-
Vorrichtung zur Betätigung eines kontaktlosen Schalters mit einem
Hall element oder einem magnetfeldabhängigen Widerstand Die Erfindung betrifft eine
Vorrichtung zur Betätigung eines kontaktlosen Schalters bei dem ein Magnet mit seinem
Magnetfeld relativ zu einem Hall element oder einem magnetfeldabhängigen Widerstand
bewegbar ist.
-
Es ist bekannt auf magnetischem Wege Impulse all erzeugen.
-
Dabei wird ein sogenanntes Hall element oder ein magnetfeldabhängiger
Widerstand in einem Magnetfeld bewegt. Je nach Stärke des Magnetfeldes wird dabei
im Hallelement eine Spannung unterschiedlich gesteuert oder durch den feldabhängigen
Widerstand eine Ausgangsspannung verändert. Derartige Anordnungen, die überwiegend
als kontaktlose Schalter, Tasten usw. verwendet werden, sind bspw. durch die deutsche
Patentanmeldung B 32 323 VIIIa/21aX und die DT-AS 1 074 647 bekannt geworden.
-
Bei der erstgenannten bekannten Anordnung-wird ein auf einem Rotationskörper
befestigtes Hallelement unter einem Dauermagneten hindurch bewegt. Diesem Dauermagneten
gegenüber ist auf der anderen Seite. des Rotationskörpers ein weiterer Dauermagnet
angeordnet, der die Aufgabe hat1 das vom ersten Magneten erzeugte Magnetfeld möglichst
gebündelt durch den Rotationskörper su führen. Der Rückfluß des Magnetfeldes erfolgt
durch einen, die gesamte Anordnung umgebenden Mantel. Es kann dabei jedoch nicht
vermieden werdent daß vom ersten Magneten Streufelder direkt auf den Mantel übergehen.
Dadurch entsteht eine mehr oder
weniger geringe Hallspannung bereits
vor Erreichen des Magneten und auch nach Verlassen desselben. Die vom Hallelement
abgegriffene Spannung verläuft somit sinusförmig, wobei die höchsten und niedrigsten
Werte dann erzielt werden, wenn das Hallelement sich jeweils in den Symmetrieachsen
der beiden Dauermagnete befindet. Um diese Sinusspannung in Rechteckimpulse umzuwandeln,
wird in bekannter Weise dem Hall element ein Triggerverstärker nachgeschaltet.
-
Bei den bisher bekannten Hallgeneratoren wird somit das Hall element
zunächst mit einer geringen Feldstärke des Magnetfeldes beaufschlagt, bis es dann
etwa in der Mitte des Feldes die höchste Feldstärke erreicht und dann wieder durch
ein schwächer werdendes Magnetfeld bewegt wird. Dies bedeutet, daß zur Erzeugung
eines Rechteckimpulses vom Hallelement eine relativ große Wegstrecke zurückzulegen
ist. Um trotzdem mit einer kurzen Bewegung eine einwandfreie Impulserzeugung zu
gewährleisten, muß das Magnetfeld auf einen kleinen Bereich der Bewegung des Hallelementes
konzentriert sein. Dies kann entweder durch einen schmalen Magneten oder durch besondere
Pol schuhe erreicht werden.
-
In jedem Falle aber ist eine aufwendige Konstruktion erforderlich.
Wenn insbesondere bei Schaltern und Drucktasten die Forderung gegeben ist, daß eine
Impulserzeugung bereits bei geringer Bewegung des Tastenkopfes erfolgen soll, so
sind die bekannten Hallgeneratoren kaum zu verwenden oder die Bewegung des Tastenkopfes
muß durch zusätzliche Hilfsmittel verlängert werden.
-
Die gleichen Nachteile ergeben sich, wenn statt des Hallelementes
än feldabhängiger Widerstand verwendet wird. Bei der oben erwähnten bekannten Anordnung
nach der DT-AS 1 074 647 werden ebenfalls zwei Dauermagnete verwendet1 deren Magnetfeld
derart
durch den Widerstand geführt sind, daß sie sich gegeneinander in diesem Bereich
aufheben Der die angelegte spanmmg beeinflussende Widerstand ist dabei am geringsten.
Wird nun einer dieser Magnete bewegt, so verändert sich der magnetische Gesamtfluß
im Widerstand und der Widerstandswert steigt.
-
Diese Anordnirng hat darüber hinaus den Nachteil1 daß eine relativ
hohe magnetische Induktion in der Größenordnung von 104 Gauß erforderlich ist.
-
Der Erfindung liegt die Au-fgabe zugrunde, diese Nachteile z11 vermeiden
und eine Vorrichtung zur Impulserzeugung zu schaffen, bei der relativ kleine magnetische
Induktionen erforderlich sind, deren Abschaltpunkt unabhängig von Temperatur- und
Spannungsschwankungen1 der Weg des zu bewegenden Teiles, z.B. des Magneten, sehr
klein ist und die im Aufbau einfach gehalten ist. Dies wird dadurch erreicht, daß
zwei sich gegenüberliegende Magnete vorgesehen sind, deren entgegengerichtete Magnetfelder
eine magnetisch neutrale Zone aufweisen, die senkrecht zu beiden Magneten verläuft
und die das Hallelement oder den magnetfeldabhängigen Widerstand bei der relativen
Bewegung beider Magnete senkrecht schneidet. Gemäß weiterer Ausbildung der Erfindung
sind die beiden Magnete lateral polarisiert. Ihre Gegenpole stehen sich dabei gegenüber,
so daß ein magnetisch geschlossener Kreis entsteht und die neutrale Zone innerhalb
dieses Kreises liegt. Wird nun das Hallelement von einer Site zwischen die beiden
Magnete oder werden beide Magnete über das Hallelement geschoben so wird zunächst
in dem mit Steuerstrom betriebenen Hallelement in an sich bekannter Weise eine Hallspannung
entstehen. Sobald nun das Hallelement die neutrale Zone innerhalb dieses geschlossenen
Magnetkreises erreicht, wird die erzeugte Hallspannung sehr schnell den Wert Null
erreichen. Wird das Hallelement dann in der gleichen Richtung weiterbewegt, so steigt
die
Spannung ebenfalls sehr schnell auf den negativen Höchstwert
an. Der Spannungsanstieg ist dabei abhangig von der Magnetisierungsstärke der Magnete
und dem Abstand der Pole auf den beiden, gleich ausgebildeten und lateral polarisierten
Magneten. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß unabhängig von Temperatur- ltnd Spannungsschwankungen
gleich große Hallspannungen stets an den gleichen, und damit genau definierbaren
Stellen erreicht werden.
-
Stehen zur Impulserzeugung nur relativ geringe Wegstrecken zur Verfügung,
bspw. ist dies bei Drucktasten der Fall, so wird gemäß weiterer Ausbildung der Erfindung
die Ausgangsstellung des Hallelementes oder des magnetfeldabhängigen Widerstandes
in die neutrale Zone verlegt und das Element zur Spannungserzeugung aus dieser Lage
heraus verschoben.
-
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Beispieles näher erläutert.
Es zeigen: Figuren 1 und 2 eine Prinzipanordnung gemäß der Erfindung in stark vergrößertem
Maßstab und deren magnetischer Flußverlauf, Fig. 3 ein Beispiel für die Anwendung
der Anordnung nach der Erfindung.
-
Zur Erzeugung eines ringförmig geschlossenen und damit streufeldarmen
Magnetfeldes 5 mit einer neutralen Zone 6 sind zwei Dauermagnete 1 und 2 vorgesehen,
die lateral polarisiert sind.
-
Irgendwelche Rückflußplatten sind nicht erforderlich. Anstelle der
Dauermagnete sind auch Elektromagnete verwendbar, deren Wicklungen so geschaltet
sind, daß die Polanordnung die gleiche ist. Die beiden Magnete 1 und 2 können relativ
klein ausgebildet werden, so daß die beiden Pole N und S jeweils etwa 2 bis 3 mm
auseinanderliegen. Der Abstand der beiden Dauermagnete
l und 2 voneinander
richtet sich nach der Stärke des Trägers 4 für das Hallelement oder den feldabhänigen
Widerstand 3 und beträgt ebenfalls 1 bis 3 mm.
-
kirch diese gedrungene Bauweise der Anordnung wird der in Fig. 2 dargestellte
magnetische Flußverlauf erzielt. Bei der Bewegung des mit Steuerstrom betriebenen
Hallelementes 3 in Pfeilrichtung P wird in diesem eine der Magnetfeidstärke proportionale
Spannung erzeugt, die dem in Fig. 2 dargestellten magnetischen Flußverlauf entspricht.
Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß die Hall spannung stets an einem definierten
Punkt der Wegstrecke den Wert Null erreicht und relativ schnell ansteigt und im
gewählten Beispiel bereits nach einer kurzen Wegstrecke den höchsten Wert erreicht.
-
Wird eine Hall spannung oder eine magnetfeldabhängige Widerstandsänderung
durch Bewegung einer Drucktaste erzeugt, so wird die Ausgangslage des Hallelementes
3 oder des Widerstandes zweckmäßig in die neutrale Zone 6 verlegt. Eine derartige
Anordnung ist in Fig. 3 dargestellt. Der in Pfeilrichtung P bewegbare Tastenschaft
11 mit Tastenkopf ist in einem Tastengehxiuse 7 geführt und besitzt innerhalb dieses
Gehäuses einen Magnetträger 8. Dieser Magnetträger 8 wird durch die Rückstellfeder
9 in seiner oberen Lage in Ruhestellung gehalten. Im Boden des Tastengehäuses 7
ist die Trägerplatte 4 mit dem Hallelement ortsfest angeordnet. Auf dieser Trägerplatte
4 können in bekannter, nicht dargestellter Weise Steuerelemente, wie Trigger-Verstärker,
Widerstände usw., in integrierter Schalttechnik angeordnet sein. Die Anschlußstecker
10 dieser integrierten Schaltung ragen nach außen aus dem Tastengehäuse 7 heraus.
In dem Magnetträger 8, der vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt ist, sind die
beiden Dauermagnete 1 und 2 derart befestigt, daß die neutrale Zone ihrer Magnetfelder
in
Ruhelage durch das Hallelement oder den magnetfeldabhängigen
Widerstand 3 hindurchgeht. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, genügt ein relativ kurzer
Hub des Tastenschaftes 11, um die zur Impulserzeugung erforderliche Spannung bzw.
Spannungsänderung zu erzielen.