DE3008561C2 - Kontaktloser Schalter - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem insbesondere für Tastaturen geeigneten Schalter mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Ein solcher Schalter ist aus der DE-PS 25 14 131 bekannt. Der bekannte Schalter trägt am Tastenstößel einen zweischichtigen, horizontal angeordneten, ringförmigen Dauermagneten, der in den zwei aufeinanderliegenden magnetischen Schichten zwei Polpaare entgegengesetzter Polarität enthält, wobei ungleichnamige Pole der Schichten übereinander liegen, so daß die zwei in vertikaler Richtung übereinanderliegenden, antiparallelen Magnetflüsse das als Luftspalt dienende Loch des Magnetringes in horizontaler Richtung durchdringen. An der Grenzfläche zwischen den beiden antiparallelen Magnetflüssen, weiche der neutralen Zone entspricht, hat der resultierende Magnetfluß den Wert Null.

Unterhalb des Magnetrings ist ein magnetelektrischer Impulsgeber angeordnet, bestehend aus einem bistabilen magnetischen Kern in Gestalt eines kurzen Drahtstückes, welches von einer oder mehreren elektrischen Spulen umgeben ist und mit den Magnetflüssen im Loch des Magnetrings fluchtet.

Als bistabile magnetische Elemente, auch als bistabile magnetische Schaltkerne bezeichnet, eignen sich vor allem sogenannte Wiegand-Drähte, deren Aufbau und Herstellung in der DE-OS 21 43 326 beschrieben sind. Wiegand-Drähte sind in ihrer Zusammensetzung homogene, ferromagnetische Drähte (z. B. aus einer Legierung von Eisen und Nickel, vorzugsweise 48% Eisen und 52% Nickel, oder aus einer Legierung von Eisen und Kobalt, oder aus einer Legierung von Eisen mit Kobalt und Nickel, oder aus einer Legierung von Kobalt mit Eisen und Vanadium, vorzugsweise 52% Kobalt, 38% Eisen und 10% Vanadium), die infolge einer besonderen mechanischen und thermischen Behandlung einen weichmagnetischen Kern und einen hartmagnetischen Mantel besitzen, d. h. der Mantel besitzt eine höhere Koerzitivkraft als der Kern. Wiegand-Drähte haben typisch eine Länge von 5 bis 50 mm, vorzugsweise von 20 bis 30 mm. Bringt man einen Wiegand-Draht, bei dem die Magnetisierungsrichlnng des weichmagnetischen Kerns mit der Magnetisierungsrichtung des hartmagnetischen Mantels übereinstimmt, in ein äußeres Magnetfeld, dessen Richtung mit der Richtung der Drahtachse übereinstimmt, der Magnetisierungsrichtung des Wiegand-Drahtes aber entgegengesetzt ist, dann wird bei Überschreiten einer Feldstärke von ca. 16 A/cm die Mngnetisierungsrichtung des weichen Kerns des Wiegand-Drahtes umge-

kehrt. Diese Umkehrung wird auch als Rückstellung bezeichnet. Bei erneuter Richtungsumkehr des äußeren Magnetfeldes kehrt sich die Magnetisierungsrichtung des Kerns bei Oberschreiten einer kritischen Feldstärke des äußeren Magnetfeldes erneut um, so daß der Kern und der Mantel wieder parallel magnetisiert sind. Diese Umkehrung der Magnetisierungsrichtung erfolgt sehr rasch und geht mit einer entsprechend starken Änderung des magnetischen Kraftflusses pro Zeiteinheit einher (Wlegand-Effekt). Diese Änderung des Kraftflusses kann in einer Induktionsspule einen kurzen und sehr hohen (ja nach Windungszahl und Belastungswiderstand der Induktionsspule bis ca. 12 Volt) Spannungsimpuls induzieren (Wiegand-Impuls).

Auch beim Zurückstellen des Kerns wird ein impuls in einer Induktionsspule erzeugt, allerdings mit wesentlich geringerer Amplitude und umgekehrtem Vorzeichen als im Falle des Umklappens von der antiparallelen in die parallele Magnetisierungsrichtung.

Wählt man als äußeres Magnetfeld ein Wechselfeld, welches in der Lage ist, zuerst den Kern und danach auch den Mantel umzumagnetisieren und jeweils bis ·η die magnetische Sättigung zu bringen, so treten Wiegand-Impulse infolge des Umklappens der Magnetisierungsrichtung des weichmagnetischen Kerns abwechselnd mit positiver und negativer Polarität auf und man spricht von symmetrischer Erregung des Wiegand-Drahtes. Dazu benötigt man Feldstärken von ca. —(80 bis 120 A/cm) bis +(80 bis 120 A/cm). Das Ummagnetisieren des Mantels erfolgt ebenfalls sprunghaft und führt ebenfalls zu einem Impuls in der Induktionsspule, jedoch ist der Impuls wesentlich kleiner als der beim Umklappen des Kerns induzierte Impuls und wird zumeist nicht ausgewertet.

Wählt man jedoch als äußeres Magnetfeld ein solches, welches nur in der Lage ist, den weichen Kern, nicht aber den harten Mantel in seiner Magnetisierungsrichtung umzukehren, dann treten die hohen Wiegand-Impulse nur mit gleichbleibender Polarität auf und man spricht von asymmetrischer Erregung des Wiegand-Drahtes. Dazu benötigt man in der einen Richtung eine Feldstärke von wenigstens 16 A/cm (für die Rückstellung des Wiegand-Drahtes) und in der umgekehrten Richtung eine Feldstärke von ca. 80 bis 120 A/cm.

Charakteristisch für den Wiegand-Effekt ist, daß die durch ihn erzeugten impulse in Ampi'tude und Breite weitgehend unabhängig sind von der Änderungsgeschwindigkeit des äußeren Magnetfeldes und ein hohes Signal-zu- Rausch-Verhältnis aufweisen.

Für die Erfindung gt-signet sind auch anders aufgebaute bistabile magnetische Elemente, wenn diese zwei magneli.xh miteinander gekoppelte Bereiche von unterschiedlicher magnetischer Härte (Koerzitivkraft) besitzen und in ähnlicher Weise wie Wiegand-Drähte durch induziertes, rasch erfolgendes Umklappen des weichmagnetischen Bereichs zur Impulserzeugung verwendet werden können. So ist z. B. aus der DE-PS 2514 131 ein bistabiler magnetischer Schaltkern in Gestalt eines Drahtes bekannt, der aus einem hartmagnetischen Kern (z. B. aus Nickel-Kobalt), aus einer darauf abgeschiedenen elektrisch leitenden Zwischenschicht (z. B. aus Kupfer) und aus einer hierauf abgeschieden weichmagnetischen Schicht (z. B. aus Nickel-Eisen) besteht. Eine andere Variante verwendet zusätzlich einen Kern aus einem magnetisch nicht leitenden metallischen Innenleiter (z. B. aus Beryllium-Kupfer), auf den dann iV; hartmagnetische Schicht, darauf die Zwischenschicht und darauf die weichmagnetische Schicht abgeschieden werden. Dieser bekannte bistabile magnetische Schaltkern erzeugt allerdings geringere Snhaltimpulse als ein Wiegand-DrahU

Wenn man bei dem aus der DE-PS 25 14131 bekannten Schalter die Schalttaste niederdrückt, dann schiebt sich der Magnetring über das parallel dazu liegende bistabile magnetische Element, wobei das bistabile Element zunächst dem Magnetfluß in der einen Richtung ausgesetzt ist, dann die neutrale Zone

to durchläuft und anschließend dem Magnetfluß in der anderen, zur ersten Richtung antiparallelen Richtung ausgesetzt ist Beim Rückstellen der Schalttaste läuft der Vorgang in umgekehrter Richtung ab. Niederdrücken und Rückstellen der Schalttaste erfolgen durch einen Schnappmechanismus. Die damit verbundene rasche Umkehrung des Magnetflusses am Ort des bistabilen Elements bewirkt nach jedem Durchgang des bistabilen Elements durch die neutrale Zone des Magnetrings ein Umklappen der Magnetisierungsrichtung des magnetisch weichen Bereichs des bistabilen Elements. Die damit zusammenhängende rasche M;<_tiietflußänderung in der auf dem bistabilen Element tngeordneten elektrischen Spule induziert in dieser einen kurzen, kräftigen Spannungsimpuls, der für Schaltungszwecke verwendbar ist.

Nachteilig bei dem bekannten Schalter ist die Tatsache, daß er flüchtige Schaltsignale erzeugt, d. h., daß nach dem Rückstellen des Schalters das zuvor erzeugte Schaltsignal nicht mehr abgefragt werden kann, es sei denn, daß dem Schalter eine gesonderte Signalhalteschaltung zugeordnet ist, die das Schaltsignal so lange aufrechterhält, bis es nach einem vorgegebenen Kriterium (z. B. Zeitdauer oder der Eintritt eines bestimmten Ereignisses) wieder gelöscht wird.

Entsprechend verhält es sich mit Schaltern, die mit mechanischen Schaltkontakten oder kontaktlos durch Einwirken eines bewegten Dauermagneten auf einen magnetempfindlichen Halbleiter arbeiten (Hall-Effekt); solche Schalter finden in Eingabetastaturen von Datenverarbeitungsgeräten Verwendung. Solche Eingabetastaturen umfassen gewöhnlich eine Matrix aus sich kreuzenden Leiterbahnen, in deren Kreuzungspunkten je ein Schalter der Tastatur angeordnet ist. Im geschlossenen Zustand verbindet ein Schalter eine Zeile mit einer Spalte der Leiterbahnmatrix.

Die Schalterzustände werden abgefragt, indem über eine Leiterbahn ein Impuls geschickt und an den Ausgängen aller diese Leiterbahn kreuzenden Leiterbahnen das Auftreten dieses Impulses abgefragt wird.

so Dieser Vorgang wird zyklisch mit allen Spalten oder Zeilen der Matrix wiederholt, wobei Spalten und Zeilen funktionsmäßig vertauschbar sind.

Damit eine Tastatur einwandfrei funktioniert, muß da.iir Sorge getragen sein, daß die Abfragezyklen so kurz sind, daß während der Haltezeit nach dem Betätigen eines Schalters auf jeden Fall ein Abfrageimpuls über den Schalter läuft und den Zustand »Schalter geschlossen« melden kann. Andererseits muß aber durch geeignete h'aßnahmen z. B. schaltungstechnischer Art verhindert werden, daß eine gesetzte Taste während der Haltezeit mehrmals abgefragt wird und dabei »Schalter geschlossen« meldet. Bei e'en Schalttasten, die aus der DE-PS 25 14 131 bekannt sind, wird die Haltezeit, während der der Schalter geschlossen ist, bestimmt durch die. Zeitdauer, während der eine Bedienungsperson die Taste niedergedrückt hält. Die im bistabilen Element erzeugten Impulse werden nämlich einem Signalvcrstärker zugeführt, der mit dem Auf trc-

ten des ersten, beim Niederdrücken der Taste im bistabilen Element erzeugten Impuls ein konstantes Gleichspannungssignal abgibt, welches wieder gelöscht wird, sobald der durch das Rückstellen der Taste erzeugte Impuls von umgekehrter Polarität auftritt. Der Zustand »Schalter geschlossen« kann also nur während des Anstehens des Gleichspannungssignals am Signalverstärkerausgang abgefragt werden und die Abfragehäufigkeit muß der schnellsten Anschlaggeschwindigkeit angepaßt sein, die von der Bedienungsperson erwartet werden kann.

Es ist demgegenüber die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen für Tastaturen geeigneten kontaktfrei· en Schalter zu schaffen, der ohne aufwendige schaltungstechnische Mittel zu benötigen nicht flüchtige Schaltsignale erzeugt, die mit der Betätigung der Schalttaste ausgelöst werden und so lange erhalten bleiben, bis sie durch einen Abfragevorgang wieder gciöSCnt w'cfucfi.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Schalter mit den im Anspruch I angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der Unteransprüche.

Das magnetische Gleichfeld kann grundsatzlich auf beliebige Weise erzeugt werden, vorzugsweise mit Hilfe eines Dauermagneten (Anspruch 2).

Damit das magnetische Gleichfeld das bistabile, magnetische Element (BME) ummagnetisieren kann, muß das magnetische Gleichfeld eine wesentliche Komponente in Richtung des BMF. besitzen: zweckmäßigerweise verlaufen die Feldlinien des Gleichfcldes am Ort des BME und das BME möglichst parallel zueinander(Anspruch 3).

Es genügt daher, einen einzigen zweipoligen Dauermagneten zu verwenden.

Anstelle eines Dauermagneten kann man zur Beeinflussung des BME aber auch einen Elektromagneten verwenden, der z. B. in Gestalt einer langgestreckten Wicklung das BME samt der Wicklung, durch welche die Abfrageimpulse geschickt werden, umgibt. Der Elektromagnet wird nur bei Betätigung des

L· trrxm-zanfi

besonders dann als Mittel zum Erzeugen des magnetischen Gleichfeldes, wenn als Schalttasten keine mechanisch bewegliche Tasten, sondern Sensortasten \ erwendet werden, die auf Annäherung eines Fingers elektronisch reagieren.

Im Falle einer mechanischen Schalttaste ist am Schaltstößel der Schalttaste zweckmäßigerweise ein Dauermagnet befestigt, der durch Betätigen der Schalttaste dem 3ME angenähert wird und dadurch die magnetische Feldstärke am Ort des BME erhöht (Anspruch 4).

Grundsätzlich kann aber auch der Dauermagnet ortsfest sein und das BME durch Betätigen der Schaittaste dem Dauermagneten angenähert werden. Es ist jedoch ebenfalls möglich, die Feldstärke von Dauermagneten am Ort des BME durch ein ferromagnetische* Blech od. dgl. Element zu beeinflussen. Zum Beispiel kann man das Feld eines einzelnen Stabmagneten am Ort des BME erhöhen, indem man zwischen den Stabmagneten und das BME einen ferromagnetischen Stab einführt und dadurch das Magnetfeld bündelt. Man kann aber auch das BME zwischen zwei untereinander und zum BME parallelen S'.abmagneten entgegengesetzter Polarität anordnen und diese durch Heranführen bzw. Entfernen eines ferromagnetischen Stabs oder Blocks mehr oder weniger stark kurzschließen. Die Bewegung des ferromagnetischen Blechs od. dgl. geschieht durch die bewegliche Schalttaste (Anspruch 5). an der bzw. an deren Schaltstößcl dieses Blech im einfachsten Fall starr befestigt ist.

Als BME eignet sich wegen seines charakteristischen magnetischen Signalverhaltens besonders ein Wiegand-Draht (Anspruch 6).

Zur Erzielung einer guten Signalausbeute ist es ferner zweckmäßig, die Wicklungen, in denen Signale übertragen bzw. erzeugt werden, magnetisch möglichst eng mit dem BMF. zu koppeln, nämlich eng um das BME herumzulcgen (Anspruch 7). Grundsätzlich können die Wicklungen aber auch neben dem BME angeordnet werden, soweit eine hinreichende magnetische Kopplung zwischen beiden erhalten bleibt.

Grundsätzlich und mit Vorteil kann der charakteristische Impuls, der durch die Ummagnetisieriing des BMF. infolge des ersten Abfrageimpulses nach dem Betätigen

werden, in der der Abfrageimpuls das Magnetfeld erzeugt, welches zu diesem Ummagnetisieren des BME führt. Infolge des sprunghaften, charakteristischen Umklappcns der Magnetisierung in wenigstens einem der unterschiedlichen Bereiche des BME ist der durch das Umklappen in der Wicklung induzierte Spannungsimpuls insbesondere bei Verwendung eines Wicgand-Drahtes als BMF. deutlich höher als und gut unter, hcidbar vom Abfrageimpuls. Ks können aber auch zwei getrennte Wicklungen — vorzugsweise mit

jn unterschiedlicher Windungszahl — benutzt werden, von denen eine zum Empfang des Abfrageimpulses und die andere zum Detektieren des ggfs. auftretenden Wechsels in der magnetischen Polarität des BME dient (.Sensorwicklung). Grundsätzlich kann der erfindungsgemäße Schalter sowohl mit symmetrischer als auch mit asymmetrischer Erregung des BME arbeiten. Bei symmetrischer Erregung wird sowohl beim Betätigen der Schalttaste des Schalters als auch durch den ersten Abfrageimpuls nach dem Betätigen der Schalttaste die

jn magnetische Polarität des magnetisch harten Bereichs des BME umgekehrt. Deshalb werden zum »Schalten« rfps RME höhere maenetische Feldstärken benötiet als bei asymmetrischem Erregen des BME. welches die Magnetisierungsrichtung des magnetisch harten Bereichs des BME unverändert läßt und lediglich die Polarität des weichmagnetischen Bereichs des BME umkehrt. Außerdem entsteht beim symmetrischen Erregen des BME bereits beim Betätigen der Schalttaste ein Impuls gleicher Größe, jedoch umgekehrter

5n Polarität \\ ie beim Auftreten des ersten Abfrageimpulses nach dem Betätigen des Schalters. Falls es ... B. zum Schutz der nachgeschalteten Elektronik nötig oder aus sonstigen Gründen erwünscht sein sollte, kann der bereits beim Betätigen der Schalttaste erzeugte Impuls durch schaltungstechnische Maßnahmen, z. B. durch eine Diskriminatorschaltung, unterdrückt werden.

Es ist daher wesentlich vorteilhafter, beim erfindungsgemäßen Schalter mit asymmetrischer Erregung der BME zu arbeiten (Anspruch 9\ d.h. es wird durch

<-n Bemessung und Anordnung der das magnetische Gleichfeld erzeugenden Mittel oder durch Bemessung und Anordnung der Wicklung und Wahl von Höhe und Breite der Abfrageimpulse dafür Sorge getragen, daß ausgehend von einer antiparallelen Magnetisierung des weichmagnetischen Bereichs des BME gegenüber dem hartmagnetischen Bereich das Ummagnetisierungsfeld am Ort des BME so gerichtet und so groß ist daß zwar die Magnetisierungsrichtung des weichmagnetischen

Bereichs des BMF: sich parallel zur Magnetisierungsrichtung des harlmagnetischen Bereichs der BME umorientieren kann, daß jedoch die Magnetisierungsrichtung des hartmagnetischen Bereichs nicht umgekehrt werden kann.

Der Schalter kann so betrieben werden, daß beim Betätigen des Schalters der weichmagnetische Bereich des RME soummagnetisiert wird, daß seine Magnetisierungsrichtung danach mit der Magnetisierungsrichtung des hartmagnetischen Bereichs übereinstimmt, und daß durch den anschließend auftretenden Abfrageimpuls, der in der mit dem BMF. gekoppelten Wicklung ein Magnetfeld erzeugt, der weichmagnetische Bereich des BMF. magnetisch umgepolt wird, die Magnelisieningsrichtungen der hartmagnetischen und der weichmagnetischen Bereiche also antiparallel sind. Da jedoch beim Umpolen von der parallelen in die antiparallele Orientierung der Magnetisierung des weichmagnetischen Bereich?- ein wesentlich kleinerer Impuls erzeugt wird als beim Umpolen von der antiparaiie'ien /ur parallelen Orientierung, wird der Schalter der Erfindung zweckmäUig so verwendet, daß nach dem Betätigen des Schalters die Magnetisierungen der hart- und weichmagnetischen Bereiche antiparallel sind und der weichmagnetische Bereich durch das Auftreten des nächstfolgenden Abfrageimpulses in die parallele Magnetisierungsrichtiing umgepolt wird. In diesem Fall wird beim Betätigen (Setzen) des Schalters ein niedriger Impuls in der Sensorwicklung erzeugt, beim Abfragen des betätigten (gesetzten) Schalters jedoch ein hoher Imouls (Anspruch 10). Falls es z.B. zum Schutz der nachgeschalteten Elektronik nötig oder aus sonstigen Gründen erwünscht sein sollte, kann der bereits beim Betätigen der Schalttaste erzeugte Impuls durch schaltungstechnische Maßnahmen, z. B. durch eine Diskriminatorschaltung, unterdrückt werden.

Der erfindungsgemäße Schalter hat eine Reihe von Vorteilen. Die durch das Betätigen der Schalttaste bewirkte Information bleibt — ohne daß dazu eine Energiezufuhr z. B. aus einer elektrischen Stromquelle benötigt wird — so lange erhalten, bis sie abgefragt wird. Selbs: nach einem Stromausfall ist die Information

ιιηΗ agnail Hann

gelöscht, wenn sie abgefragt wird. d. h.. sie ist so lange verfügbar wie nötig, aber nach der Abfrage ist der Schalter sofort bereit, erneut betätigt zu werden. Die Abfragehäufigkeit braucht sich daher nicht nach der Einschaltzeit des Schalters zu richten, sondern allein nach der maximal zu erwartenden Indormationsrate.

Gegenüber Schaltern mit mechanischen Kontakten besitzt der erfindungsgemäße Schalter zusätzlich den Vorteil des fehlenden Kontaktverschleißes und daß kein Prellen von Kontakten auftritt. Prellfilter also überflüssig sind.

Gegenüber Schaltern, die den Hall-Effekt ausnutzen, kommt als weiterer Vorteil hinzu, daß für das Betätigen des Schalters keine Stromversorgung benötigt wird und daß der schaltungstechnische Aufwand geringer ist.

Zwei Ausführungsbeispiei der Erfindung werden nachfolgend anhand der stark vereinfachten Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 ist eine Darstellung des prinzipiellen Aufbaus eines erfindungsgemäßen Schalters mit einem Wiegand-Draht als BME,

F i g. 2 zeigt die Hysteresis-Schleife eines Wiegand-Drahtes bei asymmetrischer Erregung.

F i g. 3 zeigt die Anordnung eines solchen Schalters in einer Tastatur, und

Fig.4 zeigt die Anordnung eines abgewandelten Schalters mit getrennten Wicklungen für die Abfrageimpulse und die Übermittlung der Wiegand-Impulse in einer Tastatur.

Fig. 1 zeigt schematisch den prinzipiellen Aufbau eines Schalters gemäß der Erfindung. Eine Schalttaste 1 besitzt am unteren Ende ihres Schaltstößels 2 einen stabförmigcn Dauermagneten 3. Parallel und in Längsrichtung neben dem Dauermagnet 3 ist ortsfest ein Wiegand-Draht 4 angeordnet, der eine elektrische Draht-Wicklung 5 trägt. Die Schalttaste 1 kann in Richtung des Pfeils 6 nach unten gedruckt und dadurch betätigt werden. Das Rückstellen der Schalttaste 1 erfolgt mechanisch durch eine Schraubenfeder 7. welche /wischen dem Kopf der Schalttaste I und einem ortsfesten Widerlager 8 angeordnet ist. Die rückgestellte Schalttaste I liegt mit einem Kragen am Ende ihres Schaltstößels 2 an der Unterseite des Widerlagers 8 an.

Bei nicht betätigtem Schalter befindet sich der Magnet 3 in seiner gezeichneten uuei'eii f-ikiidgc. Bei Betätigung cies Schalters wird der Magnet 3 kurzzeitig in die gestrichelt in Fig. I gezeichnete Lage überführt, wodurch am Ort des Wiegand-Drahtes 4 das vom Dauermagnet 3 ausgehende Magnetfeld verstärkt wird. Dies veranlaßt den weichen Kern des Wiegand-Drahtes. seine Magnetisierungsrichtung dem ihm überlagerten Magnetfeld anzupassen und — falls dies nicht schon zuvor geschehen ist — seine Magnetisierungsrichtung zu wechseln, und zwar soll der Wiegand-Draht 4 so angeordnet sein, daß dann die Magnetisierungsrichtungen seines weichen Kerns und seines harten Mantels einander entgegengerichtet sind.

In der in F i g. 2 für den bevorzugten Fall der asymmetrischen Erregung des Wiegand-Drahtes 4 gezeichnete Hysteresis-Schleife (B= magnetischer Kraftfluß. H= magnetische Feldstärke) entspricht dies der Bewegung auf der oberen Kurve vom Sättigungsbereich Il (im Bereich positiver Remanenz) in den Sättigungsbereich 12 (im Bereich negativer Remanenz); dabei findet eine sprunghafte Änderung des Magnetisierungszustandes des weichen Kerns des Wiegand-Dr?htes 4 statt (in Fi g. 2 durch den gestrichelt gezeichneten Rpreirh Π der Hysteresis-Schleife aneedeutet) die zu einem kleinen Wiegand-Impuls führt, der allerdings nicht ausgewertet, sondern unterdrückt wird.

Der Schalter wird periodisch durch elektrische Abfrageimpulse abgefragt, die an der Klemme 9 auf die Wicklung 5 gegeben werden. Die Impulshöhe und -breite der Abfrageimpulse ist so bemessen, daß das durch sie in der Wicklung 5 kurzzeitig erzeugte Magnetfeld ausreicht, um den weichen Kern des Wieganddrahtes 4 magnetisch umzupolen und dabei in den Bereich 11 der positiven Sättigung zurückzuführen, wo der Mantel und der Kern des Wieganddrahtes parallel magnetisiert sind. Bei diesem Ummagnetisieren wird der untere Teil der Hysteresis-Schleife in F i g. 2 durchlaufen, wobei an der Stelle 14 eine sprunghafte Änderung der Magnetisierung des Kerns des Wieganddrahtes 4 auftritt die in der Wicklung 5 einen hohen Spannungsimpuls (Wiegandimpuls) induziert, der in einer an der Klemme 9 der Wicklung 5 nachgeschalteten Detektorschaltung empfangen und als Signal »Schalter betätigt« oder »Schalter geschlossen« verstanden wird. Befindet sich der Wiegand-Draht beim Auftreten eines Abfrageimpulses bereits im Bereich 11 der positiven Sättigung, so kann der Abfrageimpuls keinen Wiegand-Impuls auslösen und das Ausbleiben des Wiegand-Impuises hat den Informationsgehalt

»Schalter nicht betätigt« oder »Schalter offen«.

Es ist klar, daß mehrfaches Betätigen der Schalttastc I zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abfrageinipulsen den Informationsgehalt nicht verändert. Die durch ein Betätigen der Schalttaste I bewirkte Umpolung des Wiegand-Drahtes 4 bleibt solange erhalten, bis sie durch einen Abfrageimpuls erkannt und gleichzeitig gelöscht wird.

F i g. 3 zeigt die bevorzugte Art der Verwendung des Schalters in einer Tastatur, von der schematisch ein Ausschnitt dargestellt ist. Die Tastatur umfaßt eine Matrix von sich kreuzenden l.eiterhahnen. die funktionsmäßig wie Zeilen Zl. 7.2. 7.3, 7.4 ... und Spalten .S'I. 52. 53. S4... angeordnet sind. In jedem Kreuzungspunkt ist ein Schalter 15 angeordnet, der Zeile und Spalte miteinander verbindet. Ob ein Schalter geschlossen ist. kann ermittelt werden, indem die Zeilen (oder Spalten) periodisch mit Abfragcsignalen beaufschlagt wurden und i'ihernnifl wird nb und in wrlrhrn Spalten (bzw. Zeilen) ein Antwortsignal auftaucht.

Im vorliegenden Tall sind die Schulter erfindungsgemäß ausgebildet, was an einer Stelle der Fig. J symbolisch dadurch gezeigt ist, daß die Spalte 5 I und die Zeile Z3 durch die Sensorwicklung 5 verbunden sind. Ist der Schalter 15' betätigt, dann wird beim Einspeisen eines Abfrageimpulses in die Spalte 51 in der Wicklung 9 ein Wiegand-Impuls ausgelöst, der in einer mit der Zeile Z3 verbundenen Detektorschaltung erkannt werden kann.

Verwendet man zwei getrennte Wicklungen 5<i für den Abfragcimpuls und als Sensorwicklung 5£> für den Wiegand-Impuls, dann hat der Schalter schematisch den Aufbau wie in F i g. 4 gezeigt, deren Darstellung sich an die Darstelliingsweise in Fig. 3 anlehnt. Die Spalte 5 1 und die Zeile Z 3 sind in diesem Fall — anders ah in F i g. J — nicht galvanisch, sondern nur magnetisch miteinander gekoppelt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Kontaktloser Schalter, insbesondere für Tastaturen zur Erzeugung elektrischer Signale,

mit einem bistabilen, magnetischen Element (nachfolgend kurz als BME bezeichnet), welches mit wenigstens einer elektrischen Wicklung magnetisch gekoppelt ist,

mit Mitteln zum Erzeugen eines magnetischen Gleichfeldes am Ort des BME,
und mit einer Schalttaste, durch deren Betätigung das magnetische Gleichfeld am Ort des BME kurzzeitig derart geändert wird, daß dadurch wenigstens in einem der sich durch unterschiedliche magnetische Härte (Koerzitivkraft) auszeichnenden Bereiche des BME die magnetische Polarität (Magnetisierungsrichtung) umgekehrt wird, wobei durch diese Umkehr der Polarität der Schalter seinen Schaltzustand von »offen« nach »geschlossen« oder von »geschlossen« nach »offen« wechselt, dadurch gekennzeichnet,
daß zum Zwecke des Erkennens des Schalterzustandes in an sich bekannter Weise Mittel zum Erzeugen elektrischer Abfrageimpulse vorgesehen sind, welche elektrisch leitend mit der Wicklung (5) verbunden sind,

und daß die Höhe und Breite der Abfrageimpulse, die Windungszahl der Wicklung (5) und die Stärke der magnetischen Kopplung der Wicklung (5) derart aufeinander abgestimmt sind, daß die Stärke des durch den Abl'iageimpuls in der Wicklung (5) erzeugten Magnetfeldes am O; des BME (4) ausreicht, um die durch Betätigen der Schalttaste (1) des Schalters erfolgte Änderung d : magnetischen Polarität des BME (4) wieder rückgängig zu machen.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (3) zum Erzeugen des magnetischen Gleichfeldes ein Dauermagnet oder eine Anordnung von Dauermagneten sind.

3. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (3) zum Erzeugen des magnetischen Gleichfeldes und das BME (4) derart angeordnet sind, daß das magnetische Gleichfeld am Ort des BME (4) zumindest bei betätigtem Schalter möglichst weitgehend der Längsrichtung des BME

(4) parallel ist.

4. Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dauermagnet (3) am Ende des Schaltstößels (2) einer beweglichen Schalttaste (1) befestigt ist.

5. Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Dauermagnete und das BME beide ortsfest angeordnet sind und daß mit der beweglichen Schalttaste ein bewegliches ferromagnetWches Element, z. B. ein Blech, mechanisch gekoppelt ist, welches als magnetischer Koppler zwischen dem bzw. den Dauermagneten und dem BME dient und bei Betätigen des Schalters in eine Lage bewegt wird, in der es das magnetische Gleichfeld am Ort des BME verstärkt.

6. Schalter nach einem der vorstehendm Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das BME (4) ein Wiegand-Draht ist.

7. Schalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen

(5) um das BME (4) herumgelegt sind.

8. Schalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem BME (4) genau eine Wicklung (5) gekoppelt ist,

9, Schalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine asymmetrisehe Erregung des BM E (4) vorgesehen ist.

10. Schalter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung(en) (5), das BME (4) und die Mittel (3) zum Erzeugen des magnetischen Gleichfeldes derart relativ zueinander angeo-dnet sind, daß nach einer Betätigung des Schalters die Magnetisierungsrichtungen der weichmagnetischen und hartmagnetischen Bereiche des BME (4) übereinstimmen, wohingegen sie nach dem Auftreten eines Abfrageimpulses antiparallel (einander entgegengerichtet) sind.