DE3739193A1

DE3739193A1 - Elektrischer schalter und verfahren zu dessen herstellung

Info

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

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schalter ge mäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung gemäßOberbegriff des Anspruchs 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:

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.

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.

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.

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.

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.

Bei einem bevorzugten Verfahren wird auf die Öffnung des Hohlkörpers eine Kunststoffperle aufgesetzt, die anschließend mit den Wänden des Hohlkörpers durch Hitzeeinwirkung verschmolzen wird.

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.

Weitere Vorteile und Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen genannt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figur näher erläutert.

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.

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.

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.

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.

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.

Bei einer anderen Ausführungsform des Verfahrens wird eine Ultraschallquelle zum Verschweißen des Deckels 11 mit dem Hohlkörper 1 verwendet.

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.

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.

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.

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.

Werden Kontakte ausschließlich in den Seitenwänden vorgesehen, so kann die Schaltwirkung durch eine Dreh bewegung des Schalters um seine Längsachse herbeige führt werden.

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.

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.

Claims

1. Elektrischer Schalter mit einem einen elektrisch leitfähigen Flüssigmetall-Tropfen einschließenden Hohlraum, in den mindestens zwei Kontakte ragen, dadurch gekennzeichnet, daß die den Hohlraum begrenzenden Wände (1, 3, 11) aus bruchfestem Kunststoff bestehen.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum mit mindestens einem Schutzgas gefüllt ist, welches die Oxydation des Quecksilbers und/oder der Kontakte verhindert.

3. Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Schutzgas Stickstoff und/oder Wasserstoff und/oder Edelgase verwendbar sind.

4. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Hohlraum ragenden Kontakte (7) aus rostfreiem Stahl bestehen.

5. Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte (7) V ₂A-Stahl bestehen.

6. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekenn zeichnet durch eine Schutzschicht (13) aus Kunst stoff.

7. Schalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht (13) die aus dem Hohlraum nach außen ragenden Drähte (5) zumindest in dem Bereich nahe der Hohlraumwandung umgibt.

8. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Schal ters nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

- zwei als Kontakte dienende Drähte werden in die Wandung eines eine Öffnung aufweisenden Hohl körpers gasdicht eingebracht;
- der Hohlkörper wird mit mindestens einem Schutzgas und mit einem Flüssigmetall-Tropfen gefüllt;
- die Öffnung des Hohlkörpers wird mit einem Deckel versehen, der gasdicht mit den Wänden des Hohl körpers verbunden wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel mit den Wänden des Hohlkörpers ver klebt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel mit den Wänden des Hohlkörpers durch Hitzeeinwirkung verschmolzen wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung der Schmelzverbindung eine Ultraschallquelle verwendet.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter zur Her stellung einer Schutzschicht in eine Kunststoff masse getaucht wird.