DE1092097B - Elektrische Schaltanordnung mit Fluessigkeitskontakten und stangenfoermigen, linear verschiebbaren Schaltelementen - Google Patents

Description

Die üblichen Relaiskontakte aus Metall können in hochfrequenten Stromkreisen nicht ohne Hilfselemente verwendet werden, weil durch die unvermeidlichen Kontaktprellungen zwangläufig Störimpulse auftreten. Es sind zwar Quecksilberkontakte bekannt, bei denen in einem mit trägem Gas gefüllten Gefäß das Quecksilber mit Kontaktdrähten oder mit anderen Quecksilberkontakten in Berührung gebracht wird. Derartige Anordnungen weisen zwar die obengenannten Nachteile nicht auf, bedingen aber einen so großen technisehen Aufwand, daß ihrer Verwendung insbesondere als Kontakte einer eine größere Anzahl von Schaltelementen aufweisenden Schaltmatrix sehr enge Grenzen gezogen sind. Es sind weiterhin auch Schaltanordnungen bekanntgeworden, die aus stangenförmigen in axialer Richtung verschiebbaren, teils leitende, teil nichtleitende Bereiche aufweisenden Schaltelementen und mit diesen stangenförmigen Elementen zusammenarbeitenden Festmetallkontakten bestehen. Derartige Anordnungen sind aber, wie eingangs ausgeführt, für Hochfrequenzstromkreise nicht ohne weiteres geeignet.

Es sind auch schon Schaltanordnungen bekanntgeworden, bei denen ein leitender in einem Kanal verschiebbar angeordneter Festmetallkontakt mit in Klammern angeordneten Quecksilber- oder Quecksilber-Amalgam-Kontakten in Berührung gebracht wird. Aber diese Anordnungen sind in ihrer Verwendbarkeit beschränkt, da mit einer Kontaktstange nicht mehr als zwei Kammern geschaltet werden können. Außerdem sind Luft- oder Gaspolster an den Stellen der Kontaktgabe vorhanden, da die Kontaktstangen bei Betätigung des Schalters z. B. in den Verbindungskanal zwischen den Kammern zurückgezogen werden, während die in der Anmeldung beschriebenen aus Tso-Her- und Kontaktteilen bestehenden Kontaktstangen in jeder Betätigungsstellung durch alle Kammern hindurchragen und die Kontaktflüssigkeit, ohne in Bewegung gesetzt zu werden, unmittelbar den zu- oder abzuschaltenden Kontaktteil der Kontaktstange berührt. Deshalb wird gemäß der Erfindung eine elektrische Schaltanordnung mit einem oder mehreren stangenförmigen, linear verschiebbaren Schaltelementen und mehreren entlang der Verschiebungsrichtung dieser Schaltelemente in getrennten durch Kanäle verbündenen Kammern angeordneten Flüssigkeitskontakten vorgeschlagen, bei der die stangenförmigen Schaltelemente teilweise aus leitenden und teilweise aus nichtleitenden Bereichen bestehen, die je nach ihrer Schaltstellung zwei oder mehrere der aus Edelmetall-Quecksilber-Amalgam bestehenden Flüssigkeitskontakte verbinden oder trennen. Dabei wird die an sich bekannte Verwendung von Edelmetall-Quecksilber-Amalgamen für Flüssigkeitskontakte, die z. B. durch Zusatz von Elektrische Schaltanordnung

mit Flüssigkeitskontakten

und stangenförmigen, linear

verschiebbaren Schaltelementen

Anmelder:

IBM Deutschland
Internationale Büro-Maschinen

Gesellschaft m.b.H.,
Sindelfingen (Württ.), Tübinger Allee 49

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 28. Dezember 1954

Martin John Kelly und Joseph Eugene Wallace,

Endicott, N. Y. (V. St. A.),
sind als Erfinder genannt worden

mehr oder weniger Silber auf den gewünschten Flüssigkeitsgrad eingestellt werden, ausgenutzt.

Gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens werden die senkrechten und waagerechten Netzlinien einer Matrix durch die stangenförmigen Schaltelemente gebildet, die durch ihre Verschiebung an den Kreuzungspunkten leitende Verbindungen herstellen bzw. Unterbrechungen bewirken. Die Verschiebungen können von Hand oder mittels elektromagnetisch betätigter Einrichtungen vorgenommen werden. Um zu vermeiden, daß die leitenden Bereiche der stangenförmigen Schaltelemente von den Edelmetall-Quecksilber-Amalgam-Kontakten angegriffen werden, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, diese leitenden Bereiche aus einem Material herzustellen, das mit Quecksilber kein Amalgam bildet. Das kann beispielsweise durch die Wahl von Wolfram, Molybdän, Platin, Rhodium, Nickel usw. erreicht werden.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Erfindungsgedankens bestehen die Flüssigkeitskontakte aus einem Amalgam, das gewichtsmäßig aus 7,2% Edelmetall (z.B. Silber), 0,1% Palladium und 92,7% Quecksilber zusammengesetzt ist.

009 630/312

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen, die spezielle Anwendungsbeispiele betreffen, erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Schaltelement mit zwei Quecksilber-Amalgam-Kammern,

Fig. 2 einen Matrixschalter, dessen Stromkreise in Fig. 3 dargestellt und deren Verbindungen in der Tabelle nach Fig. 4 angegeben sind;

Fig. 5 zeigt ein Relais mit Amalgamkontakten;

Fig. 6 ist eine Draufsicht auf dieses Relais, teilweise im Schnitt;

Fig. 7 eine Seitenansicht des Relais, die die Verbindung zu den Amalgamkontakten erkennen läßt.

In einem Block 11 aus Isoliermaterial befinden sich zwei Vertiefungen 12 und 13 (Fig. 1). Ein drittes Loch 14 von geringerem Durchmesser verläuft von der rechten Seite des Blockes quer durch die beiden anderen. In diesem kann sich ein Schaltglied 15 aus Isolierstoff bewegen. Ein bestimmter Teil 16 dieses Gliedes 15 ist mit leitendem Material bedeckt, das von Amalgam zwar benetzt werden kann, sich jedoch nicht mit diesem verbindet. In die Löcher 12 und 13 wird Quecksilber-Amalgam 17 eingebracht, und die beiden Leiter 18 und 19 mit den gleichen Eigenschaften wie der leitende Teil 16 des Schaltgliedes 15 tauchen in das Amalgam ein. An die Leiter 18 und 19 kann irgendein Stromkreis angeschlossen werden, der schematisch durch die Batterie 20 und den Stromverbraucher 21 dargestellt ist. In der gezeichneten Lage des Schaltgliedes 15 ist der Stromkreis für den Verbraucher 21 unterbrochen. Der Strom fließt jedoch, sobald 15 so weit in dem Loch 14 vorgeschoben wird, daß die leitende Schicht 16 mit dem Amalgam 17 in dem Loch 12 Verbindung erhält.

Physikalisch stabile Amalgame bilden sich in erster Linie mit Edelmetallen, wie Gold, Silber und Palladium. Für gute elektrische Kontakte eignen sich am besten folgende Gewichtsprozentsätze von mit einem 80er-Sieb gewonnenen Goldpulver: 5,5%, 9,3 °/o, 11,5%, 13,3%, 17,3%. Bei Quecksilber-Palladium-Amalgam sind die besten Gewichtsprozente des ebenfalls mit einem 80er-Sieb gewonnenen Palladiumpulvers: 2,55%, 3,7%, 4,56% und 6,85%. Bei ausgefällten Silberblumen sind die Prozentsätze 5,5%, 7,20%, 9,7% und 14,33%, bei mittels 40er-Sieb gewonnenem Silberpulver 7,2%. Die Prozentsätze mit Silber-Palladium ausgefällter Silberblumen und 80er-Sieb-Palladiumpulver sind 7,2% Silber und 0,1% Palladium und 14,33% Silber und 0,1% Palladium.

Obschon sich alle obenerwähnten Amalgame für den beschriebenen Zweck gut eignen, erweisen sich Palladium-Amalgame als die stabilsten. Sie zeigen praktisch keine bemerkenswerten Veränderungen, wenn sie längere Zeit benutzt werden. Diese Eigenschaften werden sogar noch beobachtet, wenn die Palladiumprozentsätze bis auf 0,1% reduziert werden. Palladiumzusatz verhindert im übrigen auch die Kristallisation. Wenn Palladium mit Gold oder Silber kombiniert wird, entsteht ein besonders geeignetes Amalgam bei 7,2% Silber, 0,1% Palladium und 92,7% Quecksilber. Bei der Herstellung werden zunächst getrennte Silber-Quecksilber- und Palladium-Quecksilber-Amalgame hergestellt und diese beiden dann erst vereinigt.

Für die Herstellung eines beweglichen Kontaktes entsprechend Fig. 1 müssen gewisse Vorschriften beachtet werden: Die verwendeten Stoffe dürfen keine Verunreinigungen enthalten, die sich mit Quecksilber verbinden. Sie müssen vom Quecksilber zwar benetzt werden können, dürfen jedoch nicht damit amalgamieren. Die Elektroden 18, 19 und der leitende Belag 16 auf dem Schaltglied 15 müssen gut leiten, und es darf sich keine Oxydhaut an ihrer Oberfläche bilden, wenn sie mit dem Quecksilber in normaler Atmosphäre in Berührung kommen. Schließlich müssen sie aus Material mit hohem Schmelzpunkt hergestellt sein.

Wolfram, Molybdän, Platin, Rhodium und Nickel dürften die genannten Bedingungen erfüllen. Ein mit Rhodium plattierter Nickelkontakt ist besonders zweckmäßig. Unter Verwendung der oben aufgeführten Stoffe gebaute Relais blieben bis zu etwa 340 Millionen Schaltvorgängen arbeitsfähig, ohne daß dabei großer Energieverbrauch erforderlich war und ohne daß beim Schließen oder öffnen der Kontakte sich Sprünge in der Charakteristik zeigten.

Amalgamkontakte lassen sich auch bei anderen Schaltelementen vielseitig verwenden. Durch Kombination mehrerer mit Amalgam gefüllter Löcher 12, 13 und 32 (Fig. 2) und ihre Verbindung miteinander läßt sich ein Matrixschalter beliebiger Größe aufbauen. In der Fig. 3 ist ein solcher Schalter von sechzehn Kombinationen dargestellt. Die Fig. 6 und 7 zeigen zwei verschiedene Schnitte eines Relais gemäß Fig. 5.

Das neue Relais sieht die Schaltmöglichkeit für vier Sätze von Kontakten vor. Die Erregerspule 22 betätigt den Anker 23. Dieser ist federnd an dem Relaisrahmen 24 mittels der Schraube 25 befestigt. Das obere Ende des Ankers 23 trägt einen Halter 27 mit vier Betätigungsgliedern 15. Wie in Fig. 1 erklärt, bewegen sich diese Betätigungsglieder in Öffnungen, die im oberen Teil des Relaisrahmens 24 vorgesehen sind, der ferner 12 runde Amalgambehälter 28, 29 und 30 aufweist.

Bei Erregung der Relaisspule 22 über die Anschlüsse 22 A bewegt sich der Anker 23 nach links und drückt die Glieder 15 mit ihrem leitenden Kontaktteil in die Öffnungen hinein, so daß die Kontaktstücke 16 die Löcher 30 verlassen und nunmehr mit dem Amalgam der Löcher 28 Verbindung erhalten. Damit werden die vier bei 29A angeschlossenen Stromkreise von den Anschlüssen 30^4 auf 28 A umgeschaltet.

In ähnlicher Weise lassen sich noch viele andere Schaltmöglichkeiten durchführen.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Elektrische Schaltanordnung mit einem oder mehreren stangenförmigen, linear verschiebbaren Schaltelementen und mehreren entlang der Verschiebungsrichtung dieser Schaltelemente in getrennten, durch Kanäle verbundenen Kammern angeordneten Flüssigkeitskontakten, dadurch gekennzeichnet, daß die stangenförmigen Schaltelemente teilweise aus leitenden und teilweise aus nichtleitenden Bereichen bestehen, die je nach ihrer Schaltstellung zwei oder mehrere der aus Edelmetall-Quecksilber-Amalgam bestehenden Flüssigkeitskontakte verbinden oder trennen.

2. Elektrische Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die senkrechten und waagerechten Netzlinien einer Matrix durch die stangenförmigen Schaltelemente (15,16) gebildet werden, durch deren Verschiebung an Kreuzungspunkten leitende Verbindungen bzw. Unterbrechungen hergestellt werden.

3. Elektrische Schaltanordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die stangenförmigen Schaltelemente mittels elektromagnetisch betätigbarer Mittel verschoben werden.

4. Elektrische Schaltanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die

leitenden Bereiche der stangenförmigen Schaltelemente aus einem Material bestehen, das mit Quecksilber kein Amalgam bildet und z. B. aus Wolfram, Molybdän, Platin, Rhodium, Nickel besteht.

5. Elektrische Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitskontakte aus einem Amalgam bestehen, das gewichtsmäßig aus 7,2% Edelmetall,

z.B. Silber, 0,1% Palladium und 92,7°/o Quecksilber zusammengesetzt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 392 096, 493 350, 355, 698 921, 701 424; schweizerische Patentschrift Nr. 206 374; USA.-Patentschrift Nr. 2 258 427.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen