DE3739193A1

DE3739193A1 - Electrical switch, and a method for its production

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Publication number: DE3739193A1
Application number: DE19873739193
Authority: DE
Inventors: Kurt Blaschke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-11-19
Filing date: 1987-11-19
Publication date: 1989-06-01

Abstract

An electrical switch is proposed having a cavity which encloses an electrically conductive liquid-metal droplet and into which at least two contacts project, which electrical switch is distinguished by the fact that those walls which bound the cavity consist of fracture-resistant (non-brittle) plastic. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schalter ge mäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung gemäßOberbegriff des Anspruchs 8.The invention relates to an electrical switch ge according to the preamble of claim 1 and a method its manufacture according to the preamble of claim 8.

Mit Flüssigmetall- bzw. Quecksilbertropfen gefüllte Schalter sind bekannt. Sie bestehen aus einem Glas kolben,der einen Hohlraum umschließt,in den mindestens zwei Kontakte ragen und in den ein Quecksilbertropfen eingebracht ist. Diese Art Schalter dient als soge nannter Bewegungsschalter:Filled with liquid metal or mercury drops Switches are known. They consist of a glass piston that encloses a cavity in the at least two contacts protrude and a drop of mercury into one is introduced. This type of switch serves as a so-called named movement switch:

Bei einer Lageveränderung bewegt sich der Quecksilber tropfen aufgrund seiner Massenträgheit und/oder durch die Einwirkung der Schwerkraft im Inneren des Schalters. In einer ersten Lage des Schalters werden die beiden Kontakte durch den Quecksilbertropfen verbunden, wäh rend in einer zweiten Stellung die elektrische Ver bindung zwischen den Kontakten unterbrochen ist.The mercury moves when the position changes drip due to its inertia and / or through the action of gravity inside the switch. In a first position of the switch, the two Connected by the drop of mercury, while rend in a second position the electrical Ver bond between the contacts is broken.

Nachteil dieses Schalters ist, daß der Quecksilber tropfen durch Beschädigung des Glaskolbens austreten und die Umwelt gefährden kann. Darüber hinaus erfüllt der Schalter dann auch die gewünschte Schaltfunktion nicht mehr.The disadvantage of this switch is that the mercury leakage through damage to the glass bulb and can endanger the environment. Furthermore met the switch then also the desired switching function no more.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen funktions sicheren elektrischen Schalter zu schaffen, der hohen mechanischen Belastungen standhält und praktisch keinerlei Gefährdung für die Umwelt darstellt.It is therefore an object of the invention to have a functional to create safe electrical switch of high withstands mechanical loads and is practical poses no threat to the environment.

Diese Aufgabe wird bei einem elektrischen Schalter der eingangs genannten Art mit Hilfe der in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst. Der Schalter hat den Vorteil, daß auch bei hohen mechanischen Belastungen, die auch zu einer Verformung der Wände des Schalters führen mögen, der Flüssigmetall-Tropfen, der beispielsweise aus Quecksilber besteht, nicht austreten kann. D.h. die Schaltfunktion bleibt erhalten und die Umwelt wird nicht durch Quecksilber belastet. Dadurch wird nicht nur die Sicherheit allgemein erhöht, der Schalter kann auch in Bereichen eingesetzt werden, die bislang auf grund einer möglichen Gefährdung durch das Quecksilber ausgeschlossen waren. This task is the case of an electrical switch type mentioned at the beginning with the help of claim 1 mentioned features solved. The switch has the advantage that even with high mechanical loads, which too lead to deformation of the walls of the switch like, the liquid metal drop, for example consists of mercury, can not leak. I.e. the Switching function is retained and the environment not contaminated with mercury. This will not only general security increases, the switch can can also be used in areas that were previously based on due to a possible hazard from the mercury were excluded.

Der Lösung dieser Aufgabe dient auch ein Verfahren der eingangs genannten Art,das sich durch die in Anspruch 8 genannten Schritte auszeichnet. Vorteil dieses Ver fahrens ist es, daß der elektrische Schalter sehr einfach und daher preiswert herstellbar ist. Die als Kontakte dienenden Drähte können beispielsweise in Kunststoff eingegossen werden, so daß ein Hohlkörper mit einer Öffnung entsteht. In diesen ist das als Flüssigmetall verwendete Quecksilber einfach einzu bringen. Der Sauerstoff im Inneren des Hohlkörpers wird durch ein Schutzgas verdrängt und dann ein Deckel gas dicht mit den Wänden des Hohlkörpers verbunden. Kunst stoff ist wesentlich einfacher als Glas zu verarbeiten, so daß zur Herstellung des Schalters notwendige Ein richtungen sehr viel preisgünstiger sind. Überdies können Kunststoffarten verwendet werden, die eine aus gezeichnete mechanische Festigkeit aufweisen und dabei einfach zu verarbeiten sind.A method of also serves to solve this problem type mentioned, which is characterized by the in claim 8 distinguished steps. Advantage of this ver It is driving that the electrical switch is very is simple and therefore inexpensive to manufacture. As Contact wires can be used, for example, in Plastic are poured so that a hollow body with an opening. In these it is as Liquid metal used mercury easy to use bring. The oxygen inside the hollow body becomes displaced by a protective gas and then a cover gas tightly connected to the walls of the hollow body. Art fabric is much easier to process than glass, so that necessary to manufacture the switch directions are much cheaper. Moreover plastic types can be used that are made of have drawn mechanical strength and thereby are easy to process.

Bei einem bevorzugten Verfahren wird auf die Öffnung des Hohlkörpers eine Kunststoffperle aufgesetzt, die anschließend mit den Wänden des Hohlkörpers durch Hitzeeinwirkung verschmolzen wird.A preferred method is to open the opening of the hollow body placed a plastic bead, the then through with the walls of the hollow body Heat is melted.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des Ver fahrens zeichnet sich dadurch aus, daß der Schalter nach Aufbringen des Deckels in eine Kunststoffmasse getaucht wird, die eine zusätzliche Schutzschicht um den Schalter bildet. Diese steigert die mechanische Festigkeit und verbessert die elektrische Isolierung des Schalters. A particularly preferred embodiment of the Ver driving is characterized in that the switch after applying the cover in a plastic mass is dipped around an additional protective layer forms the switch. This increases the mechanical Strength and improves electrical insulation of the switch.

Weitere Vorteile und Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen genannt.Further advantages and embodiments are in the Subclaims called.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figur näher erläutert.The invention will now be described with reference to the figure explained.

In der Figur ist ein Ausführungsbeispiel eines elektri schen Schalters dargestellt, dessen Hohlkörper 1 napf- oder becherförmig ausgestaltet ist. Die Form des Hohl körpers kann jedoch beliebig gewählt werden. In den Boden 3 des Hohlkörpers sind zwei Drähte 5 gasdicht eingebracht, deren nicht isolierte Enden in das Innere des Hohlkörpers 1 ragen und als Kontakte 7 dienen. Die außerhalb des Hohlkörpers verlaufenden Bereiche der Drähte sind isoliert.In the figure, an embodiment of an electrical switch's is shown, the hollow body 1 is cup-shaped or cup-shaped. However, the shape of the hollow body can be chosen arbitrarily. In the bottom 3 of the hollow body, two wires 5 are introduced gas-tight, the non-insulated ends of which protrude into the interior of the hollow body 1 and serve as contacts 7 . The areas of the wires running outside the hollow body are insulated.

Im Inneren des Hohlkörpers befindet sich ein elektrisch leitender Flüssigmetall-Tropfen, hier ein Quecksilber tropfen 9. Der Schalter ist in der Figur senkrecht stehend dargestellt. Daher ruht der Quecksilbertropfen 9 auf dem Boden 3 des Hohlkörpers 1, so daß die Kontakte 7 elektrisch leitend verbunden sind.There is an electrically conductive liquid metal drop inside the hollow body, here a drop of mercury 9 . The switch is shown standing vertically in the figure. Therefore, the mercury drop 9 rests on the bottom 3 of the hollow body 1 , so that the contacts 7 are electrically conductively connected.

Der Innenraum des Hohlkörpers ist mit einem Schutzgas gefüllt, das den Sauerstoff verdrängt und so die Oxy dation der Kontakte und des Quecksilbertropfens ver hindert. Als Schutzgas können beispielsweise reiner Stickstoff,eine Mischung aus Stickstoff und Wasserstoff aber auch Edelgase verwendet werden. The interior of the hollow body is covered with a protective gas filled, which displaces the oxygen and so the oxy dation of the contacts and the drop of mercury ver prevents. As a protective gas, for example, can be pure Nitrogen, a mixture of nitrogen and hydrogen but also noble gases can be used.

Die Öffnung des Hohlkörpers ist mit einem Deckel 11 gasdicht verschlossen. Je nach Herstellungsverfahren ist der Deckel aufgeklebt oder durch Hitzeeinwirkung mit dem Hohlkörper 1 verschmolzen.The opening of the hollow body is closed gas-tight with a cover 11 . Depending on the manufacturing process, the cover is glued on or fused to the hollow body 1 by the action of heat.

Bei einem besonders einfachen Herstellungsverfahren wird auf die Öffnung eine Kunststoffperle aufgesetzt, die dann mit einer Wärmequelle in Berührung gebracht wird. Bei geeigneter Wahl der Temperatur schmilzt die Perle und bildet den Deckel 11, der den Hohlkörper 1 gasdicht verschließt.In a particularly simple manufacturing process, a plastic bead is placed on the opening, which is then brought into contact with a heat source. With a suitable choice of temperature, the pearl melts and forms the cover 11 , which closes the hollow body 1 in a gas-tight manner.

Bei einer anderen Ausführungsform des Verfahrens wird eine Ultraschallquelle zum Verschweißen des Deckels 11 mit dem Hohlkörper 1 verwendet.In another embodiment of the method, an ultrasound source is used to weld the cover 11 to the hollow body 1 .

Der komplette Schalter wird anschließend in eine Kunststoffmasse getaucht, die eine mechanisch stabile und elektrisch isolierende Schutzschicht bildet. Die Kunststoffmasse kann flüssig oder pulverförmig sein. Der pulverförmige Kunststoff muß so ausgelegt sein, daß er auf der Oberfläche des Schalters haftet. Das Pulver kann dann anschließend durch Wärme- oder Licht einwirkung geschmolzen und fest mit dem Hohlkörper des Schalters verbunden werden. Die Schutzschicht umgibt auch den sich an den Hohlkörper 1 anschließenden Bereich der Drähte 5. Dadurch wird eine Zugentlastung gebildet, die die Befestigungsstellen der Drähte 5 im Boden 3 entlastet. Der Hohlkörper 1 wird daher auch bei starken auf die Drähte wirkenden Zugkräften nicht un dicht. The complete switch is then immersed in a plastic compound that forms a mechanically stable and electrically insulating protective layer. The plastic mass can be liquid or powder. The powdered plastic must be designed so that it adheres to the surface of the switch. The powder can then be melted by heat or light and firmly connected to the hollow body of the switch. The protective layer also surrounds the area of the wires 5 adjoining the hollow body 1 . This forms a strain relief which relieves the fastening points of the wires 5 in the base 3 . The hollow body 1 is therefore not un tight even with strong tensile forces acting on the wires.

Die Anschlußdrähte sind vorzugsweise aus rostfreiem Edelstahl, beispielsweise aus V ₂A-Stahl hergestellt. Es hat sich gezeigt, daß der Quecksilbertropfen 9 bei diesem Material nicht an den Kontakten 7 hängenbleibt. Daher reichen schon sehr kleine Quecksilbertropfen aus, um einen funktionsfähigen Schalter herzustellen. Bei herkömmlichen Gold-, Platin- oder Kupferkontakten bleibt der Quecksilbertropfen häufig an den Kontakten kleben. Es müssen daher große Tropfen in den Schalter eingebracht werden, damit beim Ausschalten dessen Eigengewicht ausreicht, die Adhäsionskräfte zu über winden. Daher sind diese Schalter relativ voluminös, außerdem ist die große Quecksilbermenge besonders gefährlich.The connecting wires are preferably made of stainless steel, for example of V ₂ A-steel. It has been shown that the mercury drop 9 does not stick to the contacts 7 with this material. Therefore, very small drops of mercury are sufficient to produce a functional switch. With conventional gold, platinum or copper contacts, the drop of mercury often sticks to the contacts. Large drops must therefore be introduced into the switch so that when it is switched off, its own weight is sufficient to overcome the adhesive forces. Therefore, these switches are relatively voluminous, and the large amount of mercury is particularly dangerous.

Wird der in der Figur gezeigte Schalter aus der stehen den Lage gebracht, so wird etwa bei einer Neigung von 30° gegenüber der Horizontalen die elektrische Ver bindung zwischen den Kontakten 7 unterbrochen, weil der Quecksilbertropfen 9 sich in Richtung des Deckels 11 bewegt.If the switch shown in the figure is brought from the position, the electrical connection between the contacts 7 is interrupted approximately at an inclination of 30 ° with respect to the horizontal, because the mercury drop 9 moves in the direction of the cover 11 .

Es ist auch möglich, Umschalter herzustellen, indem je ein Kontakt am Boden und im Deckel sowie in der Seiten wand des Hohlkörpers vorgesehen wird. Steht der Schal ter senkrecht, wie in der Figur, wird bei geeigneter Größe des Quecksilbertropfens eine elektrische Ver bindung zwischen dem Kontakt im Boden und dem in der Seitenwand hergestellt. Stellt man den Schalter auf den Kopf, so ist der Kontakt im Deckel mit dem in der Seitenwand elektrisch leitend verbunden. It is also possible to make changeover switches by each a contact on the bottom and in the lid as well as in the sides wall of the hollow body is provided. The scarf is standing ter vertical, as in the figure, becomes more suitable Size of the drop of mercury an electrical ver bond between the contact in the ground and that in the Sidewall made. If you set the switch to Head, so is the contact in the lid with that in the Sidewall electrically connected.

Werden Kontakte ausschließlich in den Seitenwänden vorgesehen, so kann die Schaltwirkung durch eine Dreh bewegung des Schalters um seine Längsachse herbeige führt werden.Contacts are only in the side walls provided, the switching effect by a turn movement of the switch around its longitudinal axis leads.

Der Schalter ist also universell einsetzbar. Es wurden bei 220 V ohne weiteres Verbraucher mit einer Aufnahme leistung von 250 W und bei 12 V Verbraucher mit 55 W ein- und ausgeschaltet. Es hat sich gezeigt, daß der Schalter problemlos in einem Temperaturbereich von -30° bis +140°C funktionsfähig ist.The switch can therefore be used universally. There were at 220 V with no additional consumer with one shot power of 250 W and with 12 V consumers with 55 W on and off. It has been shown that the Switch easily in a temperature range of -30 ° to + 140 ° C is functional.

Durch die Wahl geeigneter Kunststoffe ist der Schalter gegen hohe mechanische Belastungen resistent. Der Hohl körper kann auch im Spritzgußverfahren hergestellt werden. Polyamid 11 und Polyamid 6 haben sich dabei sehr gut bewährt.By choosing suitable plastics, the switch is resistant to high mechanical loads. The hollow body can also be produced by injection molding. Polyamide 11 and polyamide 6 have proven themselves very well.

Claims

1. Electrical switch with a cavity enclosing an electrically conductive liquid metal drop, in which protrude at least two contacts, characterized in that the walls delimiting the cavity ( 1 , 3 , 11 ) consist of unbreakable plastic.

2. Switch according to claim 1, characterized in that the cavity with at least one protective gas is filled, which is the oxidation of mercury and / or the contacts prevented.

3. Switch according to claim 2, characterized in that as a protective gas nitrogen and / or hydrogen and / or noble gases can be used.

4. Switch according to one of claims 1 to 3, characterized in that the projecting into the cavity contacts ( 7 ) consist of stainless steel.

5. Switch according to claim 4, characterized in that the contacts ( 7 ) consist of V ₂ A steel.

6. Switch according to one of claims 1 to 5, characterized by a protective layer ( 13 ) made of plastic.

7. Switch according to claim 6, characterized in that the protective layer ( 13 ) surrounds the wires ( 5 ) projecting outwards from the cavity at least in the region near the cavity wall.

8. A method for producing an electrical switch according to one of claims 1 to 7, characterized by the following steps:

- Two wires serving as contacts are introduced gas-tight into the wall of a hollow body having an opening;
- The hollow body is filled with at least one protective gas and with a liquid metal drop;
- The opening of the hollow body is provided with a lid which is gas-tightly connected to the walls of the hollow body.

9. The method according to claim 8, characterized in that the lid ver with the walls of the hollow body sticks.

10. The method according to claim 8, characterized in that the lid with the walls of the hollow body is fused by exposure to heat.

11. The method according to claim 10, characterized in that to produce the fuse link Ultrasound source used.

12. The method according to any one of claims 8 to 11, characterized in that the switch to Her placing a protective layer in a plastic mass is immersed.