[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Umschalter für Koaxialleiter hoher Leistung,
mit einem fest verzweigten Aussenleiter, dessen Innenleiter im Bereich der Verzweigung
enden, sowie mit einem Verbindungselement, dessen eines Ende an einem der Innenleiter
angelenkt und dessen anderes Ende zwischen den Enden der anderen Innenleiter schwenkbar
ist, wobei der elektrische Kontakt zwischen dem einen Innenleiter und dem angelenkten
Ende des Verbindungselementes als ein auf einer Gelenkkugel sitzender Tulpenkontakt
ausgebildet ist.
[0002] Umschalter der beschriebenen Art werden insbesondere in Kurzwellen-Sendeanlagen verwendet.
Solche Sendeanlagen weisen gewöhnlich mehrere Sender und mehrere Antennen auf, deren
Ausgangs- bzw. Eingangsleitungen kreuzweise angeordnet und mit Umschaltern zu einer
Leitermatrix verbunden sind, die das wahlweise Zusammenschalten jedes Senderausgangs
mit jedem Antenneneingang ermöglicht.
[0003] Grundsätzlich lassen sich im Stand der Technik zwei grosse Gruppen von Koaxialleitungs-Umschaltern
unterscheiden:
Die eine Gruppe umfasst Mehrzweck-Umschalter geringer Belastbarkeit, bei denen eine
ankommende Koaxialleitung wahlweise mit im rechten Winkel abgehenden Koaxialleitungen
durch in Richtung der Leiterachse verschiebbare Innen-und Aussenleiterstücke verbunden
werden kann. Solche Mehrzweck-Umschalter, bei denen während des Umschaltvorgangs sowohl
Innen- als auch Aussenleiter aufgetrennt und in anderer Stellung wieder zusammengefügt
werden, sind z.B. aus GB-A 842 834, GB-A 1 361 488 oder US-A 2 255 898 bekannt. Sie
sind im konstruktiven Aufbau überaus aufwendig und kompliziert, erfordern zum Schutz
gegen äussere Einflüsse wie Feuchtigkeit, Staub usw. zusätzliche Abdichtungsmassnahmen,
sind aufgrund ihrer geometrischen Anordnung als Standard-Umschalter innerhalb einer
Schaltmatrix nicht geeignet und können schwer für Leistungen im Bereich von einigen
10-100 kW ausgelegt werden, wie sie zwischen den Ausgängen von Hochleistungssendern
und den zugehörigen Antennen geschaltet werden müssen.
[0004] Die andere Gruppe, zu der auch der Erfindungsgegenstand gehört, umfasst gerade diejenigen
Hochleistungs-Standard-Umschalter mit fest verzweigtem Aussenleiter, die, in mehrfacher
Parallel- und Serienschaltung zusammengefügt, eine zum Aussenraum hin abgeschlossene
Schaltmatrix mit vergleichsweise einfachem, robustem und funktionssicherem Aufbau
und hoher Belastbarkeit ergeben. Der technische Stand solcher Matrix-Umschalter ist
z. B. aus GB-A 1 023 111 oder DE-A 1 766 367 bekannt.
[0005] Ein bekannter, für die beschriebene Verwendung geeigneter Umschalter enthält einen
geradlinigen Leiterstrang und einen zwischen dessen Enden angeordneten abgezweigten
Leiterstrang, der mit dem einen Strangende einen Winkel von 60° einschliesst. Die
Innenleiter sind im Bereich der Abzweigung unterbrochen. Am Innenleiter in dem der
Verzweigung abgewandten Leiterstrang ist ein Verbindungselement angelenkt, dessen
freies Ende wahlweise an den Innenleiter im abgezweigten oder im benachbarten geradlinigen
Leiterstrang angelegt werden kann. Das Ende des Innenleiters, an dem das Verbindungselement
angelenkt ist, ist als Gelenkkugel ausgebildet, und das damit zusammenwirkende Ende
des Verbindungselements weist einen Tulpenkontakt auf, der aus einer Vielzahl gleichmässig
über den Umfang des Verbindungselements verteilt angeordneten Kontaktfedern gebildet
ist. Auf diese Weise soll erreicht werden, dass die Strompfade auch im Bereich der
Anlenkung des Innenleiters symmetrisch über dessen Umfang verteilt sind und darum
der Verlustfaktor und die Reflexion im Bereich dieses Kontaktes gering bleiben. Das
freie Ende des Verbindungselements ist über Messerkontakte, wie sie in der DE-AS 1
766 367 beschrieben sind, mit dem anliegenden Innenleiterende verbunden, wobei die
Kontaktflächen in der Schwenkebene des Verbindungselements liegen.
[0006] Wegen der Schwenkbewegung des Verbindungselements beim Umschalten ist es nicht möglich,
die Kontaktflächen der Messerkontakte gleichmässig über den Umfang des Verbindungselements
bzw. des anliegenden Endes des Innenleiters zu verteilen. Das hat zur Folge, dass
die Strompfade in diesen Kontaktbereichen eine ungleichmässige Dichte aufweisen, was
einen hohen Verlustfaktor und eine hohe Reflexion bewirkt und die mit dem Tulpenkontakt
im Anlenkbereich erreichten Vorteile praktisch aufhebt.
[0007] Dieselbe ungleichmässige Stromverteilung ergibt sich auch bei kuppenförmigen Kontaktelementen
der GB-A 1 023 111, bei denen der Strom im Innenleiter nur über einen punktförmigen
Bereich in der Kuppenmitte weitergeleitet wird.
[0008] Der vorliegenden Erfindung liegt darum die Aufgabe zugrunde, einen Umschalter für
Koaxialleiter zu schaffen, der auch an den Kontaktflächen zwischen dem verschwenkbaren
Ende des Verbindungselements und den Enden der zugeordneten Innenleiter Kontakt mit
gleichmässig über den Umfang des Verbindungselements und des jeweils anliegenden Innenleiters
verteilten Kontaktflächen aufweist, die eine gleichmässige Verteilung der Strompfade
ermöglichen.
[0009] Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe mit einem Umschalter der eingangs genannten Art
gelöst, bei dem die Kontakte zwischen den anderen Innenleitern und dem verschwenkbaren
Ende des Verbindungselements als Tulpenkontakte ausgebildet sind und das Verbindungselement
zum Öffnen und Schliessen dieser Kontakte als ausziehbares Teleskoprohr ausgebildet
ist.
[0010] Der neue Umschalter ermöglicht, mit seinem Tulpenkontakt zwischen dem einen Innenleiter
und dem angelenkten Teil des Verbindungselements sowie dem Tulpenkontakt zwischen
dem verschwenkbaren Ende des Verbindungselements und dem anliegenden Innenleiterende
eine gleichmässige Verteilung der Strompfade in allen Kontaktbereichen und damit einen
bisher nicht erreichbaren kleinen Verlustfaktor und geringe Reflexion. Die Tulpenkontakte
können aus einer grossen Anzahl einzelner Kontaktfedern aufgebaut werden, was eine
geringe Belastung der einzelnen Kontaktfedern und darum auch eine lange Betriebsdauer
und grosse Anzahl Umschaltungen ermöglicht.
[0011] Bei einer bevorzugten Ausführungsform des neuen Umschalters sind der an dem einen
Innenleiter angelenkte und der teleskopartig ausziehbare Teil des Verbindungselements
über einen Tulpenkontakt miteinander verbunden.
[0012] Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des neuen Umschalters ist zum Umschalten
des als Teleskoprohr ausgebildeten Verbindungselements von dem einen auf den anderen
Innenleiter eine Kurbel vorgesehen, deren Drehachse senkrecht auf der von der Verschwenkung
des Verbindungselements bestimmten Ebene steht und diese Ebene auf der Winkelhalbierenden
des Schwenkwinkels schneidet und deren abgekröpfter Kurbelarm mit dem verschiebbaren
Teil des Teleskoprohrs bewegungsverbunden ist, um beim Umschalten den Tulpenkontakt
am einen Innenleiter durch Zusammenschieben des Teleskoprohrs zu trennen, das Teleskoprohr
zu verschwenken und durch Auseinanderziehen des Teleskoprohrs den Tulpenkontakt am
anderen Innenleiter zu schliessen.
[0013] Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung mit Hilfe der Figuren
beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 das Schema eines Teils einer Koaxialleitermatrix mit den im Bereich der Kreuzung
der Leiter angeordneten Umschaltern,
Fig. 2 den schematisch gezeichneten Schnitt durch eine Ausführungsform des neuen Umschalters,
Fig. 3 die teilweise geschnittene perspektivische Ansicht der Innenleiter und des
Verbindungselements einer bevorzugten Ausführungsform des neuen Umschalters und
Fig. 4 die perspektivische Ansicht zweier zusammenwirkender Umschalter, die zum Einsetzen
in eine Kreuzung von Koaxialleitern in der in Fig. 1 gezeigten Matrix vorgesehen sind.
[0014] In Fig. 1 sind zwei Koaxialleiter 11, 12 gezeigt, von denen jeder mit dem Ausgang
eines nichtgezeigten KW-Senders verbunden ist. Weiter sind drei Koaxialleiter 13,
14, 15 gezeigt, die die erstgenannten Leiter kreuzen und von denen jeder zu einer
ebenfalls nichtgezeigten Sendeantenne führt. Jeder Leiter enthält im Bereich der Leiterkreuzung
einen Umschalter, von denen der einfacheren Darstellung wegen nur die Umschalter 17,
18, 19, 20 mit Bezugszeichen identifiziert sind. Jeder Umschalter enthält zwei Enden
eines geradlinigen Leiterstrangs 22, 23 und einen abgezweigten Leiterstrang 24 und
ein Verbindungselement 25. Im gezeigten Beispiel sind die Umschalter 18, 19 auf den
abgezweigten Leiterstrang 24 geschaltet, alle anderen Umschalter verbinden die geradlinigen
Leiterstränge. Auf diese Weise ist der an den Koaxialleiter 12 angeschlossene Sender
mit der am Koaxialleiter 14 angeschlossenen Antenne verbunden.
[0015] Es versteht sich, dass bei der Verwendung von zwei Umschaltern in jeder Kreuzung
der Matrix die beiden zusammenwirkenden Umschalter gleichsinnig umgeschaltet werden
müssen, wenn der Leitungsweg nicht unterbrochen werden soll.
[0016] Fig. 2 zeigt den schematischen Schnitt durch eine Ausführungsform des neuen Umschalters.
Der Umschalter enthält einen rohrförmigen geradlinigen Aussenleiter 30, von dem ein
ebenfalls rohrförmiger Aussenleiterstrang 31 abgezweigt ist. Der Innenleiter des geradlinigen
Aussenleiters ist im Bereich der Abzweigung unterbrochen und endet in den beiden Innenleiterteilen
32, 33. Der Innenleiter 34 des abgezweigten Aussenleiterstrangs endet ebenfalls im
Bereich der Abzweigung. Das Ende des einen Innenleiters 32, der wahlweise mit dem
in der gleichen Richtung verlaufenden Innenleiter 33 oder mit dem abgezweigten Innenleiter
34 verbunden werden kann, ist als Gelenkkugel 36 ausgebildet. Zum Verbinden des einen
Innenleiters 32 mit einem der beiden anderen Innenleiter 33, 34 ist ein Verbindungselement
35 vorgesehen mit einem Aussenrohr 37, in dem ein Innenrohr 38 teleskopartig verschiebbar
angeordnet ist. An dem mit der Gelenkkugel 36 und dem Innenrohr 38 zusammenwirkenden
Ende des Aussenrohrs 37 ebenso wie an den Enden der beiden Innenleiter 33, 34 sind
Tulpenkontakte 39, 41, 42, 43 angeordnet. Jeder dieser Tulpenkontakte besteht aus
einer Vielzahl von Kontaktfedern, die gleichmässig voneinander beabstandet am Umfang
des jeweiligen Rohr- bzw. Leiterendes angeordnet sind. Die Tulpenkontakte ermöglichen
die gegenseitige Verschiebung oder Verschwenkung der benachbarten Rohr- bzw. Leiterteile
und gewährleisten eine grosse Kontaktfläche, die gleichmässig über den Leiterumfang
verteilt ist. Damit wird auch eine gleichmässige Verteilung der Strompfade auf dem
Umfang der Leiter bzw. Rohre ermöglicht, weshalb solche Kontakte für HF-Energie nur
einen sehr kleinen Verlustfaktor und eine sehr geringe Reflexion aufweisen.
[0017] Beim Umschalten der in Fig. 2 gezeigten leitfähigen Verbindung zwischen den in der
gleichen Richtung liegenden Innenleitern 32, 33 zu einer leitfähigen Verbindung zwischen
dem Innenleiter 32 und dem verzweigten Innenleiter 34 kann das Verbindungselement
35 nicht einfach um die Gelenkkugel 36 verschwenkt werden. Vor dem Verschwenken muss
das Innenrohr 38 aus dem Tulpenkontakt 42 in das Aussenrohr 37 zurückgezogen werden
und nach dem Verschwenken aus dem Aussenrohr aus- und in den Tulpenkontakt 43 eingefahren
werden. Für diesen Bewegungsablauf ist der in Fig. 3 gezeigte Mechanismus vorgesehen.
Das Aussenrohr 50 des Verbindungselements 51 ist mittels eines Führungsstifts 52 an
der Gelenkkugel 53 angelenkt, weshalb es nur in einer definierten Ebene 55 verschwenkbar
ist, die von der Längsachse 54 der beiden in der gleichen Richtung liegenden Innenleiter
56, 57 und der Verlängerung der Achse 58 des verzweigten Innenleiters 59 bestimmt
wird. Die beiden genannten Achsen schneiden sich im Mittelpunkt der Gelenkkugel 53.
Weiter ist eine Kurbel 61 vorgesehen, deren Drehachse 62 die Winkelhalbierende 60
zwischen den beiden Achsen 54, 58 schneidet und senkrecht auf der von diesen Achsen
bestimmten Ebene 55 steht. Die Länge der Abkröpfung 63 der Kurbel ist in Abhängigkeit
vom Abstand der Drehachse 62 vom Mittelpunkt der Gelenkkugel 53 so gewählt, dass der
Kurbelarm 64 eine kreisförmige Bahn 66 beschreibt, die zwischen den Punkten 67, 68
nahe der Längsachse 54 der beiden gleichgerichteten Innenleiter und zwischen den Punkten
69, 70 nahe der Achse 58 des verzweigten Innenleiters verläuft. Der Kurbelarm greift
durch eine Öffnung 72 in den Innenraum des Aussenrohrs 50 und ist dort mit einer am
Innenrohr 73 befestigten Schubstange 74 bewegungsverbunden. Es versteht sich, dass
die Kurbel aus einem elektrisch nichtleitenden Material, beispielsweise aus HF-Keramik,
besteht.
[0018] Wird die Kurbel 61 aus der in Fig. 3 gezeigten Stellung in der Richtung des Pfeils
76 gedreht, dann zieht der Kurbelarm 64 zwischen den Punkten-68, 6.7 die Schubstange
74 und das daran befestigte Innenrohr 73 aus dem nichtgezeigten Tulpenkontaktdes Innenleiters
57, verschwenkt dann das Verbindungselement zwischen den Punkten 67 und 69 in die
Richtung der Achse 58 und schiebt zwischen den Punkten 69 und 70 das innenrohr in
den nichtgezeigten Tulpenkontakt am verzweigten Innenleiter 59.
[0019] Die Fig. 4 zeigt die perspektivische Ansicht zweier Umschalter 80, 81, deren abgezweigte
Aussenleiter 82 bzw. 83 miteinander verflanscht sind. Zwei solcherart verbundene Umschalter
können in sich kreuzende Koaxialleiter eingesetzt werden, um diese wahlweise miteinander
zu verbinden, wie es beispielsweise in Fig. 1 für die Koaxialleiter 12 und 14 gezeigt
ist. Der Aussenleiter jedes Umschalters weist im Bereich der Verzweigung eine Öffnung
84 auf, die einen einfachen Zugang zu den Innenleitern 86, 87, 88 und zu dem Verbindungselement
89 ermöglicht. In der Abdeckplatte 91 für diese Öffnung ist die zum Umschalten des
Verbindungselements vorgesehene Kurbel gelagert, und auf der Aussenseite der Platte
ist ein Motor 92 für den Antrieb der Kurbel angeordnet. Wie bereits erwähnt wurde,
werden die Antriebsmotoren der zusammenwirkenden Umschalter vorzugsweise synchron
erregt, um eine gleichgerichtete Schaltbewegung der Umschalter zu erreichen.
[0020] Bei einer erprobten Ausführungsform des neuen Umschalters für die Verbindung der
Koaxialleiter eines 250 kW-Kurzwellensenders wurde ein Innenleiter mit einem Durchmesser
von etwa 6 cm verwendet. Die Tulpenkontakte bestanden aus je 70 Beryllinbroncefedern
mit versilberter Kontaktfläche. Das Aussen- und das Innenrohr des Verbindungselements
waren hartvergoldet. Nach 54 000 Umschaltungen konnte praktisch keine Änderung der
elektrischen Leitungseigenschaften des Umschalters festgestellt werden.
[0021] Es versteht sich, dass die beschriebene Ausführungsform des neuen Umschalters an
spezielle Betriebsbedingungen angepasst und entsprechend abgewandelt werden kann.
Beispielsweise ist es möglich, den verschiebbaren Teil des Verbindungselements als
Aussenrohr auszubilden, das einen mit dem Innenrohr und mit dem Innenleiter zusammenwirkenden
Tulpenkontakt aufweist. Bei dieser Ausführungsform kann der Kurbelarm direkt mit dem
verschiebbaren Aussenrohr bewegungsverbunden werden. Wenn das Rohr des Verbindungselements
aus einem geeigneten Material besteht, kann das für den Kontakt vorgesehene Ende des
Rohrs einfacherweise eingeschlitzt, und die zwischen den Schlitzen verbleibenden Zungen
können als Tulpenkontakt verwendet werden. Als Antriebselement kann anstelle des beschriebenen
Motors auch eine pneumatische oder hydraulische Antriebseinrichtung oder einfacherweise
eine Handkurbel verwendet werden.
[0022]

1. Umschalter für Koaxialleiter hoher Leistung, mit einem fest verzweigten Aussenleiter
(30, 31; 82, 83), dessen Innenleiter (32-34; 56, 57, 59; 86-88) im Bereich der Verzweigung
enden, sowie mit einem Verbindungselement (25; 35; 51; 89), dessen eines Ende an einem
(32; 56; 86) der Innenleiter angelenkt und dessen anderes Ende zwischen den Enden
der anderen Innenleiter (33, 34; 57, 59; 87, 88) schwenkbar ist, wobei der elektrische
Kontakt zwischen dem einen Innenleiter (32; 56; 86) und dem angelenkten Ende des Verbindungselements
als ein auf einer Gelenkkugel (36; 53) sitzender Tulpenkontakt (39) ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakte (42, 43) zwischen den anderen Innenleitern
33, 34; 57, 59; 87, 88) und dem schwenkbaren Ende (38; 73) des Verbindungselements
(35) als Tulpenkontakte ausgebildet sind und das Verbindungselement zum Öffnen und
Schliessen dieser Kontakte als ausziehbares Teleskoprohr (37, 38; 50, 73) ausgebildet
ist.
2. Umschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der an dem einen Innenleiter
angelenkte und der teleskopartig ausziehbare Teil (37 bzw. 38) des Verbindungselements
(35) über einen Tulpenkontakt (41) miteinander verbunden sind.
3. Umschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Umschalten des als
Teleskoprohr (50, 73) ausgebildeten Verbindungselements (51) von dem einen auf den
anderen Innenleiter (57, 59) eine Kurbel (61) vorgesehen ist, deren Drehachse (62)
senkrecht auf der von der Verschwenkung des Verbindungselements bestimmten Ebene steht
und diese Ebene auf der Winkelhalbierenden des Schwenkwinkels schneidet und deren
abgekröpfter Kurbelarm (64) mit dem verschiebbaren Teil (73) des Teleskoprohrs bewegungsverbunden
ist, um beim Umschalten den Tulpenkontakt am einen Innenleiter (57) durch Zusammenschieben
des Teleskoprohrs (50, 73) zu trennen, das Teleskoprohr zu verschwenken und durch
Auseinanderziehen des Teleskoprohrs den Tulpenkontakt am anderen Innenleiter (59)
zu schliessen.
1. Change-over switch for high-power coaxial conductors, comprising a permanently
branched outer conductor (30, 31; 82, 83), the inner conductors (32-34; 56, 57, 59;
86-88) of which end in the area of the branching, and comprising a connecting element
(25; 35; 51; 89) one end of which is pivoted at one (32; 56; 86) of the inner conductors
and the other end of which can be rotated between the ends of the other inner conductors
(33, 34; 57, 59; 87, 88), the electric contact between the one inner conductor (32;
56; 86) and the pivoted end of the connecting element being constructed as a bell-shaped
contact (39) which is seated on a hinge ball (36; 53), characterised in that the contacts
(42, 43) between the other inner conductors (33, 34; 57, 59; 87, 88) and the rotatable
end (38; 73) of the connecting element (35) are constructed as bell-shaped contacts
and the connecting element for opening and closing these contacts is constructed as
an extendable telescopic tube (37, 38; 50, 73).
2. Change-over switch according to Claim 1, characterised in that the part (37), which
is pivoted at the one inner conductor, and the part (38), which can be extended like
a telescope, of the connecting element (35) are connected to each other via a bell-shaped
contact (41).
3. Change-over switch according to Claim 1, characterised in that, for switching the
connecting element (51) constructed as telescopic tube (50, 73) over from the one
to the other inner conductor (57, 59), a crank (61) is provided, the axis of rotation
(62) of which is perpendicular to the plane determined by the rotation of the connecting
element and intercepts this plane at the bisector of the angle of.rotation, and the
offset crank arm (64) of which is motionally joined to the displaceable part (73)
of the telescopic tube in order to separate the bell-shaped contact at the one inner
conductor (57) by telescoping the telescopic tube (50, 73) during the switching-over,
to rotate the telescopic tube and to close the bell-shaped contact at the other inner
conductor (59) by extending the telescopic tube.
1. Commutateur pour câble coaxial de grande puissance, comportant un conducteur extérieur
dérivé fixe (30, 31; 82, 83), dont les conducteurs intérieurs (32-34; 56, 57, 59;
86-88) se terminent dans la région de la dérivation, ainsi qu'un élément de connexion
(25; 35; 51; 89) dont une des extrémités est articulée sur l'un (32; 56; 86) des conducteurs
intérieurs et dont l'autre extrémité peut basculer entre les extrémités des autres
conducteurs intérieurs (33, 34; 57; 59; 87, 88), dans lequel le contact élactrique
entre le premier conducteur intérieur (32; 56; 86) et l'extrémité articulée de l'élément
de connexion est assuré par une douille en forme de tulipe (39) s'engageant sur une
rotule (36; 53), caractérisé en ce que les contacts (42, 43) entre les autres conducteurs
intérieurs (33, 34; 57, 59; 87, 88) et l'extrémité basculante (38; 73) de l'élément
de connexion (35) sont des contacts en forme de tulipe et en ce que l'élément de connexion
est constitué par un tube télescopique extensible (37, 38; 50, 73) permettant d'ouvrir
et de fermer ces contacts.
2. Commutateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la partie de l'élément
de connexion articulée sur le premier conducteur intérieur et la partie télescopique
extensible (37 respectivement 38) de cet élément (35) sont reliées l'une à l'autre
par un contact (41) en forme de tulipe.
3. Commutateur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, pour la commutation
de l'élément de connexion (51) constitué d'un tube télescopique (50, 73) de l'un à
l'autre conducteur intérieur (57, 59), il est prévu une manivelle (61) dont l'axe
de rotation (62) est perpendiculaire au plan défini par le basculement de l'élément
de connexion et perce ce plan sur la bissectrice de l'angle de basculement, et dont
le bras coudé (64) est lié, pour le mouvement, à la partie coulissante (73) du tube
télescopique, afin d'assurer, lors de la commutation, l'ouverture du contact en forme
de tulipe du premier conducteur intérieur (57) par retrait du tube télescopique (50,
73), le basculement du tube télescopique et, par extension du tube télescopique, la
fermeture du contact en forme de tulipe sur l'autre conducteur intérieur (59).