Technisches Gebiet: Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schalter, bestehend aus einem luft¬ dicht abgeschlossenen Gehäuse, in welches elektrisch leitende, voneinander galvanisch getrennte Kontakte führen, die innerhalb des Volumens des Gehäuses voneinander beabstandet enden, mit einer elektrisch leitfähigen, frei beweglichen Flüssigkeit innerhalb des vom Gehäuse umschlossenen Volu- mens, wobei die Flüssigkeit zur elektrischen Kontaktgabe zwischen den Kon¬ takten die innerhalb des Volumens des Gehäuses befindlichen Enden der Kontakte in der Schaltstellung gleichzeitig zu benetzen imstande ist, insbeson¬ dere bei einer Bewegung, wie Neigung gegen die Waagerechte, oder Beschleunigung des Gehäuses, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Stand der Technik:

Es sind eine Vielzahl von sehr verschieden ausgestalteten elektrischen Schaltern bekannt, die aus einem Kolben aus Glas oder Kunststoff oder einem Glasballon bestehen, in welchem flüssiges Quecksilber als elektrisch leitendes Schaltmedium frei beweglich angeordnet ist, wobei in die Glaswandung wenigstens zwei oder mehrere, voneinander galvanisch getrennte elektrische Kontakte eingeschmolzen sind, die bei Verlagerung des Quecksilbers in die End- oder Kontaktgabestellung im Bereich der Kontakte miteinander ver¬ bunden werden und somit einen Stromkreis zu schließen imstande sind.

Durch die DE-PS 1 540 333 ist ein Schwimmschalter zum Schalten von Pumpen bekanntgeworden, der in einem an einem Kabel angeordneten Gehäuse einen elektrischen Schalter mit mechanischem Schaltorgan besitzt, auf das ein Schaltgewicht zur Schwerpunktsverlagerung des Lageschalters zum einen oder anderen Gehäuseende hin einwirkt, wobei entsprechend den verschie¬ denen Lagen, insbesondere verschiedenen Flüssigkeitshöhen, der Lageschalter um einen in einer Kabelaufhängung gegebenen Schwerpunkt geschwenkt und das Aggregat geschaltet wird. Das Schaltgewicht ist eine Kugel, die auf ein in die Bewegungsbahn hineinragendes mechanisches Schaltorgan eines Elektroschalters einwirkt. Durch das deutsche Patent 2843484 ist ein Lageschalter bekannt, bei dem das Schaltgewicht ein Pendel ist,

wobei durch die Verlagerung des Pendels ein elektrischer Schalter betätigt werden kann.

Durch die BE-A-843 942 ist ein Lageschalter zum Schalten von elektrischen Aggregaten bekannt geworden, der aus zwei sich gegenüberstehenden, zuein- ander geneigten Gehäusen aus elektrisch nicht leitendem Material in Form je eines länglichen, hermetisch geschlossenen Kolbens besteht, innerhalb des¬ selben je eine Kugel als Schaltgewicht frei beweglich zwischen den beiden Endlagen angeordnet ist, die die beiden Enden des Kolbens bilden. Im Bereich der einen Endlage außerhalb eines jeden Kolbens ist je eine elektrische Schalt- strecke angeordnet, in der die einfallende Kugel eine elektrische Änderung zu bewirken imstande ist.

Die Schalter, die im Innern eines Glaskolbens Quecksilber beinhalten, stellen durchweg eine nicht zu unterschätzende Umweltgefahr dar, weil bei Zerstö- rung des Schalters das Quecksilber in die Umgebung austreten kann. Queck¬ silber und verschiedene Quecksilberverbindungen sind bekanntermaßen für den Menschen höchst giftig, weshalb es notwendig ist, derartige Schalter mit Quecksilber zu ersetzen.

Des Weiteren ist durch die DE 40 32 297 AI ein Beschleunigungssensor bekannt geworden, der ein isolierendes Gehäuse aufweist, in welchem sich ein elektri¬ sches Material und eine Vielzahl von Elektroden befindet, die in ausgewählten Bereichen innerhalb des Gehäuses angeordnet sind zusammen mit einem Heizelement zur Erwärmung des elektrisch leitenden Materials. Das elek- trisch leitende Material ist ein niedrig schmelzendes Metall, dessen Solidus bei gewöhnlichen Temperaturen liegt, das aber die flüssige Phase bei leichter Erwärmung beibehält, nämlich Gallium oder Blei oder Zinn oder eine Legie¬ rung, nämlich entweder aus Gallium-Indium oder Indium-Silber.

Durch die DE-OS 20 64 787 ist ein Leistungsschalter mit einem flüssigen Metall bekannt geworden, wie Gallium oder eine Galliumlegierung als Schaltstück¬ material mit geringem Dampfdruck. Das Gallium oder die Galliumlegierung bildet eine Lache, in die bewegliche Metallstäbe eintauchen, die zum Schalten aus der Lache gehoben werden, wobei beim Ausschalten mittels des Schalters mehrere in Reihe geschaltete Lichtbogen entstehen, die mit magnetischen Blasspulen unterdrückt werden.

Technische Aufgabe:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Schalter der eingangs genannten Gattung zu schaffen, der zum einen insbesondere Queck¬ silberschalter mit ihrem gefährlichen Inhalt ersetzen soll und zum anderen universell als Lageschalter, beispielsweise als Schwimmschalter, als auch für sonstige bewegte Güter, zum Beispiel für Schüttgüter, eingesetzt werden kann.

Offenbarung der Erfindung und deren Vorteile:

Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß bei einem Schalter der eingangs genannten Gattung darin, daß die Flüssigkeit innerhalb des Gehäu¬ ses ein elektrisch leitendes Flüssigmetall in Form eines elektrisch leitenden Gemisches bzw. eines elektrisch leitenden metallischen Dreistoffsystems aus den Elementen Gallium, Indium sowie Zinn, nämlich Galinstan®, ist.

Der erfindungsgemäße elektrische Schalter besteht somit prinzipiell aus einem luftdicht nach außen zur Umgebung abgeschlossenen Gehäuse, insbesondere elektrisch isolierendes Gehäuse, in welches in bekannter Weise elektrisch leitende Kontakte führen, beispielsweise eingeschmolzen sind, wobei innerhalb des Volumens des Gehäuses als Schaltmedium das elektrisch leitende Flüssigmetall in Form eines metallischen Dreistoffsystems aus den Elementen Gallium, Indium sowie Zinn angeordnet ist.

Diese Metalllegierung, bestehend aus den Elementen Gallium, Indium sowie Zinn, liegt in Form eines flüssigen Eutektikums bzw. bei Raumtemperatur als flüssiges Dreistoffsystem vor und ist hervorragend elektrisch leitfähig sowie als Flüssigkeit ausreichend frei beweglich, so daß es praktisch in sämtlichen elektrischen Schaltern, in denen heute noch flüssiges Quecksilber als Schalt- medium bzw. Schaltgewicht eingesetzt wird, substituieren kann, weil der spezifische Widerstand in der Größenordnung von 0,4 Ωmm ² /m liegt. Dieses Dreistoffsystem ist unter dem Markennamen GALINSTAN® bekannt.

Der Schmelzpunkt des Dreistoffsystems aus Gallium, Indium sowie Zinn liegt etwa bei -20 Grad Celsius, der Siedepunkt über 1500 Grad Celsius. Das Drei¬ stoffsystem aus Gallium, Indium sowie Zinn ist ungiftig, weil das Gallium innerhalb des Gemisches keine toxische Reaktionen zeigt; besondere Maß-

nahmen sind im Falle eines Bruches des Gehäuses des Schalters nicht notwendig. Gesundheitliche Beeinträchtigungen, wie beim Quecksilber, sind von dem Dreistoffsystem nicht zu erwarten. Ebenso ist die Metallegierung des DreistofFsystems aus den Elementen Gallium, Indium sowie Zinn geruchlos. Es muß nur dafür Sorge getragen werden, daß das Dreistoffsystem nicht mit Sauerstoff in Berührung kommt, weil das Gallium auf dem Dreistoffsystem eine feste Oxidschicht ausbildet.

Aufgrund des hohen Siedepunktes können elektrische Schalter mit dem flüssigen Dreistoffsystem ein breiteres Temperaturspektrum erfassen als Schalter mit Quecksilber, weshalb Schalter mit dem flüssigen Dreistoffsystem auch bei sehr hohen Raumtemperaturen bis Minustemperaturen um -20 Grad Celsius eingesetzt werden können. Der Einsatz für hohe Temperaturen wird noch dadurch begünstigt, daß das flüssige Dreistoffsystem eine gute Wärme- leitfähigkeit besitzt. Ein weiterer Vorteil des Dreistoffsystem gegenüber Queck¬ silber besteht darin, daß das spezifische Gewicht ungefähr nur halb so groß ist, woraus eine leichtere Bauweise des Schalters resultiert.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Schalter als Neigungs Schalter in der Ausgestaltung als einfacher Schalter oder als Wechselschalter ausge¬ staltet. Wenn der Schalter als Neigungsschalter gestaltet ist, so kann er lage¬ unabhängig sein. Insbesondere ist der Schalter als Neigungsschalter ein Schwimmschalter zum Schalten von Flüssigkeiten oder Schüttgütern. Glei¬ chermaßen kann der Schalter ein Fliehkraftschalter sein. Das Gehäuse besitzt vorzugsweise die Form eines Kolben oder einer Röhre und besteht aus einem elektrisch isolierenden Material, wie Glas oder Kunststoff.

Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Schalters liegen darin, daß derselbe durch das verwendete Dreistoffsystem kleiner und leichter gebaut werden kann und auch von den elektrischen Daten her leistungsfähiger ist als vergleichbare Schalter des Standes der Technik. Des Weiteren besitzt der Schalter gegenüber solchen schaltenden Aggregaten, die andere bekannte Gallium-Verbindungen verwenden, den Vorteil, daß er bei Minustemperaturen bis wenigstens unter -20 Grad Celsius, abhängig vom jeweiligen Mischungsverhältnis der Kompo- nenten, nicht beheizt zu werden braucht.

Erfindungsgemäß wird somit ein elektrisch leitende Flüssigmetall in Form eines elektrisch leitendes Gemisches bzw. eines elektrisch leitenden metalli¬ schen Dreistoffsystems aus den Elementen Gallium, Indium sowie Zinn in einem elektrischen Schalter verwendet, welcher aus einem Gehäuse besteht, in das galvanisch voneinander getrennte, elektrisch leitende Kontakte führen, deren Enden innerhalb des Gehäuses voneinander beabstandet und die in der Schaltstellung gemeinsam von dem Dreistoffsystem benetzbar sind.

Kurzbeschreibung der Zeichnung, in der zeigen: Figur 1 einen elektrischen Schalter in Form eines Neigungsschalters mit dem Dreistoffsystems aus Gallium, Indium sowie Zinn als elek¬ trisches Schaltmedium bzw. elektrisch wirkendes Schaltgewicht Figur 2 den Schalter der Figur 1 im kontaktgebenden Zustand durch das

Drei stoffsystem Figur 3a einen elektrischen Schalter als lageunabhängiger Neigungs¬ schalter mit einem ringförmigen Kontakt Figur 3b eine Draufsicht auf den ringförmigen Kontakt des Schalters in der

Figur 3a Figur 4 einen elektrischen Schalter in Form eines Neigungsschalters als Wechselschalter und

Figur 5 einen ähnlichen Schalter wie Figur 4 als Wechselschalter mit Potentialtrennung.

Wege zur Ausführung der Erfindung: Die Figuren 1 und 2 zeigen einen elektrischen Schalter 1 in Form eines Nei¬ gungsschalters, der beispielsweise als Schwimmschalter eingesetzt werden kann. Der Schalter 1 besteht aus einem länglichen, luftdicht abgeschlossenen Kolben 2 oder einer Röhre aus einem elektrisch isolierenden Material, wie Glas oder geeignetem Kunststoff, wie beispielsweise Polyethylen, in welchen in dessen einer Stirnfläche zwei galvanisch voneinander getrennte elektrisch leitende Kontakte 3, 4 eingeschmolzen bzw. eingeführt sind, die innerhalb des vom Gehäuse 2 des Schalters 1 umschlossenen Volumens enden und von¬ einander beabstandet sind. Innerhalb des Kolbens 2 befindet sich eine Pille 5 des Drei stof Systems aus Gallium, Indium sowie Zinn, so GALINSTAN®- wobei das Dreistoffsystem 5 beim gegebenen Mischungsverhältnis in weiten Temperaturgrenzen flüssig ist und ein elektrisch leitendes Flüssigmetall 5 in Form eines elektrisch leitendes Gemisches bzw. eines elektrisch leitenden

metallischen Dreistoffsystems aus den Elementen Gallium, Indium sowie Zinn darstellt. Innerhalb des Gehäuses 2 befindet sich ein Gas 18, welches gegen¬ über dem Dreistoffsystem 5 aus Gallium, Indium sowie Zinn inert ist, beispielsweise Stickstoff. Statt eines Inertgases kann der Schalter 1 auch weitestgehend Vakuum aufweisen.

Daneben aber kann sich, wie in Figur 1 gezeigt, innerhalb des Kolbens 2 oder der Röhre eine weitere, elektrisch nichtleitende Flüssigkeit 17 befinden, deren spezifisches Gewicht leichter als dasjenige des metallischen Dreistoffsystems 5 ist, so daß die Flüssigkeit 17 auf dem Dreistoffsystem 5 schwimmt. Diese Flüssigkeit ist bevorzugt ein Alkohol oder ein Öl oder eine ölige Flüssigkeit und dient dazu, beim Schalten eine Funkenbildung an den elektrisch leitende Kontakten 3, 4 zu vermeiden bzw. zu unterdrücken. Zusätzlich befindet sich im Kolben 2 oder der Röhre oberhalb der Flüssigkeit 17 und des metallischen Dreistoffsystems 5 ein Inertgas 18, beispielsweise Stickstoff, welches sowohl gegenüber der Flüssigkeit 17 als auch dem metallischen Dreistoffsystem 5 inert ist. Auch hier kann statt eines Inertgases der Schalter 1 weitestgehend ein Vakuum aufweisen. Das Gasvolumen 18 dient bei Erwärmung zur Schaffung einer Ausdehnungsmöglichkeit des metallischen Dreistoffsystems 5 und gege- benenfalls auch der Flüssigkeit 17. Die Menge der elektrisch nichtleitenden Flüssigkeit 17 ist so bemessen, daß entsprechend der Lage bzw. Anordnung der elektrisch leitenden Kontakte 3, 4 eine sichere und völlige Benetzung wenigs¬ tens des einen der Kontakte 3, 4 gewährleistet ist, um eine Funkenbildung sicher zu verhindern.

Die Figuren 3 a und 3 b zeigen einen weiteren elektrischen Schalter 6 aus einem Glaskolben 7 als Neigungsschalter, der im Schaltpunkt rotationssym¬ metrisch ist. Dazu ist der eine Kontakt 8, 9 innerhalb des Glaskolbens 7 als Ring 9 ausgeführt, wobei der andere Kontakt 10 zentrisch den Boden des Glas- kolbens 7 durchsetzt und zentrisch innerhalb des Ringes 10 angeordnet ist.

Die Figur 4 zeigt einen elektrischen Schalter 11 als Neigungsschalter, der als Wechselschalter ausgeführt ist, wobei einem Kontakt 12 zwei verschiedene Kontakte 13, 14 gegenüberstehen. Das elektrische Schaltmedium wird in sämtlichen Fällen jeweils durch die flüssige Pille 5 aus dem elektrisch leiten¬ den metallischen Dreistoffsystem aus Gallium, Indium sowie Zinn gebildet. Die Figur 5 zeigt einen ähnlichen Schalter, der ebenfalls ein Neigungsschalter

ist und als Wechselschalter für zwei potentialmäßig getrennte Kreisen mit Kontakten 15, 16 bzw. 15', 16' auf beiden Stirnseiten der Schaltröhre 11 ausge¬ stattet ist.

Vorzugsweise schalten die in den Figuren 1 bis 5 gezeigten elektrischen Schalter beim Über- oder Unterschreiten der Waagerechten, wodurch das elektrisch gesteuerte Füllen oder Entleeren von Behältern mittels eines solchen Schalters oder auch eine Füllstandsanzeige möglich ist.

Der elektrische Schalter kann somit beliebig gestaltet sein; er kann ein einfacher Schließer oder Öffner oder Wechsler oder Umschalter oder Schließer/ Öffner oder eine Kombination sein, ebenso wie der Schalter schaltrotations- symmetrisch ausgestaltet sein kann. Ebenso kann der Schalter als Neigungs¬ schalter als Schwimmschalter zum Schalten des Standes von Flüssigkeiten oder Schüttgütern ausgebildet und imstande sein. Des weiteren kann der Schalter als ein Fliehkraft- oder Beschleunigungsschalter ausgestaltet sein. Bei der Verwendung als Schwimmschalter dient der erfindungsgemäße elektrische Schalter der Niveaukontrolle. Mehrere Schalter lassen sich zu einer Schwimmschalter-Kombination in einem Sondenrohr zusammenfassen.

Das elektrisch leitende Flüssigmetall 5 in Form des elektrisch leitendes Gemisches bzw. des elektrisch leitenden metallischen Dreistoffsystems aus den Elementen Gallium, Indium sowie Zinn dient somit zur Verwendung in einem elektrischen Schalter, bestehend aus einem Gehäuse, in welches galvanisch voneinander getrennte, elektrisch leitende Kontakte führen, deren Enden innerhalb des Gehäuses voneinander beabstandet und die in der Schaltstellung gemeinsam von dem Dreistoffsystem benetzbar sind.

Gewerbliche Anwendbarkeit: Der erfindungsgemäße Schalter ist insbesondere in der elektrotechnischen Industrie überall dort anwendbar, wo heute noch Schalter mit flüssigem Quecksilber als Schaltmedium bzw. Schaltgewicht eingesetzt werden. Die Nützlichkeit des Schalters liegt insbesondere darin, daß er durch die Verwendung des Dreistoffsystems kleiner und leichter gebaut und auch von den elektrischen Daten her leistungsfähiger ist als vergleichbare Schalter des Standes der Technik. Der Schalter braucht bei Minustemperaturen bis hinunter zu -20 Grad Celsius nicht beheizt zu werden.