DE3008561A1 - Kontaktloser schalter - Google Patents
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- H03K17/965—Switches controlled by moving an element forming part of the switch
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- Switches That Are Operated By Magnetic Or Electric Fields (AREA)
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- Electronic Switches (AREA)
Description
«.
Beschreibung; f-
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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ORIGINAL INSPECTED
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
OOPY
OOPY
■ ORIGINAL INSPECTED
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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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INSPECTED
Wenn man bei dem ausf 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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ORIGINAL INSPECTED
ORIGINAL INSPECTED
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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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. ßAT>
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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BADORiGlNAL
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). ·
I
_ 1
_ 1
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-
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.
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).
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.
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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ORIGINAL INSPECTED
ORIGINAL INSPECTED
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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Yx^V-COPY
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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OHlQlHAL
OHlQlHAL
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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ORIGINAL INSPECTED
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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.Γ;. ?■ ORIGINAL
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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ORIGINAL INSPECTED
ORIGINAL INSPECTED
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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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RAD ORIGINAL
Leerseite
Claims (9)
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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ORIGINAL INSPECTED
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,
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,
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.
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
Gleichfeld am Ort des BME (4) zumindest bei betätigtem Schalter
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-Z-
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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OOPY
ORIGINAL INSPECTED
ORIGINAL INSPECTED
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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Priority Applications (3)
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DE19803008561 DE3008561C2 (de) | 1980-03-06 | 1980-03-06 | Kontaktloser Schalter |
FR8104362A FR2477806A1 (fr) | 1980-03-06 | 1981-03-04 | Commutateur sans contact |
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Applications Claiming Priority (1)
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DE3008561C2 DE3008561C2 (de) | 1981-11-26 |
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ID=6096416
Family Applications (1)
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FR (1) | FR2477806A1 (de) |
GB (1) | GB2071334B (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5047773A (en) * | 1988-12-22 | 1991-09-10 | Kone Oy | Procedure for the generation of control signals in a push button box, and a push button box designed for implementing the procedure |
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-
1980
- 1980-03-06 DE DE19803008561 patent/DE3008561C2/de not_active Expired
-
1981
- 1981-03-04 GB GB8106740A patent/GB2071334B/en not_active Expired
- 1981-03-04 FR FR8104362A patent/FR2477806A1/fr active Granted
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GB2071334B (en) | 1984-01-25 |
DE3008561C2 (de) | 1981-11-26 |
FR2477806B3 (de) | 1982-12-10 |
GB2071334A (en) | 1981-09-16 |
FR2477806A1 (fr) | 1981-09-11 |
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