DE1949966B2

DE1949966B2 - Nockeschalter für Hochfrequenz

Info

Publication number: DE1949966B2
Application number: DE1949966A
Authority: DE
Inventors: Anthony Edward Sprando; Willem Heinrich Verhoef; Charles Howard Vollum
Original assignee: Tektronix Inc
Current assignee: Tektronix Inc
Priority date: 1968-10-07
Filing date: 1969-10-03
Publication date: 1978-06-22
Also published as: DE1949966C3; DE1949966A1; FR2020049A1; JPS5128831B1; NL6915073A; GB1227638A; US3562464A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Nockenschalter für Hochfrequenz nach dem Oberbe

griff des Anspruchs 1.

Aus der FR-PS 15 31 565 ist ein derartiger Nockenschalter bekannt. Dabei sind mehrere einzelne Nockenscheiben vorgesehen, die auf flache, an einem Ende starr befestigte und am anderen Ende frei bewegliche Kontakte einwirken. Diese Schalteranordnung ist relativ aufwendig in der Herstellung, da für jeden Schaltkontakt eine eigene Nockenvorrichtung vorgesehen ist. Durch die flache Ausbildung des beweglichen

ίο Kontaktes tritt im Laufe der Zeit eine Verschmutzung ein. insbesondere ist jedoch die in der FR-PS 15 31 565 beschriebene Schalteranordnung für Hochfrequenz wenig geeignet, da insbesondere durch die breite Berührungsfläche zwischen Kontaktnocken und beweglichem Kontakt ein kapazitiver Nebenschluß auftritt. Die starre, durch Schweißen bewirkte Befestigung des beweglichen Kontaktes, der an diesem Ende L-förmig abgebogen ist, beeinträchtigt den Kontakt, so daß unerwünschte Kontaktschwankungen und Schwingungen auftreten können, insbesondere im Hochfrequenzbereich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Nockenschalter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so auszubilden, daß er trotz einfachen Aufbaus für Hochfrequenz geeignet ist, insbesondere eine geringere Kapazität aufweist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt.

Es zeigte sich, daß mit dem erfindungsgemäßen Schalter nicht nur geringe Kapazitäten zu erzielen sind, sondern auch geringe Induktivitäten und ein kleiner Reihenwiderstand. Der erfindungsgemäße Nockenschalter weist eine lange Lebensdauer auf und erfordert ein geringes Betriebsdrehmoment, da eine Vielzahl von beweglichen und festen Schalterkontakten direkt auf einer gedruckten Leiterplatte angeordnet werden können. Die Verbindung des Kontaktplättchens mit der

«ο Tragplatte erfolgt nicht über eine Lot- oder Schweißverbindung, sondern über einen Befestigungsstift und ein im Tragteil vorgesehenes Loch. Dadurch werden nicht nur Kosten und Zeit beim Zusammenbauen gespart, es wird damit auch eine größere Zuverlässigkeit erzielt.

Der Schalter nach der vorliegenden Erfindung ist insbesondere für Schaltkreise oder Schaltungen in einem Kathodenstrahloszillograph nützlich. Indem man die beweglichen und festen Schalterkontakte auf der gedruckten Leiterplatte anordnet, ergibt sich, daß die Kontakte näher an den Schaltungselementen angeordnet werden können, die geschaltet werden sollen. Hierdurch wird die Leitungsinduktivität und der Reihenwiderstand reduziert und ebenso wird die Kontaktkapazität nach Masse oder Erde und zu benachbarten Elementen hin reduziert, so daß eine Schaltung für höhere Frequenzen geeignet ist und auf diesen Frequenzen arbeiten kann, an die der Schalter angeschlossen ist. Darüber hinaus wird die Anzahl der Lötstellen oder Verbindungen für den Schalter bedeutend reduziert, da die festen Kontakte als Teil der gedruckten Schaltung ausgebildet werden können und die beweglichen Kontakte direkt auf der gedruckten Leiterplatte, ohne Verwendung der üblichen Verbindungsdrähte, festgelötet werden können. Als Ergebnis dieser verminderten Anzahl an gelöteten Verbindungsstellen läßt sich die vorliegende Vorrichtung schneller und billiger installieren bzw. bestücken, einfacher

ausbessern oder reparieren und ist sehr viel zuverlässiger.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. In dieser zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines Schalters nach der vorliegenden Erfindung, wobei ein drehbares Nockenbetätigungsteii zur Anwendung gelangt und Teile gebrochen dargestellt sind, um einige Schaiterkontakte zu zeigen,

Fig.2 eine horizontale Schnittdarstellung nach der Linie 2-2 der Fig. 1, wobei der Schalter in vergrößertem Maßstab dargestellt ist,

Fig.3 eine vertikale Scbnittdarstellung nach der Linie 3-3 der F i g. 2,

Fig.4 eine vertikale Schnittdarstellung nach der Linie 4-4 der F i g. 2,

F i g. 5 eine vergrößerte Darstellung eines Abschnitts der Fig.3, wobei die Nockenwirkungsweise oder Betriebsweise des beweglichen Kontaktes veranschaulicht ist,

F i g. 6 eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform eines Schalters nach der vorliegenden Erfindung, bei der ein gleitendes Nockenbetätigungsteil verwendet ist, in teilweise gebrochener Darstellung,

F i g. 7 eine vertikale Schnittdarstellung nach der Linie 7-7 der Fig.6, wobei Teile der Übersichtlichkeit halber abgebrochen sind und

Fig.8 eine horizontale Schnittdarstellung nach der Linie 8-8 der F i g. 6.

Nach den F i g. 1 und 2 enthält diese Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung eines nockenbetätigten Schalters ein drehbares Trommel- oder Zylinder-Nockenbetätigungsteil 10 und eine Vielzahl von beweglichen Schalterkontaktpaaren 12 und feste Schalterkontakte 14, die auf einer gedruckten Leiterplatte 16 angeordnet sind, so daß die Schalterkontaktpaare entlang der Achse der Nockentrommel in einem Abstand zueinander angeordnet sind. Die Nockentrommel 10 weist eine Vielzahl von hervorspringenden Nockenelementsätzen 18 auf, wobei jedes Nockenelement radial nach außen vorspringt und sich ein kurzes Stück entsprechend dem Umfang der Trommel bogenförmig erstreckt. Die Sätze der Nockenelemente 18 weisen zueinander längs der Achse der Nockentrommel einen Abstand auf und sind so gelegen, daß wenigstens ein Satz dieser Nockenelemente an jeden der beweglichen Kontakte 12 angreifen kann, wenn die Trommel gedreht wird. Jeder der Sätze der Nockenelemente 18 kann -auf einem eigenen oder getrennten Teil ausgebildet sein, wobei eine Vielzahl solcher Teile in Form der Trommel 10 zusammengefügt werden, was jedoch Probleme beim Ausrichten mit sich bringt. Es ist daher vorteilhafter, alle Sätze der Nockenelemente einstückig mit der Trommel 10 auszubilden, entweder durch Gießen oder durch Schneiden aus einem geeigneten Kunststoffmaterial, wie z. B. Acetylharz.

Die Nockentrommel oder der Nockenzylinder 10 ist an einem Ende fest an einer Steuerwelle 20 befestigt, so daß sie sich mit dieser dreht, wie dies im folgenden beschrieben werden soll. Die Steuerwelle 20 erstreckt sich durch ein Lager 21 aus Metall in einer vorderen Lagerbuchse 22, und ein »C«-Ring 23 ist in eine ringförmige Nut in der Welle an der gegenüberliegenden Seite von der Lagerbuchse, von dem Nockenzylinder, eingeklemmt, um eine Längsbewegung dieser Welle zu verhindern. Ein rückwärtiges Lagerteil 24, das fest am anderen Ende des Nockenzylinders 10 befestigt ist, erstreckt sich in eine rückwärtige Buchse 26. Die vordere und rückwärtige Buchse 22 und 26, in denen der Nockenzylinder drehbar gelagert ist, können aus Kunststoffmaterial bestehen und sind an der gedruckten Leiterplatte mit Hilfe von Befestigungsschrauben 28

befestigt. Über den Nockenzylinder 10 ist eine Abdeckung 30 gegen Staub, die aus Aluminium oder einem anderen geeigneten Metall besteht, gegeben und mit Hilfe von Schrauben 32 an der vorderen und rückwärtigen Buchse befestigt. Die Lagerbuchsen 22

ίο und 26 sind jeweils mit drei Vorsprüngen 34 und 36 ausgestattet, und es sind zwei seitliche Vorsprünge vorhanden, die sich durch Schlitze an gegenüberliegenden Seiten der Abdeckung 30 erstrecken, und es ist ebenso ein Vorsprung am Boden vorhanden, der sich durch ein Loch in der gedruckten Leiterplatte erstreckt, um zusätzlich eine Halterung vorzusehen und um die Lägerbuchsen genauer im Abstand zu halten.

Die Steuerwelle 20 ist mit einem drehbaren Sperrglied 37 verankert, das fest am vorderen Ende des Nockenzylinders 10 angebracht ist um dieses Sperrglied und den Nockenzylinder mit Hilfe eines Knopfes 38 drehen zu können, der am gegenüberliegenden Ende dieser Welle mit Hilfe einer Einstellschraube 39 angebracht ist. Wie sich aus F i g. 4 erkennen läßt, so ist das Sperrglied 37 an seinem äußeren Umfang mit einer Vielzahl von Rasternuten 40 ausgestattet, in die eine federgespannte Rasterrolle 42 eingreifen kann. Die Rasterrolle 42 ist mit Hilfe einer Blattfeder 44 gehaltert, die sich zwischen im Abstand zueinander angeordneten Schultern 45 an der vorderen Lagerbuchse 22 erstreckt, so daß diese Rolle in die Rasternuten 40 eingreifen kann und sich vertikal innerhalb eines Schlitzes bewegen kann, der in dem Führungsabschnitt 47 der vorderen Buchse vorgesehen ist. Ein Anschlagteil 46 ist ebenso vorgesehen und weist eine quadratische öffnung auf und ist mit einem gleichartig geformten Schaftabschnitt des Sperrgliedes oder Rastergliedes 37 verankert, um sich mit diesem drehen zu können. Ein Anschlagvorsprung 48 am Anschlagteil greift an einem Anschlag an,

■to der an der vorderen Lagerbuchse 22 vorgesehen ist, nahe dem Führungsabschnitt 47, um die Drehung des Nockenzylinders 10 auf etwas weniger als 360° zu begrenzen.

Die gedruckte Leiterplatte 16 ist mit einer Vielzahl von Leiterstreifen 50 ausgestattet, die aus Kupfer oder einem anderen geeigneten Metall bestehen und sich auf einer oder auf beiden Flächen einer Platte erstrecken, die aus einem isolierenden Kunststoffmaterial in herkömmlicher Weise bestehen kann, und diese Bahnen können durch chemische Ätzverfahren und durch eine photowiderstandsfähige Maske hergestellt sein. Die Leiterstreifen 50 stellen die Leiter einer elektrischen Schaltung dar und können mit Schaltungskomponenten 52, wie Widerständen, Kapazitäten, Transistoren usw., verbunden sein, die auf der gedruckten Leiterplatte in bekannter Weise montiert sind, wobei die Zuführungsleitungen dieser Komponenten durch Löcher ragen, die in der gedruckten Leiterplatte vorgesehen sind und an Abschnitte der Leiterbahnen angelötet sind, die diese Löcher umgeben. Es ist jedoch ebenso möglich, daß die gedruckte Schaltung nur aus Leiterstreifen 50 besteht, ohne daß Schaltungsteile 52 vorhanden sind.

Die festen Schalterkontakte 14 werden durch einige dei Leiterstreifen 50 gebildet und stellen einen Teil der gedruckten Leiterplatte auf einer Seite dieser Platte dar, wie in F i g. 5 gezeigt ist. Die beweglichen Kontakte 12 sind jedoch getrennt von der gedruckten Leiterplatte hergestellt und sind später darauf angelötet. Die

beweglichen Kontakte 12 können aus einem geeigneten Metall hergestellt sein, um ein elaslisches Blattfedertdl vorzusehen, das an einem Meta.Ilmontierslift 54 punkt angeschweißt ist. Der Montier- oder Befestigungsstift 54 ist durch eine Öffnung in der gedruckten Leiterplatte in der Weise eingeschoben, daß der verdickte Kopf dieses Stiftes an eine Seite der Platte angreift und eine Lötverbindungsstelle zwischen diesem Stift und einem Leiterstreifen 50 hergestellt werden kann, und zwar auf der gegenüberliegenden Seite der gedruckten Leiterplatte, um den Montierstift 54 an dieser Leiterplatte und ein Ende des beweglichen Kontaktes 12 ebenso an dieser Leiterplatte zu befestigen.

Der bewegliche Kontakt 12 weist einen Vorsprung 56 auf, der an die Nocke angreifen kann, und dieser Vorsprung weist die Form eines umgekehrten »V« auf, das zwischen den Enden des Kontaktes ausgebildet ist. Ein gespaltener oder gegabelter Kontaktabschnitt 58 i:st am freien Ende des beweglichen Kontaktes ausgebildet, der sich in Angriff und außer Angriff mit dem festen Kontakt 14 bewegen kann, wenn das Nockenelement 18 an den Abschnitt 56 angreift und von diesem loskommt. Der gegabelte Kontaktabschnitt 58 erstreckt sich in einem Bogen von einem mittleren Abschnitt 60 nach unten, der sich zwischen den Abschnitten 56 und 58 im wesentlichen auf gleicher Ebene mit dem festen Ende des beweglichen Kontaktes erstreckt, wenn dieser Kontakt nicht abgelenkt ist. Wenn sich der Nockenzylinder 10 dreht, um dadurch zu bewirken, daß ein Nockenelement 18 an den hervorspringenden Abschnitt 56 des beweglichen Kontaktes 12 angreift, so wird dieser Kontakt nach unten in die Lage 12' ausgelenkt, und der gegabelte Endabschnitt 58 dieses beweglichen Kontaktes greift daher an den festen Kontakt 14 an, wie dies in F i g. 3 und 5 veranschaulicht ist.

Eine andere Ausführungsform eines Schalters nach der vorliegenden Erfindung enthält einen Zweistellungs-Schiebeschalter mit einem gleitenden Nockenbe:- tätigungsteil, das in den Fig.6 bis 8 gezeigt ist. Eine gedruckte Leiterplatte mit beweglichen und festen Schalterkontakten, die auf dieser in ähnlicher Weise, wie zuvor beschrieben, montiert sind, ist bei dieser zweiten Ausführungsform ebenso verwendet, und daher sind auch die gleichen Bezugszeichen gewählt, die in Verbindung mit den Fig. 1 bis 5 gewählt wurden, um diese Elemente in den Fig.6 bis 8 ohne weitere detaillierte Beschreibung zu bezeichnen. Ein gleitendes Nockenteil 62, das vier seitlich inn Abstand zueinander angeordnete Nockenabschnitte 64 aufweist, die am Boden dieses Teiles angeordnet sind, ist an einer Steuerwelle 66 mit Hilfe eines Kupplungsteiles 6B angebracht. Das Kupplungsteil 68 kann die Form einer Kunststoffhülse aufweisen, die ein Paar von im Abstand angeordneten Endflanschen aufweist, zwischen denen das U-förmige Ende des Betätigungsarmabschnittes 70 des Nockenteiles 6:2 angeordnet ist. Das Kupplungsteil 68 ist fest auf der Steuerwelle 66 mit Hilfe einer Einstellschraube 72 befestigt, so daß eine Längsbewegung des Nockenbetätigungsarmes 70 zwischen den Lagen im Richtung der Richtungspfeile 76 möglich ist, mi die mit festen Linien und mit gestrichelten Linien, letzere als Stellung 70, angezeigt sind. Hierdurch werden die Nockenabschnitte M veranlaßt, über die Fläche ihrer beweglichen Kontakte 12 zu gleiten und an deren hochstehenden Abschnitt anzugreifen, so daß h5 diese Kontakte nach unten in Fingriff mit den festen Kontakten 14 gebracht werden. Wie in Fi g. 8 gezeigt ist, so sind die NockenabschnitU: 64 in Längsrichtung gegeneinander versetzt angeordnet, so daß zwei der Nockenabschnitte ihre entsprechenden beweglicher Kontakte in Angriff mit den festen Kontakten in einer Schalterstellung des Nockenteiles 62 drücken, während die zwei anderen Nockenabschnitte ihre beweglicher Kontakte in Angriff mit den festen Kontakten in der anderen Schalterstellung drücken.

Ein Führungsteil 78 zum Führen der Bewegung des Nockenteiles 62 ist an der Leiterplatte 16 angebracht und an der oberen Fläche ist dieses Teil mit einem genügend langen Schlitz 80 ausgestattet, um dem Nockenbetätigungsarm 70 die Möglichkeit zu bieten sich innerhalb dieses Schlitzes zwischen zwei Schalter-Stellungen bewegen zu können. Das Führungsteil 78 isl mit einer Führungsbahn 82 ausgestattet, in welcher das Nockenteil 62 längs gleiten kann, wobei der Boden dieser Führungsbahn an die untere Fläche des Nockenteiles 62 unmittelbar in der Nähe der sich gegenüberliegenden Seiten einer Gruppe von viel Nockenabschnitten 64 angreift, um diese Nockenabschnitte in einem richtigen Abstand von der gedruckter Leiterplatte 16 zu halten. Verbindungsstiftabschnitte 84 aus einem deformierbaren Kunststoffmaterial sind arr Boden des Führungsteiles 78 vorgesehen, um diese durch Löcher in der gedruckten Leiterplatte schieben zi können, um dieses Führungsteil an der Leiterplatte befestigen zu können. Das Führungsteil 78 kann aus einem geeigneten Kunststoffmaterial gegossen sein, wie z. B. Acetylharz, das unter der Bezeichnung »DELRINc bekannt ist, während das Nockenbetätigungsteil 62 aus einem etwas härteren Kunststoffmaterial geformt seir kann, wie aus Nylon, das mit Glasteilchen durchsetzt ist.

Es ist offensichtlich, daß sich von einem Fachmanr viele Änderungen bei der zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung vornehmen lassen, ohne den Rahmen dei Erfindung zu verlassen. Es können z. B. andere Nockenbetätigungsteile verwendet werden, wie ζ. Β Druckknopfbetätigungsteile, einschließlich derjenigen die senkrecht zur Leiterplatte bewegt werden. Es können ebenso Schalterbetätigungsteile verwende! werden, die keine Nocken sind, wie z. B. Solenoidbetätigungsteile, oder ein bewegliches Permanentmagnetbetätigungsteil (in welchem Fall der Schalter eir Zungenschalter mit magnetischen Kontakten seir kann), oder es kann anstelle der Nockenbetätigungsteile ein einfaches von Hand zu betätigendes Teil verwendet werden, das direkt an dem beweglichen Kontakt befestigt ist.

Es wurde somit ein über Nocken betätigter Schaltei beschrieben, bei dem sowohl die beweglichen ah aucl· festen Schalterkontakte auf einer gedruckten Leiterplatte montiert sind und die Leiterplatte die elektrischer Leitungen vorsieht, an die die Schalterkontakt angeschlossen werden sollen. Bei einer Ausführungs form weist ein Nockenbetätigungsteil die Form einei drehbaren Trommel oder eines drehbaren Zylinders auf der Nockenelemente besitzt, die vom Umfang diesel Trommel abstehen, um an die beweglichen Kontakte angreifen zu können. Bei einer anderen Ausführungs form zeigt das Nockenbetätigungsteil die Form eine! verschiebbaren Nockenteils, das sich parallel zur Fläche der gedruckten Leiterplatte bewegen kann, um die beweglichen Kontakte auf dieser Platte zu betätigen Aufgrund der Tatsache, daß sille Schalterkontakte direk auf der gedruckten Leiterplatte montiert werden, ergib sich eine bedeutende Verminderung der Lcitungsinduk tivität, Kapazität und der Reihcnwiderstttnde, so daß dci

vorliegende Schalter in Verbindung mit Schaltungen verwendet werden kann, die Hohlfrequenzen verarbeiten sollen. Darüber hinaus wird bei Verwendung des erfindungsgemäßen Schalters die Zahl der Lötverbindungsstellen für den Schalter reduziert, so daß ein

solcher Schalter schneller und unter geringerem Kostenaufwand montiert und einfacher repariert oder erneuert werden kann und ebenso dieser Schalter eine größere Zuverlässigkeit aufweist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Nockenschalter für Hochfrequenz, mit einer Leiterplatte, die auf einem Tragteil aus isolierendem Material mehrere im Abstand zueinander angeordnete und gegeneinander isolierte leitende Zonen trägt, die Abschnitte einer elektrischen Schaltung darstellen, und aus Schaltermitteln zum Ändern der Verbindungen der elektrischen Schaltungsabschnitte mittels Schalterkontaktpaaren, die mit wenigstens einigen der leitenden Zonen verbunden sind, wobei die Kontaktpaare einerseits stationäre Kontakte, die direkt auf dem Tragteil angeordnet sind, und andererseits bewegliche Kontakte aufweisen, die von Federteilen gebildet sind, mit wenigstens einem beweglichen und einem festen, am Tragteil befestigten Abschnitt, und wobei die beweglichen Kontakte durch eine Nockenvorrichtung betätigbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenvorrichtung ein aus einem Stück bestehendes, drehbar, verschiebbar oder gleitend angeordnetes Nockenteil (10; 62, 70) mit einer Vielzahl von Nockenelementen (18; 64) enthält, die an einer Erhebung (56) der beweglichen Kontakte (12) angreifen, daß das frei bewegliche Kontaktende (58) in eine Vielzahl von Kontaktfingern aufgeteilt ist und daß der feste Abschnitt (12) an einem Befestigungsstift (54) angebracht ist, der in einem im Tragteil (16) vorgesehenen Loch befestigt ist.

2. Nockenschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aus einem Stück bestehende Nockenteil mit den Nockenelementen (18) dit Form einer Nockentrommel oder eines Nockenzylinders (10) hat.

3. Nockenschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenvorrichtung neben dem drehbaren Nockenteil (10) eine Steuerwelle (20) enthält, auf der das Nockenteil (10) mit den Nockenelementen (18) angeordnet ist.

4. Nockenschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rastereinrichtung (37, 40, 42, 44, 47) vorgesehen ist, die ein mit Nuten versehenes Rasterteil (34, 40) enthält, das an der Steuerwelle (20) mit dieser drehbar befestigt ist, und daß die Rastereinrichtung weiterhin mit einer federvorgespannten Rasterrolle (42,44) versehen ist, die nahe an der Steuerwelle angeordne ist, um in die Rasternuten (40) am Rasterteil eingreifen zu können, so daß die Stellungen der Nockenelemente (18) entsprechend unterschiedlichen Schalterstellungen bestimmbar sind.

5. Nockenschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem einstückigen verschiebbaren oder gleitenden Nockenteil (62, 70) die Nockenelemente (64) so in ihrer Lage angeordnet sind, daß sie an verschiedenen beweglichen Kontakten angreifen.

6. Nockenschalter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenvorrichtung (10, 18; 62, 64) auf der gedruckten Leiterplatte (16) angeordnet ist.