DE3008561A1

DE3008561A1 - Kontaktloser schalter

Info

Publication number: DE3008561A1
Application number: DE19803008561
Authority: DE
Inventors: Günter Dr. 7530 Pforzheim Kuers
Original assignee: Doduco GmbH and Co KG Dr Eugen Duerrwaechter
Current assignee: Doduco Solutions GmbH
Priority date: 1980-03-06
Filing date: 1980-03-06
Publication date: 1981-09-10
Also published as: GB2071334B; DE3008561C2; FR2477806B3; GB2071334A; FR2477806A1

Description

«.
Beschreibung; f-

Die Erfindung geht aus von einem insbesondere für Tastaturen geeigneten Schalter mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Ein solcher Schalter ist aus der DE-PS 25 14 131 bekannt. Der bekannte Schalter tragt am Tastenstößel einer zweischichtigen, horizontal angeordneten, ringförmigen Dauermagneten, der in den zwei aufeinanderliegenden magnetischen Schichten zwei Polpaare entgegengesetzter Polarität enthält, wöbe ungleichnamige Pole der Schichten übereinander liegen, so daß die zwei in vertikaler Richtung übereinanderliegenden, antiparallelen Magnetflüsse das als Luftspalt dienende Loch des Magnetringes in horizontaler Richtung durchdringen. An der Grenzfläche ,zwischen den beiden antiparallelen Magnetflüssen, welche der neutralen Zone entspricht, hat der resultierende Magnetfluß den Wert Null.

Unterhalb des Magnetrings ist ein magnetelektrischer Impulsgeber angeordnet, bestehend aus einem bistabilen magnetischen Kern in Gestalt eines kurzen Drahtstücks, welches von einer oder mehreren elektrischen Spulen umgeben ist und mit den Magnetflüssen im Loch des Magnetrings fluchtet..

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Als bistabile magnetische Elemente, auch als bistabile magnetische Schaltkerne bezeichnet', eignen sich vor allem sogenannte Wicgand-Drähte, deren Aufbau und Herstellung in der DE-OS 21 43 326 beschr ben sind. Wiegand-Drähte sind in ihrer Zusammensetzung homogene, ferromagnetische Drähte (z.B. aus einer Legierung von Eisen und Ni vorzugsweise 48 % Eisen und '52 % Nickel, oder aus einer Legierung Eisen und Kobalt, oder aus einer Legierung von Eisen mit Kobalt un< Nickel, oder aus einer Legierung von Kobalt mit Eisen und Vanadium vorzugsweise 52 % Kobalt, 38 % Eisen "und 10 % Vanadium), die i-nfolt einer besonderen mechanischen und thermischen Behandlung einer weic magnetischen Kern und einen hartmagnetischen Mantel besitzen, d.h. der Mantel besitzt eine höhere Koerzitivkraft als der Kern. Wiegar Drahte haben typischveine Länge von 5 bis 50 mm, vorzugsweise von 20 bis 30 mm. Bringt m'än einen Wiegand-Draht, bei dem die Magnetisi rungsrichtung des weichmagnetischen Kerns mit der Magnetisierungsrichtung des hartmagnetischen Mantels übereinstimmt, in ein äußeres Magnetfeld, dessen Richtung mit der Richtung der Drahtachse überein stimmt, der Magnetisierungsrichtung des Wiegand-Drahtes aber entoo-j gesetzt ist, dann wird bei Überschreiten einer Feldstärke von ca. 16 A/cm die Magnetisierungsrichtung des weichen Kerns des Wiegand-Drahtes umgekehrt. Diese Umkehrung wird auch als Rückstellung bezeichne'.:. Bei erneuter Richtungsumkehr des äußeren Magnetfeldes keh sich die Magnetisierungsrichtung des Kerns bei Überschreiten einer kritischen Feldstärke des äußeren Magnetfeldes erneut um, so daß de: Kern und der Mantel wieder parallel magnetisiert sind. Diese Umkehri der Magnetisierungsrichtung erfolgt sehr rasch und geht mit einer ei sprechend starken Änderung des magnetischen Kraftflusses pro Zeit-

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einheit einher (Wiegäjnd-Effekt). Diese Änderung des Kraftflusses kann in einer Induktionsspule einen kurzen und sehr hohen (ja nach Windungszahl und Belastungswiderstand der Induktionsspule bis ca. 12 Volt) Spannungsimpuls induzieren (Wiegand-Impuls).

Auch beim Zurückstellen des Kerns wird ein Impuls in einer Indukti spule erzeugt, allerdings mit wesentlich geringerer Amplitude und umgekehrtem Vorzeichen als im Falle des Umklappens von der antiparallelen in die parallele Magnetisierungsrichtung.

Wählt man als äußeres Magnetfeld ein Wechselfeld, welches in der L. ist, zuerst den Kern und danach auch den Mantel umzumagnetisieren ·. jeweils bis in die magnetische Sättigung zu bringen,so treten Wieg-Impulse infolge desxUmklappens der Magnetisierungsrichtung des weic magnetischen Kerns abwechselnd mit positiver und negativer Polariti auf und man spricht von symmetrischer Erregung des Wiegand-Drahtes. Dazu benötigt man Feldstärken von ca. -(30 bis 120 A/cm) bis +(80 \ 120 A/cm). Das Ummagnetisieren des Mantels erfolgt ebenfalls sprunc haft und führt ebenfalls zu einem Impuls in der Induktionsspule, je doch ist der Impuls wesentlich kleiner als der beim Umklappen des Kerns induzierte Impuls und wird zumeist nicht ausgewertet.

Wählt man jedoch als äußeres Magnetfeld ein solches, welches nur in der Lage ist, den weichen Kern, .'nicht aber den harten Mantel in seiner Magnetisierungsrichtung umzukehren, dann treten die hohen Wiegand-Impulse nur mit gleichbleibender Polarität auf und man spricht von asymmetrischer Erregung des Wiegand-Drahtes. Dazu benötigt man in der einen Richtung eine Feldstärke von wenigstens 16 A/cm (für die Rückstellung des Wiegand-Drahtes) und in der umgekehrten Richtung eine Feldstärke von ca. 80 bis 120 A/cm.

1 λ 0 0 3 -7 Λ0 b 1 S
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Charakteristisch für den Wiegand-Effekt ist, daß die durch ihn erzeugten Impulse in Amplitude und Breite weitgehend unabhängig sind von der Änderungsgeschwindigkeit des äußeren Magnetfeldes und ein hohes Signal-zu-Rausch-Verhältnis aufweisen.

Für die Erfindung geeignet sind auch anders aufgebaute bistabile magnetische Elemente, wenn diese zwei magnetisch miteinander gekoppelte Bereiche von unterschiedlicher magnetischer Härte (Koerzitivkraft) besitzen und in ähnlicher Weise wie Wiegand— •Drähte durch induziertes, rasch erfolgendes Umklappen des weichmagnetischen Bereichs zur Impulserzeugung verwendet werden können So ist zum Beispiel aus der DE-PS 25 14 131 ein bistabiler magnet; Schaltkern in Gestalt eines Drahtes bekannt, der aus einem hartmagnetischen Kern (z.B. aus Nickel-Kobalt), aus einer darauf abgeschiedenen elektrisch leitenden Zwischenschicht (z.B. aus Kupfer) und aus einer hierauf abgeschieden ^:weichmagnetischen Schicht (z.B. aus Nickel-Eisen) besteht. Eine andere Variante-verwendet zusätzlich einen Kern aus einem magnetisch nicht leitenden metallischen Innenleiter (z.B. aus Beryllium-Kupfer), auf den dann die hartmagnetische Schicht, darauf die Zwischenschicht und darauf die weichmagnetische Schicht abgeschieden werden. Dieser bekannte bistabile magnetische Schaltkern erzeugt allerdings geringere Schaltimpulse als ein Wiegand-Draht.

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Wenn man bei dem aus_f der DE-PS 25 14 131 bekannten Schalter die Schalttaste niederdrückt, dann schiebt sich der Magnetring über das parallel dazu liegende bistabile magnetische Element, wobei das bistabile Element zunächst dem Magnetfluß in der einen Richtung ausgesetzt ist, dann die neutrale Zone durthläuft und anschließend dem Magnetfluss in der anderen, zur ersten Richtung antiparallelen Richtung ausgesetzt ist. Beim Rückstellen der Schalttaste läuft der Vorgang in ungekehrter Richtung ab. Niederdrücken 'und Rückstellen der Schalttaste erfolgen durch einen Schnappmechanismus. Die damit verbundene rasche Umkehrung des Magnetflusses am Ort des bistabilen ' Elements bewirkt nach jedem Durchgang des bistabilen Elements durch die neutrale ^%2;one des Magnetrings ein Umklappen der Magnetisierungsrichtüng des magnetisch weichen Bereichs des bistabilen Elements. Die damit zusammenhängende rasche Magnetflußänderung in der auf dem bistabilen Element angeordneten elektrischen Spule induziert in dieser einen kurzen, kräftigen Spannungsimpuls, der für Schaltungszwecke verwendbar ist.

Nachteilig bei dem bekannten Schalter ist die Tatsache, daß er flüchtige Schaltsignale erzeugt, d.h.,daß nach dem Rückstellen des Schalters das zuvor erzeugte Schaltsignal nicht mehr abgefragt werden kann, es sei denn, daß dem Schalter eine gesonderte Signalhalteschaltung zugeordnet ist, die das Schaltsignal solange

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aufrechterhält, bis es nach einem vorgegebenen Kriterium (z.B. Zeitdauer oder der Eintritt eines bestimmten Ereignisses) wieder gelöscht wird.

Entsprechend verhält es sich mit Schaltern, die mit mechanischen Schaltkontakten oder kontaktlos durch Einwirken eines bewegten Dauermagneten auf einen magnetempfindlichen Halbleiter arbeiten (Hall-Effekt); solche Schalter finden in Eingabetastaturen von Datenverarbeitungsgeräten Verwendung. Solche Eingabetastaturen umfassen gewöhnlich eine Matrix aus sich kreuzenden Leiterbahnen, in deren Kreuzungspunkten je ein Schalter der Tastatur angeordnet ist. Im geschlossenen Zustand verbindet ein Schalter eine Ze.lle mit einer Spalte der Leiterbahnmatrix.

Die Schalterzustände werden abgefragt, indem über eine Leiterbahn ein Impuls geschickt und an den Ausgängen aller diese Leiterbahn kreuzenden Leiterbahnen das Auftreten dieses Impulses abgefragt wird. Dieser Vorgang wird zyklisch mit allen Spalten oder Zeilen der Matrix wiederholt, wobei Spalten und Zeilen funktionsmäßig vertauschbar sind.

Damit eine Tastatur einwandfrei funktioniert, muß dafür Sorge getragen sein, daß die Abfragezyklen so kurz sind, daß während

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der Haltezeit nach dsm Betätigen eines Schalters auf jeden Fall ein Abfrageimpuls über den Schalter läuft und den Zustand "Schalter geschlossen" melden kann. Andererseits muß aber durch geeignete Maßnahmen z.B. schaltungstechnischer Art verhindert werden, daß eine gesetzte Taste während der Haltezeit mehrmals abgefragt wird und dabei "Schalter geschlossen" meldet. Bei den Schalttasten, die aus der DB-PS 25 14 131 bekannt sind, wird die Haltezeit, wahrend der der Schalter geschlossen ist, bestimmt durch die Zeitdauer, während der eine Bedienungsperson die Tanteniedergedrückt hält. Die im bistabilen Element erzeugten Impulr.fi werden nämlich einem Signalverstärker zugeführt, der mit dem Auftreten des ersten, beim Niederdrücken der Taste im bistabilen Element erzeugten Impuls ein konstantes Gleichspannungssignal abgibt, welches wieder gelöscht wird, sobald der durch das Rückstellen der Taste erzeugte Impuls von umgekehrter Polarität auftr: Der Zustand "Schalter geschlossen" kann also nur während des Anstehens des Gleichspannungssignals am Signalverstärkerausgang nbgc fragt werden und die Abfragehäufigkeit muß der schnellsten Anschtaggeschwindigkeit angepaßt sein, die von der Bedienungsperson erwartet werden kann.

Es ist demgegenüber die Aufgabe d$r vorliegenden Erfindung, einen

für Tastaturen geeigneten kontaktfreien Schalter zu schaffen, der ohne aufwendige schaltungstechnische Mittel zu benötigen nicht

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flüchtige Schaltsignale erzeugt, die mit der Betätigung der Schalttaste ausgelöst "werden und solange erhalten bleiben, bis sie durch einen Abfragevorgang wieder gelöscht werden.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Schalter mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der Unteransprüche.

Das magnetische Gleichfeld kann grundsätzlich auf beliebige Weise erzeugt werden, vorzugsweise mit Hilfe eines Dauermagneten (Anspruch 2). ·

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Damit das magnetische^Gleichfeld das bistabile, magnetische Element (BME) ummagnetisieren -kann, muß das magnetische Gleichfeld eine wesentliche Komponente in Richtung des BME besitzen; zweckmäßigerweise verlaufen die Feldlinien des Gleichfeldes am Ort des BME und das BME möglichst parallel zueinander (Anspruch 3).

einzigen
Es genügt daher, einen/zweipoligen üuermagneten zu verwenden. Anstelle eines Dauermagneten kann man zur Beeinflussung des BME aber auch einen Elektromagneten verwenden, der z.B. in Gestalt einer langgestreckten Wicklung das BME samt der Wicklung, durch welche die Abfrageimpulse geschickt werden, umgibt. Der Elektromagnet wird nur bei Betätigung des Schalters erregt. Ein Elektro-

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magnet eignet sich besonders dann als Mittel zum Erzeugen des

magnetischen Gleichfeldes, wenn als Schalttasten keine mechanisch

bewegliche Tasten, sondern Sensortasten verwendet werden, die auf
Annäherung eines Fingers elektronisch reagieren.

Im Falle einer mechanischen Schalttaste ist am Schaltstößel'dor
Schalttaste zweckmäßigerweise ein Dauermagnet befestigt, der durc Betätigen der Schalttaste dem BME angenähert wird und dadurch die ma—gnetische Feldstärke am Ort des BME erhöht (Anspruch'4).

Grundsätzlich kann aber auch der Dauermagnet ortsfest sein und
das BME durch Betäfc-igen der Schalttaste dem Dauermagneten angenähert werden. Es ist jedoch ebenfalls möglich, die Feldstärke
von Dauermagneten am Ort des BME durch ein ferromagnetisches
Blech o. dgl. Element zu beeinflussen. Z.B. kann man das Feld ein einzelnen Stabmagneten am Ort des BME erhöhen, indem man zwischen den Stabmagneten und das BME einen ferromagnetischen Stab einführ und dadurch das Magnetfeld bündelt. Man kann aber auch das BME
zwischen zwei untereinander und zum BME parallelen Stabmagneten
entgegengesetzter Polarität anordnen und diese durch Heranführen
bzw. Entfernen eines ferromagnetischen Stabs oder Blocks mehr ode weniger stark kurzschließen. Die Bewegung des ferromagnetischen
Blechs o. dgl. geschieht durch die bewegliche Schalttaste (Anspru< 5), an der bzw. an deren Schaltstößel dieses Blech im einfachsten Fall starr befestigt ist.

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Als BME eignet sich wegen seines charakteristischen magnetischen Signalverhaltens besonders ein Wiegand-Draht (Anspruch G).

Zur Erzielung einer guten Signalausbeute ist es ferner zweckmäßic die Wicklungen, in denen Signale übertragen bzw. erzeugt werden, magnetisch möglichst eng mit dem BME zu koppeln, nämlich eng um ei BME herumzulegen (Anspruch 7). Grundsätzlich können die Wicklunge aber auch neben dem BME angeordnet werden, soweit eine hinreichen magnetische Kopplung zwischen beiden erhallten bleibt.

Grundsätzlich und mit Vorteil kann der charakteristische Impuls, c durch die Ummartgnetisierung des-BME infolge des ersten Abfrageimpulses nach dem Betätigen des Schalters auftritt, in derselben Wicklung erzeugt werden, in der der Abfrageimpuls das Magnetfeld erzeugt, welches zu diesem Ummagnetisieren des BME führt. Infolge des sprunghaften, charakteristischen Umklappens der Magnetisierung in wenigstens einem der unterschiedlichen Bereiche des BME ist dor durch das Umklappen in der Wicklung induzierte Spannungsimpuls insbesondere bei Verwendung eines Wiegand-Drahtes als BME deutlich höher als und gut unterscheidbar vom Abfrageimpuls. Es können aber auch zwei getrennte Wicklungen — vorzugsweise mit unterschiedlicher Windungszahl - benutzt werden, von denen eine zum Empfang des Abfra· impulses und die'aridere zum Detektieren des ggfs. auftretenden Wechsels in der magnetischen Polarität des BME dient (Sensorwicklunc

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IMÖDCPTl-r»

Grundsätzlich kann der erfindungsgemäße Schalter sowohl mit symmetrischer als auch mit asymmetrischer Erregung des BME arbeite Bei symmetrischer Erregung wird sowohl beim Betätigen der Schalttaste des Schalters als auch durch den ersten Abfrageimpuls nach dem Betätigen der Schalttaste die magnetische Polarität des magnetisch harten Bereichs des BME umgekehrt. Deshalb werden zum "Schalten" des BME höhere magnetische Feldstärken benötigt als bei asymmetrischem Erregen des BME, welches die Magnetisierungsrichtung des magnetisch harten Bereichs des BME unverändert läßt ui lediglich die Polarität des weichmagnetischen Bereichs des BME umkehrt. Außerdem entsteht beim symmetrischen Erregen des BME bereits beim Betätigen der Schalttaste ein Impuls gleicher Größe, jedoch umgekehrter Polarität wie beim Auftreten des ersten Abfrageimpulses nach dem Betätigen des Schalters. Falls es z.B. zum Schut:

der nachgeschalteten Elektronik nötig oder aus sonstigen Gründen erwünscht sein sollte, kann der.bereits beim Betätigen der Schalttaste erzeugte Impuls durch schaltungstechnische Maßnahmen, z.B. durch eine Diskriminatorschaltung,unterdrückt werden.

Es ist daher wesentlich vorteilhafter, beim erfindungsgemäßen Schalter mit asymmetrischer Erregung des BME zu arbeiten (Anspruch 9), d.h. es wird durch Bemessung und Anordnung der das magnetische Gleichfeld erzeugenden Mittel oder durch Bemessung und Anordnung der Wicklung und Wahl von Höhe und Breite der Abfrageimpulse dafür

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• . Sorge getragen, daß ausgehend von einer antiparallelen Magnetisierung des weichmagnetischen Bereichs des BME gegenüber dem hartmagnetischen Bereich das Ummagnetisierungsfeld am Ort des BME so gerichtet und so groß ist, daß zwar die Magnetisierung: richtung des weichmagnetischen Bereichs des BME sich parallel zur Magnetisierungsrichtung des hartmagnetischen Bereichs des BME umorientieren kann, daß jedoch die Magnetisierungsrichtung des hartmagnetischen Bereichs nicht umgekehrt werden kann.

Der Schalter kann so betrieben werden, daß beim Betätigen des Schalters der weichmagnetische Bereich des BME so ummagnetisiert wird, daß seine Magnetisierungsrichtung danach mit der Magnetisierungsrichtung des hartmagnetischen Bereichs übereinstimmt, und daß durch den«anschließend auftretenden Abfrageimpuls, der in der mit dem BME gekoppelten Wicklung ein Magnetfeld erzeugt, der weichmagnetische Bereich des BME magnetisch umgepolt wird, die Magnetisierungsrichtungen der hartmagnetischen und der weich-

magnetischen Bereiche also antiparallel sind. Da jedocR beim Umpolen von der parallelen in die antiparallele Orientierung der Magnetisierung des weichmagnetischen Bereichs ein wesentlich kleinerer Impuls erzeugt wird als beim Umpolen von der antiparallel* zur parallelen Orientierung, wird der Schalter der Erfindung zweckmäßig so verwendet, daß nach dem Betätigen des Schalters die

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Magnetisierungen der tyart- und weichmagnetischen Bereiche antiparallel sind und der.^;Weichmagnetische Bereich durch das Auftreten des nächstfolgenden Abfrageimpulses in die parallele Magnetisierungsrichtung umgepolt wird. In diesem Fall wird beim Betätigen (Setzen) des Schalters ein niedriger Impuls in der Sensor wicklung erzeugt, beim Abfragen des betätigten (gesetzten) Schalters jedoch ein hoher Impuls (Anspruch 10). Falls es z.B. zum Schutz der nachgeschalteten Elektronik nötig oder aus sonstigen Gründen erwünscht sein sollte, kann der bereits beim Betätigen der Schalttaste erzeugte Impuls durch schaltungstechnische Maßnahmen, z.B. durch eine Diskriminatarschalfcung, unterdrückt werden.

Der erfindungsgemäße-sSchalter hat eine Reihe von Vorteilen. Die durch das Betätigen der Schalttaste bewirkte Information bleibt ohne daß dazu eine Energiezufuhr z.B. aus einer elektrischen Stromquelle benötigt wird - so lange erhalten,bis sie abgefragt wird. Selbst nach einem Stromausfall ist die Information noch immer vorha den. Sie wird dann und genau dann gelöscht, wenn sie abgefragt wird d.h., sie ist solange verfügbar wie nötig, aber nach der Abfrage ist der Schalter sofort bereit, erneut betätigt zu werden. Die Abfragehäufigkeit braucht sich daher nicht nach der Einschaltzeit des Schalters zu richten, sondern allein nach der maximal zu erwartenden Informationsrate.

Gegenüber Schaltern mit mechanischen Kontakten besitzt der erfindungsgemäße Schalter zusätzlich den Vorteil des fehlenden Kontak Verschleißes und daß kein Prellen von Kontakten auftritt, Prellfilt also überflüssig sind.

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Gegenüber Schaltern, die den Hall-Effekt ausnutzen, kommt als weiterer Vorteil hinzu, daß für das Betätigen des Schalters keim Stromversorgung benötigt wird und daß der schaltungiechnische ■-Aufwand geringer ist. _;

Zwei Ausführungsbeispiel der Erfindung werden nachfolgend anhand der stark vereinfachten Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 ist eine Darstellung des prinzipiellen Aufbaus

eines erfindungsgemäßen Schalters mit einem Wiegand-Draht als BME,

Fig. ⁱ2 zeigt die Hysteresis-Schleife eines Wiegand-Drahtes bei asymmetrischer Erregung,

Fig. 3 zeigt die Anordnung eines solchen Schalters in einer Tastatur, und

Fig. 4 zeigt die Anordnung eines abgewandelten Schalters mit getrennten Wicklungen für die Abfrageimpulse und die Übermittlung der Wiegand-Impulse in einer Tastatur.

Fig. 1 zeigt schematisch den prinzipiellen Aufbau eines Schalters

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gemäß der Erfindung. Eine Schalttaste 1 besitzt am unteren Ende ihres Schaltstößels 2 einen stabförmigen Dauermagneten 3. Parallel und in Längsrichtung neben dem Dauermagnet 3 ist ortsfest ein Wiegand-Draht 4 angeordnet, der eine elektrische Draht-Wicklung 5 trägt. Die Schalttaste 1 kann in Richtung des Pfeils 6 nach unten gedruckt und dadurch betätigt werden. Das Rückstellen der Schalttaste 1 erfolgt mechanisch durch eine Schraubenfeder 7, welche zwischen dem Kopf der Schalttaste 1 und einem ortsfester Widerlager 0 angeordnet ist. Die rückgestellte Schalttaste 1 liegt mit einem Kragen 9 am Ende ihres Schaltstößels 2 an der Unterseite des Widerlagers 8 ah·.

Bei nicht betätigtem Schalter befindet sich der Magnet 3 in seiner gezeichneten oberen Endlage. Bei Betätigung des Schalters wird dor Magnet 3 kurzzeitig in die gestrichelt in Fig. 1 gezeichnete Lage überführt, wodurch am Ort des Wiegand-Drahtes 4 das vom Dauer-

magnet 3 ausgehende Magnetfeld verstärkt wird. Dies veranlaßt don weichen Kern des Wiegand-Drahtes, seine Magnetisierungsrichtuno de ihm überlagerten Magnetfeld anzupassen und - falls dies nicht r.cho zuvor geschehen ist - seine· Magnetisierungsr.ichtung su wechseln, und zwar soll der Wiegand-Draht 4 so angeordnet sein, daß dann d.io Magnetinierunrjsrichtungons^ines weichon Kerns und seines harten Mantels einander entgegengerichtet sind.

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In der in Fin. 2 für, den bevorzugten Fall der asymmetrischen Erregung dec Wiegand-Urahtes 4-gezeichnete Wysteresis-Schleifo (D = magnetischer Krnftfluß, H = magnetische Feldstärke) entspricht dies der Bewegung auf der oberen Kurve vom Sättigungsbereich 11 (im Bereich positiver Remanenz) in den Sättigungsbereich 12 (im Bereich negativer Remanenz); dabei findet eine sprunghafte Änderung des Magnetisierungszustandes des weichen (jsjj Kerns des Wiegand-Drahtes 4 statt; (in Fig. 4 durch den gestrichc gezeichneten Bereich 13 der Hysteresis-Schleife angedeutet) die zu einem kleinen Wiegand-Impuls führt, der allerdings nicht ausgewertet, sondern unterdrückt wird.

Der Schalter wird periodisch durch elektrische Abfrageimpulse abgefragt, die an der Klemme 9 auf die Wicklung 5 gegeben werden, Die Impulshöhe und -breite der Abfrageimpulse ist so bemessen, daß das durch sie in der Wicklung 5 kurzzeitig erzeugte Magnetfeld ausreicht, urn den weichen Kern des Wiaganddrahtes 4 magnetic

umzupolen und dabei in den Bereich 11 der positiven Sättigung zurückzuführen, wo der Mantel und der Kern flor: Wiegnnddrahte:; parallel magnetisiert sind. Bei diesem Urnirmgnetisieren wird dor untere Teil der Hysteresis-Schleife in Fig. 2 durchlaufen, wobei an der Stelle 14 eine sprunghafte Änderung der Magnetisierung des Kerns des Wieganddrahtes 4 auftritt , die in der Wicklung einen hohen Spannungsimpuls (Wiegandimpuls) induziert, der in ein

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an der Klemme 9 der Wicklung 5 nachgeschalteten Detektorschaltung empfangen und als Signal "Schalter betätigt" oder "Schalter geschlossen" verstanden wird. Befindet sich der Wiegand-Draht beim Λ treten eines Abfrageimpulses bereits im Dereich 11 der positiven Sättigung, so kann der Abfrageimpuls keinen Wiegand—Impuls auslösen und das Ausbleiben des Wiegand-Irnpulses hat den Informationsgehalt "Schalter nicht betätigt" oder "Schalter offen".

Es ist klar, daß mehrfaches Betätigen der Schalttaste 1 zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abfrageimpulsen den Informationsgehalt nicht verändert. Die durch ein ^Betätigen der Schalttaste 1 bewirkte Umpolung des Wlegand-Drahtes Λ bleibt solange erhalten, bis sie durch einen Abfrageimpuls erkannt und gleichzeitig gelöscht

wird. ■ . ^!

Fig. 3 zeigt die bevorzugte Art der Verwendung des Schalters in einer Tastatur, von der schematisch ein Ausschnitt dargestellt ir.t. Die Tastatur umfaßt eine Matrix von sich kreuzenden Leiterbahnen, die funktionsmäßig wie Zeilen Zl, Z2, Z3, Z4 ... und Spalten Sl,

S2, S3, S4 angeordnet sind. In jedem Kreuzungspunkt ist ein

Schalter 15 angeordnet, der Zeile und Spalte miteinander verbindet. Ob ein Schalter geschlossen ist, kann ermittelt werden, indem dio Zeilen (oder Spalten) periodisch mit Abfragenignalen beaufschlagt; werden und überprüft v/ird, ob und in welchen Spalten (b:sw. Zeilen) ein Antwortsignal auftaucht.

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Im vorliegenden Pall s'ind die Schalter erfindungsgemäß ausgebildet, was an einer Stelle der Fig. 3 symbolisch dadurch gezeigt ist, daß die Spalte Sl und die Zeile Z3 durch die Sensorwicklung 5 verbunden sind. Ist der Schalter 15' betätigt, dann wire beim Einspeisen eines Abfrageimpulses in die Spalte Sl in der Wicklung 9 ein Wiegand-Impuls ausgelöst, der in einer mit der Zeile Z3 verbundenen Detelctorschaltung erkannt werden kann.

Verwendet man zwei getrennte Wicklungen 5a für den Abfrageimpuls und als Sensorwicklunq 5b für den Wiegand-Irnpuls, dann hat der Schalter schematisch den Aufbau wie in Fig. 4 gezeigt, deren Darstellung sich an die^Darstellungsweise in Fig. 3 anlehnt. Die Spalte Sl und die Zeile Z3 sind in diesem Fall - anders als in Fig. 3 - nicht galvanisch, sondern nur magnetisch miteinander gekoppelt.

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Claims

Dr. Eugen Dürrwächter DODUCO, 7530 Pforzheim " Kontaktloser Schalter " Ansprüche;

1. Kontaktloser-Schalter, insbesondre für Tastaturen zur Erzeugung elektrischer Signale, · '

mit einem bistabilen, magnetischen Element (nachfolgend kurz als BME bezeichnet),· welches mit wenigstens einer elektrischen Wicklung magnetisch gekoppelt ist, mit Mitteln zum Erzeugen eines magnetischen Gleichfe'ldes am Ort des BME, · "

und mit einer Schalttaste,, durch deren Betätigung das magnetische Gleichfeld am Ort des BME kurzzeitig derart geändert wird, daß dadurch wenigstens in einem der sich durch unterschiedliche magnetische Härte (Koerzitivkraft) auszeichnenden Bereiche des BME

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die magnetische Polarität (Magnetisierungsrichtung) umgekehrt
wird, wobei durch diese Umkehr der Polarität der Schalter seinen Schaltzustand von "offen" nach "geschlossen" oder von "geschloss nach "offen" wechselt,

dadurch gekennzeichnet, daß zum Zwecke des Erkennens des Schalte zustandes in an sich bekannter Weise Mittel (3) zum Erzeugen
elektrischer Abfrageirnpulse vorgesehen sind, welche elektrisch
leitend mit der Wicklung (5) verbunden sind,

und daß die Höhe und Breite der Abfrageimpulse, die Windungszahl der Wicklung (5) und die Stärke der magnetischen Kopplung der
Wicklung (5) derart aufeinander abgestimmt sind, daß die Stärke des durch den Abfra<geimpuls in der Wicklung (5) erzeugten Magnetfeldes am Ort des BME (4) ausreicht, um die durch Betätigen der Schalttaste (1) des Schalters erfolgte Änderung der magnetischen Polarität des BME (4) wieder rückgängig zu machen.

2. Schalter nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß.die Mittel (3) zum Erseugen des magnetischen Gleichfeldes ein

Dauermagnet oder eine Anordnung von Dauermagneten sind.

3. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, r die Mittel (3) zum Erzeugen des magnetischen Gleichfelde;s

und das BME (4) derart angeordnet sind, daß das magnetische
Gleichfeld am Ort des BME (4) zumindest bei betätigtem Schalter

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möglichst weitgehend der Längsrichtung des BME (4) parallel ist.

4. Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dar Dauermagnet (3) am Ende des Schaltstößels (2) einer beweglichen Schaltta.ste (1) befestigt ist.

5. Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Dauermagnete und das BME beide ortsfest angeordnet

sind und daß mit der beweglichen Schalttaste ein bewegliches ferromagnetisches Element, z.B. ein Blech, mechanisch gekoppelt ist, welches als magnetischer Koppler zwischen dem bzw. den Dauermagneten und dem BME. dient und bei Betätigen des Schalters in eine Lage bewegt wird, in der es das magnetische Gleichfeld am Ort der. BME verstärkt.

6. Schalter nach einem der. vorstehenden Ansprüche, dadurrh gekennzeichnet, daß das BME (4)· ein Wiegand-Draht ist.

7. Schalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen (5) um das BME (4) herum·

gelegt sind.

8. Schalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem BME (4) genau eine Wicklung (5)

gekoppelt ist.

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9. Schalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine asymmetrische Erregung der. BMIS (Ί)

vorgesehen ist.

10, Schalter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung(en) (5), das BME (4) und die Mittel (3) zum

Erzeugen des magnetischen Gleichfeldes derart relativ zueinander angeordnet sind, daß nach einer Betätigung des Schalters die Magnetisierungsrichtungen der weichmagnetischen und. hartmagneciscl-Bereiche des BME (4) übereinstimmen, wohingegen sie nach dem Auftreten eines Abfrageimpulses antiparallel (einander entgegengerichtet) sind.

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