DE2330814A1 - CONTACTLESS SWITCH BUTTON - Google Patents
CONTACTLESS SWITCH BUTTONInfo
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- DE2330814A1 DE2330814A1 DE19732330814 DE2330814A DE2330814A1 DE 2330814 A1 DE2330814 A1 DE 2330814A1 DE 19732330814 DE19732330814 DE 19732330814 DE 2330814 A DE2330814 A DE 2330814A DE 2330814 A1 DE2330814 A1 DE 2330814A1
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Description
Böblingen, den 14. Juni 197 ar-sn/aaBoeblingen, June 14, 197 ar-sn / aa
Anmelderin: International BusinesApplicant: International Busines
Corporation, Armonk,Corporation, Armonk,
Amtliches Aktenzeichen: NeuanmeldungOfficial file number: New registration
Aktenzeichen der Anmelderin: EN 971 044Applicant's file number: EN 971 044
Diese Erfindung betrifft eine kontaktlose Schalttaste itvit wenigstens einem magnetfeldeippfindlichen, das elektrische Schaltsignal erzeugenden stationär angeordneten Bauelement und einem in axialer Richtung zu diesem Bauelement auslenkbaren, einen Dauermagneten enthaltenden Betätigungsglied, das eine Einrichtung zur Konzentration des Magnetfeldes auf das Bauelement aufweist.This invention relates to an itvit non-contact switch key at least one stationarily arranged component which is sensitive to magnetic fields and generates the electrical switching signal, and a deflectable in the axial direction to this component, a permanent magnet containing actuator, the one Has means for concentrating the magnetic field on the component.
Kontaktlose Schalttasten werden als elektrische Steuerelemente bevorzugt in explosionsgefährdeten Anlagen oder Räumen verwendet, weil sie bei ihrer Betätigung keine Schaltfunken erzeugen. Außerdem finden sie in steigender Stückzahl auch in der neuzeitlichen Steuerungstechnik, zusammengefaßt zu Tastaturen, als Endlagenschalter, oder Ste1lungsgeber eine Anwendung. Da sie praktisch keine Bauteile enthalten, die einem starken Verschleiß unterliegen, wie die elektromechanischen Schaltkontakte bei denen Kontaktabbrand, ein Nachlassen der Kontaktfederkräfte, oder eine Verschmutzung der Kontaktstellen auftreten kann.Contactless switch buttons are preferred as electrical controls Used in systems or rooms at risk of explosion because they do not generate any switching sparks when they are operated. They can also be found in increasing numbers in the modern one Control technology, summarized in keyboards, as limit switches or control transmitters, an application. Since they contain practically no components that are subject to heavy wear, such as the electromechanical switching contacts contact erosion, a decrease in contact spring forces or contamination of the contact points can occur.
Die bekannten kontaktlosen Schalttasten weisen die vorstehend erwähnten Nachteile nicht auf, da das elektrische Schaltsignal in einem magnetfeldempfindlichen Bauelement durch die Änderung der elektrischen Leitfähigkeit dieses Bauelementes erzeugt wird, wenn auf dieses die Änderung eines magnetischen Flußes- bzw. FeldesThe known contactless switch buttons do not have the disadvantages mentioned above, since the electrical switching signal in a magnetic field sensitive component is generated by changing the electrical conductivity of this component, if on this the change of a magnetic flux or field
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einwirkt. Als magnetfeldempfindliche Bauelemente sind dem Fachmann die sogenannten Feldplatten, oder Hallsonden bekannt. Außerdem gibt es Bauelemente, die Wismut enthalten, dessen Leitfähigkeit ebenfalls von der Einwirkung eines Magnetfeldes abhängig ist. Es sind auch kontaktlose Schalttasten bekannt, die nach dem Induktionsprinzip wirken und bei denen durch die plötzliche Änderung des magnetischen Flußes in einer Spule das Schaltsignal erzeugt wird.acts. As components sensitive to magnetic fields are known to those skilled in the art the so-called field plates, or Hall probes known. There are also components that contain bismuth, its conductivity is also dependent on the action of a magnetic field. There are also contactless switch buttons known that operate on the induction principle act and in which the switching signal is generated by the sudden change in the magnetic flux in a coil will.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schalttaste oder ein ähnliches Steuerelement, bei dem das magnetfeldempfindliche Bauelement vorzugsweise eine Feldplatte bzw. eine Hallsonde ist.The present invention relates to a switch key or a similar control, in which the magnetic field sensitive Component is preferably a field plate or a Hall probe.
Bei den bekannten kontaktlosen Schalttasten, die mit einer Feldplatte versehen sind, erfolgt beim Anschlag die Änderung des auf die Feldplatte einwirkenden Magnetflußes auf verschiedene Weise. So können sich beim Tastenanschiag in einer Relativbewegung die Feldplatte und/oder ein Dauermagnet einander nähern, oder es vergrößert sich der Abstand zwischen Feldplatte und Dauermagnet bei der Auslenkung des Tastenstößels der Schalttaste. Bei einer anderen bekannten Ausführungsart wird der die Feldplatte durchsetzende magnetische Fluß durch ein mit dem Tastenstößel verbundenes und verschiebbaren Brückenglied, das beispielsweise einen Luftspalt beeinflußt, kurzgeschlossen oder in seiner Intensität durch einen Nebenschluß geändert.In the case of the known contactless switch buttons that have a field plate are provided, the change in the magnetic flux acting on the field plate takes place in different ways when the stop occurs. When the key is pressed, the Field plate and / or a permanent magnet approach one another, or it enlarges the distance between the field plate and the permanent magnet when the pushbutton plunger is deflected. At a Another known embodiment is the one that penetrates the field plate magnetic flux through a connected to the key plunger and displaceable bridge member, for example a Air gap influenced, short-circuited or changed in its intensity by a shunt.
Durch das Deutsche Gebrauchsmuster 1 9 65 245 wurde eine kontaktlos magnetisch einstellbare Widerstandseinrichtung bekannt, die wenigstens eine Feldplatte enthält, welche im stationären Gehäuse dieser Schalteinrichtung angeordnet ist. Der Tastenstößel ist mit einem Dauermagneten und einer radialen Einrichtung zur Konzentration des magnetischen Feldes auf die Feldplatte versehen. Bei einer Bewegung des Tastenstößels gleitet die.Konzentrationseinrichtung in einem bestimmten radialen Abstand an der Feldplatte vorbei. Bei dieser Schalteinrichtung wird die Feldplatte von einem magnetischen Fluß durchsetzt, wobei das Gehäuse der Schalt-The German utility model 1 9 65 245 made one contactless magnetically adjustable resistance device known which contains at least one field plate, which in the stationary housing this switching device is arranged. The key plunger is with a permanent magnet and a radial device for concentration of the magnetic field on the field plate. When the key plunger is moved, the concentration device slides past the field plate at a certain radial distance. In this switching device, the field plate of permeated by a magnetic flux, the housing of the switching
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einrichtung einen Teil des Magnetkreises bildet.device forms part of the magnetic circuit.
In Deutschen Gebrauchsmuster 1 965 246 ist ein kontaktloser, durch einen linear beweglichen Körper betätigbarer Taster beschrieben, bei dem die Feldplatten stationär in Spalten des Tastergehäuses angeordnet sind und von einem magnetischen Fluß, der von einen*. Dauermagneten ausgeht, durchdrungen werden. Der am Tastenstößel befestigte bewegliche Körper dient als Brücken- oder llebenschlußglied und, überbrückt bei einer Auslenkung des Tastenstößels beim Tasten anschlag diesen Spalt in"; Gehäuse, so daß der magnetische Fluß anstelle durch die Feldplatte durch das Brückenglied verläuft. In German utility model 1 965 246 is a contactless, through a linearly movable body actuatable button described in which the field plates are stationary in columns of the button housing are arranged and by a magnetic flux flowing from a *. Permanent magnet emanates to be penetrated. The one on the key tappet attached movable body serves as a bridge or lifelong link and, bridged when the key plunger is deflected when the key hits this gap in "; housing, so that the magnetic River runs through the bridge member instead of through the field plate.
Iir. Vergleich zu den Schalttasten, welche elektromechanische Schaltkontakte aufweisen, erzeugen die kontaktlosen Schalttasten, welche rat Feldplatten versehen sind, bei einer Änderung des sie durchsetzenden magnetischen Flußes relativ nur ein kleines Schaltsignal, das meistens in nachgeordneten Trigger- und Verstärkerschaltkreisen zum endgültigen Schaltsignal geformt wird. Eine derartige Schaltanordnung "HALL EFFECT C(WTACTIESS SWITCH WITH PRjbblASUD SCHMITT TRIGGER" ist in der amerikanischen Patentschrift 3 596 114 beschrieben.Iir. Compared to the switch buttons, which have electromechanical switch contacts have, generate the contactless switch buttons, which rat field plates are provided, when there is a change in the penetrating them Magnetic flux relatively only a small switching signal, which is mostly in downstream trigger and amplifier circuits is formed into the final switching signal. Such a switching arrangement "HALL EFFECT C (WTACTIESS SWITCH WITH PRjbblASUD SCHMITT TRIGGER "is in the American patent specification 3,596,114.
Die vorstehend erwähnten bekannten kontaktlosen Schalttasten beanspruchen im Vergleich zu den kleinen Feldplatten, infolge ihrer großen Abmessungen, ein großes Raumvolumen. Daraus ergeben sich RauiTiSchwierigkeiten, wenn aus diesen Schalttasten auf einer Schalttafel eine Tastatur gebildet werden soll, welche beispielsweise zur Eingabe von Daten oder Steuerbefehlen in einer Datenverarbeitungsanlage dient. Außerdem ist die Anordnung der Feldplatten, die Ausrichtung zwischen den Feldplatten und den Konzentrationseinrichtungen für die magnetischen Flüsse und ihre einstellung auf die gewünschten Magnetfeld- und Signalpegel ziemlich kritisch. Bei jeder Schalttaste ist die zugeordnete Feldplatte auf die iJullstellung abzugleichen. Auch die vertikale Anordnung der Feldplatten, wie sie bei der Schalteinrichtung nachThe above-mentioned known contactless switch buttons claim Compared to the small field plates, due to their large dimensions, a large volume of space. Result from this RauiTi difficulties if from these buttons on one Control panel a keyboard is to be formed, which, for example, for entering data or control commands in a Data processing system is used. In addition, the arrangement of the field plates, the alignment between the field plates and the Concentration devices for the magnetic fluxes and their adjustment to the desired magnetic field and signal levels pretty critical. The assigned field plate must be adjusted to the zero position for each switch button. Even the vertical one Arrangement of the field plates, as in the case of the switching device
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der·! amerikanischen Patent 3 596 114 vorgesehen ist, verträgt sich nicht rät der neuzeitlichen Schaltung^technik für integrierte Schaltungsanordnungen.the·! American patent 3,596,114 is compatible does not advise modern circuit technology for integrated Circuit arrangements.
'ixe bereits erwlihnt wurde, v/erden bei den bekannten kontaktlosen Schalttasten die Feldplatten von einem magnetischen Fluß durchsetzt, der sich in Abhängigkeit von der Stellung des Tastenstößels ändert. Dieser magnetische Fluß bildet sich in einen* magnetischen Kreis, der aus einem Dauermagneten, dem beweglichen Betätigungsglied, den Luftspalten und der stationären Gehäusewandung besteht.'ixe has already been mentioned, v / ground in the case of the well-known contactless Switch buttons the field plates are penetrated by a magnetic flux, which changes depending on the position of the key plunger. This magnetic flux is formed in a * magnetic circuit consisting of a permanent magnet, the movable actuator, the air gaps and the stationary housing wall consists.
Eine derartige Anordnung oder Gestaltung des magnetischen Kreises ist zur Beeinflußung der Leitfähigkeit einer Feldplatte insofern ungünstig, v/eil die Rück- bzw. Unterseite der Feldplatte auch in den magnetischen Kreis miteinbezogen ist, und die Feldplatte vom Magnetfluß durchsetzt wird, wodurch sich, wie bereits erwähnt wurde, eine ziemlich voluminöse Anordnung ergibt. Außerdem benötigen r.anche bekannte Schalttasten einen großen Tastenhub, um die erforderliche Änderung des Magnetflußes und dessen Einwirkung auf die Feldplatte zu erzielen.Such an arrangement or design of the magnetic circuit is to influence the conductivity of a field plate in so far unfavorable, v / eil the back or underside of the field plate is also included in the magnetic circuit, and the field plate is penetrated by magnetic flux, which, as already mentioned results in a rather voluminous arrangement. Also need r.anche well-known switch keys have a large key travel to the required change of the magnetic flux and its action to achieve on the field plate.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine neue und verbesserte kontaktlose Schalttaste zu schaffen, bei der die Feldplatte nicht im Magnetkreis der Betätigungseinrichtung liegt und von deren Magnetfluß vollständig durchdrungen wird, sondern v/o ein von einer Seite des Betätigungsgliedes stark konzentriertes Magnetfeld ausgeht und auf die Oberseite der Feldplatte bei einem ircglichst kurzen Hub des Betätigungsgliedes einwirkt, so daß die Feldplatte zusarmen irdLt anderen Bauelementen in einer Ebene liegend in einer integrierten Schaltungsanordnung ein Modul oder eine Schaltungsplatte bildet, an deren Rück- bzw. Unterseite kein weiteres Glied des magnetischen Kreises zur Rückführung des magnetischen Flußes angeordnet sein muß.It is an object of the invention to provide a new and improved one To create contactless switch button, in which the field plate is not in the magnetic circuit of the actuating device and of their Magnetic flux is completely penetrated, but v / o a strongly concentrated magnetic field from one side of the actuator goes out and acts on the top of the field plate with the shortest possible stroke of the actuator, so that the The field plate joins other components in one plane a module lying in an integrated circuit arrangement or forms a circuit board, on the rear or underside of which no further member of the magnetic circuit for returning the magnetic flux must be arranged.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das magnet-04971044 309883/1290 According to the invention, this object is achieved in that the magnet 04971044 309883/1290
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feldabhängige Bauelement iir unteren Teil der Schalttaste auf einer Grundplatte so befestigt ist, daß seine empfindliche Fläche sich quer zur Längsachse des Betätigungsgliedes erstreckt, daß der am Betätigungsglied befestigte Dauermagnet bevorzugt scheibenförmig ist und seine beiden Oberflächen eine entgegensetzte Polarität aufweisen, daß der Dauermagnet in einem vorbestimmten Abstand, parallel über dem magnetfeldempfindlichen Bauelement angeordnet ist, daß der Dauermagnet ein axiales zum rr.agnetfeldeir.pfindlichen Bauelement ausgerichtetes Loch aufweist, das durch einen Kern ausgefüllt ist, und daß ein scheibenförmiges, mit der. Kern verbundenes Joch aus weichmagnetischem Material auf der am weitesten vom magnetfeldempfindlichen Bauelement entfernten Oberseite des Dauermagneten und des Kernes angeordnet ist.Field-dependent component iir the lower part of the switch button a base plate is attached so that its sensitive surface extends transversely to the longitudinal axis of the actuator that the permanent magnet attached to the actuator is preferably disc-shaped is and its two surfaces have an opposite polarity that the permanent magnet in a predetermined Distance, is arranged parallel over the magnetic field sensitive component that the permanent magnet is an axial to the magnetic field sensitive Has component aligned hole which is filled by a core, and that a disk-shaped, with the. Core connected yoke made of soft magnetic material on the furthest away from the magnetic field sensitive component Top of the permanent magnet and the core is arranged.
Bei der erfindungsgemäßen kontaktlosen Schalttaste besteht gegenüber den bekannten kontaktlosen Schalttasten der Vorzug, daß die Feldplatte in einer Ebene liegend, auf der Oberfläche einer Grundplatte, oder als integriertes Bauelement in einem Modul, einer Schaltungskarte oder einer Schalttafel angeordnet sein kann, und daß sie durch das neue Betätigungsglied, das den magnetischen Kreis enthält, einen sehr starken, auf die Feldplatte konzentrierten Magnetfeld ausgesetzt ist, das vorzugsweise senkrecht auf die Oberfläche einwirkt und daß außerdem nur ein relativ kleiner Hub des Betätigungsgliedes zur Erzeugung des Schaltsignale erforderlich ist.In the case of the contactless switch key according to the invention, there is an opposite the well-known contactless switch buttons have the advantage that the field plate lies in one plane on the surface of a base plate, or can be arranged as an integrated component in a module, a circuit card or a control panel, and that they are through the new actuator that has the magnetic Circle contains, is exposed to a very strong magnetic field concentrated on the field plate, which is preferably perpendicular acts on the surface and that, in addition, only a relatively small stroke of the actuator for generating the switching signals is required.
Eine bevorzugte Ausführung der erfindungsgemäßen Schalttaste enthält ein axial verschiebbares Betätigungsglied, das als Träger des Magnetkreises dient, durch dessen Magnetfeld die Feldplatte beeinflußt wird. Zur Speisung dieses Magnetkreises ist im Betätigungsglied ein Dauermagnet angeordnet, der eine zylindrische, vorzugsweise die Form einer Kreisscheibe aufweist, und der in seinem Zentrum mit einem in axialer Richtung verlaufenden Loch versehen ist, und dessen beide Oberflächenseiten entgegengesetzt magnetisiert sind.A preferred embodiment of the switch button according to the invention contains an axially displaceable actuator which is used as Serves carrier of the magnetic circuit, through whose magnetic field the field plate is influenced. To feed this magnetic circuit a permanent magnet is arranged in the actuator, the one cylindrical, preferably in the form of a circular disk, and the one in its center with one extending in the axial direction Hole is provided, and both surface sides of which are oppositely magnetized.
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Ein derartiger rit einen: Loch versehener Dauernagnet erzeugt im Umgebungsraum in der liähe oder der Kachbarschaft des Loches ein konzentriertes Kraftfeld, welches sich in einem creringen vertikalen Abstand von Loch in seiner Richtung unkehrt. Der Abstand, d.h., der Ort, an dem sich das magnetische Feld, bzw. der sich aufteilende magnetische Fluß umkehrt, ist abhängig von den Eigenschaften des Materials, aus dem der Dauermagnet besteht und von den Abmessungen, d.h. der Geometrie des scheibenförmigen Dauermagneten. Die vorliegende Erfindung basiert auf der Ausnützung diese Phänomens, wobei in einer relativen Bewegung zwischen dem scheibenförmigen Dauermagneten und der Feldplatte sich der dazwlschenliegende Abstand ändert und die Feldplatte sich einem stark ändernden Magnetfeld ausgesetzt wird. Diese Änderung setzt sich zusammen aus einer Änderung in der Stärke des magnetischen Flußes und in einer Änderung in der Richtung des magnetischen Feldes.Such a permanent magnet provided with a hole generates in the surrounding space in the vicinity or the neighborhood of the hole a concentrated force field, which is in a crerring vertical distance from hole reversed in its direction. The distance, i.e., the place at which the magnetic field or the splitting magnetic flux is reversed depends on the properties of the material from which the permanent magnet is made and the dimensions, i.e. the geometry of the disk-shaped Permanent magnets. The present invention is based on exploiting this phenomenon, being in relative motion between the disc-shaped permanent magnet and the field plate the intermediate distance changes and the field plate is exposed to a strongly changing magnetic field. This change is made up of a change in strength of magnetic flux and a change in the direction of the magnetic field.
Das Loch im Dauermagneten ist zweckmäßigerweise mit einem weichmagnetischen Material ausgefüllt, um die Stärke des magnetischen Flußes zu erhöhen, ohne daß dadurch der Ort für die Umkehrung des magnetischen Flußes beeinträchtigt wird. Bei einer Tastenausführung, in welcher der Betätigungshub möglichst klein sein soll, ist es ein Merkmal der Erfindung, daß zur Erhöhung der Leitfähigkeit des Magnetkreises und zur Konzentration bzw. Verstärkung des magnetischen Flußes auf der einen Oberseite des scheibenförmigen Dauermagneten eine Jochscheibe aus weichmagnetischem Material angeordnet ist. Diese Jochscheibe liegt auf der Oberseite des scheibenförmigen Dauermagneten auf, welche am weitesten von der Feldplatte entfernt ist, und sie ist mit einem Zapfen versehen, welche als Kern das Loch im Dauermagneten ausfüllt. Es ist ein anderes Merkmal dieser Erfindung, daß die Stirnfläche des Kernes bündig ist mit der unteren Scheibenfläche des Dauermagneten, welche der Feldplatte gegenüberliegt, und daß die Flächen sehr präzis bearbeitet sind. Die Dicke des Kernstj.ftes ist so gewählt, daß er unter Krafteinwirkung in das Loch einzusetzen ist und daß die UiRfangsflächen des Kernstiftes und des Loches sich großflächigThe hole in the permanent magnet is expediently filled with a soft magnetic material in order to increase the strength of the magnetic To increase the flux without affecting the location for the reversal of the magnetic flux. In the case of a key version, in which the actuation stroke should be as small as possible, it is a feature of the invention that to increase the conductivity of the magnetic circuit and for the concentration or amplification of the magnetic flux on the one upper side of the disk-shaped Permanent magnets a yoke plate made of soft magnetic material is arranged. This yoke disk lies on top of the disc-shaped permanent magnet, which is furthest away from the field plate, and it is provided with a pin, which as a core fills the hole in the permanent magnet. It is another feature of this invention that the face of the core is flush with the lower disk surface of the permanent magnet, which is opposite the field plate, and that the surfaces very are precisely machined. The thickness of the core is chosen so that that it is to be inserted into the hole under the action of force and that the peripheral surfaces of the core pin and the hole extend over a large area
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berühren, üei einer derartigen Gestaltung bzw. Anordnung des :iagnetkreises in Betätigunsglied der Schalttaste wurde festgestellt, daß sich das örtliche konzentrierte magnetische Feld in einer sehr kurzen Strecke von der Ebene des Magneten in den Luftraur. in seiner Stärke sehr schnell verringert. Lr Ende dieser kurzen Strecke in Luftraun kehrt das Magnetfeld gleichzeitig seine Richtung ur. Mit einem Betätigungsglied, c.as einen derartigen : agnetischen I^reis auf\,Teist, kann durch das von dieser: Magnetkreis ausgehende konzentrierte sich stark ändernde .Magnetfeld bei einer nur geringen Bettltigungshub eine Feldplatte beeinflußt werden. Durch diesen einfachen Magnetkreis· in Betätigungsglied ist es möglich, daß die Anordnung des scheibenförmigen Dauermagneten in einen vorbestimmten geringen Abstand über der Oberseite der Feldplatte ein magnetisches Rückschluiglied an eier Unterseite der Feldplatte angebracht sein ruß. Die Feldplatte kann rät anderen bauelementen in einer Ebene liegen und ein integrierter 3estandteil einer Schaltungsplatte bzw. Schaltkarte sein.touch, üei such a design or arrangement of the: i agnetkreises in actuator of the switch button was found that the local concentrated magnetic field in a very short distance from the plane of the magnet in the air space. decreased in strength very quickly. Lr end of this short distance in Luftraun the magnetic field reverses its direction at the same ur. With an actuating element, which has such an agnetic I ^ rice on \, T e, a field plate can be influenced by the concentrated, strongly changing magnetic field emanating from this magnetic circuit with only a small actuation stroke. This simple magnetic circuit in the actuator makes it possible for the disc-shaped permanent magnet to be attached to the underside of the field plate at a predetermined short distance above the top of the field plate. The field plate can advise other components lie in one plane and be an integrated component of a circuit board or circuit card.
Durch die Anwendung der vorstehend kurz beschriebenen Technologie ist es cuf einfache und billige Weise röglich, kontaktlose Schelttasten herzustellen, welche vorteilhaft in Tastaturen zur Eingabe von Daten, Informationen oder Steuerbefehlen Verwendung finden können, da die spezielle riontage der einzelnen Feldplatten ir" Gehäuse der Schalttaste oder die senkrechte Anordnung der Felc.^latten auf einer Verteilertafel nicht rehr erforderlich ist, wie dies bei den bekannten kontaktlosen Schalttasten der Fall war.By using the technology briefly described above, it is possible to manufacture contactless switch keys in a simple and inexpensive manner, which can advantageously be used in keyboards for entering data, information or control commands, since the special riontage of the individual field plates in the housing of the switch key or the vertical arrangement of the felc. ^ battens on a distribution board is not really necessary, as was the case with the known contactless switch buttons.
-!achstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an einer kontaktlosen Schalttaste anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Von den Figuren stellen dar:-! Next, an embodiment of the invention is based on a contactless switch button described in more detail with reference to drawings. Of the figures represent:
Fig. 1 die Seitenansicht einer Schalttaste, welche inFig. 1 is a side view of a switch button, which in
ihrem unteren Teil aufgeschnitten ist, um das Betätigungsglied mit dem neuen Magnetkreis und die Anordnung der Feldplatte zu zeigen,its lower part is cut open to reveal the To show actuator with the new magnetic circuit and the arrangement of the field plate
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Fig. 2 die Ansicht eines Längsschnittes durch ein erstesFig. 2 is a view of a longitudinal section through a first
Ausführungsbeispiel eines sehr vorteilhaften Magnetkreises durch dessen konzentriertes Magnetfeld das von ihm ausgeht, die benachbarte Feldplatte beeinflußt wird,Embodiment of a very advantageous magnetic circuit due to its concentrated magnetic field that emanates from it, the neighboring field plate is influenced,
Fig. 3 die Unteransicht des neuen Magnetkreises nachFig. 3 shows the bottom view of the new magnetic circuit
Fig. 2,Fig. 2,
Fig. 4 die Ansicht eines Längsschnittes durch einFig. 4 is a view of a longitudinal section through a
zweites Ausführungsbeispiel eines Magnetkreises, der ebenfalls ein konzentrisches Magnetfeld erzeugt und zur Verwendung in einer kontaktlosen Schalttaste geeignet ist,second embodiment of a magnetic circuit, which also generates a concentric magnetic field and for use in a non-contact Switch button is suitable,
Fig. 5 die Unteransicht des Magnetkreises nach Fig. 4,FIG. 5 shows the bottom view of the magnetic circuit according to FIG. 4,
Fig. 6 eine Profilkarte, welche in einer Art von HöhenFig. 6 is a profile map, which in a kind of heights
schichtung in Kennlinien die Charakteristik des Magnetfeldes in gewißen Abständen im Raum über der Stirnfläche des Kernes des gelochten scheibenförmigen Dauermagneten angibt, in Abhängigkeit vom Durchmesser des Loches im Dauermagneten,stratification in characteristic curves the characteristics of the magnetic field at certain distances in the space above the Indicates the end face of the core of the perforated disk-shaped permanent magnet, depending on the diameter of the hole in the permanent magnet,
Fig. 7 ein Schaubild mit einigen Kennlinien, welche dieFig. 7 is a diagram with some characteristics which the
magnetische Feldstärke des von einem Magnetkreis konzentriert in den Raum gehenden Magnetfeldes angeben, in Abhängigkeit von der Entfernung von der Stirnfläche des Kernes. Den Kennlinien liegen verschiedene Ausführungsformen des Magnetkreises zugrunde, auch die der Fign. 2 bis 5.Magnetic field strength of the concentrated magnetic field from a magnetic circuit into the room as a function of the distance from the end face of the core. The characteristics lie different embodiments of the magnetic circuit basis, including those of FIGS. 2 to 5.
Die Erfindung wird an dem Tastenwerk einer kontaktlosen Schalttaste 10 erläutert, welche auf einer gedruckten Schalttafel 11, oder einer Schaltkarte, bzw. einer sonstigen Trägerplatte befestigt ist. Die Schalttaste 10 besteht im wesentlichen aus einemThe invention is based on the keypad of a contactless switch key 10 explains which is mounted on a printed circuit board 11, or a circuit board, or other carrier plate is. The switch button 10 consists essentially of one
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stationär auf der Schalttafel 11 montierten äußeren Gehäuse 12 aus nichtmagnetischen Material, und einem innerhalb des Gehäuses 12 angeordneten Tastenwerks, mit einem Tastenstößel 14, welcher mit einem Tastenknopf 13 versehen ist. Bei einer Einwirkung einer Druckkraft auf den Tastenknopf "13, also beim Anschlag einer Taste wird dieser mit dem Tastenstößel 14 nach unten ausgelenkt, wobei das Tastenwerk betätigt wird. Der in zwei Richtungen verschiebbare Tastenstößel 14 ist oben und unten mit zwei als Lagern dienenden Führungshülsen 15 und 16 versehen, welche entlang einer zentralen Bohrung im Gehäuse 12 gleiten können. Zwischen den beiden Führungshülsen 15 und 16 ist ein vorzugsweise scheibenförmiger Dauermagnet 17 angeordnet, welcher den Tastenstößel 14 umgibt und gleichzeitig mit diesem bei einem Tastenanschlag die Auslenkbewegung ausführt. Dieser scheibenförmige Dauermagnet wird folgend als "innerer beweglicher Rückstellmagnet 17" bezeichnet. Am oberen Ende des stehenden Gehäuses 12 ist ein den inneren beweglichen Rückstellmagneten 17 umgebender hohlzylindrischer Dauermagnet 18 angeordnet, welcher folgend als "äußerer stationärer Rückstellmagnet 18" bezeichnet wird. Diese beiden Rücketell-Magneten 17, 18 sind anstelle einer allgemein bekannten Ruckste11-Druckfeder in der Schalttaste angeordnet, und sie sind magnetisch so polarisiert, daß gleichnamige Polflächen sich benachbart gegenüberliegen, die sich bei einer Auslenkung des beweglichen Rückstellmagneten 17 aus der Ausgangsstellung beim Tastenanschiag vergrößern, weil sich auch linear die magnetische Abstoßungskraft zwischen den beiden Rückstellmagneten erhöht. Eine betätigte Schalttaste, bzw. ihr Tastenstößel 14 wird somit am Ende des Tastenanschlages durch die zwischen den beiden Rückstellmagneten herrschende Abstoßungskraft zwangsläufig in die Ausgangsstellung zurückgeführt.outer casing 12 fixedly mounted on the control panel 11 made of non-magnetic material, and one inside the housing 12 arranged key mechanism, with a key tappet 14, which is provided with a key button 13. In the event of a Pressure force on the key button "13, that is, when a key is pressed this is deflected downwards with the key tappet 14, the key mechanism being actuated. The one that can be moved in two directions Key plunger 14 is provided above and below with two serving as bearings guide sleeves 15 and 16, which along a central bore in the housing 12 can slide. Between a preferably disk-shaped permanent magnet 17 is arranged on both guide sleeves 15 and 16, which the key tappet 14 surrounds and at the same time executes the deflection movement with this when a key is pressed. This disc-shaped permanent magnet is hereinafter referred to as "inner movable return magnet 17". At the upper end of the standing housing 12 is the inner movable Resetting magnets 17 surrounding hollow cylindrical permanent magnet 18 arranged, which following as "outer stationary Reset magnet 18 "is designated. These two Rücketell magnets 17, 18 are instead of a well-known Ruckste11 compression spring arranged in the switch button, and they are magnetically polarized so that pole faces of the same name are adjacent opposite, which when the movable reset magnet 17 is deflected from the starting position when the key is pressed increase because the magnetic repulsive force between the two reset magnets also increases linearly. One operated Switching key or its key plunger 14 is thus at the end of the keystroke by the between the two reset magnets prevailing repulsive force inevitably returned to the starting position.
Das Tastenwerk "der Schalttaste enthält außerdem eine magnetische Schnappeinrichtung, welche während eines Tastenanschlags bei einer ersten Auslenketeilung des Tastenstößels 14, In der sich dieser aus der Ausgangsstellung nach unten bewegt, plötzlich ein Betätigungsglied auslenkt, das wiederum den Schaltvorgang aus-The key mechanism "of the switch key also contains a magnetic one Snap device, which during a keystroke at a first deflection of the key plunger 14, In the this moves down from the starting position, suddenly deflects an actuator, which in turn deflects the switching process.
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löst. Bei einer Freigabe der Schalttaste bewegt sich der Tastenstößel 14 durch die Einwirkung der bereits vorstehend erwähnten magnetischen Rückstelleinrichtung nach oben in die Ausgangsstellung, dabei schnappt die bisher aktivierte r.agnetische Schnappeinrichtung bei einer zweiten Auslenksteilung des Tastenstößels in ihre Ruhestellung zurück, während sich der Tastenstößel 14 noch weiter nach oben in seine Ausgangsstellung bewegt. Bei dieser zweiten Aus lenks te llung wird durch diese rragnetische Schnappeinrichtung das bisher ausgelenkte Betätigungsglied in seine Ruhestellung zurückgestellt und der Schaltvorgang wird dadurch beendet. Diese Schnappeinrichtung enthält, wie die Fig. 1 zeigt, einen scheibenförmigen Dauermagneten 19, welcher am unteren Ende des Tastenstöße.ls 14 angeordnet ist und an der Unterseite der unteren Führungshülse 16 anliegt. Dieser bewegbare Dauermagnet 19 wird folgend als "Auslenkmagnet 19" bezeichnet. Die Einrichtung enthält außerdem einen zweiten Dauermagneten 20, der vorzugsweise die Form einer Ringscheibe aufweist, der mit dem Auslenkmagneten 19 zusammenwirkt und auf der Oberseite eines nichtmagnetisierbaren Betätigungsgliedes 21 angeordnet ist. Dieser zweite Dauermagnet 20 in der Schnappeinrichtung wird folgend als "Schaltmagnet 20" bezeichnet. Das Betätigungsglied 21, welches vorzugsweise eine zylindrische Form aufweist, und auf dessen Oberseite der Schaltmagnet 20 befestigt ist, bilden zusammen eine in axialer Richtung auslenkbare Einheit, die in einer erweiterten Räumer 22 im unteren Teil des Gehäuses 12 angeordnet ist. Bei nicht angeschlagener Schalttaste befindet sich das Betätigungsglied 21 und der Schaltmagnet 20 in der Ruhestellung, d.h. der Rand des Betätigungsgliedes 21 liegt auf der Schalttafel 11 auf. Der Schaltmagnet 20 und das Betätigungsglied 21 führen bei aktivierter Schnappeinrichtung einen Betätigungshub nach oben aus, also entgegengesetzt der Auslenkrichtung des Tastenstößels 14. solves. When the switch key is released, the key plunger 14 moves upwards into the starting position due to the action of the magnetic resetting device already mentioned, while the previously activated magnetic snap device snaps back into its rest position when the key plunger is deflected a second time, while the key plunger 14 moves moved even further up to its starting position. In the case of this second deflection, the previously deflected actuating element is returned to its rest position by this magnetic snap device and the switching process is thereby ended. This snap device contains, as FIG. 1 shows, a disk-shaped permanent magnet 19, which is arranged at the lower end of the button push button 14 and rests on the underside of the lower guide sleeve 16. This movable permanent magnet 19 is hereinafter referred to as "deflecting magnet 19". The device also contains a second permanent magnet 20, which preferably has the shape of an annular disk, which interacts with the deflecting magnet 19 and is arranged on the upper side of a non-magnetizable actuator 21. This second permanent magnet 20 in the snap device is referred to below as "switching magnet 20". The actuating member 21, which preferably has a cylindrical shape, and on the upper side of which the switching magnet 20 is fastened, together form a unit which can be deflected in the axial direction and which is arranged in an enlarged reamer 22 in the lower part of the housing 12 . When the switch button is not pressed, the actuating element 21 and the switching magnet 20 are in the rest position, ie the edge of the actuating element 21 rests on the control panel 11. When the snap device is activated, the switching magnet 20 and the actuating member 21 perform an upward actuating stroke, that is to say opposite to the direction of deflection of the key tappet 14.
Die Höhe der Kaniner 22 ist somit um wenigstens den Betrag des erforderlichen Betätigungshubes höher als die Gesamthöhe des Be tätigungsgliedes 21 mit dem Schaltmagneten 20. Der Auslenkmagnet The height of the Kaniner 22 is thus at least the amount of the required actuating stroke higher than the total height of the loading actuating member 21 with the solenoid 20. The deflecting magnet
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19 und der Schaltmagnet 20 sind koaxial zur Längsachse der Schalttaste 10 angeordent und sie sind magnetisch so polarisiert/ daß sich bei Beginn der Tastenbewegung ungleiche Polflächen gegenüberliegen, die sich durch die Auslenkbewegung des Tastenstößels 14 immer mehr verkleinern und sich größere gleichnahmige Polflächen bilden. Bei einem Punkt, der der ersten Auslenksteilung des Tastenstößels 14 entspricht, kreuzen sich die neutralen Achsen des Auslenkmagneten 19 und des Schaltmagneten 20. In diesem Punkt liegen von diesen beiden Magneten die raximal größtmöglichen Flächen gleicher Polarität einander gegenüber. Zu diesem Zeltpunkt herrscht zwischen den beiden Magneten die größte Abstoßungskraft und es besteht ein unstabiler kritischer Zustand, wodurch der Schaltmagnet 20 plötzlich in einer Sprungbewegung nach oben seine Lage ändert, so daß sich wieder ungleichnamige Polflächen der beiden Magneten 19 , 20 gegenüberliegen. Bei dieser plötzlichen Sprungbewegung des Schaltnagneten 20 wird gleichzeitig auch das darat verbundene Betätigungsglied 21 angehoben, welches somit seinen Betätigungshub ausführt und den Schaltvorgang einleitet. Bewegt sich der Tastenstößel 14 weiter nach unten in die Uberhubstellung, so hat dies keinen Einfluß mehr auf den inzwischen eingeleiteten Schaltvorgang. Wird die Schalttaste freigegeben, so wird der Tastenstößel 14 durch die beiden Rückstellmagneten 17, 18, wie bereits erwähnt wurde, in die Ausgangsstellung zurückgeführt. Wird bei dieser Rückwärtsbewegung die zweite Auslenksteilung des Tastenstößels 14 erreicht, liegen sich wieder gleichnamige Polflächen der beiden Magnete 19 und19 and the switching magnet 20 are coaxial with the longitudinal axis of the switch button 10 arranged and they are magnetically polarized / that unequal pole faces face each other at the beginning of the key movement, which is caused by the deflection movement of the key tappet 14 keep getting smaller and bigger pole faces of the same name are formed. At one point, the first division of the key plunger 14 corresponds, the neutral axes of the deflecting magnet 19 and the switching magnet 20 intersect at this point of these two magnets, the maximum possible areas of the same polarity are opposite each other. At this tent point there is the greatest repulsive force between the two magnets and there is an unstable critical state, whereby the switching magnet 20 suddenly changes its position in a jumping movement upwards, so that there are again dissimilar ones Pole faces of the two magnets 19, 20 are opposite. With this sudden jump movement of the switching magnet 20 is at the same time the actuator 21 connected to it is also raised, which thus executes its actuation stroke and the switching process initiates. If the key tappet 14 moves further down into the overtravel position, this no longer has any influence on the switching process that has now been initiated. If the switch key is released, the key tappet 14 is activated by the two Reset magnets 17, 18, as already mentioned, returned to the starting position. Will be used during this backward movement the second deflection of the key plunger 14 reached, lie same-named pole faces of the two magnets 19 and
20 gegenüber und sobald sich deren neutralen Achsen kreuzen, fällt der Schaltmagnet 20 und damit auch das Betätigungsglied plötzlich in die Ruhestellung zurück, wodurch der Schaltvorgang beendet wird. Während sich der Tastenstößel 14 noch weiter aufwärts in seine Ausgangsstellung bewegt.20 opposite and as soon as their neutral axes cross, the solenoid 20 falls and thus the actuator suddenly returns to the rest position, which ends the switching process. While the key tappet 14 continues moved up to its starting position.
Wie aus der Fig. 1 zu ersehen ist, weist das nichtmagnetische Betätigungsglied 21 an seiner Unterseite eine stufenförmig abgesetzte Vertiefung 25 auf, in deren oberen Teil ein Magnetkreis 23 eingesetzt ist, welcher das magnetische Feld zur Beeinflussung1 As can be seen from FIG. 1, the non-magnetic actuating element 21 has on its underside a stepped recess 25, in the upper part of which a magnetic circuit 23 is inserted, which the magnetic field for influencing 1
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der Feldplatte 24 liefert. Diese Feldplatte 24, eine Hallsonde, oder ein anderes magnetfeldempfindliches Bauelement ist auf der
Oberfläche einer Schalttafel 11 oder Grundplatte befestigt und
ragt in den erweiterten Teil der Vertiefung 25 des Betätigungsgliedes 21. Diese Feldplatte 24 kann auch ein Bestandteil einer
integrierten Schaltungsanordnung sein, welche vom Fachmann als
integrierter Baustein, Modul oder als Chip bezeichnet wird. Diese Feldplatte 24 ist der Einwirkung eines magnetischen Feldes oder
eines magnetischen Flusses ausgesetzt, der voa dem magnetischen Kreis 23 ausgeht, welcher in das bewegliche Betätigungsglied 21
eingebettet ist. Durch den vertikalen Hub, den das Betätigungsglied 21 und der damit verbundene magnetische Kreis 23 beim Anschlag
eines Tastenknopfes 13 ausführt, ändert sich die Einwirkung des magnetischen Feldes auf die Feldplatte 24 und in dieser
wird dadurch das Schaltsignal erzeugt. Während für die erfindungsgemäße
Schalttaste verschiedene Ausführungen von magnetfeldempfindlichen Bauelementen geeignet sind, wurde bei diesem Ausführungsbeispiel eine Hall-Feldplatte 24 verwendet, die zusammen mit einer
Verstärkerschaltung in einem Baustein enthalten ist, der in integrierter Technik ausgeführt ist. Eine geeignete Feldplatte 24
sollte einen Empfindlichkeitspegel von mindestens 5 mV/Kilogauß/Volt
aufweisen.the field plate 24 supplies. This field plate 24, a Hall probe, or another magnetic field sensitive component is attached to the surface of a switchboard 11 or base plate and
protrudes into the enlarged part of the recess 25 of the actuating member 21. This field plate 24 can also be a component of an integrated circuit arrangement which is known by the person skilled in the art as
Integrated component, module or chip is called. This field plate 24 is exposed to the action of a magnetic field or a magnetic flux which emanates from the magnetic circuit 23 which is embedded in the movable actuating member 21. Due to the vertical stroke which the actuating member 21 and the magnetic circuit 23 connected to it perform when a key button 13 is hit, the effect of the magnetic field on the field plate 24 changes and the switching signal is generated in this. While various designs of components sensitive to magnetic fields are suitable for the switch key according to the invention, a Hall field plate 24 was used in this exemplary embodiment, which is contained together with an amplifier circuit in a module which is implemented using integrated technology. A suitable field plate 24
should have a sensitivity level of at least 5 mV / kilogauss / volt.
Die Fig. 2 zeigt die Ansicht eines Schnittes durch einen vorteilhaften
magnetischen Kreis 2 3 des Betätigungsgliedes 21. Dieser
magnetische Kreis 13 enthält einen Dauermagneten 26, der vorzugsweise die Form einer kreisförmigen Scheibe oder eines Zylinders
aufweist. Die Oberseite dieses Dauermagneten 26 ist mit einer
Jochscheibe 27 versehen, die aus einem v/eichmagnetischen Material
besteht. Der Dauermagnet 26 weist zentral ein vorzugsweises kreisrundes Loch 28 auf, das durch einen Kern 30 ausgefüllt ist, der
ebenfalls aus einem weichmagnetischen Material besteht. Die Jochscheibe
27 besteht aus einem Scheibenteil 29 und einem integrierten Zylinderkernstift 30, welche zusammen eine Einheit bilden. Das
Scheibenteil 29 des Joches 27 liegt auf der Oberseite des Dauermagneten 26, welche an weitesten von der Feldplatte 24 entferntFig. 2 shows the view of a section through an advantageous magnetic circuit 23 of the actuator 21. This
Magnetic circuit 13 contains a permanent magnet 26, which preferably has the shape of a circular disc or a cylinder. The top of this permanent magnet 26 is with a
Yoke disk 27 is provided, which consists of a v / calibration magnetic material. The permanent magnet 26 has a preferably circular hole 28 in the center, which is filled by a core 30 which is also made of a soft magnetic material. The yoke disk 27 consists of a disk part 29 and an integrated cylinder core pin 30, which together form a unit. That
Disk part 29 of yoke 27 lies on top of permanent magnet 26, which is furthest away from field plate 24
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ist und ihre Größe ist so gewählt, daß sie diese Oberseite des Dauermagneten 26 überdeckt. Der Kernzapfen 30 des Joches 27 hat einen Durchmesser, der so gewählt und bearbeitet ist, daß seine riantelflache satt an der Viand des Joches 28 im Dauermagneten 26 anliegt. Es wurde festgestellt, daß sich ein sehr starkes örtliches konzentriertes magnetisches Feld außerhalb des magnetischen Kreises 23 entlang der Mittelachse des Kernzapfens 30 ergibt, wenn die freie und plane Stirnfläche 31 des Kernzapfens 30 in einer Ebene mit der Unterseite 32 des Dauermagneten 26 liegt. Es ist ein wesentliches Merkmal dieser Erfindung, daß die Stirnfläche 31 des Kernzapfens 30 und die Unterseite 32 des Dauermagneten 26 in einer sehr präzisen Ebene liegen und entsprechend bearbeitet sind. Abweichungen in der Flächenebene der Magnetunterseite 32 und der Kernstirnseite 31, die über 0,6 mm betragen, bewirken bei einem kleinen Abstand im Raum Über dem Kern 30 sehr beachtliche AbSchwächungen in der Stärke des magnetischen Feldes. Solche Unebenheiten in der zur Feldplatte 24 gerichteten Fläche des Magnetkreises 23 beeinträchtigen durch ihre großen Schwankungen des Magnetfeldes, das sie verursachen, die Qualität des Magnetfeldes, das vom Magnetkreis 2 3 bzw. von der Stirnfläche 31 des Kernstiftee 30 ausgeht und zur Oberfläche der Feldplatte 24 gerichtet ist.and its size is chosen so that it covers this top of the permanent magnet 26. The core pin 30 of the yoke 27 has a diameter which is selected and machined in such a way that its riantel surface lies snugly against the viand of the yoke 28 in the permanent magnet 26. It has been found that there is a very strong local concentrated magnetic field outside the magnetic circuit 23 along the central axis of the core peg 30 when the free and flat end face 31 of the core peg 30 lies in a plane with the underside 32 of the permanent magnet 26. It is an essential feature of this invention that the end face 31 of the core pin 30 and the underside 32 of the permanent magnet 26 lie in a very precise plane and are processed accordingly. Deviations in the surface plane of the magnet underside 32 and the core end face 31 , which are more than 0.6 mm, cause very considerable weakenings in the strength of the magnetic field at a small distance in the space above the core 30. Such unevennesses in the surface of the magnetic circuit 23 facing the field plate 24 impair the quality of the magnetic field emanating from the magnetic circuit 23 or from the end face 31 of the core pin 30 and to the surface of the field plate 24 due to their large fluctuations in the magnetic field they cause is directed.
Ein Dauermagnet 26 als Muster dieses Ausführungsbeispiels, wie er in den Fign. 2 und 3 abgebildet ist, hatte die folgend erwähnten Abmessungen:A permanent magnet 26 as a sample of this embodiment, as he in FIGS. 2 and 3 had those mentioned below Dimensions:
Dicke der Magnetscheibe 2,3 mmThickness of the magnetic disk 2.3 mm
Durchmesser der Magnetscheibe 8,5 mm Durchmesser des zentralen Loches in der Magnetscheibe 1,3 ttm.Diameter of the magnet disk 8.5 mm diameter of the central hole in the magnet disk 1.3 mm.
Der Dauermagent 26 besteht aus einem stanzbaren Material, bei dem in einer synthetischen Gummischicht Partikel aus Bariumferrit in feiner Verteilung enthalten sind.The permanent magnet 26 consists of a punchable material in which particles of barium ferrite in a synthetic rubber layer fine distribution are included.
Das Joch 27 besteht aus einem weichmagnetischen Material, das eine niedere Koerzitivkraft und einen hohen magnetischen Sättigungspegel aufweist. Mit dieser Struktur eines Magnetkreises 23 ergibt sichThe yoke 27 is made of a soft magnetic material, the one low coercive force and a high magnetic saturation level having. With this structure of a magnetic circuit 23 results
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in axialer Richtung über der Mitte der Stirnfläche 31 bei einem Abstand von 0,5 mm ein Magnetfeld von 1000 Oe. Bei einem Joch 27 mit einem Kernteil 30, welcher einen größeren Durchmesser aufweist als das vorstehend erwähnte Muster, besteht die Tendenz, daß sich die Stärke des magnetischen Feldes über der Stirnfläche 31 des Kernes 30 beachtlich verringert. Es ist deshalb zweckmäßig, den magnetischen Kreis nach Fig. 2, 3 mit einem Loch 28 bzw. mit einem Kern 30 zu versehen, deren Durchmesser möglichst klein ist im Vergleich zum Durchmesser der Magnetscheibe 26.in the axial direction over the center of the end face 31 at a distance of 0.5 mm, a magnetic field of 1000 Oe. With a yoke 27 with a core part 30 having a larger diameter than the above-mentioned pattern, there is a tendency that the strength of the magnetic field across the end face 31 of the core 30 is considerably reduced. It is therefore advisable to use the magnetic circuit according to Fig. 2, 3 with a hole 28 and with to provide a core 30, the diameter of which is as small as possible in comparison to the diameter of the magnetic disk 26.
Ein zweites Ausführungsbeispiel eines magnetischen Kreises, dessen Magnetfeld die Feldplatte 24 beeinflußt, ist in den Fign. 4 und 5 abgebildet. Dieser zweite Magnetkreis 33 wird aus einem Dauermagneten 34 gebildet, welcher vorzugsweise die Form einer Ringscheibe aufweist, welche mit einem axialen Loch 35 versehen ist. In dieses zentrale Loch 35 ist als Kern ein das Loch ausfüllender Kern-Dauermagnet 36 eingesetzt. Die zur Feldplatte 2 4 gerichteten Unterseiten des äußeren Dauermagneten 34 und des zentral angeordneten Kernmagneten 34 bilden eine ziemlich genaue Ebene. Die Oberseiten des äußeren Dauermagneten 34 und des Kerniragneten 34 sind mit einer Jochscheibe 37 bedeckt, welche aus einem weichmagnetischen Material besteht. Die Oberseiten und Unterseiten des äußeren Dauermagneten 34 und des Kernmagneten 36 sind so magnetisiert, daß sie zueinander eine entgegengesetzte Polarität aufweisen. Mit einer solchen Struktur eines Magnetkreises 33 ergibt sich ein örtlich ir Raum konzentriertes Magnetfeld, das von der Stirnfläche des Kernes 36 ausgeht. Jedoch ist die Feldstärke dieses magnetischen Flusses etwas geringer als die beim ersten Ausführungsbeispiel mit dem Magnetkreis 23 gemäß den Fign. 2 und 3. Der zweite Magnetkreis 33 nach Fig. 4 und 5, welcher im Vergleich zum ersten Magnetkreis 2 3 nach den Fign. 2 und 3 einen viel größeren Kerndurchmesser aufweist, kann in solchen Schalttasten oder anderen Schalteinrichtungen Verwendung finden, bei denen der Abstand des magnetischen Kreises 23, 33 relativ zu der Oberfläche der Feldplatte 24 räumlich nicht begrenzt ist und/oder wo eine Ausrichtung des magnetischen Schaltfeldes auf die FeId-A second embodiment of a magnetic circuit, whose Magnetic field influences the field plate 24 is shown in FIGS. 4 and 5 shown. This second magnetic circuit 33 is made of a permanent magnet 34 is formed, which preferably has the shape of an annular disk which is provided with an axial hole 35. A core permanent magnet 36 filling the hole is inserted into this central hole 35 as the core. Those directed towards the field plate 2 4 Bottoms of the outer permanent magnet 34 and the centrally located core magnet 34 form a fairly precise plane. the Upper sides of the outer permanent magnet 34 and the core magnet 34 are covered with a yoke disk 37, which consists of a soft magnetic material. The tops and bottoms the outer permanent magnet 34 and the core magnet 36 are magnetized so that they are of opposite polarity to each other exhibit. With such a structure of a magnetic circuit 33, a locally concentrated magnetic field results from the end face of the core 36 starts out. However, the field strength of this magnetic flux is somewhat less than that of the first Embodiment with the magnetic circuit 23 according to FIGS. 2 and 3. The second magnetic circuit 33 according to FIGS. 4 and 5, which in comparison to the first magnetic circuit 2 3 according to FIGS. 2 and 3 with a much larger core diameter can be used in such switch keys Or other switching devices are used in which the distance of the magnetic circuit 23, 33 relative to the Surface of the field plate 24 is not spatially limited and / or where an alignment of the magnetic switching field on the field
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. 23308U. 23308U
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platte 24 schwierig ist.plate 24 is difficult.
Die wirkungsweise der beiden magnetischen Kreise 23 und 33 gemäß den Fign. 2, 3 und 4, 5 als Ausführungsbeispiel der erfindungsgeraäßen Schalttaste basiert auf einem scheibenförmigen Dauermagneten 26, 34, der ein zentrales, vorzugsweise rundes Loch 28, 35 aufweist, dessen Mittelachse sich parallel zur Magnetisierung des Dauermagneten 25, 34 erstreckt. Der Punkt bzw. der Abstand von der tlbene 32 des Magnetkreises, an dem das Magnetfeld seine Richtung uirkehrt und die änderung dieser Feldamplitude ist eine Funktion mit dem Verhältnisfaktor K5 = T/L für jeden Magnetkreis 23, 33. Dabei bedeutet T die Scheibendicke des mit einem Loch 28, 35 versehenen Dauermagneten 26 bzw. 34 und L bedeutet den Durchmesser des Loches 28, 35 in dem Fall, wenn der Dauermagnet 26, 34 die Form einer zylindrischen Scheibe aufweist. Es wurde festgestellt, daß sich die besten Eigenschaften für das konzentrierte Magnetfeld und dessen Umkehrpunkt ergeben, wenn bei einem scheibenförmigen Dauermagneten 26, 34" der Verhältnisfaktor K5 größer als 2,0 ist. Der Ort bzw. der Scheitelpunkt, an dem das magnetische Feld umkehrt, kann aus den Kennlinien der Fig. 6 ersehen werden.The operation of the two magnetic circuits 23 and 33 according to FIG the FIGS. 2, 3 and 4, 5 as an exemplary embodiment of the invention Switch button is based on a disk-shaped permanent magnet 26, 34, which has a central, preferably round hole 28, 35, whose central axis extends parallel to the magnetization of the permanent magnet 25, 34. The point or distance from the tlbene 32 of the magnetic circuit at which the magnetic field changes its direction the other way round and the change in this field amplitude is a function with the ratio factor K5 = T / L for each magnetic circuit 23, 33. T means the disc thickness of the permanent magnet 26 or 34 provided with a hole 28, 35 and L means the diameter of the hole 28, 35 in the case where the permanent magnet 26, 34 is in the form of a cylindrical disc. It was determined, that the best properties for the concentrated magnetic field and its reversal point result when in a disk-shaped Permanent magnets 26, 34 ″ the ratio factor K5 greater than 2.0 is. The place or the vertex at which the magnetic field conversely, can be seen from the characteristic curves in FIG.
Im Schaubild der Fig. 6 repräsentiert die Ordinate die normalisierte Stärke des magnetischen Feldes, während die Abzisse die Abstände über der Stirnfläche 31 der Kerne 30, 35 repräsentiert. Die in das Schaubild eingetragenen Kennlinien beziehen sich auf einen scheibenförmigen Dauermagneten, dessen beide Oberflächenseiten eine entgegengesetzte Polarität aufweisen. Die 0-Koordinate der Abzisse repräsentiert die Längsachse des Loches 28, 35 im Dauermagneten 26, 34. Die Ordinatenlinle und die andere vertikale Linie repräsentieren die äußere Begrenzung des Loches 2 8, 35. Die Kennlinien des Magnetfeldes in der Fig. 6 beziehen sich auf einen Dauermagneten 26, 35 mit einem Verhältnisfaktor K5 = 1,8. Der Außendurchmesser dieses Ringmagneten 34 ist zweimal so groß als dessen Innendurchmesser, durch den das Loch 35 gebildet wird.In the diagram of FIG. 6, the ordinate represents the normalized Strength of the magnetic field, while the abscissa represents the distances above the end face 31 of the cores 30, 35. The characteristics shown in the diagram relate to a disk-shaped permanent magnet, both of its surface sides have opposite polarity. The 0 coordinate of the abscissa represents the longitudinal axis of the hole 28, 35 in Permanent magnets 26, 34. The ordinate line and the other vertical line represent the outer boundary of the hole 2 8, 35. The Characteristic curves of the magnetic field in FIG. 6 relate to a permanent magnet 26, 35 with a ratio factor K5 = 1.8. Of the The outer diameter of this ring magnet 34 is twice as large as its inner diameter through which the hole 35 is formed.
971 O44 '409883/1290 971 O44 '409883/1290
23308H23308H
— Ib —- Ib -
Dieser scheibenförmige Ringmagnet 34 besteht vorzugsweise ebenfalls aus einem Material, bei deir in einer synthetischen Gummischicht in feiner Verteilung Bariumferritpartikel enthalten sind, und das eine magnetische Sättigung bei wenigsten 200 Oe aufweist und das eine Koerzitivkraft von etwa 2500 Oe hat..This disk-shaped ring magnet 34 preferably also exists made of a material, with deir in a synthetic rubber layer barium ferrite particles are contained in a fine distribution, and which has a magnetic saturation of at least 200 Oe and that has a coercive force of about 2500 Oe ..
Die Kurve 40 der Fig. 6 bezieht sich auf einen vertikalen Abstand von der ebenen Magnetfläche des Dauermagneten, welcher das 0,6-fache des Durchmessers D vom Loch bzw. vom Kern im. Dauermagneten ist. Der Verlauf der Kurve 40 zeigt, daß diese sich nur wenig nach unten durchbiegt und daß ihr Tiefpunkt über dem Zentrum des Loches bzw. Kernes liegt. Aus den übrigen Kurven 41 bis 45 der Fig. 6 ist zu ersehen, daß die Krümmung der Kurven um so größer wird, je mehr sich die Abstände der ebenen Fläche des Dauermagneten 32 bzw. der Stirnfläche 31 des Kernes 30 nähern. Es wird diesbezüglich besonders auf den Verlauf der beiden Kurven 4 4 und 45 hingewiesen. Bei einem kritischen Abstand, der z.B. das 0,1-fache des Durchmessers D vom Loch entspricht, ergibt sich bei der Kurve 43, daß sich die Polarität des Magnetfeldes umkehrt. Bei einer weiteren Verringung des vertikalen Abstandes ändert sich sehr schnell die Stärke und die Richtung des Magnetfeldes, wie dies die Kurven 44 und 45 zeigen.Curve 40 of FIG. 6 relates to a vertical distance from the flat magnetic surface of the permanent magnet, which is 0.6 times of the diameter D of the hole or of the core in the. Permanent magnet is. The course of curve 40 shows that this changes only a little sags downwards and that its low point lies above the center of the hole or core. From the other curves 41 to 45 of the It can be seen from FIG. 6 that the curvature of the curves becomes greater, the greater the distances between the flat surface of the permanent magnet 32 or the end face 31 of the core 30. In this regard, the course of the two curves 4, 4 and 45 pointed out. At a critical distance, e.g. 0.1 times the diameter D from the hole, the result is the curve 43 that the polarity of the magnetic field is reversed. If the vertical distance is further reduced, the the strength and direction of the magnetic field very quickly, as shown by curves 44 and 45.
Aus den vorstehenden Ausführungen ergibt sich, daß bei einer Auslenkung eines magnetischen Kreises 23, 33, welcher ein zentral angeordnetes Loch 2 8, 35 aufweist, das irit einem Kern 30, 36 ausgefüllt ist, sich bei einem nur kurzen Betätigungshub eine starke Änderung des auf die Feldplatte 24 gerichteten Magnetfeldes ergibt. Das die verlängerte Mittelachse des Loches bzw. Kernes konzentriert umgebene Magnetfeld, welches durch den Luftraum zur Feldplatte 24 gerichtet ist, ändert bei nur einem kurzen Betätigungshub, bezogen auf die Feldplatte 24, sehr schnell seine Stärke und die Richtung. Durch die Verwendung der Jochscheibe 27, 37 gemäß den Fign. 2 und 4 ergibt sich eine steilere Verminderung des Magnetfeldes und somit eine größere Änderung des auf die Feldplatte 24 einwirkenden Magnetfeldes. Insbesondere in der nähe derFrom the above it follows that when a magnetic circuit 23, 33, which is a central arranged hole 2 8, 35, which is filled with a core 30, 36 is, with only a short actuation stroke, a strong Change in the magnetic field directed onto the field plate 24 results. That concentrates the extended central axis of the hole or core surrounding magnetic field, which is directed through the air space to the field plate 24, changes its strength very quickly with only a short actuation stroke, based on the field plate 24 and the direction. By using the yoke disk 27, 37 according to FIGS. 2 and 4 there is a steeper reduction of the magnetic field and thus a greater change in the magnetic field acting on the field plate 24. In particular near the
Eii 9 71 044 309883/1290Eii 9 71 044 309883/1290
Stirnfläche 32 des Kernes 30 ergibt sich eine große Steilheit der Magnetfeldänderung.End face 32 of core 30 results in a great steepness of the change in the magnetic field.
Diese Änderung in der Stärke des Magnetfeldes ist außerdem gut aus der Fig. 7 zu ersehen, in deren Schaubild die Ordinate die Stärke des Magnetfeldes angibt und die Abzisse den Abstand eines Punktes von der Stirnfläche 31 des Kernes 30. Das Schaubild der Fig. 7 zeigt verschieden geneigte Kurven, welche sich auf unterschiedliche Ausführungen von Magnetkreisen beziehen. Die Kurve 46 der Fig. 7 ist repräsentativ für einen Magnetkreis, welcher einer kreisscheibenförmigen Dauermagneten ohne zentrales Loch enthält, dessen Durchmesser etwa 8,5 nur. beträgt. Die Kurve 47 repräsentiert den Magnetkreis 33, welcher als zweites Ausführungsbeispiel in den Fign. 4 und 5 abgebildet ist. Die Kurven 4 8 bis zeigen den Zusammenhang zwischen magnetischer Feldstärke und dem Abstand für einen Magnetkreis 23, v/elcher als erstes Ausführungsbeispiel in den Fign. 2 und 3 dargestellt ist. This change in the strength of the magnetic field is also good can be seen from FIG. 7, in the diagram of which the ordinate indicates the strength of the magnetic field and the abscissa the distance from a Point from the end face 31 of the core 30. The diagram of FIG. 7 shows different inclined curves, which relate to different Obtain versions of magnetic circuits. Curve 46 of FIG. 7 is representative of a magnetic circuit which a circular disk-shaped permanent magnet without a central hole, whose diameter is only about 8.5. amounts to. The curve 47 represents the magnetic circuit 33, which is shown as a second embodiment in FIGS. 4 and 5 is shown. The curves 4 8 to show the relationship between magnetic field strength and the Distance for a magnetic circuit 23, v / elcher as the first embodiment in FIGS. 2 and 3 is shown.
Aus der Fig. 7, insbesondere der Kurve 46, ist zu ersehen, daß Sich bei einem Magnetkreis, dessen Dauermagnet kein Loch enthält, nur bei einen großen Abstand, eine große änderung in der Stärke des Magnetfeldes sich ergibt. Solche ungelochten Dauermagneten sind deshalb nur zweckmäßig anwendbar in solchen Schalttasten, bei denen der Tastenstößel 14 einen großen Auslenkhub ausführt, und bei denen eine relativ geringe Tast- bzw. Anschlaggeschwindigkeit gefordert wird, Ein Magnetkreis im Betätigungsglied, welcher einen Dauermagneten enthält, der mit einem zentralen Loch versehen ist, erzeugt hingegen ein sehr stark sich änderndes Magnetfeld und außerdem ändert sich auch die Richtung des Magnetfeldes. Daraus resultiert, daß ein derartiger Magnetkreis sehr empfindlich is-> und daß bei einem nur sehr kurzen Betätigungshub das gewünschte Schaltsignal in der Feldplatte erzeugt wird. Durch die Verwendung eines scheibenförmigen Dauermagneten 26, 34, welcher eixi zentrales axiales Loch 28, 35 enthält, das durch einen Kern 30, 35 ausgefüllt ist und durch die ebene Fläche der Unterseite des Magnetkreises 23, 33, welcher im Betätigungsglied 21 derFrom FIG. 7, in particular curve 46, it can be seen that in a magnetic circuit whose permanent magnet does not contain a hole, a large change in the strength of the magnetic field occurs only at a large distance. Such unperforated permanent magnets are therefore only expediently applicable in those switch keys in which the key plunger 14 executes a large deflection stroke, and in which a relatively low tactile or stroke speed is required Hole is provided, however, generates a very strongly changing magnetic field and also the direction of the magnetic field changes. The result is that such a magnetic circuit is very sensitive and that the desired switching signal is generated in the field plate with only a very short actuation stroke. Through the use of a disk-shaped permanent magnet 26 , 34 which contains a central axial hole 28, 35 which is filled by a core 30, 35 and through the flat surface of the underside of the magnetic circuit 23, 33, which is in the actuator 21 of the
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Schalttaste befestigt ist, ergibt sich ein konzentriertes, sich steil änderndes Magnetfeld, das auf die Feldplatte 24 gerichtet ist, welches sich in einem geringen parallelen Abstand unter der ebenen Fläche des Magnetkreises 23, 33 befindet. Durch die steile änderung des gerichteten und konzentrierten Magnetfeldes benötigt man bei kontaklosen Schalttasten,, die diese vorteilhafte Anordnung enthalten, nur einen sehr kurzen Betätigungshub bzw. eine kleine Auslenkung des Tastenstößels 14, wodurch sich eine erhöhte Anschlaggeschwindigkeit bzw. Schreibgeschv/indigkeit der Bedienungsperson ergibt. Außerdem benötigt eine derartige erfindungsgemäße Schalttaste relativ wenig Raum.Switch button is attached, results in a concentrated, yourself steeply changing magnetic field, which is directed to the field plate 24, which is at a small parallel distance below the flat surface of the magnetic circuit 23, 33 is located. Required by the steep change in the directed and concentrated magnetic field one with contactless switch buttons ,, which this advantageous arrangement contain only a very short actuation stroke or a small deflection of the key plunger 14, which increases the stroke speed or writing speed of the operator results. In addition, such an inventive Shift button relatively little space.
In der nachstehenden Tabelle sind für die Kurven 4 8-50 in Schaubild der Fig. 7 die Abmessungen der magnetischen Kreise angegeben. In the table below are for curves 4 8-50 in the diagram 7 shows the dimensions of the magnetic circuits.
26magnet
26th
26magnet
26th
26magnet
26th
scheibe
29Yoke-
disc
29
EN 971 044EN 971 044
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