DE2514131C3

DE2514131C3 - Kontaktlose Schalttaste, insbesondere fur Tastaturen zur Erzeugung elektrischer Signale

Info

Publication number: DE2514131C3
Application number: DE2514131A
Authority: DE
Inventors: Albert Watson Cary N.C. Vinal (V.St.A.)
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1974-04-08
Filing date: 1975-03-29
Publication date: 1978-11-30
Also published as: FR2266918B1; IT1031599B; GB1472845A; US3911429A; FR2266918A1; DE2514131A1; DE2514131B2; JPS5198919A

Description

Diese Erfindung betrifft eine kontaktlose Schalttaste, insbesondere für Tastaturen, mit einer beim Tastenanschlag in vertikaler Richtung auslenkbaren und durch ein Federelement rückstellbaren Betätigungseinrichtung, einen damit verbundenen Tastenstößel, ein damit gekoppeltes Schnappwerk mit einem am Tastenstößel befestigten Schaltmagneten, der in der Ruhe- und in der Auslenkstellung der Taste jeweils an einem am Gehäuse befestigten Anker bis zu einem vorbestimmten Tastenleerhub haftet und der plötzlich bei einer Druckkraft, die größer ist als die Haftkraft, in die andere Schaltstellung springt, wobei durch eine relative Verschiebung zwischen einem magnet-elektrischen Wandler in einem von zwei antiparallelen Magnetflüssen durchdrungenen Luftspalt eines zwei Polpaare aufweisenden Erregermagneten der Wandler ein elektrisches Schaltsignal erzeugt.

Derartige Schalttasten werden als einzelne elektrische Signalgeber in relativ kleiner Stückzahl als manuell betätigbare Befehlsgeber für Steuerungsanlagen benützt, und in sehr großer Stückzahl werden sie in Tastaturen zur Dateneingabe von numerischen, alpha-numerischen und/oder sonstigen Zeichen verwendet. Solche Tastaturen benötigt man beispielsweise zur Eingabe von Daten und/oder Steuerungsbefehlen in elektronischen Datenverarbeitungsanlagen. Diese Tastaturen, kombiniert mit einem Bildschirmgerät zur Informationsanzeige werden zum Dialog mit Computern verwendet. Derartige Tastaturen werden auch in Anlagen und Geräten zur elektrischen Nachrichtenübermittlung eingesetzt.

Die vorliegende Erfindung bezweckt eine Verbesserung und Weiterentwicklung der kontaktlosen Schalttasten derart, daß die neue Schaltaste die Vorzüge von verschiedenen bekannten Schalttasten auf geschickte Weise miteinander kombiniert. Daß sie außerdem eine relativ einfache, wirtschaftlicn günstig herstellbare und zuverlässige Konstruktion aufweist, die eine große Anschlaggeschwindigkeit der Tasten in einer Tastatur erlaubt, die leicht an verschiedene Betriebserfordernisse hinsichtlich der Signalcodierung anpaßbar ist und die sehr kräftige und gleichmäßige Ausgangssignale liefert. ⁵S

Bei Schalttasten ist es allgemein erwünscht, daß sie leichtgängig sind und der Bedienungsperson beim Anschlag einer Taste nach einem geringen Leerhub das Gefühl übermitteln — beispielsweise durch einen kleinen, kaum spürbaren Druckpunkt — daß der Schaltvorgang ausgelöst wurde. Andere Forderungen sind, daß die erzeugten Ausgangssignale möglichst prellfrei sind und daß beispielsweise bei einer Tastatur das beim Tastenanschlag gelieferte Ausgangssignal eine solche Codierung oder Charakteristik aufweist, durch die das einer Schalttaste zugeordnete Zeichen in den mit der Tastatur verbundenen Schaltungsanordnungen richtig erkannt wird, so daß keine zusätzlichen Abfrageschaltkreise benötigt werden, die feststellen müssen, welche Taste betätigt wurde. Bei Schalttasten in Tastaturen, die sehr häufig betätigt werden, ist es erwünscht, daß diese möglichst keine Verschleißteile aufweisen.

Schaittasten in Hochleistungs-Tastaturen, die mit einer sehr großen Anschlagshäufigkeit pro Zeiteinheit betrieben werden, haben in ihrer Betätigungseinrichtung meistens ein Schnappwerk. Ein derartiges Schnappwerk wird beim Drücken einer Taste — Tastenanschlag — bei einem kritischen Punkt des Tastendruckes, oder nach einer kleinen Auslenkstrecke aktiviert und bewirkt dadurch einen zwangsläufig sehr schnellen Ablauf des Schaltvorganges, der dadurch von der Geschwindigkeit, mit der der Tastenknopf von seiner Ruhestellung in seine Auslenkstellung bewegt wird, unabhängig ist. Schalttasten mit einem Schnappwerk haben außerdem noch den Vorzug, daß die vom Schnappwerk verursachte große Geschwindigkeit der Relativverschiebung zwischen einem Erregermagneten und einem magnet-elektrischen Wandler ein relativ kräftiges und steiles Schaltsignal erzeugt. Dies ist besonders der Fall, wenn der Wandler eine mit einem magnetisch empfindlichen Kern versehene Induktionsspule ist, die als Schaltsignal einen Spannungsimpuls liefert.

Dem Fachmann ist eine sehr große Anzahl von kontaktlosen Schalttasten bekannt, die ein Schnappwerk aufweisen und/oder, bei denen ein von der Betätigungseinrichtung beeinflußter magnetisch-elektrischer Wandler oder Impulsgeber zur Signalerzeugung dient. In der amerikanischen Patentschrift 36 98 531 ist eine kontaktlose Schalttastc beschrieben, bei der zwei, mit einer Primär- und Sekundärwicklung versehene Magnetkerne von dem sich ändernden Magnetfeld eines am Tastenstößel befestigten Dauermagneten in ihrem Kupplungsverhältnis geändert werden. Auch die amerikanische Patentschriften 35 73 808 und 35 85 297 betreffen ähnliche Tastenkonstruktionen, bei denen das Kopplungsverhältnis von ringförmigen Magnetkemen durch das sich ändernde Magnetfeld eines an der bewegbaren Taste befestigten Dauermagneten sich ändert, wobei in Leseleitungen ein Schaltsignal erzeugt wird.

Die amerikanische Patentschrift 31 29 418 betrifft eine Tastatur mit Schalttasten, an denen ein auslenkbarer Dauermagnet befestigt ist, dessen Magnetfeld die Induktivität von Spulen beeinflußt. Auch die amerikanische Patentschrift 35 88 875 offenbart Schalttasten mit auslenkbaren Dauermagneten, deren Magnetfelder auf Ringkerne einwirken, die in Leseleitungen codierte Schaltsignale erzeugen. Die beiden deutschen Patentschriften 17 62 942 und 2)55351 betreflv.i kontaktlose Schalttasten, bei denen durch die Einwirkung des Magnetfeldes eines bewegten Dauermagneten in einem magnetempfindlichen Halbleiter bei einer Tastenbetätigung ein Schaltsignal erzeugt wird.

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Die amerikanischen Patente 33 63 737, 35 55 313 dadurch ein kräftigeres Schaltsignal beim Anschlag und 37 39 204 betreffen verschiedene Schalttasten, bei einer Taste. Derartige kontaktlose Schaltcinrichtungcn denen im Prinzip ein am bewegbaren Tastenstößel bzw. Schalttasten, die im Luftspalt zwischen den Erbefestigter Dauermagnet bei einem Tastenanschlag regermagneten zwei hintereinander angeordnete antiin wenigstens einer mit einem Kern versehenen Spule 5 parallele Magnetflüsse zur Beeinflussung eines Wandeinen Spannungsimpuls induziert. lers aufweisen, sind durch die deutschen Offenle-

Das amerikanische Patent 36 90 432 betrifft eine gungsschriften 20 58 302 und 22 42 175 bekanntge-Schalttaste mit einem Schnappwerk, bei dem ein am worden. Bei diesen beiden bekannten Schalteinrich-Tastenstößel befestigter Dauermagnet in der Ruhe- tungen wird als magnet-clektnscher Wandler jeweils Stellung an einem Anker haftet und erst bei einer io eine Hallsondc verwendet, die im Luftspalt relativ zu bestimmten Betätigungskraft sich plötzlich von diesem den Erregermagneten verschiebbar ist. Der Unterlöst und nach unten in die Auslenkstellung springt, schied zwischen diesen beiden bekannten Schalteinrichwobei dessen Magnetfeld in einer Spule einen Span- tungen besteht darin, daß bei der erstgenannten die nungsimpuls induziert. Auch die amerikanischen Pa- beiden ungleichnamigen Polpaare sehr nahe beeintentschriften 32 73 091, 33 76 527, 34 58 841, 15 andcrliegen, wodurch sich im Bereich der neutralen 35 29 269 und 30 65 366 (letztere entspricht der Zone eine starke Konzentration des magnetischen deutschen Auslegeschrift 11 45 255), die deutsche Flusses ergibt, während bei der andeien Schalttaste Patentschrift 16 65 162 und die deutschen Offenle- die Magnetpole in Längsrichtung des Luftspaltes gegungsschriften 23 30 730 und 23 38 814 offenbaren sehen, einen größeren Abstand zueinander aufweisen Schalttasten, die mit einem Schnappwerk versehen 20 und eine Reihenschaltung bilden. Bei beiden Schaltsind, einrichtungen ist nicht befriedigend, daß sie jeweils

Bei diesen vorgenannten bekannten Schalttasten zwei relativ voluminiöse Erregermagneten benötigen bewirkt die Auslenkung des Dauermagneten von der und daß ihre magnetischen Flüsse zweimal den Luft-Ruhestellung in die Auslenkstellung lediglich eine spalt durchdringen, wodurch infolge des hohen ma-Änderung in der Intensität des magnetischen Feldes, 25 gnetischen Widerstandes im Luftspalt sich eine das auf den magnet-elektrischen Wandler einwirkt. Schwächung des Magnetflusses ergibt. Außerdem isl Die Änderung des Magnetfeldes erfolgt entweder von es erforderlich, die von den Wandlern gelieferten einem Kleinstwert zu einem Größtwert, bzw. von Schaltsignale zu verstärken.

einem Größtwert zu einem Kleinstwert, je nach der Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte vorliegenden Konstruktion der Schalttaste. Die spezi- 30 kontaktlosc Schalttaste zu schaffen, die einen magnetfische Änderung der Intensität des magnetischen elektrischen Wandler enthält, der bei einer Betätigung Flusses, welcher bei einer Relativverschiebung zwi- der Schalttaste wenigstens einen kräftigen Spansehen dem Erregermagneten und dem magnetemp- nungsimpuls als Schaltsignal liefert, welcher in der findlichen Wandler wirksam wird, ist bezogen auf meisten Anwendungsfällen nicht verstärkt werder den gesamten Auslenkhub verhältnismäßig gering. 35 muß. Hierbei bestehen die Forderungen, daß die Am-Oder in anderen Worten erläutert: Die Kennlinie plitude des Schaltsignals nicht von der manuellen Be- »Magnetische Induktion (B) als Funktion der Relativ- tätigungsgeschwindigkeit der Schalttaste beeinfluß¹ Verschiebung zwischen Erregermagnet und Wandler« wird und daß die Bedienungsperson bei der Betätiweist nur eine verhältnismäßig geringe Steilheit auf. gung der Schalttaste nach einem geringen Leerhut Dies hat zur Folge, daß auch die vom Wandler er- 4<> das Gefühl empfindet, daß der Schaltvorgang ausgezeugten Schaltsignale verhältnismäßig schwach sind. löst wurde. Eine weitere wesentliche Forderung be-

Um eine stärkere Änderung der magnetischen In- steht darin, daß die neue Schalttaste so ausgelegt ist

duktion bei der Relalivverschiebung zwischen dem daß sie die Vorzüge der verschiedenen bekannter

Erregermagneten und dem Wandler bei der Be- Schalttasten aufweist, die ein Schnappwerk enthalter

tätigung einer Schalttaste zu bekommen, bzw. um 45 oder bei denen im Signalerzeugungssystem zwei anti-

eine größere Steilheit der vorgenannten Kennlinie zu parallele Magnetflüsse vorgesehen sind, die der

erhalten, werden zwei mit ihren Polfiächen einander Wandler beeinflussen. Die neue Schalttaste soll se

gegenüberstehende, durch einen Luftspalt getrennte ausgelegt sein, daß bei ihr die Nachteile der bekann-

Erregcrmagnetc verwendet, die im Luftspalt zwei ten Schalttasten möglichst nicht vorhanden sind unc

antiparallele Magnetflüsse erzeugen. Diese beiden 5" daß sie aus nur wenigen Bauteilen bestehend ohne

Erregermagneten sind Dauermagnete, welche durch wesentlichen Mehraufwand herstellbar ist, um die

ein Joch miteinander verbunden sind. In Längsrich- vorgenannten günstigeren Betriebseigenschaften zu

tung des Luftspaltes bzw. in der Verschieberichtung erhalten.

weisen sie hintereinander zwei ungleichnamige Ma- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gegnetpole auf. Die beiden Erregermagnete sind so 55 löst, daß der Schaltmagnet und der Erregermagnel magnetisiert, daß sowohl in Längsrichtung als auch miteinander kombiniert in einem Dauermagneten verquer zur Längsachse des Luftspaltes ungleichnamige einigt sind, der die Form einer magnetisch zweischich-Magnetpole einander benachbart sind und sich im tigen Lochscheibe aufweist, daß der am Tastenstöße] Luftspalt wenigstens zwei antiparallele Magnetflüsse befestigte Dauermagnet die zwei Polpaare entgegenbilden, die durch eine neutrale Zone voneinander ge- ^6o gesetzter Polarität in den zwei aufeinanderliegender trennt sind. Über die gesamte Auslenkstrecke ändert magnetischen Schichten enthält, wobei ungleichsich der magnetische Fluß in seiner Stärke somit von namige Pole der Schichten übereinanderliegen, so dal einem beispielsweise positiven Maximalwert allmäh- in vertikaler Richtung die zwei übereinanderliegen· lieh nach Null und steigt dann wieder auf einen nega- den antiparallelen Magnetflüsse das als Luftspalt dietiven Maximalwert an. Über die Verschiebestrecke ⁶S nende Loch im Dauermagneten in horizontaler Richlängs des Luftspaltes wirkt somit auf den Wandler tung durchdringen, daß der auf der Endseite des Geeine wesentlich stärkere Änderung des magnetischen häuses angeordnete und in den Luftspalt ragende Flusses ein. Der magnet-elektrische Wandler liefert magnet-elektrische Wandler einen wenigstens mit

einer Spule bestückten Kern aufweist, dessen magnet- son abhängig ist. Die geschickte Vereinigung des empfindliche Längsachse horizontal und deckungs- Schaltmagneten vom Schnappwerk und der mehrgleich zu den Achsen der beiden Magnetflüsse ist, poligen Erregermagneten, welche die antiparallelen daß in der Tasten-Ruhestellung der untere Magnet- Magnetflüsse erzeugen, in einem Dauermagneten, der fiuß (Jen Kern in einer Richtung durchdringt und daß 5 die Gestalt einer Lochscheibe aufweist, sowie die Verin der Tasten-Auslenkstellung der obere Magnetfluß wendung eines Impulsgebers als Wandler, in dem die den Kern in der entgegengesetzten Richtung durch- starke magnetische Flußänderung den kräftigen dringt. Spannungsimpuls induziert, tragen dazu bei, daß sich

Bei der erfindungsgemäßen Schalttaste hat der am das gewünschte Schaltsignal ergibt und daß auch die

Tastenstößel befestigte Dauermagnet, welcher die ¹O anderen Forderungen der Aufgabenstellung erfüllt

Funktion eines Schaltmagneten und eines mehr- sind.

poligen Erregermagneten erfüllt, vorzugsweise die Eine äußerst vorteilhafte Weiterbildung der neuen Gestalt eines scheibenförmigen Ringes, dessen zen- Schalttaste besteht darin, daß im Impulsgeber ein trales Loch den Luftspalt bildet, der von den zwei bistabiler magnetischer Schaltkern verwendet wird, antiparalieien Magnetflüssen durchdrungen wird. *5 Dieser Schaltkern in der Form eines dünnen, kurzen Dieser scheibenförmige Ring ist in zwei übereinander- Drahtstückes, dessen Struktur im folgenden Ausfühliegenden Schichten doppelt magnetisiert, wobei jede rungsbeispiel noch ausführlicher beschrieben wird, Schicht eine andere Polarität aufweist. Der scheiben- hat die Eigenschaft, daß er in einem ersten Zustand förmige Dauermagnet kann auch aus zwei überein- — der beispielsweise der Ruhestellung des Daueranderliegenden Magnetscheiben bestehen, die in der *° magneten zugeordnet ist — eine bestimmte Magne-Ebene einpolig magnetisiert sind, jedoch bezüglich tisierungsrichtung aufweist. Bei einer Änderung des ihrer Polarität um 180° im Stapel gegeneinander ver- äußeren vom Dauermagneten ausgehenden und auf setzt sind. Durch das als Luftspalt dienende zentrale den Schaltkern einwirkenden magnetischen Flusses Loch des Dauermagneten erstrecken sich antiparallel erreicht man gemäß der Hysteresiskurve des Schaltin horizontaler Richtung die beiden in vertikaler ^a5 kernes einen kritischen Punkt seiner Magnetfeld-Richtung übereinanderliegenden Magnetflüsse, jeweils stärke H_M H_B, bei dem der Schaltkern plötzlich in von einem Pol zum anderen Pol. An der Grenzfläche einen zweiten Schaltzustand springt und dabei seine zwischen den beiden Magnetflüssen, welche der neu- eigene Magnetisierung ändert. In diesem zweiten Zutralen Zone entspricht, hat der resultierende magne- stand verharrt der bistabile Schaltkern zunächst so tische Fluß den Wert Null. 3« lange, bis er durch ein äußeres Magnetfeld wieder bei

Ein magnet-elektrischer Impulsgeber als Wandler einem zweiten kritischen Punkt seiner Magnetfeldenthält einen magnet-empfindlichen Kern, der wenig- stärke in den ersten Zustand plötzlich zurückschaltet. stens von einer Spule umgeben ist, die mehrere Win- Diese inneren magnetischen Sprünge im Schaltkern düngen enthält und in der bei einer Änderung des erfolgen sehr schnell und sie bewirken, daß in den magnetischen Flusses im Kern ein sehr kräftiger 35 Spulen, die den Schaltkern umgeben, ein sehr steiler, Spannungsimpuls induziert wird, infolge der großen zeitlich sehr kurzer Spannungsimpuls großer Ampli-Bewegungsgeschwindigkeit, welche das Schnappwerk tude erzeugt wird. Die Schaltgeschwindigkeit des erzeugt und durch die große Änderung in der Inten- Schaltkernes ist nicht von der Geschwindigkeit absität der beiden antiparallelen Magnetflüsse während hängig, mit der sich das äußere auf den Schaltkern der Verschiebebewegung des Dauermagneten. Dieser 4» einwirkende Magnetfeld beim Tastenanschlag ändert. Kern im Impulsgeber, welcher in seiner axialen Rieh- Deshalb sind die vom Impulsgeber gelieferten Spanning besonders magnet-empfindlich ist, ist in der nungsimpulse alle gleichmäßig.
Schalttaste stationär so angeordnet, daß er in den Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Luftspalt des Dauermagneten ragt und daß seine Schalttaste wird nachstehend an Hand von Zsichhorizontale Längsachse mit der Richtung der beiden 45 nungen und Diagrammen, dargestellt in den Fig. 1 antiparallelen Magnetflüsse fluchtet. bis lic, ausführlich beschrieben. Von den Figuren

In vertikaler Richtung ist der Kern zu dem schei- stellt dar

benförmigen, doppeltschichtig magnetisierten Dauer- F i g. 1 die Ansicht eines Teil-Längsschnittes durch

magnet so ausgerichtet, daß, wenn der Dauermagnet eine Schalttaste,

sich in seiner Ruhestellung befindet, der Kern vom 5» F i g. 2 a bis 2 d einen scheibenförmigen Dauerunteren magnetischen Fluß des Dauermagneten magnet mit doppelter Polarisierung im Querschnitt durchdrungen wird. Befindet sich der Kern jedoch in und in der Draufsicht sowie seine Magnetisierungsder unteren, der sogenannten Auslenkstellung, dann kennlinien allein und im montierten Zustand in der wirkt der obere magnetische Fluß des Dauermagneten Schalttaste, gemäß der Fig. 1,

auf den Kern ein. Bei einer Tastenbetätigung ändert 55 F ι g. 3 a bis 3 c einen magnet-elektrischen Impulssich im Kern sehr schnell die Richtung des ihn durch- geber, der in der Schalttaste zur kontaktlosen Erzeudringenden magnetischen Flusses um 180°, sobald gung von elektrischen Signalen vorgesehen ist,
der Tastenknopf bei einem geringen Leerhub nach F i g. 4 a und 4 b zwei verschiedene Ausführungsunten gedrückt wird und auch, wenn sich der Dauer- arten von drahtförmigen Schaltkernen, die im magnetmagnet von seiner Auslenkstellung in die Ruhestel- 6o elektrischen Impulsgeber gemäß der F i g. 3 als Schaltlung nach oben bewegt. Diese große Auslenkge- elemente zur Impulserzeugung geeignet sind,
schwindigkeit nach dem kleinen Leerhub wird durch Fig. 5 die Hysteresiskurve einer der drahtförmidas magnetische Schnappwerk erzeugt. Das Schnapp- gen Schaltkerne nach F i g. 4 a oder 4 b, wenn dieser werk bewirkt, daß die sehr schnelle Auslenkgeschwin- Schaltkern einem magnetischen Fluß ausgesetzt ist, digkeit und die große gleichmäßige Änderung des re- 65 der sich in seiner Intensität und seiner Polarität sultierenden magnetischen Flusses im Kern des Im- ändert,

pulsgebers durch die antiparallelen Magnetflüsse nicht Fi g. 6 und 7 zwei Hysteresiskurven von einem der

von der Anschlaggeschwindigkeit der Bedienungsper- drahtförmigen Schaltkerne gemäß der Fig. 4a und

4 b, wenn auf diesen Schaltkern das magnetische Feld des scheibenförmigen Dauermagnets einwirkt und sich dieser Dauermagnet in seiner oberen, also in seiner unteren Anschlagsstellung befindet,

F i g. 8 a und 8 b zwei verschiedene Ansichten des scheibenförmigen Dauermagnets mit doppelter PoIariesierung und den Feldlinienverlauf seines Magnetfeldes,

F i g. 9 als schematische Skizze den von einem magnetischen Fluß gesteuerten magnet-elektrischcn Impulsgeber, der ebenfalls in einer Schalttaste verwendbar ist,

Fig. 10a bis 10c schematische Signalimpulse, wie sie beim Anschlag einer Schalttaste gemäß F i g. 1 entstehen, wobei diese in den Spalten der magnetelektrischen Impulsgeber nach Fig. 3 a bis 3c bzw. F i g. 9 erzeugt werden,

F i g. 11 a bis lic eine Möglichkeit, wie mehrere der Schalttasten nach Fig. 1 zu einer Eingabetastatur zusammengefaßt werden können, wobei jede Schalttaste ein ihrem Zeichen zugeordnete, codierte Impulssignale beim Tastenanschlag liefert.

Aus der Schnittansicht der Fig. 1 ist der innere Aufbau der diesem Ausführungsbeispiel zugrunde gelegten Schalttaste zu ersehen. Der stationäre Grundkörper der Schalttaste bildet ein etwa rohrfönniges Gehäuse 1, das aus Isoliermaterial besteht und beispielsweise aus Kunststoff in einem Preßoder Spritzvorgang hergestellt wird. Der Hohlraum dieses Gehäuses 1 dient zur Aufnahme der beweglichen Betätigungseinrichtung der Schalttaste und des im unteren Bereich stationär angeordneten magnetelektrischen Impulsgebers 14. Dieser Impulsgeber 14 ist in der F i g. 1 lediglich schematisch als ein rechteckförmiger Block dargestellt. Zu der Betätigungseinrichtung der Schalttaste gehört der Tastenknopf 2, der beim Anschlag der Schalttaste durch einen Finger einer Bedienungsperson infolge der auf ihn einwirkenden Druckkraft senkrecht nach unten ausgelenkt wird, wie dies durch den Pfeil in der F i g. 1 angedeutet ist. Der Tastenknopf 2 weist an seiner Unterseite eine kanalförmige Nut auf, in die im Gleitsitz der obere Halsteil des stationären Gehäuses 1 einragt. Auch dieses Halsteil ist mit einem kanalförmigen Einschnitt versehen, in den eine Druckfeder 3 als Tasten-Rückstellelement eingesetzt ist, deren anderes Ende sich am Nutengrund des Tastenknopfes 2 abstützt. Diese schraubenförmige Druckfeder 3 erzeugt beim Anschlag des Tastenknopfes 2 eine Vorspannung, und sie dient zur Rückstellung der Betätigungseinrichtung in der Schalttaste in die Ruhestellung. Die Betätigungseinrichtung für die Schalttaste ist mit einem Schnappwerk versehen, das bei Anschlag der Taste nach einem bestimmten Betätigungshub bzw. bei Erreichung einer bestimmten Vorspannkraft — die in etwa einem Druckpunkt entspricht — bewirkt, daß während der relativ langsamen Auslenkung des Tastenknopfes 2 nach unten ein in der Schalttaste angeordneter magnet-elektrischer Impulserzeuger 14 durch eine plötzliche Sprungbewegung eines Erreger gliedes beeinflußt wird. Dieses Schnappwerk springt in seine Grundstellung zurück, wenn sich der Tastenknopf 2 von seiner Auslenkstellung in die Ruhestellung zurückbewegt. Die Wirkungsweise der Betätigungseinrichtung und des Schaltwerkes wird folgend ausführlicher beschrieben:

Vom Zentrum des Tastenknopfes 2 erstreckt sich in axialer Richtung der Tastenstößel 4, der in einer Bohrung im Unterteil des Tastenknopfes 2 in axialer Richtung verschiebbar gelagert ist. Der Schaft 7 des Tastenstößels 4 durchdringt gleitbar eine Bohrung im Unterteil des Tastenknopfes 2. Zur Begrenzung der axialen Verschiebestrecke des Tastenstößels 4 ist dieser an seinem Oberteil sowie das Unterteil des Tastenknopfes 2 mit Anschlagschultern 12 versehen, welche die Hubstiecke des Tastenstößels 4 während seiner Sprungbewegung nach unten begrenzen. Der

ίο Tastenstößel 4 dient als Träger eines scheibenförmigen Dauermagnets 5, der an der Unterseite des Tastenstößels 4 befestigt ist und diesen an seinem Umfang koaxial umgibt. Über dem scheibenförmigen Dauermagnet 5, der vorzugsweise die Form eines Ringes aufweist, ist am stationären Gehäuse 1 ein oberer Haftring — der folgend als oberer Anker 8 bezeichnet wird ·— befestigt. Dieser obere Anker 8, der ebenfalls ringförmig ist und aus weichem Eisen bzw. Stahl besteht, dient als oberer Halte- bzw. Haftring für das obere Polpaar (NS) des Dauermagnets S, dessen magnetische Kraftlinien sich über diesen oberen Anker 8 schließen, wodurch der Dauermagnet 5 in der Ruhestellung des Tastenstößels 4 an diesem Anker 8 klebt, wie dies die F i g. 1 zeigt. Der Dauermagnet S und der obere Anker 8 sind auch ein Bestandteil des Schnappwerkes. Die Haftkraft zwischen dem stationären oberen Anker 8 und dem in axialer Richtung auslenkbaren Dauermagnet S entspricht dem vorstehend erwähnten Druckpunkt beim Tastenanschlag, und sie muß überwunden werden, damit sich der Dauermagnet S von dem oberen Anker 8 löst und plötzlich in einer Schnappbewegung nach unten springt, wie dies später noch erläutert wird.

Das Gehäuse 1 der Schalttaste ist an seiner Unterseite mit einer nichtmagnetischen Endplatte 9 versehen, die als Träger für den darauf angeordneten magnet-elektrischen Impulsgeber 14 dient. Dieser Impulsgeber 14 ist in der F i g. 1 lediglich schematisch als länglicher Block dargestellt, der auf der Endplatte 9 so befestigt ist, daß seine horizontale Achse — in der er gegen magnetische Feldänderungen empfindlich ist — mit den beiden magnetischen Achsen des Dauermagnets 5 fluchtet. Der Impulsgeber 14 ist so angeordnet, daß seine horizontale Achse auch in der Höhe bzw. Ebene mit der unteren magnetischen NS-Achse des doppelpoligen Dauermagneten 5 übereinstimmt, wenn dieser Dauermagnet S am oberen Anker 8 haftet. Der Grund für diese Anordnung wird später noch erläutert.

Die am Gehäuse 1 befestigte Endplatte 9 ist an ihrem Umfang mit einer etwas abgesetzten Auflageschulter 10 versehen, auf deren Oberfläche der scheibenförmige Dauermagnet 5 mit seiner Unterseite bei seiner Abwärtsbewegung im Sprungvorgang auf schlägt Befindet sich der Tastenstößel 4 in seiner unteren Auslenkstellung, dann liegt der Dauermagnet 5 auf der Auflageschulter 10 auf, und die magnetische NS-Achse des oberen Polpaares vom Dauermagnet 5 fluchtet mit der horizontalen emp findlichen Achse des Impulsgebers 14. Um das Schnappwerk mit dem Dauermagneten S und dem Tastenstößel 4 in seiner unteren Lage zu halten, ist in oder unterhalb der Endplatte 9 ein unterer Haftoder Haltering angeordnet, der folgend als unterer Anker 11 bezeichnet wird. Über diesen unteren Anker 11 schließen sich die magnetischen Kraftlinien des unteren Magnetpolpaares NS des Dauermagnets 5 und erzeugen dabei eine schwächere Haftkraft als

beim oberen Anker 8. Hört nach dem Anschlag der Taste die Einwirkung der äußeren Druckkraft auf den Tastenknopf 2 auf, dann bewegt sich dieser zunächst nach oben, infolge der gespeicherten Kraft in den beiden schraubenförmigen Druckfedern — Rückstcllfeder 3 und Schnappfeder 6 —, die sich entspannen. Die dabei sich entspannende Rückstellfeder 3 drückt den Tastenknopf 2 so weit nach oben, daß die Schulter 12 des Tastenknopfes 2 an der Schulter 12 des Tastenstößels 4 anliegt, so daß durch die Gesamtkraft der beiden sich entspannender. Schraubcr,-federn 3 und 6 die Haltekraft des Dauermagnets 5 am unteren Anker 11 überwunden wird, wodurch sich der Dauermagnet 5 löst, abhebt und durch die Einwirkung der sich entspannenden Schnappfeder 6 »5 plötzlich nach oben springt, so weit, bis er am oberen Anker 8 anliegt und von diesem gehalten wird. Die Betätigungseinrichtung der Schalttaste bewegt sich bei der Rückführung in die Ruhestellung so weit nach oben, bis sicii der in F i g. 1 dargestellte Zustand er- »° gibt, bei dem der Dauermagnet 5 am oberen Anker 8 und die Schulter 12 aneinanderliegen.

Der scheibenförmige Dauermagnet 5, der vorzugsweise die Form eines Ringes aufweist, ist in zwei übereinanderliegenden Ebenen gegensinnig polarisiert und sein zentrales Loch wird demzufolge in horizontaler Richtung von zwei antiparallelen Magnetflüssen durchsetzt, die durch eine dazwischenliegende neutrale Zone voneinander getrennt sind. Der magnetelektrische Impulsgeber 14 ist so angeordnet, daß er in das als Luftspalt dienende zentrale Loch des Dauermagnets S ragt und dabei in seiner horizontalen empfindlichen Achse von einem der beiden Magnetflüsse des Dauermagnets S durchsetzt wird, je nachdem, ob der Dauermagnet 5 am oberen oder am unteren Anker 8, 11 haftet. Der Impulsgeber 14 wird somit, wenn der Dauermagnet 5 eine Sprungbewegung von ein^m Anker 8, 11 zum anderen Anker 11, 8 ausführt, nacheinander in horizontaler Richtung von zwei gegenläufigen Magnetflüssen durchsetzt. Haftet der Dauermagnet 5 am oberen Anker 8, dann durchdringt ein voller magnetischer Fluß der unteren magnetischen Schicht des Dauermagnets 5 den Impedanzwandler 14 in einer Richtung. Wird der Dauermagnet 5 vom unteren Anker 11 gehalten, dann wird der Impulsgeber 14 von einem vollen magnetischen Fluß durchsetzt, der eine entgegengesetzte Richtung aufweist und zur oberen Schicht des Dauermagnets 5 gehört. Springt durch die Einwirkung des Schnappwerkes der Dauermagnet 5 von einer Haltestellung in die andere, dann ändert sich im Kern 16 die Amplitude und die Richtung des ihn durchsetzenden magnetischen Flusses sehr plötzlich um 180°. Während dieser Bewegung passiert der Dauermagnet 5 auch eine Stellung — welche etwa der Mitte des Hubes entspricht —, in der kein magnetischer Fluß die horizontale magnet-empf indliche Achse des Impulsgebers 14 durchströmt. Dieser Nullwert des magnetischen Flusses ergibt sich, wenn die horizontale, neutrale Achse bzw. die Trennfläche der beiden Ebenen des in zwei übereinanderliegenden Schichten magnetisierten Dauermagnets 5 die horizontale Achse des Impulsgebers 14 kreuzt. Diese rapide Änderung des magnetischen Flusses um 180° ergibt einen idealen Zustand, um im magnet-elektrisehen Impulsgeber 14 kräftige Spannungsimpulse zu erzeugen, wie dies später noch ausführlich erläutert wird.

Zunächst wird jedoch unter Hinweis auf die Fig. 2a und 2b der ringförmige Dauermagnet 5 ausführlicher beschrieben. Die Fig. 2a zeigt die Ansicht eines Schnittes in axialer Richtung durch den Dauermagnet 5, der, wie die Draufsicht Fig. 2b zeigt, die Form eines scheibenförmigen Ringes auf weist. Wie aus der F i g. 2 a zu ersehen iot, ist der Dauermagnet 5 in zwei übereinanderliegenden Ebenen, oberhalb und unteihalb der horizontalen Trennachse X gegenpolig magnetisiert. Die Ringscheibe des Dauermagnets 5 kann beispielsweise aus einem streifenförmigen Material durch Sianzur.g produziert werden, wie dies aus der F i g. 2 c zu ersehen ist. Dieses streifenförmigc Material, das doppelschichtig, d. h. in zwei Ebenen, magnetisiert ist, kann beispielsweise aus einem Trägerstoff bestehen, in dem ein magnetisches Mischoxyd enthalten ist. Als Mischoxyd sind beispielsweise Bariumferritpartikeln geeignet, die in den Trägerstoff, beispielsweise Gummi oder einen synthetischen Kautschuk, eingebettet sind. Dieses Material wird im Fertigungsprozeß so magnetisiert, daß sich die in F i g. 2 c dargestellte doppelschichtige Magnetstruktur ergibt. Ein derartiges Magnetmaterial ist handelsüblich erhältlich. Ein derartiges, Mischoxyde enthaltendes magnetisches Material weist die gleichen isotropen Eigenschaften auf wie ein gesinterter, aus Bariumferritpartikeln bestehender Dauermagnet. Als Dauermagnet 5, der die Form einer Ringscheibe hat und der in zwei Ebenen mit entgegengesetzten Polaritäten magnetisiert ist, kann auch ein derartiger Sintermagnet verwendet werden, jedoch ist dessen Material sehr hart und spröde, wodurch seine Herstellung schwierig und relativ teuer ist.

In diesem Ausführungsbeispiel wurde ein Dauermagnet S verwendet, der aus einem streifenförmigen Material gestanzt wurde, das eine Dicke T hatte und das so magnetisiert war, daß sich die beiden übereinanderliegenden Polpaarc SN und NS ergaben, wie dies aus den F i g. 2 a bis 2 c zu ersehen ist. Im zentralen Loch bzw. dem Luftspalt und außerhalb der dauermagnetischen Ringscheibe ändert sich die Stärke und die Polarität des magnetischen Flusses in der horizontalen Richtung bzw. in der A'-Richtung in Abhängigkeit von der Dicke der Scheibe T. Am Schnittpunkt der horizontalen bzw. der X-Achse mit der vertikalen Achse Z, gemäß der F i g. 2 a, existiert kein magnetisches Feld.

In der F i g. 2 b, die die Draufsicht auf den Dauermagnet 5 der F i g. 2 a darstellt, ist im zentralen Loch — dem Luftspalt — der Richtungsvektor H_x des magnetischen Flusses von der oberen Schicht der Ringscheibe eingezeichnet. Dieses zentrale Loch im Dauermagnet S ist so groß, daß in dieses der Impulsgeber 14 einragen kann. Eine diesbezügliche Beschreibung erfolgt später.

Im Schaubild der F i g. 2 d ist die im zentralen Loch des Dauermagnets 5 vorhandene magnetische Feldstärke des Feldvektors H_x in Abhängigkeit von dessen Entfernung von der horizontalen Achse X in Richtung der Vertikalachse Z dargestellt. Die durchgezogene Kurve der Fig. 2d zeigt, daß beim Dauermagnet 5 im Mittelpunkt in einer axialen Entfernung + T/2 und — T/2 die magnetische Feldstärke etwa 30 Örsted beträgt, wobei an der Oberseite die Feldstärke positiv und an der Unterseite der Ringscheibe die Feldstärke negativ ist. Die magnetischen Kraftlinien im zentralen Loch des ringförmigen Dauermagnets 5 erstrecken sich etwa parallel zu des-

sen Scheibenflächen. Die Stärke der magnetischen Flüsse nimmt um so mehr ab, je mehr sie von der Scheibenoberfläche entftmt sind, desgleichen verringert sich sehr stark ihre Stärke zur Mitte der Scheibe hin, wie dies aus den F i g. 2 a und ?. d zu erkennen ist.

Während vorstehend das Magnetfeld des ringförmigen Dauermagnets 5 betrachtet wurde, wird unter Hinweis auf die F i g. 1 nachstehend der Einfluß der beiden als Haft- oder Halteringe dienenden oberen und unteren Anker 8 und 11 auf das Magnetfeld des Dauermagnets 5 betrachtet. Liegt der Dauermagnet 5 mit seiner Oberseite oder Unterseite am oberen Anker 8 oder unteren Anker 11 an, dann verringert sich dadurch der Widerstand im magnetischen Kreis der jeweils am Anker 8, 11 haftenden Magnetschicht, weil die magnetischen Kraftlinien jetzt entweder durch den Anker 8 oder 11 verlaufen. Im zentralen Loch der magnetischen Scheibe besteht auf einer der Hälfte eine wesentlich größere magnetische Feldstärke, wie dies aus dem Schaubild der F i g. 2 d zu ersehen ist, wobei die gestrichelte Kurve für einen Dauermagnet 5 gilt, der an einem Anker 8, 11 haftet. Befindet sich die Betätigungseinrichtung der Schalttaste in der Ausgangs- bzw. der Ruhestellung, dann haftet der Dauermagnet 5 am oberen Anker 8 bzw. er ist sehr nahe am Anker 8 und mit diesem gekuppelt. Die Betätigungseinrichtung mit dem Tastenstößel 4, dem Tastenkopf 2 und dem Dauermagnet 5 werden in dieser Ruhestellung durch die Anziehungskraft zwischen dem Dauermagnet S und dem oberen Anker 8 gehalten. Die Größe der Anziehungs- bzw. Haftkraft hängt von verschiedenen Faktoren ab, zu denen noch Stellung genommen wird. Die Stärke des magnetischen Flusses, der auf die horizontale magnetempfindliche Achse des magnet-elektrischen Impulsgebers 14 einwirkt, wenn sich der Dauermagnet S in seiner oberen — der Ruhestellung — oder in seiner unteren Stellung — der Auslenkstellung — befindet, ist durch eine Änderung der relativen Höhe seiner horizontalen Achse in bezug zum Dauermagnet 5 einstellbar.

Befindet sich der Dauermagnet 5 in seiner oberen oder unteren Stellung, dann verläuft einer der beiden von ihm ausgehenden antiparallelen magnetischen Flüsse durch den horizontalen Kern 16 im Impulsgeber 14. Dieser magnetische Fluß weist, unabhängig vom Radius des Loches der dauermagnetischen Ringscheibe, über seine gesamte horizontale Strecke die gleiche magnetische Felddichte auf. In einem realisierten Ausführungsbeispiel war der ringförmige Dauermagnet 5 in einer Weise magnetisiert, wie dies die Fig. 8b zeigt. Der horizontale Kern 16 des Impulsgebers 14 weist gegenüber der neutralen horizontalen Achse des ringförmigen Dauermagnets 5 einen Winkel von 90° auf, und die beiden Endflächen des Kernes 16 sind den Polen N und S einer Schicht im Dauermagnet 5 benachbart.

Um den in der Ruhestellung am oberen Anker 8 haftenden ringförmigen Dauermagnet 5 beim Tastenanschlag von diesem Anker 8 abzulösen, ist an der Betätigungseinrichtung eine Druckkraft erforderlich, deren Größe von verschiedenen Bedingungen abhängig ist. Diese erforderliche Druckkraft steht im proportionalen Verhältnis zur Dicke des ringförmigen Dauermagnet 5 und auch zur Dicke des ringförmigen oberen Ankers 8. Außerdem besteht ein proportionales Verhältnis der einander gegenüberliegenden Haftflächen des Dauermagnets S und des oberen Ankers 8 Desgleichen ist die Haftkraft bzw. die erforderliche Trennkraft, verhältnisgleich zur Koerzitivkraft unc der Magnetisierung des Materials für den Dauermagnet 5 und der relativen Permeabilität des Materials für den oberen Ankerring 8. Andere konstruktive Eigenschaften, die die Haftkraft bzw. die Trennkraft derartiger Magnetanordnungen beeinflussen, kann der Fachmann aus Handbüchern oder speziellen

»ο Schriften der Hersteller für diese dauermagnetischen Werkstoffe entnehmen.

Bei einer als Versuchsmuster hergestellten Schalttaste dieses Ausführungsbeispiels war eine Druckkraft P von 35 g erforderlich, die auf den Tastenknopf 2 einwirkte, um die Haftkraft zwischen dem Dauermagnet 5 und dem oberen Anker 8 zu überwinden und die beiden Magnetteile 5, 8 voneinander zu trennen und die in F i g. 2 d dargestellte Charakteristik der magnetischen Feldstärke zu erhalten. Nacli-

»0 stehend werden einige markante Daten dieser Versuchs-Schalttaste angegeben:

Bauteil	Dauermagnet 5	Oberer Anker 8
Gestalt	Ringscheibe	Ringscheibe
Werkstoff	Bariumferrit	kalt gewalzter
	in Gummi	Stahl
Koerzitivkraft	^2000örsted	—
Magnetisation	c^2200örstedt	—
Dicke	2,38 mm	0,635 mm
Außen-	17,5 mm	18 mm
35 durchmesser
Loch	12,0 mm	13,2 mm
durchmesser

Nachstehend wird an Hand der F i g. 1 die Funktion der Schalttaste erläutert: Beim Beginn der Tastenbetätigung wird durch die Druckkraft, die der Finger der Bedienungsperson auf den Tastenknopf 2 ausübt, der Tastenknopf 2 nach unten ausgelenkt, dadurch werden die schraubenförmige Rückstellfeder 3 und die Schnappfeder 6 durch Zusammendrücken gespannt. Da der Dauermagnet 5 an dem oberen Anker 8 mit einer Haftkraft haftet, die von verschiedenen konstruktiven Bedingungen abhängig ist, welche vorstehend bereits erläutert wurden, steigt zunächst die Speicherkraft in der Schnappfeder 6 so weit an, daß sie die Haftkraft des Dauermagnets S überwindet. Wenn dieser Zustand erreicht ist — dei als Auslöse- oder Druckpunkt von der Bedienungsperson gefühlt wird —, trennt sich plötzlich dei Dauermagnet 5 vom oberen Anker 8, und durch die Einwirkung der in der Schnappfeder 6 gespeicherten Energie springt der Dauermagnet 5 sowie der damit verbundene Tastenstößel 4 nach unten in die Auslenkstellung. Diese plötzliche Sprungbewegung im Schnappwerk geschieht so schnell, daß die Bedienungsperson den Finger nicht von dem Tastenknopf 2 abnehmen oder die einwirkende Druckkrafl vermindern kann.

Während in diesem Schnappvorgang der Dauermagnet 5 von oben nach unten springt, bewirkt dei von ihm ausgehende zweischichtige magnetische Fluß, daß sich im horizontalen Kern 16 des Impulsgebers 14 die Stärke und die Richtung des diesen

15 16

Kern 16 durchsetzenden magnetischen Flusses ändert. ansicht, dargestellt. Dieser Impulsgeber 14 enthält Wurde der Kern 16 zu Beginn der Sprungbewegung einen vorzugsweise zylindrischen Spulenkörper, in des Dauermagnets S von einem magnetischen Fluß- dessen horizontaler Längsachse ein drahtförmiger, vektor H_x in NS-Richtung durchströmt, dann wird magnetisch empfindlicher Kern 16 angeordnet ist! am Ende der Sprungbewegung, wenn sich der 5 Der Spulenkörper ist in diesem Beispiel mit sechs Dauermagnet 5 in seiner unteren Auslenkstellung be- Nuten versehen, die durch sechs separate Spulen 15 findet, \on einem Flußvektor H_x in die Richtung SN ausgefüllt sind. Der drahtförmige Kern 16 im Imdurchströmt. Der Flußvektor hat sich somit um 180° pulsgeber 14 dient als magnetischer Fühler, und er gedieht. In der Mitte der Sprungbewegung wirkt auf enthält in einer koaxialen Struktur dünne, filmähnden Kern 16 des Impulsgebers 14 jedoch kein ma- w liehe aufplattierte magnetische Schichten. Derartige, gnetischer Fluß ein. mit dünnen magnetischen Schichten versehene Draht-

Durch die Entspannung der schraubenförmigen stücke sind dem Fachmann bereits als Speicher oder Schnappfeder 6 wird der Dauermagnet 5 so weit nach als Schaltkerne bekannt, und sie sind Gegenstand unten ausgelenkt, bis er mit seiner unteren Auflage- der beiden US-Patente 35 76 555 und 36 80 064 bzw. fläche an der Auflageschulter 10 der Endplatte 9 an- 15 der deutschen Offenlegungsschriften 18 16 340 und liegt. In dieser Auslenkstellung wird der Dauer- 2105 615. Von den in diesen beiden US-Patenten magnet 5 zunächst gehalten, da der untere Anker 11 bzw. den deutschen Offenlegungsschriften beschrieals magnetischer Nebenschluß für die magnetischen benen Ausführungsarten von Drahtspeichern sind beFeldlinien bzw. des Flusses der unteren Magnet- sonders zwei Ausführungsarten als magnetische Fühlschicht im Dauermagnet 5 wirkt, wodurch eine Haft- ao elemente bzw. als Schaltkerne 16 im Impulsgeber 14 kraft zwischen dem unteren Anker 11 und dem für die Schalttaste verwendbar. Diese beiden AusDauermagnet 5 besteht. Diese untere Haftkraft in der führungsarten von mit dünnen magnetischen Schich-Auslenkstellung ist geringer als die obere Haftkraft, ten versehenen kurzen Drahtstücken sind sehr stark weil zwischen dem unteren Anker 11 und dem Dauer- vergrößert in den F i g. 4 a und 4 b dargestellt
magnet 5 sich das unmagnetische Material der End- 25 Die F i g. 4 a zeigt eine drahtförmige oder zylinplatte 9 befindet. Nach der Aktivierung des Schnapp- drische magnetisch gekuppelte Filmstruktur, die als werkes wird die weitere Abwärtsbewegung des Ta- Kern einen zentral angeordneten, magnetisch nicht stenknopfes 2 dadurch begrenzt, daß entweder nach leitenden metallischen Innenleiter 20 enthält. Dieser einem kurzen Überhub der Tastenknopf 2 an einer Innenleiter 20 kann beispielsweise ein aus Beryllium-Schulter des stationären Gehäuses 1 aufliegt, oder 30 kupfer bestehendes Drahtstück sein, das mit zwei daß die Bedienungsperson die Betätigung der Schalt- koaxialen, dünnen magnetischen Schichten 21 und taste einstellt. Es ist bei dieser Schalttaste bemerkens- 22, die beide voneinander getrennt sind, plattiert ist, wert, daß deren Betätigungseinrichtung ein Schnapp- wie dies in den bereits obenerwähnten Schriften auswerk enthält, das, wenn der kritische Punkt bzw. die führlicher beschrieben ist. Die beiden filmdicken kritische Kraft in der Schnappfeder 6 erreicht ist, in 35 magnetischen Schichten 21 und 22 sind durch eine der sich der Dauermagnet 5 vom Anker 8, trennt, der elektrisch leitende Zwischenschicht 23, beispielsanschließende Sprungvorgang des Dauermagnets 5 weise Kupfer, voneinander getrennt. Die innenliezwangläufig stattfindet und erst gestoppt wird, wenn gende magnetische Filmschicht 21 weist eine hohe der Dauermagnet 5 sich in der Auslenkstellung be- Koerzitivkraft auf, deren typischen Werte bei 100 findet und in dieser vom unteren Anker 11 gehalten 40 örsted oder darüber liegen. Diese als magnetisch wird. »hart« bezeichnete dünne magnetische Filmschicht 21

Wenn am Ende des Tastenhubes keine äußere kann beispielsweise durch Ausfällung einer chemi-Druckkraft mehr auf den angeschlagenen Tasten- sehen Lösung die Nickel-Kobalt und Phosphor entknopf 2 einwirkt, folgt zwangläufig die Rückstellung hält, auf den Innenleiter 21 erzeugt werden. Die der Betätigungseinrichtung durch die Einwirkung der 45 äußere magnetische Filmschicht 22 weist eine niedere sich entspannenden Rückstellfeder 3, die infolge der Koerzitivkraft auf, und sie wird deshalb als magnegespeicherten Kraft den Tastenknopf 2 nach oben tisch »weich« bezeichnet. Erzeugt wird diese äußere drückt und in die Ruhestellung bewegt. Während weichmagnetische Schicht 22 durch einen Niederdieser Rüxkstellbewegung kommen die beiden Schul- schlag von Nickel-Eisen auf der äußeren Manteltern 12 des Tastenknopfes 2 und des Tastenstößels 4 50 fläche der Kupfertrennschicht 23. Die beiden filmmiteinander in Eingriff, wodurch die in der Rück- dicken, magnetischen Belagsschichten 21 und 22 stellfeder 3 gespeicherte Kraft auch auf den Tasten- werden unter der Einwirkung eines magnetischen stößel 4 wirkt. Während dieses Kupplungsvorganges Feldes erzeugt, dessen Fluß sich in axialer Richtung ist die Druckkraft der Rückstellfeder 3 größer als des Innenleiters 20 erstreckt, um eine unaxiale Anisodie Haltekraft zwischen dem Dauermagnet 5 und 55 tropie dieser beiden dünnen magnetischen Schichten dem unteren Anker 11, wodurch der Dauermagnet 5 21 und 22 zu erhalten. Oder in anderen Worten ervon der Auflageschulter 10 der Endplatte 9 abge- läutert: die beiden dünnen magnetischen Schichten hoben wird. Die Betätigungseinrichtung bewegt sich 21, 22 werden mit einer eingeprägten magnetischen so weit nach oben, bis der Dauermagnet 5 wieder am Vorzugsrichtung versehen, die sich in Längsrichtung oberen Anker 8 anliegt, wodurch die Aufwärtsbewe- 60 des drahtförmigen Kernes 16 erstreckt. Die äußere gung des Tastenknopfes 2 endet und der Tasten- dünne magnetische Schicht 22 sollte vorzugsweise knopf 2 sich in der Ruhestellung befindet. Während aus einer Stoffmischung bestehen, die 81 %> Nickel dieser Rückslellbewegung der Betätigungseinrichtung und 19 % Eisen enthält zwecks Eliminierung von und des Dauermagnets 5 ändert sich auch im Kern 16 magnetostriktiven Effekten.

des Impulsgebers 14 der magnetische Fluß in seiner 65 Die innere dünne magnetische Schicht 21, welche Größe und Richtung. als »hart« bezeichnet wird, muß gegenüber der äuße-

In der Fi 0. 3 a ist der magnet-elcktrische Impuls- rcn magnetischen Schicht 22, die als »weich;; bczeichgeber 14 in einer Seitenansicht, teilweise als Schnitt- net wird, eine größere Koerzitivkraft aufweisen.

Diese Koerzitivkraft ist ein Produkt aus der Schichtdicke und tier Magnetisierung der Schichten. Der Grund für diese Forderung, daß die Koerzitivkraft der äußeren magnetisch weichen Schicht 22 kleiner sein muß als die der inneren magnetisch harten Schicht 21, besteht darin, daß sich im drahtförmigen Kern 16 ein resultierendes Netto-Entmagnetisierungsfeld einstellt, das auch als magnetisches Vorspannungsfeld bezeichnet wird; welches sich in axialer Richtung erstreckt, wenn die beiden magnetischen Vektoren H_x der beiden magnetischen Schichten 21, 22 antiparallel sind. Diese Forderung bestand nicht bei den vorgenannten bistabilen Speichereinrichtungen mit Drähten, welche magnetische Schichten aufweisen, gemäß den erwähnten US-Patenten bzw. den beiden deutschen Offenlegungsschriften, um bei diesen Speichereinrichtungen bistabile Zustände zu ethalten. In diesem Ausführungsbeispiel einer Schalttaste ist es jedoch erforderlich, daß der Schaltkern 16 im Impulsgeber 14 diese magnetische Vorspannung aufweist. Daß die Koerzitivkraft in der inneren magnetisch harten Schicht 21 größer ist als die der äußeren magnetisch weichen Schicht 22 und sich die magnetische Vorspannung ergibt, läßt sich gemäß der Lehre, die die beiden erwähnten US-Patentschriften und/oder die beiden deutschen Offenlegungsschriften offenbaren, leicht realisieren. Der drahtförmige Schaltkern 16 erhält dadurch eine Struktur, bei der im Endeffekt die beiden magnetisch miteinander gekuppelten, magnetischen Schichten 21, 22 im normalen Zustand magnetisch stabil sind und die beiden magnetischen Flußvektoren der beiden verschiedenen magnetischen Schichten 21, 22 zueinander antiparallel sind, d. h., daß deren magnetischen Flüsse eine gegenläufige Richtung aufweisen. Dies kommt dadurch zustande, daß die magnetisch harte Schicht 21 die Ausrichtung der magnetisch weicheren Schicht 22 bewirkt, derart, daß die Richtung des magnetischen Feldes in der magnetisch weichen Schicht 22 der Richtung des magnetischen Feldes in der magnetisch harten Schicht 21 entgegengesetzt ist und auch parallel zur magnetischen Vorzugsrichtung des Schaltkernes 16 ist.

Es ist zweckdienlich, wenn das mittlere Netto-Entmagnetisierungsfeld bzw. das magnetische Vorspannungsfeld innerhalb der antiparallel gekuppelten magnetischen Schichten 21, 22 größer oder gleich der Koerzitivkraft der magnetisch weichen Filmschicht 22 ist. Die F i g. 5 zeigt die geforderte magnetische Hysteresiskurve, bei der für einen drahtförmigen Schaltkern 16 in der Ausführung gemäß den F i g. 4 a bzw. 4 b die magnetische Induktion B von der magnetischen Feldstärke H abhängt. Dieses Schaubild der F i g. 5 gibt die erforderlichen magnetischen Feldstärken an, die kleiner sind als die Koerzitivkraft H_c j der magnetisch harten Schicht 21. Aus der Hysteresekurve der F i g. 5 ist zu ersehen, daß bei einer Struktur des Schaltkernes 16 nach der beschriebenen Ausführung gemäß F ί g. 4 a, die aus den Induktionswerten B und den Feldstärkenwerten H gebildeten Hystereseschleife um einen gewissen Betrag von dem Feldstärkewert H = O seitlich verschoben ist. Die etwa rechteckförmige Hystereseschleife liegt im ersten Quadranten des BH-Koordinatenkreuzcs. Diese seitliche Verschiebung der Mittelachse H_n dieser Hysteresisschleife aus der Mitte des ß/Z-Koordinatenkreuzes, ist nach der Gleichung 1 zu berechnen:

A₀ = AT₀[Ms₁-T₁-M₅₂-T₂]. (1)

In dieser Gleichung stellt dar:

. N_D den Entmagnetisierungsfaktor bzw. die magnetische Vorspannung,

M₅₁ den Sättigungswert der Magnetisierung innerhalb der magnetisch harten Schicht 21,

T₁ die Dicke der magnetisch harten Schicht 21,

M₅₂ den Sättigungswert der Magnetisierung innerhalb der magnetisch weichen Schicht 22,

T₂ die Dicken der magnetisch weichen Schicht 22.

¹S Bei einem Schaltkern 16 mit einer Schichtstruktur gemäß der F i g. 4 b bewirkt das Netto-Entmagnetisierungsfeld — bzw. das magnetische Vorspannungsfeld — ebenfalls eine seitliche Verschiebung der vertikalen Mittelachse H₀ der Hysteresiskurve um einen bestimmten Betrag, bezogen auf die Kreuzungsstelle der ßff-Koordinaten. Bei dieser Kernstruktur besteht die folgende Beziehung zu der Verschiebung der Mittelachse H₀ — bzw. dem magnetischen Vorspannungsfeld:

In dieser Gleichung bedeutet:

N₀ den Entmagnetisierungsfaktor bzw. das magnetische Vorspannungsfeld, das von der Länge des koaxialen magnetischen Kerns abhängig ist,

M₅, die Magnetisierung innerhalb des magnetisch harten Drahtstückes 21,

D den Durchmesser des magnetisch harten Drahtstückes 21.

Wie bereits erklärt wurde, besteht im zentralen Loch des ringförmigen und doppelt magnetisierten Dauermagnets S in horizontaler Richtung ein gleichmäßiges magnetisches Feld. Wenn nun in der Schalttaste gemäß der F i g. 1 dieses magnetische Feld den

Wert der Feldstärke H_A in der in F i g. 5 dargestellten Hysteresiskurve des Kernes 16 überschreitet, dann wird in der äußeren magnetisch weichen Schicht 22 deren Magnetisierung auf eine entgegengesetzte Polarität bzw. Flußrichtung umschalten, d. h., die Magnetisierung springt in die entgegengesetzte Richtung. Nach diesem Schaltsprung der Magnetisierung in der magnetisch weichen Schicht 22 hat der magnetische Fluß die gleiche Richtung wie der magnetische Fluß in der magnetisch harten Schicht 21. Diese magnetisch harte Schicht 21 ist in der Struktur des Schaltkernes 16 nach der F i g. 4 a eine koaxiale Belagsschicht, die ein zentrales, nicht magnetisches Drahtstück 20 umgibt. In der Kernstruktur gemäß der F i g. 4 b bildet die magnetisch harte Schicht 21

das zentrale Kernstück. Die Werte der magnetischen Feldstärke H_A und H₀ sind abhängig von den Beziehungen:

H_A = H_n + H_C2 und H_n = H_n - H_{c 2} . (3)

Der vorstehend erwähnte Schaltsprung der Magnetisierung bzw. die plötzliche Richtungsänderung der Magnetisierung in der magnetisch weichen

Schicht 22 beruht auf einem Mechanismus der auf rungszustand des Schaltkemes 6, bei dem sich der dar Verschiebung von »Plochwänden« bzw. von Dauermagnet 5 in seiner oberen Stellung, d. h. seiner magnetischen Domänen basiert. Jedesmal, wenn Ruhestellung, befindet. Bei diesem Stellungszustand solch eine plötzliche Richtungsänderung de·' Magne- besteht eine Feldstärke, die links von der neutralen tisierung bzw. ein magnetischer Schaltsprung in der 5 B-Achse des Koordinatensystems auf dem linken Ast magnetisch weichen Schicht 22 des Schaltkemes 16 der Hysteresiskurve bezeichnet ist. Befindet sich der stattfindet, wird dadurch nach dem Induktionsprin- Dauermagnet 5 jedoch in seiner unteren Stellung zip in den Scheibenspulen 15 des Impulsgebers 14, — der sogenannten Auslenkstellung —, dann wirkt welcher in der F i g. 3 a dargestellt ist, ein elektrischer auf den Schaltkern 16 eine größere Feldstärke ein, Spannungsimpuls als Schaltsignal induziert. Die Span- io die in dem rechten Ast der Hysteresiskurve bezeichnungsamplitude dieser induzierten Signalimpulse ist net ist. Bei einer Tastenbetätigung bewirkt das proportional zu der Geschwindigkeit der Wandbewe- Schnappwerk, daß der Dauermagnet 5 von seiner gung innerhalb der magnetisch weichen Schicht 22. oberen Ruhestellung in die untere Auslenkstellung Die Länge, d. h. die zeitliche Dauer eines derartigen springt, dadurch ändert sich auch das den Schaltinduzierten Spannungsimpulses, ist umgekehrt pro- 15 kern 16 durchdringende magnetische Feld in seiner portional zu der Geschwindigkeit der Wandbewegung Intensität und Richtung, wie dies bereits erklärt innerhalb der magnetisch weichen Schicht 22. wurde. Diese Feldänderung bewirkt, daß in bezug

Wenn in der Schalttaste das vom Dauermagnet 5 auf die Hysteresiskurve der F i g. 6 die Anfangsfeldausgehende magnetische Feld eine Feldstarke er- stärke im linken Ast der Kurve sich auf den Wert reicht, die kleiner ist als die Feldstärke H₀ der Hy- 20 Null verringert und dann linear am unteren rechten steresiskurve gemäß der F i g. 5, dann schaltet bzw. Ast der Kurve bis auf den Wert H_A ansteigt, bei dem springt die Magnetisierung in der magnetisch weichen im Schaltkern 16 das magnetische Feld in der magne-Schicht 22 plötzlich in ihre ursprüngliche Richtung tisch weichen Schicht 22 plötzlich die Richtung um zurück, so daß jetzt die Magnetisierung der äußeren 180° ändert, wodurch ein Spannungsimpuls in den magnetisch weichen Schicht 22 und der der inneren 25 Spulen 15 erzeugt wird. Wird der Tastenknopf 2 magnetisch harten Schicht 21 zueinander parallel anschließend freigegeben, wodurch sich, wie bereits aber entgegengesetzt sind. Auch bei diesem Schalt- erklärt wurde, der Dauermagnet 5 von seiner unteren sprung der Magnetisierung in der magnetisch wei- Auslenkstellung nach oben in die Ruhestellung bechen Schicht 22 wird in den scheibenförmigen Spulen wegt wo er am Anker 8 gehalten wird, hierbei ändert 15 des Impulsgebers 14 infolge der plötzlichen Rieh- 30 sich auch das den Schaltkern 16 durchsetzende horitungsänderung der Magnetisierung wieder ein Span- zontale magnetische Feld. In der Hysteresiskurve der nungsimpuls induziert, dessen Polarität jedoch ent- F i g. 6 verringert sich hierbei allmählich die hohe gegengesetzt ist zu dem induzierten Spannungssignal, Feldstärke des rechten Astes bis zu der Feldstärke H₀. das erzeugt wurde, wo die Feldstärke H gleich dem Bei Erreichung dieses Schwellwertes H_B dreht sich Grenzwert H_A der Hysteresiskurve war. Damit der 35 plötzlich das magnetische Feld in der magnetisch Schaltkern 16 mit seinen beiden gekoppelten magne- weichen Schicht 22 um 180°, wodurch in den Sputischen Schichten 21, 22 zuverlässig schaltet, soll len 15 des Impulsgebers 14 ein Spannungsimpuls das äußere auf ihn einwirkende Magnetfeld nicht anderer Polarität erzeugt wird. Während dieser magrößer sein als der Feldstärkewert H_{c r} seiner Ko- gnetischen Sprungbewegung im Schaltkern 16 ändert erzitivkraft, gemäß der F i g. 5. Eine einmalige Aus- 40 sich auch plötzlich dessen resultierende Feldstärke, nähme ist nur möglich, wenn der Schaltkern 16 zu wie dies aus der Hysteresiskurve der F i g. 6 zu erAnfang in seiner axialen Richtung erstmals magneti- sehen ist. Dabei springt die Feldstärke von einem siert wird, damit die innere magnetisch harte Schicht relativ hohen Wert, der durch das linke Ende des 21 die eingeprägte starre Magnetisierungsrichtung oberen Kurvenastes gegeben ist, bei B auf einen nieerhält. 45 deren Wert, verringert sich bis zum Wert Null und

Das auf den horizontal im zentralen Loch des steigt auf einen kleinen negativen Wert im linken Dauermagnets 5 angeordneten Kern 16 in axialer Ast der Kurve an, der dem bezeichneten Wert für Richtung einwirkende magnetische Feld H des Dauer- die Ruhestellung entspricht. Die Fig. 7 illustriert magnets ist in seiner Stärke einstellbar. Befindet sich an Hand der Hysteresiskurve die magnetischen Zudcr Dauermagnet 5 in bezug zur horizontalen Mittel- 50 stände im drahttörmigen Schaltkern 16, wenn dessen achse des Kernes 16 in seiner oberen oder unteren Polarität umgekehrt ist. Die magnetischen Schaltvor-Haftstellung — der Ruhe- oder Auslenkstellung —, gänge sind hierbei die gleichen, lediglich in der dann durchdringen die magnetischen Feldlinien im Ruhestellung und der Auslenkstellung des Dauerzentralen Loch auch den in dieses Loch einragenden magnets 5 sind die Feldstärken im Schaltkern 16 Kern 16. Wie aus der F i g. 8 a zu ersehen ist, nimmt 55 umgekehrt.

die Stärke des Magnetfeldes H₀ in axialer Richtung Es wird darauf hingewiesen, daß in der Schalttaste im Loch und auch darüber, d. h. außerhalb des nach F i g. 1 der Impulsgeber 14 zur Erzeugung des Loches, ständig ab. Durch eine Anpassung bzw. eine elektrischen Schaltsignals keinen Schaltkern 16 entÄnderung des vertikalen Höhenabstandes zwischen halten muß, der mit den magnetischen Schichten 21, den beiden horizontalen Mittelachsen vom Dauer- 60 22 versehen ist. Elektrische Schaltsignale können in magnets und vom Kern 16 kann die gewünschte den Spulen 15 des Impulsgebers 14 auch dadurch Stärke des magnetischen Feldes eingestellt werden, erzeugt werden, da(3 beispielsweise der Kern 16 aus das in der Ruhestellung bzw. in der Auslenkstellung magnetisch weichem Eisen oder sogar aus Luft bedcs Dauermagnets 5 auf den Kern 16 einwirkt. steht. Durch die vom Schnappwerk bewirk),·; schnelle

Zwei verschiedene Magnetisierungszustände des 65 Sprungbewegung des Dauermagnets 5 und durch

Schaltkemes 16, die anschließend erklärt werden, dessen horizontales, zweischichtiges, antiparallelcs

sind in den beiden Schaubildern der Fig. 6 und 7 Magnetfeld wird in den Spulen 15 durch die plötz-

dargcstcüt. Die Fig. 6 zeigt den ersten Magnetisie- üchc Anderiin" des Magnetflusses in der Amplitude

21 22

und Richtung ein Spannungsimpuls induziert. Jedoch Länge L eines Schaltkernes 16 genau berechnen zi

hat ein auf diese Weise erzeugter Spannungsimpuls können, wird auf den folgenden erwähnten Aufsat;

eine viel kleinere Spannungsamplitude, und er ist hingewiesen: »Demagnetizing Factors of the Genera

seitlich auch wesentlich langer im Vergleich zu den Elipsoid«, by J. A. Osbourne, Physical Review

steilen Spannungsimpulsen, die mit einem magneti- 5 Vol. 67, Nos. 11 und 12, 1. und 15. Juni 1945. Eine

sehen Schaltkern 16 induziert werden. Optimierung des Schaltkernes 16 erhält man durcl·

Als magnetische Schaltkerne 16 können im Im- die entsprechende Wahl der Werte für die verschie-

pulsgeber 14 zur Erzeugung steiler Schaltsignale an denen Faktoren L, N_D, K usw. Den Durchmesser 0

Stelle der zylindrischen Drahtstücke mit plattierten für den Schaltkern 16 erhält man aus der Beziehung

magnetischen Filmschichten 21, 22 auch anders ge- ίο der Gleichung 2. Ein typischer Schaltkern 16 für diest

staltete Schaltkerne 16, z. B. mit rechteckigem Quer- Schalttaste hatte eine Länge L = 8,89 mm und einen

schnitt, verwendet werden, je nach den Erfordernissen Durchmesser von 0,508 mm. Eine Spule für diesen

der vorliegenden Konstruktion. Desgleichen kann Schaltkern 16 hat zwanzig Windungen,

auch die Endplatte 9, die Auflageschulter 10 und Aus den vorstehenden Erklärungen und dei

die untere Halteeinrichtung (Anker 11) für den 15 Fig. 10a ist zu entnehmen, daß bei einem einmali-

Dauermagnet 5 anders gestaltet sein. Es ist außer- gen Anschlag des Tastenknopfes 2 nacheinander zwei

dem nicht erforderlich, daß scheibenförmige Spulen Spannungsimpulse im Impulsgeber 14 erzeugt wer-

15 im Impulsgeber 14 koaxial den Schaltkern 16 um- den, die zueinander eine entgegengesetzte Polarität geben. Es reicht aus, wenn die Induktionsspulen 15 aufweisen. Ein erster Spannungsimpuls entsteht bein während des Schaltvorganges in der Nähe des ma- ao Niederdrücken des Tastenknopfes 2 zu der Zeit, wenr gnetischen Schaltkernes 16 angeordnet sind. der Dauermagnet 5 von seiner Ruhestellung in di<

Aus den beiden F i g. 8 a und 8 b ist, wie bereits Auslenkstellung springt. Der zweite Spannungs

erklärt wurde, das Zusammenspiel des Dauer- impuls wird erzeugt, wenn der Tastenknopf 2 siel

magnets 5 und des Schaltkernes 16 zu ersehen, wobei nach oben in die Ruhestellung bewegt, wobei dei

letzterer mit zwei gekoppelten dünnen magnetischen 25 Dauermagnet 5 vom unteren Anker 11 getrennt unc

Schichten 21, 22, versehen ist. Die F i g. 8 b zeigt, daß zum oberen Anker 8 bewegt wird. Die Eigenart diese:

die horizontale Längsachse des drahtförmigcn Schalt- Schalttaste, daß sie bei einem Tastenanschlag ir

kernes 16 einen Winkel von 90° zur neutralen Achse einem zeitlichen Abstand nacheinander zwei Span·

des Dauermagnets 5 aufweist, der die Gestalt einer nungsimpulse verschiedener Polarität erzeugt, ist eir

Ringscheibe hat. Die F i g. 8 a zeigt die Ansicht eines 30 Vorzug bei Tastaturen, welche sehr schnell betrieber

Schnittes durch den Dauermagnet 5 und illustriert werden. Bei der Annahme daß bei Niederdrücker

schematisch den Verlauf der magnetischen Feld- des Tastenknopfes 2 ein positiver Spannungsimpuls

linien innerhalb und außerhalb des als Luftspalt die- gemäß der Fig. 10a und 10b erzeugt wird und daC

nenden zentralen Loches im Dauermagnet 5. Es ist dieser Spannungsimpuls zu einem Signalverstärkci

wesentlich, daß diese Feldlinien tangential, bzw. par- 35 gelangt, dann liefert dieser Signalverstärker an seinem

allel zur Ebene der dauermagnetischen Ringscheibe Ausgang ein Schaltsignal, das in der F i g. 10 b abge-

verlaufen. bildet ist. Bei der vorstehenden Annahme ist eine

Die Fig. 3 a bis 3 c zeigen in vergrößerter Dar- Spule 15 des Impulsgebers 14 gemäß den Fig. 3 a stellung Einzelheiten des magnet-elektrischen Impuls- bis 3 c und 9 über die Anschlußstifte 18, die Leitungebers 14, der in der Schalttaste der Fig. 1 recht- 40 gen 18a bis 18/ der Fi g. 11 a mit einem Signalverwinklig zur vertikalen Tastenbewegung angeordnet stärker 19 der Fig. 11a verbunden. Dieses durch ist. Der vom Kern 16 in axialer Richtung durchdrun- den Signalverstärker erzeugte längere Schaltsignal gene Spulenkörper ist auf einem aus Isoliermaterial dauert von der Anstiegsflanke des ersten positiven bestehenden Trägerplättchen 17 befestigt, das mit Spannungsimpulses bis zur Anstiegsflanke des zweiten einer Anzahl von vorstehenden Anschlußstiften 18 45 negativen Spannungsimpulses, wie die Fig. 10b versehen ist. Diese Anschlußstifte 18 sind mit den schematisch zeigt.

Enden der scheibenförmigen Spulen 15 verbunden, Bei einer großen Tasten-Anschlagsgeschwindigkeit, deren Windungen in Nuten des Spulenkörpers ge- d. h. einer schnellen Anschlagsfolge, was einer hohen wickelt sind, wie dies aus den F i g. 3 a und 3 b zu er- Schreibgeschwindigkeit entspricht, ist es meistens sehen ist. Die F i g. 3 c stellt eine Seitenansicht des 50 nicht erlaubt, daß bei einem Doppelanschlag von Impulsgebers 14 dar. Der magnet-elektrische Impuls- _zwei Tastenknöpfen 2 sich die erzeugten Spannungsgeber 14 ist auch in der F i g. 9 schematisch darge- signale überlagern. Um dies weitestgehend zu verstellt, dabei besteht dessen zylindrischer Schaltkern hindern bzw. um eventuell dadurch entstehende Feh-

16 aus einer der beiden Schichtstrukturen wie sie in i_er Z₁₁ verhüten, wird eine derartige Tastatur durch Fig. 4a oder 4b abgebildet sind und welche bereits 55 eine logische Schaltungsanordnung ergänzt, die nur beschrieben wurden. Dieser zjylindrische Schaltkern den ersten Spannungsimpuls durchläßt und die rest-16 ist mit zwei Spulen 15 versehen, welche jeweils liehen Signalimpulse blockiert. Bei einer Schalttaste, N-Windungen aufweisen. deren Impulsgeber 14 mit einem Schaltkern 16 in der

Dieser Schaltkern 16, der als Dauermagnet be- bereits beschriebenen Art nach Fig. 4a oder 4b

trachtet wird, sollte im Hinblick auf die folgenden 60 versehen ist, wird beim Anschlag des Tastenknop-

Erläuterungen eine Gesamtlänge L haben. Die f_es2 ein positiver Spannungsimpuls erzeugt, dessen

Länge L ist proportional zum Durchmesser D und zeitliche Länge bzw. Dauer unabhängig von der Ge-

auch proportional zur Dicke der magnetisch weichen schwindigkeit ist, mit der der Tastenknopf 2 aus sei-

und der magnetisch harten Schicht 21, 22. Der ner Ruhestellung in die Auslenkstellung bewegt wird,

exakte Ausdruck für die Länge des Schaltkernes ist 65 Auch die Geschwindigkeit, mit der der Dauer-

sehr komplex und ist von verschiedenen Faktoren, magnet 5 von seiner Ruhestellung in die Auslenkstel-

z. B. dem Entmagnetisierungsfaktor N₀, bzw. der i^g springt, beeinflußt nicht die zeitliche Dauer des

magnetischen Vorspannung, abhängig. Um die Spannungsimpulses, wenn im Impulsgeber 14 ein

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Schaltkern 16 verwendet wird. Der Zeitpunkt, in dem schlußstellen repräsentieren die binären Werte für sich der Dauermagnet S von dem oberen Anker 8 die sechs Spulen 15 in einer Schalttaste. Die Codietrennt und seine Geschwindigkeit, mit der er sich von rung bzw. die Zuordnung eines binären Wertes für seiner Ruhestellung in die Auslenkstellung bewegt, jede Schalttaste in einer Tastatur erfolgt mittels der sind, wie bereits erwähnt wurde, von der Druckkraft 5 j_n F i g. 11 b und lic dargestellten Anschlußplatten der schraubenförmigen Schnappfeder 6, von der und ist auf zwei verschiedene Arten möglich. Um bei-Dicke des oberen Ankers 8, der Scheibendicke des spielsweise den binären Wert Null darzustellen, kön-Dauermagnets 5, sowie von der Größe der aneinan- nen die einander gegenüberliegenden Anschlußfahderhaftenden Flächen des Dauermagnets und des nen kurzgeschlossen bzw. überbrückt werden, wie Ankers 8 abhängig. Bei der Verwendung eines Schalt- »° dies aus der Fi g. 11 c bei den Stellenwerten 4 und 32 keines 16 im Impulsgeber 14 besteht gegenüber den zu ersehen ist. Bei einer anderen Anschlußweise, die anderen Ausführungsarten, die nach dem elektro- in der Fig. 11 b abgebildet ist, wird eine Anschluß- ■

dynamischen Prinzip arbeiten, der Vorteil, daß die stelle durch eine Brücke umgangen und nicht mit I

erzeugten Spannungsimpulse immer eine gleiche Am- einer Leitung 4 oder 32 verbunden. Die Spulen 15, plitude und eine gleiche zeitliche Dauer aufweisen, >5 denen der binäre Wert Null zugeordnet ist, sind bei was in den meisten Betriebsfällen erwünscht und der ersten Anschlußart kurzgeschlossen, bei der zweiwichtig ist. ten Anschlußart ist ein Ende der Spule 15 nicht mit

Das Impulsdiagramm der Fig. 10c illustriert die den Leitungen verbunden. Bei der Betätigung einer Situation, wenn in einer Tastatur zwei Schalttasten Schalttaste in der Tastatur liefert somit jede Schalt- :

zeitlich sehr kurz nacheinander betätigt werden und ^2O taste an ihrem Ausgang gleichzeitig eine Anzahl von ihre Schaltbewegungen sich überlappen. Der mit T_K Spannungsimpulsen auf die sechs Verbindungsleitunbezeichnete Zeitintervall gibt die zeitliche Folge an, gen 18 a bis 18/, wobei jede Schalttaste ein anderes mit der die beiden Schalttasten nacheinander betätigt binär codiertes Muster von Spannungsimpulsen erwurden. Um ein fehlerfreies Schaltsignal auch bei zeugt. Diese codierten Spannungsimpulse gelangen ·. einem Doppelanschlag von zwei Schalttasten zu er- ²5 über die Leitungen 18 a bis 18/ zu den einzelnen ί halten, die sich in ihrer Bewegung zeitlich überlappen, Kanälen des Signalverstärkers 19, der aus diesen ; ist es erforderlich, daß die Breite bzw. zeitliche Länge Spannungsimpulsen die Schaltsignalc formt, wie be- ;;■ der positiven Spannungsimpulse kürzer ist als der reits vorstehend erklärt wurde. J minimale Zeitintervall T_R der Anschlagsfolge für die Aus der F i g. 11 a ist zu ersehen, daß die sechs ■ beiden Schalttasten. Die maximale Anschlaggeschwin-3° Verbindungsleitungen 18a bis 18/ an ihrem Ende \ digkeit einer Bedienungsperson ist durch die Inter- mit einer auf Massepotential liegenden Leitung 26 \ vallzeit T_R bestimmt, und ihr Kleinstwert sollte eiwa verbunden sind, die auch an den Signalverstärker 19 ' bei 4ms liegen. Aus der Fig. 10c ist auch zu er- angeschlossen ist. Diese Masseleitung 26 dient als ; sehen, daß bei Verwendung eines Signalverslärkers Bezugspunkt und sie bewirkt, daß eventuelle Stör- I für die positiven Spannungsimpulsc zur Erzeugung 35 signale auf den die Spannungsimpulsc führenden Ver- : eines Schaltsignals auch bei einem Doppelanschlap bindungsleitungen 18 α bis 18/unterdrückt werden, von zwei Schalttasten die negativen Flanken der po- Abweichend von der vorstehend lediglich als Aussitiven Spannungsimpulse keine Bedeutung habsn. führungsbeispiel beschriebenen Schalttaste können '■

In den Fig. 11 a bis lic sind die erfordenichen entsprechend den gegebenen Forderungen oder, falls Leitungsverbindungen dargestellt, wenn mehrere der 40 es zweckmäßig ist, konstruktive Änderungen bei- \

vorstehend beschriebenen Schalttasten zu einer Tas;>- spielsweise folgender Art vorgenommen werden: Be- ■

tür zusammengefaßt werden und eine Einheit bilde·¹. zugnehmend auf die F i g. 1 können die beiden als l

Auf einer Grundplatte 17 sind Sockel 25 angeordnci Halterung des Dauermagnets 5 dienenden ringförmi- ^:;

die zur Aufnahme der Schalttasten dienen. Dc- gen Anker 8 und 11, weiche aus Weicheisen beSockel 25 sind durch sechs elektrische Leitungen 18 r 45 stehen, auch Dauermagnete sein. Das Schnappwerk bis 18/ miteinander verbunden, die alle zu dem Ein- zur plötzlichen Auslenkung des am oberen Anker 8 gang eines Signalverstärkers 19 führen. Derarii^e haftenden Dauermagnets 5 bei Erreichung eines kri-Signalverstärker sind allgemein bekannt und werden tischen Druckpunktes während der Tastenbetätigung :■

deshalb nicht beschrieben. Für jede der Spulen 15 in knnn man durch das Weglassen der schraubenform!- den Impulsgebern 141 ist eine Leitung und en Kana¹ 50 ".en Schnappfeder6 vereinfachen, indem man die im Signalverstärker 19 vorgesehen. Schnappfeder 6 durch ein starres Glied ersetzt. So-

Wie aus den F i g. 3 a und 3 b zu ersehen ist, ent- bald die vom Finger der Bedienungsperson ausgehält ein Impulsgeber 14 einer Schalttaste sechs se;:a- übte Druckkraft die Haltekraft zwischen dem oberen rate Spulen 15, die alle miteinander, wie aus dem Anker 8 und dem Dauermagnet 5 überschreitet, er- _f,

Schaltplan Fig. 11a zu ersehen ist, in Reihe mit- 55 folgt die plötzliche Trennung zwischen diesen beiden |

einander verbunden sind. Eine typische Tastatur, Teilen. Die Bedienungsperson hat keinen Einfluß auf |

deren Grundplatte in Fig. 11 a dargestellt ist, enthält die schnelle Abwärtsbewegung des Dauermagnets 5. \

64 Schalttasten. Um die von diesen 64 Schalttasten Auch beim magnet-elektrischen Impulsgeber 14 ist erzeugten Schaltsignale im binären Code unterschei- es nicht unbedingt erforderlich, daß der Kern 16 ein den zu können, ist jeder magnet-elektrische Impuls- 6» spezieller bistabiler Schaltkem sein muß, um durch geber 14 der Schalttasten mit sechs Spulen 15 ver- die magnetische Flußänderung in den sechs Spulen sehen gemäß den Darstellungen in F i g. 3 a und 3 b. 15 die Spannungsimpulse zu induzieren, wie dies be- j

Dieses Codierungskonzept ist aus der Fig. 11b er- reits erwähnt wurde. Als Kern 16 ist auch beispiels- \

sichtlich, die eine Anschlußplatte für die sechs Spulen weise ein Weicheisenkern verwendbar, jedoch er- i

15 einer Schalttaste und deren Verbindungsleitungen 65 geben sich mit diesem keine solchen gleichmäßigen, j

darstellt, dabei ist jedem AnscbJußpaar bzw. jeder sehr kurzen Spannungsünpulse, die eine sehr steile j

Leitung ein bestimmter binärer Wert zugeordnet, Flanke, eine relativ große Spannungsamplitude auf- |

z. B. 1, 2, 4, 8, 16 und 32. Diese paarweisen An- weisen, wie dies bei der Verwendung von bistabilen j

Schaltkcrnen der Fall ist.

Die Schalttasten dieses Ausführungsbeispiels erzeugen ihre codierten Spannungssignale, indem die mechanische Auslenkung des Tastenknopfes 2 die Änderung eines Magnetflusses bewirkt, der den Anker 16 eines magnet-elektrischen Impulsgebers 14 durchsetzt, welcher mit einer Anzahl von Spulen 15 umgeben ist. Nach dem magnetischen Induktionsprinzip werden in diesen Spulen 15 durch die plötzliche Änderung des magnetischen Flusses in der Am-

plitude und in der Richtung der Spannungsinipulse induziert. Die Schalttasten sind somit selbsterregend und durch die in ihnen erzeugten Spannungsimpulse, welche leicht codierbar sind, ist ihre Anpassung bzw. Zuordnung zu einem bestimmten Zeichen oder Charakter auf einfache Weise möglich. Die Schalttaste enthalt eine relativ einfache mechanische Betätigungseinrichtung, ein auf magnetischer Basis wirkendes Schnappwerk und einen magnet-elektrischen Impulsgeber, der prellfreie Spannungsimpulse erzeugt.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kontaktlose Schalttaste, insbesondere für Tastaturen, mit einer beim Tastenanschlag in vertikaler Richtung auslenkbaren und durch ein Federelement rückstellbaren Betätigungseinrichtung, enthaltend einen Tastenknopf, einen damit verbundenen Tastenstößel, ein damit gekoppeltes Schnappwerk mit einem am Tastenstößel be- ίο festigten Schaltmagneten, der in der Ruhe- und in der Auslenkstellung der Taste jeweils an einem am Gehäuse befestigten Anker bis zu einem vorbestimmten Tastenleerhub haftet und der plötzlich bei einer Druckkraft, die größer ist als die Haftkraft, in die andere Schaltstellung springt, wobei durch eine Relatiwerschiebung zwischen einem magnet-elektrischen Wandler in einem von zwei antiparallelen Magnetflüssen durchdrungenen Luftspalt eines zwei Polpaare aufweisenden Erregermagneten der Wandler ein elektrisches Schaltsignal erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltmagnet und der mehrpolige Erregermagnet miteinander kombiniert in einem Dauermagneten (5) vereinigt sind, der die as Form einer magnetisch zweischichtigen Lochscheibe aufweist, daß der am Tastenstößel (4) befestigte Dauermagnet (5) die zwei Polpaare entgegengesetzter Polarität in den zwei aufeinanderliegenden magnetischen Schichten enthält, wobei ungleichnamige Pole der Schichten übereinanderliegen, so daß die zwei in vertikaler Richtung übereinanderliegenden, antiparallelen Magnetflüsse das als Luftspalt (13) dienende Loch im Dauermagneten (5) in horizontaler Richtung durchdringen, daß der auf einer unteren Endplatte (9) des Gehäuses (1) angeordnete und in den Luftspalt (13) ragende magnet-elektrische Wandler (14) einen wenigstens mit einer Spule (15) bestückten Kern (16) aufweist, dessen magnet-empfindliche Längsachse horizontal und deckungsgleich zu den Achsen der beiden Magnetflüsse ist, daß in der Tasten-Ruhestellung der untere Magnetfluß den Kern (16) in einer Richtung durchdringt und daß in der Tasten-Auslenkstellung der obere Magnetfluß den Kern (14) in der entgegengesetzten Richtung durchdringt.

2. Schalttaste nach Anspruch 1, dadurch gegekennzeichnet, daß der Kern (16) ein bistabiler magnetischer Schaltkern ist und daß dieser eine magnetische Vorspannung (H₀) aufweist, so daß dessen annähernd rechteckförmige Hysteresiskurve im ersten Quadranten des B//-Koordinatenkreuzes liegt. (F i g. 5).

3. Schalttaste nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkern (16) ein kurzes, mehrschichtiges Drahtstück ist, der innen eine magnetisch harte Schicht (21) hoher Koerzitivkraft und außen eine magnetisch weiche Belagschicht (22) niederer Koerzitivkraft enthält, daß diese beiden magnetischen Schichten (21, 22) durch eine nichtmagnetische elektrisch leitende Schicht (23) voneinander getrennt sind und daß die beiden magnetischen Schichten (21, 22) in axialer Richtung magnetisiert sind.

4. Schalttaste nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur des Schaltkernes (16} aus einem nichtmagnetischen elektrischen Innenleiter (20) als Träger, einem koaxialen magnetisch harten Filmbelag (21), einer koaxialen Trennschicht (23) aus Kupfer und einem koaxialen magnetisch weichen Filmbelag (22) als äußere Schicht besteht.

5. Schalttaste nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Schaltkern (16) einen zentralen Träger (21) aus einem magnetisch harten Material enthält, daß diesen Träger (21) eine Trennschicht (22) aus Kupfer umgibt und daß auf dieser Trennschicht (22) eine diese umgebende magnetisch weiche Filmschicht (23) angeordnet ist. (F i g. 4 b).

6. Schalttaste nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der doppelseitig magnetisierte Dauennagnet (5) eine Ringscheibe ist, daß diese Scheibe in zwei gleich dicken übereinanderliegenden Schichten ungleichnamig magnetisiert ist, daß jede Schicht in der Ebene zwei aneinandergrenzende halbkreisförmige Flächen ungleichnamiger Magnetisierung aufweist und daß das zentrale Loch in der Ringscheibe zylindrisch ist. (F i g. 2a, 2b, 8a, 8b).

7. Schaltaste nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennziichnet, daß der Dauermagnet (5) aus einem Mischmaterial besteht, bei dem Partikel aus Bariumferrit in eine Schicht aus natürlichem oder synthetischem Kautschuk eingebettet sind.

8. Schalttaste nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (1) als Bestandteil des Schnappwerkes ein oberer ringförmiger Anker (8) befestigt ist, an dem der scheibenförmige Dauermagnet (5) in der Ruhestellung haftet, daß die im unteren Teil des Gehäuses (1) befestigte Endplatte (9) aus Isoliermaterial an ihrer Oberseite eine kreisringförmige Schulterfläche

(10) zur Auflage des Dauermagneten (5) in seiner Auslenkstellung aufweist, daß unterhalb der Schulterfläche (10) ein unterer ringförmiger Anker

(11) angeordnet ist, der den Dauermagneten (5) in seiner Auslenkstellung bis zu einem bestimmten Leerhub der Betätigungseinrichtung für die Schalttaste festhält, und daß der obere und der untere Anker (8, 11) aus einem weichmagnetischen Material bestehen.

9. Schalttaste nach einem der Ansprüche 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß in einer zentralen Bohrung des Tastenknopfes (2) der Schaft (7) des Tastenstößels (4) in axialer Richtung um eine Strecke verschiebbar ist, die dem Auslenkhub des Dauermagneten (5) bei der Schnappbewegung entspricht, daß der Schaft (7) und die Bohrung im Tastenknopf (2) Auflageschultern (12) aufweisen, die bei der Rückstellung der Betätigungseinrichtung aneinanderliegen, daß zwischen dem Tastenknopf (2) und dem Tastenstößel (4) sich ein die Sprungbewegung des Schnappwerkes erzeugendes Kraftelement (6) befindet und daß das die Betätigungseinrichtung rückstellende Federelement (3) zwischen dem Tastenknopf (2) und dem Gehäuse (1) angeordnet ist.

10. Schalttaste nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftelement und das Federelement schraubenförmige Druckfedern (6. 3) sind.

U. Schalttaste nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß im magnetelektrischen Wandler (14) der Kern (16) zentral

in einem Spulenkörper eingesetzt ist, daß der Spulenkörper mit mehreren voneinander getrennten Wickelspulen bestückt ist, deren Enden mit den in einem Trageplättchen (17) befestigten Anschlußstiften (18) verbunden sind, und daß die Anschlußstifte (18) die Endplatte (9) durchdringen und in einen mit Kontaktfedern versehenen Aufnahmesockel (15) steckbar sind.

12. Schalttaste nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Schalttasten zu einer Tastatur zusammenfaßbar sind, daß die Anzahl der Wickelspulen (15) von jedem magnet-elektrischen Wandler (14) an ein Codiersystem angepaßt ist und daß die Leitungsanschlüsse (18fl bis 18/) für die Anschlußstifte (18) der Wickelspulen (15) im Aufnahmesockel (25) gemäß dem Codiersystem verbunden sind.