DE2058302A1 - Magnetische Betaetigungsvorrichtung - Google Patents

Description

^D'Pl. Ing. R. Merten«

Paientanwait
6 Frankfurt/Main 1, Ammelburgsfr. 3f 2058302

Frankfurt am Main, den 24.Nocember 1970

- H 31 P 243 -

HONEYWEIi INC.
2701, Fourth Avenue South Minneapolis. Minn/USA

Magnetische Betätigungsvorrichtung "

Die Erfindung betrifft eine magnetische Betätigungsvorrichtung für magnetfeidempfindliche Elemente, insbesondere für Feldplatten. Hierunter werden in einer Richtung stromdurchflossene Halbleiterbauelemente verstanden, welche unter dem Einfluß eines zur Stromrichtung senkrechten Magnetfeldes aufgrund des Hall-Effekts an Elektroden, welche in einer sowohl zur Magnetfeldrichtung als auch zur Stromrichtung senkrecht stehenden Ebene angeordnet sind, eine elektrische Spannung entstehen lassen.

Bei bekannten Betätigungsvorrichtungen für solche Feldplatten wurde ein Stabmagnet oder ein Hufeisenmagnet benützt. Nachteilig hierbei Istmaß für eine vorgegebene erforderliche Spannungsänderung eine relativ große Relativbewegung zwischen Magnet und Feldplatte erforderlich ist, weil die Kennlinie., der Feldliniendichte in Abhängigkeit vom Hub ziemlich flach verläuft und nicht linear ist. Darüberhinaus hat man relativ große Magnete benötigt, um den für die Steuerung der Feldplatte erforderlichen Fluß zu erzeugen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Betätigungsvorrichtung zu schaffen, welche eine möglichst geringe Relativbewegung zwischen Feldplatte und Betätigungsvorrichtung benötigt und sehr raumsparend ausgebildet ist.

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Die gestellte Aufgabe löst die Erfindung dadurch, daß zwei Magnete aus hochkoerzitivem Material parallel und im Abstand voneinander derart angeordnet sind, daß das magnetfeldempfindliche Element dazwischen bewegbar ist, daß jeder Magnet an seiner dem anderen Magneten zugewandten Fläche zwei Magnetpole entgegengesetzter Polarität aufweist und daß die sich jeweils gegenüberstehenden Pole der beiden Magnete entgegengesetzte Polarität haben. Eine solche Vorrichtung hat im Vergleich zu bekannten Vorrichtungen dieser Art eine wesentlich steilere Kennlinie der magnetischen Feldliniendichte in Abhängigkeit vom Hub und erzeugt darüberhinaus eine bestimmte Zone, in welcher praktisch kein Magnetfluß vorhanden ist. Die Betätigungsvorrichtung gemäß der Erfindung eignet sich besonders für Eingabetastaturen mit berührungsloser Betätigung integrierter Halbleiterschaltkreise. Solche Schaltkreise zeichnen sich durch ein kontaktloses, prell- und verschleißfreies Schalten aus. Tastaturen dieser Art werden beispielsweise in elektronischen Rechenanlagen und Peripheriegeräten, numerischen Steuerungen, Verkaufs- und Büromaschinen eingesetzt. In allen Fällen soll der erforderliche Betätigungsschub möglichst klein und die Tastatur flach und raumsparend aufgebaut sein.

Weitere Merkmale der Erfindung sowie ein bevorzugtes Verfahren zum Magnetisieren einer solchen Betätigungsvorrichtung sind in den ünteransprüchen gekennzeichnet. Besonders vorteilhaft ist die Tatsache, daß mit vergleichsweise kleinen Magneten und einfachem Aufeinerseits eine starke Konzentration des Magnetfeldes und andererseits in geringem Abstand von der Stelle größter Feldliniendichte eine Zone erzeugt wird, in welcher praktisch kein Magnetfluß vorhanden ist. Die Kennlinie der magnetischen Feldliniendichte abhängig vom Hub ist nicht nur relativ steil, sondern über einen größeren Bereich weitgehend linear. Wird die Feldplatte durch die praktisch feldfreie Zone hindurchbewegt, so kehrt das Ausgangssignal der Feldplatte seine Richtung um. Diese Eigenschaft kann erforderlichenfalls¹ zusätzliche Schaltvorgänge ausgenutzt werden. Dadurch daß das erzeugte Magnetfeld räumlich konvergiert, erhält man bei vorgegebenen Magnetabmessungen und vorgegebener Remanenz eine äußerst wirksame Betätigungsvorrichtung. Sie ist darüberhinaus

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• einfach aufgebaut, leicht herzustellen und an irgendeinem Betätigungsmechanismus, wie einer Drucktaste, zu befestigen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Hierin zeigt

Figur 1 perspektivisch die Betätigungsvorrichtung sowie eine in deren Luftspalt einschiebbare Feldplatte, wobei der eine oder der andere Teil beweglich angeordnet sein kann, Figur 2 eine Seitenansicht der Betätigungsvorrichtung mit eingezeichnetem Feldlinienverlauf,

Figur 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 in Figur 2 und Figur 4 den Verlauf der magnetischen Feldstärke, gemessen in Gauß, in Abhängigkeit vom Hub, d.h. von der Relativbewegung zwischen Betätigungsvorrichtung und Feldplatte.

Wie die Figuren 1 bis 3 zeigen, besteht die Betätigungsvorrichtung 10 im wesentlichen aus zwei Stabmagneten 12 und 14, welche mechanisch und magnetisch mittels eines U-förmigen Bügels 16 miteinander verbunden sind. Die beiden Magnete 12 und 14 bestehen aus einem hochkoerzitivem Material, .z.B. Bariumferrit und haben vorzugsweise einen isotropischen Aufbau. Zur Abschirmung der Magneten 12 und 14 gegen äußere Magnetfelder und magnetisierbare Körper besteht der Bügel 16 aus einem eisenhaltigen Material. Er verbessert außerdem den Wirkungsgrad der Betätigungsvorrichtung dadurch, daß er den Streufluß verringert, den Nutzfluß im Luftspalt konzentriert und einen Rückschlußweg geringen magnetischen Widerstandes zwischen den Magneten 12 und 14 herstellt.

Als magnetfeldabhängiges Element ist vor dem Luftspalt in vergrößerndem Maßstab eine Feldplatte 20 dargestellt, die über Leitungen 22 an eine Gleichstromquelle angeschlossen ist und an ihren Leitungen 24 unter dem Einfluß des Magnetfeldes in bekannter Weise ein Meß- oder Schaltsignal abgibt. Betätigungsvorrichtung 10 und Feldplatte 20 sind relativ zueinander derart bewegbar, daß die Feldplatte 20 in den Luftspalt zwischen den beiden einander zugewandten ι zueinander parallelen Flächen 12a und 14a der Magnete 12

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und 14 eintauchen kann. Betrachtet man Figur 2,so weist der dort obere Magnet 14 an seiner dem unteren Magneten 12 zugewandten Fläche 14a zwei Magnetpole S und N entgegengesetzter Polarität auf. Das gleiche gilt für den unteren Magneten 12. Die sich jeweils gegenüberstehenden Pole der Magnete 12 und 14 haben entgegengesetzte Polarität.

Die gegenüber herkömmlichen Betätigungsvorrichtungen wesentlich verbesserte Wirksamkeit der neuen Betätigungsvorrichtung soll nunmehr anhand von Figur 4 erläutert werden. Dort ist, wie bereits erwähnt, die magnetische Feldstärke in Abhängigkeit vom Hub aufgetragen. Die Kurve A zeigt den Verlauf bei einem üblichen Stabmagneten und die Kurve B bei der Betätigungsvorrichtung gemäß der Erfindung. Wie man sieht, ist die Steilheit der Kennlinie bei der neuen Betätigungsvorrichtung wesentlich größer. Für eine Änderung, beispielsweise von 1 Gauß, d.h. vom Punkt A' bis auf 6 Gauß, d.h. zum Punkt A" braucht ein herkömmlicher Stabmagnet über 9 Längeneinheiten an Hub, während für dieselbe Änderung der magnetischen Feldstärke bei der erfindungsgemäßen Betätigungsvorichtung, nämlich vom B¹ zum Punkt B" längs der Kurve B nur 4 Längeneinheiten benötigt werden. Der erforderliche Hub ist also auf weniger als die Hälfte verringert.

Wie Figur 2 zeigt, bilden die Magnete 12 und 14 zwischen den sich gegenüberstehenden Polen entgegengesetzter Polarität ein Magnetfeld, dessen Feldlinien im Luftspalt räumlich konvergieren. Im Luftspalt entsteht eine Zone, in welcher praktisch kein Magnetfluß vorhanden ist. Diese Zone liegt in Figur 2 im Bereich des Schnittpunkts der Linien X-X und Y-Y. In dieser Zone heben sich die von den beiden Magneten erzeugten Felder gegenseitig praktisch auf. Im Diagramm der Figur 4 bedeutet dies, daß die Kurve B den Wert von O Gauß schneidet und sogar einen negativ Kurvenanteil aufweist. Hierdurch ist es möglich, das Ausgangssignal der Feldplatte erforderlichenfalls umzukehren. Die Kurve A des herkömmlichen Stabmagneten bietet eine solche Umkehr nicht.

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Um die dargestellte Orientierung der Pole der beiden Magnete 12 und 14 und darüberhinaus eine praktisch magnetfeldfreie Zone zwischen den Magneten zu erzeugen, erfolgt die Magnetisierung der einzelnen Magnete vorzugsweise nach deren Einbau in den Bügel 16. Zu diesem Zweck werden in den Luftspalt zwischen den beiden Magneten 12 und 14 zwei Weicheisenstücke 40 und 42 im Abstand voneinander längs der sich gegenüberliegenden Magnetflächen 12a und 14a eingesetzt und zwar zu beiden Seiten der die magnetfeldfreie Zone durchsetzenden Linie y-y. Ein elektrischer Leiter 44 wird zwischen den beiden Weicheisenstücken 40 und 42 durch den Luftspalt hindurchgesteckt und anschließend mit Gleichstrom gespeist. Die Form und Anordnung der beiden Weicheisenstücke 40 und 42 zusammen mit der Lage des Leiters 44 und der Größe des Stromes durch den Leiter bestimmen sowohl den Verlauf der Feldstärkenkurve B als auch die Feldverteilung im Luftspalt. Man kann auf diese Weise ein räumliches Magnetfeld mit dem in den Figuren 2 und 3 gezeigten Aufbau erzeugen und durch geeignete Bemessung die Form des im Luftspalt räumlich konvergierenden Feldes genau steuern. Durch die erreichte Flußkonzentration erhält mangeln bezogen auf den Nutzfluß wirksameres Magnetfeld als ohne eine solche räumliche Feldlinienkonvergenz. Die erreichte Feldlinienkonzentration in Verbindung mit der praktisch feldfreien Zone führt zu einer äußerst genau arbeitenden Betätigungsvorrichtung, welche sich für Zusammenwirken mit Feldplatten kleinster Abmessungen, insbesondere mit Feldplatten, welche Teil eines integrierten Schaltkreises sind, besonders gut eignet.

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Claims (6)

1. Patentansprüche

   Magnetische Betätigungsvorrichtung für magnetfeldempfindliche Elemente, insbesondere für Feldplatten, dadurch gekennzeichnet, daß,zwei Magnete (12,14) aus hochkoerzitivem Material parallel und im Abstand voneinander derart angeordnet sind, daß das magnetfeldempfindliche Element ψ (20) dazwischen bewegbar ist,

   daß jeder Magnet an seiner dem anderen Magneten zugewandten Fläche (12a,14a) zwei Magnetpole (S,N) entgegengesetzer Polari- « tat aufweist und

   daß die sich jeweils gegenüberstehenden Pole der beiden Magnete entgegengesetzte Polarität haben.
2. 2. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete (12,14) Stabmagnete mit isotropischem Aufbau sind.
3. 3. Betätigungsvorichtung nach Anspruch 2,dadurch g e fc kennzeichnet, daß die beiden Stabmagnete (12,14) an einem Ende mechanisch miteinander verbunden sind und eine U-förmige Anordnung bilden.
4. 4. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 3,dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Stabmagnete (12,14) mittels eines U-förmigen, eisenhaltigen Bügels (16) mechanisch und magnetisch miteinander verbunden sind, wobei die sich gegenüberliegenden Flächen der Schenkel des Bügels an den Außenflächen der Magnete anliegen und einen magnetischen Nebenschluß bilden.

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5. 5. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, Ö adurch gekennzeichnet, daß die Magnete {12,14) zwischen sich gegenüberstehenden Polen entgegengesetzter Polarität ein Magnetfeld bilden, dessen Feldlinien im Luftspalt räumlich konvergieren, und daß Lage und Stärke der Pole die Zone bestimmen, in welcher praktisch kein Magnetfluß vorhanden ist.
6. 6. Verfahren zum Magnetisieren einer Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in den Luftspalt zwischen den beiden Magneten (12,14) zwei Weicheisenstücke (40,42) im Abstand voneinander längs der sich gegenüberliegenden Magnetflächen (12a,14a) eingesetzt werden, und zwar je eine zu beiden Seiten einer die beiden zu er-

   ^ zeugenden sich gegenüberliegenden Magnetpole entgegengesetzter Polarität verbindende Linie,

   daß ein Leiter (44) im Bereich zwischen den beiden Weicheisenstücken in den Luftspalt eingesetzt wird und daß ein Gleichstrom in den Leiter eingespeist wird.

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