DE2116935B2

DE2116935B2 - Elektrische druckabhängige Schalteinrichtung sowie Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE2116935B2
Application number: DE2116935A
Authority: DE
Inventors: Gideon A. Mt. Clemens Mich. Durocher (V.St.A.)
Original assignee: Essex International Inc
Current assignee: Essex International Inc
Priority date: 1970-05-04
Filing date: 1971-04-07
Publication date: 1974-10-31
Also published as: BE765960A; DE2116935C3; DE2116935A1; ZA711510B; BR7102517D0; IE35112L; IE35112B1; FR2089708A5; US3648002A; GB1287235A

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische druckabhängige Schalteinrichtung mit wenigstens einem Puffer aus elektrisch nichtleitendem, federndem, zusammendrückbarem Material, in dem eine Vielzahl von einzelnen elektrisch leitenden Teilchen derart verteilt ist, daß diese bei Druckbeanspruchung des Puffers miteinander in

Berührung kommen und eine stromleitende Bahn durch den Puffer herstellen. Ferner befaßt sich die Erfindung mit einem Verfahren zur Herstellung dieser Schalteinrichtung.

Es ist bereits eine elektrische Schalteinrichtung der genannten Art bekannt, die im wesentlichen aus dem erwähnten Puffer besteht, der an zwei sich gegenüberliegenden Seiten Anschlußklemmen od. dgl. für elektrische Leitungen aufweist Wenn dieser Puffer zusammengedrückt wird, dann wird auf Grund der Berührung der elektrisch leitenden Teilchen in dem Puffer eine stromieitende Bahn und somit eine Verbindung zwischen den beiden Anschlußklemmen und ihren zugehörigen elektrischen Leitungen hergestellt Bei dieser Ausführungsart handelt es sich im Grunde genommen nicht um einen Schalter im Sinne der Erfindung, sondern mehr um einen regelbaren elektrischen Widerstand, der entsprechend dem jeweils auf den Puffer ausgeübten Druck einen mehr oder weniger großen Widerstand aufweist Elektrische Schalter bzw. Schalteinrichtungen sind dagegen im allgemeinen nicht in der Form eines variablen Widerstandes ausgeführt Bei diesen bekannten Ausführungen hat es sich als nachteilig herausgestellt daß die Anschlußklemmen der elektrischen Leitungen fest an dem Puffer befestigt bzw. fest in den Puffer eingebettet werden müssen und daß außerdem eine sehr starke Verschmutzungsgefahr des Puffers selbst durch eindringende Fremdstoffe und/oder Feuchtigkeit besten t, wodurch eine dauerhafte Funktion einer solchen Einrichtung beeinti*ächtigt wird.

Der Erfindung liegt daher im wesentlichen die Aufgabe zugrunde, eine Schalteinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der der erwähnte zusammendrückbare Puffer isoliert und gegenüber sonstigen äußeren Einflüssen geschützt gehaltert ist

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß der Puffer in einem Durchbruch eines aus elektrisch nichtleitendem, federndem, zusammendrückbarem Material bestehenden Körpers fest eingesetzt ist Eine solche Schalteinrichtung wird erfindungsgemäß dadurch hergestellt, daß ein nichtleitendes Material zu einem formstabilen, federnden Körper preßgeformt wird, in welchem wenigstens ein Durchbruch vorgesehen wird, in den ein preßgeformter, formstabiler, federnder zusammengesetzter Puffer fest eingesetzt wird, der von einem nicht eitenden Material gebildet wird, in dem eine Vielzahl von einzelnen, elektrisch leitenden Teilchen überall verteilt ist

Durch die erfindungsgemäße Ausführungsform wird so der erwähnte Puffer in dem Körper aus elektrisch nichtleitendem Material praktisch vollkommen isoliert gehaltert, mit Ausnahme an den beiden entgegengesetzten Seiten des Körpers. Auf diese Weise wird jede Möglichkeit verhindert, daß elektrischer Strom durch den Körper selbst hindurchfließt, außer an der Stelle, an der sich der zusammengesetzte Puffer befindet

Es besteht hierbei ferner in vorteilhafter Weise die Möglichkeit, in einem einzelnen federnden, isolierenden Körper mehrere solcher zusammengesetzter Puffer anzuordnen, die dann in mit Abstand voneinander angeordneten Durchbrüchen fest eingesetzt werden, wobei das isolierende Material des Körpers zwischen zwei benachbarten Puffern verhindert, daß Strom von einem der abgeteilten Puffer zu irgendeinem anderen Puffer übertragen wird.

Durch seine erfindungsgemilße Anordnung ist ein solcher Puffer ferner sicher gegenüber Feuchtigkeit und anderen Fremdstoffen geschützt untergebracht

Bei der erfindungsgemäßen Schalteinrichtung ergibt sich ein weiterer Vorteil bei der Halterung der Anschlußklemmen, die an gegenüberliegenden Seiten des Puffers angelegt sind. Diese Anschlußklemmen brauchen nicht fest mit dem Puffer verbunden zu werden, sondern können lose an den entsprechenden Seiten des Puffers gehalten werden: auf Gmnd des ebenfalls federnd und zusammendrückbar ausgeführten Isolierkörpers brauchen die sich gegenüberliegenden Anschlußklemmen innerhalb relativ großer Toleranzen auch nicht ganz genau zueinander ausgerichtet zu sein, ohne daß dadurch die einwandfreie Funktion der Schalteinrichtung beeinträchtigt werden würde.

Wenn mehrere solcher Puffer in einem einzigen Isolierkörper mit Abstand voneinander untergebracht sind, so lassen sich in sehr vorteilhafter Weise mehrere unterschiedliche Schaltfunktionen zusammenfassen.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausführung ist in den äußerst vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten zu sehen: Ein Unterbrechen und Wiederherstellen des elektrischen Stromflusses kann mit dieser Schalteinrichtung sowohl zwischen starren als auch flexiblen gedruckten Schaltungen, zwischen Drähten und leitenden Elementen von gedruckten Schaltungen sowie zwischen herkon™ :icr τ Anschlußklemmen, wie sie beispielsweise bei Koppeleinrichtungen zu finden sind, erreicht werden; die erfindungsgemäße Schalteinrichtung ist jedoch in gleicher Weise für die Verwendung als Stromkreisunterbrecher und als Thermostat ausgebildet.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand einiger in der Zeichnung veranschaulichter Ausführungsbeispiele erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine isometrische Ansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schalteinrichtung,

F i g. 2 eine teilweise herausgebrochene, isometrische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispieles der Erfindung,

F i g. 3 eine teilweise geschnittene Aufsicht auf eine Koppeleinrichtung, in der jede der beiden in den F i g. 1 und 2 gezeigten Einrichtungen verwendet werden kann,

F i g. 4 eine Schnittansicht entlang der Linie 4-4 in F i g. 3,

F i g. 5 eine Seitenansicht der Koppeleinrichtung,

F i g. 6,8,12 und 14 verschiedene weitere erfindungsgemäße Auslührungsbeispiele einer Schalteinrichtung

F i g. 7 eine Schnittansicht entlang de- Linie 7-7 in Fig. 6,

F i g. 9 eine Schnittansicht einer typischen Schalteinrichtung, die als Zwischenschicht zwischen einer gedruckten Schaltung und Drahtanschlußklemmen verwendet ist

F i g. 10 eine Schnittansicht entlang der Linie 10-10 in Fig. 9,

Fig. 11 eine ähnliche Ansicht wie in Fig.9, wobei die erfindungsgemlße Schalteinrichtung jedoch in Sandwichform zwischen zwei gedruckten Schaltungen angeordnet ist,

Fig. 13 eine ähnliche Ansicht wie in Fig.9, wobei jedoch die Einrichtungen der F i g. 12 im Zusammenhang mit einer doppeldeckigen gedruckten Schaltung verwendet ist,

F i g. 15 eine Schnittansicht entlang der Linie 15-15 in F i g. 14.

Eine erfindungsgemaß konstruierte elektrische

Schalteinrichtung enthält im wesentlichen einen einheitlichen Puffer, welcher aus einem synthetischen halborganischen, federnden, nichtleitenden Material, wie z.B. Silikon-Kautschuk, gebildet ist. Ein Teil des Puffers besteht aus dem nichtleitenden Material, während der andere Teil aus einer Vielzahl von einzelnen, elektrisch leitenden Teilchen besteht, die überall im nichtleitenden Material verteilt sind.

Ein solcher Puffer kann in zwei Grundausführungen hergestellt sein.

Bei der ersten Grundausführung ist der Puffer unter solchem Druck geformt, daß in seinem normalen, ungespannten Zustand die elektrisch leitenden Teilchen praktisch keine Berührung miteinander aufweisen, sie also auch keine elektrisch leitende Bahn durch diesen Puffer hindurch bilden, so daß der Puffer elektrisch nichtleitend ist Wenn auf diesen Puffer jedoch eine äußere Druckkraft von ausreichender Größe ausgeübt wird, so werden die Teilchen gezwungen, sich relativ aufeinander zu zu bewegen, so daß zumindest eine elektrisch leitende Bahn durch den Puffer hindurch gebildet wird und somit der Puffer elektrisch leitend ist. Bei nachlassender Druckkraft wird durch das Eigenfedervermögen des Puffers der ungespannte Zustand wieder hergestellt, wodurch die leitenden Teilchen wieder außer Eingriff gebracht werden. Dieser Wechsel kann verhältnismäßig rasch erfolgen.

Bei der zweiten Grundausführung wird der Puffer unter solchem Druck geformt, daß die leitenden Teilchen im normalen, unbeanspruchten Zustand miteinander in Berührung sind, so daß dieser Puffer also ohne Anwendung einer weiteren äußeren Druckkraft elektrisch leitend ist Das nichtleitende Material des Puffers weist dabei einen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, der wesentlich größer als der der elektrisch leitenden Teilchen ist, so daß, wenn die Temperatur des Puffers beispielsweise durch einen Stromfluß oder durch ein Ansteigen der Umgebungstemperatur ansteigt sich das nichtleitende Material mit einer größeren Geschwindigkeit ausdehnt als die leitenden Teilchen. Auf diese Weise werden dann die leitenden Teilchen auseinanderbewegt und der Puffer nichtleitend gemacht Nach dem Abkühlen des Puffers kann sich dann das durch die Wärme ausgedehnte Material wieder zusammenziehen, so daß auf Grund der inneren Natur des Puffers die leitenden Teilchen wieder miteinander in Berührung kommen.

Ein solcher Puffer läßt sich ohne Schwierigkeiten den gewünschten Anforderungen und Schaltbedingungen anpassen. Ebenso kann die auf den Puffer einwirkende Druckkraft entsprechend angepaßt werden. Die Anzahl der im Puffer vorzusehenden leitenden Teilchen kann ebenfalls verändert werden, wobei es lediglich erforderlich ist, daß zumindest eine Bahn aus leitenden Teilchen von einer Seite des Puffers zur entgegengesetzten Seite errichtet wird, um den Puffer leitend zu machen.

Wie sich aus dem zuvor Gesagten ergibt kann ein solcher Puffer und somit die erfindungsgemäße Schalteinrichtung ohne Schwierigkeiten den unterschiedlichsten Erfordernissen angepaßt werden, wobei im allgemeinen die auf den Puffer auszuübende Druckkraft zum Leitendmachen des Puffers direkt proportional zur Dicke des Körpers sein wird; diese Druckempfindlichkeit des Puffers kann weiterhin durch die Anzahl — wie oben erwähnt — und Größe der leitenden Teilchen beeinflußt werden. Ferner spielt in diesem Zusammenhang auch die Dichte des Puffers eine Rolle; ein Puffer aus verhältnismäßig dichtem Material benötigt eine entsprechend größere äußere Druckkraft als ein Puffet aus weniger dichtem Material, beispielsweise aus schaumartigem Material. Bei Puffern aus schaumarti gern Material ist jedoch zu berücksichtigen, daß eine größere Zusammendrückbewegung erforderlich ist, als bei einem Puffer aus dichterem Material.

Das Material, aus dem der Puffer hergestellt wird, sollte verschiedene Forderungen erfüllen: Gute Feder eigenschaften sowohl bei niedrigen als auch bei hohen Temperaturen; leichte Formbarkeit; Beständigkeit bei hohen Temperaturen; Widerstandsfähigkeit gegenüber Ozon, öl und Lichtbogenbildung; das Material kann ferner porös oder nicht porös, anorganisch oder halb-

is organisch sein, und es sollte haltbar sein, einen niedrigen Kohlenstoffgehalt sowie eine hohe dielektrische Festigkeit besitzen. Alle diese Eigenschaften besitzt beispielsweise Silikon-Kautschuk, der beispielsweise einen Dimethylsilikonpolymer, einen anorganischen Füllstoff sowie einen Vulkanisator oder Katalysator enthält. Es können dabei verschiedene Füllstoffe verwendet werden, wie z. B. Titan, Zinkoxyd, Eisenoxyd, Silizium u. dgl. Durch die Art und Menge des verwendeten Füllstoffes lassen sich die chemischen, physikali- sehen und elektrischen Eigenschaften verändern, so daß viele verschiedene Arten von Silikon-Kautschuk hergestellt werden können, die die oben erwähnten

Eigenschaften besitzen. Gute Ergebnisse wurden beispielsweise mit Silikon-

Kautschuk erzielt die durch Kombinieren von Kunstharz 850 oder 3120 (der Firma Dow Corning Corp, Midland, Michigan/USA) mit den vom Herstellen empfohlenen S-, F- oder Η-Katalysatoren oder Vulkanisatoren gebildet wurde, welche als aktive Komponenten,

z. B. Dibutylzinndilorat oder Stanisoctoat enthalten. Zufriedenstellende Ergebnisse wurden auch mit Silikon-Kautschuk erreicht der durch Kombinieren von RTV-7-Kunstharz (der Firma General Electric Comp, Schenectady, New York/USA) mit Nuocure-28-Vulka nisator des Herstellers gebildet wurde. In die Kunst harz-Katalysator-Substanzen werden metallische Teilchen in ausreichender Menge hineingerührt so daß sie im wesentlichen gleichmäßig überall in der Masse verteilt sind. Die Mischung wird dann in eine Preßform gegossen und in üblicher Weise geformt Andere Materialien, welche die vorhergehenden Eigenschaften aufweisen, können auf dieselbe Weise hergestellt werden, wobei jedoch die geeigneten Kunstharze und Katalysatoren verwendet werden. Die Preßform kann irgendei-

ne gewünschte Ausbildung aufweisen, damit der gewünschte zusammengesetzte Körper aus dem elastischen Polymerisationsprodukt (Elastomer) und den Metallteilchen hergestellt wird, so daß letztere überall im Körper (einschließlich seiner äußeren Flächen) ver-

teilt sind.

Die Metallteilchen sollten aus einem Metall sein, das ausgezeichnete leitende Eigenschaften aufweist; es sollte außerdem ein solches Metall verwendet werden, das bei Oxydation ein elektrisch leitendes Oxyd erhält Dies

ist beispielsweise bei Silber und Gold der Fall; vollkommen aus Edelmetall hergestellte Teilchen sind jedoch sehr teuer. Vorzugsweise werden daher einzelne kugelförmige Metallteilchen verwendet, die ans Grundmetallen, wie z.B. Kupfer, Eisen oddgL zusammengesetzt

und mit Silber beschichtet sind und die fast genauso wie vollkommen aus Silber hergestellte Teilchen wirken, jedoch weniger kostspielig sind. Die Größe der Teilchen kann zwischen 0,00127 und 234 mm variieren. Ausge-

4.Π8

zeichnete Ergebnisse wurden bei Verwendung von Teilchen im Größenbereich von 0,0762 bis 0,203 mm erzielt. Die Größe der Teilchen wird entsprechend der Dicke des Puffers, der Größe der auf den Puffer anzuwendenden Druckkraft sowie der Stromstärke gewählt, die durch den Körper hindurchgeführt werden soll. Im allgemeinen ist der Strom, der durch den Körper aufgenommen werden kann, direkt proportional zur Größe der Metallteilchen.

Bei einem typischen preßgeformten Körper kann der nichtleitende Teil aus Silikon-Kunstharz und Katalysator in einem Gewichtsverhältnis von 10:1 gebildet sein-, ein zu verwendender Puffer kann aus demselben Material geformt sein, wobei er ein Verhältnis der leitenden Teilchen zu Silikon von 6 :1 aufweist. Der gesamte Körper kann von jeder gewünschten Fläche und jeder gewünschten Dicke (z.B. 1,524mm) sein. Wenn man ein Probestück des leitenden Teiles eines typischen Körpers unter einem Mikroskop sieht, so scheint der Silikon-Kautschuk jedes Metallteilchen einzukapsein und es von den anderen Teilchen zu isolieren; der Kautschuk verhindert jedoch nicht die Relativbewegung der Teilchen. Beim Inberührungbringen der leitenden Teilchen erleichtert der niedrige Scherwiderstand von Silikon-Kautschuk und das Nichtfesthaften _a5 des Kautschuks an den Teilchen deren Bewegung. Der Widerstand des leitenden Pufferteiles stimmt im wesentlichen mit dem Widerstand der Metallteilchen überein. Da der elektrische Widerstand von Edelmetall, wie z. B. Silber, sehr niedrig ist, ist der Widerstand des leitenden Tdles ebenfalls sehr niedrig.

Beispiel

Ein leitender Puffer, der aus Kunstharz 3120-Silikon-Kautschuk hergestellt wurde, etwa 0,0762 mm große, mit Silber überzogene Kupferteilchen im obenerwähnten Verhältnis enthält und eine Dicke von etwa 1,524 mm aufwies, wurde in Sandwichform zwischen herkömmlichen Anschlußklemmen angeordnet; durch diesen Puffer konnte ein Strom von 50 Ampere ohne Beeinträchtigung hindurchgeleitet werden. Ein anderer, ähnlicher Puffer wurde in eine 115-Volt-WechseIstrom-Schaltung mit einer ejektrischen 25-Watt-Glühlampe eingesetzt und dann einem Wechsel von 130 Perioden pro Minute ausgesetzt. Nach mehr als sieben Millionen Perioden funktionierte der Puffer immer noch einwandfrei.

Fall beim Puffer irgendeine Lichtbogenbildung zwischen den Teilchen auftreten sollte, wenn diese sich voneinander trennen, so wird diese Lichtbogenbildung auf das Innere des Puffers beschränkt sein. Auch wenn die Gegenwart eines Lichtbogens die Stromleitfähigkeit der Teilchen, zwischen denen sich der Lichtbogen bildet, stören oder beeinträchtigen kann, gibt es in dem Körper so viele Teilchen und infolgedessen so viele mögliche stromleitende Bahnen, daß stets eine Bahn durch den Körper während seiner ganzen Lebensdauer vorhanden ist. Das Auftreten von Lichtbogen innerhalb eines Körpers hinterläßt eine Spur; wegen des niedrigen Kohlenstoffgehaltes des Silikon-Kautschuks besteht die Lichtbogenspur jedoch meist aus nichtleitendem anorganischen Stoff.

Die in F i g. 1 veranschaulichte erfindungsgemäße Schalteinrichtung enthält einen Körper 1, der aus nichtleitendem Material mit den gewünschten Eigenschaften in der oben erläuterten Weise (z. B. aus Silikon-Kautschuk) hergestellt ist und der — wie dargestellt — ringförmig oder gegebenenfalls als einfache Scheibe ausgeführt sein kann. Die Preßform zur Herstellung des Körpers ist so ausgebildet, daß der Körper 1 nach dem Formen die gewünschte Anzahl von fensterartigen Durchbrüchen 2 aufweist, die um eine zentrale öffnung 3 herum mit Abstand angeordnet sind. Wahlweise kann der Körper 1 als eine durchgehend feste Scheibe preßgeformt werden, wobei die Durchbrüche und die öffnungen 3 nach dem Aushärten des Körpers in diesen eingearbeitet werden. Nach dem Aushärten des Körpers 1 können die Durchbrüche 2 mit einer Zusammensetzung gefüllt werden, die aus dem gleichen Silikon-Kautschuk-Material, wie es für den Körper 1 verwendet wird, und einer Vielzahl von überall darin verteilten, elektrisch leitenden Teilchen der zuvor genannten Art gebildet ist. Jeder Durchbruch 2 wird somit eine Form für einen Puffer 4 bilden, der wahlweise leitend oder nichtleitend gemacht werden kann (wie weiter oben bereits erläutert). Der Puffer 4 selbst wird mit dem Körper 1 verbunden, oder er kann durch ein geeignetes Bindemittel festgeklebt werden.

F i g. 2 veranschaulicht einen kreisringförmigen Körper 5, der dem Körper 1 ähnlich ist und leitende Puffer 6 aufweist, die mit den leitenden Puffern 4 identisch sowie mit Winkelabstand um eine zentrale öffnung 7 angeordnet sind. Der einzige Unterschied zwischen den Körpern 1 und 5 besteht darin, daß der Körper 5 aufrechtstehende flanschartige Ränder 8 und 9 an seinem äußeren und inneren Umfang aufweist, wobei die Ränder einstückig mit den nichtleitenden Abschnitten des Körpers 5 ausgebildet sind. Es ist so zu verstehen, daß die dargestellten Ränder sowohl über beide Seiten des Körpers 5 hinaus vorstehen als auch sich nur über eine Seite des Körpers hinaus erstrecken können.

Der in F i g. 6 veranschaulichte Körper 10 ist ähnlich wie der Körper t; er ist jedoch rechtwinklig oder quadratisch (vgl. Zeichnung) und flach auf beiden Seiten. Bei der Herstellung des Körpers 10 sind Durchbrüche 11 eingeformt, die anschließend mit Puffern 12 der oben erläuterten Art ausgefüllt werden.

Der in F i g. 8 veranschaulichte Körper 13 ist dem Körper 10 ähnlich, indem er rechteckig ausgebildet ist und mit Abstand voneinander angeordnete Durchbrüche 11 aufweist, die wiederum mit Puffern 12 ausgefüllt sind. Der Körper 13 unterscheidet sich vom Körper 10 dadurch, daß er einen aufrechtstehenden Rand 16 aufweist, der sich aufrecht nach einer Seite oder nach beiden Seiten vom Körper 13 aus erstreckt

Fig. 12 stellt einen rechteckigen Körper 17 dar, der ebenfalls aus dem bereits erläuterten isolierendem Material gebildet ist und einen Rand 18 aufweist, der über eine Seite oder über beide Seiten des Körpers 17 hinaus vorsteht Der Körper 17 weist mehrere zueinandet fluchtende, mit Abstand voneinander vorgesehener Paare von vorzugsweise zylindrischen Durchbrücher 19 auf, die mit den erwähnten Puffern ausgefüllt sind.

Der in F i g. 14 dargestellte Körper 20 besitzt du Form einer Scheibe und weist mehrere mit Abstanc voneinander versehene Durchbrüche 21 auf, die eben falls die genannten Puffer enthalten. Der Körper 2( kann aufrecht stehende, an den Umfangen vorgesehen« rippenartige Ränder 22 und 24 sowie gleichartig ausge bildete radiale Rippen 23 aufweisen, die die leitendet Puffer voneinander isolieren. Die Ränder und Rippei 22, 24 bzw. 23 können nach einer Seite oder nach bei den Seiten des Körpers 20 vorstehen.

Mehrere der hier beschriebenen Schalteinrichtungei können in Verbindung mit einer großen Anzahl voi

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verschiedenartigen elektrischen Schaltungen und Kopplungs- bzw. Verbindungseinrichtungen verwendet werden. Eine solche Kopplungseinrichtung ist in den F i g. 3 bis 5 veranschaulicht und allgemein mit 27 bezeichnet. Die Kopplungseinrichtung enthält ein aus einem isolierenden Material gebildetes, hülsenartiges Sockelelement 28, das eine zylinderförmige Schürze 29 aufweist, welche eine innere Kammer 30 definiert, die eine flache Basis 31 besitzt. Das Sockelelement 28 besitzt eine zentrale Durchgangsöffnung 32, um die herum mehrere gleichförmig mit Abstand versehene, elektrisch leitende Anschlußklemmen 33 angeordnet sind, deren innere Enden vorzugsweise flach sind und leicht über die Basis 31 hinaus in die Kammer 30 hineinragen. Die Kopplungseinrichtung bzw. das Verbindungsstück 27 enthält weiterhin ein Trägerelement 34, das aus isolierendem Material gebildet ist und mehrere Anschlußklemmen 35 aufweist, die in ihrer Anzahl und in ihren Abständen mit den Anschlußklemmen 33 übereinstimmen; die inneren Enden der Anschlußklemmen 35 ragen ebenfalls leicht über das Trägerelement 34 hinaus. Das Trägerelement 34 ist so ausgebildet, daß es herausnehmbar in die Kammer 30 hineinpaßt; es besitzt einen Ansatz 34', der von einer in der Schürze 29 eingeformter Nute 36 aufgenommen werden kann, so daß die fluchtende Lage der Anschlußklemmen 33 und 35 gesichert wird.

Die Kopplungseinrichtung 27 enthält eine Vorrichtung 37 zur lösbaren Kopplung der Elemente 28 und 34 miteinander. Die Vorrichtung zum Koppeln enthält eine Achse 38, die gleitbeweglich in dem Trägerelement 34 angeordnet und so ausgebildet ist, daß sie sich durch die öffnung 32 im Element 28 hindurch erstreckt. Das eine Ende der Achse 38 endet in einem Griffteil 39 und das andere Ende ist mit zwei quer vorstehenden Armen 40 versehen, die so ausgebildet sind, daß sie von Sitzen 41 aufgenommen werden können, weiche in dem Element 28 vorgesehen sind. Die öffnung 32 ist so groß, daß die Arme 40 hindurchgestreckt werden können. Die Sitze 41 sind in Blöcke 42 eingeformt, die durch Schlitze 42a voneinander getrennt sind, wodurch eine relative Drehbewegung der Achse 38 und des Elements 28 sowie eine entsprechende Bewegung der Arme 40 von den Schlitzen 42a in die Sitze 41 möglich ist Die Verbindungsstück-Elemente 28 und 34 werden durch eine Feder 43 aufeinander zugedrückt, wobei die Feder 43 zwischen dem Griffteil 39 und dem Trägerelement 34 wirkt; sie drückt somit die Anschlußklemmen und 35 aufeinander zu, wenn die Elemente 28 und 34 relativ aufeinander bewegt werden.

Jede Schalteinrichtung 1 oder 5 kann in Verbindung mit der Kopplungseinrichtung 27 verwendet werden. In F i g. 4 wird der Körper 5 verwendet, der zwischen den Elementen 28 und 34 derart eingesetzt ist, daß die Puffer 6 in Sandwichform zwischen den Anschlußklemmenpaaren 33 und 35 angeordnet sind. In dieser Stellung der Teile bewirkt die Feder 43, daß die einander gegenüberliegenden Anschlußklemmen 33 und 35 mit solcher Kraft die Puffer 6 des Körpers 5 zusammendrücken, daß eine leitende Bahn zwischen den einander gegenüberliegenden Anschlußklemmen Ober die in jedem Puffer 6 enthaltenen leitenden Teilchen errichtet wird. Alle Puffer sind jedoch durch das Zwischenschalten von isolierenden Abschnitten des Körpers 5 elektrisch gegeneinander isoliert

Von besonderer Bedeutung ist die Fähigkeit der Puffer 6, einen Stromweg auch dann zwischen zwei Anschlußklemmen 33 und 35 zu errichten, wenn letztere

nicht vollkommen zueinander fluchten. Tatsächlich kann ein Nichtfluchten in einem beträchtlichen Ausmaß toleriert werden, ohne daß ein Herabsetzen der elektrischen Leitfähigkeit zwischen den Anschlußklemmenpaaren auftritt.

Wenn sich der Körper 5 in dem in F i g. 3 dargestellten Zustand befindet, werden die Ränder 8 und 9 ebenfalls zwischen den Elementen 28 und 34 zusammengepreßt, wodurch eine Dichtung bewirkt wird, die die Anschlußklemmen 33 und 35 vollkommen umgibt, so daß letztere und die Puffer 6 gegenüber Verunreinigungen durch Feuchtigkeit oder anderen Fremdteilen geschützt werden.

Die in F i g. 9 dargestellte Einrichtung enthält entweder eine flexible oder eine starre gedruckte Schaltung, welche eine Unterlage 45 enthält, die aus isolierendem Material gebildet ist und auf deren oberen Seite sich eine Anzahl von leitenden Streifen 46 der Art befinden, wie sie gewöhnlich bei gedruckten Schaltungen benutzt werden. Auf der Oberseite der Unterlage 45 ist der Körper 13 der Schalteinrichtung angeordnet. Ebensogut konnte jedoch auch der Körper 10 verwendet werden. Der Körper 13 ist so angeordnet, daß die Puffer 12 oben auf den freiliegenden Abschnitten der leitenden Streifen 46 aufliegen. Oben auf dem Körper 13 ist ein nichtleitender Träger 47 mit einer Vielzahl von starren Urahtanschlußklemmen 48 vorgesehen, welche sich so durch den Träger 47 erstrecken, daß sie mit den Puffern 12 in Eingriff gebracht werden können, wenn alle I eile zusammengesetzt sind. Die Teile 45 und 47 können durch Schrauben 49 od. dgl. so miteinander verbunden werden, daß auf den Körper 13 eine Druckkraft ausgeübt wird; die Anschlußklemmen 48 bewirken eine ausreichende Zusammendrückkraft auf die Puffer 12, wodurch diese leitend gemacht werden, so daß der Strom von den Verbindungsstreifen 46 zu den Verbindungselementen 48 hindurchfließen kann. Alle Puffer w des Korpers 13 sind durch das nichtleitende Material aus dem der Körper 13 gebildet ist, voneinander isoliert Der Rand 16 ergibt eine Dichtung rundherum um den ganzen Körper 13. so daß das Eindringen von Feuchtigkeit oder anderen äußeren Stoffen in den Bereich der gedruckten Schaltung, der durch den Körper 13 eingenommen wird, verhindert wird Die in Fig. π dargestellte Einrichtung ist der in r ι g.» gezeigten ähnlich; sie unterscheidet sich jedoch von der letztgenannten dadurch, daß der Körper 13 in Sandwichforrn zwischen zwei flexiblen gedruckten bcha tungsteilen angeordnet ist, von denen jedes eine

Si,'^teo^de·^{Unterlage 50 sowie Ieite}"de Streifen 51 Tt ^G*^e*^nete Rückenteile 52 sind mit den gedruckten Schaltungskreisen verbunden und werden in hin «^ZUSf"l^mengeSetZten Anordnung mittels Schraube « «· ^gl· f^mmengehalten, die auf den Körper SlS «T^reid!^ende Druckkraft ausüben, so daß die nmer 12 leitend gemacht werden, wodurch der Strom zwischen den einander gegenüberliegenden Verbin-

Ä"? V^{der beiden} «knickten Schaltungsteile geleitet werden kann.

dIk£Ji^Zei}% ^{in Starker Ve}nn-ößerung eine doppel- £Sl ^Al\^{ordnUng 55 einer} gedruckten Schaltung. Wf ~^rd,"^{Ullg enthält einen} Streifen oder mehrere SäS* « ? ^Sandwichform zwischen isolierenden

6, tend?? f ""i^eeordnet sind, sowie weitere 10-Sth?£f ⁶U ⁵?' ^{die in} Sandwichfbnn zwischen der schicht 58 und einer gleichen nichtleitenden Schicht 60 angeordnet sind. Die Streifen 56 und 59 können überemanderliegen oder in anderer Weise in irgendeiner

Ιίΐ

gewünschten Art angeordnet sein. An einem Ende der Anordnung 55 ist die isolierende Schicht 57 abgeschnitten, um die leitenden Streifen 56 freizulegen, und die Schicht 58 ist abgeschnitten, um die leitenden Streifen 59 freizulegen. Falls die Streifen 56 und 59 übereinanderliegen (wie veranschaulicht), sind die freiliegenden Teile der Streifen gestaffelt bzw. stufenweise angeordnet

Oben auf der Anordnung 55 ist der Körper 17 (vgl. F i g. 12) in der Weise angeordnet, daß der eine Puffer 19 eines Pufferpaares auf dem freiliegenden leitenden Streifen 56 und der andere Puffer 19 dieses Paares auf dem freiliegenden leitenden Streifen 59 aufliegt. Ein Träger 61 ist mit Paaren von Anschlußklemmen 62 versehen, die einen Abstand voneinander aufweisen, der dem Abstand der Puffer 19 entspricht. Dieser Träger 61 wird auf dem Körper 17 so angeordnet, daß die Anschlußklemmen 62 eines Paares auf den beiden zugehörigen Puffern 19 lagern. Mit der Einheit 55 ist der Träger 71 durch eine Rückplatte 63 und mittels Schrauben ao 64 zusammengesetzt, die den Körper 17 unter einem solchen Druck halten, daß die Puffer 19 leitend gemacht werden. Der Rand 18 bildet wiederum eine Dichtung des Körpers 17 zwischen den Teilen 61 und 63 sowie gegenüber der Anordnung 55, so daß das Eindringen von Feuchtigkeit und anderen Fremdstoffen zwischen den Körper 17 und den entsprechenden Puffern verhindert wird.

Obwohl die Anschlußklemmen 62 in der Zeichnung als fest angeordnete Elemente dargestellt sind, könnten sie auch niederdriickbare Kontakte eines Schalters bilden. In einem solchen Falle würde die Anordnung 55 normalerweise nicht so weit zusammengedrückt werden, wie es erforderlich ist, um die Puffer 19 leitend zu machen. Diese Puffer 19 würden jedoch leitend gemacht werden, indem ein Kontakt 62 niedergedrückt und demzufolge der zugehörige Puffer 19 zusammengedrückt werden würde. Das gleiche gilt für alle anderen aufgeführten Ausführungsbeispiele. Die erfindungsgemäß konstruierte Schalteinrichtung kann daher vortrefflich bei Einschaltmechanismen benutzt werden, die zu gedruckten Schaltungen gehören.

Bei der Herstellung irgendeines zuvor erwähnten Körpers können dessen stromsteuernde Puffer normalerweise nichtleitend oder normalerweise leitend sein (wie oben erläutert).

Ob der Teil eines Körpers normalerweise leitend oder nichtleitend ist, wird davon abhängen, wo der Körper eingesetzt werden soll. Die Einrichtung 27 kann beispielsweise die Charakteristiken entweder eines manuell oder eines automatisch zurückstellbaren Unterbrechers bzw. Trennschalters aufweisen. In einem solchen Falle sind vorzugsweise die leitenden Teilchen der Puffer (z. B. 6) normalerweise außer Eingriff, weshalb ein Zusammendrücken dieser Puffer unter Federdruck erforderlich ist, um sie leitend zu machen. Beim Zusammendrücken der Puffer 6 werden — wie erwähnt — die normalerweise außer Eingriff befindlichen leitenden Teilchen relativ zueinander bewegt, so daß wenigstens eine Kette von miteinander in Eingriff befindlichen Teilchen durch die Teile 6 errichtet wird, wodurch eine leitende Bahn zwischen den gegenüberliegenden Anschlußklemmen (z. B. 33 und 35) erreichtet wird. Sollte dann ein Oberstrom durch die Puffer 6 hindurchgeführt werden, so werden die miteinander in Eingriff befindli chen und die Strombahn bildenden Teilchen erhitzt un< möglicherweise verbraucht werden, wodurch de Stromfluß zwischen den einander gegenüberliegendei Anschlußklemmen 33 und 35 unterbrochen wird.

Der Überstrom und der Verbrauch der miteinande in Eingriff befindlichen Teilchen werden eine gewiss* Wärmemenge erzeugen, die durch das isolierende Ma terial aufgenommen werden wird, in dem die leitender Teilchen enthalten sind. Falls das Material einen War meausdehnungskoeffizienten aufweist, der größer ah der der leitenden Teilchen ist, wie es bei Silikon-Kaut schuk und mit Silber überzogenen Kupferteilchen dei Fall ist, wird die durch den Überstrom erzeugte Wärme zu einer Ausdehnung des nichtleitenden Materials führen, was durch die Feder 45 ermöglicht wird, wodurch ein Außereingriffbringen der Teilchen bewirkt wird Falls die Federkraft zum Zusammendrücken der Puffer 6 relativ schwach ist, wird das Zusammenziehen der Puffer 6 während des Abkühlens nicht ausreichen, um erneut eine leitende Bahn durch die Puffer 6 zu errichten. Die Puffer 6 können dadurch wieder leitend gemacht werden, daß Druckluft auf die Kopplungselemente 28 und 34 manuell ausgeübt wird. Die Kraft der Feder 43 kann jedoch derart sein, daß das Zusammendrücken der Puffer 6 entsprechend ihrer Abkühlung durch eine derartige Größe gesichert wird, daß andere leitende Teilchen in Eingriff miteinander gezwungen werden und somit erneut einen elektrischen Stromfluß durch die Puffer 6 errichten. Auf diese Weise kann die Einrichtung entweder einen manuell oder einen automatisch zurückstellbaren Unterbrecher bilden.

Wenn ein Körperelement so ausgebildet ist, daß es die Funktion eines Thermostats aufweist, wird sein Puffer (oder werden seine Puffer) unter einem ausreichenden Druck geformt sein, so daß er normalerweise leitend ist. Wenn die Temperatur des Körpers ansteigt (sei es durch Wärme, die durch einen elektrischen Strom erzeugt wird, oder durch das Ansteigen der Umgebungstemperatur), dann wird die Wärmeausdehnung des nichtleitenden Materials eine Trennung der leitenden Teilchen bewirken, wodurch der Puffer nichtleitend gemacht wird. Wenn der Puffer jedoch abkühlt, zieht er sich wieder zusammen, worauf die leitenden Teilchen erneut miteinander in Eingriff gebracht werden, so daß der Stromfluß durch den Körper wieder errichtet wird.

Die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele machen die besonderen Fähigkeiten der verschiedenen zusammengesetzten Körper deutlich. Weiterhin kann ein solcher Körper (z. B. der Körper 13) auch zwischen zwei Teilen einer zusammenzusetzenden Einrichtung angeordnet werden, welche zueinander festgelegt werden sollen und leitende Elemente tragen, die miteinander verbunden werden müssen. In einem solchen Falle können die Puffer des Körpers innerhalb vertretbarer Grenzen gegenüber den anderen Leitern (fluchtend) ausgerichtet werden, worauf das Festlegen der Elemente der Anordnung automatisch ein Zusammendrücken der Puffer des Körpers bewirken und einen Stromfluß bzw. eine Schaltungsfolge errichten wird. Der Körper ermöglicht es daher den Teilen der zusammengesetzten Einrichtung, sich selbst zu verdrahten, nachdem sie zueinander festgelegt sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Elektrische druckabhängige Schalteinrichtung mit wenigstens einem Puffer aus elektrisch nichtleitendem, federndem, zusammendrückbarem Material, in dem eine Vielzahl von einzelnen elektrisch leitenden Teilchen derart verteilt ist, daß diese bei Druckbeanspruchung des Puffers miteinander in Berührung kommen und eine stromleitende Bahn durch den Puffer herstellen, dadurch gekennzeichnet, daß der Puffer (z.B. 4) in einem Durchbruch (z. B. 2) eines aus elektrisch nichtleitendem, federndem, zusammendrückbarem Material bestehenden Körpers (z. B. 1) fest eingesetzt ist

2. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkraft des Puffermaterials derart ausgebildet ist, daß sie die Teilchen daran hindert, im nicht zusammengepreßten Zustand die leitende Bahn zu errichten.

3. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Material des Puffers einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der sich vom Wärmeausdehnungskoeffizienten der leitenden Teilchen derart unterscheidet, daß sich das Material und die Teilchen in Abhängigkeit von den Temperaturänderungen mit verschiedenen Geschwindigkeiten ausdehnen und zusammenziehen.

4. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das nichtleitende Material des Puffers (z. B. 4) und das nichtleitende Material des Körpers (z. B. 1) gleich sind.

5. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (z. B. 5) wenigstens auf seiner einen Seite einen aufrecht vorstehenden, verformbaren flanschartigen Rand (z. B. 9) aufweist

6. Schalteinrichtung nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (z. B. 5) an jeder seiner entgegengesetzten Seiten einen aufrecht vorstehenden, verformbaren flanschartigen Rand (z. B. 9) aufweist

7. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper eine Vielzahl von gegeneinander isolierten Durchbrochen (z. B. 2) aufweist, in denen je ein Puffer (z. B. 4) fest eingesetzt ist

8. Schalteinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Puffer (21) durch am Körper (20) vorgesehene, aufrecht vorstehende, federnde Rippen (23) voneinander isoliert sind.

9. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (10; 13; 17) einen rechteckigen Grundriß aufweist

10. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper einen kreisförmigen Grundriß aufweist

11. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (1; 5; 20) einen kreisringförmigen Grundriß besitzt

12. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit dem Puffer (z. B. 6) in Eingriff befindliches leitendes Element (z.B. 33) vorgesehen ist und daß eine Einrichtung (z. B. 27) vorhanden ist, die das leitende Element mit ausreichender Kraft derart gegen den Puffer drückt, daß in ihm zumindest eine elektrisch leitende Bahn errichtet wird.

13. Schalteinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Einrichtung (27) zwei Elemente (28, 34) enthält, die den genannten Körper (z. B. 5) in Sandwichform zwischen sich aufnehmen, und daß ein Organ (43) vorgesehen ist, durch das die genannten Elemente unter einer ausreichenden Kraft gegeneinander bewegt werden und das genannte leitende Element den Puffer zusammendrückt

14. Schalteinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Organ eine Feder (43) enthält

15. Schalteinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das leitende Element (z. B. 48) einen Teil einer gedruckten Schaltung bildet

16. Schalteinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die gedruckte Schaltung flexibel ist

17. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der genannte Puffer ein derartiges Eigendruckvermögen aufweist, daß es ohne Anwendung einer weiteren äußeren Druckkraft elektrisch leitend ist.

18. Schalteinrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet daß der Wärmeausdehnungskoeffizient des nichtleitenden Materials des Puffers größer als der der genannten leitenden Teilchen ist

19. Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leitenden Teilchen wenigstens 80 Gewichtsprozent des genannten Puffers bilden.

20. Verfahren zur Herstellung einer Schalteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein nichtleitendes Material zu einem formstabilen, federnden Körper preßgeformt wird, in welchem wenigstens ein Durchbruch vorgesehen wird, in den ein preßgeformter, formstabiler, federnder zusammengesetzter Puffer fest eingesetzt wird, der von einem nichtleitenden Material gebildet wird, in dem eine Vielzahl von einzelnen, elektrisch leitenden Teilchen überall verteilt ist

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchbruch während der Formgebung des Körpers gebildet wird.

22. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchbruch nach der Formgebung des Körpers gebildet wird.

23. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der zusammengesetzte Puffer unter solchem Druck geformt wird, daß die leitenden Teilchen miteinander in Eingriff gehalten werden.

24. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der zusammengesetzte Puffer unter einem solchen Druck geformt wird, daß die leitenden Teilchen ohne Anwendung einer äußeren Druckkraft auf den Puffer außer Eingriff voneinander gehalten werden.