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Elektrisch kontaktlos einstellbare Widerstandsänderung.
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Es ist bekannt, magnetfeldabhängige Halbleiterwiderstände, die in
der Fachsprache auch as "Feldplatten" bezeichnet werden, im Luftspalt zwischen den
Polschuhen von Magneten anzubringen und-so -z. B. durch Veränderung des Magnetfeldes
relativ zur Feldplatte -kontaktlos verunderliche widerstände oder Potentiometer
zu schaffen (s. z. B. dtsch. Patentschrift 1013 880 und USA-Patentechrift 2712 601).
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Der elektrische Widerstand einer Feldplatte erreicht ein Maximum RB
wenn sich die Feldplatte ganz im Magnetfeld befindet bzw. dieses seinen grömten
Wert hat. Durch Hjerausziehen der Feldplatte aus dem magnetfeld bzw. durch Erniedrigung
des magnetfeldes kann der Widerstand der Feldplatte bis zu einem em Minium R0 verkleinert
werden.
Das Verhältnis RB/RC wird auch als "Schaltverhältnis" der Widerstandsanordnung bezeichnet,
r In den bekannten Geräten sind die Feldplatten entweder im Luftspalt beweglich
oder zwei Feldplatten werden von verschiedenen Magnetfeldeinrichtungen gesteuert.
Im ersteren Falle werden relativ große Luftspalte gebraucht, so daß entsprechend
gröme Magnetfelder erforderlich sind, wenn die Feldplattenwiderstände genügend stark
veränderbar sein sollen, Bei derartigen Geräten kennen daher imallgemeinen nicht
die sonst so einfach zu handhabenden Permanentmagnete benutzt, werder.. Im anderen
Palle worden die Einrichtungen (mit getrennten Steuereinrichtungen für die Feldplatten)
im allgemeinen groß und kostspielig.
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Es ist schon vorgeschlagen wordent kontaktlose Signalgeber mit Feldplatten
zur Erfassung des Ortes und/oder der Ortsveränderung eines Körpers oder mehrerer
körper zueinander so zu bauen, daß der Halbleiterkörper im Luftspalt eines ersten
Permanentmangetkreises vormagnetiaiert ist (dtgsch. Patentanmeldung S 70 730 IXb/
42d; PLA 60/1672). Dabei ist der Teil des ersten Permanentmagnetkreises, dem der
Luftspalt mit der Feldplatte angehört, gleichzeitig Bestandteil eines zweiten(signalgebenden)
Permanentmagnetkreiees, der gegenüber dem ersten Magnetkreis räumlich verschiebbar
ist und des örtliche Lage von der des auszumessenden körpers abhängt. Weiterhin
ist die vorgeschlagene Anordnung so ausgebildet, daß sich beide Magnetfelder nur
mit vernachlässigbarer Kopplung im Bereich des Luftapaltes überlagern.
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Dix an sich recht günstige Einrichtung, mit der auch aoharfe Signale
erzielbar sind. ist jedoch nicht immer leicht zu handhaben.
da der
grdßte Teil der ferromagnetischen und der permanentmagnetischen Masse des signalgebenden
zwieten Permanentmagnetkreises bei der Signalgabe bewegt werden muß. Weiterhin genügt
die vorgeschlageneAnordnungdanndenAnforderungendarTechniknichtvoll, wenn auch bei
kleiner Wegänderung des signajjrebcnden Körpers ein grouses Bes Schaltverhältnis
(RB/RO) erwünscht ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Gunde, eine Widerstandsanordnung
mit mindestens einer ? eldplatte zu schaffen, die u. a. als elektrisch kentaktdoser
Taster, Endschalter oder Potentiometer geeignet ist. Die Ancrdnung soll einerseits
möglichst kleine Abmessungen haben, un sie auf einfache Weise handhaben und in andere
Geste einbauen zu können. Außerdem soll die Widerstandsanordnung permanentmagnetiach
ateuerbar sein und ein groles Schaltverhältnis bei geringer Wegänderung des signalgebenden
Teiles besitzen. Und schließlich moll der signalgebende Korper eine gegenüber der
Gesamtmasse der Anordnung kleine Masse besitzen.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrisch kontaktlops einstellbare
WiderstandaanordnungmitmindestenseineriaLuftcpalteines ersten Magnetkreisea vormagnetisierten
Peldplatta. Die erfindungsgemäße Lösung der gestellten Aufgabe besteht darin, daß
zwei zusätzliche Magnetkreise vorgeschen jsind, welche im Bereich des iuftspaltes
entgegengesetzte Flußrichtungen besitzen und gegenseitig und mit dem ersten Magnetkreis
magnetisch höchstens vernachlässigbar gekoppelt sind, und dasß ein gemeinsamer ferronagnetischer
Teilkörper der beiden zusätzlichen Magnetkreise, in dem diese gleichgerichtet sind-an
den luftspaltbereich angrenzend etwa senkrecht zur Luftspaltbreite derart mechanisch
verschiebbar ist. daß der < resultierende LuftcpaltfluS kontinuierlich von der
Summe aus dem @ und des m e@nen zusätzlicher Magnetfluß zur Summe aus dem
ersten
und denanderenzusätzlichenMagnetflußverschiebbarist.
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Die Anordnung ist deshalb als "elektrisch kontaktons" bezeichnet,
weil zu ihrer Einstellung elektrische Kontakt nicht betätigt werden müssen. Auf
eine Feldplatte in einer erfindungsgemäßen Widerstandsanordnung können also wahlweise-mit
kontinuierlichem tuber gang - zwei zusätzliche, einander entgegengerichtete magnetflüsse
mechanisch eingestellt werden.
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Die Magnetkreise der Wideerstandsanordnung können teilweise oder alle
permanenterregt sein. Als Permanentmagnete eignen sich inabe-i sondere Magnete aus
oxydischem Material, dessen magnetischer widerstand gröm gegen den der weichm gnetischen
Teile der Magnetkreise ist. Als oxydisches Material ist z.B. ein solches mit iener
relative PermeabilitSt von angefthr µ = 1 geeignet. Als Feldplatte ist ein KYrper
bezeichnet, der nus einen magnetfeldabhängigon Halbleitermaterial auf einer Ferritträgerplatte
mit in vielen Fällen einer Deckplatte aus Ferrit besteht. Das magnetfeldabhängigc
Halbleitermatcrial kann auch auf z. B. einer Eisenplatte oder zwischen z : vei Eisenplatten
angebracht sein, wenn es gegen die Eisenplatten isoliert iat. Das Halbleitematerial
kann auch auf einer dünnen Keraaikplatte aufgebracht sein oder zwischen zwei Keramikplatten
liegen. Wichtig ist lediglich, daß der magnetische Viderstand des Teils der Magnetkreise,
dem die Feldplatte angehört, klein ist gegen den magnetischen Wideretand der den
Kreisen angehörende Permanentmagnete.
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Die erfindungsgemäße Widerstandsanordnung kann einen einzigen ersten
Permanentmagnetkreis mit einer in dessen Luftapalt gesetzten Peldplatte enthalten.
Es kbnnen auch zwei erste Pemanentmagnetkreise, die im allgemeinen symmetrisch zueinander
angeordnet sind,
mit je einer in deren zugehdrigen Luftspalt absetzten
Feldplatte vorgesehan sein.
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Die Widerstandsanordnung kann beispielsweise Teil eines kontaktlosen
asters, eines Endachalters oder eine3 Potentiometers sein.
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In allen Anwendungsfällen dieser Art bedeutet schon die Tatsache,
daß die Widerstandsanordnung ein kleines Volumen und ein große Sohaltverhaltnia
bei geringer Wegänderung besitzt, einen wesentlichen technischen Fortschritt.
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In vielen Fällen wird bei Anwendung der erfindungsgemäOen Anordnung
die Feldplatte in den Kollektor-Bais- oder Emitter-Basis-Kreis eines Transistors
eingeschaltet und der Transistor durch Einstellung des Feldplattenwiderstandes geöffnet
oder geschlossen.
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An Hand der schematiaohen Zoichnung von AusfUhrungsbeispielen wird
die Erfindung nocher erläuterte es neigent Fig. 1 eine Widerstandsanordnung mit
einer Feldplatte, Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Meßkurve, Fig. 3 u.4 zwei
möglichkeiten, die Widerstandsanordnung auf einem Transistor zu schalten.
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Pig. 5 eine Widerstandsanordnung mit zwei Feldplatten, lig. 6 eine
ale Potentioneter geschaltete Einrichtung gemäß Pis. 5 und Fig. 7 eine ala kontaktlos
einstellbare Weiche geschaltete Anordnung gemEß Pig. 5. la # '. :. F. & :. 7
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Die Feldplattc 1 befindet sich anch der Zeichnung außerdem
im Fluß 1 des Pormanentmagneten 11. Im Bereich dea Luftspaltea 4 heben 3ich die
entgegengesetztgerichtetenFlusac 13 und 14 der Permanentnagnoten 10 und 11 zumindest
teilweise geenseitig auf, Der Fluß 15 des Permanentmagxeten 12 gelangt bei der geziechneten
Stellung des Schiebers 6 nicht in den Bereich der Poldplatte 1.
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Wird der Schieber 6, d. h. sein weichamgnetisches Kopfende 7, das
Bestandteil der Magnetkreise 14 und 15 iat, nach linka verachten, so kann der Fluß
15 allmälich Einfluß auf die Peldplatte erlangen, während der Einfluß des Flusses
14 in gleichen Maßen abnimmt.
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Die Signalstelheit, d. h. die widerstandsänderung der Feldaplatte
pro. Längeneinheit der WcgEnderung des Schiebers 6, sit umso größer. je kleiner
die Dicke D des Kopfendes 7 ist. Die Dicke D karn jedoch nicht beliebig klein gemacht
werden, da das Kopfende 7, das von den FlUssen 14 und 15 in gleioher Richtung durchsstzt
ist, sonst zu leicht amgnetisch gesättigt würde. Um der Sättigung vorzubeugen, ist
es zweckmäßig, das Kopfende 7 in Richtung senkrecht zur Zeichenebene möglichst breit
su machen. Während das Kopfende 7 aue ferra magnetischem Material besteht, wird
der Stempel 6 des Schiebers im allgeminen aus nichtamgentischem Material hergestellt.
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Die durci Magnete 10 bis 12 werden vorteilhaft sue oxydischem Magnetwerketoff
hargeetellt, damit ihre Remanenz nicht durch die* Flüsse der andern Magneten gestört
werden kann und damit die Flüsse 13 bis 15 alle im wasentilchen durch den Luftapaltbereioh
der Anordnung geleitet wirden (soweit mie nicht sochnon vorher über den Körper 7
tbgolnkt wordon sollon).
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X :'mg,wiesieinM.lt«iohnetiattkaeineMa@ ier S der magnstisierung
der drei Mangaten
von 17 rm, eine Breite von 12 mm und eine Tiefe
von 6 mm haben.
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In Fig.2 ist eine Meßkurve gezeichent, die mit einer Einrichtung gemäß
Fig. 1 aufgenommen ist, In der Ordinate ist das Schaltverhaltnis RB/RC angegeben
und in der Abszisse ist der durch den Schieber 6 tenkrecht zur Feldplattehebene
zurückgelegte Weg in mm aufgetragen. Bei der Stellung Null befindet sich das Kopfende
7 des Schiebere etwa in der Ebene der Feldplatte 1 gemä Fig. 1. Aus der in Fig.
2 gezeichneten Kurve ergibt sich deutlich, daß durch eine Bewegung des Schiebers
6 von 1,7 mm der Wideratnd der Feldplatte 1 auf etwa den 12fachen Wert gegeniiber
der Stellung Null , erhöht werden kann.
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In den Fi.g 3 und 4 sind Schaltbeiopiele gezeichnet. Da der Widerstand
1 der Feldplatte zwar durch die Wirkung bzw. Ändreung eines Magnetfeldes erhbht
oder erniedrigt, aber nicht zu Null gemacht werden kann, hat ee eich als zwekmäßig
erwiesen, die Felplatte in Verbindung mit einem Transistor tu verwenden. Es ist
dabei möglich, wie in Fig.3, die Feldplatte 1 in den Kollektor-Basis--reis oder,
wie in Fig.4 in den Emiter-Basis-Kreis eines Transisters T zu setzen. Die Spannung
U kann dann zwiachen Kollektor und Setter des Trsnsistors T liegen, åessen BAsis-Kollektor-
bzw.
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Basis-Emitter-Widerstände mit RBC bzw. RBE bezeichnet zind. Der Lastweiderstand
ist in den tlg. 3 und 4 mit Ra bezeichnet.
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In Fig. 5 ist eine symmetriech gebaute Widerstandsanordnung mit zwei
Feldplatten gezeichnet. In dieser Anordnung sind gewissermayen zwei Anordnungen
gemäß Fig. 1 in einem einzigen Gerät ao zuammengefaßt. daß sie beide mit demselben
Schieber 6 zugleich einatellbar eind. Die Feldplatte 2 befindet sich im PluS des
Permanentmagneten 20 und die Feldplatte 3 im Fluß des Permanentmagneten
21.
Durch Verschieben des Kopfendes 7 des Schiebers 6 (in Pfeilrichtung) können die
Fluasse 24 und 25 der belden Permanentmagnete 22 und 23 relativ zu den eldplatten
2 und 3 verstellt werden. Jm Prinzip arbeitet die Einr@ichtung gemäß Fig. 5 ähnlich
wie die gemäß Fig. 1.
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Mit der Anordnung g gemäß Fig. 5 koönnen. wie in Fig. 6 gezeichnet,
u Potentiometer hergestellt werden, bei denen am Eingang E die bye n Feldplatten
RB1 und RB2 liegen und der Ausgenag A ein Abgriff der einen Feldplatte (z.B. der
Feldplate RB2) ist.
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Die Einrichtung gemmas Pig. 5 kann auch als elektrisch einstellbare
, Weiche mit der in Fig. 7 geziechneten Schaltung verwendet werden.
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Die beiden Feldplatten 1 und 2 können in diesem Falle in die Kollektor-Basis-Kreise
von Transitoren T1 und T2 eingeschaltet sein. Durch VEränderung des Windetandes
der Feldplatten 1 und 2 und bei geeigneter Dimensionierung der Fcldplatten und der
Emitter--Basis-Widerstände R1 und RS kann die Spannung U auf den Lastwiderstand
RD1 oder auf den lastweideratdn RD2 geschaltet werden.
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Bei der geeichneten schaltung kann es zweckmäßig sein, den Feldplatten
1 und 2 einen regelbaren Vorwidestand By vorzuschalten.
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Dadurch laseen sich Toleranzen und das Schaltverhältnis der erfindungsgemäßen
Widerstandsanordnung sowie der zugehörigen Schaltung ausgleichen und somit deren
Wirkungegrad verbessern. Weiterhin ka= es vorteilhaft sein, fUr die Transiratoren
T1 und T2 einen gemeineamen regelbaren Emittervorwideretand RE vorzusehen, us dadurch
bei vorgegebenem Schaltverhältnia das Verhältnis der Kollektorströme im ein-und
ausgeschalteten Zustand der TransiEtoren zu verbessern.
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5 Patentansprüche 7 Figuren