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Verfahren und Schaltungsanordnung zur stufenweisen Einstellung des
magnetischen Flusses in einem magnetisierbaren Element In den verschiedenen Gebieten
der Femmelde- und Fernsteuertechnik werden magnetisierbare Elemente verwendet, bei
denen der magnetische Fluß stufenweise geändert werden kann. Hierfür kommen insbesondere
solche Elemente in Betracht, die aus einem ferro- oder ferrimagnetischen Material
mit annähernd rechteckförmiger Hysteresisschleife bestehen. Als eines der bekanntesten
Beispiele sei die sogenannte Zähldrossel erwähnt. Eine solche Zähldrossel weist
einen ferromagnetischen Kein auf, der mit einer Magnetisierungswicklung versehen
ist. Der Wicklung werden Impulse von genau festgelegter Stärke und Dauer zugeführt.
Ein einzelner Impuls reicht dabei nicht aus, den Kern völlig umzumagnetisieren und
in die Sättigung zu steuern, vielmehr erfolgt mit jedem Impuls eine stufenweise
Ummagnetisierung des Kernes. Nach einer bestimmten Anzahl von Impulsen wird dann
der magnetische Sättigungzustand erreicht.
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Die von den Impulsen im Kern hervorgerufenen Änderungen des magnetischen
Flusses sind einerseits abhängig vom Kernmaterial und der Windungszahl der verwendeten
Wicklung. Andererseits hängt die Größe der Ummagnetisierungsstufen und damit auch
die Anzahl der Stufen bis zum Eintritt in den Sättigungszustand von den zugeführten
Impulsen ab. Durch Impulse von konstantem Spannungs-Zeitintegral erhält man jeweils
eine genau bestimmte Flußänderung im Kern.
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Die erreichbaren Flußänderungen sind aus der Fig. 1 zu erkennen.
Der Kern des magnetisierbaren Elementes befinde sich beispielsweise im stabilen
magnetischen Zustand A. Durch Zuführung eines Impulses erfolgt eine Ummagnetisierung
zunächst von A nach B auf den einen Ast der Hysteresisschleife. Dann verläuft
der Magnetisierungsvorgang weiter auf diesem Ast von B nach C. Es sei angenommen,
daß beim Verschwinden des Impulses gerade der Zustand C
erreicht sei. Der
Kern gelangt dann nach Verschwinden des Impulses vom Zustand C in den stabilen
Remanenzzustand D. Der Übergang von A nach B ist im wesentlichen reversibel
und erfordert eine Flußänderungd#pl. Der Übergang zwischen den Punkten B und
C ist irreversibel. Die hierzu erforderliche Flußänderung ist mit A(pi" bezeichnet.
Der Übergang von Punkt C
nach Punkt D ist mit einer reversiblen Flußänderung
A992 in umgekehrter Richtung verbunden. Wenn die jeweilige FlußänderungJT klein
ist im Vergleich zum maximalen Fluß (p""", so sind die beiden reversiblen Flußänderungen
A 991 und A(p2 praktisch einander gleich. Damit sind auch die Flußänderungen
zwischen den Punkten B und C bzw. den Punkten A und D
praktisch
einander gleich. Die Flußänderung AD ist
also gleich A
qgi".
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Bei den obengenannten Zähldrosseln will man mit einer bestimmten Anzahl
von Schritten, d. h. mit einer bestimmten Anzahl von gleich großen Flußänderungen,
von dem einen Zustand mit Sicherheit in den anderen Zustand, nämlich in den Sättigungsbereich,
kommen.
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Bei anderen Anwendungsmöglichkeiten der magnetisierbaren Elemente,
z. B. bei den Transfluxoren, wird nicht Wert auf eine genau bestimmte Anzahl von
Stufen gelegt, sondern verlangt, daß ein bestimmter Fluß möglichst genau eingestellt
wird. Dies geschieht bei bekannten Anordnungen durch eine bestimmte Gleichstromerregung
über die Einstellwicklung oder aber durch einen einzelnen Impuls genau bestimmter
Stärke. Der eingestellte Fluß bleibt auch nach Verschwinden des Impulses erhalten
und bestimmt die am Ausgang des Transfluxors abgenommene Spannung. Für viele Zwecke
ist eine Regelung in wenigen großen Schritten nicht brauchbar, vielmehr ist man
bestrebt, eine Regelungsmöglichkeit zu haben, die praktisch stetig arbeitet. Man
versucht daher, den Fluß in dem magnetisierbaren Element in einer großen Anzahl
möglichst kleiner Stufen einzustellen. Dies ist z. B. bei der Verwendung der Transfluxoren
als Analogregler wichtig.
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Durch die Wahl der Windungszahl und des Spannungs-Zeit-Integrals kann
man die Flußänderung A 99, d. h. die Anzahl der Stufen, variieren.
Durch genaue Justierung ist es möglich, verhältnismäßig
kleine Schritte
der irreversiblen Flußänderung A Pirr zu erhalten. Bei der praktischen
Anwendung kommt man jedoch auf Minimalwerte der FlußänderungA 99irr, die ungefähr
die gleiche Größe wie die reversible Flußänderung besitzen. Dieser Wert ist aber
besonders bei Ferriten noch unangenehm hoch. Dort beträgt die reversible Flußänderung
etwa 501, des Höchstwertes T.ax des Flusses und ist außerdem noch stark vom
Fluß cc selbst abhängig. Die Anzahl der auf diese Weise einstellbaren Stufen ist
also beschränkt.
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Bei einem bekannten Verfahren zur Einstellung des magnetischen Flusses
ist die auf den Kern einwirkende Magnetisierungskraft größer als die Koerzitivkraft
und besitzt eine Richtung, den Remanenzzustand des Kernes umzukehren. Es wird jedoch
nur eine reversible Änderung in dem Material verursacht, da die Kraft nur ganz kurzzeitig
angelegt wird und einen kritischen Amplitudenwert nicht überschreitet. Es kann daher
eine unbegrenzte Anzahl von Impulsen dem Kern zugeführt werden, ohne daß dadurch
die in dem Kern gespeicherte Information geändert wird. Es muß allerdings zwischen
den einzelnen Impulsen ein gewisses Zeitintervall verstreichen, sonst entstehen
unerwünschte kumulative Magnetisierungsänderungen. Es ist bei diesem bekannten Verfahren
nachteilig, daß in Abhängigkeit von der Folgefrequenz der zugeführten Impulse entweder
nur reversible oder aber irreversible Magnetisierungsänderungen im Kern bewirkt
werden. Zur Verwendung für Regelzwecke ist dieses Verfahren daher nicht brauchbar.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ummagnetisierung eines
ferro- oder ferrimagnetischen Elementes mit annähernd rechteckförmiger Hysteresisschleife
in einer sehr großen Anzahl von kleinen Magnetisierungsschritten vorzunehmen, so
daß auch ein bestimmter magnetischer Fluß in diesem Element sehr genau eingestellt
werden kann. Dabei ist es nicht erforderlich, daß die Einstellung auf diesen bestimmten
magnetischen Fluß durch eine vorgegebene Anzahl von Magnetisierungsimpulsen erreicht
wird. Ein Verfahren zur genauen Einstellung eines magnetisierbaren Elementes auf
einen bestimmten magnetischen Fluß ist dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der
der Wicklung zugef ährten Stromimpulse klein ist im Verhältnis zur Relaxationszeit
des irreversiblen Ummagnetisierungsvorganges, wobei die entstehende irreversible
Flußänderung kleiner ist als die vorhergehende reversible Flußänderung. Dabei ist
die Tatsache ausgenutzt, daß die Relaxationszeit, d. h. die Umklappzeit der
Elementarteilchen, beim irreversiblen Ummagnetisierungsvorgang sehr viel größer
ist als die Zeit beim reversiblen Ummagnetisierungsvorgang. Wählt man daher die
Magnetisierungsimpulse entsprechend kurz, so daß nur eine Anzahl von Elementarteilchen
umgeklappt werden, dann verbleibt das magnetisierbare Element in einem Zwischenzustand.
Macht man die Magnetisierungsimpulse immer kürzer, so wird der irreversible Flußänderungsanteil
im Verhältnis zum reversiblen Flußänderungsanteil immer kleiner werden. Ist die
Dauer des Impulses etwa auf 1 '/" der Relaxationszeit abgefallen, dann ist
auch die irreversible Flußänderung auf wenige Prozent des statischen Wertes abgefallen,
und der magnetische Fluß in dem magnetisierbaren Element kann entsprechend genau,
d. h. in sehr kleinen Stufen, eingestellt werden.
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Zur Durchführung des Verfahrens benötigt man eine Einrichtung, die
in einfacher Weise solche kurzen Impulse erzeugt. Es sind hierfür verschiedene
Mög-
lichkeiten gegeben. Der einfachste und vorteilhafteste Weg hierfür ist
die Verwendung einer Kondensatorentladung zur Erzeugung der Impulse. Zweckmäßigerweise
wird eine Wicklung mit nur einer einzigen Windung auf dem Kern verwendet. Über diese
Wicklung wird ein Kondensator niederer Kapazität, der auf hohe Spannung aufgeladen
ist, entladen. Dabei ist darauf zu achten, daß der Widerstand des Anschaltkontaktes
und der Zuleitungen auch für Frequenzen von mehreren MHz noch niedrig sind. Der
Kondensator selbst muß bei dieser Frequenz eine hohe Güte aufweisen. Außerdem muß
die Zuleitung kurz und induktionsarm sein. Die Kondensatorenentladung muß dabei
über einen Kontakt erfolgen, der eine Aufbauzeit des Stromes innerhalb ganz kurzer
Zeit, z. B. innerhalb weniger Nanosekunden, erlaubt.
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Gemäß weiterer Ausbildung der Erfindung ist die Dämpfung im Kondensatorentladekreis
so bemessen, daß die zweite Halbwelle der beim Entladevorgang entstehenden Schwingung
eine teilweise Rückmagnetisierung des magnetisierbaren Elementes bewirkt. Dadurch
werden die jeweiligen Stufen nochmals verkleinert. Um walilweise den Betrag der
Flußänderungen, bzw. die Größe der Stufenänderungen, einstellen zu können, kann
man die Kapazität des Kondensators veränderbar machen. In derselben Weise kann auch
die Größe, bzw. das Vorzeichen der Spannung, verändert werden. Es ist dadurch möglich,
außer der Größe auch noch die Richtung der stufenweisen Magnetisierungsänderung
zu wählen. Auf diese Weise kann der Fluß im Kern je nach den Erfordernissen
mehr oder weniger stark geregelt bzw. eingestellt werden. Die Anordnung ist damit
gut geeignet zur Verwendung als Analogregler, z. B. zur Regelung von Verstärkern
oder anderen Apparaten.
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Beim Transfluxor ist darauf zu achten, daß über die Dauer des Magnetisierungsimpulses
die Treiberwicklung des magnetisierbaren Elementes unwirksam geschaltet ist. Dies
kann z. B. dadurch erreicht werden, daß die Treiberwicklung durch einen Kontakt
abgeschaltet wird, der gleichzeitig mit der Einleitung des Kondensatorentladevorganges
betätigt wird, jedoch noch vor dem Schließen des Entladestromkreises in der Treiberwicklung
wirksam wird. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß die Treiberwicklung über
eine elektronische Torschaltung an- bzw. abgeschaltet wird. Für manche Fälle ist
es vorteilhaft, die Torschaltung mit einer solchen Zeitkonstanten zu
versehen,
daß zumindest beim Abschaltevorgang der Treiberwicklung das Abschalten des Stromes
langsam, während einer großen Periodenzahl des gesteuerten Stromes erfolgt.
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In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel für die Schaltungsanordnung
zur Durchführung des Verfahrens dargestellt. Ein Transfluxor T ist mit den drei
Wicklungen A, B und C ausgerüstet. Dabei ist
A die Einstellwicklung, über die der magnetische Fluß eingestellt wird. Mit
B ist die Treiberwicklung und mit C
die Signalwicklung bezeichnet.
An die Treiberwicklung B ist über den Ruhekontakt sll einer Taste S
eine Wechselspannungsquelle
W angeschlossen. An der Signalwicklung C werden die Wechselstromausgangssignale
abgenommen.
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An eine Gleichspannungsquelle G ist ein Potentiometer P angeschlossen,
über das die Ladespannung für den Kondensator K, wie oben erwähnt, eingeregelt wird.
Bei Betätigen der Taste S öffnet sich der Ruhekontakt
s11,
und daraufhin schließt der Arbeitskontakt sI. Der Kondensator K entlädt sich jetzt
über den Kontakt sl und die Einstellwicklung A des Transfluxors. Auf diese
Weise wird ein Einstellimpuls auf den Transfluxor gegeben. Über die Dauer der Kondensatorenentladung
ist die Wechselspannungsquelle W von der Treiberwicklung B abgetrennt.