DE2921753A1 - Drehschalter - Google Patents

Description

T. M. Ja ck sum -R. J. Hod yes-ι«. I. .Ashcroft -S. L .Amp filet t 61-31!-2-1

Drehschalter

Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Schalter des Typs, bei dem der S cha Itvorgany dadurch erzielt wird, daß ein codierter Rotor verwendet wird, der abwechselnde isolierende und leitende Zonen aufweist, mit denen ein Satz von fest, angeordneten, federbelasteten Kontakten abwechselnd verbunden oder von ihnen getrennt wird, was davon abhängt, in welcher Stellung sich der Rotor befindet und welche Codierung benutzt wi rd.

In der Praxis wird eine solche funktion normalerweise dadurch erzielt, daf3 die Technik der gedruckten Schaltungen verwendet wird, um den Rotor herzustellen, wobei als Leiter geätzte Kupferleitungen verwendet werden, die mit Edelmetall plattiert sind, um die Kontakte und die Leiter vor Oxydation zu schützen. Eine solche Herstellung von durch Ausätzen erhaltenen Kupferleitungen ist verhältnismäßig teuer, obwohl diese Technik in großem Maße verwendet wird. Es ist daher eine Verminderung sowohl der Materialkosten als auch der Hersfellungskosten wünschenswert, vorausgesetzt, daü die Güte des Schalters aufrechterhalten bleibt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein elektrischer Drehschalter vorgeschlagen, der einen codierten Rotor mit abwechselnden isolierenden und leitenden Zonen hat,

>/rk - 21.05.1979 . /

909849/0771

T.M.Ja ck s on-R. J. Ho dge $-G. L. As her of t-S. L.Aniphlett 6 1-38-2-1

mit denen ein Satz von stationären elektrischen Kontakten in elektrischem Kontakt steht, bei dem die isolierenden und/oder die leitenden Zonen ein schleifendes Material en thai ten.

Die Verwendung eines schleifenden Materials ergibt eine automatische Reinigung der Kontakte immer dann, wenn der Rotor bewegt wird, so daü auch Kontakte verwendet werden können, welche nicht plattiert sein müssen, sondern welche auch mit den Grundnietal len allein zuverlass i g arbei ten.

Die Erfindung soll anhand von Ausführungsbeispielen naher erläutert werden:

Figur 1 zeigt eine einfache Anordnung einer codierten Rotorscheibe und einen Satz von festen Kontakten.

Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch die Scheibe von Figur 1.

Figur 3 zeigt eine Ausführungsform eines Drehschalters unter Verwendung der einfachen Anordnung nach Figur 1 und

Figur 4 zeigt eine andere Ausführungsform eines Drehschalters unter Einbeziehung von zusätzlichen Schal tun gsel eine η ten.

Die Grundform eines Drehschalters gema'iS der Erfindung ist in Figur 1 dargestellt. Die drehbare Scheibe 1 hat

909849/0771

T.M.J ackson-R.J.H ο dges-G.L.As heroft-S.L.Amphlett 61-38-2-1

codierte Zonen aus elektrisch leitendem Material 2 abwechselnd mit elektrisch isolierendem Material 3. Die federbelasteten elektrischen Kontakte 4 werden gegen die Codierscheibe gedrückt, so daß dann, wenn diese in irgendeiner Richtung gedreht wird, unterschiedliche elektrische Verbindungen zwischen den Kontakten über das elektrisch leitende Material auf der Scheibe her-jestelIt werden.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird die Scheibe aus einem steifen Plättchen eines elektrisch isolierenden Materials 10 hergestellt, beispielsweise aus einem Epoxydharz, das mit kurzen, ungerichtet angeordneten Glasfasern versetzt ist. Diese Unterlage ist z.B. 1,6 mm dick. Eine Seite der Unterlage wird zuerst mit einer elek· trisch leitenden Schicht 11 versehen. Ein geeignetes Material für diese Schicht ist ein mit Silber angereichertes Epoxydharz. Der Silberleiter hat die Form von flockigen Teilchen mit einer Teilchengröße von im Durchschnitt 35/um, mit einer maximalen Größe von 50,um und einer minimalen Teilchengröße von 10/um. Die Dicke der Flockenteilchen beträgt zwischen l,um und 10,um und sollte die maximalen Abmessungen nicht überschreiten. Das Epoxydharz wird durch Zusetzen entweder eines festen oder eines flüssigen aromatischen Amines oder eines anderen geeigneten Härters polymerisiert. Beispielsweise wird 4,4-Diaminodiphenylmethan (DDM), entweder als fein verteiltes Pulver oder als Lösung in einem geeigneten Lösungsmittel, wie z.B. Methylethylketon, bevorzugt als Härter verwendet.

Das Flockensilber wird innig mit dem Gemisch aus Harz und Härter vermischt, und zwar in einer solchen Menge,

909849/0771 . / .

ORIGINAL INSPECTED

T. M. Jackson-R. J. Hodges-G. L. Ashcrof t-S. I.. Amphlett 61-38-2-1

daß in dem gehärteten Harz 70 bis 80 Gewichtsprozent Silber vorhanden sind. Dann wird noch ein nicht reaktives Modifizierungsmittel zugesetzt, um das ganze druckfähig unter Verwendung eines feinen Siebes zu machen, welches mit einem Muster geeigneter Geometrie versehen ist, so daß eine geeignete kontinuierliche elektrisch leitende Schicht auf der Unterlage erhalten wird. Die leitende Schicht wird dann zum schnellen Aushärten gebracht durch Anwendung von Hitze, z.B. in einem mit einem Lüfter versehenen Ofen, unter Verwendung einer Temperatur und einer Zeitdauer, die durch den Harztyp bestimmt ist. Für ein Harz aus Bisphenol A und einen Härter aus 4,4-Diaminodiphenylmethan geschieht dies bei 15O⁰C in 1 bis 3 Stunden. Auf die leitende Schicht 11 wird dann eine elektrisch isolierende Schicht 12 aufgebracht, welche aus Epoxydharz besteht, dem der vorgenannte Härter oder ein aromatischer Aminhärter zugesetzt wird, und das noch eine vorbestimmte Menge .an einem geeigneten thixotropen Mittel beigemischt erhält. Das thixotrope Mittel wird insbesondere danach ausgewählt, daß bestimmte, wohl definierte Eigenschaften der Isolierschicht erhalten werden. Wenn Harz und Härter gemischt sind, wobei der Härter vorzugsweise in Lösung in einem geeigneten Lösungsmittel, wie z.B.

Methyläthy!keton, verwendet wird, dann wird das ganze mittels eines feinen Siebes mit einem vorbestimmten Muster aufgedruckt, wobei das thixotrope Mittel den aufgedruckten Film in der vorbestimmten Geometrie während aller nachfolgender Verfahrensschritte hält.

Die obengenannte Isolierschicht besitzt eine zweite wesentliche Eigenschaft, die für das zuverlässige Arbeiten

909849/0771

T.M.Jackson-R.J.Hü dges-G.L.As her ο ft-S.L.Amp hiett 61-38-2-1

des so hergestellten Schalters wesentlich ist. Sie bezieht sich auf eine bevorzugte Abnutzungscharakteristik der festen Kontakte. Um zuverlässige Kontaktbedingungen zwischen den Kontakten und der Unterlage aufrechtzuerhalten, muß das Vorhandensein einer isolierenden Oxydschicht an dieser Stelle vermieden werden. Durch die Verwendung von unplattierten Kontakten ist der Härteunterschied zwischen dem Kontaktmaterial und dem aus Siliziumoxyd bestehenden thixotropen Zusatz von Vorteil. Die leicht schleifende Isolierschicht entfernt die Metalloxyde von den Kontaktoberflächen. Der geeignet bemessene Zusatz von Siliziumoxydpulver zum Isolator ist daher erwünscht und nötig für einen zuverlässigen Schalterbetrieb. Die Verwendung von teuren mit Edelmetall plattierten Kontakten kann daher vermieden werden.

Die festen elektrischen Kontakte werden hergestellt aus gehärteter Phosphorbronzelegierung, wobei dieses Material die geeigneten Schleifeigenschaften hat, wenn es in Verbindung mit den leitenden und den Isolierharzen, wie zuvor beschrieben, verwendet wird.

Der zusammengebaute Schalter hat daher folgende Eigenschaften :

1. Der Leiter besteht aus einem durch Siebdruck aufgebrachten mit Silber versetzten Epoxydharz (es enthält Silberflocken von korrekter Größe, Forin und Größenverteilung, die in einem bestimmten chemisch zusammengesetzten Epoxydharz verteilt sind).

909849/0771

T.M.Jacks on-R. J. H od ge s-G. L. As her o ft-S. L.Aniphlett 61-38-2-1

2. Das isolierende Medium wird durch Siebdruck aufgebracht und besitzt sowohl den erforderlichen Grad von Schleiffähigkeit und geometrischer Stabilität nach dem Aufdrucken (und wahrend des Drückens).

Weiterhin ist es erforderlich, dal3 der Isolierfilm geometrisch stabil ist, wenn er auf eine Oberfläche aufgedruckt wird, so daß durch das Aufdrucken eine dicke viskose Unterschicht gebildet wird, d.h. mit genau definierter Begrenzung an der Oberfläche und mit Rauhigkeitsspitzen von 25,um in der Dicke. Diese speziellen Eigenschaften der Isolierschicht, wie sie oben beschrieben wurden, ergeben sich aus der Verwendung von 3 bis 5,5 Gewichtsprozent eines speziellen, fein verteilten Si 1iziumoxydes in der genannten Epoxydharzmischung.

3. Die Unterlage besteht aus einem kaitstanzbaren Laminat (z.B. einer Epoxydharzplatte mit unregelmäßig verteilten, kurzen Glasfasers tlicken). Es muß bei den erhöhten Temperaturen, die zum Aushärten der aufgedruckten Schichten verwendet werden, geometrisch und thermisch stabil sein. Es muß chemisch kompatibel mit diesen Schichten sein.

4. Der Schalter hat ausreichende elektrische Schalteigenschaften bei Verwendung von unplattierten Phosphorbronzekontakten, in dem Bereich von typisch 50 V und 10 mA (1"10A) Gleichstrom. Die typische Lebensdauer einer solchen Vorrichtung sind 40 000 Scheibenumdrehungen unter konstant anliegender Belastung und

9098A9/0771

T.M.Jacks on-R.J.Hodges-G.L.As heroft-S.L.Amphlett 61-38-2-1

60 000 Umdrehungen bei der elektrischen Belastung null. Die Vorrichtung arbeitet auch gut bei höherer Belastung, wobei 50 V/10 mA nicht die obere Grenze darste Ilen.

5. Die Kombination von Unterlage, Leiter und Isolator unterscheidet sich von den bekannten Drehschaltern dadurch, daß die Codierung durch einen aufgedruckten Leiter erzielt wird, der mit einem kompatiblen Isolator überdruckt wird. Die Leiterschicht bedeckt daher den ganzen Rotor und bildet daher einen m'ederohmigen Leitpfad. Der typische Schalterwiderstand beträgt 130 mOhm (0,13 Ohm).

Der fertig zusammengebaute Schalter ist in Figur 3 dargestellt und enthält ein Gehäuse 20, das in diesem Falle einen Behälter aus zwei oder mehreren gepreßten Teilen bildet, die die codierte Scheibe 1 und die elektrischen Kontakte 4 in der korrekten Lage gegeneinander halten, und die elektrische Isolation zwischen den einzelnen Kontakten 4 ergeben. Die Kontakte werden durch die Stifte 21 in ihrer Lage gehalten, wenn der Schalter zusammengebaut ist. Das zentrale Loch 22 dient zum Einsetzen der zentralen Achse, die nicht dargestellt ist und die so ausgebildet ist, daß sie in ein geeignet geformtes Loch in der Mitte der Scheibe eingesetzt werden kann und diese mitnimmt. Mittels der Achse wird die Scheibe gedreht. Das Ganze wird durch die Schrauben 23 zusammengehalten.

Ein weiterer Vorteil der Verwendung des Materials und des Herstellungsverfahrens, wie es oben beschrieben wurde, liegt darin, daß relativ leicht zusätzliche elektrische Schaltungselemente, wie z.B. Widerstände und

909849/0771

ORIGINAL INSPECTED

T.M.Jacks on-R.J.Hodges-G.L.Ashcroft-S.L.Amphlett 61-38-2-1

Kondensatoren, eingebaut werden können, insbesondere, wenn sie einen Teil der gedruckten Schaltung bilden, die sich in der gleichen Ebene wie die drehende Scheibe befindet, wie dies in Figur 4 dargestellt ist. In der Praxis ist es vorteilhaft, die Scheibe 1 als Teil einer gedruckten Schaltungsplatte 30 herzustellen, aus der sie dann vor dem Zusammenbau des Schalters ausgestanzt wird. Die Schaltungsplatte 30 ist mit den Leiterbahnen 31 versehen, die am Rande der Schaltungsplatte als üb 1i die AnschlußteiTe 32 enden. Die anderen Enden der Leiterbahnen sind mit den entsprechenden aufgedruckten Bauelementen versehen. Wenn der Schalter zusammengebaut ist, sind die Scheibe 1 und die Schaltungsplatte auf den unteren Teilen des Gehäuses 33 angeordnet und die festen elektrischen Kontakte 34 sind in einer solchen Lage, daß die einen Enden gegen die Scheibe drücken und die anderen Enden in elektrischem Kontakt mit den Leiterbahnen 31 auf der Schaltungsplatte 30 stehen. Wenn der obere Teil des Gehäuses aufgebracht ist, werden die Enden der Kontakte 34 auf die Leiterbahnen 31 aufgedrückt.

Aus einzelnen gedruckten Schaltungen kann eine Mehrschichtschaltung aufgebaut werden, entweder auf einzelnen getrennten Schaltungsplatten und/oder mit doppelseitig beschichteten Schaltungsplatten mit entweder einseitig und/oder doppelseitig beschichteten Scheiben, mit allen einzelnen Schaltungselementen, die thermisch und elektrisch miteinander kompatibel sind.

Die Erfindung ist auch auf Schiebeschalter anwendbar.

Fr/rk - 21.05.1979

909849/0771

Claims (11)

Patentanwalt Dipl.-Phys. LeoThul Stuttgart T.M.Jackson-R.J.Hodges-G.L.Ashcroft-S.L.Amphlett 61-38-2-1 International Standard Electric Corporation, New York Ansprüche

1.)) Elektrischer Schalter mit einem codierten Rotor mit abwechselnd isolierenden und leitenden Zonen, die in Kontakt mit einem Satz von festen elektrischen Kontakten stehen, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierenden und/oder die leitenden Zonen ein schleifendes Material enthalten.

2.) Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch isolierenden Zonen aus einem aufgedruckten Epoxydharzmaterial bestehen, das ein schleifendes Material enthält.

3.) Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitenden Zonen aus einem aufgedruckten Epoxydharzinaterial bestehen, das einen elektrisch leitenden Zusatz enthält.

4.) Schalter nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor aus einer isolierenden Unterlage besteht, von dem mindestens eine Seite vollständig mit einer Schicht aus elektrisch leitendem Material bedeckt ist, das teilweise mit Schichten aus elektrisch isolierendem Material bedeckt ist.

909849/0771
Fr/rk - 21.05.1979 . / .

T.M.Jacks on-R.J,Hodges-G.L.Ashcroft-S.L.Amphlett 61-38-2-1

5.) Schalter nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das schleifende Zusatzmaterial Siliziumoxydpulver ist.

6.) Schalter nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrisch leitende Zusatz aus Silberteilchen besteht.

7.) Schalter nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende Unterlage aus einem Epoxydharz besteht, das kurze, willkürlich verteilte Glasfasern enthält.

8.) Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die festen Kontakte aus Phosphorbronzelegierung bestehen.

9.) Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Gehäuse besitzt, das aus einem oder mehreren gepreßten Teilen besteht, welche eine codierte Scheibe und elektrische Kontakte in korrekter Lage zueinander halten und daß das Gehäuse ein Loch besitzt, durch das eine zentrale Achse hindurchsteckbar ist, die so ausgebildet ist, daß sie in ein entsprechendes Loch in der Mitte der Scheibe eingreift und diese mitnimmt.

10.) Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Schaltungsplatte enthält, auf der elektrische Schaltungselemente aufgedruckt sind und die eine zentrale Ausnehmung besitzt,

90 98 49/07 71

T.M.Jacks on-R.J.Hodges-G.L.Ash eroft-S.L.Amphlett 61-3 8-2-1

in der der Rotor in gleicher Ebene mit der Schaltungsplatte angeordnet ist und die festen elektrischen Kontakte so angeordnet sind, daß eines ihrer Enden mit einem Leiter auf der Schaltungsplatte in Kontakt steht und das andere ihrer Enden gegen die codierte Fläche des Rotors gedruckt ist.

11.) Schalter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor als Teil der Schaltungsplatte hergestellt und anschließend von ihr getrennt ist.

Fr/rk - 21.05.1979 . / .

909849/0771