DE1069679B - Magnetische Schalteinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine magnetische Schalteinrichtung, die auf dem Prinzip von magnetischen Verstärkern arbeitet und die »logische« Steuerfunktionen ausüben kann, wie sie bei der automatischen oder halbautomatischen Steuerung von Werkzeugmaschinen oder industriellen Anlagen gebraucht werden.

Es sind bereits Schaltungen bekannt, die »logische« Steuerfunktionen ausüben können, beispielsweise »Und-«, »Oder-«, »Und-nicht-«, »Gedächtnis-« oder »Verzögerungseinheiten«, die ohne bewegliche Kontakte arbeiten und in der Lage sind, statisch elektrische Ströme oder Impulse zu schalten. Die bekannten Schaltungen enthalten Kombinationen von Gleichrichtern und elektromotorischen Kräften in komplizierten Netzwerken, wie sie beispielsweise in elektronischen Rechenanlagen Verwendung finden, ferner enthalten sie zwischen den einzelnen Stufen magnetische oder elektronische Verstärker, um die durch die Netzwerke entstehenden Verluste zu kompensieren.

Es ist auch bereits eine Schaltung mit zwei Magnetkernen bekannt, die gemeinsame Wicklungen tragen und die die Funktion eines bistabilen Multivibrators ausüben kann.

Es sind auch magnetische Verstärker zur Verstärkung schwacher Gleichströme bekannt, die zwei sättigbare Magnetkerne und !Mittel zur Erzeugung eines Vormagnetisierungsflusses aufweisen.

Schließlich ist auch ein Impulsgeber bekannt, der mit einem einzigen, vormagnetisieren Magnetkreis arbeitet.

Durch die Erfindung soll eine besonders einfache magnetische Schalteinrichtung nach Art von magnetischen Verstärkern angegeben werden, die mit einer Impulsstromquelle arbeitet und eine hohe Empfindlichkeit sowie kurze Ansprechzeiten bei niedrigen Leislungspegeln besitzt und klein, leicht und billig ist. Die impulsgespeiste magnetische Schalteinrichtung kann dabei wie normalerweise offene oder normalerweise geschlossene Relaiskontakte, die in Serie geschaltet sind, wirken und dadurch die Funktion einer »Und-Einheit« oder einer Antikoinzidenzschaltung ausüben. Die Anordnung gemäß der Erfindung kann auch für Schaltungen Verwendung finden, deren Ausgangssignal von dem Vorhandensein einer bestimmten Kombination von elektrischen Eingangssignalen abhängt, wobei der Ausgang unabhängig von Schwankungen der Amplitude der Eingangssignale ist, wenn diese nur einen bestimmten Mindestwert tibersteigen.

Eine magnetische Schalteinrichtung mit zwei geschlossenen, sättigbaren Magnetkernen, einer Arbeitswicklung, die Teile beider Kerne umfassende Windungen enthält, einem in Serie mit der Arbeitswick-

Magnetische Schalteinrichtung

Anmelder:

General Electric Company,
Schenectady, N. Y. (V. St. A.)

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

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 25. Juni 1957

Raymond Evan Morgan, Schenectady, N. Y. (V. St. A.), ist als Erfinder genannt worden

lung geschalteten Arbeitskreis, der einen Gleichrichter enthält, und Mitteln zur Erzeugung eines Vo rmagnetisierungsflusses ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß jeder der geschlossenen Magnetkerne eine unabhängige Steuerwicklung trägt und daß auf mindestens einem der beiden Kerne zu-' sätzlich eine Vormagnetisierungswicklung vorgesehen ist. Vorzugsweise soll die Vormagnetisierungswicklung Teile beider Kerne umfassen.

Die magnetische Schalteinrichtung gemäß der Erfindung enthält also mindestens zwei nebeneinanderliegende, unabhängige hochpermeable oder sättigbare Magnetkerne mit einer Teile beider Kerne umfassenden, gemeinsamen Schalt- oder Arbeitswicklung, die mit einem Gleichrichter in einem Arbeitskreis in Serie geschaltet ist und an eine geeignete elektrische Leistungsquelle angeschlossen werden kann. Ferner sind Mittel vorgesehen, in beiden Kernen voneinander unabhängige Steuerflüsse zu erzeugen. Infolge dieser Anordnung können die beiden Kerne in Abhängigkeit von den ihnen eigenen Steuerflüssen schnell gesättigt oder entsättigt werden, die Schaltwicklung wird jedoch nur »leitend«, wenn beide Kerne gesättigt sind. Die Einrichtung kann in Kaskade geschaltet und durch eine Impulsspannungsquelle gespeist werden, ferner kann eine Rückkopplung vorgesehen sein, um einen sehr schnell verlaufenden, momentanen Übergang zwischen den zwei Leitungszuständen des Ausgangs zu erreichen, ferner können verschiedene Vor-

spannungen angelegt sein, um verschiedene Stcuerschemata zu ermöglichen, wie z. B. durch in Serie geschaltete Arbeits- und Ruhekontakte in entsprechender Kombination geleistet und versinnbildlicht werden können.

Die Erfindung soll nun an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden; dabei bedeutet

Fig. 1 A ein schematisiertes Schaltbild einer Grundform der Erfindung im Vergleich mit einer Relaiskontaktanordnung, die in Fig. 1 B dargestellt ist,

Fig. 2 A und 2 B schematische Schaltbilder einer anderen Ausführungsform der Erfindung im Vergleich mit einer in Fig. 2C dargestellten Relaiskontaktanordnung,

Fig. 3 A und 3B ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung im Vergleich mit einer in Fig. 3 C dargestellten Relaiskontaktanordnung,

Fig. 4, 5 und 6 perspektivische Ansichten einer Steuereinrichtung entsprechend dem Schaltbild nach Fig. 3 B,

Fig. 7, 8 und 9 schematische Schaltbilder von abgeänderten Wicklungsanordnungen für die in den Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich zu den Relaiskontaktanordnungen, die in den Fig. 7 A, 8 A und 9 A dargestellt sind,

Fig. 10 ein Schaltbild einer magnetischen Steuereinrichtung, ähnlich wie die nach Fig. 2B, wobei jedoch statt zwei vier magnetische Kerne Verwendung finden und deren Arbeitsweise mit der in Fig. 1OA dargestellten Relaiskontaktanordnung vergleichbar ist,

Fig. 11 eine Aufsicht auf eine Anordnung von Kernen und Wicklungsspulen, die für die magnetische Steuereinrichtung nach Fig. 10 geeignet ist,

Fig. 12 ein Schaltbild einer Antikoinzidenzeinheit, ähnlich wie die nach Fig. 3 B, jedoch mit vier Magnetkernen statt mit nur zweien und in ihrer Funktion vergleichbar mit der Kontaktanordnung nach Fig. 12 A,

Fig. 13 eine Aufsicht auf eine Anordnung von Kernen und Wicklungen, wie sie für eine magnetische Steuereinrichtung nach Fig. 12 geeignet ist, und

Fig. 14 ein schematiches Schaltbild einer typischen Steuereinrichtung mit einer Und-Einheit und einer Antikoinzidenzeinheit nach Fig. 2B bzw. 3B.

In Fig. 1 A ist eine vereinfachte Ausführungsform der Erfindung als »Nicht-Einheit« 10 dargestellt, bei welcher der Strom im Ausgangskreis unterbrochen wird, wenn ein oder beide Eingangssignale vorhanden sind. Die Funktion dieser Einheit ist vergleichbar mit zwei Relais, deren Ruhekontakte in Serie geschaltet sind, wie in Fig. IB dargestellt ist. Die »Nicht-Einheit« 10 enthält eine sättigbare Reaktanz mit zwei Magnetkernen 11 und 12 aus hochpermeablem Material, jeder dieser Kerne hat vorzugsweise die Form einer geschlossenen Schleife und ist, um unabhängig vom anderen Kern zu sein, von diesem durch einen nichtmagnetischen Spalt 13 getrennt. Obwohl die Kerne 11 und 12 in der Zeichnung als körperlich voneinander getrennt dargestellt sind, können sie in Wirklichkeit direkt aneinander angrenzen. In magnetischer Hinsicht besteht dabei dann trotzdem zwischen den beiden Kernen in der Praxis eine nichtmagnetische Trennschicht, da der magnetische Widerstand in jeder der beiden durch die Kerne gebildeten magnetischen Schleifen um ein Vielfaches kleiner ist als der magne_r tische Widerstand des AVeges zwischen den beiden Kernen über die Trennfiige 13 hinweg, auch wenn die beiden Kerne aneinander anliegen. Wenn die Trennfuge völlig entfällt, arbeitet die Einrichtung trotzdem noch in der im folgenden noch zu beschreibenden Weise, jedoch nur mit wesentlich verringerter Empfindlichkeit und Verläßlichkeit. Um die in der Mitte liegenden Schenkelteile 15 und 16 der beiden Kerne

11 und 12 ist eine Arbeitswicklung 14 gewickelt, die in Serie mit einem Gleichrichter 17 in einem Arbeitskreis 21 geschaltet ist, der mit Ausgangsanschlüssen

18 und 19 versehen ist, an der eine gewünschte, elektrische Arbeitsimpedanz 20 angeschlossen werden kann. Der Arbeitskreis 21 kann über die Anschlüsse

19 und 22 mit einer geeigneten Quelle für Wechsel ίο spannungs- oder Impulsleistung verbunden werden, was durch die Leitungen 23 und 24 angedeutet ist. Aus später noch zu beschreibenden Gründen wird der Arbeitskreis 21 vorzugsweise mit einer Impulsquelle verbunden.

Gemäß der Erfindung sind Mittel vorgesellen, um in den beiden Magnetkernen 11 und 12 unabhängige Stcuerflüsse zu erzeugen. Solche Steuerflüsse können beispielsweise durch Annäherung von Permanentmagneten an die Kerne induziert werden. In der in Fig. 1A dargestellten Einrichtung wird dies jedoch vorzugsweise durch Steuerwicklungen 25 und 26 erreicht, die um die äußeren Schenkel der Kerne 11 und

12 gewickelt sind. Die Steuerwicklungen 25 und 26 sind mit entsprechenden Eingangsanschlüssen 27 bzw. 28 versehen. In der »Nicht-Stufe« 10 der Fig. 1A sind die Steuerwicklungen 25 und 26 jeweils in einem solchen Wicklungssinn aufgebracht und so geschaltet, daß der durch sie in den Kernen 11 bzw. 12 erzeugte magnetische Fluß dem Fluß entgegengerichtet ist, der in diesen Kernen durch die in der Schaltwicklung 14 infolge der im Arbeitskreis 21 nur in einer Richtung fließenden Ströme induziert wird, wie durch die verschiedenen Pfeile angedeutet ist.

Im Betrieb der »Nicht-Stufe« 10 werden die An-Schlüsse 19 und 22 des Arbeitskreises 21 mit einer geeigneten Wechselspannungs- oder Impulsquelle 23, 24 und die Anschlüsse 27 und 28 der Steuerwicklungen mit der in der Zeichnung dargestellten Polarität mit Steucrgleichspannungen verbunden. Bei der Abwesenheit von Steuerspannungen kann durch den Gleichrichter 17 eine nur in einer Richtung fließende, pulsierende Spannung einer genügenden Amplitude an die Schalt wicklung 14 gelangen, so daß die Magnetkerne 11 und 12 während jedes Impulses in die Sättigung getrieben werden, so daß in der Schaltwicklung 14 ein Strom fließt und die entsprechenden Strömimpulse an· die Arbeitsimpedanz gelangen, die an die Ausgangsanschlüsse 18 und 19 angeschlossen ist. An die Ausgangsanschlüsse 18 und 19 kann noch ein Kondensator 30 angeschlossen sein, um den pulsierenden Arbeitsstrom zu glätten und eine Rückstellung der Schaltwicklung 14 zwischen den Impulsen zu unterstützen.

Beim Auftreten einer Signalspannung an den An-Schlüssen 27 bzw. 28 der Steuerwicklungen wird in dem Kern 11 oder 12 ein Fluß induziert, der dem durch die Schaltwicklung 14 induzierten Fluß entgegengerichtet ist. Der durch das Steuersignal aktivierte Kern wird dadurch nicht in die Sättigung getrieben, und da die Schaltwicklung Teile beider Kerne umfaßt, wird durch die Wirkung des ungesättigten Kernes ein Leitendwerden der Schaltwicklung verhindert, so daß im Ausgangskreis 21 nur ein kleiner Magnetisierungsstrom fließt. Wenn an beiden Stcuerwicklungsanschlüssen 27 und 28 ein Steuersignal liegt, werden beide Kerne 11 und 12 an einer Sättigung gehindert, und die Schaltwicklung 14 bleibt in gleicher Weise nichtleitend. Die Nicht-Stufe 10 wirkt daher genauso wie zwei elektromagnetische Relais 25.4 und 26.-1 (Fig. IB), deren Ruhekontakte

in Serie geschaltet sind, so daß jede Steuerwicklung in der Lage ist, den Strom im Arbeitskreis zu unterbrechen. Gemäß der Erfindung wirken beide Kerne 11 und 12 unabhängig auf die Schaltwicklung, und ein Kern allein ist in der Lage, einen Stromfluß im Arbeitskreis zu unterbinden, auch wenn der andere Kern vollständig gesättigt ist. Obwohl bereits andere Schaltungen mit magnetischen Verstärkern bekannt sind, die die Funktion einer Nicht-Stufe ausüben können, ist das Prinzip der unabhängigen Steuerung einer ge- ίο meinsamen Schaltwicklung insofern wichtig, da es erlaubt, mittels magnetischen Verstärkern Antikoinzidenzstufen und Und-Stufen zu bauen, was bisher in wirtschaftlich brauchbarer Form nicht möglich war. *5

Tn Fig. 2 A ist eine Antikoinzidenzstufe mit magnetischen Verstärkern dargestellt, deren Arbeitsweise mit zwei elektromagnetischen Relais 25.4, 36.4 vergleichbar ist, die mit einem Ruhe- bzw. Arbeitskontakt bestückt sind, die, wie in Fig. 2C gezeigt ist, hintereinandergeschaltet sind. Die Antikoinzidenzstufe 35 in Fig. 2A entspricht im wesentlichen der Nicht-Stufe

10 in Fig. 1 A₁ jedoch mit der Ausnahme, daß eine Stcuerwicklung 36 so gewickelt und an die Anschlüsse 37 geschaltet ist, daß der durch sie induzierte Steuerfhtß gegenüber dem durch die Steuerwicklung 26 der Nicht-Einheit 10 induzierten Fluß die entgegengesetzte Richtung aufweist und daß eine zusätzliche \"ormagnetisierungswicklung38 auf dem Kern 12 vorgesehen ist, die mit Eingangsanschlüssen 39 versehen ist und zur Erzeugung eines magnetischen Flusses im Kern 12 dient, dessen Richtung der Richtung des Flusses entgegengesetzt ist, der durch die Steuerwicklung 36 induziert wird. In der Antikoinzidenzstufe 35 in Fig. 2 A wird durch die eine Steuerwicklung 25 in dem zugehörigen Magnetkern 11 ein Steuerfluß induziert, der dem Fluß entgegengerichtet ist, der in diesen Kern durch die Schaltwicklung 14 induziert wird, während die andere Steuerwicklung 36 in dem zugehörigen Kern 12 einen magnetischen Fluß erzeugt, der den in diesem Kern durch die Schaltwicklung 14 erzeugten Fluß unterstützt, während die Vormagnetisierungswicklung 38 im Kern 12 einen Fluß erzeugt, der dem Fluß in der Arbeitswicklung entgegengesetzt ist.

Tm Betrieb der Antikoinzidenzstufe 35 wird die Vonnagnetisicrungswicklung 38 mit einer Gleichstromquelle verbunden, während die Steuerwicklungen 25 und 36 so geschaltet werden, daß ihnen Steuergleichspannungcn der angegebenen Polarität zugeführt werden können, während der Arbeitskreis 21 an eine geeignete Leistungsquelle über die Leitungen 23 und

24 angeschlossen wird. Liegt an den Steuerwicklungen

25 und 36 keine Steuerspannung, so kann im Arbeitskreis 21 praktisch kein Strom fließen, da der Magnetkern 12 durch den durch die Vormagnetisierungswicklung 38 induzierten magnetischen Fluß an einer Sättigung gehindert wird. Zwar wird der Magnetkern

11 durch den durch die Arbeitswicklung induzierten Fluß in die Sättigung getrieben, was jedoch nicht ausreicht, die Arbeitswicklung stromdurchlässig zu machen, da diese unabhängig davon von dem nicht gesättigten Kern 11 gesperrt wird. Tritt am Anschluß 27 der Steuerwicklung 25 ein Signal auf, so wird der Kern 11 ebenso an einer Sättigung gehindert, und die Arbeitswicklung 14 bleibt gesperrt. Wenn dagegen am Anschluß 37 der Steuerwicklung 36 eine Steuerspannung erscheint, nicht jedoch am Anschluß 27 der Steuerwicklung 25, so wirkt der durch die Steuerwicklung 36 induzierte magnetische Fluß dem Vorspannungsfluß, der durch die Wicklung 38 induziert wird, entgegen, so daß der Magnetkern 12 durch den durch die Arbeitswicklung induzierten Fluß in die Sättigung getrieben werden kann. Unter diesen Voraussetzungen werden beide Magnetkerne 11 und 12 durch den durch die Arbeitswicklung 14 induzierten Fluß in die Sättigung getrieben, so daß in der Arbeitswicklung und im Arbeitskreis ein Strom fließen kann. Ein Ausgangsstrom fließt also beim Zusammentreffen der Tatsachen, daß an der einen Steuerwicklung 36 ein Eingangssignal anliegt, während an der anderen Steuerwicklung 25 das Eingangssignal verschwindet oder kein Eingangssignal auftritt, was dieser Schaltung die Bezeichnung »Antikoinzidenzstufe« (wörtlich »Koinzidenz-Nicht-Stufe«) gegeben hat.

Wenn an den Eingangsanschlüssen 27 und 37 beider Steuerwicklungen 25 und 36 Eingangssignale anliegen, wird der Stromfluß im Arbeitskreis wieder unterbrochen, da der Magnetkern 11 durch den Einfluß der Steuerwicklung 25 an einer Sättigung gehindert wird, so daß also ein Stromfluß durch die Arbeitswicklung 14 unterbunden wird, auch wenn der Magnetkern 12 gesättigt bleibt.

In Fig. 2 B ist eine Abwandlung der Antikoinzidenzstufe nach Fig. 2 A dargestellt, bei welcher der magnetische Verstärker so aufgebaut ist, daß der übergang zwischen dem leitenden und dem nichtleitenden Zustand sprungartig erfolgt. Die Schaltung der Antikoinzidenzstufe 40 in Fig. 2B ist mit der Einheit 35 vergleichbar, enthält jedoch eine Rückkopplungswicklung 41, die mit der Arbeitswicklung 14 in Serie geschaltet ist und vorzugsweise als deren Verlängerung um die Mittelschenkel 15 und 16 der Kerne 11 und 12 gewickelt ist. Vorzugsweise ist in Serie mit dem Arbeitskreis 21 ein Widerstand 42 geschaltet, ferner ist zwischen den Verbindungspunkt zwischen Arbeitswicklung 14 und RiΊckkopplungsλvicklung 41 und den Ausgangsanschluß 19 ein Kondensator 43 entweder direkt oder, wie dargestellt, über die Leitung 23 geschaltet. Wegen des Kondensators 43 kann der Kondensator 30 entfallen. Ebenso kann der Widerstand 42 entfallen, wenn die Impedanz des Arbeitswiderstandes 20, der zwischen die Ausgangsanschlüsse 44 und 19 geschaltet ist. groß genug ist. Gewünschtenfalls können an die oberen Enden des Widerstandes 42 und des Kondensators 43 zusätzliche. Ausgangsanschlüsse 44 und 45 angeschlossen werden.

Die Arbeitsweise der Antikoinzidenzstufe 40 ist ähnlich wie die, die in Verbindung mit der Antikoinzidenzstufe 35 beschrieben wurde, mit der Ausnahme, daß die Rückkopplungswicklung 41 und der Kondensator 43 während der üblichen Rückstell- oder Relaxationsperioden zwischen den Stromwechseln oder den Impulsen des Speisestromes einen Stromfluß im Arbeitskreis aufrechterhalten. Als Folge davon treibt der geringste Anstieg des Stromes im Arbeitskreis die Kerne sofort in die Sättigung, beispielsweise wenn sich beide Magnetkerne 11 und 12 der Sättigung nähern, was eine sofortige Flußerhöhung in den Kernen hervorruft. In gleicher Weise ruft jedes Nachlassen des Stromes im Arbeitskreis, wenn einer der Kerne sich zu entsättigen beginnt, ein unmittelbares Nachlassen des magnetischen Flusses in diesem Kern hervor, infolge der Wirkung der Rückkopplungswicklung 41, so daß der Kern schnell weitgehend entsättigt wird. Diese Einheit gewährleistet dadurch einen sprunghaften Übergang zwischen dem leitenden und nichtleitenden Betriebszustand.

In Fig. 3 A ist eine Und-Stufe50 in Form eines magnetischen Verstärkers dargestellt, deren Arbeits-

weise mit zwei Relais vergleichbar sind, deren Arbeitskontakte, wie in Fig. 3 C dargestellt ist, in Serie geschaltet sind. Die Und-Stufe 50 ist mit der Antikoinzidenzstufe 35 in Fig. 2 A vergleichbar, jedoch mit der Ausnahme, daß beide Stellerwicklungen 36 und 51 so auf die entsprechenden Kerne 12 bzw. 11 gewickelt und mit ihren Eingangsanschlüssen 37 und 52 verbunden sind, daß sie durch sie induzierten magnetischen Flüsse den durch die Arbeitswicklung 14 erzeugten magnetischen Fluß unterstützen. Ferner umfaßt die Vomiagnetisierungswicklung 53 Teile beider Magnetkerne 11 und 12, beispielsweise die Mittel-Schenkel 15 und 16, sie ist so gewickelt und mit ihren Anschlüssen 54 verbunden, daß ein magnetischer Fluß in den Kernen induziert wird, der dem durch die Arbeitswicklung 14 induzierten Fluß entgegengesetzt gerichtet ist.

Tm Betrieb der Und-Einheit 50 wird in den Anschlüssen 54 der Vormagnetisierungswicklung ein im wesentlichen konstanter Gleichstrom zugeführt, während die Steuerwicklungen 36 und 51 so geschaltet sind, daß sie mit Steuergleichspannungen der angegebenen Polarität beaufschlagt werden können, der Arbeitskreis 21 ist wieder an die Stromversorgungsleitungen 23 und 24 angeschlossen. Wenn keine der Steuerwicklungen 36 oder 51 mit einem Steuersignal beaufschlagt wird, bleiben die Kerne 11 und 12 infolge der Anwesenheit der Vormagnetisierung ungesättigt, da diese dem durch die Arbeitswicklung erzeugten Fluß entgegengesetzt gerichtet ist, und es fließt im Arbeitskreis 21 nur ein Alagnetisierungsstrom. Wenn am Eingangsanschluß einer der Steuerwicklungen eine Steuerspannung auftritt, jedoch nicht an der anderen Steuerwicklung, wird einer der beiden Kerne 11 oder 12 in die Sättigung getrieben, dies reicht jedoch nicht aus, die Arbeitswicklung 14 stromführend zu machen, da der andere Kern ungesättigt bleibt. Der Stromfluß im Arbeitskreis bleibt auch dann gesperrt, wenn das Steuersignal in einer der Steuerwicklungen ein Mehrfaches größer ist, als nötig wäre, um den zugehörigen Kern zu sättigen. Wenn jedoch beide Steuerwicklungen 36 und 51 mit Steuersignalen beaufschlagt werden, werden beide Kerneil und 12 gesättigt, so daß über die Arbeitswicklung 14 im Arbeitskreis ein Strom fließen kann. Es ist ersichtlich, daß die Signalspannungen in den jeweiligen Steuerwicklungen 36 und 51 nur so groß zu sein brauchen, um den durch die Vormagnetisierungswicklung 53 induzierten Fluß in dem zugehörigen Kern zu kompensieren, wobei die Vormagnetisierung ihrerseits wiederum nur gerade so groß zu sein braucht, um eine Sättigung des Kernes unter dem Ein-ίΙιιΠ der Arbeitswicklung 14 allein zu verhindern. Die Und-Stufe 50 kann also so aufgebaut werden, daß sie auf Eingangssignale von ungewöhnlich kleiner Amplitude anspricht und daß das Auftreten eines Stromflusses im Arbeitskreis nur vom Vorhandensein von beiden Steuersignalen gleichzeitig abhängt und nicht von der Amplitude eines der beiden Signale.

Fig. 3 B zeigt eine Und-Stufe 60, die ähnlich der Und-Stufe 50 ist, jedoch eine Rückkopplungswicklung 41, einen Widerstand 42 und einen Kondensator 43 enthält, ähnlich, wie in Verbindung mit der Antikoinzidenzstufe 40 in Fig. 2B beschrieben wurde, so daß auch bei der Und-Stufe 60 ein sprunghafter Übergang zwischen dem leitenden und dem gesperrten Betriebszustand erfolgt.

Ein praktisches Ausführungsbeispiel der Und-Stufe 60, deren schematisches Schaltbild in Fig. 3 B dargestellt ist. ist in den Fig. 4. 5 und 6 gezeichnet. Tn diesen Figuren sind gleiche Bauelemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Es ist einzusehen, daß auf den Magnetkernen 11 und 12 der Nicht-, Antikoinzidenz- und Und-Stufen gewünschtenfalls noch weitere Steuerwicklungen vorgesehen werden können. Das Anbringen von zusätzlichen Steuerwicklungen auf einem Kern ermöglicht, den Kern gewünschtenfalls entweder durch die ursprüngliche Steuerwicklung oder die zusätzliche

ίο Steuerwicklung zu sättigen oder zu entsättigen. Während ein sättigbarer Kern und die ursprüngliche Steuerwicklung wie ein elektromagnetisches Relais mit Arbeitskontakt wirkt, haben zusätzliche, gleichgepolte Steuerwicklungen die Wirkung von zusätzliehen Relais mit Arbeitskontakten, die mit dem ursprünglichen Relais parallel geschaltet sind. Dies ist in den Fig. 7 und 8 schematisch dargestellt. Fig. 7 zeigt eine Und-Stufe 65, die eine gemeinsame Vormagnetisierungswicklung 53, die ursprünglichen Steuerwicklungen 36 und 51 und eine auf den Kern 11 gewickelte, zusätzliche Steuerwicklung 66 enthält. Die entsprechende Relaisschaltung ist in Fig. 7 A dargestellt, entsprechende Bauelemente sind mit gleichen Bezugsziffern und nachgesetztem Buchstaben A bezeichnet.

Fig. 8 zeigt eine Antikoinzidenzstufe 70 mit einer Vormagnetisierungswicklung 38, den ursprünglichen Steuerwicklungen 25 und 36 und einer zusätzlichen Steuerwicklung 71, die auf den Aiagnetkern 12 gewickelt ist. Die entsprechende Relaisschaltung ist in Fig. 8A dargestellt.

Während der ursprüngliche, sättigbare Kern und die zugehörige Wicklung einem elektromagnetischen Relais mit Ruhekontakt entspricht, entspricht das Hinzufügen einer weiteren Steuerwicklung der Zuschaltung eines zusätzlichen elektromagnetischen Relais mit Ruhekontakt, der mit dem ursprünglichen Ruhekontakt in Serie geschaltet ist. Dies ist in Fig. 9 gezeigt, in der eine Antikoinzidenzstufe 73 dargestellt ist, die eine Vormagnetisierungswicklung 38, die ursprünglichen Steuerwicklungen 25 und 36 und eine zusätzliche Steuerwicklung 74 auf dem Kern 11 enthält, die densell>en Wicklungssinn hat wie die ursprüngliche Wicklung 25. Die entsprechende Schaltung mit elektromagnetischen Relais ist in Fig. 9A dargestellt.

Im vorstehenden wurden nur Steuereinheiten mit nur zwei sättigbaren Kernen beschrieben, es hat sich jedoch herausgestellt, daß eine wesentlich größere Anzahl von zusätzlichen Magnetkernen in Verbindung mit einer einzigen Arbeitswicklung verwendet werden können, die gemeinsam den Stromfluß im Arbeitskreis 21 steuern. Für einen einzigen Arbeitskreis, der mit einer geeigneten Impulsquelle verbunden war, wurden bis zu zehn unabhängige Kerne verwendet. Fig. 10 zeigt eine Antikoinzidenzstufe 75 mit vier sättigbaren Kernen 11, 12, 76 und 77. In der Antikoinzidenzstufe 75 umfaßt eine einzige Vormagnetisierungswicklung 78 Teile der Kerne 12 und 76, wie z. B. die Mittelschenkel 16 bzw. 79, und die Steuerwicklungen 36 und 80 dieser Kerne 12 und 76 sind so gewickelt und geschaltet, daß der durch sie erzeugte Fluß den durch die Arbeitswicklung 14 erzeugten Fluß unterstützt und dem durch die Vormagnetisierungswicklung 78 induzierten Fluß entgegengerichtet ist. Die Arbeitswicklung 14 und die Rückkopplungswicklung 41 sind um Teile aller Kerne 11, 12, 76 und 77 gewickelt, z. B., wie dargestellt, um die Mittelschenkel. Die Steuerwicklungen 25 und 81 auf den Kernen 11 und 77 sind so ge-

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wickelt und geschaltet, daß der durch sie erzeugte impulsförmigen Speisespannung, und die Ansprecli-

Fluß dem durch die Arbeitswicklung 14 und die Rück- geschwindigkeit auf Änderungen des Steuersignals ist

kopplungswicklung 41 erzeugten Fluß entgegen- dadurch wesentlich geringer. Bei einer Speisung mit

gerichtet ist. Die Wirkungsweise der Antikoinzidenz- Impulsspannungen ist die lange Zeitdauer zwischen

stufe 75 ist der der Antikoinzidenzstufe 40 in Fig. 2B 5 den Impulsen sehr gut geeignet, um die Energie der

vergleichbar, jetloch mit der Ausnahme, daß nur dann induktiven Belastung abklingen zu lassen und den

in der Arl>eitswickluiig 14 und im Arbeitskreis ein steuernden Kern in seinen signallosen Zustand zii-

Strom Hießt, wenn Steuersignale an beiden Steuer- rückzustellen. Zusätzlich kann bei Impulsspaniumgen

wicklungen 36 und 80 vorhanden und an den Steuer- der Gleichrichter eine geringere Spitzensperrspanmiiig

wicklungen 25 und 81 abwesend sind. Bei jeder an- io haben im Vergleich zu dem erforderlichen positiven

deren Kombination von Steuersignalen ist mindestens Spitzenwert der Spannung, und der Kondensator 30

ein .Magnetkern ungesättigt und verhindert einen kann eine kleinere Kapazität haben, so daß diese Bau-

Stromtluß im Arbeitskreis. Die entsprechende Relais- elemente kleiner und billiger werden, als wenn eine

schaltung ist in Fig. 1OA dargestellt, entsprechende sinusförmige Speisespannung verwendet wird.

.Steuerwicklungen sind mit demselben Bezugszeichen 15 Durch die Schaltung nach Fig. 14 soll immer dann

verschen, denen jedoch der Buchstabe A angefügt ist. ein Ausgangsstrom durch eine Arbeitsimpedanz 101

Fig. I I zeigt eine geeignete, praktische Ausfüh- fließen, wenn der eine Eingangsschalter 102 geschlos-

ruiigsfomi für die Anordnung der sättigbaren Kerne sen und entweder einer oder beide anderen Eingaugs-

uiid der Wicklungen der Antikoinzidenzstufe 75 in schalter 103 und 104 offen sind, der Strom durch die

Fig. 10. Tn dieser Figur sind die verschiedenen Kerne 20 Arbeitsimpedanz soll jedoch unterbrochen werden,

und Wicklungen mit denselben Bezugszeichen ver- wenn der Schalter 102 geöffnet ist oder wenn alle

sehen wie in Fig. 10. drei Schalter 102, 103 und 104 zur selben Zeit ge-

Fig. 12 zeigt eine Und-Stufe 85 mit vier Ein- schlossen sind. Eine solche Anlage ist beispielsweise gangen, ähnlich wie die Und-Stufe 60 in Fig. 3B, angebracht, wenn der Schalter 102 ein Hauptschalter wobei jedoch zwei zusätzliche Kerne 86 und 87 mit 25 ist, der den Stromfluß durch die Arbeitsimpedanz 101 zusätzlichen Steuerwicklungen 88 bzw. 89 vorgesehen steuert, und die Schalter 103 und 104 Schalteinrichsind. Die Yormaguetisierungswicklung 53, Arbeits- tungen sind, die durch andere Kreise gesteuert werwicklung 14 und Riickkopplungswicklung 41 sind alle den. die niemals gleichzeitig geschlossen werden durum Teile sämtlicher vier Kerne 11, 12, 86 und 87 ge- fen, ohne daß der Stromfluß durch die Arbeitswickelt, wie z. B. die Mittelschenkel. Die ent- 30 impedanz 101 unterbrochen ist.

sprechende Relaisschaltung ist in Fig. 12A dar- Die Stronrversorgungseinrichtung besitzt Eingestellt, eine geeignete Anordnung für die Kerne und gangsanschlüsse 105 für eine sinusförmige Netzdie Wicklungen ist in Fig. 13 gezeichnet, die ent- wechselspannung, einen Tmpulsausgangsanschluß 106, sprechenden Bauelemente fragen wieder die gleichen ein Paar Ausgangsklemmen 107 für Vormagnetisie-P >ezugszeichen. 35 rungsströme, einen Ausgangsanschluß 108 für Signal-

Fig 14 zeigt eine vereinfachte Steuereinrichtung. ströme und einen Anschluß 109 für eine gemeinsame die die Grundeinheiten gemäß der Erfindung enthält. Rückleitung für die Signalströme und die Speise-F.ine Stromversorgungseinrichtung, die in dem ge- .ströme. Eine sättigbare Reaktanz 110, ein sättigbarcr strichelten Rechteck 100 dargestellt ist, liefert Transformator 111 und ein Volhveggleichrichter 112 impulsspannungen, Yormagnetisierungsstrom und den 40 innerhalb des Xetzteiles 100 verwandeln die sinusursprünglichen Eingangsstrom für eine Und-Stufe 60 förmige Wechselspannung in periodisch wiederum! eine Antikoinzidenzstufe 40. kehrende, unipolare Impulse zwischen den Anschlüssen

Der Ausdruck »Impulsspannung« soll in diesem 106 und 109, die eine Wiederholungsfrequenz von Zusammenhang periodische, elektrische Spannungs- 120Hz besitzen. Ein weiterer Volhveggleichrichter und Stromimpulse bedeuten, wobei die einzelnen Im- 45 113 in Serie mit der Primärwicklung des Transforpulse einen steilen Anstieg und Abfall aufweisen und mators 111 liefert zusammen mit einer Drossel 114 eine wesentlich kürzere Dauer haben als eine sinus- mid einem Kondensator 115 einen im wesentlichen förmige Halbwelle bei 60 Hz. Das Tastverhältnis ist konstanten Gleichstromausgang zwischen den Auvorzugsweise für jede Periode wesentlich kleiner als Schlüssen 107. Schließlich ist noch ein dritter YoIl-0,1, und der Spannungsanstieg an der Vorderrlanke 50 wcggleichrichter 116 zusammen mit einem Kondeiides Impulses erfolgt während weniger als 3^C einer sator 117 direkt an die Eingangsanschlüsse 105 ange-Simisschwiiigung bei 60 ITz. Für den gewünschten schlossen, durch den an die Anschlüsse 108 und 109 Zweck haben sich beispielsweise Rechteckimpulse von eine im wesentlichen konstante Gleichspannung ge-400 λΠΚτοίοΙαιι^Ιεη Dauer und einer Wiederholungs- liefert wird. Über die Sekundärseite des Impulsfrequenz von 120 Tmpulsen/Sekunde als ausgezeichnet 55 transformator 111 ist ein Thyritscheibenelement 118 erwiesen. geschaltet, durch das die Spitzen derAusgangsimpul.se

Die Verwendung von impulsförmiger Leistung zur bei einer konstanten Spannungsamplitude abgc-

Speisung der magnetischen Steuereinrichtung gemäß schnitten werden.

der Erfindung erlaubt nicht nur eine wesentliche Ver- Die von den Anschlüssen 106 und 109 abnehmbare ringerung der Abmessungen und der Kosten für die 60 Impulsleistung wird über die Speiseleitungen 23 und sättigbaren Reaktanzen, Gleichrichter und Konden- 24 an die Stromversorgungsanschlüsse 19 und 22 der satorcn, sondern bewirkt auch eine erhebliche Ver- L'nd-Einheit 60 und der Antikoinzidenzeinheit 40 gebesserung der gesamten Arbeitsweise der Anord- legt. Die Anschlüsse 107 für den Vormagnetisierungsnungen. Fs ist ersichtlich, daß im Falle, wo der eine strom werden mit den entsprechenden Anschlüssen 54 Kern 11 gesättigt ist und der andere nicht, der ge- 65 der Uiid-Einheit 60 und den Anschlüssen 39 der Aiiti- -ättigte Kern 11 eine induktive Belastung für den koinzidenzeinheit 40 in Serienschaltung verbunden, nicht gesättigten Kern darstellt, der die Sperrung der Wegen dieser Serienschaltung der Vormagnetisie-Arbeitswicklung steuert. Bei einer sinusförmigen rungswicklungen der Einheiten muß jeder durch die Speisespannung für den Arbeitskreis 21 ist diese in- l'rimärwicklung des Impulstransformator 111 flicduktive Belastung wesentlich größer als bei einer 70 ßende Strom auch durch die Vormagnetisierungs-

Claims (5)

wicklungen fließen. Dementsprechend wird bei einem Defekt in den Yormagnetisierungswicklungen oder in der Stromversorgung hierfür auch der Stromfluß im Impulstransformator unterbrochen, und die Arbeitsimpulse verschwinden. Die Anlage ist also in bezug auf den Yormagnetisierungsstrom störungssicher. Die Stellerwicklungen 36 und 51 der Und-Stufe 60 und dir Steuerwicklung 36 der Antikoinzidenzstufe 40 sind jeweils über Schalter 102, 103 und 104 und Stromhe;,rre;izungswiderstaiide 120, 121 und 122 parallel zu de:i de;' Steuerstrom liefernden Anschlüssen 108 und IC? des .Vet/teiles 100 geschaltet. Die Ausgangs-.spannung der Und-Stufe 60 und deren Ausgangsansclili'.i.'p 18 liegt an einer Arbeitsimpedanz 20, die die SteinTv.'icklung 25 der Antikoinzidenzeinheit 40 enthält. Die verschiedenen Steuereinheiten können auf diese Weise in Kaskade geschaltet werden, indem man die Steuerwicklung einer Einheit als Arbeitsimpedanz für die Ausgangsspannung einer vorhergehenden Einheit schaltet. Die Ausgangsspannung der Antikoinzidenzeinheit 40, die am Ausgangsanschluß 18 auftritt, ist an eine Arbeitsimpedanz 101 angeschlossen. Sind im Bereich der Schaltung nach Fig. 14 die Schalter 102, 103 und 104 alle offen, so daß an den SteiKTwicklimgen 36 und 51 der Und-Stufe 60 und der Steuerwicklung 36 der Antikoinzidenzstufe 40 keine Steuerspannungen liegen, so sind die Kerne 11 und 12 <\t:r Und-Stufe 60 infolge des Yormagnetisierungsflusses entsättigt, ebenso der Magnetkern 12 der Antikoinzidenzstute 40 infolge des Vormagnetisierungsflusses, der durch die Wicklung 38 erzeugt wird. Der Kern 11 der Antikoinzidenzstufe 40 ist jedoch gesättigt, da in diesem Kern kein Vormagnetisierungsoder Steuerfluß vorhanden ist, so daß dieser Kern durch den Fluß der Arbeitswicklung in die Sättigung getrieben werden kann. Wenn der Schalter 102 geschlossen ist, kann der Magnetkern 12 der Antikoinzidenzstufe infolge des auftretenden Steuerflusses von der Steuerwicklung 36 ebenfalls gesättigt werden, mit dem Ergebnis, daß die Arbeitswicklung 14 in den stromführenden Zustand umspringt und ein Ausgangsstrom im Arbeitskreis 21 und der Arbeitsimpedanz 101 auftritt. Wenn der Schalter 102 wieder geöffnet wird, springt der Kern 12 der Antikoinzidenzstufe 40 wieder in den ungesättigten Zustand zurück, so daß der Stromfluß in der Arbeitswicklung 14 und dem Arbeitskreis 21 unterbrochen wird. Angenommen, Schalter 102 sei zwar geschlossen, so genügt das Schließen eines der Schalter 103 oder 104 allein nicht, um den Stromfluß in der Arbeitsimpedanz 101 zu unterbrechen. Wenn einer der beiden Schalter 103 oder 104 geschlossen wird, wird einer der Kerne 11 oder 12 der Und-Stufe 60 infolge des Vorhandenseins der Stellerspannung gesättigt, in der Steuerwicklung 25 der Antikoinzidenzeiiiheit 40 fließt jedoch kein Ausgangsstrom, da immer noch einer der Kerne der Und-Stufe 60 ungesättigt ist. Wenn jedoch beide Schalter 103 und 104 geschlossen sind und an beiden Steuerwicklungen 36 und 51 der Und-Stufe60 Steuerspannungen anliegen, werden die beiden Kerne 11 und dieser Und-Stufe 60 gesättigt, so daß in der Steuerwicklung 25 der Antikoinzidenzstufe 40 ein Arbeitsstroni fließt, wodurch der sättigbare Kern 11 dieser Antikoinzidenzstufe entsättigt und der Ausgangsstrom der Antikoinzidenzstufe 40 in der Ausgangsimpedanz 101 unterbrochen wird. P \ π·; s r \ χ si· ι: er. n ι·:

1. Magnetische Schalteinrichtung mit zwei geschlosserten, sättigbaren Magnetkernen, einer Arbeitswicklung, die Teile beider Kerne umfassende Windungen enthält, einem in Serie mit der Arbeitswicklung geschalteten Arbeitskreis, der einen ("rleichrichter enthält, und Mitteln zur Erzeugung eines Vormagnetisierungsflusses, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der geschlossenen Magnetkerne eine unabhängige Steuerwicklung trägt und daß auf mindestens einem der beiden Kerne zusätzlich eine \ ormagnetisierungswicklung vorgesehen ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vormagnetisierungswicklung Teile beider Kerne umfaßt.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vormagnetisierungswicklung und eine Steuerwicklung, die auf demselben Kern liegen, so angeordnet und geschaltet sind, daß die durch sie in demselben Kern erzeugten magnetischen Flüsse entgegengesetzte Richtungen haben und daß die Richtung des durch die Vormagnetisierungswicklung erzeugten Flusses der Richtung des Flusses entgegengesetzt ist, der in diesem Kern durch die Arbeitswicklung induziert wird.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge-4u kennzeichnet, daß der Arbeitskreis eine Teile beider Kerne umfassende Rückkopplungswicklung, einen elektrischen Widerstand, zwei Ausgangsanschlüsse und eine Arbeitsimpedanz enthält, die in Serie an eine elektrische Leistungsquelle angeschlossen sind, und daß der Arbeitskreis einen parallel geschalteten Kondensator enthäft.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Impulsspannungsquelle vorgesehen ist und daß der Gleichrichter, die Arbeitswicklung und die Ausgangsanschlüsse in Serie an die Inipulsquelle angeschlossen sind.

in Hetracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 905 617, 906 944;
USA.-Patentschrift NY. 2 770 739.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen