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Fühler- bzw. Tastkopf für magnetfeldabhängige Widerstände Die Erfindung
betrifft einen Etihler- bzw. Tastkopf für magnetfeldab?iängige Widerstände, die
ihren Widerstandswert unter Einwirkung eines Hagnetfeldes ändern und die in einem
Gehäuse oder Block mit Steck-, Löt- oder Schraubanschlüssen angeordnet sind.
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In der Reihe der elektronischen Bauelemente sind sogenannte magnetfeldabhängige
Widerstände bekanntgeworden, die unter Einwirkung eines magnetischen Feldes ihren
Widerstandswert ändern. Derartige magnetfeldabhängige Widerstände werden beispielsweise
in kontaktlosen elektronischen Relais als Steuerelement verwendet, wo sie in eine
Widerstandsbrücke geschaltet sind, die mit einem Transistorverstärker verbunden
ist. Beim Stromfluß durch die Relaisspule wird im Kern der Spule ein Magnetfeld
erzeugt, welches auf den im Innern angeordneten magnetfeldabhängigen Widerstand
einwirkt, der dadurch seinen Wert ändert und somit den Schaltvorgang auslöst.
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b'a#netfeldattängige Widerstände können ferner zur Signal-, Positions-,
Schwingungs- und Drehzahlanzeihge verwendet werden, indem sie dem magnetfeld eines
an ihnen vorbeibewegten Dauermagneten ausgesetzt werden. Durch die langsame oder
sprunghafte Änderung des Magnetfeldes wird in einer entsprechenden Widerstandsbrücke,
in welche die #gnetfelda#ngigen Widerstände geschaltet sind, eine
Spannungs-
bzw. Stromänderung bewirkt, die nach erfolgter Verstärkung angezeigt oder aufgezeichnet
werden kann.
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Ferner können die magnetfeldabhängigen Widerstände auch zur kontaktlosen
Zündung bei Verbrennungsmotoren anstelle des bisher üblichen Unterbrechers verwendet
werden, indem sie dem Magnetfeld eines Dauermagnetsystems ausgesetzt werden, das
sich auf einer Scheibe befindet, die sich mit dem Verteilerfinger des Verteilers
umdreht.
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Die magnetfeldabhängigen Widerstände sind dabei in einer geeigneten
Trans is torschaltanordnung untergebracht, welche beispielsweise im gewünschten
Augenblick die Zündung eines Thyristors einleitet und damit den Strom in der Primärwicklung
der Zündspule einleitet.
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Da die Änderung des Widerstandswertes eines magnetfeldabhängigen Widerstandes
unter anderem wesentlich von der Dichte der magnetischen Kraftlinien sowie der Stärke
des Magnetfeldes abhängt, erscheint es zweckmäßig, im Sinne einer großen Widerstandsänderung
eine verhältnismäßig dichte Feldlinienkonzentration durch den magnetfeldabhängigen
Widerstand
zu bewirken0 Die Erfindung hat sich daher zur Aufgabe gestellt, zur Vergrößerung
der relativen Widerstandsänderung einen Fühler- bzw Tastkopf für die magnetfeldabhängigen
Widerstände zu schaffen ~und ferner soll mit dem Yühler- bzw.
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lastkopf gemäß der Erfindung eine einfache Handhabung und eine vielseitige
Anwendung des magnetfeldabhängigen Widerstandes zur Lösung der verschiedensten Steuerungs-,
Regelungs-und Anzeigeaufgaben ermöglicht werden.
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Zur Lösung der gestellten AulFbe wird gemäß der Erfindung ein Fühler-
bzw. Tastkopf für magnetfeldabhängige Widerstände, die ihren Widerstandswert unter
Einwirkung eines Magnetfeldes ändern und in einem Gehäuse oder Block mit Steck-,
Löt- oder Schraubanschlüssen untergebracht sind, vorgeschigen, welcher dadurch gekennzeichnet
ist, daß mindestens ein magnetfeldabhängiger Widerstand in einem Luftspalt eines
offenen ferromagnetischen Kernes angeordnet ist.
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Nach einer besonderen Ausführungsform des Fühler- bzw.
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Tastkopfes gemäß der Erfindung weist der aus weichmagnetischem Material,insbesondere
Weicheisen,bestehende ferromagnetische Kern eine U-, C- oder H-jochförmige Gestalt
auf, wobei die freien Schenkeiflächen des Joches entweder aus dem Gehäuse herausragen
oder mit der Gehäuse fläche eine Ebene bilden. Der magnetfeldabhängige Widerstand
ist dabei vorzugsweise in einem Schrägspalt im Mittelstück des ferromagnetischen
Joches angeordnet und mit einer Kunststoffmasse in einem Gehäuse vergossen.
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Der Fühler- bzw. Tastkopf der Erfindung kann auch als selbsttragender
Kunststoffblock durch Umgießen des Joches mit dem magnetfeldabhängigen Widerstand
ausgebildet sein.
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Mit dem erfindungsgemäßen Fühler- bzw. Tastkopf werden mehrere Vorteile
erreicht. So wird durch das ferromagnetische Joch eine magnetische Kraftlinienkonzentration
im Innern des Joches und damit auch in dem Luftspalt bewirkt, in welchem sich der
magnetfeldabhängige Widerstand befindet.
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Ein an den freien Schenkeiflächen des Joches vorbeibewegter Magnet
wird daher im Innern des Joches aufgrund der besseren magnetischen Leitfähigkeit
eine Vergrößerung der Kraftflußdichte
bewirken, die auf den magnetfeldabhängigen
Widerstand konzentriert wird. Dadurch kann erreicht werden, daß die Änderung des
Wertes des magnetfeldabhängigen Widerstandes bei einem gegebenen Magnetfeld maximal
wird, was sich günstig auf den nachfolgenden Verstärker und die Anzeigevorrichtung
auswirkt. werner kann der magnetfeldabhängige Widerstand mit dem ferromagnetischen
Joch in einfacher Weise in einem Kunststoffgehäuse, beispielsweise in zylindrischer
Form, mit Kunststoff ausgegossen oder mit einer entsprechenden Kunststoffmasse ummantelt
werden. Dadurch ist eine einfache Handhabung und vielseitige Anwendungsmöglichkeit
des magnetfeldabhängigen Widerstandes gegeben, Anhand der Zeichnungen soll am Beispiel
einiger bevorzugter Ausführungsformen der Fühler- bzw. Tastkopf gemäß der Erfindung
näher erläutert werden.
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In den Zeichnungen zeigt Fig. 1 einen Schnitt und eine Draufsicht
auf eine Ausfühntngsraöglichkeit des i?ühler- bzw. Tastkopfes.
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Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform des tMhler-bzw. lastkopf
gemäß der Erfindung im Schnitt und in Draufsicht.
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Fig. 3 stellt eine Abwandlung der Ausführungsform gemäß rig. 2 dar.
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Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform im Schnitt und in Draufsicht eines
topfförmigen Fühler- bzw. Tastkopfes.
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Fig. 5 zeigt im Schnitt und in Draufsicht eine Abwandlung der Ausführungsform
gemäß Fig. 4.
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Yig. 6 zeigt einen Tastkopf zur Verwendung bei der Wiedergabe von
Signalen, die auf magnetischen Aufzeichnungsträgern aufgebracht sind.
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Fig. 7 zeigt im Schnitt und in Draufsicht eine Abwandlung der Ausführungsform
gemäß Fig. 6.
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Fig. 8 zeigt eine Anwendungsmöglichkeit der Ausführungsform gemäß
Fig. 4 bzw. Fig. 5.
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Fig. 9 zeigt eine Anwendungsmöglichkeit der Ausführungsform gemäß
Fig. 2 bzw. Fig. 3 bei Anwendung einer kontaktlosen Zündung.
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Fig. 10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einem beliebigen
Fühler- bzw. Tastkopf zur Anzeige des Barometerstandes.
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Wie in Fig. 1 gezeigt, besteht der Fühler- bzw. Tastkopf gemäß der
Erfindung aus einem ferromagnetischen U-förmigen Joch 1 mit den zwei Schenkeln 2
und 3. Das Material kann beispielsweise Weicheisen in Form von Blechlamellen oder
ein oxydischer Werkstoff mit geeigneten ferromagnetischen Eigenschaften sein. In
einem Schrägspalt 4 ist im Mittelteil des U-förmigen Joches ein magnetfeldabhängiger
Widerstand 5 untergebracht. Das gesamte Joch ist bis auf die Freiflächen 6 und 7
der beiden Schenkel 2 und 3 mit einer Kunststoffmasse 8 umgossen bzw. in ein entsprechendes
Gehäuse eingesetzt, das mit einer Kunststoffmasse ausgegossen ist. Die beiden Enden
des magnetfeldabhängigen Widerstandes 5 sind an Lötfahnen 9 und 10 angeschlossen,
die
auch als Stecker oder Schraubanschlüsse ausgebildet sein können.
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In Fig.' 2 ist ein Fühler- bzw, Tastkopf dargestellt, der vornehmlich
in Verbrennungsmotoren mit Magnetzündung Verwendung finden kann. Das ferromagnetische
Joch 11 ist in der dargestellten Ausführungsform halbkreisförmig ausgebildet und
in einem Block 12 aus Kunststoff eingelagert.
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Die abgerundete Fläche 13 des Blockes 12 bildet mit den Freiflächen
14 und 15 des Joches 11 eine Fläche und ist einer Kreisringscheibe angepaßt, die
an ihrer Innenseite eine Magnetanordnung trägt. Ein Anwendungsbeispiel ist die in
big. 9 gezeigte Anordnung. Die Feldplatte 5 befindet sich in einem Schrägschlitz
im Joch 11, und die beiden Anschlußdrähte sind bei 9 und 10 in blorm von Stiften
aus dem Block 12 herausgeführt.
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Ylg, 3 zeigt eine ähnliche Ausführungsform wie Fig. 1, nur mit dem
Unterschied, daß das Joch 11 zwei Schrägspalten aufweist, in welchen je ein magnetfeldabhängiger
Widerstand 5 angeordnet ist.#aus dem gleichen ferromagnetischem
Material
wie das Joch bestehende zwischen stück 16 kann auch durch einen Dauermagneten ersetzt
werden, der die beiden magnetfeldabhängigen Widerstände auf einen festen Widerstand
magnetisch vorspannt. Durch eine geeignete Differenzschaltungsanordnung kann bewirkt
werden, daß die Temperaturabhängigkeit der beiden magnetfeldabhängigen Widerstände
5 weitgehend ausgeschaltet wird.
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In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsmöglichkeit des Fühler- bzw.
Tastkopfes gemäß der Erfindung dargestellt.
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In einem zylinderförmigen Lopf 17 aus ferromagnetischem Material ist
am Boden zentrisch der magnetfeldabhängige Widerstand 5 eingesetzt. Auf diesen Widerstand
ist ein Kern 18 aus ferromagnetischem Material gesetzt, wobei zwischen dem Kern
18 und der Topfwandung 17 ein nichtmagnetisches Material 19 eingebracht ist. Dieses
Material kann aus einem geeigneten Metall oder zweckmäßigerweise aus einem eingespritzten
Kunststoff bestehen, der die Teile 5, 17 und 18 zueinander festhält. Das Ganze kann
noch mit einer Kunststoffumhüllung 20 versehen werden, aus welcher die beiden Anschlüsse
9 und 10 für den magnetfeldabhängigen
Widerstand herausragen.
Die Fläche 21 ist plan. Beim Auflegen eines Magneten auf die Fläche 21 fließen die
magnetischen Kraftlinien durch die Wandung des Topfes 17 und den Kern 18 durch den
magnetfeldabhängigen Widerstand 5 und verändern so seinen Wert.
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Durch den geschlossenen ferromagnetischen Topf werden praktisch alle
Kraftlinien durch den magnetfeldabhängigen Widerstand 5 geleitet, wodurch sich eine
maximale Widerstindsänderung ergibt. Selbstverständlich kann der magnetfeldabhängige
Widerstand auch zwischen dem Kern 18 oder am Ende desselben, wie gestrichelt dargestellt,
in einem entsprechenden Spalt oder einer entsprechenden Aussparung untergebracht
werden.
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In Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsmöglichkeit dargestellt, bei
welcher der in der Ausführungsform von Fig. 4 gezeigte Kern 18 durch einen zylinder
oder stabförmigen Dauermagnet 22 ersetzt ist. Damit ist der magnetfeldabhängige
Widerstand 5 entsprechend der Stärke des Magneten 22 vorgespannt, und es genügt
dann bereits ein ferromagnetischer Teil, welches in die Nähe der Fläche 21
gebracht
oder auf dieselbe aufgelegt wird, um eine Widerstandsänderung des magnetfeldabhängigen
Widerstands 5 zu bewirken.
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Selbstverständlich können auch bei den in den Fig. 4 und 5 dargestellten
Ausführungsformen zwei oder mehrere magnetfeldabhängige Widerstände vorgesehen sein,
um entweder in entsprechender Differentialschaltung die Tesperaturabhängigkeit zu
kompensieren oder um die magnetfeldabhängigen Widerstände an getrennte, nachfolgende
Kreise anzuschließen.
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In Fig. 6 ist ein fast vollständig geschlossenes kreisförmiges Joch
23 vorgesehen, bei welchem sich im oberen Spalt der magnetfeldabhängige Widerstand
5 befindet und welches unten einen sehr engen Spalt 24 aufweist, der nur einige
/u betragen kann. Das Joch 23 kann in geeigneter Weise mit einem Kunststoff 24 umgossen
sein, so daß die vordere freie Fläche am Spalt 24 aus dem Kunststoff herausragt.
Die in Fig. 6 dargestellte Ausführungsform des Tastkopfes gemäß der Erfindung kann
beispielsweise
zur Abtastung von magnetischen Aufzeichnungen auf einem Aufzeichnungsträger, beispielsweise
einem Magnetband, verwendet werden. Von besonderem Vorteil ist dabei, daß nicht
nur, wie dies bei den be-.
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kannten Widergabeköpfen der Magnetaufzeichnungs- und Wiedergabetechnik
möglich ist, schnelle Magnetfeldänderungen ermittelt werden können, es ist vielmehr
möglich'auch Aufzeichnungen auf einem magnetischen Aufzeichnungsträger abzutasten,
wenn dieser nur an die Stelle der magnetischen Aufzeichnung bewegt wird. Wird der
Aufzeichnungsträger dann angehalten, so bleibt der Wert des magnetfeldabhängigen
Widerstands 5 so lange auf dem sich durch die Einwirkung des Magnetfeldes ergebenden
Betrag, wie sich der Spalt 24 an der magnetischen Aufzeichnungsstelle befindet.
Damit ist auch eine quasi statische Abtastung eines magnetischen Aufzeichnungsträgers
mit dem lastkopf gemäß der Erfindung möglich.
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In Yig. 7 ist eine abgeänderte Ausführungsform des Tastkopfes gemäß
Fig. 6 dargestellt. dier sind wiederum in zwei Spalten zwei magnetfeldabhängige
Widerstände 5 vorgesehen, die durch ein Dauermagnetstück 26 magnetisch vorgespannt
sind.
Auf diese Weise kann wiederum die Temperaturabhängigkeit durch eine geeignete Differentialschaltung
kompensiert werden.
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In Fig. 8 ist ein Anwendungsbeispiel mit einem Tastkopf gemäß den
Fig. 4 oder 5 dargestellt. In dem gezeigten Beispiel ist dem Tastkopf eine Dauermagnetanordnung
gegenübergestellt, die aus einem genau gleich-geformten ferromagnetischen Topf 27
besteht, auf dessen Boden ein Dauermagnet 28 aufgesetzt ist. Der ringförmige Zwischen
raum ist mit einem nichtmagnetischen Material 29, beispielsweise einem Kunststoff,
ausgefüllt. Weist nun die Magnetanordnung 27, 28, 29 an ihrer äußeren Freifläche
30 die gleiche Polarität auf; wie der Tastkopf an seiner Freifläche 21, so haben
die beiden Systeme die Neigung, sich gegeneinander abzustoßen. Werden sie gewaltsam
zusamnengedriickt, so ergibt sich eine Federwirkung,und beim Zusaimnendrücken ändert
sich der Widerstandswert des magnetfeldabhängigen Widerstands 5. Auf diese Weise
können beliebige Schalt- und Steueraufgaben durchgeführt werden.
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Bei gleicher Polarität der beiden Systeme ziehen sich diese stark
an, wodurch sich ebenfalls der Wert des magnetfeldabhängigen
Widerstandes
5 ändert. Bei Einstellung eines bestimmten Abstandes kann durch Zwischenbringung
eines ferromagnetischen Körpers 31 eine Kraftlinienänderung bewirkt werden, wodurch
sich auch der Widerstandswert des Widerstands 5 ändert.
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In Fig. 9 ist eine Möglichkeit der Anwendung des Fühler-bzw. Tastkopfes
gemäß den Fig. 2 und 3 dargestellt. Der dort beschriebene Tastkopf sitzt auf einer
feststehenden Kunststoffscheibe 32 mit einer Öffnung 33. Um diese Scheibe herum
läuft ein Ring 34, in welchem sich eine Dauermagnetanordruing 35 befindet. Der nur
im Prinzip dargestellte Ring 34 läuft itit der Nockenwelle eines Verbrennungsmotors
um und entspricht in seiner jeweiligen Stellung der Stellung des Kolbens des Verbrennungsmotores.
Der magnetfeldabhängige Widerstand 5 steht über eine nicht dargestellte rransistor-
und Thyristoranordnung mit der Zündspule in Verbindung. Dabei ist die Anordnung
so getroffen, daß,wenn der Dauermagnet 35 an Joch 11 vorbeibewegt wird, der magnetfeldabhängige
Widerstand 5 seinen Wert ändert und der Zündfunke ausgelöst wird. Durch genaues
Einstellen
der Dauermagnetanordnung 35 auf dem Ring 34 kann jeder beliebige und gewünschte
Zündpunkt unter Vermeidung von mechanischen Kontakten eingestellt werden, Es ist
ferner auch möglich, bei Spezialmotoren auf dem Umfange des Ringes 34 mehrere Dauermagnetanordnungen
vorzusehen, die in sdchen Abständen voneinander angeordnet sind, daß sie entsprechend
dem erforderlichen Zündprogramm an den gewünschten stellen des Kolbens den zündfunken
erzeugen.
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In Fig. 10 ist eine Anwendungsmöglichkeit mit einem Yühler-bzw. Tastkopf
gemäß der Erfindung dargestellt, bei dem insbesondere die Ausführungsform gemäß
Fig. 1 Anwendung finden kann, wobei aber auch die Ausführungen gemäß den Fig. 4
und 5 verwendet werden können. Es handelt sich hierbei um die kontakt lose Messung
und Anzeige des Barometerstandes eines Aneroidbarometers. Das Barometer besteht
aus einer luftleer gepumpten Dose 36, die aus zwei,Rlllenmembranen 37 besteht, die
am Rande luftdicht zusammengefügt sind. Die beiden Membrane werden durch Federn
38 auseinandergehalten, so daß sie durch den normalen äußeren
Luftdruck
nicht eingedrückt werden. ändert sich nun der Luftdruck, so werden die Membrane
37 mehr oder weniger stark in Richtung des Doppelpfeiles 39 auseinandergezogen oder
zusammengezogen. An der Oberseite einer Membran 37 ist eine kleine Dauermagnetanordnung
40 untergebracht, die auf einen Tastkopf gemäß der Erfindung einwirkt, d.h. die
sich diesem Tastkopf entsprechend der Stellung der oberen Membrane 37 mehr oder
weniger nähert. Der magnetfeldabhängige Widerstand 5 ist über eine Brücke mit einen
Verstärker 41 verbunden, dessen Ausgang mit einem Anzeigegerät 42 in Verbindung
steht. Je nach dem wie groß der Luftdruck ist, wird der Dauermagnet mehr oder weniger
in Richtung auf den Tastkopf bewegt, wodurch der Wert des magnetfeldabhängigen Widerstands
größer oder kleiner wird.
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Die entsprechende Anzeige erfolgt nach Verstärkung auf dem Instrument
42, das direkt in Einheiten der Luftdruckmessung geeicht sein kann.
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Selbstverständlich zeigen die dargestellten Beispiele nur einige Ausführungsmöglichkeiten
mit dem Fühler- bzw.
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Tastkopf gemäß der Erfindung und es ist eine Vielzahl
von
Anwendungsmöglichkeiten auf dem Gebiete der Regel-, Steuer- oder Meßtechnik möglich.