CH653803A5 - Fluessigmetall-tastenschalter. - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Flüssigmetall-Ta-stenschalter gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Solche Tastenschalter können bei Geräten dank ihres konstanten niederohmigen Ütiergangswiderstandes angewendet werden, so z.B. bei Rechen- und Schreibmaschinen sowie bei Nachrichtenmitteln mit einem Tastennummernschalter eingesetzt werden und sowohl bei normalen als auch bei niedrigen Temperaturen arbeiten.

Es ist ein Flüssigmetall-Tastenschalter bekannt, der ein hermetisch abgedichtetes zylindrisches Kunststoffgehäuse aufweist, durch dessen Sockel stromleitende Kontakte hindurchgeführt sind und in dessen Gehäuse ein Dauermagnet hin- und hergehend verschiebbar angeordnet ist und mit einem anderen an einer mit einer hin- und her verschiebbar angeordneten Taste befestigten Dauermagnet zusammenwirkt, wobei dieser das Gehäuse umschliesst und mit einem weiteren am Gehäuse angeordneten Dauermagnet zusammenwirkt. Im Augenblick des Tastendrucks wirkt der im Gehäuse untergebrachte Dauermagnet auf ein die stromleitenden Kontakte schliessendes Element (s. beispielsweise die Zeitschrift «Elektronika» Nr. 24, 1974, S. 17, 18) ein.

Beim genannten Schalter ist das die stromleitenden Kontakte schliessende Element in Form einer Quecksilberperle ausgebildet, die bei Tastendruck plattgedrückt wird, wodurch der Hohlraum des Gehäuses zwischen den Kontakten gefüllt wird so dass diese galvanisch verbunden werden.

Die Quecksilberperle ist der Wirkung der Schwerkraft ausgesetzt, und deshalb muss der bekannte Schalter in streng vertikaler Stellung installiert werden. Die Haltekraft für die Taste übertrifft im Ausgangszustand die Kraft der Einwirkung des im Gehäuse untergebrachten Dauermagnets auf die durch ihn verformte Quecksilberperle in wesentlichem Masse, was zu einer Ansprechunsicherheit führt. Darüber hinaus ist der Schalter kompliziert im Zusammenbau, weil sämtliche Magnete von unterschiedlicher Gestalt sind.

Es ist auch ein Flüssigmetall-Tastenschalter bekannt, der ein hermetisch abgedichtetes zylindrisches Gehäuse aufweist, durch dessen Sockel stromleitende Kontakte hindurchgeführt sind und auf dessen Sockel ein das Gehäuse umschliessender Dauermagnetring angeordnet ist, der mit einem seiner Pole mit dem gleichnamigen Pol eines zweiten, an einer hin- und her verschiebbaren Taste befestigten Dauermagnetringes zusammenwirkt, der das Gehäuse umschliesst und durch seine Pole mit den ihnen entsprechenden ungleichnamigen Polen eines dritten Dauermagnetringes zusammenwirkt, der innerhalb des Gehäuses hin- und her verschiebbar ist und bei seiner Verschiebung im Augenblick des Tastendrucks auf ein die stromleitenden Kontakte schliessendes Element (siehe z.B. den SU-Urheberschein 662992, Internat. Kl. H01H36/00, H01H29/00) einwirkt.

Beim genannten Schalter ist das die stromleitenden Kontakte schliessende Element ebenso wie im vorstehend beschriebenen Schalter eine Quecksilberperle, die bei Tastendruck plattgedrückt wird, wodurch der Innenraum des Gehäuses zwischen den Kontakten gefüllt und diese galvanisch verbunden werden. Da die Quecksilberperle in diesem Schalter gleichfalls der Schwerkraft ausgesetzt ist, kann der Schalter nur in vertikaler Lage betrieben werden.

Aufgrund dessen, dass der eine der Magnete auf dem Sockel angeordnet ist und einen Druckmesser aufweist, der den Durchmesser der beiden anderen Magnete zum Teil überlappt, steigt die Kraft der Einwirkung auf die Perle bei einer Annäherung des im Gehäuse untergebrachten Magneten an den auf dem Sockel angeordneten Magnet an, was eine Steigerung der Ansprechsicherheit bewirkt.

Sowohl bei diesem wie auch beim vorstehend beschriebenen Schalter sind die stromleitenden Kontakte aus einem durch Quecksilber nicht benetzbaren Metall hergestellt, wodurch sich kein geringer Übergangswiderstand erzielen lässt, der bei einer hohen Schalthäufigkeit des Schalters stabil bliebe.

Beim genannten Schalter ist das Gehäuse aus Kunststoff hergestellt, dient als Führung für die Taste und hat eine wesentlich geringere Höhe gegenüber seinem Durchmesser. Infolgedessen wird die Taste bei einem aussermittigen Tastendruck zusammen mit dem an dieser angeordneten Dauermagnet schiefgestellt, was eine Verklemmung des im Gehäuse untergebrachten Magnets, d.h. eine Ansprechungsicherheit des Schalters, verursacht.

Da alle Magnete des bekannten Schalters Ringmagnete mit verschiedenen Abmessungen sind, ist die Konstruktion dieses Schalters nicht fertigungsgerecht für den Zusammenbau.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Flüssig-metall-Tastenschalter zu schaffen, bei dem das die stromleitenden Kontakte schliessende Element in der Weise ausgeführt ist, dass es möglich wird, den Schalter in einer beliebigen räumlichen Lage zu betreiben, wobei ein geringer Übergangswider5

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stand auch bei einer hohen Schalthäufigkeit gewährleistet und dessen Ansprechsicherheit erhöht ist.

Dies wird bei dem vorgeschlagenen Tastenschalter dadurch erreicht, dass dieser die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 definierten Merkmale aufweist.

Es ist zweckmässig, dass die stromleitenden Kontakte U-förmig sind und mit ihren Traversen die im Inneren des Gehäuses befindlichen Stirnflächen der Kontakte mit der auf sie aufgebrachten Legierungsschicht der zwei Metalle und dem Flüssigmetallfilm bilden, sowie kreisbogenförmig und konzentrisch zur Aussenwand des zylindrischen Gehäuses geformt sind.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform ist im Patentanspruch 3 definiert.

Diese konstruktive Lösung des Flüssigmetall-Tastenschalters gestattet es, diesen in einer beliebigen räumlichen Lage unter Beibehaltung eines bei einer grossen Schalthäufigkeit des Schalters stabilen geringen Übergangswiderstandes zu betreiben, und sorgt für sicheres Ansprechen des Schalters. Ausserdem ist der Schalter einfach im Zusammenbau.

Die Erfindung soll nachstehend anhand deren konkreter Ausführungsbeispiele und beiliegender Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt:

Fig. 1 einen Flüssigmetall-Tastenschalter im Längsschnitt,

Fig. 2 den Ausschnitt A der Fig. 1 in vergrössertem Massstab,

Fig. 3 eine andere Ausführungsform des Flüssigmetall-Ta-stenschalters im Längsschnitt,

Fig. 4 einen stromleitenden Kontakt des Schalters nach Fig. 3 in Frontansicht,

Fig. 5 den Ausschnitt B der Fig. 3 in vergrössertem Massstab und

Fig. 6 einen Schnitt entlang der Linie VI-VI der Fig. 3.

Der dargestellte Flüssigmetall-Tastenschalter weist ein hermetisch abgedichtetes zylindrisches Gehäuse 1 (Fig. 1) auf, durch dessen Sockel 2 in Form von Stiften ausgeführte stromleitenden Kontakte 3 hindurchgeführt sind.

Auf dem Sockel 2 des Gehäuses 1 ist ein das Gehäuse 1 umschliessender Dauermagnetring 4 angeordnet, dessen einer seiner Pole, nämlich N, mit dem gleichnamigen Pol N eines zweiten Dauermagnetringes 5 zusammenwirkt. Der letztere ist an einer Taste 6 befestigt, umgibt das Gehäuse 1 und wirkt durch seine Pole N,S mit den ihnen entsprechenden ungleichnamigen Polen S,N eines dritten Dauermagnetringes 7 zusammen. Die Taste 6 ist hin- und her verschiebbar angeordnet. Der Magnetring 7 ist innerhalb des Gehäuses 1 hin- und her verschiebbar untergebracht und wirkt bei seiner Verschiebung im Augenblick des Drückens der Taste 6 in Pfeilrichtung C auf ein die stromleitenden Kontakte 3 schliessendes Element 8 ein.

Auf die Gesamtfläche des Dauermagnetringes 7 (Fig. 2) und auf die innerhalb des Gehäuses I befindlichen Stirnflächen der stromleitenden Kontakte 3 sind jeweils Legierungsschichten 9 und 10 zweier Metalle aufgetragen, deren eines in Quecksilber lösbar ist. Über die gesamte Ausdehnung dieser Schichten 9 und 10 sind auf diese Flüssigmetallfilme 11 und 12 aufgebracht. Als Legierungsschicht der zwei Metalle gelangt in der geschilderten Ausführungsform eine Silber-Antimon-Legierung und als Flüssigmetallfilme Quecksilberamalgam zum Einsatz.

Der Flüssigmetallfilm 11, der auf der Legierungsschicht 9 der zwei Metalle aufliegt, die sich ihrerseits über die gesamte

Oberfläche des Magnets 7 erstreckt, wird beim Drücken der Taste 6 die Flüssigmetallfilme 12 kontaktieren, die auf die Legierungsschichten 10 aufgetragen sind, die ihrerseits auf den in den Innenraum des Gehäuses 1 sich erstreckenden Stirnflächen s der stromleitenden Kontakte 3 aufgebracht sind, und bildet mit ihnen zusammen das die stromleitenden Kontakte 3 galvanisch verbindende Element 8.

Innerhalb des Gehäuses 1 (Fig. 1) ist auf dem Sockel 2 koaxial zur Aussenwand 13 des Gehäuses 1 eine Hülse 14 angeord-lo net, die als Innenwand 15 des Gehäuses 1 und gleichzeitig als Führung für den Dauermagnetring 7 mit der darauf aufgebrachten Legierungsschicht 9 (Fig. 2) und mit dem Flüssigmetallfilm 11 dient. Innerhalb der Hülse 14 (Fig. 1) ist eine mit der Taste 6 starr verbundene Stange 16 angeordnet, deren Länge ls den Innendurchmesser der Hülse 14 um ein Vielfaches (um das ca. Zweifache) übersteigt.

Die Magnete 4, 5, 7 bestehen aus Ferrit, können aber auch aus Metall besehen. Die Aussenwand 13 des Gehäuses 1 ist und einem durch Quecksilber nicht benetzbaren unmagnetischen 20 Metall, hier aus Titan, hergestellt.

Der Schalter nach Fig. 3 ist analog zum Schalter nach Fig. 1 ausgeführt.

Der Unterschied besteht darin, dass die stromleitenden Kontakte 17 (Fig. 3) U-förmig, wie aus Fig. 4 ersichtlich, sind. Die 25 Traversen 18 der stromleitenden Kontakte 17 bilden dabei die im Inneren des Gehäuses 1 befindlichen Stirnflächen der Kontakte 17 mit der auf sie aufgebrachten Legierungsschicht 10 (Fig. 5) zweier Metalle und dem Flüssigmetallfilm 12 und sind kreisbogenförmig geformt sowie konzentrisch zur Aussenwand 30 13 des Gehäuses 1 angeordnet, wie aus Fig. 6 zu ersehen ist.

Die Arbeitsweise des erfindungsgemässen Flüssigmetall-Tastenschalters ist wie folgt:

Bei Drücken der Taste 6 (Fig. 1) in Pfeilrichtung C verschiebt sich der Magnet 5 in Richtung zum Magnet 4 hin und 35 nimmt unter der Kraftwirkung der magnetischen Kopplung den Magnet 7 mit, der, indem er sich an der Wand 15 bewegt,

durch seinen Flüssigmetallfilm 11 (Fig. 2) die Flüssigmetallfilme 12 auf den stromleitenden Kontakten 3 berührt, wodurch diese geschlossen werden.

40 Beim Durchdrücken der Taste 6 (Fig. 1) verschiebt sich die Stange 16 innerhalb der Hülse 14, wodurch eine Schiefstellung der Taste 6 und des Magnets 5 und damit eine Verkeilung des Magnets 7 vermieden werden.

Der Schalter nach Fig. 3 arbeitet analog zum Schalter nach 45 Fig. 1.

Der Unterschied besteht darin, dass die Traversen 18 (Fig. 4) der stromleitenden Kontakte 17 die Berührungsfläche zwischen ihrem Flüssigmetallfilm 12 und dem Flüssigmetallfilm 11 des Magneten 7 vergrössert, wodurch eine grosse Schalthäufig-50 keit bei gering bleibendem Übergangswiderstand gewährleistet wird.

Der erfindungsgemässe Flüssigmetall-Tastenschalter gestattet es, einen Strom von 10"12 bis 0,05 A und eine Spannung von 10"6 bis 100 V zu schalten, wobei der Übergangswiderstand le-55 diglich 0,003 bis 0,005 Ohm beträgt, und wobei sogar nach etwa 2 Mio. Schaltungen nur um ca. 0,001 Ohm zunimmt. Die Hublänge der Taste des Schalters beträgt 2,5 mm und der Bereich von Arbeitstemperaturen, bei denen der Schalter betrieben werden kann, liegt zwischen —35 und +70°C.

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1 Blatt Zeichnungen

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1. Flüssigmetall-Tastenschalter, mit einem hermetisch abgedichteten Gehäuse (1), durch dessen Sockel (2) stromleitende Kontakte (3; 17) hindurchgeführt sind und auf dessen Sockel (2) ein das Gehäuse (1) umschliessender Dauermagnetring (4) angeordnet ist, der mit einem seiner Pole (N) mit dem gleichnamigen Pol (N) eines zweiten an einer hin- und her verschiebbaren Taste (6) befestigten Dauermagnetringes (5) zusammenwirkt, der das Gehäuse (1) umschliesst und mit seinen Polen (N, S) mit den entsprechenden ungleichnamigen Polen (S, N) eines dritten Dauermagnetringes (7) zusammenwirkt, der innerhalb des Gehäuses (1) hin- und her verschiebbar angeordnet ist und bei seiner Verschiebung beim Drücken der Taste (6) auf ein die stromleitenden Kontakte (3; 17) schliessendes Element (8) einwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Gesamtfläche des innerhalb des Gehäuses (1) angeordneten Dauermagnetringes (7) und auf im Inneren des Gehäuses (1) befindlichen Stirnflächen (-; 18) der stromleitenden Kontakte (3; 17) aufgebrachte Legierungsschichten (9, 10) zweier Metalle vorgesehen sind, von denen eines in Quecksilber löslich ist und dass auf diesen Schichten (9, 10) über deren gesamte Ausdehnung Flüssigmetallfilme (11, 12) aufgebracht sind, wobei der Flüssigmetallfilm (11), der auf die Legierungsschicht (9) des dritten Dauermagnetringes (7) aufgetragen ist, beim Drücken der Taste (6) mit den Flüssigmetallfilmen (12) kontaktiert wird, die auf den Legierungsschichten (10), die der im Inneren der Gehäuse (1) befindlichen Stirnflächen (-; 18) der stromleitenden Kontakte (3; 17) aufgetragen sind, und mit ihnen zusammen das die stromleitenden Kontakte (3; 17) schliessende Element (8) bildet.

2. Schalter nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die stromleitenden Kontakte (17) U-förmig sind, wobei deren Traversen (18) die im Inneren des Gehäuses (1) befindlichen Stirnflächen der Kontakte (17) mit der auf sie aufgebrachten Legierungsschicht (10) der zwei Metalle und dem Flüssigmetallfilm (12) bilden und kreisbogenförmig geformt und konzentrisch zur Aussenwand (13) des zylindrischen Gehäuses (1) angeordnet sind (Fig. 3 - 6).

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PATENTANSPRÜCHE

3. Schalter nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine innerhalb des Gehäuses (1) auf dessen Sockel (2) befestigte und koaxial zu dessen aus einem durch Quecksilber nicht benetzbaren unmagnetischen Metall bestehenden Aussenwand (13) angeordnete Hülse (14) vorgesehen ist, die die Innenwand (15) des zylindrischen Gehäuses (1) bildet und gleichzeitig als Führung für den im Gehäuse (1) untergebrachten Dauermagnetring (7) mit der darauf aufgebrachten Legierungsschicht (9) der zwei Metalle und dem Flüssigmetallfilm (11) dient, wobei eine die Hülse (14) verschiebbar durchsetzende und mit der Taste (6) starr verbundene Stange (16) vorgesehen ist.