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Magnetfeldabhängiger Widerstand und seine Verwendung in einer Einrichtung
zur Umwandlung von mechanischen Bewegungen in Widerstands änderungen Die Erfindung
betrifft einen magnetfeldabhängigen Widerstand, bei dem das von der magnetischen
Feldstärke abhängige Widerstandsmaterial scheibenförmig ausgebildet ist, alle Kontaktstellen
für die Stromzuführungen punktförmig sind und das Widerstandsmaterial auf einen
scheibenförmigen Träger als Isoliermaterial aufgebracht ist.
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Es sind Widerstandsmaterialien für magnetfeldabhängige Widerstände
bekannt, mit denen sich bei einem Widerstand der einleitend genannten Art Widerstandsändernngen
vom 40fachen Betrag des Grundwertes ergeben, wenn man einen solchen Widerstand in
ein homogenes Magnetfeld von lOk-Gauß bringt.
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Eine derartige Widerstandsänderung ist ausreichend, um diesen Effekt
technisch auszuwerten. Es sind auch bereits Vorschläge bekannt, nach denen z.B.
mechanische Bewegungen in Widerstandsänderungen umgewandelt werden und durch den
sich ändernden Widerstand ein Stromkreis gesteuert wird. Dabei taucht häufig das
Problem der Anpassung auf, oder es besteht die Forderung, wie z. B. bei Mikrofonen,
daß der Ruhewiderstand, das ist der Wert des Widerstandes außerhalb eines Magnetfeldes,
eine vorgegebene Größe hat.
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Bisher ist dieses Problem dadurch gelöst, daß der Ruhewiderstand
durch Verändern der Schichtdicke oder des Abstandes der beiden Kontaktpunkte auf
den vorgeschriebenen Wert gebracht wird. Wird der Abstand der Kontaktpunkte geändert,
so verändern sich damit auch die geometrischen Abmessungen des Gesamtwiderstandes.
Dadurch muß im allgemeinen auch die Einrichtung konstruktiv geändert werden, in
der der Widerstand verwendet werden soll. Wird aber zur Erzielung eines größeren
Widerstandes die Schidtdicke des Widerstandsmaterials verringert, dann wird auch
die Kontaktfläche zwischen den Kontaktpunkten und dem Widerstandsmaterial kleiner.
Das bedeutet, daß die zulässige Stromstärke, die durch eine Erwärmung an diesen
beiden Stellen begrenzt ist, abnimmt und oft nicht mehr die gewünschte Größe hat.
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Aufgabe der Erfindung ist es, den Ruhewert eines magnetfeldabhängigen
Widerstandes den Erfordernissen einer Schaltung anzupassen, ohne daß dadurch die
Nachteile in Kauf genommen werden müssen, die sich durch eine Veränderung der Schichtdicke
oder des Abstandes der Kontaktpunkte ergeben würden.
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Zu diesem Zweck sind bei einem magnetfeldabhängigen Widerstand der
einleitend genannten Art erfindungsgemäß in der Ebene des Widerstandsmaterials mehr
als zwei Kontaktpunkte vorgesehen, die paarweise und vorzugsweise in einer Reihe
angeordnet und nach einem vorgegebenen Schaltschema durch elektrisch leitendes Material
verbunden sind, wobei der Abstand zwischen den einzelnen Kontaktpaaren so
groß ist,
daß sich die Strömungsfelder zweier benachharter Kontaktpaare bei der größtmöglichen
magnetischen Feldstärke nicht oder nur unwesentlich beeinflussen.
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Auf diese Weise ist es möglich, einen magnetfeldabhängigen Widerstand
aus der Reihen- und Parallel-Schaltung von Einzelelementen aufzubauen und dadurch
den Gesamtwiderstand bei gleichbleibender Schichtstärke und konstantem Abstand der
Kontaktpunkte eines Einzel elementes innerhalb eines großen Bereiches zu verändern.
Bei einer Reihenschaltung von Einzelelementen wird der Gesamtwiderstand vergrößert,
bei einer Parallelschaltung verringert. Die Erfindung hat den großen Vorteil, daß
es auf diese Weise möglich ist, auch für einen hochohmigen Widerstand durch eine
Reihenschaltung entsprechend vieler Einzelelemente die Schichtstärke des Widerstandsmaterials
so groß zu machen, daß die Kontaktfläche zwischen den Kontaktpunkten und dem Widerstandsmaterial
auch für eine große Stromstärke ausreicht. Außerdem ist die Kühlfläche eines derartigen
Widerstandes wesentlich größer als bei einem magnetfeldabhängigen Widerstand, z.
B. einer Doppelcorbinoscheibe der bisher bekannten Art.
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Eine vorteilhafte Anwendung des Erfindungsgedankens ist dann gegeben,
wenn das Widerstandsmaterial auf der einen Seite eines isolierenden Trägers aufgebracht
ist und die für die Einzelelemente erforderliche
Schaltung nach
Art einer gedruckten Schaltung auf der Rückseite des Trägers vorgenommen wird.
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D-er Abstand zwischen den Kontaktpaaren eines Einzelelementes soll
nach dem Kennzeichen so groß sein, daß sich die Strömungsfelder zweier benachbarter
Einzelelemente bei der größtmöglichen magnetischen Feldstärke nicht oder nur unwesentlich
beeinflussen. Dieser Abstand läßt sich verringern, wenn zwischen den Einzelelementen
eine schmale Zone aus dem Widerstandsmaterial herausgeschabt oder das Widerstandsmaterial
schon unter Verwendung einer Maske aufgedampft wird, so daß die gesamte Widerstandsscheibe
in Teilscheiben aufgeteilt ist. Der isolierende Träger kann auch flexibel ausgebildet
sein. Dann ist es ohne besondere Schwierigkeiten möglich, die Form des magnetfeldabhängigen
Widerstandes der Anordnung des Luftspaltes eines Magneten anzupassen. Dies ist z.B.
wichtig bei dem ringförmig angeordneten Luftspalt eines Topfmagneten.
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Die Erfindung wird durch Ausführungsbeispiele an Hand der Fig. 1
bis 12 näher erläutert. Die Fig. 1 bis 10 stellen dabei Ausführungsformen eines
magnetfeldabhängigen Widerstandes dar, die Fig. 11 und 12 zeigen schematisch zwei
Anwendungsmöglichkeiten derartiger Widerstände.
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Bei der in den Fig. 1 und 2 in einer Vorder- und einer Seitenansicht
dargestellten Ausführungsform eines magnetfeldabhängigen Widerstandes ist auf einem
scheibenförmigen, - rechteckigen Träger 24 ein magnetfeldabhängiges Widerstandsmaterial
25, z.B. eine Indium-Antimon-Verbindung, aufgebracht. Es sind nicht nur wie bei
der bekannten Doppelcorbinoscheibe zwei Kontaktpunkt vorgesehen, sondern nach Art
der Erfindung mehrere Kontaktpunkte, die in einer Reihe und paarweise angeordnet
sind. Jedes der Kontaktpaare 1 bis 4 bildet ein Einzelelement. Die Stromzuführungen
5 und 6 sind an je einen Kontaktpunkt zweier verschiedener Kontaktpaare 1 und 4
angeschlossen und die übrigen Kontaktpunkte durch elektrisch leitendes Material
so miteinander verbunden, daß jeweils nur eine einzige Verbindung zwischen zwei
Punkten . verschiedener Kontaktpaare besteht.
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Eine derartige Schaltung entspricht einer Reihenschaltung von Einzelelementen.
Der Gesamtwiderstand zwischen den Anschlnßpunkten der beiden Stromzuführungen ist
viermal so groß wie der Widerstand eines Einzelelementes. Würde dieser Widerstand
nach bekannter Art durch ein Einzelelement dementsprechend kleinerer Schichtstärke
verwirklicht werden, dann wären sowohl die zulässige Strombelastung an der Übergangs
stelle zwischen den Kontaktpunkten und dem Widerstandsmaterial als auch die Belastbarkeit
des gesamten Widerstandes infolge einer etwa viermal kleineren Oberfläche wesentlich
geringer.
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Der Abstand zwischen den einzelnen Kontaktpaaren ist so groß, daß
sich die Strömungsfelder zweier benachbarter Einzelelemente auch bei der größtmöglichen
magnetischen Feldstärke nur unwesentlich beeinflussen. Er ist bei dem Ausführungsbeispiel
etwa eineinhalbmal so groß wie der Abstand der Kontaktpunkte eines Einzelelementes.
Wie in Fig. 1 gezeigt wird, kann dieser Abstand durch Herausnahme einer Zone 7 des
Widerstandsmaterials zwischen zwei Einzelelementen3 und 4 so weit verringert werden,
daß er dem Kontaktabstand eines Einzelelementes gleich wird.
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Durch die Ausführungsform nach den Fig. 3 und 4 soll gezeigt werden,
daß bei einem magnetfeldabhängigen Widerstand, bei dem das Widerstandsmaterial einseitig
auf einen isolierenden Träger aufgebracht ist,
die leitenden Verbindungen zwischen
den einzelnen Kontaktpunkten vorzugsweise auf der Rückseite des Trägers in Form
einer gedruckten Schaltung vorgenommen werden. Es ist dort eine Parallelschaltung
von Einzelelementen gezeigt, die dadurch entsteht, daß die Stromzuführungen5, 6
an die beiden Kontaktpunkte eines Einzelelementes angeschlossen sind und diese Kontaktpunkte
mit den übrigen durch elektrisch leitendes Material so verbunden sind, daß nur jeweils
zwischen den beiden Punkten der einzelnen Kontaktpaare keine Verbindung aus leitendem
Material besteht. Auch bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist eine Zone widerstandsfreien
Materials 7 eingezeichnet, die dazu dient, den Abstand zwischen den Einzelelementen
zu verringern.
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Die Fig. 5, 6 und 7 zeigen in Vorder-, Seiten- und Draufsicht die
Ausführungsform eines magnetfeldabhängigen Widerstandes, bei dem das Widerstandsmaterial
beidseitig auf den scheibenförmigen Träger aufgebracht ist und die beiden Widerstandsscheiben
in kleinere, durch Isoliermaterial getrennte Teilscheiben aufgeteilt sind. Außerdem
sind die Kontaktpunkte in einer Reihe mit gleichem Abstand voneinander angeordnet
und die Teilscheiben auf der Vorderseite des Trägers gegenüber den Teilscheibea
auf der Rückseite des Trägers um den Abstand zweier Kontaktstellen versetzt, so
daß sich die Kontaktpunkte auf der Vorderseite mit denen auf der Rückseite decken.
Die sich deckenden Kontaktpunkte der beiden Seiten sind durch elektrisch leitende
Durchführungen miteinander verbunden. Auf diese Weise entsteht eine Reihenschaltung
von Einzelelementen, ohne daß eine besondere Leitungsführung zwischen den einzelnen
Kontaktpunkten erforderlich ist.
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In den Fig. 8, 9 und 10 ist eine Ausführungsform eines magnetfeldabhängigen
Widerstandes dargestellt, bei der zwei Einzelelemente 8 und 9 parallel geschaltet
sind und diese Parallelschaltung zu den Einzelelementeni0, 11 und 12 in Reihe liegt.
Bei dieser Aufteilung des Widerstandsmaterials entstehen zwei Reststücke 13 und
14, die für die Schaltung keine Bedeutung haben. Die Kontaktpunkte sind bei diesem
Ausführungsbeispiel am Rand der Scheibe angeordnet.
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Eine derartige Ausbildung ist, wie im folgenden ausgeführt wird, vor
allem dann vorteilhaft, wenn sehr kleine Bewegungen in möglichst große Widerstandsänderungen
umgewandelt werden sollen.
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Um eine Lage- in eine Widerstandsänderung, mit der ihrerseits wieder
ein Stromkreis gesteuert werden kann, umzuwandeln, wird der magnetfeldabhängige
Widerstand im allgemeinen in einem inhomogenen Magnetfeld angeordnet. Die Widerstandsänderung
ist bei einer vorgegebenen Lageänderung um so größer, je größer der Magnetfeldgradient
an der Stelle ist, an der sich die Kontaktpunkte befinden. Bei einem Luftspalt ist
der Gradient des Magnetfeldes sowohl von der Ausbildung des Luftspaltes als auch
von seiner Breite abhängig. Bei einem parallelen Luftspalt ist er z.B. am größten
an der Kante des Luftspaltes und wächst mit abnehmender Luftspaltbreite. Im Hinblick
auf einen möglichst großen Gradienten besteht der Wunsch, einen möglichst schmalen
Luftspalt zu verwenden. Dies ist bei den bisher bekannten magnetfeldabhängigen Widerständen
nicht möglich. Bei diesen befinden sich die Kontaktpunkte in der Mitte der Widerstands
scheibe. Deshalb muß die Scheibe in den Luftspalt eintauchen, damit die Kontaktpunkte
an die Stelle des größten Magnetfeldgradienten gebracht werden können. Durch die
Dicke der Scheibe ist somit die Luftspaltbreite nach unten begrenzt. Werden die
Kontaktpunkte,
so wie es in Fig. 8 dargestellt ist, am Rand der
Scheibe angebracht, dann können sie an die Stelle des größten Magnetfeldgradienten
gebracht werden, ohne daß die Scheibe dabei in den Luftspalt eintauchen muß. Die
Spaltbreite kann genügend klein gemacht werden.
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In Fig. 11 ist eine Einrichtung dargestellt, durch die mechanische
Bewegungen, insbesondere Schwingungen, in Widerstandsänderungen umgewandelt werden
können. Die Schwingungen, z. B. einer Mikrofonmembran, werden in der durch einen
Doppelpfeil angeden teten Bewegungsrichtung über einen Stift 15 auf eine Halterung
16 übertragen, die nach Art eines zylinderförmigen Dosendeckels ausgebildet ist
und an deren Rand der Träger 17 für das Widerstandsmaterial 18 befestigt ist. Der
Träger 17 besteht in diesem Fall vorteilhafterweise aus einer flexiblen Folie von
Isoliermaterial. Der magnetfeldabhängige Widerstand ist nach einer der in den Fig.
1 bis 10 dargestellten Art ausgebildet und in dem inhomogenen Magnetfeld eines ringförmigen
Luftspaltes 19 des Topfmagneten 20 angeordnet. Die Pole des Topfmagneten sind so
ausgebildet, daß der Luftspalt aus einem parallelen und einem trapezförmigen Teil
besteht. Um den größten Magnetfeldgradienten ausnutzen zu können, der an der Übergangsstelle
zwischen dem parallelen und trapezförmigen Teil des Luftspaltes liegt, sind bei
dem magnetfeldabhängigen Widerstand die Kontaktpunkte, so wie es in Fig. 8 dargestellt
ist, am unteren Rand angeordnet. Eine über den Stift 15 auf die Halterung 16 übertragene
Bewegung bewirkt eine senkrechte Bewegung des magnetfeldabhängigen Widerstandes
im trapezförmigen Teil des Luftspaltes. Die dadurch bedingte Anderung des das Widerstandsmaterial
durchsetzenden Flusses hat eine Veränderung des Widerstandes zwischen den Anschlußpunkten
für die Stromzuführungen 5 und 6 zur Folge. Diese Widerstandsänderung wird innerhalb
eines Stromkreises für Steuer-oder Meßzwecke ausgenutzt.
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Fig. 12 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem aber die
Widerstandsscheibe in Ruhe bleibt. Hier wird die in Pfeilrichtung angedeutete mechanische
Bewegung auf eine Membran 21 übertragen, durch die die Luftspaltbreite eines E-förmigen
Magneten 22 veränderbar ist. Der magnetfeldabhängige Widerstand 23 ist in diesem
Luftspalt angeordnet. Eine Veränderung der Luftspaltbreite wirkt sich als eine Änderung
der magnetischen Induktion im Luftspalt aus, durch die wiederum der elektrische
Widerstand der Widerstandsscheibe 23 geändert wird.
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PATENTANSPOCHE: 1. Magnetfeldabhängiger Widerstand, bei dem das von
der magnetischen Feldstärke abhängige Widerstandsmaterial scheibenförmig ausgebildet
ist, alle Kontaktstellen für die Stromzuführung punktförmig sind und das Widerstandsmaterial
auf einen scheibenförmigen Träger aus Isoliermaterial aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet,
daß in der Ebene des Widerstandsmaterials mehr als zwei Kontaktpunkte vorgesehen
sind, die paarweise und vorzugsweise in einer Reihe angeordnet und nach einem vorgegebenen
Schaltschema durch elektrisch leitendes Material verbunden sind, und daß der Abstand
zwischen den einzelnen Kontaktpaaren so groß ist, daß sich die Strömungsfelder zweier
benachbarter Kontaktpaare bei der größtmöglichen magnetischen Feldstärke nicht oder
nur unwesentlich beeinflussen.
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2. Magnetfeldabhängiger Widerstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Träger für das Widerstandsmaterial flexibel ist.
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3. Magnetfeldabhängiger Widerstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Widerstandsscheibe (25) in kleinere, durch Isoliermaterial getrennte Teilscheiben
aufgeteilt ist.
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4. Magnetfeldabhängiger Widerstand nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die beiden Stromzuführungen (5, 6) an je einem Kontaktpunkt
zweier verschiedener Kontaktpaare (1, 4) angeschlossen sind und die übrigen Kontaktpunkte
durch elektrisch leitendes Material so miteinander verbunden sind, daß jeweils nur
eine einzige Verbindung zwischen zwei Punkten verschiedener Kontaktpaare besteht
(= Reihenschaltung von Einzelelementen).
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5. Magnetfeldabhängiger Widerstand nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die beiden Stromzuführungen (5, 6) an die beiden Kontaktpunkte
eines Kontaktpaares (1) angeschlossen sind und diese Kontaktpunkte mit den übrigen
durch elektrisch leitendes Material so verbunden sind, daß nur jeweils zwischen
den beiden Punkten der einzelnen Kontaktpaare keine Verbindung aus leitendem Material
besteht (= Parallelschaltung von Einzelelementen).
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6. Magnetfeldabhängiger Widerstand nach den Ansprüchen 1, 4 oder
5, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsmaterial einseitig auf den scheibenförmigen
Träger aufgebracht ist und das elektrisch leitende Material auf der dem Widerstandsmaterial
gegenüberliegenden Seite des Trägers nach Art einer gedruckten Schaltung in Form
von Leiterbahnen aufgebracht ist und daß die Kontaktpunkte im Widerstandsmaterial
durch leitende Durchführungen mit den Leiterbahnen verbunden sind.
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7. Magnetfeldabhängiger Widerstand nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch
gekennzeichnet, daß das Widerstandsmaterial beidseitig auf den scheibenförmigen
Träger aufgebracht ist und die Kontaktpunkte in einer Reihe mit gleichem Abstand
voneinander angeordnet sind und daß die Teilscheiben auf der Vorderseite des Trägers
gegenüber den Teilscheiben auf der Rückseite des Trägers um den Abstand zweier Kontaktpunkte
versetzt sind, so daß sich die Kontaktpunkte auf der Vorderseite mit denen auf der
Rückseite decken, und daß die sich deckenden Kontaktpunkte der beiden Seiten durch
elektrisch leitende Durchführungen miteinander verbunden sind.