch Anwendung üblicher Positionssensoren, Lichtschranken, Reed-Schalter o.ä. Damit werden Schaltfehler, die zu einem Ausfall der HF-Elektronik führen können, vermieden.
  • Der in Fig. 6 dargestellte modular aufgebaute Hohlleiterschalter besteht aus der Schaltereinheit 101, dessen detaillierter Aufbau aus dem Hauptpatent bekannt ist, dem Motor 102 und der Lagereinheit 103, die zwischen Motor und Schaltereinheit angeordnet ist. Der Motor ist dabei so gestaltet, daß er die Lagereinheit umschließt, selbstverständlich ist auch eine einfache axiale Hintereinanderschaltung der Komponenten denkbar. Soll eine weitere Schaltereinheit 104 mit dem gleichen Motor geschaltet werden, kann diese an der Stirnfläche der Schaltereinheit 101 befestigt werden. Die Lagereinheit 103 kann sowohl Kugellager als auch eine andere Form der Lagerung enthalten. Entscheidend bei der Lagerung eines Hohlleiterschalters ist vor allem eine geringe Haftreibung und ein geringes Lagermoment, um die nötige Genauigkeit zu gewährleisten.
  • Der in Fig. 7 gezeigte Aufbau zeigt die einzelnen Komponenten in detaillierter Ausbildung.
  • Das Schalterteil 101 besteht aus dem Gehäuse 105, das mit den entsprechenden Hohlleiteröffnungen versehen ist, dem darin befindlichen Rotor-106 und einer stirnseitigen Andeckung 107. Der Rotor.weist einen stiftförmigen Ansatz 108 auf, der die Adaption mit der Lagereinheit 103 bewirkt. Die Lagereinheit 103 besteht aus einem Lagergehäuse 109, einem Lagerring 110, axial verspannte Schulterkugellager 111, 112, einer Welle 113 und einem Spannring 114. Durch die Verspannung der Kugellager 111, 112 mittels des Spannrings 114 gegen eine Anschlagfläche 115 der Welle 113 wird eine spielfreie und durch Verwendung ei.nes Werkstoffs für alle Lagerteile eine Lagerung mit einer unabhängig von der Umgebungstemperatur konstanten Vorspannung erzielt.
  • Der Motor 102 besteht aus dem Statorteil 116 mit Spulenträger 117 und Spulen 118. Das Statorteil ist innerhalb einer topfförmigen Öffnung des Lagergehäuses 109 befestigt. Bas Rotorteil 119 des Motors 102 besteht aus einem Magnetträger 120 und permanentmagnetischen Segmenten 121. Das Rotorteil 119 ist direkt auf der Welle 113 der Lagereinheit 113 mittels einer Schraubverbindung 122 befestigt. Die Anordnung der Spulen 118 und der Segmente 121 sowie die Ansteuerung der Spulen ist in dem Hauptpatent beschrieben und braucht hier nicht näher erläutert werden. Mit einer Abdeckplatte 123 wird der Motor 102 und die Lagereinheit 103 stirnseitig verschlossen und somit gegenäußere Einflüsse wirksam geschützt.
  • Durch den modularen Aufbau des Hohlleiterschalters ist eine leichte Austauschbarkeit der einzelnen Elemente ohne Genauigkeitsverlust möglich. Außerdem kann durch Auswahl der einzelnen Elemente eine Anpassung des Schalters an beliebige Anwendungsfälle vorgenommen werden.
    • Bezugszeichenliste
    • 1 Gehäuse
    • 2 Rotor
    • 3 Rastglied
    • 4 Eisenkern
    • 5 Spule
    • 6 Kreuzfedergelenk
    • 7 Joch
    • Figure imgb0001
    • 10 Magnetplättchen
    • 11 Aufprallplatte
    • Figure imgb0002
    • 14 Schrittmotor
    • 15 Anschlußstifte
    • 16 Motorspulen
    • 17 Motormagnet
    • 18 Rückschlußträger
    • 19 Befestigungselemente
    • 20 Gehäuseabdeckung
    • Figure imgb0003
    • 23 Einstellmutter
    • Figure imgb0004
    • 26 Rotorkörper
    • 27 Statorkörper
    • 28 Permanentmagnet
    • 29 Jochteil
    • Figure imgb0005
    • Figure imgb0006
    • Figure imgb0007
    • Figure imgb0008
    • 38 Grundkörper
    • 101 Schaltereinheit
    • 102 Motor
    • 103 Lagereinheit
    • 104 Schaltereinheit
    • 105 Gehäuse
    • 106 Rotor
    • 107 Abdeckung
    • 108 Ansatz
    • 109 Lagergehäuse
    • 110 Lagerring
    • Figure imgb0009
    • 113 Welle
    • 114 Spannring
    • 115 Anschlagfläche
    • 116 Statorteil
    • 117 Spulenträger
    • 118 Spulen
    • 119 Rotorteil
    • 120 Magnetträger
    • 121 Segmente
    • 122 Schraubverbindung
    • 123 Abdeckplatte

Claims (11)

1. Hohlleiterschalter mit einem Gehäuse, auf dessen Umfang wenigstens zwei Hohlleiter-Anschlüsse vorgesehen sind und einen in dem Gehäuse angeordneten Rotor, der wenigstens ein Hohl leiterelement zur Verbindung der wenigstens zwei Hohlleiteranschlüsse in einer bestimmten Rotorstellung enthält, wobei ein Motor zum Antrieb des Rotors und ein Rastglied zur .Fixierung des Rotors in einer bestimmten Rotorstellung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des Motors der Rotor nahe der gewünschten Rotorstellung gedreht wird und das Rastglied derart ausgebildet ist, daß es mittels magnetischer Anziehungskräfte den Rotor in die bestimmte Rotorstellung dreht.
2. Hohlleiterschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rastglied einem Elektromagneten enthält, welcher beim Drehen des Rotors mittels des Motors das Rastglied in einer Bereitschaftsstellung hält, die ein freies Drehen des Rotors ermöglicht und bei Abschalten des Motors der Stromkreis des Elektromagneten unterbrochen wird, wobei eine vorgespannte Feder oder ein beliebiges eine Kraft erzeugendes Element vorgesehen ist,.das das Rastglied in die Rotorebene kippt, in welcher die magnetischen Anziehungskräfte wirksam werden.
3. Hohlleiterschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rastglied mittels eines Kreuzfedergelenks statorseitig befestigt ist.
4. Hohlleiterschalter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Anziehungskräfte mittels einem Permanentmagneten erzeugt werden.
5. Hohlleiterschalter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensor vorgesehen ist zur Erkennung der Rotorstellung.
6. Hohlleiterschalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Permanentmagnet gegenüber ein ferromagnetisches Teil unter Bildung eines radialen oder axialen Luftspaltes angeordnet ist, wobei der Permanentmagnet und/oder das ferromagnetische Teil derart ausgebildet sind, daß die Anziehungskräfte eine Fixierung des Rotors in wenigstens einer Stellung bewirken.
7. Hohlleiterschalter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet mit Polschuhen versehen ist.
8. Hohlleiterschalter insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor und das Gehäuse mit den Hohlleiteranschlüssen eine Schaltereinheit bilden und der Antriebsmotor stirnseitig einen Aufnahmeflansch aufweist zum Ankoppeln der Schaltereinheit an den Antriebsmotor.
9. Hohlleiterschalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Aufnahmeflansch und der Schaltereinheit eine Lagereinheit angeordnet ist zur Lagerung des Rotors.
10. Hohlleiterschalter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Teil des Motors mittels der Lagereinheit gelagert ist.
11. Hohlleiterschalter nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltereinheit auf der dem Antriebsmotor gegenüberliegenden Stirnseite ein Aufnahmeflansch enthält zur Ankopplung einer weiteren Lagereinheit und/oder einer weiteren Schaltereinheit.
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