DE2262765B1 - Stoffzusammensetzuiigen, die ferromagnetische Teilchen und nicht-ferromagnetische Alurainiumteilchen in einem elastischen Material enthalten - Google Patents

Description

Bindemittel, wie es beispielsweise in der oben stehenden Veröffentlichung von Sawyers genannt wird, zurückgehalten werden, sämtlich ähnliche elektrische Schalteigenschaften aufweisen. Sie verzeichnen diese Eigenschaften eines typischen Schaltvorganges zwischen Zuständen hohen und niedrigen Widerstand, die als AUS-Zustand und EIN-Zustand bezeichnet werden:

1. im AUS-Zustand (ausgeschalteten Zustand) beträgt sein Widerstand etwa 25 Megaohm;

2. im EIN-Zustand (eingeschalteten Zustand) beträgt sein Widerstand etwa 100 Ohm;

3. die Vorrichtung kann durch Anlegen eines 200-Volt-Impulses von 40 Mikrosekunden Dauer von ihrem AUS-Zustand zu ihrem EIN-Zustand umgeschaltet werden. Der Scheinwiderstand der Impulsquelle sollte hoch sein (etwa 100 000 Ohm);

4. die Vorrichtung kann durch Anlegen eines 150-Milliampere-Stromimpulses von 10 Nanosekunden Dauer von ihrem EIN-Zustand zu ihrem AUS-Zustand umgeschaltet werden;

5. die bislang hergestellten Vorrichtungen haben eine begrenzte Lebensdauer. Die höchste Anzahl der cyclischen Schaltwiederholungen, die bislang erhalten worden ist, beträgt 1000. Außerdem versagt die Vorrichtung, d. h., sie kann mit normalen Stromamplituden nicht aus ihrem EIN-Zustand herausgeschaltet werden.

Zwei Probleme, die daher gewöhnlich bei Schaltvorrichtungen, die aus Aluminium und/oder anderen Materialien in einem isolierenden Bindemittel hergestellt worden sind, auftauchen, sind: 1. während der Stromimpulsgabe müssen normalerweise hohe Ströme fließen, um in den AUS-Zustand zu schalten, und 2. die höchste Anzahl der cyclischen Schaltwiederholungen ist auf etwa 1000 begrenzt, bevor die Vorrichtung versagt oder »einbrennt« (»burns-ON«).

Es wurden nun neue Stoffzusammensetzungen gefunden, die, wenn sie mit Elektroden in Berührung gebracht und durch einen elektrischen Spannungsimpuls, indem sie in einen Zustand niedrigeren Widerstands versetzt werden, aktiviert werden, als nützliche elektrische Schaltvorrichtungen dienen, welche diese Probleme auf ein Mindestmaß herabsetzen. Wie hier beschrieben hergestellte Schaltvorrichtungen erfordern normalerweise nur 0,1- bis 10-mA-Stromimpulse, um aus dem EIN-Zustand in den AUS-Zustand geschaltet zu werden, und können etwa 10⁶mal oder öfters cyclisch geschaltet werden, ohne daß sie versagen.

Erfindungsgegenstand ist eine Stoffzusammensetzung, enthaltend

a) Aluminiumteilchen,

b) ferromagnetische Teilchen und

c) ein Bindemittel für a) und b),

dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel c) ein elastisches organisches Polymere ist, wobei das Gewichtsverhältnis von ferromagnetischen Teilchen zu Aluminiumteilchen im Bereich von 1:6 bis 2:1 liegt und das Gewicht der Aluminiumteilchen und der ferromagnetischen Teilchen zusammen 40 bis 85%, bezogen auf das Gesamtgewicht der genannten Teilchen und des elastischen organischen Polymeren, betragen.

F i g. 1 stellt ein Schema einer aktivierbaren Schaltung dar;

F i g. 2 stellt ein Schema einer Impulsschaltung für cyclische Wiederholvorgänge dar.

ίο Es wurde gefunden, daß die Einverleibung eines ferromagnetischen Bestandteils in kontrollierten Mengen in eine Aluminiumpulverdispersion in einem elastischen Bindemittel die Wirksamkeit der sich ergebenden Massen stark verbessert, wenn sie an Elektroden angeschlossen und durch einen elektrischen Spannungsimpuls, der durch die genannten Elektroden geliefert wird, zu einem Zustand aktiviert werden, in welchem sie als bistabiler Schalter dienen können.

Die bessere Leistung wird augenfällig, wenn man Schalter oder Schaltvorrichtungen, die aus den ererfindungsgemäßen Massen hergestellt worden sind, hinsichtlich ihrer Leistung direkt mit solchen vergleicht, die ohne Zusatz der vorgeschriebenen Menge an ferromagnetischem Pulver hergestellt worden sind. Der Vergleich ergibt, daß die aus den erfindungsgemäßen Massen hergestellten Schalter nach der Aktivierung infolge der Anwesenheit des ferromagnetischen Bestandteils sich ausschalten und ausgeschaltet bleiben, wenn sie durch einen strombegrenzten Impuls ausgeschaltet werden, und daß sie weniger Strom benötigen, um den Übergang zu bewirken. Bei Prüfungen zur Bestimmung der Lebensdauer brennen sie nicht so leicht ein (in eingeschalteten Zustand bleiben). Diese und andere Vorteile erzielt man durch Verwendung von ferromagnetischen Teilchen in den erfindungsgemäßen Massen.

So kann eine aus den erfindungsgemäßen Massen hergestellte Schaltvorrichtung in irgendeiner von drei unterschiedlichen Zuständen existieren, und zwar in einem ruhenden Zustand, einem eingeschalteten Zustand und einem ausgeschalteten Zustand. In dem ruhenden Zustand ist der Widerstand der Vorrichtung im typischen Fall größer als 10¹⁰ Ohm; in ähnlicher Weise ist der Widerstand in dem ausgeschalteten Zustand im typischen Fall von der Größenordnung 10¹⁰ Ohm. In eingeschaltetem Zustand jedoch beträgt der Widerstand im typischen Fall nur 10² bis 2,5 · 10⁵ Ohm, d. h. mindestens 10⁴mal weniger als im ruhenden oder ausgeschalteten Zustand.

Von der Herstellung her liegt eine erfindungsgemäße Schaltvorrichtung ursprünglich im ruhenden Zustand vor. Sie kann in unten beschriebener Weise vom ruhenden Zustand zu dem eingeschalteten Zustand verändert werden.

Der Übergang von dem ruhenden Zustand in den eingeschalteten Zustand wird Aktivierung genannt und wird bewirkt, indem die sogenannte Aktivierungsspannung angelegt wird, welche gleich oder größer als eine kritische Schwellen- oder Durchschlagsspannung ist. Im typischen Fall liegt die Aktivierungsspannung zwischen 150 und 400VoIt je cm und wird als kurzer Impuls angewandt.
Wenn die Vorrichtung im eingeschalteten Zustand vorliegt, kann sie durch Anlegen eines kleinen, strombegrenzten Impulses von etwa 0,1 bis 25 mA (wobei weniger als 10 mA bevorzugt werden), der derart reguliert wird, daß am Ende des Impulses der Strom

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sehr rasch auf einen sehr kleinen Wert abfällt, in gemäß nützlich sein. Solche Legierungen können ihren AUS-Zustand geschaltet, d. h. ausgeschaltet, andere Elemente des Periodensystems zusätzlich zu werden. Unter einem strombegrenzten Impuls soll ein einem oder mehreren der drei zitierten enthalten,
kurzer Stromstoß verstanden werden, der durch ein Der Aluminiummetallpulver-Bestandteil entspricht Mittel, wie einen Widerstand, der mit der Schaltvor- 5 vorzugsweise den nachstehenden allgemeinen Kriterichtung in Reihe geschaltet ist, unterhalb eines vor- rien: 1. einer durchschnittlichen Teilchengröße von herbestimmten Betrages gehalten wird. etwa 10 bis 30 Mikron, bevorzugter einer engen Teil-Wenn die Vorrichtung sich im ausgeschalteten Zu- chengrößenverteilung in der Nähe von 20 Mikron; stand befindet, kann sie durch Anlegen einer Span- 2. feingepulverten, ihrer Iestalt nach körnigen nung, d. h. einer Einschaltspannung, die im typischen io Pulvern.

Fall zwischen etwa 10 und 225 Volt liegt und derart Unter dem Ausdruck »elastisches Bindemittel« soll reguliert wird, daß am Ende des Impulses der Strom ein isolierendes Material verstanden werden, das zu vergleichsweise langsam auf einen niedrigen Wert einer Dehnung bei wesentlicher Wiedererlangung abfällt, in den EIN-Zustand geschaltet werden. Unter seiner ursprünglichen Abmessungen fähig ist.
»Einbrennen« soll der Übergang in einen derartigen 15 Vorzugsweise sollte das elastische Bindemittel Zustand, daß die Vorrichtung nicht aus ihrem EIN- (wenn es ohne die Aluminiumteilchen und ferro-Zustand herausgeschaltet werden kann, verstanden magnetischen Teilchen geprüft wird) um mindestens werden. Unter einem »bistabilen Schalter« soll ein 100% (ASTM D-412-Prüfung) dehnbar sein und Schalter verstanden werden, der zwei Widerstands- doch sich auf weniger als das l,5fache seiner Urzustände aufweist, nämlich einen eingeschalteten Zu- 20 sprünglichen Länge zusammenziehen,
stand und einen ausgeschalteten Zustand. Ein solcher Das elastische Bindemittel sollte in solcher Menge Schalter weist praktisch keine anderen diskreten vorliegen, daß das Gewicht der nichtmagnetischen Widerstandswerte beim Übergang zwischen dem Aluminiumteilchen und der ferromagnetischen Teil-EIN- und AUS-Zustand auf, wie sich feststellen läßt, chen zusammen 40 bis 85% des Gewichts der geindem man auf einem Oszilloskopschirm die Span- 25 nannten Teilchen und des elastischen Bindemittels nung quer durch einen kleinen Reihenfestwiderstand ausmachen. Das elastische Bindemittel kann in einem in Reaktion auf einen angelegten Spannungsimpuls geeigneten »Trägerlösungsmittel« gelöst und die Alubetrachtet, miniumteilchen und ferromagnetischen Teilchen kön-Die neuartigen, erfindungsgemäßen Massen ent- nen unter Bildung einer Gußmasse hinzugefügt halten: 30 werden.

Die Eigenart des elastischen Bindemittels selbst

1. nichtmagnetische Aluminiummetallteilchen, kann weitgehend variieren, und seine Zusammen

setzung ist nicht kritisch, vorausgesetzt, daß es, wie

2. ferromagnetische Teilchen, die in solcher Menge definiert, genügend elastisch ist. Zu Bindemitteln mit vorliegen, daß das Gewichtsverhältnis von ferro- 35 derartigen elastischen Eigenschaften gehören natürmagnetischen Teilchen zu Aluminiumteilchen im licher Kautschuk, synthetischer Polyisoprenkau-Bereich von 1:6 bis etwa 2:1 liegt und tschuk, elastomere Chloroprenpolymere, Fluorole-

finelastomere, Butadien-Styrol-Kautschuk, Äthylen-

3. ein elastisches Bindemittel für die genannten Propylen, nicht konjugierte Dien-Kautschukarten, Teilchen. 4° Siliconkautschukarten und kautschukartige Kondensationspolymere, wie Polyurethane, die man durch

Ferromagnetische Metallpulver, die in den erfin- Umsetzen von Polyisocyanaten mit Polyalkylenglydungsgemäßen Massen nützlich sind, lassen sich ge- kolen erhält. Das elastische Bindemittel kann auch maß Methoden charakterisieren, die von Lark- Füllstoffe, Verstärkungsmittel oder Weichmacher H ο r ο ν i t ζ und Johnsonin Solid State Physics, 45 enthalten, die gewöhnlich Elastomeren zugesetzt Bd. 6, Teil B, S. 204 (1959), Academic Press, be- werden, vorausgesetzt, daß die Eigenschaften des sich schrieben wurden; es sind danach solche Pulver, die ergebenden Bindemittels innerhalb der weiter oben in einem von oben angelegten Magnetfeld einen meß- aufgeführten Begrenzungen bleiben,
baren Körperauftrieb von einigen wenigen Muli- Steife Polymere mit starrer Molekularstruktur, wie gramm erfahren. Im allgemeinen weist das ferro- 50 aromatische Polyamide, Polyimide und Polystyrol, magnetische Material eine Sättigungsmagnetisierung führen zu Schaltern, die sich nicht ausschalten lassen, je Volumeinheit von mindestens etwa 100 und vor- Die Dehnungswerte solcher Bindemittel betragen zugsweise von mindestens 50-cgs-Einheiten des ma- etwa 60, 8 bzw. 25 bis 58%, alles Werte, die niedrignetischen Moments je Volumeinheit auf. Zu ferro- ger sind als die vorgeschriebene untere Dehnungsmagnetischen Stoffen, die erfindungsgemäß nützlich 55 grenze von 100%.

sind, gehören Eisen-, Kobalt- und Nickelpulver oder Bei der Herstellung von Schaltern, beispielsweise

Mischungen daraus mit Sättigungsmagnetisierungen durch Gießen von biegsamen Folien, auf denen viele

von 1752, 1446 bzw. 512. Eisen wird bei der Her- Schalter nebeneinander hergestellt werden können,

stellung der erfindungsgemäßen Massen bevorzugt. ist es der Bequemlichkeit halber wünschenswert,

Das ferromagnetische Pulver wird so ausgewählt, 60 fließfähige oder fluidisierbare Massen zu handhaben, daß es eine durchschnittliche Teilchengröße von 10 aus denen die Schalterendmasse an Ort und Stelle bis 30 Mikron und vorzugsweise eine enge Teilchen- hergestellt werden kann. Demgemäß kann man an größenverteilung in der Nähe von 20 Mikron auf- Stelle des normalerweise festen, elastischen Bindeweist, mittels selbst oder an Stelle dieses Bindemittels in

Ferromagnetische Legierungen mit hoher Sätti- 65 einem Lösungsmittel ein das elastische Bindemittel

gungsmagnetisierung sind ebenfalls in der gewünsch- bildendes Material zusammen mit den Aluminium-

ten Pulverform und mit dem gewünschten Teilchen- und Magnetpulver-Bestandteilen verwenden,

größenbereich verfügbar und können erfindungs- Ein solches, ein elastisches Bindemittel bildendes

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Material umfaßt irgendeines oder mehrere der nach- rerseits können Kautschukarten auch durch Bestrahstehenden Materialien: lung unter Bedingungen, die zum bekannten Stand

1. ein vorgeformtes Polymeres, das zu einem elasti- der Technik für das Härten dieser Kautschukarten sehen Bindemittel weiter gehärtet werden kann, gehören, gehartet werden _,.,.,. , ein Härtungsmittel und fakultativ ein Träger- ⁵ _A Die Reihenfolge, m der die Bestandteile der erfinlösungsmittel (vgl. oben); dungsgemaßen Massen vermischt werden ist nicht

2. ein vorgeformtes Polymeres und fakultativ ein kritisch, noch sind die Temperatur und der Druck Trägerlösungsmittel, wobei das genannte Poly- ^kntlsch' ^bf ^denen _f ^{das Mischen statt}i^mde: ^Normal«; mere durch Hitze oder Bestrahlung härtbar ist; weisewerden das ferromagnetische Metallpulver und

3. einen Polymerenvorläufer, ein chemisches Mit- ^{10 das} Alummiummetallpulver zuerst miteinander vertel, um den genannten Vorläufer in ein elasti- ^mis?^ht·. ^S/?^tes Mischen in einem Tromrnelmischsches Bindemittel umzuwandeln, und fakultativ werk wml bevorzugt, um den natürlichen Schutzfilmein inertes, flüchtiges Lösungsmittel als Ver- ^bef? ^a8 ^aus Aluminiumoxid welcher Aluminiumdünner· metallteilchen, die in Luft gehandhabt werden, eine

4. ein flüssiges Vorpolymeres, das selbsthärtend ist ¹S charakteristisch mattgraue Farbe verleiht, zu be- oder ein Härtungsmittel enthält. ™^hKn: ^Die durchinischten ferromagnetischen und

° Alummiummetallpulver werden dann mit dem elasti-

Unter »Trägerlösungsmittel« wird im hier verwen- sehen Bindemittel abgemischt. Eine andere zufriedendeten Sinn ein flüssiges Dispergiermedium für den stellende Methode ist die, daß die Pulver getrennt, Transport von einem oder mehreren Stoffen, z. B. 20 zunächst das eine und dann das andere, mit elastiden erfindungsgemäßen Teilchen, verstanden, das schem Bindemittel unter Bildung der erfindungsauch andere Stoffe, wie Härtungsmittel oder ehe- gemäßen Massen abgemischt werden. Dabei ist die mische Mittel für die Polymerisation, falls solche zu- Reihenfolge der Zugabe wiederum nicht kritisch,
gegen sind, löslich zu machen vermag, beispielsweise Erfindungsgemäß machen das Gewicht der AIu-

Aceton, Xylol, Tetrahydrofuran, Benzol, Toluol, Di- 35 miniumteilchen und der ferromagnetischen Teilchen methylacetamid, Äthyläther, Chloroform und Di- zusammen etwa 40 bis 85% des Gesamtgewichts der methylformamid. Das genannte Trägerlösungsmittel genannten Teilchen und des elastischen Bindemittels braucht nicht durch eine nachfolgende Behandlung aus. Massen mit einem Gehalt von mehr als 85% vollständig entfernt zu werden, vorausgesetzt, daß die enthalten im allgemeinen für die mechanische Festigverlangten Kriterien für die Dehnung und Erholung 30 keit zu wenig Bindemittel. Prozentsätze von 60 bis von dem sich ergebenden Bindemittel eingehalten 70% werden bevorzugt. Massen, die weniger als werden. 40% des zusammengenommenen Gewichts enthalten,

Bei der Herstellung von Stoffzusammensetzungen, brennen häufig ein.

die dem Erfindungsgeist entsprechen, können daher Das Verhältnis des Gewichts des ferromagnetischen

Gußmassen Verwendung finden, die Dispersionen 35 Pulvers zu dem Gewicht des Aluminiumpulvers muß von Aluminiumteilchen und ferromagnetischen Teil- im Bereich von etwa 1:6 bis 2:1 liegen. Die obere chen in Polymerenlösungen in flüchtigen Träger- Grenze von 2:1 muß beachtet werden, um das Einlösungsmitteln, wie den obenerwähnten, z. B. eine brennen von Schaltern zu vermeiden, jedoch nicht so Lösung von Kohlenwasserstoff-Kautschuk in Benzol streng bei niedrigen Gesamtteilchengewichten in der oder Toluol, darstellen. Eine andere Gußmassenart 40 Nähe von 40% als bei hohen Beladungen in der kann auch zusätzlich zu dem Lösungsmittel einen Nähe von 85%. Das bevorzugte Verhältnis beträgt Reaktanten enthalten, der eine weitere Polymerisie- etwa 1,5:1. An der unteren Grenze von 1:6 nähern rung eines ein elastisches Bindemittel bildenden Ma- sich die Schalter dem Punkt, wo sie sich nicht mehr terials fördert, das möglicherweise — es braucht es ausschalten lassen, der zum Ausschalten benötigte aber nicht — noch nicht genügend elastisch ist, um 45 Strom nähert sich dem hohen Strom, der bei Abden verlangten Kriterien für die Dehnung und Er- Wesenheit des ferromagnetischen Bestandteils beholung zu entsprechen. Beispielsweise enthält eine nötigt wird, ist aber immer noch niedriger als dieser, Gußmasse, die bei der Herstellung von Schaltern und die Schalter neigen bei diesem Verhältnis auch nützlich ist, 20 Gewichtsprozent Polyurethankau- zur Stromführung entlang mehrfachen Wegen zwitschuk, wie »Adipren« C, ein Reaktionsprodukt aus 5° sehen den Elektroden statt entlang einem einzelnen Düsocyanat und Polyalkylenätherglykol in Dimethyl- Weg. Statt daß sie als ein bistabiles Element wirken, formamid, das 3,5% H₂O (V/V) enthält, während zu neigen solche Schalter dazu, Zustände zu entwickeln, anderen nützlichen Ansätzen Mischungen von Pul- welche einen zwischen dem EIN- und AUS-Zustand vern in selbsthärtenden, flüssigen Vorpolymeren, wie liegenden, elektrischen Widerstand aufweisen, und Siliconkautschukarten, gehören. Wenn gewünscht, 55 eine Zeitlang in solchen Zuständen zu verweilen, können Elastomere, die weiteren Umsetzungen, bei- wenn ihnen ein Impuls gegeben wird. Mehrfache spielsweise einer Kettenverlängerung oder Ver- Wege können durch Oszillographieren des Schalternetzung, welche die Produkte erhärten, aber noch stoms nachgewiesen werden, beispielsweise indem elastisch bleiben lassen, zugänglich sind, in situ (in ein Spannungssignal von einem in Reihe mit einem Gegenwart der Metallbestandteile) gehärtet werden. 6c Schalter liegenden Festwiderstand genommen und Beispielsweise können Härtungsmittel, wie Peroxide auf dem Schirm eines Oszilloskops dargestellt wird, oder Schwefel, für ungesättigte Systeme, die durch während der Schalter durch abwechselndes Anlegen Kohlenwasserstoff-Kautschuk (einschließlich natür- von strombegrenzten Impulsen und Spannungsimpullichem und synthetischem Kautschuk, der sich von sen zwischen dem EIN- und AUS-Zustand cyclisch Olefinen und Polyolefinen ableitet) vertreten werden, 65 betätigt wird. Wenn mehrfache Wege vorliegen, den erfindungsgemäßen Massen einverleibt werden, treten zwischen den beiden weit voneinander gedie gut bekannten Härtungsbedingungen ausgesetzt, trennten horizontalen Linien oder Stufen, die für den beispielsweise durch Erhitzen gehärtet werden. Ande- EIN- und AUS-Zustand charakteristisch sind, wäh-

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rend jedes Schaltzyklus zusätzliche horizontale Linien dere ähnliche Terpolymere mit geeigneten elastischen

oder Stufen auf. Gelegentlich werden eine oder sogar Eigenschaften sind in der USA.-Patentschrift 2 933 480

mehrere derartige Linien schwacher Helligkeit sieht- offenbart. Nach dem Mahlen wird die Mischung zu

bar, die eine Neigung zum Leiten entlang eines oder Folien heißverpreßt, die gehärtet werden. In der

mehrerer anderer leitfähiger Wege als dem aktivier- 5 Form solcher Folien lassen sich die erfindungsge-

ten Weg niedrigsten Widerstandes anzeigen. Wenn mäßen Massen vielen Anwendungen auf dem Com-

sämtliche dazwischenliegenden Linien sehr schwach puter- oder Elektronikgebiet anpassen. Beispielsweise

sind, wird der Betrieb eines Schalters als ein bistabi- können Elektroden und gedruckte Schaltungen auf

les Element gewöhnlich nicht beeinträchtigt; wenn solchen Folien zur Verwendung als Nur-Lese-Infor-

jedoch eine solche Linie sich in ihrer Helligkeit ent- io mationsspeicher und Lese-Schreib-Informationsspei-

weder dem EIN- oder dem AUS-Zustand nähert eher hergestellt werden. Die Folie läßt sich in be-

oder wenn sie ebenso hell wie die Linie des AUS- liebig gestaltete, kleinere Stücke beliebiger Größe

Zustandes wird, kann es sein, daß ein bistabiles zerschneiden, die als Bestandteile elektronischer

Schalten unkontrollierbar wird. Schaltkreise in Flip-Flop-Schaltungen oder Oszilla-

Durch Lösungsmittelverdampfung, nach Schmelz- 15 toren Verwendung finden können. Der elektrische

methoden oder Polymerisationsarbeitsweisen herge- Kontakt mit der Folie wird mittels aufgestrichenen

stellt, weisen die hier beschriebenen Massen im ty- Elektroden oder geeigneten Filterkontakttastern her-

pischen Fall spezifische elektrische Widerstände auf, gestellt.

die vor der Aktivierung größer als 10¹⁰ oder 10 Muli- Glas, Metall, Mörtel, Kautschuk, Holz und Papier

arden (ten billion) Ohm-cm sind. ao sind zufriedenstellende Substrate für die erfindungs-

Eine aus den erfindungsgemäßen Massen herge- gemäßen Massen und Gußmassen; bevorzugt wird,

stellte Schaltvorrichtung kann aus einer Gußmasse daß eine Polyesterfolie oder überhaupt kein Substrat

geformt werden, indem man der Gußmasse die ge- verwendet wird.

wünschte Gestalt gibt, sie formstabil macht und dann Abwandlungen der Schalterfolie oder Schalterplatzwei sich nicht berührende Elektroden aufbringt. Die 25 tenform umfassen eine mit Metall hinterlegte Schal-Formgebung der Gußmasse kann dadurch erfolgen, terplatte, die durch Aufgießen eines Films aus einer daß man sie auf einem. Substrat ausbreitet, auf wel- Schaltergußmasse auf einen Bogen aus Aluminiumchem sie in Gebrauch bleibt oder von welchem sie folie hergestellt wird. Der Film trocknet, wobei sich vor dem Gebrauch weggenommen wird. Sie kann auf seine Stärke vermindert, und dann werden gegendem ausgewählten Substrat durch Streichen, Tauchen, 30 überliegende Federkontakte angeheftet. Andere Ab-Gießen, Anwendung einer Rakel und durch ähnliche Wandlungen umfassen eine mit Papier verstärkte Arbeitsweisen verteilt werden. Nachdem die Guß- Folie, deren Herstellung durch Aufklotzen verschiemasse verformt worden ist, kann sie erhitzt und/oder dener Schaltergußmassen auf Seidenpapier erfolgt, unter Vakuum gesetzt werden, um sie formstabil zu eine mit Kunststoff hinterlegte Schalterfolie, die durch machen, d. h., um flüchtiges Lösungsmittel zu ent- 35 Aufgießen verschiedener Schaltergußmassen auf eine fernen und die Eigenschaften des elastischen Binde- druckempfindliche »Mylar«-Polyesterfolie erfolgt, mittels in den weiter oben angegebenen Bereich zu und überzogene, gedruckte Schaltkreistafeln, deren bringen. Herstellung durch Aufgießen verschiedener Schalter-

Lackierte Drähte werden hergestellt, indem ein gußmassen auf gedruckte Schaltkreistafeln mit oder

Draht als Substrat in die Gußmasse eingetaucht wird. 40 ohne an Ort und Stelle aufgedruckten Schaltkreisen

Entweder bevor oder nachdem die Gußmasse form- erfolgt.

stabil gemacht worden ist, wird eine zusätzliche Elek- Um einen nützlichen bistabilen Schalter aus einem trode oder Elektroden in Berührung mit ihr gebracht. sich in Ruhestellung zwischen zwei Elektroden be-Der Draht dient als die eine Elektrode und jede Korn- findenden Schalter aus den erfindungsgemäßen Masbination aus dem Draht, dem Schaltmaterial und der 45 sen herzustellen, muß an die Schaltermasse ein Spanzusätzlichen Elektrode dient als eine Schaltvorrich- nungsimpuls angelegt und ein leitfähiger Weg, dessen tung. Widerstand je cm weniger als 1 Megaohm beträgt,

Aus der erfindungsgemäßen Gußmasse können geöffnet werden. Durch Anlegen eines solchen akti-

Fäden und Fasern (fibers) gezogen werden. Aus einem vierenden Spannungsimpulses lassen sich spezifische

solchen Faden (bzw. einer solchen Faser) kann, be- 5° Widerstandswerte des anfänglichen EIN-Zustandes

vor oder nachdem er (sie) formstabil gemacht worden erzielen, die von 100 bis 250 000 Ohm je cm reichen,

ist, eine Schaltvorrichtung hergestellt werden, indem Sobald einmal ein leitfähiger Weg festgelegt worden

er (sie) durch die erfindungsgemäße Gußmasse oder ist, bleibt sein Widerstand im wesentlichen unverän-

irgendein leitfähiges Verklebungsmaterial mit zwei dert, während der eingeschaltete Zustand durch ir-

Elektroden verklebt wird. 55 gendeine kleine »Prüf- oder Lese«-Spannung identi-

Faden-(Faser-)Brücken mit einer gewöhnlichen fiziert wird, die ein Spannungspotential nicht über-

Klemme werden zu Schaltreihenanordnungen zusam- steigt, das genug Strom erzeugt, um einen Übergang·

mengebaut, wobei ein Kontakt als gewöhnliche An- in den ausgeschalteten Zustand zu bewirken, bei-

schlußklemme für mehrere Schalter dient. spielsweise weniger als etwa 5 Volt je cm.

Eine bevorzugte, erfindungsgemäße Masse wird 60 Der elektrische Widerstand des anfänglichen EIN-

hergestellt, indem beispielsweise in einer Zweiwalzen- Zustandes hängt von der Größe der Aktivierungs-

Kautschukmühle gleiche Gewichtsmengen von Alu- spannung wie auch der Natur, Teilchengröße und

miniumpulver, Eisenpulver und einem elastischen Menge der dispergierten Teilchen ab. Im allgemeinen

Terpolymeren aus Äthylen, Propylen und einem wird der Anfangswiderstand durch Erhöhen der Ak-

nichtkonjugierten Dien* z.B. 1,4-Hexadien, mit ge- 65 tivierungsspannung über ein kritisches Schwellen-

nügend viel Dicumylperoxid, bezogen auf das Ge- niveau für die Aktivierung hinaus oder durch An-

wicht des Terpolymeren, um die Härtung zu bewir- Wendung größerer Teilchen herabgesetzt. Er kann

ken, durch Mahlen vermischt werden. Diese und an- jedoch auch durch Verminderung der Größe eines"

Reihenwiderstandes, der nominell bei 330 000 Ohm gehalten wird und dazu dient, den Strom zu begrenzen, der bei Anlegung des aktivierenden Spannungsimpulses fließt, erniedrigt werden. Wenn die Größe des Reihenwiderstandes herabgesetzt wird, kann die Geschwindigkeit, mit der der aktivierende Impuls abfällt, so groß werden, daß die Schaltvorrichtung nicht nur bis zum EIN-Zustand aktiviert wird, so daß sie einen nützlichen Schalter abgibt, sondern daß sie innerhalb der Impulsdauer den EIN-Zustand durchläuft und am Ende des Impulses im AUS-Zustand gelassen wird. Der Grund hierfür wird nach Lektüre einer nachfolgenden Beschreibung der Eigenart von strombegrenzten Impulsen, die zum Ausschalten von Schaltern benötigt werden, besser verständlich werden. Schalter, welche in dieser Weise aktiviert werden, sind genau so nützlich wie die bis zu einem EIN-Zustand aktivierten, vorausgesetzt, daß der Schalter nicht durch einen übermäßigen Stromstoß beeinträchtigt wird. So kann ein Schalter mit gewünschten elektrischen Eigenschaften, die innerhalb desjenigen Bereichs von Eigenschaften liegen, die zusammen mit den verwendeten Stoffen praktisch sind, aus irgendeiner Vielfalt von Kombinationen aus aktivierender Spannung, Strom und Teilchengröße sowie Menge des nichtferromagnetischen Aluminiumpulvers und des ferromagnetischen Pulvers erhalten werden.

Zwei Polelektroden werden benötigt, um den aktivierenden Spannungsimpuls anlegen zu können. Die Gestalt, Größe und Form der Elektrode spielen für die Leistung des Schalters eine geringe Rolle. Silber-, Kupfer- und Goldanstrichstoffe, Kupferdraht- (Stärke 30 und Stärke 18; 30 gauge and 18 gauge) Zylinderstifte, druckempfindlich hinterlegte Metallfolien, abgerundete, federgespannte Druckkontakte und Krokodilklemmen wurden sämtlich mit Erfolg verwendet.

Zwischen den beiden Polelektroden, die beispielsweise sich über einen Probenweg von 0,5 cm hin gegenüberstehen, wird normalerweise zur Aktivierung des Schalters ein Unterschied im elektrischen Potential oder der Spannung von 150 bis 400 Volt benötigt. Höhere Spannungen neigen zur Ausbildung von EIN-Zuständen niedrigeren Widerstands; aber die Anlegung zu hoher Spannung führt zu Schaltern, die sich nicht in die AUS-Stellung umschalten lassen. Nach einer bevorzugten Methode erzielt man einen Widerstand von weniger als 250 000 Ohm, indem man einen Spannungsimpuls anlegt, der so begrenzt ist, daß er der Schwellenspannung des Schalters nahezu gleich und verhältnismäßig unabhängig von Schwankungen in den Schalter bildenden Massen ist. Versucht man eine Aktivierung mit weniger als der Schwellenspannung, so kann dies sich schädlich auswirken. Es können sich lückenhafte Wege ausbilden, die ihrerseits während des Schaltvorgangs oder, wenn schließlich der Durchschlag erreicht ist, mehrfache Wege eröffnen können.

Die aus den erfindungsgemäßen Massen hergestellten, sich im ruhenden Zustand befindlichen Schalter sollten daher durch Schaltkreise aktiviert werden, welche zu einer Standardisierung und Gleichmäßigkeit der Schaltermerkmale und -leistung führen. Ein typischer Schaltkreis für die Aktivierung einer Schaltvorrichtung, die aus den erfindungsgemäßen Massen hergestellt worden ist, aus ihrem ruhenden Zustand zu ihrem EIN-Zustand wird in der Fig. 1 gezeigt.

Dieser Schaltkreis ist optimal für einen Schalter mit einem Elektrodenabstand von etwa 1 cm gestaltet. Ein anfangs offener Einzelpol-Doppelumlegschalter 1 wird nach der Anschlußklemme 2 umgelegt, wodurch eine elektrische Potentialquelle 3 von 400 Volt Stärke einem 0,001^F-Kondensator 4 Energie zuführen kann. Der Schalter 1 wird dann so gedreht, daß er einen Anschluß mit der Klemme 5 herstellt, worauf die Potentialdifferenz über die ruhende Schaltvorrichtung 6 hin mit rascher, aber kontrollierter Geschwindigkeit so lange ansteigt, bis ihre Aktivierung eintritt. Zwei Kontrollvorrichtungen sind vorgesehen. Ein paralleler Schaltkreisweg, der aus einem 270 000-Ohm-Widerstand 7 besteht, sorgt für eine endliche Zeitkonstante für die Entladung des mit Energie beschickten Kondensators 4, da die ruhende Schaltvorrichtung, um diese Entladung zu besorgen, einen zu hohen Widerstand vor der Aktivierung aufweist (im typischen Falle 10¹⁰Ohm). Zweitens dient ein 100-μF-Zeitverzögerungs-Kondensator 8 dazu, die Geschwindigkeit der Erhöhung zu bremsen, indem er elektrischen Ladungsstrom aus dem Energie liefernden Kondensator 4 aufnimmt. Der Kondensator 8 setzt eine Zeitkonstante für die Erhöhung der Potentialdifferenz fest, die durch das Produkt aus dem Wert des benachbarten 10 000-Ohm-Widerstandes 9 und seiner eigenen Kapazität in Farad bestimmt wird, fest, die gleich 1 Mikrosekunde ist. Innerhalb dieser Größenordnung wird dadurch eine Schwellenspannung zwischen etwa 150 und 400 Volt für die Aktivierung der ruhenden Schaltvorrichtung erreicht, welche ihren elektrischen Widerstand von einem hohen Wert, der für ihren ruhenden Zustand typisch ist, auf einen niedrigen Wert abändert, der für ihren EIN-Zustand kennzeichnend ist. Danach begrenzt ein 300 000-Ohm-Widerstand 10, der in Reihe mit der Vorrichtung liegt, die sich ergebende Zunahme des durch ihm hindurchfließenden Stromes in dem Maße, wie die Spannungsdifferenz, welche übrig bleibt, rasch verbraucht wird. Schließlich schließt eine 1N-4005-Silicon-Diode 11 jegliche umgekehrten Ausgleichsspannungen, die sich entwickeln können, kurz.

Wenn man die Potentialdifferenz zu rasch ansteigen läßt, kann es sein, daß der Spannungswert über die Schwellen- oder Durchschlagsspannung hinaus schießt und einen Schalter ergibt, der sich nicht in die AUS-Stellung umschalten läßt.

Wenn der Strom bei der Aktivierung der Schaltvorrichtung nicht begrenzt wird, neigt die Vorrichtung dazu, den EIN-Zustand zu durchlaufen und durch den Stromstoß in den AUS-Zustand umgeschaltet zu werden. Bisweilen wird die Vorrichtung sogar zerstört.
Wenn die Diode fortgelassen wird, können die umgekehrten Ausgleichsspannungen manchmal die Vorrichtung zerstören.

Durch Beachtung dieser Kriterien bei der Herstellung der Masse und der Aktivierung des Schalters wird der Ausschaltstrom stark herabgesetzt, und es wird ein Verläßlichkeitsgrad erzielt, der bei Schaltern, die ohne Zusatz eines ferromagnetischen Bestandteils hergestellt worden waren, fehlte. Der zum Umschalten der Schalter in die AUS-Stellung benötigte Strom beträgt normalerweise 0,1 bis 10 mA und am meisten bevorzugt 1 bis 5 mA, an Stelle von 10 bis 200 mA, die für Schalter charakteristisch sind, welche ohne Zugabe von ferromagnetischem Pulver hergestellt worden sind. Ein gewöhnlicher Schaltkreis

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genügt jedoch nicht, wenn er nicht für einen raschen erfindungsgemäßen Schaltvorrichtungen können die Abfall der Hinterkante des Ausschaltimpulses sorgt. abwechselnden EIN- und AUS-Zustände visuell be-Dies liegt auf der Hand, weil beispielsweise eine akti- obachtet werden, indem sie in geeigneter Weise mit vierte Schaltvorrichtung sich in Reaktion auf eine einem Oszilloskop verfolgt werden. Die Prüfungen 60-Hz- oder sogar eine 1000-Hz-Impulsform nicht 5 der Lebensdauer zeigen, daß erfindungsgemäße ausschalten läßt. Schaltvorrichtungen unter Verwendung der Schalt-

Ein typischer Schaltkreis, der für das Umschalten anordnung der F i g. 2 über 10⁶mal oder häufiger einer Schaltvorrichtung, die anfangs sich im EIN-Zu- cyclisch betrieben werden können, ohne daß sie verstand befindet, in den ausgeschalteten Zustand nütz- sagen.

lieh ist, wird in der F i g. 2 gezeigt. Wenn die Span- io Wie oben angegeben, braucht der Ausschaltstrom mmgsquelle 21 unterbrochen wird, so führt dies zu nur 0,1 mA zu betragen. Der ausgedehnte Strombeeinem raschen Abfall des Schaltkreisstromes. Die reich ermöglicht die Herstellung einer neuartigen, mit Spannungsquelle 21 besteht aus einer gewöhnlichen hoher Geschwindigkeit arbeitenden Schaltvorrichtung, Schmitt-Triggerschaltung, welche einen Sinuswellen- die drei Leitungen und eine isolierte zweite Leitung generator in einen monostabilen Multivibrator-Ab- 15 aufweist. Vorzugsweise enthält eine solche Vorrichschnitt und einen Kopplungskondensator umwandelt, rung zwei früher beschriebene bistabile Schalter, die so daß sich ein nach Wunsch gestalteter Stromimpuls so in Reihe geschaltet sind, daß der erste Schalter ergibt. Beim Anlegen eines ersten Impulses wird die dank seiner verbesserten Zusammensetzung, Teil-Schaltvorrichtung 22 durch den rasch abfallenden chengröße und Gestalt einen Ausschaltstrom. verlangt, Strom in die AUS-Stellung umgeschaltet, aber elek- 20 .der kleiner ist als entweder der Ausschaltstrom oder irische Ladung neigt dazu, auf beiden Seiten des der Strom, der der Spannung zum Umschalten des Schalters zurückzubleiben, und zwar sowohl auf der zweiten Schalters in den EIN-Zustand entspricht. Der Seite nach der elektrischen Erde hin als auch auf der erste bistabile Schalter muß anfangs ausgeschaltet Seite nach der Spannungsquelle 21 hm. Eine solche werden. Die Merkmale der beiden Schalter können Ladung kann, wenn sie unüberwacht bleibt, genü- 25 so ausgewählt werden, daß »Schreib«-(EIN)- und gend viel Potentialdifferenz entwickeln, um den Schal- »Lösch«-(AUS)-Impulse für den zweiten Schalter ter wieder einzuschalten. Eine typische Vorrichtung, durch den ersten Schalter hindurchtreten, um den um überschüssige Ladung sofort zu entfernen, wird zweiten Schalter zu erreichen, daß jedoch der erste in F i g. 2 gezeigt. Sie kann durch einen parallel ange- Schalter sich immer dann im AUS-Zustand befindet, ordneten Widerstand 23 in die Erde abfließen. Auf 30 wenn der EIN-oder AUS-Zustand des zweiten Schalder anderen Seite des Schalters kann sie durch den ters »gelesen« werden, d. h. unter Verwendung einer Reihenregelwiderstand 24 in die Erde abfließen. Eine isolierten zweiten Leitung zwischen den beiden Schalweitere Schwierigkeit kann noch wegen der Unter- tern bestimmt Werden. Eine solche Leitung wird von schiede der Zeitkonstanten für das Abfließen von dem »Schreib«- und »Lösch«-Stromkreis durch den Ladung von beiden Seiten des Schalters auftreten. Sie 35 hohen Widerstand des ersten Schalters, wenn »Lese«- känn durch den Fachmann dadurch überwunden wer- Operationen durchgeführt werden, elektrisch isoliert, den, daß er einen Impuls-Zeitverzögerungs-Schalt- Kurzzeitig jedoch befindet sich der erste Schalter kreis 25 einführt, der sich beispielsweise aus einer während der »Schreib«- und »Lösch«-Impulse in sei-Induktivität und Kondensatoren, wie gezeigt, zusam- nem EIN-Zustand, obgleich er am Ende des Impulmensetzt, die in Reihe mit einer passenden Seite der 40 ses auf »AUS« steht.

Schaltvorrichtung geschaltet sind. Eine Schalter-Uber- Der Dreileitungs-Schalter kann beispielsweise zum

brückung, die aus einer lN-4005-Silicon-Diode 26 Speichern binärer Information, beispielsweise als ein besteht, die in Reihe mit einer 10-Millihenry-Induk- Computer-Speicherelement, verwendet werden, intivität 27 liegt, dient auch zur Beseitigung von Aus- dem entweder ein elektrischer Spannungsimpuls in gleichsspannungen in dem Schaltkreis. 45 Reihe durch den ersten und zweiten Schalter ge-

Der oben beschriebene Schaltkreis ist nicht nur für schickt wird, welcher erste Leiter durch den genanndas Umschalten eines Schalters in den AUS-Zustand ten Impuls in den EIN-Zustand und dann in den nützlich, sondern kann auch für cyclische Wiederhol- AUS-Zustand umgeschaltet wird und welcher zweite vorgänge zwischen dem EIN- und dem AUS-Zustand Schalter in dem EIN-Zustand umgeschaltet und in verwendet werden. Dies ist deshalb möglich, weil ein 50 diesem Zustand belassen wird, d. h. durch den geschalter, sobald er ausgeschaltet ist, einen Wider- nannten ersten Impuls eingeschaltet wird, oder indem stand entwickelt, der viel größer als der innere Wider- ein elektrischer Stromimpuls in Reihe durch den gestand der Spannungsquelle 21 ist. Infolgedessen läßt nannten ersten und zweiten Schalter gesandt wird, sich dann im wesentlichen die volle Spannung der welcher erste Schalter durch den genannten Impuls Spannungsquelle 21 parallel zu der Schaltvorrichtung 55 in den EIN- und dann in den AUS-Zustand umgein ihren AUS-Zustand zum Erscheinen bringen. schaltet wird und welcher zweite Schalter im AUS-Durch Spannungsregulierung wird der nächste zuzu- Zustand gelassen, d. h. durch den genannten Impuls führende Impuls daher auf denjenigen Wert einge- ausgeschaltet wird, in einer mit der binären Form der stellt, der benötigt wird, um die Schaltvorrichtung in zu speichernden Information übereinstimmenden Art den EIN-Zustand umzuschalten, so daß somit ein 60 und Weise als ein leitender Zustand des zweiten Zyklus zwischen dem EIN- und AUS-Zustand ver- Schalters.

vollständigt wird. Die Geschwindigkeiten der cy- Sowohl die Zwei- als auch Drei-Leitungsschalter,

clischen Wiederholungsvorgänge können von verhält- in denen von den erfindungsgemäßen Massen Genismäßig niedrigen Frequenzen bis zu Frequenzen brauch gemacht wird, zeigen verläßliche Merkmale, von 10 000 Hz oder mehr und die einzelnen Impuls- 65 die in für logische Verknüpfungen bestimmten Combreiten von etwa 1 bis 50 Mikrosekunden unter Ver- putersystemen und in Speichersystemen wie auch bei Wendung einer typischen Schmitt-Triggerschaltung der Modulation und Kontrolle von anderen elekvariiert werden. Bei der Prüfung der Lebenszeit von irischen Vorrichtungen von Vorteil sind. Andere

Vorteile sind die Einfachheit des Entwurfs und der Herstellung, insbesondere die Leichtigkeit, mit der Schalter miteinander verbunden werden können, um in Speichern hoher Kapazität für den fortschrittlicheren Typ von Computern oder Lernmaschinen Verwendung zu finden. Die Schaltzeiten sind kürzer als 1 Mikrosekunde, und infolge des niedrigen Ausschaltstromes verlangen Schalteinheiten von erfindungsgemäßen Schaltern nur äußerst geringe Leistung und lassen sich sehr dicht packen. Diese und andere Anwendungen der aus den erfindungsgemäßen Massen hergestellten Stromschalter sind Anwendungen als elektronische Schaltkreiselemente in Oszillatoren, Multivibratoren oder Flip-Flop-Schaltungen, Relais, Stromkreisunterbrechem, Blinkanlagen oder elektronischen Oszillogrammen.

Die nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung lediglich veranschaulichen, aber nicht begrenzen. Soweit nicht anders angegeben, sind sämtliche Mengen auf Gewicht bezogen.

Beispiel 1

Eine Gußmasse wurde hergestellt, indem bei Raumtemperatur und unter Atmosphärendruck (a) 20 cm³ einer 15gewichtsprozentigen Lösung eines elastomeren (250- bis 290%ige Dehnung) Mischpolymeren aus Vinylidenfluorid und Hexafluorpropylen (»Viton« der Firma Du Pont; ein Fluorelastomeres) in Aceton, (b) 3 g eines keine Plättchen bildenden Aluminiumpulvers mit durchschnittlicher Teilchengröße von 19,6 Mikron, von dem 85 Gewichtsprozent durch ein 325-MasCiien-Sicb hindurchfallen (Aluminiumpulver MD 2000 der Firma Alcan Aluminium CO.), und (c) 3 g eines Eisenpulvers mit durchschnittlicher Teilchengröße von etwa 20 Mikron (Eisen 1807 der Firma Baker und Adamson) vermischt wurden. Von der Gußmasse wurde auf einem 2,54 · 7,6 cm (1 ■ 3 inch) Glasobjektträger genügend viel aufgelegt, um beim 24stündigen Trocknen an Luft bei 40 bis 50° C einen 25,4 bis 50,8 μ (1 bis 2 mil) dicken Film zu bilden. Auf den Film wurden zwei Elektroden aufgestrichen und getrocknet. Die genannten Elektroden wurden als leitfähiges Silberpräparat, cfas Silberpulver enthielt, in einem Abstand von etwa 0,5 cm voneinander so aufgebracht, daß sie sich über die Breite des Objektträgers hin erstreckten. Die Gußmasse mit den beiden aufgebrachten Elektroden wurde dann durch einen Anfangsspannungsimpuls aktiviert und, wie in der unten stehenden Tabelle I angegeben, als Schalter betrieben.

Vergleichsbeispiel IA

Wie im Beispiel 1 wurden eine Gußmasse und ein Schalter hergestellt, jedoch mit der einzigen Ausnahme, daß der Bestandteil (c) des genannten Beispiels 1 fortgelassen wurde. Die Wirkungsweise dieses Schalters ist ebenfalls in der Tabelle I angegeben. Bei Betrachtung der Werte der Tabelle I erkennt man, daß der Strom zum Umschalten des Schalters des Beispiels 1 in den AUS-Zustand ein Neuntel desjenigen Stromes betrug, der zum Umschalten des Schalters des Beispiels 1A in den AUS-Zustand benötigt wurde.

Beispiele 2, 3, 4, 5 und 6

Fünf zusätzliche Schalter wurden wie im Beispiel 1 mit der Abänderung hergestellt, daß in jedem Fall der Bestandteil (a) des Beispiels 1 ersetzt wurde durch: (2) Lösungen eines Chloroprenpolymeren in Xylol (synthetischer Neopren W-Kautschuk der Firma Du Pont; 450% Dehnung), (3) eines Polyurethan-Mischpolymeren in Tetrahydrofuran (PoIyurethan-Kautschuk »Adipren« C der Firma Du Pont; 430% Dehnung), (4) eines Blockpolymeren aus Polystyrol und Butadien in Xylol (Kraton 1102; 880% Dehnung), (5) eines cis-l,4-Polybutadien-Polymeren in Xylol (CIS-4® »B. R. Kautschuk« der Firma

ίο Phillips Petroleum Co.; 540% Dehnung) und (6) eines Terpolymeren aus Äthylen, Propylen und einem 1.4-Hexadien (Kohlenwasserstoff-Kautschuk »Nordel« 1070 der Firma Du Pont; 460 bis 480% Dehnung) in Toluol.

Vergleichsbeispiele 2A, 3A, 4A, 5A und 6A Wie in den vorhergehenden Beispielen 2 bis 6 wurden fünf zusätzliche Gußmassen und fünf Schalter hergestellt, nur daß in jedem Fall der Bestandteil (c) fortgelassen wurde.

Aus den in der Tabelle I stehenden Ergebnissen ist zu ersehen, daß die Einverleibung eines ferromagnetischen Bestandteils in die erfindungsgemäßen Massen den zur Umschaltung der Schalter in den AUS-Zustand erforderlichen Strom ausgeprägt herabsetzt. Beispielsweise erwies sich der kleinste Strom, der für die Ausschaltung des Schalters des Beispiels 6 wirksam war und 0,29 mA betrug, als kleiner als 1 Hundertstel desjenigen des 6-A-Schalters. Bei allen sechs Vergleichen wurde, wenn erfindungsgemäße Massen verwendet wurden, festgestellt, daß der Strom herabgesetzt wurde.

	35	Bei Verwendung	Akti-	Für das	Wider	Strom-
Tabelle I		der Masse des 40	vieruügs- spanmmg	Umschal	stand des EIN-	jegrenzter
				ten in den EIN-	Zustandes	Impuls
Wirkungsweise der Schalter			Zustand verwen		zum Um schalten
		dete		des Schal ters in den
45 Beispiels 1 ...	150	Spannung	(Ohm)	AUS-
Vergleichs			19 000	Zustand
beispiels IA	150	70		(mA)
Beispiels 2 ...	200		1200	1,88
-0 Vergleichs		90	55 000
beispiels 2 A	250	80		17,1
Beispiels 3 ...	250		300	0,75
Vergleichs		120	11000
beispiels 3 A	200	65		43,1
55 Beispiels 4 ...	150		810	4,3
Vergleichs		80	24 000
beispiels 4 A	200	70		38,2
Beispiels 5 ...	200		150	1,23
Vergleichs-		130	35 000
60 beispiels 5 A	150	60		62,9
Beispiels 6 ...	150		625	1,9
Vergleichs		100	180 000
beispiels 6 A	140	80		22,7
			500	0,29
	95
			36,4

Der Widerstand von jedem beobachteten AUS-Zustand wurde mit einem Simpson Volt-Ohmyst® gemessen, und es wurde gefunden, daß er mindestens 10⁸ Ohm betrug.

409 515/412

	2	262	765	18	10
17				Beispiel
Beispiel 7

Es wurden drei Gußmassen hergestellt, indem bei Raumtemperatur und unter Atmosphärendruck (a) 20 cm³ einer 15gewichtsprozentigen Lösung eines natürlichen Kautschuks (500 % Dehnung) in Xylol, (b) 3 g eines keine Plättchen bildenden Aluminiumpulvers mit durchschnittlicher Teilchengröße von 19,6 Mikron, von dem 85 Gewichtsprozent durch ein 325-Maschen-Sieb hindurchfielen (Aluminiumpulver MD 2000 der Firma Alcan Aluminium Co.), und (c) 1,3 bzw. 6 g eines 200-Maschen-ICobaltpulvers (City Chemical Co.) vermischt wurden. Schalter wurden hergestellt und wie im Beispiel 1 unter Verwendung dieser drei Gußmassen geprüft; ihre Wirkungsweisen werden durch die Werte der Tabelle II angezeigt.

Beispiel 8

Schalter wurden wie im Beispiel 7 hergestellt und geprüft, nur daß der Bestandteil (c) ein 100-Maschen-Kobaltpulver (City Chemical Co.) war. Die Wirkungsweisen werden durch die Werte der Tabelle II festgehalten.

Beispiel 9

Schalter wurden wie im Beispiel 7 hergestellt, nur daß der Bestandteil (c) ein Eisenpulver mit durchschnittlicher Teilchengröße von etwa 20 Mikron war (Eisen 1807 der Firma Baker and Adamson). Die Wirkungsweisen werden durch die Werte der Tabelle II wiedergegeben.

Tabelle II
Wirkungsweise der Schalter

	Ferro- ma- gneti- sches Pulver	Akti vierungs- spannung	Für das	Wider stand des EIN- Zustandes	Strom
			Umschal- inden EIN- Zustand verwen dete		begrenzter
Bei Ver wendung der Masse des Beispiels	(g)		Spannung	(Ohm)	Impuls zum Um schalten des Schal ters in den AUS-
	1	275		500	Zustand
	3	325	65	5 000	CmA)
7	6	325	75	2 200	22,1
7	1	325	100	1600	7,8
7	3	280	75	5100	9,9
8	6	325	90	3 000	14,6
8	1	325	145	28 000	7,3
8	3	325	225	1500	7,0
9	6	325	90	3 000	3,0
9	1	325	95	2 500	10,0
9	3	325	90	45 000	10,8
10	6	325	95	8 000	7,9
10	1	325	75	7 000	1,2
10	3	325	75	2 500	2,6
11	6	325	88	30 000	4,3
11			65	7,5
11			1,1

Schalter wurden wie im Beispiel 7 hergestellt, nur daß der Bestandteil (c) ein 200-Maschen-Eisenpulver war (City Chemical Co.). Die Wirkungsweisen werden durch die Werte der Tabelle II gezeigt.

Beispiel 11

Schalter wurden wie im Beispiel 7 hergestellt, nur ίο daß der Bestandteil (c) ein 200-Maschen-Nickelpulver war (City Chemical Co.). Die Leistungen werden durch die Werte der Tabelle II gezeigt.

Die Beispiele 7 bis 11 zeigen, daß die Zusätze von

Nickel- und Kobaltpulvern ähnlich günstige Wirkungen auf den Ausschaltstrom aufweisen, wie sie sich bei Zugabe von Eisenpulver ergeben, daß sie aber weniger wirksam sind.

Beispiel 12

Schalter wurden wie in den Beispielen 1 bis 7 aus Gußmassen hergestellt, die 20 cm³ einer 15gewichtsprozentigen Lösung von natürlichem Kautschuk (500% Dehnung) in Xylol und die nachfolgenden Grammgewichtsmengen eines kerne Plättchen bildenden Aluminiumpulvers (Aluminium MD 2000 der Firma Alcan Aluminium CO.) und eines Eisenpulvers mit durchschnittlicher Teilchengröße von etwa 20 Mikron (Eisen 1807 der Firma Baker und Adamson) enthielten:

	1	Gußmassen- Zusammensetzung	Al+ Fe Gewichts prozent	Gewichts- verMltnis Fe: Al
35	2
3	3 Al/1,0 Fe	57	1:3
4	6 AJ/1,0 Fe	70	1:6
40 5	1,5 Al/0,5 Fe	40	1:3
6	3 Al/0,5 Fe	54	1:6
7	3 Al/2,0 Fe	63	2:3
3 Al/3,0 Fe	67	1:1
3 Al/6,0 Fe	75	2:1

Der Widerstand von jedem beobachteten AUS-Zustand wurde mit einem Simpson Volt-Ohmyst® gemessen, und es wurde gefunden, daß er mindestens 108 Ohm betrug.

Die Schaltleistung der Schalter, in denen die verschiedenen Gußmassen verwendet wurden, werden in der Tabelle III wiedergegeben, welche zeigt, daß sämtliche Schalter, die aus Massen mit Gewichtsverhältnissen von Eisen zu Aluminium innerhalb des Erfindungsbereichs hergestellt worden sind, weniger als 5 mA Ausschaltstrom benötigen.

Die Lebensdauer eines aktivierten Schalters, der aus der Gußmasse 6 hergestellt worden war, wurde unter Verwendung des in F i g. 2 gezeigten Schaltkreises geprüft. Die Spannungsquelle 21 bestand aus einer Schmitt-Triggerschaltung, die 200-Volt-Gleichstromimpulse, die 1,0 MikroSekunden dauerten, bei einer Geschwindigkeit der cyclischen Wiederholungsvorgänge von 1000 Hz durch einen 0,0003-μΡ-Κορρ-lungskondensator abgab. Der Impuls-Zeitverzögerungs-Schaltkreis 5 bestand aus einer 10-Millihenry-Drosssel und 50^F-Mehrf achkondensatoren. Der parallel angeordnete Widerstand 23 für das Abfließenlassen der Ladung war etwa 6000 Ohm groß und der Reihenwiderstand 4 für das Abfließen von Ladung 3500 Ohm groß. Der Schalter wurde 3 Stunden lang wiederholt cyclisch getrieben, was 10,8 Millionen Zyklen bedeutet. Der Schalter funktionierte immer noch und versagte nicht (brannte nicht ein).

Tabelle III

	Akti-	Für das	Widerstand	Strom
	vierungs-	Umschalten	des EIN-	begrenzter
	spannung	in den	Zustandes	Impuls
Bei Ver		EIN-Zustand		zum Um
wendung		verwendete		schalten
des Bei	400	Spannung	(Ohm)	des Schal
spiels 11	400		42000	ters in den
	400	80	18 000	AUS- Zustand
	400	50	10 000	(mA)
1	400	130	14 500	1,4
2	400	440	29 000	2,95
3	400	80	49 000	4,9
4		80	67 000	4,2
5		90	2,2
6		1,4
7		1,6

IO

Der Widerstand von jedem beobachteten AUS- ^ao Zustand wurde mit einem Simpson-Volt-Ohmyst® gemessen, und es wurde gefunden, daß er mindestens 10⁸ Ohm betrug.

Beispiel 13 ^a5

Eine Mischung aus (a) 100 g eines Terpolymeren aus Äthylen, Propylen und einem 1,4-Hexadien (»Nordel« 1070 der Firma Du Pont in Kohlenwasserstoff-Kautschuk, 460 bis 480% Dehnung), dem 7,0 g Dicumylperoxid als Härtungsmittel zugesetzt worden waren, (b) 100 g eines keine Plättchen bildenden Aluminiumpulvers mit durchschnittlicher Teilchengröße von 19,6 Mikron, von dem 85 Gewichtsprozent durch ein 325-Maschen-Sieb hindurchfielen (Aluminiumpulver MD 2000 der Firma Alcan Aluminium Co.), und (c) 100 g eines Eisenpulvers mit durchschnittlicher Teilchengröße von etwa 20 Mikron (Eisen 1807 der Firma Baker und Adamson) wurde mit 20 g eines Mahlöls (Sun Par öl) gemahlen. Das Mahlöl wurde dann mit einem gemischten Lösungsmittel, das sich aus gleichen Gewichtsmengen Perclen und Äthanol zusammensetzte, extrahiert. Das durch Mahlen gemischte Gemenge wurde dann bei 155° C 30 Minuten lang unter Bildung eines 0,254 mm dicken Films, dessen Durchmesser etwa 30,5 cm (12 inches) betrug, hitzegehärtet. Zwei leitende Silberanstrichelektroden wurden durch Streichen auf die Oberfläche aufgebracht, und zwischen den Elektroden wurde ein Spannungsimpuls von 400VoIt angelegt, um einen aktivierten Schalter mit einem Widerstand von 200 Ohm in seinem eingeschalteten Zustand herzustellen. Der Schalter wurde erfolgreich zwischen dem AUS- und dem EIN-Zustand durch abwechselndes Anlegen eines Stromimpulses von 2OmA und eines Spannungsimpulses von 200 Volt betrieben.

Beispiel 14

Es wurde ein Drei-Leitungs-Schalter mit einer isolierten zweiten Leitung aufgebaut, indem der Schalter des Beispiels 6 in Reihe mit dem Schalter des Beispiels 3 gelegt wurde. Der letztere Schalter benötigt 4,3 mA zum Ausschalten und 65 Volt zum Einschalten, so daß der erstere Schalter, der nur 0,29 mA (aus einer 35- bis 40-Volt-Quelle) zum Ausschalten benötigt, im AUS-Zustand bleibt, wenn der Schalter mit hoher Stromstärke durch Impulse durch den Schalter mit niedriger Stromstärke hindurch entweder in einen EIN-Zustand oder einen AUS-Zustand geschaltet wird. Dadurch wird der Impulseingang isoliert gehalten, so daß er selbst nicht »gelesen« werden kann, während der Zustand des Schalters mit hoher Stromstärke durch einen einfachen Widerstand-Meßschaltkreis, der parallel zu seinen Polklemmen angeordnet wird, immer direkt gelesen werden kann.

Um dies zu beweisen, wurde ein Spannungsimpuls oder »Schreib«-Signal von 0,5 mA, das aus einer Spannungsquelle von über 65 Volt herstammte, durch den Schalter mit niedriger Stromstärke des Beispiels 6 hindurch an den Schalter mit hoher Stromstärke des Beispiels 3 angelegt wurde. Dann wurde ein Simpson- »Volt-Ohmyst«-Widerstands-Meßinstrument in Reihe mit einem Sperrwiderstand mit einem Widerstandswert von 100 000 Ohm verbunden, und beide wurden dann über den Schalter mit hoher Stromstärke des Beispiels 3 angelegt. Dann wurde ein Simpsonablesung auf dem Simpson-Meßinstrument, das etwa 111 000 Ohm anzeigte, wurde der Schalter bestimmt, der in seinen EIN-Zustand oder seinen Zustand niedrigen Widerstandes zu schalten war.

Dann wurde durch den Schalter mit niedriger Stromstärke ein Stromsignal von 5,OmA angelegt, und es wurde dann durch den hohen Widerstand des Schalters mit hoher Stromstärke, der, wie die Messung ergab, Megaohm betrug, bestimmt, daß der Schalter mit hoher Stromstärke sich im AUS-Zustand befand.

Ein solches »Schreiben« und »Löschen« wurde unter Verwendung des Drei-Leitungs-Schalters mit der isolierten zweiten Leitung wiederholt.

Vergleichsbeispiel 15

Gleiche Gewichtsmengen von Aluminiumpulver MD 2100 der Firma Alcan Aluminium Co. und von feinem Carbonyleisenpulver PQ-19 der Firma General Anilin and Films's wurden miteinander vermischt, in einem mit Argon gefüllten Ofen bei 1200° C so lange gebrannt, bis sie legiert waren, und so weit pulverisiert, daß sie durch ein 325-Maschen-Sieb hindurchtraten.

Die Arbeitsweise des Beispiels 1 wurde zweimal mit der Abänderung wiederholt, daß 4,5 bzw. 7,5 g des hergestellten Aluminium-Eisen-Legierungspulvers an Stelle von jeweils 3 g der getrennten Aluminium- und Eisenpulver-Bestandteile (b) und (c) des Beispiels 1 verwendet und daß ein Polyurethan-Mischpolymeres in Tetrahydrofuran (Polyurethan-Kautschuk »Adipren« C der Firma Du Pont; 430% Dehnung) an Stelle des Bestandteils (a) des Beispiels 1 verwendet wurde.

Zwei sich im ruhenden Zustand befindende Schalter wurden aus diesen Massen, wie im Beispiel 1 beschrieben, mit zwei aufgebrachten Elektroden hergestellt. Sie konnten durch einen Anfangsspannungsimpuls im Bereich von 150 bis 400 Volt nicht zu einem Zustand niedrigen Widerstandes aktiviert werden und arbeiteten nicht als Schalter.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1 2 . In der USA.-Patentschrift 3 056 750 wird ein Wi- Fatentanspruche: derstandsmaterial offenbart, das Metallteilchen ent-

1. Stoffzusammensetzung, enthaltend hält, die zumindest teilweise mit einem Vorüberzug ν a ,....,, versehen und durch synthetischen Kautschuk mitein-

a) Alumimumteuchen, _{5 an},_der verbunden sind, so daß sich eine getrennte

b) ferromagnetische Teilchen und _{Einheit oder ein A VOQ leitfä}higen Teilchen

c) em Bindeglied fur a) und b), _ergftt j_{edes beliabige} Metallpulver, wie Eisen oder dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminium, kann zur Herstellung von Aggregaten Bindemittel c) ein elastisches organisches Poly- verwendet werden, die beim Formpressen von elekmeres ist, wobei das Gewichtsverhältnis von io irischen Widerständen mit Festwerten von 130 000 ferromagnetischen Teilchen zu Aluminiumteil- Ohm bis hinauf zu 20 000 Megaohm nützlich sind, chen im Bereich von 1:6 bis 2:1 Hegt und das In der USA.-Patentschrift 3 571 777 werden VorGewicht der Aluminiumteilchen und der ferro- richtungen offenbart, die auf Temperaturänderungen magnetischen Teilchen zusammen 40 bis 85%, ansprechen und deren elektrischer Widerstand über bezogen auf das Gesamtgewicht der genannten 15 den Bereich der Glasübergangstemperatur des PolyTeilchen und des elastischen organischen Poly- merenbestandteils hin sich stark mit der Temperatur meren, betragen. ändert. In der Patentschrift werden ungefähr 20 Bin-

2. Stoffzusammensetzung nach Anspruch 1, demittel aufgeführt (vgl. Spalte 3). Von diesen kann dadurch gekennzeichnet, daß das elastische orga- bestenfalls nur eines als einigermaßen elastisch annische Polymere in einem Trägerlösungsmittel 20 gesehen werden, nämlich das Butadien-Styrol-Mischvorliegt. polymere (30:70). Die Elastizität dieses Misch-

3. Verfahren zur Herstellung einer Stoffzusam- polymeren reicht aber nicht für die Zwecke der vormensetzung gemäß Anspruch 1, dadurch gekenn- liegenden Erfindung aus, bei der es darauf ankommt, zeichnet, daß man daß das Bindemittel so elastisch ist, daß die Stoff-

a) Aluminiumteilchen, ^a5 zusammensetzungen für die Herstellung von halt-

b) ferromagnetische Teilchen und ^aren und gut geeigneten Schaltern geeignet sind.

c) ein Bindeglied für a) und b), g^ieser f ,^der Patentschrift genannte Butadien-Styrol- ' ' Kautschuk mit emem Verhältnis von 30:70 ist zwar

wobei das Gewichtsverhältnis von ferromagneti- nicht so steif wie Polystyrol (Verhältnis: 0:100), aber sehen Teilchen zu Aluminiumteilchen im Bereich 30 erreicht in seinen Eigenschaften bei weitem nicht den von 1:6 bis 2:1 liegt und das Gewicht der Alu- elastischen Butadien-Styrol-Kautschuk (GRS), in miniumteilchen und der ferromagnetischen Teil- welchem das Verhältnis 70:30 beträgt,
chen zusammen 40 bis 85 %>, bezogen auf das Ge- Aus dieser Patentschrift sind keine Hinweise zu samtgewicht der genannten Teilchen und des entnehmen, daß durch Kombination ernes elastischen elastischen organischen Polymeren, betragen, 35 Bindemittels mit einer speziellen Mischung als Aluheiß zu einer Folie verpreßt. minium und ferromagnetischen Teilchen eine Stoff-

4. Verwendung der Stoffzusammensetzung ge- zusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung maß Anspruch 1 zur Herstellung eines Schalters, hergestellt werden kann. Es wird nicht einmal ander zwei Widerstandszustände aufweist und zwi- gegeben, ob die Eigenschaft der Elastizität für die sehen diesen beiden Widerstandszuständen um- 40 Bindemittel für den dort angestrebten Zweck (temgeschaltet werden kann, dadurch gekennzeichnet, peraturabhängige Widerstände) von Bedeutung ist.
daß man die Stoffzusammensetzung durch An- Dort, wo in dieser Patentschrift Mischungen von legen eines Spannungsimpulses so aktiviert, daß Metallteilchen beschrieben werden, wird angegeben, sich ein leitender Weg von weniger als 1 Mega- daß Legierungen gleichermaßen nützlich sind. Es ohm bildet. 45 fehlen Angaben über die Mengenverhältnisse der

Metallteilchenmischungen. Solche Mengenverhältnisse sind aber, wie aus der nachfolgenden Beschreibung hervorgeht, für die Erzielung einer geeigneten Schaltwirkung notwendig.

Die vorliegende Erfindung betrifft Stoffzusammen- 50 Die USA.-Patentschrift 3 685 028 lehrt Systeme, Setzungen, die Aluminiumteilchen, ferromagnetische in denen ferromagnetische Teilchen (Aluminium ist Teilchen und ein elastisches Bindemittel, um sie zu ausgeschlossen) in einem elastischen Bindemittel eineiner zusammenhängenden Masse zu verbinden, ent- gebettet sind. Die elektrisch leitfähigen Teilchen werhalten. Diese Massen sind insbesondere für die Her- den in Speicherelementen mit einem hohen und einem stellung von elektrischen Schaltern nützlich. 55 niedrigen Widerstandszustand und emem Speicher-

Von Sawyers, McCarthy und J a c ο b y zustand eingesetzt. Im Gegensatz zu den Lehren der wird in Technical Memorandum SCTM 293-60-52, vorliegenden Erfindung wird jedoch der Zustand Sandia Corp., Livermore, Kalifornien (1960), be- hohen Widerstandes gemäß der bekannten Lehre nur richtet, daß Aluminiumpulver handelsgängiger Quali- durch Erhitzen des genannten Speicherelementes, tat, das bekanntlich magnetisches Metall in merk- 60 während es sich in dem genannten Speicherzustand liehen Mengen enthäM, Schalteigenschaften zeigt, befindet, derart, daß der genannte Speicherzustand in wenn es in Form feinzerteilter Materialteilchen in den Zustand hohen Widerstandes umgewandelt wird, einer homogenen Masse mittels dielektrischer Füll- erreicht.

stoffe dicht gebunden wird. Abgesehen von einer An- Gibbons und B e a d 1 e offenbaren in Solid

deutung, daß das magnetische Material wahrschein- 65 State Electronics, Pergamon Press 1964, Bd. 7, S. 785 lieh Eisen ist, werden die Identität, die Menge und bis 797, daß Filme aus Nickeloxid, Filme aus andeder Zweck oder die Wirkung, falls vorhanden, des ren Metalloxiden, eloxiertem Aluminium und Alumagnetischen Materials nicht offenbart. miniumpulver, die in einem geeigneten, isolierenden