DE2334053A1

DE2334053A1 - Elektrischer umschalter in modulbauweise mit leitender fluessigkeit

Info

Publication number: DE2334053A1
Application number: DE19732334053
Authority: DE
Inventors: Philippe Paul Roger Ar Amberny
Original assignee: AMBERNY PHILIPPE PAUL ROGER ARMAND
Current assignee: AMBERNY PHILIPPE PAUL ROGER ARMAND
Priority date: 1972-07-04
Filing date: 1973-07-04
Publication date: 1974-01-24
Also published as: FR2191237A1; FR2191237B1; US3876850A

Description

AMBERMY Philippe, Paul, Roger, Armand 18 - BOURGES - Savigny en Septaine /Frankreich

Unser Zeichen; A 1651

Elektrischer Umschalter in Modulbauweise mit leitender Flüssigkeit

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Umschalter in Kodulbauweise mit leitender Flüssigkeit.

Es sind zahlreiche Arten von Umschaltern oder Unterbrechern dieser Art bekannt, bei denen als leitende Flüssigkeit im allgemeinen Quecksilber benutzt wird und die Umschaltung durch Drehung bewirkt wird.

Beispielsweise sind Umschalter bekannt, bei denen das Quecksilber in einer dichten verschwenkbaren Ampulle enthalten ist, an welcher Elektroden befestigt sind.

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Weiterhin ist eine Vorrichtung bekannt, die eine Quecksilber enthaltende, zylindrische Ampulle aufweist, in der Elektroden durch elektromagnetische Einrichtungen in Drehung versetzt werden.

Ein anderer bekannter Umschalter besteht aus einem dichten torischen Glasrohr, das eine Quecksilbermasse enthält und in dem ein System von vorspringenden Elektroden vorgesehen ist. Das Quecksilber bewegt sich und führt die verschiedenen Umschaltungen aus, wenn das Glasrohr in Schaukel-oder Drehbewegungen versetzt wird.

Mit diesen Vorrichtungen werden relativ einfache Umschaltungen mit relativ großen Abmessungen und einer relativ großen Masse erreicht.

Ziel der Erfindung ist es, einen elektrischen Umschalter zu schaffen, der komplexe Umschaltungen unter einer beträchtlichen Verringerung der Abmessungen und der Masse gestattet.

Der erfindungsgemäße elektrische Umschalter in Modulbauweise, der elektrische Kontakte besitzt, die in einer dichten, isolierenden, eine leitende Flüssigkeit enthaltenden Kammer angeordnet sind, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte aus Metallschichten auf einen dielektrischen Substrat bestehen· Diese Metallschichten können beispielsweise dünne Schichten von gedruckten Schaltungen sein, wodurch die Abmessungen und die Herstellungskosten der Vorrichtung in hohem Maße verringert werden können.

Gemäß einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform besitzt die dichte Kammer einen torischen Hohlraum,

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in dem radiale, an ihrem Umfang angeordnete Kontakte vorgesehen sind. Auf diese Weise können die Kontakte vervielfacht werden und kann eine große Anzahl von Zuständen erreicht werden. Gemäß einer anderen Zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung, die sich insbesondere für die Umschaltung von elektrischen Signalen mit sehr geringen Stärken eignet, sind die Kontakte mit einer leitenden Schicht bedeckt, die durch die leitende Flüssigkeit benetzbar ist. Diese zusätzliche Schicht gestattet den Durchgang von sehr geringen Strömen.

Wenn die leitende Flüssigkeit Quecksilber ist, was der häufigste Fall ist, können diese Schichten aus Platin, Nickel, Chrom oder Wolfram, Metalle, die mit Quecksilber kein Amalgam bilden, bestehen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von mehreren Ausführungsbeispielen der Erfindung, die auf der beiliegenden Zeichnung dargestellt sind. Es zeigen:

Fig. 1 einen Aufriß einer ersten Ausführungsform, wobei Teile weggebrochen sind,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II von Fig.1,

Fig. 3 einen Aufriß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, wobei Teile weggebrochen sind,

Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV von Fig.3,

Fig. 5 einen Aufriß einer dritten Ausführungsform der Erfindung, wobei Teile weggebrochen sind,

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Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie VI-VI von Fig.5 und

Fig. 7 eine perspektivische Darstellung, die den Zusammenbau von mehreren Umschaltern der in Fig.1 und 2 gezeigten Art zeigt.

Bei dem in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel besitzt der elektrische Umschalter in Modulbauweise ein dielektrisches Substrat 1, auf dem Metallschichten befestigt sind, die eine Folge von Anschlüssen 2 bilden. Diese Verbindungen sind mit äußeren Schaltungen durch nicht dargestellte Leiter verbunden und besitzen Kontakte 3» die im Inneren einer dichten Kammer angeordnet sind, die aus einer isolierenden, rechteckigen Schale 4- besteht, die an dem Substrat 1 angeklebt ist und mit diesem einen Hohlraum 20 abgrenzt.

Die Schale 4 enthält eine leitende Flüssigkeit, die aus einem Quecksilbertropfen 5 besteht, der die untere Ecke der Schale ausfüllt, in der er durch Schwerkraft gehalten wird, wobei der Umschalter als vertikal angenommen wird.

Die Anschlüsse 2 können in dünnen Schichten einer gedruckten Schaltung vorzugsweise aus Kupfer oder einer in bekanntem Verfahren fotogravierten Schaltung ausgeführt sein, die aus einer Nickel-Chrom- oder Wolfram-Platinschicht besteht. Die Anschlüsse 2 können auch aus stärkeren Schichten bestehen, die durch Serigraphie hergestellt werden.

Das Substrat 1 kann beispielsweise aus glasfaserverstärktem Polyester bestehen und die Schale 4- kann mit einem geeigneten Kleber, beispielsweise einer Epoxydharzraupe JO angeklebt sein.

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ORIGINAL INSPECTED

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel besitzt der Umschalter 6 Anschlüsse 2 die so ausgebildet sind, daß ihre Kontakte 3 drei Stellen 6, 7 und 8 besitzen, die nacheinander durch Drehung des Umschalters um eine horizontale Achse vor den Quecksilbertropfen 5 gebracht werden können. Die erforderliche Quecksilbermenge hängt Von den Zwischenräumen zwischen den Kontakten 3 an den Stellen 6, 7 und 8 ab.

Die Stellen 6 und 7 werden jeweils durch die" Enden von vier konvergierenden Kontakten 3 gebildet, von denen einer ein Schenkel eines im wesentlichen kreuzförmigen, zentralen Anschlusses ist.

Die Stelle 8 besitzt nur 2 Kontakte 3.

Das Volumen des Quecksilbertropfens 5 beträgt in der Praxis einige Kubikmillimeter.

Um einen einwandfreien Betrieb zu erreichen, ist es nicht erforderlich, daß sich der Umschalter in einer vertikalen Ebene befindet.

Er kann bis zu einer Neigung von ungefähr 50 ° gegen die Vertikale geneigt werden. Dieser Wert hängt von der benutzten Herstellungsart ab. Die Kräfte der Reibung des Quecksilbertropfens 3 auf der Oberfläche der Schale 4- hängen nämlich von den für diese Schale benutzten Stoff ab.

Um die Gefahr einer allmählichen Oxydierung der leitenden Kontakte 3 auszuschließen, kann es zweckmäßig sein auf diesen ein geeignetes Metall aufzubringen, das mit dem Quecksilbertropfen 5 kein Amalgam

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INSPECTED

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bildet, oder in dem Hohlraum 20 einen Unterdruck zu erzeugen oder diesen mit einem neutralen Gas zu füllen.

Diese Vorrichtung eignet sich besonders für die Umschaltung von Mikroströmen von einigen Milliampere. In diesem Fall ist es jedoch erforderlich, die Kontakte 3 mit einer dünnen leitenden Schicht zu "bedecken, die einen guten elektrischen Kontakt mit dem Quecksilbertropfen 5 gewährleistet, wobei der Widerstand zwischen dem Quecksilbertropfen und den Kontakten 3 in der Größenordnung von ein Milliohm bleiben muß.

Wenn die Kontakte 3 aus Kupfer bestehen, können sie zu diesem Zweck mit einem geeigneten Metall wie Platin, Chrom oder Nickel auf elektrochemischem Wege oder mit Wolfram durch Aufbringen eines Wolframplasmas in einem bekannten Verfahren beschichtet werden.

Dieser Umschalter besitzt wesentlich geringere Abmessungen und wesentlich niedrigere Herstellungskosten als die bekannten Umschalter und.gestattet die Durchführung von komplexen Umschaltungen, wodurch er sich besonders für die Fernsprechumschaltung eignet. Anstelle der rechteckigen Schale 4 kann nämlich eine vieleckige Schale benutzt werden und es können Stellen 6, 7» 8 in der Anzahl der Ecken des Vielecks vorgesehen werden, in denen sich der Quecksilbertropfen 5 nacheinander stabilisieren kann.

Es wurde jedoch festgestellt, daß der Drehwinkel zwischen zwei benachbarten Stellen mindestens 30° betragen muß, damit ein einwandfreier Betrieb erreicht wird.

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Fig. 7 zeigt ein Paket 9 von mehreren Umschaltern der in Fig.1 bis 2 gezeigten Art, die mit biegsamen Anschlußdrähten 10 versehen sind. Diese Umschalter werden durch Züge (nicht sichtbar) dargestellt, die das Paket durchqueren und an deren Enden Muttern 11 aufgeschraubt sind. Bei dem in den Figuren 3 und i\. gezeigten Ausführungsbeispiel besitzt die dichte Einheit 17 einen torischen Hohlraum 12, in dem radiale Kontakte 13 von an den Umfang des torischen Höhlraums 12 angeordneten Anschlußelektroden 14 vorgesehen sind.

Fig. 5 zeigt, daß der Quecksilbertropfen 5 ein solches Volumen hat, daß er die Verbindung zwischen "drei aufeinanderfolgenden Elektroden 14· herstellt; dieses Volumen kann jedoch auch kleiner sein, um diese Verbindung nur zwischen zwei Elektroden 14 zu schaffen.

Bei dieser Ausführungsform der Erfindung kann eine besonders hohe Anzahl von Umschaltstellen für den Quecksilbertropfen 5 geschaffen werden, in dem die Anzahl von Elektroden 14 vervielfacht wird. Zum Übergang von einem Zustand in den darauffolgenden genügt es, den Umschalter wie bei der vorgehenden Ausführungsform zu drehen, wobei der Quecksilbertropfen 5 stationär bleibt.

Diese Ausführungsform kann insbesondere zur Erzeugung von Impulsen und zur Messung beispielsweise von Drehgeschwindigkeiten benutzt werden.

Die in den Figuren 5 und 6 gezeigte Ausführungsform ist eine Abwandlung der vorhergehenden Ausführungsform.

Anstelle, der Einheit 17 ist in diesem Fall eine Schale

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vorgesehen, die einen kreisförmigen Hohlraum 18 aufweist, und das Substrat 16 besitzt eine konkave Seite 16a, deren Vertiefung der Schale 15 zugewandt ist.

Andererseits sind anstelle der ebenen Elektroden 14 gekrümmte Elektroden 14a vorgesehen.

Wird der Umschalter als horizontal angenommen, so befindet sich der Quecksilbertropfen in der Mitte des Hohlraums 18.

Bei dieser Abwandlung kann es zweckmäßig sein, alle geradzahligen Elektroden 14- an einen gemeinsamen Pol und alle ungeradzahligen Elektroden 40 an einen anderen Pol anzuschließen, so daß der Strom durch Kippen des Umschalters in einer beliebigen Richtung fließen kann.

Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und läßt Änderungen in der Ausführung zu.

Beispielsweise kann eine vieleckige Schalenhälfte mit einer Schalenhälfte mit einem torischen Hohlraum kombiniert v/erden, wobei die Anschlüsse und ihre Kontakte auf geeignete Weise ausgebildet sind.

Bei der in den Figuren 3 und 4 gezeigten Ausführungsform kann in der Mitte der Schale 17 ein leitender Kontakt montiert werden, der an seinem Umfang Verzweigungen aufweist, so daß der Quecksilbertropfen 5 nacheinander die Verbindung zwischen einer dieser Verzweigungen und zwei Elektroden 14 herstellen kann.

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Claims

Patentansprüche

1 J Elektrischer Umschalter in Modulbauweise mit elektrischen Kontakten, die in einer dichten, isolierenden, eine leitende Flüssigkeit enthaltenden Kammer angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet , daß die Kontakte aus Metallschichten auf einem dielektrischen Substrat bestehen.
2. Umschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die dichte Kammer einen torischen Hohlraum aufweist, in dem an seinem Umfang radiale Kontakte angeordnet sind.
3. Umschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Kammer eine vieleckige Form aufweist.
4. Umschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das dielektrische Substrat eine konkave Seite aufweist, deren Vertiefung der dichten Kammer zugewandt ist.
5. Umschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte mehrere Verbindungsstellen besitzen, deren jede mindestens zwei Kontakte aufweist, die so angeordnet sind, daß die leitende Flüssigkeit die elektrische Verbindung zwischen diesen Kontakten herstellen kann.
6. Umschalter nach einem· der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte mit einer leitenden Schicht bedeckt sind, die durch die leitende Flüssigkeit benetzbar ist.

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INSPECTED
7- Umschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschichten aus dünnen Schichten bestehen, die eine gedruckte oder fotogravierte Schaltung bilden.
8. Umschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschichten aus starken Schichten bestehen.
9. Umschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die dichte Kammer mit neutralem Gas gefüllt ist oder daß in dieser Kammer ein Unterdruck besteht.
10. Zusammengesetzter Umschalter, gekennzeich net durch ein Paket von mindestens zwei Umschaltern in Modulbauweise nach einem der Ansprüche 1 bis 9.

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