DE1014166B - Magnetische Schaltvorrichtung - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf magnetische Schaltvorrichtungen..

Aus einer Veröffentlichung· von Jan. A. R aj chin an, »Static Magnetic Matrix Memory and Switching Circuits« in der Zeitschrift RCA-Review, Juni 1952, ist eine magnetische Matrix mit einem System magnetischer Kerne bekannt. Dieser magnetische Speicher ist in. der Lage, binär verschlüsselte Informationen mittels zweier magnetischer Sättigungszustände der Kerne zu speichern. Zur Steuerung der Kerne ist in diesem Aufsatz ferner eine magnetische Schaltvorrichtung beschrieben.

Eine derartige Schaltvorrichtung kann aus einem System ringförmiger, in Zeilen und Reihen angeordneter Kerne bestehen. Jede Zeile oder Reihe, von Kernen ist mit einer besonderen, Auswahlspule verkettet, und jeder Kern ist mit einer besonderen. Ausgangswicklung versehen. Ein Auswahlstromstoß wird einer Zeilen- und einer Reihenauswahlspule zugeführt. Die. Schaltvorrichtung arbeitet mit einer Doppelkoinzidenz von Stromstößen, d.. h. daß nur derjenige einzelne Kern, der sowohl der ausgewählten, Zeile als auch der ausgewählten Reihe gemeinsam ist, eine ausreichende Erregung erfährt, um den. magnetischen Fluß wesentlich zu ändern und so ein Signal in der Ausgangswicklung zu erzeugen.

In vielen, Fällen dienen diese Schalter, besonders wenn sie zur Erregung· eines magnetischen, aus Kernen aufgebauten Speichers benutzt werden, gleichzeitig zur Widerstandstransformation,. Diese ist gewöhnlich eine Herabsetzung der Spannung und eine dementsprechende Erhöhung des Stromes·. Die Primär- und Auswahlwicklungen auf jedem Kern, besitzen, deshalb eine große Anzahl von· Windungen,, und die Sekundär- oder Ausgangsspule hat eine sehr kleine Windungszahl, meist nur eine einzige Windung. Die große Windungszahl der Auswahlwicklungen auf jedem Kern der Schaltvorrichtung verzögert den. Stromstoß in einer Zeilen- oder Reihenauswahlspule:, da, eine kapazitive Kopplung zwischen der Zeilen- und der Reihenspule; und zwischen, den. Windungen jeder Wicklung besteht. Wenn auf jedem Kern eine Wicklung mit mehreren Windungen; liegt und diese Wicklungen, zur Bildung einer Auswahlspule: in Serie geschaltet sind, wird diese Verzögerung groß und für die verschiedenen in einer Zeile oder Reihe vorhandenen Kerne ungleich;. Daher erreichen im allgemeinen die Stromstöße einen im Schnittpunkt einer Zeilen- und Reihenauswahlspule liegenden Kern nicht gleichzeitig. Diese Erscheinung ist für die Wirkungsweise der Schaltvorrichtung und für die Amplitude der Ausgangsstromstößa von Nachteil.

Es ist deshalb ein Ziel der Erfindung, eine schnell wirkende magnetische Schaltvorrichtung zu schaffen, Magnetische Schaltvorrichtung

Anmelder:

Radio Corporation of America,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt,
München 23, Dunantstr. 6

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 26. Mai 1953

Jan Aleksander Rajchman,

Princeton, N. J. (V. St. Α.),

ist als Erfinder genannt worden

welche den durch die große Windungszahl auf einem Kern hervorgerufenen Verzögerungseffekt auf ein Mindestmaß beschränkt.

Es ist weiterhin Ziel der Erfindung, eine einfache und zuverlässige magnetische Schaltvorrichtung zu schaffen,, in welcher der Varzögerungseffekt überall nahezu gleich, groß ist.

Darüber hinaus soll durch die Erfindung eine einfache und zuverlässige Schaltvorrichtung geschaffen werden, die als Multikoinzidenz-Schaltvorrichtung verwendbar ist.

Bei den. bekannten magnetisehen. Schaltvorrichtungen ist auf jeden, einzelnen einer verhältnismäßig großen. Anzahl kleiner Kerne eine Mehrzahl von, Auswahlspulen gewickelt. Weiterhin hat jeder Kern, noch eine Ausgangswicklung und kann mit einer oder mehreren Gegenwicklungen oder Vorspannungswicklungen versehen werden. Darüber hinaus ist noch eine große Anzahl von Anschlußklemmen für die verschiedenen, Wicklungen erforderlich. Eine derartige magnetische Schaltvorrichtung wird aber mit zunehmender Kernzahl außerordentlich unübersichtlich und unhandlich.

Deshalb ist ein weiteres Ziel der Erfindung in. der Schaffung einer magnetischen Schaltvorrichtung von einfacher Bauart zu sehen.

Weiterhin soll die magnetische Schaltvorrichtung verhältnismäßig einfach und billig herzustellen sein und im Betrieb zuverlässig arbeiten.

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Diese und andere Vorteile werden, durch die Erfindung erreicht.

Es wird eine Schaltungsanordnung für einen magnetischen Schalter als bekannt vorausgesetzt, in welchem eine Vielzahl von magnetischen Kernen einzeln in. verschiedene Magnetisierungszustan.de gebracht werden können, in welchem außerdem mit den Kernen Ausgangsspulen verkettet sind, und ferner mit einer Anzahl dieser zusammen eine Gruppe bildenden Kenia Auswahlspulen, verkettet sind, denen Stromimpulse zur Herstellung voai Ausgangssignalen zugeführt werden, die, ihrerseits vom Magnetisierungszustand der Kerne abhängen.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zum Zwecke, alle Kerne dar Gruppe annähernd gleichzeitig der Einwirkung der Stromimpulse zu unterwerfen, die Auswahlspulen mit mehreren Windungen ausgeführt sind und daß alle Windungen mit allen Kernen der Gruppe verkettet sind.

Fig. 1A ist eine Darstellung einer einzigen Auswahlspuleniainheit eines magnetischen Schalters nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer Darstellung von längs der Einheit auftretenden Spannungen ;

Fig. 1B ist eine aus einer Serienschaltung gebildete Auswahlspuleneinheit mit einer Darstellung von längs der Einheit auftretenden. Spannungen;

Fig. 2 ist eine Draufsicht auf einen magnetischen Schalter nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem bestimmte Teile herausgeschnitten sind;

Fig. 3 ist eine Seitenansicht der Anordnung nach Fig. 2 in der Richtung des Pfeiles A;

Fig. 4 ist eine perspektivische Darstellung eines Teiles der in Fig. 2 gezeigten magnetischen, Schaltvorrichtung;

Fig. 5 stellt eine Hysteresisschleife eines magnetischen, Materials, dar und

Fig. 6 die Hysteresisschleife eines anderem magnetischen Materials;

Fig. 7 ist eine Draufsicht auf einen, magnetischen Schalter nach einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung und

Fig. 8 eine Seitenansicht der in Fig. 7 dargerungen des der Spule, zugeführten Stromes (Fig. 1A links) und. der durch diesen Strom in den Ausgangsspulen. 28 induzierten. Spannungen (Fig. IA rechts). Die längs der Spule bei Zuführung eines mit semlcrechter Front verlaufenden, Stromstoßes erzeugten Spannungen sind ebenfalls in Fig. 1A dargestellt.

Zum Vergleich der Verzögerungseffekteist in Fig. 1 B eine Auswahlspuleneinheit, welche in der bisher üblichen Weise gewickelt ist, dargestellt. Jeder Kern. 20 trägt eine besondere Primärwicklung 34, die aus mehreren Windungen. 36 besteht, und weist noch eine Ausgangswicklung 38 auf. Dia verschiedenen Primärwicklungen 34 auf den Kernen, sind in Serie geschaltet und bilden die Auswahlspule 40. Die Verzögerungseffekte, die durch die zwischen den Spulen und zwischen, den Windungen wirkenden Kapazitäten 42 und 44 her-' vorgerufen werden, wenn der Spule 40 ein Stromstoß mit senkrechter Vorderflanke zugeführt wird, sind in Fig. 1B ebenfalls dargestellt. Bei dem in Fig. 1B dargestellten Fall, bei weichern die konzentrierten Wicklungen 34 in Serie geschaltet sind, wird die, Vorderflanke eines Stromstoßes längs der Spule in zunehmendem Maße verzögert, und zwar in viel,_: höherem Maße als in Fig. 1A. Ebenso werden, die Maxima der induzierten Impulse vom ersten bis zum letzten. Kern zunehmend sehr viel stärker als in Fig. 1A. verzögert, und die Impulse selbst werden immer breiter (Fig. 1B rechts), was auf die Summenwirkung der zwischen den Windungen vorhandenen Kapazitäten zurückzuführen ist.

Wenn, aber, wie in Fig. 1A dargestellt, die Windungen nur einer Auswahlspule mit allen Kernen verkettet sind, so ist die Verzögerung des Stromstoßes vom ersten bis zum letzen Kern gering. Weiterhin sind an, allen Kernen die induzierten Impulse ziemlich breit, und es tritt lediglich eine geringfügige Verbreiterung längs der Mehrzahl von Kernen, auf. Die Impulsspitzen sind nur wenig gegeneinander versetzt. Die Ausgangsimpulse sind wesentlich gleichförmiger, wenn die gleichen Spulenwindungen oder die gleiche Wicklung mit allen Kernen: verkettet ist, und zwar sind alle Ausgangsimpulse verbreitert. In diesem Fall (Fig. 1 A) entsprechen die Verzögerungen und Verbreiterungen denen, die durch eine einzige Windung

stellten Anordnung, in Richtung des Pfeiles B ge- 45 bedingt sind, während im Falle der Serienschaltung sehen, wobei einzelne Teile fortgelassen sind. konzentrierter Wicklungen (Fig. IB) Unterschiede

In Fig. IA enthält die Einheit eine Anzahl durch die Gesamtzahl der in Serie geschalteten. Winmagnetischer Kerne 20. Die dargestellten Kerne sind düngen, bedingt sind. Eine aus einer einzigen Wickringförmig. Es könnten aber auch andere Formen lung bestehende Spule, bei der die gleichen. Windungen verwendet werden;. Eine Primär- oder Auswahlspule 5° mit allen Kernen verkettet sind, ist also vorteilhaft,

22, welche die Form einer langgestreckten Schleife hat und aus einer Anzahl Windungen, 24 besteht, ist mit einer Spulenseite 26 mit allen magnetischen Kernen; 20 verkettet. Dabei führt jede der Windungen wenn alle Kerne einer Spule gleichzeitig erregt werden müssen und die entnommenen Impulse gleiche Form haben, sollen.

Die Fig. 2, 3 und 4 zeigen, verschiedene Ansichten

24 dar Spule 26 durch alle Kerne hindurch, so· daß die 55 einer magnetischen Schaltvorrichtung. Ein ays. Spule, aus einer einzigen Wicklung besteht, auf Isoliermaterial hergestellter Rahmen 46 bildet ein welcher die Kerne 20 an voneinander entfernten quadratisches Gehäuse,, dessen, Seiten in den Ober-i Stellen angebracht sind. Jeder Kern besitzt eine be- kanten eine Mehrzahl von Nuten 48 aufweisen. Viep sondere Sekundär- oder Ausgangsspule 28. aus Isolierstoff gefertigte Stäbe 50 liegen; in an. den

Wenn, mehrere derartige Auswahlspuleneinheiten 6° Seiten, des Rahmens vorhandenen Vertiefungen;. Der in einer magnetischen Schaltvorrichtung einander Rahmen, besitzt eine Deckplatte 52, welche die Ausbenachbart angeordnet sind, so tritt zwischen den gangsklemmen 54 trägt.

Spulen eine kapazitive Kopplung (durch den. Konden- Eine Mehrzahl von Zeilen- und Reihenauswahl-

sator 30 angedeutet) auf und. ferner zwischen den ein- spulen 56 ist auf die Isolien-staffsta.be 50 gewickelt, zelnen Windungen, jeder Spule ebenfalls eine kapazi- 5s Jede Spule besteht aus einer Anzahl von Windungen, tive Kopplung (durch die Kondensatoren 32 ange- und die eine Spulenseite ist durch eine Mehrzahl von deutet). Die zwischen, den Spulen, wirkende Kapazität Kernen, geführt, wie in Fig. IA dargestellt. Die An-30, welche in, Fig. IA der Einfachheit halber als Erd- Ordnung ist derart getroffen,, daß eine Spulenseite 58 kapazität dargestellt ist, und die zwischen den Win- einer jeden Zeilenspule sich mit einer Spulenseite60 düngen bestehende Kapazität 32 erzeugen Verzöge- 7° einer jeden Reihenspule kreuzt. An jedem Kreuzungs-

jedem der Kerne mit einer KoerzitivkraftH₀, wobei H_b größer ist als H₀. Wenn jeder der Auswahlspulen ein; Stromstoß zugeführt wird, der eine MMK in der Größenordnung von H₀ oder etwas weniger hervor-5 ruft, wird lediglich ein Kern, doppelt erregt. Dieser doppelt erregte Kern weist eine wesentliche Änderung des magnetischen Flusses B auf und induziert einen Impuls. Ein Kern, der lediglich, eine einfache Erregung besitzt, ändert seinen; Fluß nur unwesentlich,

impulsen, gespeist. Diese Gegenwicklung setzt dieVerzögerungs effekte in den Auswahlspulen. noch weiter herab. Dies wird erreicht, indem die Gegenwicklung

angeordnet wird. Da die Gegenwicklung¹ 68 auf einem festen Potential liegt, wirkt diese, wenn in, den. Auswahlspulen ein Stromstoß fließt, wie ein zwischen.

punkt von zwei Spulenseiten ist ein Kern unter einem
Winkel von 45° zu den Spulenseiten, aufgehängt, und
diese Spulenseiten gehen durch dem Kern hindurch.
Di© Windungen verlaufen geradlinig und senkrecht
zu den Isolierstoffstäben, so daß sie laicht straff gezogen werden, können und einen, festen Träger für die
Kerne bilden. Die Enden der Auswahlspulen.-windüngen sind zu Klemmen 62 an den Wänden des
Rahmens 46 geführt. Eine besondere Ausgangswicklung 64 (Fig. 4) ist für jeden. Kern angeordnet und an io nämlich nur um B_s in Fig. 6.

einem Ende mit einer Klemme 54 (Fig. 2 und 3) in Die Gegenmagnietisierung der Kerne wird., wie in der Abschlußplatte 52 verlötet, während das andere Fig. 2 und 4 dargestellt, durch-eine Gegenwicklung 68, Ende mit einem der Drähte verbunden ist, welche am welchei durch alle Kerne hindurch geschlungen ist, erBoden; des Gehäuses befestigt sind und eine gemein- zeugt. Diese Gegenwicklung 68 wird entweder mit same Rückleitung für die Ausgangsimpulse bilden. 15 Gleichstrom oder mit zu gleicher Zeit mit den; Im-Statt der Drähte 66 kann auch eine gemeinsame, nicht pulsen für die Auswahlspulen ausgelösten, Strominit dargestellte Metallplatte benutzt werden:, aber
eine Verlötung mit einer derartigen Platte ist nicht
ganz so bequem durchführbar.

Die Isolierstoffstabpaare 50 liegen in Ebenen, 20 in den Öffnungen dar Kerne zwischen den sich

welche voneinander einen gewissen. Abstand haben, kreuzenden Seiten 58 und 60 der Auswahlspulen, 56 der annähernd gleich dem inneren Durchmesser der
magnetischen Kerne 20 ist. Somit haben die einander
benachbarten Spulenseiten 58 und. 60 der einander

kreuzenden- Zeilen- und Reihenspulen voneinander 25 ihnen angeordneter elektrostatischer Schirm. Somit ebenfalls diesen Abstand, so daß die kapazitive wird die nachteilige Wirkung der Kopplungskapazität Kopplung zwischen den Spulein, vermindert wird,. Die zwischen; den. Spulen im wesentlichen, beseitigt, kapazitive Kopplung zwischen den: Spulen wird In den Fig. 7 und 8 ist ein, Rahmen aus Isolierweiterhin noch dadurch herabgesetzt, daß bei der material dargestellt, welcher aus einer rechteckigen Kreuzung der Zeilen- und Reihenspulen lediglich eine 30 Platte 70 besteht, aus welcher ein, quadratisches geringe Drahtlänge wesentlich zur gegenseitigen Fenster 72 herausgeschnitten ist. Die Zeilen- und Kapazität beiträgt. Reihenspulenkörper bestehen a,us einander gegenüber Die senkrechte Überkreuzung von Auswahlspulen angeordneten Zapfenpaaren 74 und 76, wobei die ist zweckmäßig, wenn die axiale Länge der magne- Zeilenzapfen· 74 auf einer Seite¹ der Rahmenplatte 70 tischen Kerne im Vergleich zu ihrem inneren Durch- 35 und die Reihenzapfen, 76 auf der anderen Seite angemesser klein ist. Wenn aber die axiale Länge der bracht sind. Jede Auswahlspule 78 ist zwischen, zwei Kerne verhältnismäßig groß ist, wenn also, die Kerne gegenüberliegenden Zapfen gewickelt und besteht aus die Form eines längeren Zylinders haben,, so· müssen einer Mehrzahl von Windungen 80. Die: Enden der die Spulen sich unter einem spitzen bzw. stumpfen Spulenwindungen werden aus dem gleichen Spulen-Winkel kreuzen, damit die Windungen gerade ver- 40 ende herausgeführt und mit koaxialen Klemmen; 82 laufen können, Hierbei kann, die Bauweise im übrigen auf den. beiden Seiten der Rahmenplatte verbunden:, beibehalten werden, jedoch erhält der Rahmen anstatt Die Stärke der Rahmenplatte ist derart gewählt, der quadratischen eine rhombische Gestalt. daß der Abstand, zwischen den Zeilen- und Redhenaus-In den im verstehenden beschriebenen magnetischen wahlspulen annähernd gleich, dem inneren, Durch-Schaltvcrrichtungen werden magnetische Kerne ver- 45 messer der ringförmigen: magnetischen Kerne ist. Die wendet, die annähernd eine rechteckige Hysteresis- Seiten, der Reihen- und der Zeilenspulen sind gerade, schleife; nach Fig. 5 aufweisen,. Dieser Kurve ist zu und die Zeilenspulen sind transversal zu den Reihenentnehmen,, daß eine kritische Koerzitivkraft + H₀ spulen angeordnet. Die Zeilen- und Reihenspulen erforderlich ist, um den magnetischen Kern aus einem liegen, in. parallelen Ebenen. Daraus ergibt sich,, daß Sättigungszustand in den entgegengesetzten Sätti- 50 jede Seite jeder Zeilenspule an verschiedenen Punkten gungszustand zu bringen, um dabei einen Span- jede Seite jeder Reihenspule kreuzt, so* daß also jede nungsimpuls zu induzieren. Wenn der magnetische Zeilenspule jede Reihenspule in, vier Punkten Kern sich im Sättigungszustand N oder P in Fig. 5 schneidet. Die magnetischen Kerne 20 werden an verbefindet, läßt eine MMK kleiner als //„ den Kern im schiedenen Kreuzungspunkten der Spulenseiten bewesentlichen unverändert, und demzufolge wird kein 55 festigt, und die Ausgangswicklungen 84 durchsetzen Impuls in der Ausgangswicklung induziert. Aus die Kernöffnungen. Der Kreuzungswinkel der Spulendiesem Grund besitzen die jeder Auswahlspule einer Seiten und der Winkel zwischen den. magnetischen, magnetischen Schaltvorrichtung zugeführten Stromstöße eine¹ derartige Stärke, daß sie eine magnetische
Feldstärke H₀H hervorrufen. Demzufolge ist ledig- 60
lieh der Kern im Schnittpunkt zweier mit Stromstößen beschickten Spulen ausreichend erregt, um
einen Impuls zu induzieren. Kernmaterial mit einer

rechtwinkeligen Hysteresisschleife ist verhältnis-...— wurde, deren schädlicher Verzögerungseffekt äußerst

mäßig teuer und erfordert hohe Erregungsströme zur 65 gering ist. Die schädlichen Einflüsse der Windungs-

Kernen und den Spulenseiten hängt, wie bereits erörtert, von, der Länge der Kerne ab.

Aus den beschriebenen. Ausführungsbeispielen der Erfindung ist zu ersehen, daß eine magnetische Schaltvorrichtung, in welcher Spulen mit einer Vielzahl von, Windungen verwendet werden, geschaffen

Umkehrung der Polarität.

In Fig. 6 ist eine Hysteresisschleife eines anderen Kenunaterials, welches verhältnismäßig billig und leicht zu beschaffen ist, dargestellt. Eine Gegen-

kapazitätera innerhalb einer Spule sind auf ein äußerst geringes Maß herabgesetzt. Die kapazitive- Kopplung zwischen den. Spulen ist wegen des verhältnismäßig großen Zwischenraumes zwischen, den Spulen, und der

magnetisierung oder negative MMK — H_b liegt an 70 geringen einander in kleinem Abstand gegenüber-

stehenden Flächen¹ gering. Die Konstruktion ist einfach und für einem geraden Verlauf der Wicklungsdrähte bei jeder Kernform geeignet. Der Aufbau, ist besonders dann besonders geeignet, wenn mehr als ein- Kern für die gleiche Auswahl vorgesehen, ist oder wenn mehr als ein Kern den gleichen Ausgangsimpuls liefern. Weiterhin können! mit dieser Anordnung· Multikoinzidenz-Kombinationsschalter aufgebaut werden.

Claims (5)

Patentansprüche: 10

1. Schaltungsanordnung für einen magnetischen. Schalter, in welchem eine Vielzahl von magnetisierbaren Kernen in Matrixanoirdnung einzeln, in verschiedene Magnetisierungszustände' gebracht werden können, in welchem außerdem mit den. Kernen Ausgangsspulen verkettet sind, und. ferner mit einer Anzahl dieser zusammen eine Gruppe bildenden. Kerne Auswahlspulen verkettet sind, denen Stromimpulse zur Herstellung von, Ausgangssignalen! zugeführt werden,, die ihrerseits vom Magnetisierungszustand der Kerne abhängen,,

dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahlspulen mit mehreren Windungen ausgeführt sind und daß alle Windungen einer Auswahlspule mit allen Kernen; der Gruppe verkettet sind.

2. Anordnung nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kern zu mindestens zwei Gruppen gehört.

3. Anordnung nach Anspruch. 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerne an den, Überkreuzungspunkten der zu den Gruppen gehörigen Mehrfachwindungsspulen, mit diesen Spulen verkettet sind.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerne Ringkerne sind, daß die Spulenseiten der Mehrfachwindungsspulen an ihren, Überkreuzungspunkten, die Ringkemöffnung durchsetzen und dort einen gegenseitigen, Abstand von etwa dem Öffnungsdurchmesser haben.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch, gekennzeichnet, daß sich zwischen, den die Ringkernöffnungen durchsetzenden, Seiten, der Mehrfachwindungsspulen im Ringinnern eine Gegenwindung befindet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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