DE1004400B - Drosselspule zur Speicherung von Energieimpulsen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Es sind sogenannte Zähldrosseln bekannt (Siemens-Zeitschrift, 26. Jährgang, April 1952, Heft 3), die Kerne aus magnetischem Material mit rechteckförmiger Magnetisierungsschleife aufweisen und in der Lage sind, elektrische Energieimpulse zu speichern. Die Impulse magnetisieren die Drosseln schrittweise in gleichen Stufen, bis schließlich, und zwar plötzlich, ein praktisch vollständiger Sättigungszustand erreicht ist, d. h., die Drossel »zündet«. Bis dahin konnte an einem im Drosselstromkreis liegenden Verbraucher keine Spannung entstehen; die Drossel sperrte. Nach dem Zünden werden weitere Impulse von der Drosselspule nicht mehr aufgenommen, da diese nunmehr nur noch wie eine Luftdrossel wirkt. Die Impulse gehen durch die Drosselspule hindurch und zeigen sich in Form von Spannungsabfällen am Verbraucher.

Die bekannten Zähldrosseln können dazu benutzt werden, nach einer bestimmten einstellbaren Anzahl von Impulsen, beispielsweise 50, bei der die Zündung der Drossel erfolgt, irgendeinen Vorgang auszulösen, der dann gleichzeitig anzeigt, daß die eingestellte Impulszahl erreicht ist. Es ist ferner möglich, die Drosseln abzufragen, d. h. festzustellen, wieviel Impulse in ihr gespeichert wurden. Hierzu sind zwei Verfahren bekanntgeworden.

Dais erste beruht auf dem Prinzip des Rücklaufes. Es werden dabei z. B. η Impulse in den Speicher gegeben. Bei der Abfrage durch Impulse in entgegengesetzter Richtung wenden dann die ersten η Impulse gesperrt. Das zweite Verfahren besteht darin, daß zur Abfrage immer die volle Zahl der Impulse, für die die Drossel gebaut ist, in der gleichen Richtung durchgegeben wird. Sind z. B. vier Impulse in eine Drossel eingespeichert, die zehn Impulse aufnehmen kann, so werden zur Abfrage zehn Impulse in gleicher Richtung gegeben. Dann sperrt die Drossel sechs Impulse und gibt vier Impulse frei. Diese zweite Art hat den Vorzug, daß bei der Abfrage tatsächlich wieder die ursprüngliche Anzahl der Impulse zur Verfügung gestellt wird.

Die bekannten Zähldrosseln ermöglichen es jedoch nur, die Anzahl der gespeicherten Impulse ein einziges Mal abzufragen. In vielen Fällen, beispielsweise bei Rechenmaschinen und Chiffriermaschinen, ist es dagegen erwünscht, eine öftere Abfrage vornehmen zu können. Ein weiterer Nachteil ist, daß für ein exaktes Arbeiten Kerne aus Material mit rechteckförmiger Magnetisierungssohleife benötigt werden. Derartiges Magnetmaterial ist verhältnismäßig teuer. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen.

Die Drosselspule nach der Erfindung zur Speicherung von Energieimpulsen hat wie die bekannten Drosselspule zur Speicherung
von Energieimpulsen

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke

Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Hans Böddeker, Nürnberg,
ist als Erfinder genannt worden

Zähldrosseln ebenfalls einen ferromagnetischen Kern und eine Impulswicklung. Sie unterscheidet sich von diesen jedoch dadurch erheblich, daß sie eine Abfragewicklung aufweist. Die Abfragewicklung ist magnetisch senkrecht und damit rückwirkungsfrei in bezug auf die Impulswicklung angeordnet. Dadurch werden Rückwirkungen des Impulskreises auf den Abfragekreis und umgekehrt vermieden. Die Feststellung der Anzahl der gespeicherten Impulse mit Hilfe der Abfragewicklung kann auf verschiedene Weise erfolgen. Es ist beispielsweise möglich, einen Abfrageimpuls mit im Verhältnis zu den Arbeitsimpulsen geringer Energie auf die Abfragewicklung zu geben und die Zeitverzögerung zu messen, die zwischen Strom und Spannung dieses Impulses — bedingt durch den induktiven Widerstand der Abfragewicklung — eintritt. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, zum Feststellen der Impulszahl die Abfragewicklung mit Wechselstrom zu speisen, um den. jeweiligen Wechselstromwiderstand der Drosselspule zu messen, der dann ein Maß ist für die Anzahl der gespeicherten Impulse. Obwohl für die Drosselspule nach der Erfindung an sich ein Material mit rechteckförmiger Magnetisierungsschleife nicht unbedingt erforderlich ist, wird ein solches Material jedoch bevorzugt. Der Grund dafür liegt in der sogenannten reversiblen Permeabilität, das ist die in einem bestimmten Punkt der Magnetisierungsschleife vorliegende Permeabilität, die durch das Verhältnis der bei einem rückläufigen Magnetisierungszyklus auftretenden Induktions änderung zu der entsprechenden sehr kleinen zyklischen Feldänderung gegeben ist. Die

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3 ■■- - - ■-. 4

Unterschiede bei einer in Stufen magnetisierten schiedener Breite hergestellt werden, wobei also als Drossel hinsichtlich der am Ende dieser Stufen er- mittlerer Teil ein Blechstreifen mit geringerer Breite reichten reversiblen Permeabilität ist bei magne- verwendet wird. Es ist außerdem möglich, einen tischem Material mit rechteckförmiger Hysteresis- einzigein, im Querschnitt U-förmigen Bandringkern

schleife differenzierter als bei anderen ferromagne- 5 zu verwenden, in dessen U-Öffnung die Wicklung ein- *

tischen Werkstoffen. Daß Jedoch auch letztere zulegen- und dann durch einen in die U-Öffnung f

verwendet werden -können, haben Versuche gezeigt, eingepaßten weiteren Ringkern die öffnung zu ver- ^Jil

die mit Ferritkernen durchgeführt wurden, die keine schließen. :§

rechteckförmige Schleife aufwiesen. Es werden ganz Für den durch die Wicklung 6 erzeugten Magnet- ί

allgemein solche magnetischen Werkstoffe bevorzugt, io fluß liegt ein verhältnismäßig geringer magnetischer .,* bei denen die reversible Permeabilität im Endpunkt Widerstand vor. Für den Fluß der Innenwicklung 4

der sich bei den einzelnen Stufen ergebenden ist der magnetische Widerstand jedoch großer, da ?

Magnetisierungsschleifen, möglichst große und ferner hier die in Fig. 1 in senkrechter Richtung verlaufen- S

in bezug auf "die einzelnen "Stufen möglichst gleich den Luftspalte zwischen den einzelnen Blechlagen 4

große Unterschiede aufweist, so daß sich eine lineare 15 überwunden werden müssen. Um mit möglichst wenig ^!;

Meßwertkurve ergibt. Für die Zwecke der Erfindung Amperewinidungen für die Innenwicklung auszu- Ϊ

werden außerdem -keine-Drosselspulen mit Masse- kommen, wird man daher besondere Maßnahmen |

kernen, sondern Drosselspulea mit geblechten Kernen, treffen. Es ist beispielsweise möglich, die oberhalb ί

insbesondere Ringkernen, wegen der vielfach höheren und unterhalb der Innenwicklung 4 befindlichen Teile S

Permeabilität bevorzug L Diese- ermöglicht die Spei- 20 des Kernes nach Fig. 2 und gegebenenfalls auch die '■■ ί

cherung und Unterscheidung einer größeren Anzahl seitlich an diese Teile anschließenden Kernteile aus --^

von Impulsen. Es ist außerdem vorteilhaft, die Blechstreifen mit größerer Dicke oder auch aus _:::l

Frequenz des Abfragestromes., höher, insbesondere massivem magnetischem Material herzustellen. Im ;

vielfach höher als die Impulsfrequenz zu wählen. Die letzten Fall wird man zur Vermeidung von Wirbel^ _:/

Impulse können beispielsweise aus gleichgerichteten 25 Stromverlusten ein Material mit hohem elektrischem f

Halbwellen einer sinusförmigen Wechselspannung Widerstand vorziehen. Die massiven Teile können ¹I¹

erzeugt sein; sie können aber auch in anderer Form beispielsweise aus Ferrit bestehen. , ϊ

vorliegen, beispielsweise.als:Rechteck- .oder Dreieck- Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch einen Ring- :::;::

impulse. Auch im Falle eines. Abfragewechselstromes kern, bei dem beispielsweise nur ein oberhalb der 5

wird man die" Amperewindungszahl des Abfrage- 30 Innenwicklung eingelegter Teil 7 aus Massekern- i„

Stromkreises wesentlich kleiner als die des Impuls- werkstoff vorhanden ist, während der übrige Kern | Stromkreises halten, damit keine schädliche Beein- aus einem im Querschnitt U-förmigen -Bandwickel 8

fhissüttg des Magnetisiertmgszustanides des Drossel- besteht. Es ist außerdem möglich, den Bandringkern ;;

Spulenkernes eintritt. -.2 -_. selbst, d.h. dessen, aufgewickelten Blechstreifen, als ■'&

Zur näheren Erläuterung der Erfindung ist im 35 Abfragewicklung zu benutzen. Man wird hierbei ?

folgenden auf die Zeichnung Bezug genommen. Die darauf bedacht sein, die einzelnen Kernwindungen "*

Fig. 1, 2 und 3 zeigen zunächst Ausführungsbeispiele so voneinander zu isolieren, daß keine Kurzschluß- ::

für die bei der Einrichtung nach der Erfindung zu windungen gebildet werden. Bei einer derartigen I

verwendenden Drosselspulenanordnungen. Die Fig. 4 Kemausführung ist eine innere Ringkammer nicht ■:;'

und 6 zeigen Beispiele für elektrische Schaltungen, 40 erforderlich. Es können also die normalen bekannten Ii=

während Fig. 5 den Magnetisierungsvorgang an Hand Bandringkerne verwendet werden. Bei einem Band- f

einer Hysteresisschleife zeigt. ringkern mit Ringkammer und darin eingelegter :^:\;!f

In Fig. 1 ist ein aus zwei Halbteilen 1 und 2 be- Spule kann der Kernwickel zusätzlich als elektrische .*-

stehender Schalenkern aus Ferrit oder einem anderen Wicklung ausgenutzt werden. Der magnetische Wider- ϊ

geeigneten, möglichst hoch permeablen Massekern- 45 stand für den Fluß der Innenwicklung des Aus- ^

werkstoff dargestellt. Die Figur zeigt eine Schnitt- führungsbeispiels nach Fig. 2 kann außerdem dadurch %

ansicht und läßt in der Mitte des Kernes eine sich in verringert werden, daß die Kernhöhe h im Verhältnis #

dessen. Ringebene erstreckende Ringkammer 3 er- zur Kerndicked groß gemacht wird. Dadurch werden *

lcennen, in der eine mit 4 bezeichnete Wicklung unter- für den Fluß verhältnismäßig breite Übertrittsstellen ■";

gebracht ist Durch die Mittelbohrung des Kernes 5 50 zwischen den einzelnen Windungen des Kernwickels ] J ist eine weitere, mit 6 bezeichnete Wicklung ge- geschaffen.

wickelt. Es ist vorteilhaft, die in der Ringkammer 3 Fig. 4 zeigt ein einfaches elektrisches Schaltungsangebrachte Wicklung 4 als Abfragewicklung zu ver- beispiel in schematischer Darstellung. Einer Impuls-

wenden und die äußere Wicklung 6 als Impuls- wicklung 6 werden aus einer Wechselstromquelle 9 ■:'! wicklung. 55 über ein Ventil 10, beispielsweise über einen Trocken-Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einem gleichrichter, Impulse in Form von gleichgerichteten

Bandringkern, das im übrigen einschließlich der Halbwellen zugeführt, sobald ein Schalter 11 ge- ; verwendeten Bezugszeichen dem nach Fig. 1 ent- schlossen wird. Die Impulse magnetisieren den nicht spricht. Zur Herstellung eines solchen Bandring- dargestellten Kern der Drosselspule in Stufen, so-

kernes mit innerer Ringkammer gibt es verschiedene 60 lange der Schalter 11 geschlossen bleibt. Dieser Vor-

Möglichkeiten. Beispielsweise können ähnlich wie in gang ist in Fig. 5 graphisch dargestellt. Es ist eine =;;

Fig. 1 zwei Halbkerne verwendet werden, die im Drosselspule angenommen aus einem Kern mit prak- ?:

Querschnitt U-förmig aussehen und nach Einbringen tisch rechteckförmiger Magnetisierungsschleife, bei "ψ

der Wicklung 4 aufeinandergelegt werden. Zur Er- dem also die Sättigungsremanenz nahezu 100°/o der ^!J

zielung eines möglichst geringen magnetischen Wider- 65 Sättigungsfeldstärke beträgt. Es ist ferner beispiels- .|

Standes durch den von der Trennfläche gebildeten weise angenommen, daß die Magnetisierungs- 1*

Luftspalt wird man die Trennflächen ebenso wie beim impulse i so groß sind, daß die Drossel durch fünf ":

Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 möglichst sorgfältig Impulse gesättigt ist. Die Erfindung beruht, wie oben J;

plan polieren. Die im Querschnitt U-förmigen Hälften bereits gesagt wurde, auf der Ausnutzung der :_:|

können durch Aufeinanderwickeln von Streifen ver- 70 reversiblen Permeabilität. Diese wird mit Hilfe der "·|!

Abfragewicklung 4 gemessen und äußert sich in Fig. 5 als Steigung der Tangenten T₁ bis T₅, die in den Schnittpunkten der Induktionsachse B mit den von den einzelnen Impulsen hervorgerufenen Magnetisierungsschleifen vorliegen. Die Tangenten werden mit zunehmender Impulszahl flacher. Wird nun die Wicklung 4 über ein Meßinstrument 12 an eine Hilfswechselspannungsquelle 13 angeschlossen, so ist der Ausschlag des Instrumentes ein Maß für die Steigung der Tangenten, d. h. der reversiblen Permeabilität und damit für die Anzahl der der Drosselspule zugeführten Impulse. Bezüglich Frequenz und Amperewindungszahl des Abfragestromkreises wird auf die oben gemachten Ausführungen verwiesen.

Fig. 6 zeigt eine Brückenschaltung aus zwei Drosselspulen I und II und zwei Hilfswiderständen III und IV. Von den Drosselspulen I und II sind die Abfragewicklungen 4 in die Brücke eingeschaltet, während die Impulswicklungen 6 in Reihe an einen nicht dargestellten Impulsstromkreis angeschlossen werden. Die Brückenschaltung wird über die eine Diagonale von einer Hilfswechselspannungsquelle 13 gespeist. An die andere Diagonale ist ein Meßinstrument 12 angeschlossen, das infolge der Bemessung der Brücke bei leeren Drosselspulen 1 und 2 keinen Ausschlag, dagegen entsprechend große Ausschläge zeigt, wenn mehrere Impulse gespeichert sind.

Die vorbeschriebenen Ausführungen und Schaltungen sind nur als Beispiele anzusehen. Die Erfindung ist darüber hinaus in vielfacher Hinsicht ausbaufähig. Beispielsweise sind in Verbindung mit Gleichrichtern Schaltungen möglich, die zwischen positiven und negativen Impulsen unterscheiden, oder aber auch Schaltungen, bei denen durch Impulse gleicher oder verschiedener Richtung Additionen und Subtraktionen durchgeführt werden. Die Impulsform kann auch hierbei beliebig sein. An Stelle von sinusförmigen Halbwellenimpulsen können auch Rechteck- oder Dreieckimpulse verwendet werden. Mittel zur Herstellung derartiger Impulse sind bekannt. Es bestehen ferner die verschiedensten Anwendungsgebiete für die Drosselspulen nach der Erfindung. Genannt seien beispielsweise Anwendungen für Rechen- und Chiffriermaschinen, ferner Anwendungen für Steuerungen und Regelungen. Bei Stumpfschweißmaschinen beispielsweise können die Schweiß impulse gezählt werden, und in Abhängigkeit vom Ausschlag des den Zählzustand anzeigenden Meßinstrumentes können über Relais und andere Verstärker Beeinflussungen des Schweißvorganges ausgelöst werden. Auch Anwendungen zur Zeitmessung sind möglich. Dabei wird die zu messende Zeit durch die Anzahl der der Drossel zugeführten Impulse festgestellt. Die Erfindung ermöglicht es, nach einer beliebigen Zeit und dazu noch wiederholt festzustellen, wie lange ein zu messender Vorgang gedauert hat. Zur Feststellung der Impulszahl kann an Stelle eines Hilfswechselstromes auch ein Hilfsimpulsstrom verwendet werden, der beispielsweise aus einem einzigen Impuls bestehen kann. In diesem Fall kann als Meßinstrument ein auf ballistischer Grundlage beruhendes Meßgerät verwendet werden. Soll hierbei wiederholt abgefragt werden, so wechselt man mit der Richtung der Abfrageimpulse zweckmäßig ab, damit nicht eine unerwünschte Auf- oder Entmagnetisierung eintritt. Man wird im übrigen bestrebt sein, die Abfrageenergie (Amperewindungszahl) möglichst gering zu halten.

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Drosselspule zur Speicherung von Energieimpulsen mit einem ferromagnetischen Kern und einer Impulswicklung, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einem magnetisch senkrecht und damit rückwirkungsfrei in bezug auf die Impulswicklung angeordneten Abfragewicklung zur Feststellung der Anzahl der gespeicherten Impulse versehen ist.

2. Drosselspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern aus einem Werkstoff mit praktisch rechteckförmiger Magnetisierungsschleife besteht.

3. Drosselspule nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Feststellung der Impulszahl die Abfragewicklung von einem Wechselstrom durchflossen ist und daß zur Messung die reversible Permeabilität des Drosselspulenkernes dient.

4. Drosselspule nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Abfragen-Stromes höher, vorzugsweise vielfach höher ist als die Impulsfrequenz.

5. Drosselspule nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Amperewindungszahl des Abfragestromkreises wesentlich kleiner als die des Impulsstromkreises ist.

6. Drosselspule nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenkern ein insbesondere kreisförmiger und endloser Ringkern ist mit einer inneren Ringkammer für die eine der Wicklungen, vorzugsweise die Abfragewicklung, und daß die andere Wicklung als äußere Wicklung durch das Kernfenster geht.

7. Drosselspule nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit einem Massekern, dadurch gekennzeichnet, daß dieser schalen- oder topfförmig ausgebildet ist, insbesondere mit plan polierten Stoßflächen der aneinandergreiizenden Teile.

8. Drosselspule nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern ein Bandringkern ist.

9. Drosselspule nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Bandkern selbst als eine der Wicklungen, insbesondere als Abfragewicklung dient.

10. Drosselspule nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Teil der Bandwindungen eine geringere Höhe hat als die angrenzenden Teile, so daß dadurch eine Ringkammer gebildet wird.

11. Drosselspule nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Wickelebene des Kernes liegen/den, die Ringkammer nach oben und/oder unten begrenzenden Teile des Kernes aus Blechen mit größerer Dicke als die übrigen Teile der Kerne oder aus massiven Teilen bestehen, insbesondere mit hohem elektrischem Widerstand.

12. Schaltung zur Speicherung von Energieimpulsen mit zwei Drosselspulen nach einem der vorhergehenden Ansprüche in Brückenschaltung (Fig. 4).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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