DE2152209A1

DE2152209A1 - Festzustand-Tastenschalter fuer Tastaturanordnungen

Info

Publication number: DE2152209A1
Application number: DE19712152209
Authority: DE
Inventors: Bernin Victor Maurice
Original assignee: Illinois Tool Works Inc
Current assignee: Illinois Tool Works Inc
Priority date: 1970-10-26
Filing date: 1971-10-20
Publication date: 1972-04-27
Also published as: SE371310B; NL7114348A; US3698531A; AU3459871A; BR7107113D0; CA929468A; JPS5124333B1; AU455254B2; BE774275A; FR2131240A5; GB1347774A

Description

, . PATENTANWALT*:

dr. ing. H. NEGENDANK · dipl-ing. H. HAUCK · difi~-x»hys. W. SOHMITZ

HAMBURG-MÜNCHEN 9 1 ζ 9 9 Π Q

ZUSTELLtINGSANSCHRIFT: HAMBURG 36 · NEUERJWALLjU

TEL. 30 74 28 UND 364115

TEI,KGH. NEGEDAPATENT HAMBURG

ILLINOIS TOOL WORKS Inc. München is mozartstr.

TEL..-5 38O3 86

8501 West HigginS Road _TE1EOH. negej>apatent München

Chicago, Illinois 6O63I/USA

Hamburg, iy· UKx. iyι ι

Festzustand-Tastenschalter für Tastaturanordnungen

Die Erfindung betrifft einen Festzustand-Tastenschalter (Solid state key board switch) für Tastaturanordnungen.

Von Hand betätigte Tastaturen weisen allgemein bekannte Mittel zur Einspeisung von Informationen in einen Datenverarbeiter auf. Ein diesen Vorrichtungen anhaftendesn Problem ist das sogenannte "Überrollen". Dieses Überrollen entsteht durch die Neigung eines besonders schnellen Operateurs, eine zweite Taste niederzudrücken, bevor die zuvor gedrückte Taste losgelassen ist. Ein gewisser Überrollgrad ist erwünscht, da er eine erhöhte Tippgeschwindigkeit zuläßt. Wenn jedoch das Überrolen ein Übermaß annimmt, bewirkt es einen "Doppelanschlag". Das heißt, daß die Tastatur Signale abgibt, die eine Kombination von Signalen sind, die jede der beiden Tasten abgeben würden, wenn sie einzeln niedergedrückt wurden.

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Ein weiteres Problem ist das der zeitlichen Übertragung der in der Tastatur erzeugten Signale in den Datenverarbeiter.

Bei den bekannten Tastaturen der Art, die elektrische Kontakte verwenden, die durch Drücken einer Taste mechanisch geschlossen werden, wurde das Problem des Überrollens dadurch überwunden, daß mechanische Verriegelungen verwendet wurden. Diese Verriegelungen gestatten einer Taste teilweise niedergedrückt zu werden, bevor eine andere Taste losgelassen ist, gestatten jedoch nicht, daß sei Tasten weit genug gedruckt werden, um die ihnen zugeordneten Kontakte gleichzeitig zu schließen. Bei dieser Art Tastatur wurde das Problem der zeitlichen Übertragung dadurch gelöst, daß ein zusätzlicher Satz Kontakte vorgesehen wurde. Dieser Kontaktsatz wurde nicht eher geschlossen, bevor nicht die datendarstellenden Kontakte voll geschlossen waren. Das durch den zusätzlichen Kontaktsatz erzeugte Signal wurde dann verwendet, um einen Satz Tore zu bemustern, die die datendarstellenden Signale der Tastatur in den Verarbeiter leiteten.

Tastaturen, die elektrische Schaltkontakte verwenden, erfordern eine beträchtliche Wartung. Die elektrischen Kon-

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takte bilden Lichtbogen oder oxidieren, wobei in die Tastatur eindringender Schmutz die Kontakte verunreinigt. Um diese Probleme zu überwinden, sind Festzustand-Schalter entwickelt worden, die keine elektrischen Kontakte aufweisen. Eine Art FestZustandschalter verwendet einen magnetischen Kern und einen oder mehrere Dauermagnete, um den Kern wahlweise zu sättigen bzw. zu entsättigen, wenn die Taste gedrückt wird. Während die Festzustandschalter die Waitungsprobleme der Kontaktschalter überwinden, erfordern sie umfangreiche und kostspielige Schaltungen zur Erzeugung des Mustersignals. Weiterhin ist der Grad des Überrollens, bei dem

an
kein Doppelschlag erfolgt, außerordentlich begrenzt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Festzustand-Tastatur zu schaffen, deren Schalter so ausgebildet sind, daß sie einen höheren Überrollgrad zulassen, ohne einen Doppelanschiag zu bewirken, wobei diese Überrollfähigkeit arteigen sein soll. Es sollen ferner Mittel vorgesehen sein, daß ein Mustersignal erst nach der Erzeugung der Datensignale erzeugen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Datenkern und ein Musterkern (ßtrobecore) vorgesehen sind, die je von Primär- und Sekundärwicklungen umgeben sind, und daß in einer Halterung der Taste mehrere Magnete beweglich gegenüber den Kernen zur wahlweisen Sättigung derselben so

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angeordnet sind, daß die Kerne während der zeitlichen Überlappungsintervalle gesättigt werden.

Mit dem nach der Erfindung ausgebildeten Tastenschalter werden die den bekannten Schaltern dieser Art anhaftenden Mängel in einfacher und wirksamer Weise behoben.

In vorteilhafter Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, daß die Halterung einen Tastenbügel aus magnetischem Material aufweist, der einen ersten und einen zweiten Schenkel aufweist, die die Magnete hin- und herbeweglich tragen.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Magnete drei Magnetpaare aufweisen, von denen einer eines jeden Paares an dem ersten Schenkel des ersten Büa^ls und der andere dieses Paares an dem zweiten Schenkel angebracht ist. Hierbei kann die Anordnung so sein, daß die Magnete des ersten Paares eine Stellung einnehmen, in der sie die Datenkerne sättigen, wenn der Tastenbügel sich in einer ersten Grenzstellung befindet und die Musterkerne sättigen, wenn sich der Tastenbügel in einer zweiten Grenzstellung befindet, und daß die Magnete des zweiten Paares die Datenkerne sättigen, wenn sich der Tastenbügel in der zweiten Grenzstellung befindet, während die Magnete des dritten Paares die Musterkerne sättigen, wenn sich der Tastenbügel in der ersten Grenzstellung

befindet. _c

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Zweckmäßig sind die Magnete durch nichtmagnetische Bereiche voneinander getrennt, so daß die Kerne ungesättigt werden, wenn der Tastenbügel sich von einer zur anderen Grenzstellung bewegt.

Zweckmäßig ist die Ausbildung so, daß der Tastenbügel niederdrückbar ist und die Schenkel desselben sich auf den
gegenüberliegenden Seiten der Kerne erstrecken, daß Dauermagnete verwendet sind, die sich unmittelbar benachbart zu den Kernen bewegen, um wahlweise KraftflußSättigung in den Kernen zu konzentrieren, wobei die Magnete und nichtmagnetischen Zonen so gegenüber den Kernen angeordnet sind, daß beim Niederdrücken des Tastenbügels die Kraftflußkonzentration in einem der Kerne früher abzunehmen beginnt, als die in dem anderen Kern. Hierbei können die Magnete und die
nicht-magnetischen Zonen so gegenüber den Kernen angeordnet sein, daß beide Kerne gesättigt sind, wenn der Tastenbügel entweder nicht oder vollständig niedergedrückt ist.

Weiterhin sieht die Erfindung vor, daß jeder der Kerne von einer Primärwicklung und wenigstens einer Sekundärwindung
umgeben ist.

Weiterhin können gemäß der Erfindung die Kerne als Toroidkerne ausgebildet sein und aus einem einen geringen Restmagnetismus aufweisenden Material bestehen.

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Eine Tastatur mit mehreren Tastenschaltern gemäß der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß datendarstellende Sekundärwindungen wahlweise die Datenkerne in. einem Codemuster umgeben, daß Mittel vorgesehen sind, durch die allen Primärwicklungen ein Wechselstromsignal zuführbar ist,daß an der die Kerne einer Taste umgebenden Sekundärwindung beim Niederdrücken des Tastenbügels Wechselstromsignale erzeugt, und daß auf die Wechselstromsignale der Sekundär- W windungen ansprechende Mittel vorgesehen sind, die zur Steuerung der Übertragung der Wechselstromsignale an den Sekundärwindungen der Datenkerne von der Tastatur dienen.

Gemäß der Erfindung können die die Übertragung der Signale steuernden Mittel einen mit der Sekundärwindung des Musterkernes verbundenen Umwandler für die Weiiselstromsignale in Gleichstromsignale, einen auf den Umwandler ansprechenden Regeldetektor und einen auf den Regeldetektor ansprechenden Impulsgenerator aufweisen.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Datenkerne von einer weiteren Sekundärwicklung umgeben sind und eine auf den Impulsgenerator und die weitere Sekundärwicklung ansprechende Torschaltung zur Erzeugung eines Musterimpulses vorgesehen sind, der die Signalübertragung steuert. Zweckmäßig ist der Regeldetektor ein "Schnitt"trigger. Weiterhin kann der Im-

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pulsgenerator einen monostabilen HuMvibrator aufweisen, der auf positivgehende Ausgangssignale des Trigger anspricht.

Hin Ausführungsbeispiel der Erfindung soll nunmehr anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben werden. Ss zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Vorderansicht eines Festzustandschalters,

Fig. 2A-2D schematische Ansichten, die Betriebszustände des erfindungsgemäß ausgebildeten Schalters darstellend,

Fig. 3 eine graphische Darstellung d-er Übertragungseigenschaften der Daten- und Musterkerne; und

Fig. 4 ein Sehaltdiagramm mit mehreren Tastenschaltern, die so verbunden sind, daß sie Datenausgangssignale erzeugen und ein Mustersignal, um die Datenausgangssignale wahlweise auszutasten.

Fig. 1 zeigt einen gemäß der Erfindung bevorzugt ausgebildeten Schalter. Der Schalter weist ein Gehäuse 10, erste und zweite magnetische Kerne 12 und 14, eine erste H&rzahl von Dauermagneten 16, 18 und 20 und eine zweite Mehrzahl von Dauer-

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magneten 22, 24 und 26, einen Tastenbügel und eine Tastenbügelrückstellfeder 30 auf. Eine Tastenkappe 32 ist am oberen Ende des Tastenbügels befestigt.

Das Gehäuse besteht aus einem lärg-ichen Körper,der viereckig sein kann und nicht breiter zu sein braucht, als die Tastenkappe. Das Gehäuse kann aus Kunststoff oder anderem, nichtmagnetischem Material hergestellt sein und besteht in der dargestellten Ausführungsform aus einem einteiligen Körper aus Polykarbonat. Das Gehäuse kann mit vorstehenden Schulterabschnitten 10a versehen sein, die sich wenigstens teilweise um das obere Ende erstrecken, um den Schalter in einer Tastaturäützplatte 34 abzustützen. Das Gehäuse 10 hat eine längliche Öffnung zur Aufnahme des Tastenbügels 28, der, wie in Fig. 1 gezeigt, eine im wesentlichen kastenförmige Form mit drei Seiten und einem oberen Teil hat, In Fig.1 gesehen, ist ein Teil der Rückseite des Tastenbügels fortgeschnitten, um aei sich nach unten erstreckende Schenkel 28a und 28b zu bilden. Ein mittlerer Abschnitt 10b des Gehäuses erstreckt sich von der Vorderseite zur Rückseite des Gehäuses und unterteilt so den unteren Abschnitt, der sich längs durch das Gehäuse erstreckenden Öffnung. Ein Zapfen 10c erstreckt sich vom mittleren Abschnitt 10b aufwärts, um eine Druckfeder zu halten, die zwischen dem Abschnitt 10b des Gehäuses und der Unterseite des oberen Teiles des Tastenbügels 28 zusammengedrückt ist.

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Ein Teil einer Seite des Tastenbügels ist entfernt, so daß die Schenkel 28a und 28b den mittleren Abschnitt 10b des Gehäuses übergreifen kann. Die Seiten des Tastenbügels sind mit zwei sich abwärts erstreckenden Ansätzen 28c versehen. Nachdem der Tasisobügel durch die Öffnung im Gehäuse 10 eingesetzt ist, werden die Ansätze nach außen gebogen. Wenn die Ansätze so gebogen sind, greifen sie an den unteren Kanten des Gehäuses 10an und begrenzen die Aufwärtsbewegung des Tastenbügels, die durch die Druckfeder 30 bewirkt wird, die auf den Tastenbügel einwirkt. Der mittlere Abschnitt 10b des Gehäuses weist eine Ausnehmung 10d auf, die sich vollständig durch das Gehäuse von vorn nach hinten, wie in Fig.1 gezeigt, erstreckt. Eine weitere Ausnehmung ist senkrecht zur Ausnehmung 10d vorgesehen und erstreckt sich von einer zur anderen Seite durch den mittleren Abschnitt 10b des Gehäuses, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist. Toroidalkerne 12 und 14 aus Ferrit sind in der weiteren Ausnehmung so angeordnet, daß ihre mittleren Öffnungen mit der Ausnehmung 1Od ausgerichtet sind. Bei dieser Anordnung nehmen die Kerne eine solche Stellung ein, daß sie leicht mit einer Primärwicklung 36 und einer oder mehreren Sekundärwicklungen 38 versehen werden können. Die Kerne können in die Ausnehmung eingepreßt oder durch ein geeignetes Klebematerial in Stellung gehalten sein. Die Kerne können aus Ferrit oder anderem Material bestehen, das geringe Restmagnetiamuseigenschaften aufweist.

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Obwohl in der Zeichnung nicht dargestellt, können die Schenkel 28a und 28b des Tastenbügels gestanzt unleinwärts gebogen sein, um vier Befestigungslappen zu bilden, die in Ausnehmungen der Dauermagnete eingreifen, um sie mit dem Tastenbügel zusammen beweglich zu halten. Beispielsweise kann der Tastenbügel aus vernickeltem Stahl und die Dauermagnete!aus einer Bariumferrit-gefüllten Verbindung bestehen.

Jeder Dauermagnet ist von dem benachbarten Magneten durch eine nichtmagnetische Zone getrennt. So sind die Magneten 16 und durch die nichtmagnetische Zone 17, die Magneten 18 und 20 durch die nichtmagnetische Zone 19, die Magneten 22 und 24 durch die nichtmagnetische Zone 23 und die Magneten 24 und durch die nichtmagnetische Zone 25 voneinander getrennt. Wie schema bisch in Fig. 2A gezeigt, sind die Magneten 16 und 20 mit ihren Nordpolen an den Schenkeln 28a und 28b befestigt, während der Südpol des Magnets 18 dem Schenkel 28a zugekehrt ist. Die Südpole der Magneten 22 und 26 und der Nordpol des Magneten 24 and dem Schenkel 28b zukehrt. Vorzugsweise sind die äußeren Durchmesser der Kerne 12 und 14 etwas kleiner als die Breite des mittleren Abshnitts 10b des Gehäuses, so daß die Dauermagneten die Kerne nicht baühren, wenn sie entlang den Seiten des mittleren Abschnitts des Gehäuses gleiten.

Fig. 3 ist eine graphische Darstellung der Übertragungseigenschaften der Kerne 12 und 14. Angenommen, eine Wechselstrom-

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spannung wird den Wicklungen 36 der Kerne 12 und 14 zugeführt, dann zeigt Fig. 3 die Spitze zu Spitze ¥echselStromspannung, die in den Sekundärwindungen 38 der Kerne induziert wird, Wenn der Tastenbügel entweder niedergedrückt oder losgelassen wird. Die Punkte A, B, C und D in der Kurve der Fig. 3 entsprechen den verschiedenen in den Fig. 2A-2D gezeigten Tastenstellungen.

Ein wichtiges Erfindungsmerkmal ist in der Tatsache zu sehen, daß die Übertragungseigenschaft des Kernes 14 außer Phase mit der des Kernes 12 ist. Dies ist aus Fig. 3 ersichtlich, die zeigt, daß,wenn die Taste gedrückt wird, der Ausgang des Kernes 14 nach dem Ausgang des Kernes 12 zu steigen beginnt und seinen Spitzenwert erreicht, nachdem der Ausgang des Kernes 12 'die Spitze erreicht hat, und auf Null zurückkehrt, nachdem der Ausgang des Kernes auf Null zurückgekehrt ist. Wenn umgekehrt die niedergedrückte Taste losgelassen wird, steigt der Ausgang des Kernes 14 vor dem des Kernes 12 an und erreicht seine Spitze bevor demjenigen des Kernes 12 und kehrt auf Null zurück, bevor der Ausgang des Kernes 12 Null erreicht. Diese Differenz in der Übertragungseigenschaft wird durch die Größe und/oder die Stellung der nichtmagnetischen Zonen 17> 23f19 und 25 erreicht, wie dies aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich werden wird.

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Fig. 2Α zeigt schematisch die Stellung der Dauermagneten gegenüber den Kernen 12 und 14, wenn sich der Tasten-Migel in seiner normalen, d.h. nichtgedrückten Stellung befindet. Die Dauermagneten 20 und 26 stehen unmittelbar dem Kern 14 gegenüber, während die Dauermagneten 18 und 24 im wesentlichen jedoch nicht direkt dem Kern 12 gegenüberstehen. Die nichtmagnetischen Zonen 19 und 25 befinden sich über dem Kern 14, wohingegen die nichtmagnetischen A Zonen 17 und 23 den obersten Grenzen des Kernes 12 gegenüberstehen. Somit befinden sich die untersten Enden der nichtmagnetischen Zonen 17 und 23 näher an der horizontalen Achse des Kernes 12 als die untersten Enden der nichtmagnetischen Zonen 19 und 25 gegenüber der horizontalen Achse des Kernes 14.

Bei dem, wie in Fig. 2A gezeigt, gepolten Magneten wird ein Kraftfluß vom Nordpol des Magneten 20 über den Tastenbügelschenkel 28a, durch den Magneten18, über parallele Wege im Kern 12, durch den Magnet 24, den Tastenbügelschenkel 28b, durch den Magnet 26 und über die parallelen Wege im Kern 14 zurück zum Magnet 20 hergestellt.

Ein sekundärer Kraftfluß erstreckt sich unmittelbar vom Schenkel 28a durch den oberen Abschnitt des Tastenbügels zum Schenkel 28b. Da der Kraftfluß den Weg kleteten Widerstandes nimmt, wird der Kraftfluß im Spalt zwischen den

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Magneten 20 und 26 im Kern 14 konzentriert, während der Kraftfluß im Spalt zwischen den Magneten 18 und 24 im Kern 12 konzentriert wird, wodurch die Kerne gesättigt werden.

Wenn jeder der Kerne gesättigt ist, wirkt er nicht als Transformator, so daß ein der Primärwicklung 36 der Kerne zugeführtes Wechselstromsignal keine Signale in der Sekundärwicklung 38 induziert, wenn der Tastenbügel seine Normalstellung einnimmt. Wie in Fig. 3 durch den Punkt A angezeigt, ist die Ausgangsspannung an den Sekundärwicklungen beider Kerne Null, wenn die SchalterverSchiebung Null ist.

Wenn der Tastenbügel niedergedrückt wird, werden alle Dauermagneten und die nichtmagnetischen Zonen abwärts gegenüber den stationären Kernen gedrückt. Die anfängliche Bewegung bewirkt keine Änderung in der Ausgangsspannung an den Sekundäwicklungen, da die Dauermagnete 18, 24, 20 und 26 sich noch aisreichend nahe den Kernen 12 und 14 befinden, um eine Sättigung zu bewirken. Wenn jedoch der Tastenbügel weit genug abwärts bewegt ist (in B¹Xg. 3 mit 0,635 mm bezeigt) beginnen die nichtmagnetischen Zonen 17 und 23,genügend Einwirkung auf die Kraftflußkonzentration im Kern 12 zu haben. Der Grund hierfür ist, daß die nichtmagnetischen Zonen 17 und 23 sich in die Räume näher dem Kern 12 zu bewegen, die

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zuvor durch die Magneten 18 und 24 eingenommen wurden, wodurch die Reluktanz des Kraftflusses durch den Kern 12 erhöht wird. Wenn der Widerstand des Kraftflusses durch den Kern sich erhöht, nimmt der Hagnetfluß ab, so daß der Kern weniger gesättigt wird und beginnt als Transformator zu wirken. Auf diese Weise bewirkt ein der Primärwicklung 36 des Kernes 12 zugeführtes Wechselstromsignal, daß ein kleines Wechselstromsignal an der Sekundärwicklung 38 erscheint.

Da die nichtmagnetischen Zonen 19 und 25 anfänglich weiter von der horizontalen Achse des Kernes 14 entfernt waren als die nichtmagneitsehen Zonen 17 und 23 von der horizontalen Achse des Kernes 12, befinden sich die Zonen und 25 nicht genügend nahe der horizontalen Achse des Kernes 14, um dessen Sättigung zu dem Zeitpunkt zu bewirken, wenn der Kern 12 anfängt, ungesättigt zu werden. Somit entsteht zu diesem Zeitpunkt kein Ausgangssignal an der Sekundärwicklung des Kernes 14. Wenn jedoch der Tastenbügel 28 weiter niedergedrückt wird, bewegen sich die nichtmagnetischen Zonen 19 und 25 genügend nahe an die horizontale Achse des Kernes 14, um einen Einfluß auf di^- Kraftflußkonzentration im Kern auszuüben. Die Magnetisierung des Kernes fällt unter den Sättigungspegel und, wie in Fig. 3 gezeigt, beginnt der Kern ein Wechselstromsignal kleiner Amplitude an seiner Sekundär-

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wicklung zu erzeugen, wenn die Taste etwa 1,27 mm niedergedrückt worden ist.

Bei fortgesetztem Niederdrücken des Tastenbügels lallt die Magnetisierung der Kerne 12 und 14 weiter unter den Sättigungspegel ab, bis der Tastenbügel die in Fig. 2B gezeigte Stellung erreicht. Zu diesem Zeitpunkt sind die nichtmagnetischen Zonen 17 und 23 mit der horizontalen Achse des Kernes 12 ausgerichtet und üben ihren größen Einfluß auf den magnetischen Kraftfluß durch den Kern aus. Der Kern ist im Zustand geringster Magnetisierung und stellt die größe Kopplung zwischen seiner Primärwicklung 36 und seiner sekundären Ausgangswicklung 38 her. Dieser Zustand ist in Fig. 3 durch den Punkt B dargestellt, was anzeigt, daß die Spitze zu Spitze Spannung an der Sekundärwicklung den maximalen Wert hat.

Wie in Fig. 2B gezeigt, haben die nichtmagnetischen Zonen 19 und 25 noch nicht eine ausgerichtete Stellung mit der horizontalen Achse des Kernes 14 erreicht. Obwohl somit der Kern 14 teilweise entsättigt ist, hat er noch nicht den Zustand der geringsten Magnetisierung erreicht und somit ist auch die Ausgangsspannung an seiner Sekundärwicklung noch nicht auf den maximalen Wert gestiegen. Zu diesem 2£Ltpunkt erstreckt sich ein Kraftfluß vom Magnet 20 durch den Tastenbügel 28 zum Magnet 26 und vom Magnet 26

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über parallele Wege im Kern 14 zurück zum Magnet 20.

Wenn der Tastenbügel weiter unter die in Fig. 233 gezeigte Stellung gedrückt wird, bewegen sich die nichtmagnetischen· Zonen 19 und 25 in eine ausgerichtete Stellung mit der horizontalen Achse des Kernes 14, wie dies in Fig. 2C gezeigt ist und der Kraftfluß durch den Kern erre&ht seinen minimalen Wert. Dies gestattet wiederum eine größere Kopplung zwischen den Primär- und Sekundärwicklungen im Kern, so daß die Ausgangsspannung des Kernes ihren Spitzenwert erreicht, wie dies durch den Punkt C in Fig. 3 angedeutet ü.

Wenn in der Zwischenzeit der Tastenbügel weiter unter die in Fig. 2B gezeigte Stellung gedruckt wird, beginnen die nihtmagnetischen Zonen 17 und 23 sich unter den oder fort vom Kern 12 zu bewegen, wobei die Räume, die sie einnahmen, durch die Magnete 16 und 22 eingenommen werden. Auf diese Weise beginnt äer Kraftflußwiderstand durch den Kern 12 abzunehmen, so daß mehr Kraftfluß im Kern konzentriert ist. Der Kraftfluß zu diesem Zeitpunkt erstreckt sich vom Magnet 16 durch den Tastenbügel 28, dem Magnet 22 über die parallelen Wege im Kern 12 zurück zum Magnet 16. Wie in Fig. 3 gezeigt, ist die Ausgangsspannung an der Sekundärwicklung des Kernes 12 auf etwa drei Vierteil ihres Maximalwertes zurück-

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gegangen, wenn die Taste die in Fig. 2 C gezeigte Stellung erreicht.

Wenn sich der Tastenbügel aus der in Fig. 2C gezeigten Stellung in die in Fig. 2 D gezeigte Stellung bewegt, nimmt die Kraftflußkonzentration in beiden Kernen zu. Dies bewirkt Abnahmen in den Ausgangsspannungen an beiden Sekundärwicklungen. Infolge der Stellungen der Dauergmagnetai und der nintmagnetischen Zonen fällt die Ausgangsspannung an der Sekundärwicklung des Kernes 12 zunächst auf Null. Eine weitere geringfügige Bewegung des Tastenbügels bewirkt, daß die Spannung an der Sekundärwicklung des Kernes 14 auf Null abfällt. Dies tritt unmittelbar bevor der Tastenbügel seine untere Grenzstellung, wie in Fig. 2D gezeigt, erreicht, ein.

er-In Fig. 2 D bestehen zwei Kraftflußwege. Einer/streckt sich vom Magnet 16 durch den Schenkel 28a, den Magnet 13 über parallele Wege durch den Kern 14, den Hagnet 24, den Schenkel 28d, den Magnet 22 und über parallele Wege im Kern 12 zurück zum Magnet 16. Ein zweiter Weg erstreckt sich vom Magnet 16 durch don oberen Abschnitt des Tastenbügels 28 zum Magnet

Wenn der Schalter losgelassen wird, ist seine Wirkungsweise genau umgekehrt wie beim Niederdrücken. Wenn die Taste losgelassen wird, drückt die Tastenrückstellfeder 30 den Tasten-

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bügel 28 aus der in Pig. 2D gezeigten Stellung in die in Fig. 2A gezeigte Stellung zurück. Es ist jedoch zu beachten, daß während der Rückstellung der Taste der Ausgang vom Kern 14 seinen Masimälwert erreicht, bevor der Ausgang des Kernes 12 seinen Maximalwert erreiht und dann auf Null zurückkehrt bevor der Ausgang des Kernes 12 Null erreicht.

Fig. 4 zeigt, wie mehrere Tastenschalter gemäß Fig. 1 in w einen kompletten Tastaturkreis eingebaut werden können. Aus Einfachheitsgründen sind nur die Kerne für zwei Tasten, die 7- und 9-Tasten einer binär verschlüsselten Dezimaliastatur gezeigt. Es ist jedoch offensichtlich, daß der Dezimalcode oder andere verwendet werden können, was von der beabsichtigten Verwendung der Tastatur abhängt.

Eine Wechselstromsignalquelle 40 ist an die Primärwicklung 36 angeschlossen, die die Musterkerne 14g und 14^ und die Datenkerne 12g und 12y umgibt. Eine einzige Sekundärwindung 41 umgibt jeden der Musterkerne. Die Sekundärwindung 41 ist über eine Diode 42 an einen Filter angeschlossen, der einen Widerstand 44 und einen Kondensator 46 aufweist. Die Diode und der Filter wirkenals UmwHndler eines Wechselstromes in einen Gleichstrom. Der Ausgang

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des Filters ist mit dem Eingang eines Pegeldetektors 48 verbunden, der beispielsweise ein Schnitt-Trigger sein kann. Der Ausgang des Pegeldetektors ist an einen Differentialkreis angeschlossen, der einen Kondensator 50 und einen Widerstand 52 aufweist. Der Ausgang des Differentiälkreises wird als Eingang einem Impulsgenerator 54 zugeführt. Der Impulsgenerator kann beispielsweise einen monostabilen Multivibrator aufweisen. Der Ausgang des Impulsgenerators äst als ein Eingang eines zwei Eingangtores 56 verbunden. Eine Sekundärwicklung 50 umgibt jeden der Datenkerne und ist als ein zweiter liingang an das Tor 56 angeschlossen. Der Ausgang des Tores 56 ist ein Mustersignal, das über eine Leitung 60 einem Eingang einer Vielzahl von Ausgangstoren 62 zugeführt wird.

Es and vier Ausgangstore 62·vorhanden, die je zwei Eingangsanschlüsse haben. Der erste Eingangsanschluß eines jeden Tores ist mit der Musterausgangssignalleitung 60 verbunden. Mehrere Datenbits 1, 2, 4 und 8 darstellende Sekundärwicklungen sind wahlweise durch die Datenkerne 12 der Tastatur gezogen, wobei jede dieser Sekundärwicklungen als zweiter Eingang an ein bestimmtes der Ausgangstore 62 angeschlossen ist. Beispielsweise wird der Datenkern 12q der 9-Taste von den Datenleitungen durchsetzt,

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die die verschlüsselten Dezimaldatenbits 1 und 8 darstellen, wohingegen der Datenkern 12₇ der 7-Taste von den Datenleitungen durchsetzt ist, die die "binären Datenbits 1, 2 und 4 darstellen.

Die in Fig. 4 gezeigte Schaltung soll unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben werden. Zur Erleichterung der Beschreibung wird die Bezugslinie 64 in Fig. 3 als Spannungspegel angenommen, der den Pegeldetektor 48 auslöst. Weiterhin wird angenommen, daß die Linie 64 den Spannungspegel darstellt, der die Tore 56 und 62 für einen Eingang konditioniert. Es wird aus der folgenden Beschreibung ersichtlich, daß der Spannungspegel, der den Pegeldetektor 48 auslösb, nicht genau derselbe Pegel sein muß, und in den meisten Fällen auch nicht ist, wie derjenige Pegel,der die Tore konditioniert.

Die Wechselstrorasignalquelle 40 führt der Primärwicklung ständig ein Wechselstromsignal zu. Siange keine Taste gedrückt ist, sind alle Datenkerne 12 und alle Husterkerne 14 gesättigt, so daß keine Ausgangssignale an irgendwelchen der Sekundärwicklungen der Kerne erscheinen.

Angenommen, der Operateur drückt die 9-Taste. Wenn die Taste gedrückt wird, beginnen zuerst der Datenkern 12g

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und dann dor Musterkern 14q sich zu sättigen. Wie in Fig.3 gezeigt, beginnt dio Spitze zu Spitzegröi3e der Wechselstrom-Spannung; an den Sekundärwicklungen des Kernes 12g zuzunehmen und erreicht den Bezugnpegel 64, während die Größe der an ehr Sekundärwicklung des Musterkernes 14q induzierten Spannung noch klein ist. Obwohl das Signal der Leitung 58 den Dii'i'erenzpeg-jl β4 üburschrdtet;, blockiert das Tor 56 das Signal, da zu. dioaem Zeitpunkt kein Ausgang vom Impulsgenerator 54 vorhanden ist. Da das Tor 56 blockiert ist, erscheine weiterhin kein Ausgang an der Leitung 60, um das Tor 62 zu konditionieren und somit werden die Weehselstromspannungen der Datenleitungen 1 und 8 daran gehindert, Signale durch die Ausgangstorc zu leiten.

v/enn die 9-TastG weiter niedergedrückt wird, nimmt der Ilraft-.fluß im liusterkern 14,. bi« zu einem Punkt ab, an dem das V/och;/el3trorasignal, das in der Sekundärwicklung 41 induziert ist, den Bozugspegel 64 fibui-nchieLtet, was notwendig ist, um den Pegeldetektor· 43 auszulösen. Das Wechselstromsignal an dor Sekundär'v/icklunr; 'Vl ^:./Lrd ständig durch die Diode 42 gleichgerichtet und durch don Filter 44 bis 46 geglättet, bevor es als GIe Lchntromsigrial dem Schmitt-Trigger Pegeldet'.'klor 43 zugoj'üiu'L v/ii-d. V/enn die Taste weit genug iwcuntür-fedrückt ist, um ein i/echselstromsignal in der Leitung 41 zu bewirken und den Bezugspegel 64 zu überschmten, löst das -Eingangssignal in dem Schmitt-Triggerpegeldetektor 48 den ^chmitt-Tri^-, .\ r,o dal 5 soino Ausgangs spannung ansteigt.

¹ ' ' ^J ' BAD ORIGINAL

Die führende Plante des positivgehenden Ausgangssignals vom Pegeldetektor wird differenziert und dem Impulsgenerator 54 zugeführt, wodurch der Impulsgenerator ausgelöst wird. Der Impulsgenerator ist so eingestellt, daß er einen Ausgangsimpuls vorbestimmter Dauer erzeugt, die sich über wenigstens eine vorzugsweise jedoch über mehrere Perioden der Wechselstromsignalquelle 40 erstreckt.

Die Ausgangsimpulse vom Impulsgenerator 54 kontitionieren einen Eingang des Tores 5ö. Wie in Fig. 3 gezeigt, ist zu diesem Zeitpunkt das Wechselstromsignal an der Sekundärwicklung 58 des Kernes 12_C nahe seinem Maximalwert und reichlich über dem Bezugspegel 64. Daher wird das Tor 56 einmal je Periode dieses Signals an der Wicklung 58 konditioniert und erzeugt einen Husterimpuls an der Leitung 60. Diese Musterimpulse konditionieren die zweiten Eingänge zu den Toren, die die 1- und die 8-Datensignale empfangen und somit werden die 1- und θ~Datensignale durch-die Ausgangstore 62 geleitet, von wo sie einer Datenverarbeitungsvorrichtung zugeführt v/erden kön*ien.

Wach einem vorbestimmten Zeitintervall, das durch die Einstellung des Multivibrators im Impulsgenerator bestimmt wird, endet das Ausgangssignal von Impulsgeneratur und

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blockiert das Tor 56. Bei fehlenfem Ausgangssignal vom Tor 56 werden auch die Tore 62 blockiert.

Y/enn die 9-Tastc weiter niedergedrückt wird, nimmt die Größe der Wechselstromsignale in den 1- und 8-D±enbitleitungen bis Hull ab. Das gleiche trifft für die Wechselstromsignale zu, die an den Sekundärwicklungen 51 und 58 induziert werden. Wenn das Wechselstromsignal an der Sekundärwicklung 41 unter den Bezug$)egel 64 abfällt, kehrt der Schmitt-Trigger im Pegeldetektor 48 in seinen Anfangszustand zurück und der Ausgang des Pegeldetektors fällt auf Null ab. Die führende Kante des negativgehenden Signals wird differenziat und dem Impulsgenerator 54 zugeführt, wobei jedoch die Ausbildung des Impulsgenerators derart ist, daß er nicht auf Hegativimpulse anspricht. Daher bleiben das Tor 56 und das Ausgangsbr 62 blockiert.

Wenn der Operateur die 9-Taste losläßt, beginnt der Musterkern I4q sich vor dem Datenkern 12q zu entsättigen. Wenn die Magnetisierung des Kernes I4q abnimmt, wird in der Wicklung 41 wieder ein Wechselstromsignal zunehmender Gieße erzeugt. Dieses Signa, wird gleichgerichtet und gefiltert und dem Pegeldetektor 48 zugeführt. Wenn die Taste soweit gelöst ist, daß das Wechselstronisignal den Bezugspegel

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überschreitet, wird der Pegeldetektor 48 ausgelöst und erzeugt einen weiteren positiven Ausgang vorbestimmter Dauer, um ein Eingangstor 56 zu konditionieren. Jedoch zu dem Zeitpunkt, wenn das Wechselstromsignal an der Leitung 42 den Bezugspegel 64 überschreitet, iät der Datenkern 12q noch fast vollständig gesättigt und die Größe des Wechselstromsignals an seiner Sekundärwicklung 58 ist beträchtlich kleiner als diejenige, die erforderlich ist, um den zweiten Eingang des Tores 56 zu konditionieren. Daher erzeugt das Tor 56 keinen Musterausgangsimpuls, um die Tore 62 zu konditionieren.

Wenn sich die 9-Taste während ihres Rückhubes weiter aufwärts bewegt, nimmt die Größe des Viechseistromsignals an der Leitung 58 zu und übersteigt den Bezugspegel 64. Zu diesem Zeitpunkt ist der Impuls vom Impulsgenerator 54 beendet, so daß das Tor 56 blockiert bleibt.

Bei weiter fortgesetzter Aufwärtsbewegung der 9-Taste wird der I-Iusterkern 14q wieder gesättigt und das an der Wicklung induzierte Wechselstromsignal fällt wieder unter den Pegel, der notwendig ist, um den Pegeldetektor 48 auszulösen. Der Pegeldetektor kehrt in seinen Normalzustand zurück und erzeugt ein weiteres negativgehendes Ausgangssignal. Wie zuvor,

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übt dieses negativgellende Signal keinen Einfluß auf den Impulsgenerator 54 aus. Eine weitere Aufwärtsbewegung der 9-Taste in ihre Anfangsstellung bewirkt keine andere Wirkung als daiB die Größe der an allen Sekundärwicklungen der Kerne erzeugten Wechselstromsignale auf Null reduziert wird. Dies beendet die Tastaturbetätigung für ein einziges Niederdrücken der Taste und die Tastatur ist nun bereit, daß eine andere Taste niedergedrückt wird.

Es ist nicht notwendig, daß eine Taste vollständig losgelassen ist, bevor die nächste Taste niedergedrükt wird. Wie zuvor gbeschrieben, werden die Ausgangstore 62 nur einmal bei jedem Drücken einer Taste bemustert. Mit Bezug auf Fig. 3 trifft dies zu, wenn das Ausgangssignal vom Musterkern 14 den Bezugspegel 64 erreicht, wenn eine Taste niedergedrückt wird und dauert nur für die Dauer des Impulses, der durch den Impulsgenerator 54 erzeugt wird. Andererseits sind Daten darstellende Signale für die Ausgangsbre 62 während zweier Intervalle eines jeden Tastenhubes erhältlich. Einer dieser Intervalle erscheint beim Abwärtshub der Taste, während die Wechselstromsignale an den Sekundärwicklungen der Datenkerne den Bezugspegel 64 überschiH-ten und der andere erscheint während des Tastenrückhubes, wenn die Wechselstromsignale an den Sekundärwicklungen der Datenkerne den Bezugspegel überschie-ten. Auf diese Weise können zwei Tasten betätigt werden, vorausgesetzt, daß die zweite Taste nicht weit genug niedergedrückt ist, um die Erzeugung eines Impulses

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durch den Impulsgenerator zu bewirken, bis nachdem die vahergehende Taste weit genug losgelassen worden ist, um das Wechselstromsignal an den Sekundärwicklungen der Datenkerne für diese Taste unter den Bezugspegel 64 abfallen zu lassen. Unter Bezugnahme auf die speziellen, in Fig. 3 gezeigten Schaltübertragungseigenschaften heißt dies, daß eine zweite Taste etwa 2,3 mm niedergedrükt werden kann, vorausgesetzt, daß die erste Taste etwa 1,6 mm ihres Rückhubes zurückgelegt hat. Da der gesamte Tastenweg etwa 5 mm beträgt, heißt dies, daß eine zweite Taste etwa 45/i> ihres Gesamtweges niedergedrückt werden kann, bevor die vorhergehend gedrückte Taste etwa zwei Drittel ihres Rückhubes zurückgelegt hat. Hierdurch wird ein weiter Bereich die Tasten zu "überrollen" geschaffen , wenn ein schneller Operateur die Tastatur bedient.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß mit der Erfindung ein einfacher, verläßlicher und billiger Schalter geschaffen ist, der in der Lage ist, sowohl Muster- als auch Datensignale zu erzeugen, während er gleichzeitig eine arteigene Überollfähigkeit hat. Während ein spezielles, bevorzugtes Ausführungsbeispiel im einzelnen beschrieben worden ist, ist es offensichtlich, daß verschiedene Abänderungen und Ersetzungen bei der beschriebenen Ausführungsform möglich and, ohne vom Erfindungsgedanken, wie er in den Ansprüchen zum Ausdruck gebracht ist, abzuweichen.

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Claims

Patentansprüche ι

ΛΪ Festzustandtastensdralter (solid state keyboard switch), dadurch gekennzeichnet, daß ein Datenkern (12) und ein Musterkern (14) (strobe core) vorgesehen sind, die je von Primär- und Sekundärwicklungen (36 bzw. 41) umgeben sind, und daß in einer Halterung (28) der Taste mehrere Magnete (16, 18, 20, 22, 24, 26) beweglich gegenüber den Kernen zur wahlweisen Sättigung derselben so angeordnet sind, daß die Kerne während der zeitlichen Überlappungsintervalle gesättigt werden.
2. Tastenschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung einen Tastenbügel (28) aus magnetischem Material aufweist, der einen ersten und einen zweiten Schenkel (28a bzw. 28b) aufweist, die die Magnete (16,18, 20, 22, 24, 26) hin- und herbeweglich tragen.
3. Tastenschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete drei Magnetpaare (16, 22; 18, 24 und 20, 26) aufweisen, von denen einer eines jeden Paares an dem ersten Schenkel (28a) des Tast .nbügels (28) und der andere dieses Paares an dem zweiten Schenkel (28b) angebracht ist.

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4. Tastenschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete (16-22) des ersten Paares eine Stellung einnehmen, in der sie die Datenkerne (12) sättigen, wenn der Tastenbügel (28) sich in einer ersten Grenzstellung befindet und die Musterkerne (14) sättigen, wenn sich der Tastenbügel in einer zweiten Grenzstellung befindet., und daß die Magnete des zweiten Paares (18, 24) die Datenkerne (12) sättigen, wenn sich der Tastenbügel (28)

α in der zweiten Grenzstellung befindet, während die Magnete des dritten Paares (20, 26) die Musterkerne (14) sättigen, wenn sich der Tastenbügel (28) in der ersten Grenzstellung befindet
5. Tastenschalter nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete (16-26) durch nichtmagnetische Bereiche (17, 19, 23, 25) voneinander getrennt sind, so daß die Kerne (12, 14) ungesättigt werden, wenn der Tastenbügel (28) sich von einer zur anderen Grenzstellung bewegt.
6. Tastenschalter nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Tastcnbügel (28) niederdrückbar ist und die Schenkel (28a, 28b) desselben sich auf den gegenüberliegenden Seiten der Kerne (12, 14) erstrecken, daß Dauermagneten (16-26) verwendet wind, die sich unmittelbar benachbart zu den Kernen bewegen, um wahlweise Kraft-

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flußSättigung in den Kernen zu konzentrieren, wobei die Magnete und die nichtmagnetischen Zonen (17,19, 23, 25) so gegenüber den Kernen angeordnet sind, daß beim Niederdrücken des Tastenbügels die Kraftflußkonzentration in einem der Kerne früher abzunehmen beginnt als die in dem anderen Kern.
7. Tastenschalter nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch Λ gekennzeichnet, daß die Ma."«gnete( 16-26) und die nichtmagnetischen Zonen (17, 19, 23, 25) so gegenüber den Kernen (12, 14) angeordnet sind, daß beide Kerne gesättigt sind, wenn der Tastenbügel (28) entweder nicht oder vollständig niedergedrückt ist.
S. Tastenschalter nach einem dr Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Kerne (12, 14) von einer Primärwicklung (36) und wenigstens einer Sekundärwindung (41) umgeben ist.
9. Tastenschalter nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerne (12, 14) als Toroidkerne ausgebildet sind und aus einem einen geringen Restmagnetismus aufweisenden Material bestehen.

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10. Tastatur mit mehreren Tastenschaltern nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß Daten darstellende Sekundärwindungen (41) wahlweise die Datenkerne (12) in einem Codemuster umgeben, daß Mittel (40) vorgesehen sind, durch die allen Primärwicklungen (36) ein Wechselstromsignal zuführbar ist, das an der die Kerne (12, 14) einer Taste umgebenden Sekundärwindung beim Niederdrücken des Tastenbügels (28) Wechselstromsignale erzeugt, und daß auf die Wechselstromsignale der Sekundärwindungen ansprechende Mittel (42, 48, 54) vorgesehen sind, die zur Steuerung der Übertragung der Wechselstromsignale an den Sekundärwindungen der Datenkerne von der Tastatur dienen.
11. Tastatur nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die die Übertragung der Signale steuernden Mittel einen mit der Sekundärwindung (41) des Musterkernes (14) verbundenen Umwandler (42) für die Wechselstromsignale in Gleichstromsignale, einen auf den Umwandler ansprechenden Pegeldetektor (48) und einen auf den Pegeldetektor ansprechenden Impulsgenerator (54) aufweisen.
12. Tastatur nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenkerne (12) von einer weiteren Sekundärwicklung (41) umgeben sind, und daß eine auf den Impulsgenerator (54) und die weitere Sekundärwicklung

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ansprechende Torschaltung (56) zur Erzeugung eies Musterimpulses vorgesehen ist, der die Signalübertragung steuert.
13· Tastatur nach einem der Ansprüchw 10-12, dadurch gekennzeichnet, daß der Pegeldetektor (48) einen Schmitt-Trigger aufweist.
14. Tastatur nach einem der Ansprüche 10-13» dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgenerator (54) einen monostabilen Multivibrator aufweist, der auf positivgehende Ausganpsignale des Triggers anspricht.

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