-
Die Erfindung betrifft eine kontaktlose Tastenschalteinrichtung zur
Erzeugung elektrischer Impulse mit einer an einem nichtmagnetischen Tastenstößel
sitzenden Magnetplatte, mit einer fest angeordneten, auf Verschiebungen der Magnetplatte
ansprechenden Induktionsspule und mit einem Rückstellelement für den Tastenstößel.
-
Da Tastenschalteinrichtungen mit elektrischen Kontakten durch Verschlechterung
der Kontakte einem hohen Verschleiß unterliegen, sind bereits magnetische Tastenschalteinrichtungen
bekannt.
-
Die deutsche Auslegeschrift 1101498 beschreibt eine Tastenschalteinrichtung,
wo auf dem Tastenstößel magnetisierte Scheiben sitzen, die nach dem jeweiligen,
der betreffenden Taste zugeordneten Code angeordnet sind. Die Tastenstößel werden
mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit an einem magnetischen Lesekopf vorbeibewegt,
der entsprechend der Anordnung der Magnetscheiben Codesignale abgibt. Diese Anordnung
ist lediglich nur für einen bestimmten Code anwendbar. Außerdem ist die Höhe der
Ausgangsimpulse vergleichsweise gering. Schließlich benötigt man für eine jede Tastenschalteinrichtung
eine Antriebseinrichtung, die den Tastenstößel mit konstanter Geschwindigkeit an
dem Magnetkopf vorbeibewegt.
-
Es hat sich gezeigt, daß es zweckmäßiger ist, die Codierung von der
Tastenschalteinrichtung zu trennen. Die deutsche Auslegeschrift 1073 030 beschreibt
eine Tastenschalteinrichtung, bei der ein Permanentmagnet innerhalb eines Ringkerns
mit einer Spule bei der Tastenbetätigung gekippt wird. Diese Kippeinrichtung besitzt
eine Instabilität, die sich im Dauerbetrieb störend bemerkbar macht, da sich die
Kenndaten der Ausgangsimpulse im Laufe der Zeit ändern. Außerdem weist diese Tastenschalteinrichtung
eine vergleichsweise große Ausdehnung quer zur Achsrichtung des Tastenstößels auf,
da die Kippanordnung aus mehreren Hebel- und Federelementen besteht.
-
Eine weitere Tastenschalteinrichtung nach der deutschen Auslegeschrift
1186 497 arbeitet mit Kippschaltern zur Tastenauslösung, wodurch über eine
Kippeinrichtung ein Magnet durch den Ankerspalt eines Spulenjochs geschwenkt wird.
Diese Einrichtung ist für eine Tastatur ungeeignet, da eine Tastatur mit Drucktasten
arbeitet.
-
Die deutsche Auslegeschrift 1145 225 zeigt eine Tastenschalteinrichtung
der eingangs genannten Art. Dort wird der elektrische Ausgangsimpuls durch eine
Spule abgenommen, an der sich ein Magnet vorbeibewegt, also nach Art eines magnetischen
Lesekopfes. Der Ausgangsimpuls ist deshalb vergleichsweise schwach. Außerdem müssen
bei dieser Anordnung mehrere Permanentmagnete genau aufeinander abgestimmt sein,
damit man eine sichere Betätigung erhält.
-
Aufgabe der Erfindung ist eine solche Ausbildung einer Tastenschalteinrichtung
der genannten Art, daß man einen hohen Ausgangsimpuls erhält und daß die Einstellung
der Tastenschalteinrichtung unkritisch ist.
-
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Platte,
ein Zylinderkern und ein Joch einen in Wartestellung des Tastenstößels geschlossenen
Magnetkreis mit der Platte oder dem Zylinderkern als Permanentmagnet bilden und
daß die Induktionsspule um den Kern gewickelt ist.
-
Der überraschende Fortschritt der Erfindung wird dadurch erzielt,
daß man mit einem geschlossenen Magnetkreis arbeitet. In Wartestellung der Taste
ist dieser Magnetkreis geschlossen gehalten. Bei Betätigung des Tastenkopfes wird
der Magnetkreis aufgerissen, wodurch sich der magnetische Widerstand deselben momentan
und sprunghaft; weitgehend unabhängig von der Bewegungsgeschwindigkeit des Tastenstößels,
ändert. Dadurch erhält man in der Induktionsspule jeweils eine Spannung gleichbleibender
Größe. Die Ausgangsimpulse sind somit jeweils gleich groß, ohne daß man zusätzliche
Vorkehrungen treffen muß, um eine gleichmäßige Verstellgeschwindigkeit des Tastenstößels
einzuhalten. Die Anordnung ist gegen Alterungserscheinungen weitgehend unempfindlich.
Die Induktionsspule erfaßt nicht Bewegungen des Tastenstößels, sondern vielmehr
die Änderung des magnetischen Widerstandes beim Aufreißen des geschlossenep 2,4agnetkreises.
-
Bevorzugte Ausfii'-.rungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
angegeben.
-
Die Erfindung ist in Schreibmaschinen, Fernschreibmaschinen, Rechenmaschinen
u. dgl. anwendbar.
-
Einzelheiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung von
Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung hervor. Es zeigt F i g. 1 die perspektivische
Ansicht eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, F i g. 2 einen Schnitt durch das
in der F i g. 1 gezeigte Gerät, F i g. 3 eine Obenansicht eines Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Tastatur, F i g. 4 A, 5 A, 6 A und 8 A verschiedene Beispiele
von Tastenschalteinrichtungen, die bei der Erfindung Verwendung finden, jeweils
in ihrer Ruhestellung, F i g. 4 B, 5B, 6 B und 8 B die in den F i g. 4 A,
5A, 6 A und 8 A gezeigten Tastenschalteinrichtungen in eingedrückter Stellung,
F i g. 7 die Seitenansicht teils im Schnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels
einer Tastenschalteinrichtung, F i g. 9 den mit Schaltsymbolen dargestellten Schaltkreis
der Induktionsspule mit einer Hilfsspule, F i g. 10 ein Diagramm des Zeitablaufs
der Impulse, das die Funktionsweise der in den F i g. 7, 8 A, 8 B und 9 dargestellten
Tasten wiedergibt.
-
Die F i g. 1 und 2 geben die wesentlichsten Teile einer Tastatur wieder,
mit einer Vielzahl einzelner Tasten 1, die in beliebiger Form angeordnet sein können.
Soll die Tastatur für einen Fernschreiber dienen, so entsprechen die Tasten 1 a
den jeweiligen Buchstaben, und es sind weitere Tasten 1 b und 1 c vorgesehen, die
weiteren Funktionen dienen. Die Tasten 1 a, 1 b und 1 c sind in einer Grundplatte
5 befestigt, über die sich eine Deckplatte 4 spannt. Die ganze Anordnung ist von
einer Abdeckhaube 2 überdeckt. Wie in der F i g. 2 zu sehen ist, können unterhalb
der Tasten 1 Platten 6 mit gedruckter Schaltung mit ihren Anschlußkontakten 3 a
angeordnet sein. Die Ausgangssignale der Tastatur können über den Steckkontaktanschluß
3 abgenommen werden. Vorzugsweise wird die Grundplatte 4 aus magnetisch leitendem
Material hergestellt, damit sich nebeneinanderliegende Tasten nicht beeinflussen.
Da aber die Ausgangsspannung verhältnismäßig groß ist (z. B. mehrere Volt), ist
es auch möglich, magnetisch nicht leitendes Material zu verwenden.
-
An Hand der F i g. 4 A und 4 B wird der Aufbau
und
die Wirkungsweise einer beispielhaft wiedergegebenen Tastenschalteinrichtung beschrieben,
die sich aus einem Tastenstöße110, einem zylindrischen Spulenkern 12, einer
Platte 13 und einer Induktionsspule 14 zusammensetzt. Der Tastenstößel 10
besteht aus magnetisch nicht leitendem Material, wie etwa Messing oder Kunststoff,
und auf seinem oberen Ende ist der Tastenkopf 11 ebenfalls aus Kunststoff aufgesetzt.
Die Platte 13 ist ein magnetisch leitendes Material, wie etwa Eisen, und mit bekannten
Befestigungsmitteln, wie in diesem Beispiel einer Mutter 19, am unteren Ende des
Tastenstößels 10 etwa rechtwinklig zu dessen Achse angeordnet. Der Tastenstößel
10 durchsetzt den zylindrischen Kern 12, um den koaxial zu dem Tastenstößel 10 eine
Induktionsspule 14 gewickelt ist. Beiderseits des Kerns 12 sind Flansche 17,18 angeordnet.
Der Flansch 18 und der zylindrische Spulenkern 12 sind an der Platte 5, die aus
magnetisch nicht leitendem Material besteht, mit herkömmlichen Befestigungsmitteln
befestigt. Zwischen einem Anschlagstift 16 und der Grundplatte 5 ist eine den Tastenstößel
10 umgebende Spiraldruckfeder 15 angeordnet. Diese Spiralfeder 15 wirkt auf
den Tastenstößel 10 in der Weise, daß die Platte 13
am unteren Ende
gegen den zylindrischen Spulenkern 12 gedrückt wird. Ist nun, wie oben beschrieben,
ein Spulenflansch 17 vorgesehen, so legt sich die Platte 13 an diesen Flansch 17
am unteren Ende des Spulenkerns 12 an. Die Platte 13 ist magnetisiert, und zwar
parallel zur Achsrichtung des Tastenstößels 10.
F i g. 4 A zeigt eine Ausführungsform,
bei der die Platte 13 ein Permanentmagnet ist.
-
Bei einer derartigen Anordnung durchsetzt der durch die Platte 13
hervorgerufene magnetische Fluß den Flansch 17 und den Spulenkern 12 sowie den Flansch
18 und die umgebende Luft. Außerdem wird die Platte 13 infolge der magnetischen
Anziehungskraft an den Flansch 17 herangezogen.
-
Bei Eindrücken des Tastenkopfs 11 wird der Tastenstößel 10 und die
Platte 13 gegen die Kraft der Feder 15 verschoben, wie dies die F i g. 4 B wiedergibt,
so daß die Permanentmagnetplatte 13 von dem Spulenflansch abgerissen wird. Dadurch
wird der Verlauf des durch die Platte 13 erzeugten Magnetflusses überwiegend in
die Luft verlegt. Die Größe des mit der Induktionsspule 14 gekoppelten Flusses nimmt
augenblicklich ab, so daß in der Spule ein Spannungsimpuls induziert wird.
-
Nachdem die Kraft von dem Tastenkopf 11 wieder weggenommen wird, kehrt
der Tastenstößel 10 in seine Ausgangslage, die in der F i g. 4 A gezeigt
ist, durch die Wirkung der Feder 15 zurück. Bei der Rückstellbewegung wird ebenfalls
in der Induktionsspule 14 eine Spannung induziert, da die Kopplung der Induktionsspule
14 mit dem Fluß wieder enger wird. Die während der Rückstellzeit induzierte
Spannung ist jedoch der zuerst erzeugten Spannung entgegengesetzt polarisiert. So
kann die Spannung, die während des Eindrückens erzeugt wird, von der Induktionsspule
14 leicht mit Hilfe eines Gleichrichters abgenommen werden.
-
Bei der Anordnung, die soeben beschrieben wurde, löst sich die Platte
13 erst dann vom Flansch 17, wenn die Kraft, die auf den Tastenstößel
10 wirkt, größer ist, als die Kraft der Schraubendruckfeder 15 und die Anziehungskraft
zwischen Platte 13 und Flansch 17. Kommt versehentlich nur eine kleine Kraft auf
den Tastenkopf 11, so wird der Tastenstößel 10 noch nicht heruntergedrückt. Außerdem
trennt sich die Platte 13 vom Flansch 17 mit beträchtlicher Anfangsgeschwindigkeit.
Dadurch wird die Höhe der Spannung, die in der Induktionsspule während des Eindrückens
erzeugt wird, immer einen bestimmten Wert überschreiten.
-
Die Spannung in der Induktionsspule 14 kann nach der Erfindung durch
Hinzufügen eines einfachen Teils noch vergrößert werden. Die F i g. 5 A und 5 B
zeigen ein Joch 20, das außen über die Spule 14 hinweg die Platte 13 mit dem Flansch
18 verbindet. Das Joch 20 ist mit dem Flansch 18 gleitend in Verbindung. Dadurch
wird im Ruhezustand der Taste ein geschlossener magnetischer Kreis über den Flansch
18, den Magnetkern 12, den Flansch 17, die Platte 13 und das Joch 20 gebildet. Wird
jedoch die Platte 13 vom Flansch 17 infolge eines Druckes auf den Tastenkopf 11
abgedrückt, so wird der Magnetkreis zwischen dem Flansch 17 und der Platte 13 geöffnet.
Dadurch erhält man eine sehr starke Änderung der Größe des Magnetflusses, der die
Induktionsspule 14
durchsetzt, was sich in einem hohen Wert der induzierten
Spannung in der Induktionsspule äußert.
-
In den F i g. 6 A und 6 B ist ein ähnliches Beispiel einer Tastenschalteinrichtung
gezeigt, bei welcher der magnetische Schließungskreis durch den zylindrischen Spulenkern
12, den Flansch 18, ein äußeres zylindrisches Joch 21 und die Platte 13 gebildet
wird. Bei diesem Beispiel ist der Flansch 17 der vorangegangenen Beispiele fortgelassen.
Im Vergleich zu der Taste nach den F i g. 5 A und 5 B ist diese Taste mit einem
vollständigen magnetischen Schließungskreis ausgestattet. Deshalb ist auch die induzierte
Spannung im Vergleich zu den vorangegangenen Beispielen höher.
-
Die F i g. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Tastenschalteinrichtung,
bei der der Tastenstößel 10 in zwei Teile 10 a und 22 aufgeteilt ist. Der Teil 22
hat eine zylindrische Bohrung 26, in die das eine Ende des Stößelteils 10 a eingesetzt
ist. Der Tastenstößel 10 a wird in einem Loch 27 eines L-förmigen Halters 24, der
an der Platte 5 befestigt ist, geführt. Die Stehkraft wirkt dabei auf den Tastenkopf
11 und die elastische Rückstellkraft der Spiraldruckfeder 15 auf den Teil 22 des
Tastenstößels. Nur wenn die elastische Kraft die Anziehungskraft zwischen der Platte
13 und dem Flansch 17 überwiegt, löst sich die Platte 13 und der Teil 22 vom Flansch
17. Die Taste hat also einen Spielraum, bis sie wirksam wird, ähnlich wie die gewöhnliche
Taste einer Schreibmaschine. Ein Flansch 23 am Stößelabschnitt 22 dient als Begrenzung
für die Abwärtsbewegung dieses Abschnittes. Die Rückstellkraft für den Stößelteil
22 wird aus einer Druckfeder 28 gewonnen, die bei der weitest eingedrückten Stellung
auf ihre geringste Länge zusammengedrückt wird. Wird nun der Stößelteil22 in seine
Ausgangslage zurückgedrückt, so drückt die Spiraldruckfeder 15 den oberen Stößelabschnitt
10 a in seine Ruhelage, so daß er mit einem Anlaufbund 16 am Halter 24 anliegt.
-
Bei diesem Beispiel und bei dem Beispiel nach den F i g. 8 A und 8
B weist die Tastenschalteinrichtung außerdem einen Hilfsspulenkern 12 a mit Flanschen
17 a und 18 a und einer Hilfsspule 14 a auf, die im wesentlichen dieselben
Abmessungen und Eigenschaften haben wie der Kern 12, die Flansche 17 und 18 und
die Induktionsspule 14. Hierbei sind die Induktionsspule 14 und die Hilfsspule 14
a über eine
Diode Do parallel geschaltet, wie dies die F i g. 9
wiedergibt. Die Kurvenform (1) der F i g.10 gibt den zeitlichen Verlauf der induzierten
Spannung in der Induktionsspule 14 und die Kurvenform (2) in F i g. 10 den zeitlichen
Verlauf der induzierten Spannung in der Hilfsspule 14 a wieder. Die Impulse P1 und
P3 sind in ihrer Polarität einander entgegengerichtet, da die Richtung der Änderung
der verketteten Flüsse für die Spulen 14 und 14 a verschieden ist. Wenn die Größe
der induzierten Spannung e1 gleich der Spannung eist, so wird der resultierende
Spannungsimpuls PS nur die Zeitdauer t haben, welche wesentlich kürzer ist als die
Impulsdauer t1 des Impulses P1. Der bei der Rückstellung der Taste auftretende Impuls
P4 wird durch die Diode Do abgeblockt, und der Impuls Pwird durch die Diode do gesperrt.
Folglich tritt an der Ausgangsklemme 25 der Tastenschalteinrichtung bei jedem Abwärtsdrücken
der Taste nur ein in einer Spannungsrichtung wirkender Impuls von kurzer Dauer (z.
B. 1 msee) auf. Werden also derartige Hilfsmittel angebracht, die die Impulsdauer
wesentlich verkürzen, so können die auf dem Tastenfeld angeordneten Tasten mit beträchtlicher
Geschwindigkeit hintereinander angeschlagen werden, ohne daß sie sich dabei gegenseitig
beeinflussen.
-
Bei einem Ausführungsbeispiel, bei welchem die Induktionsspule mit
4000 Windungen ausgerüstet war, betrug der Scheitelwert der Impulsspannung mehr
als 2 V, wenn die Kraft, die auf den Tastenkopf 11 einwirkte, den Wert von 50 g
überschritt.