DE1111245B - Magnetische Datenspeichervorrichtung - Google Patents

Description

deutsches

Patentamt

N16538

ANMELDETAG: 11. A P R I L 1959

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 20. JULI 1961

Die Erfindung betrifft eine bistabile ferromagnetische Schalt- und Datenspeichervorrichtung.

Von einer idealen Schaltvorrichtung in Datenverarbeitungsanlagen und anderen komplizierten Schaltsystemen wäre zu fordern, daß sie aus passiven Elementen, und zwar in möglichst geringer Zahl, besteht, eine niedrige Impedenz für Schaltimpulse darstellt, im wesentlichen verlustlos arbeitet, auf einfache Weise Informationssignale von Störsignalen zu unterscheiden vermag, weiterhin mit den anderen Bausteinen des Systems harmoniert, leicht und billig herzustellen ist und eine hohe Schaltgeschwindigkeit besitzt, deutliche Ausgangssignale abgibt, kleine Abmessungen aufweist, unempfindlich gegen Erschütterungen und unabhängig von Temperaturänderungen ist.

Auch für Datenspeichervorrichtungen sind im wesentlichen dieselben Eigenschaften zu fordern, da eine Unterscheidung zwischen Schalt- und Speicherfunktionen bis zu einem gewissen Grade Willkürlieh ist.

Der übliche Ringmagnetkern wird heutzutage vielfach als Schlüsselelement in den meisten neueren Datenverarbeitungssystemen verwendet, da diese Kerne verschiedene der oben aufgezählten Eigenschäften besitzen. So sind Ringkerne widerstandsfähige, passive Elemente und billig in der Herstellung, während sie kleine Abmessungen aufweisen und für die meisten praktischen Anwendungen ausreichend unempfindlich gegen Temperaturänderungen sind.

Weiterhin können durch richtig dimensionierte Kerne, die unter geeigneten Bedingungen arbeiten, ausgeprägte Informationssignale von Störsignalen unterschieden werden, wie sie z. B. infolge der Halbwählströme in einer Speicheranordnung auftreten.

Andererseits sind die Ringkerne jedoch mit verschiedenen Nachteilen behaftet. So werden die Systeme, in denen die Kerne Anwendung finden, verwickelt und teuer. Ein weiterer Mangel besteht in der Tatsache, daß Ringkernanordnungen als Zusatzgerät eine niederohmige Treiberstromquelle benötigen. Somit ergeben sich schwierige und im allgemeinen kostspielige Bedingungen für die mit den Kernschaltungen arbeitenden Schaltungsbausteine.

Schwerwiegender sind jedoch die Nachteile, die sich bei der Herstellung größerer Speicheranordnungen ergeben. Die geschlossene Form der Kerne erfordert eine mühsame, zeitraubende Verdrahtung, die wertlos wird, sobald ein einziger Kern aus mechanischen oder anderen Gründen versagt. Außerdem war es bisher nicht möglich, mit solchen Kernen kleinere Schaltzeiten als höchstens 0,5 μεεο, im allgemeinen Magnetische Datenspeichervorrichtung

Anmelder:

The National Cash Register Company,
Dayton, Ohio (V. St. A.)

Vertreter: Dr. A. Stappert, Rechtsanwalt,
Düsseldorf, Feldstr. 80

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 15. April,

12. Juni 1958 und 27. Februar 1959

jedoch nur 1,5 bis 5 μεεο zu erreichen, so daß sich die Dauer für einen Schreib-Lese-Zyklus mit durchschnittlich 10 μβεσ ergibt, was heute als unzureichend zu bezeichnen ist.

Die Technik der ferromagnetischen Schalt- und Datenspeichervorrichtungen befaßt sich gegenwärtig mit der Entwicklung von Vorrichtungen, bei denen die aufgezählten Nachteile wenigstens zum Teil nicht auftreten.

Bekannt ist es, einen bistabilen magnetischen Speicher vorzusehen, der ein mittleres röhrenförmiges Trägerglied aus einem elektrisch nichtleitenden, nichtmagnetischen Material enthält und auf dem Ringe aus ferromagnetischem Material in Abständen entlang seiner zylindrischen Oberfläche angeordnet sind, die als einzelne Datenspeicherelemente dienen. Die Dicke des die Ringe bildenden Materials ist in der Größenordnung von 4 μ, und obwohl hierüber nichts angegeben ist, muß der Durchmesser des röhrenförmigen Gliedes entsprechend groß sein, damit eine Anzahl von Wicklungen durchgeführt werden kann.

Wie beschrieben, besitzt jeder Ring aus ferromagnetischem Material anisotrope magnetische Eigenschaften insofern, als die magnetischen Dipole des ringbildenden Materials gewöhnlich um die Röhre herum ausgerichtet sind.

Eine Anzahl der beschriebenen röhrenförmigen Vorrichtungen kann so angeordnet werden, daß hierdurch eine Speicheranordnung entsteht, in der jede

109 648/268

röhrenförmige Vorrichtung eine Spalte von Datenspeicherelementen bildet. In einer Anordnungsform umgeben Koordinatenwählwicklungen die Vorrichtungen sowohl in Reihen- als auch in Spaltenrichtung. Das Zuführen von Strom an eine beliebige ausgewählte Reihe oder Spalte erzeugt ein Magnetfeld in der Nähe eines gewünschten Speicherelements (Ring). Ein solches Magnetfeld verläuft jedoch quer zu der Dipolrichtung und dient dazu, den Sehwellwert für das ausgewählte Element zu verringern, so daß, wenn ein Impuls an eine weitere den ausgewählten röhrenförmigen Träger durchlaufende Wicklung angelegt wird, der ausgewählte Ring geschaltet wird, wobei sich die Dipole um 180° drehen.

Im Gegensatz dazu besteht die Speichervorrichtung nach der Erfindung im wesentlichen aus einem stäbchenförmigen, d. h. vollen Draht aus nichtleitendem, nichtmagnetischem Material mit äußerst geringem Durchmesser, z. B. 0,5 mm. Des weiteren wird die Beschichtung, deren Dicke zwischen 0,35 und 1,6 μ liegt, über die ganze Länge des Drahtes zusammenhängend aufgebracht und ist zumindest in der Fläche der Beschichtung isotrop.

Auf Grund des sehr kleinen Durchmessers des Stäbchens und der äußersten geringen Dicke des ferromagnetischen Überzugs und auf Grund der Tatsache, daß die Daten nicht entlang des Umfangs von Ringschichten, sondern in Längsrichtung der kontinuierlichen Beschichtung gespeichert werden, wird durch die Erfindung ein Datenspeicher geschaffen, der wirtschaftlich in der Herstellung und gegen Beschädigungen unempfindlich ist, wie sie in bekannten Speichervorrichtungen vorkommen, für die besondere Verfahren für die Herstellung zusammenhängender Beschichtungen erforderlich sind. Bei der zusammenhängenden Beschichtung gemäß der Erfindung ergibt sich somit zwangläufig eine größere Dichte der Datenspeicherung.

Es ist daher möglich, mit bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung die (Um-) Schaltzeit gegenüber der Schaltzeit des Ringkernes wesentlich zu verringern. Es wurden Schaltzeiten in der Größenordnung von 0,05 μβεϋ und weniger erreicht. Weiterhin sind im Vergleich zum Ringkern die Zusatzgeräte, mit denen die vorliegende Erfindung zusammenzuarbeiten hat, an weniger strenge Bedingungen geknüpft.

Demgemäß geht die Erfindung aus von einer magnetischen Datenspeichervorrichtung, bestehend aus einem ferromagnetischen Element, das mit mindestens einer Eingangstreiberwicklung induktiv verkoppelt ist und das infolge elektrischer Impulse von erforderlicher Amplitude und Polarität in den einen oder anderen zweier entgegengesetzter magnetischer Zustände geschaltet wird, wobei die sich ergebende Umkehrung des magnetischen Zustandes beim Umschalten des Elementes als Informationssignal auf einer Ausgangswindung erscheint; sie ist dadurch gekennzeichnet, daß das ferromagnetische Element aus einem fadenförmigen, elektrisch nichtleitenden, unmagnetischen stäbchenförmigen, d. h. vollen Träger besteht, auf den ein filmartiger kontinuierlicher Überzug aus ferromagnetischem Material aufgebracht ist, dessen magnetische Eigenschaften in der Fläche der Beschichtung im wesentlichen isotrop sind.

Einige Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nun an Hand der Zeichnungen beschrieben, und zwar zeigt

Fig. 1 eine vergrößerte Darstellung eines erfindungsgemäßen, grundlegenden, ferromagnetischen Datenspeicherelements,

Fig. 2 ein Schema einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung, die besonders zu Schaltzwecken verwendet werden kann; der Übersicht halber sind einige Wicklungen nur zum Teil ausgeführt,

Fig. 3 ein Schema einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung, geeignet als Datenspeicherelement; auch hier sind die Wicklungen nur zum Teil gezeigt,

Fig. 4 eine Draufsicht einer geeigneten Halterung für eine Vorrichtung insbesondere von der in Fig. 2 dargestellten Art,

Fig. 5 ein Schema einer dritten bevorzugten Ausführungsform mit anderer Wicklungsanordnung,

Fig. 6 ein Schema einer bevorzugten Ausführungsform, bei welcher die typische Vorrichtung ein lang-

ao gestrecktes, stabähnliches Element enthält, auf das Wicklungen aufgebracht sind,

Fig. 7 eine graphische Darstellung einer Reihe von Magnetisierungskurven einer bistabilen Vorrichtung, beispielsweise der in Fig. 1 und 2 veranschaulichten, Fig. 8 eine graphische Darstellung der relativen Amplituden einer Gruppe von bei der Verwendung der Vorrichtung auftretenden Wellenformen,

Fig. 9 eine graphische Darstellung der Größenordnung von Amplitude und Schaltzeiten bei Betrieb der Vorrichtung,

Fig. 10 eine Darstellung einer beispielsweisen Folge von an die erfindungsgemäße Vorrichtung angelegten Treiberimpulsen,

Fig. 11 eine Darstellung der Magnetisierungskurve und veranschaulicht die Eigenschaften einer Vorrichtung bei Anlegen der in Fig. 10 gezeigten Treiberimpulsfolge,

Fig. 12 eine graphische Darstellung der relativen Amplituden und der Dauer der auf der Lesewicklung einer Vorrichtung erscheinenden Signale bei Anlegen der in Fig. 10 gezeigten Treiberimpulsfolge.

Das grundlegende bistabile magnetische Element ist stark vergrößert in Fig. 1 gezeigt und besteht im wesentlichen aus einem stabförmigen Kern 10 eines unmagnetischen, elektrisch nichtleitenden Stoffes, auf dem ein festhaftender Überzug 12 aus ferromagnetischem Material und allgemein bei 14 gezeigte, mit dem ferromagnetischem Überzug 12 induktiv verkoppelte Wicklungen aufgebracht sind.

Die Länge des Kernes 10 und des ferromagnetischen Überzuges ist für die Erfindung nur insofern von Bedeutung, daß eine bestimmte minimale Länge einzuhalten ist, die durch die Ausmaße der größten mit der Vorrichtung induktiv verkoppelten Wicklung bestimmt wird. Wichtig ist jedoch der Durchmesser, der größtenteils die Schalteigenschaften der Vorrichtung bestimmt. Obwohl die Erfindung dadurch nicht eingeschränkt werden soll, sei gesagt, daß der Durchmesser des Kernes 10 der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung zwischen 0,1 und 0,8 mm liegt. Es können zur Erreichung gleicher Arbeitseigenschaften auch größere Durchmesser verwendet werden, was jedoch auf Kosten komplizierterer elektronischer Zusatzgeräte geht.

Der Kern 10, der zweckmäßig aus einem genau tolerierten Faden oder Stab aus Glas bestehen kann, ist vorzugsweise frei von inneren, z. B. Torsionsspannungen und muß auch bei Anwendung von diesen

frei gehalten werden, um eine Verformung des Kernes zu vermeiden.

Der Überzug 12 besteht aus einem dünnen Film eines ferromagnetischen Materials, das beispielsweise 97,5 Gewichtsteile Eisen und 2,5 Gewichtsteile Nickel enthält,

Die Dicke des ferromagnetischen Firnis 12 kann je nach Verwendungszweck in gewissen Grenzen verändert werden. So können z. B-. zufriedenstellend arbeitende Koinzidenzstromspeichervorrichtungen mit niedriger Koerzitivkraft und einer gut rechteckigen Β/ϊ-Charakteristik mit einer Dicke des magnetischen Überzuges in der Größenordnung von 0,15 bis 0,35 μ hergestellt werden, wobei die Überzugsdicke durch indirekte Verfahren bestimmt wurde. Eine Dicke von 1,5 μ erlaubt noch die Verwendung der Vorrichtung als magnetische Schnellschalteinheit. Da die Schaltgeschwindigkeit von der Größe der zur Umschaltung der Vorrichtung notwendigen Kraft abhängig ist, fordern wirtschaftliche Gesichtspunkte, daß die Dicke der magnetischen Schicht eine Größenordnung kleiner ist als der maximal mögliche brauchbare Wert.

Am zweckmäßigsten erhält man einheitliche Dicke und Aufbau des ferromagnetischen Überzuges durch Galvanisieren. Dabei wird auf die zylindrische Oberfläche des elektrisch nichtleitenden Kernes 10 zuerst ein äußerst dünner leitender Film aufgebracht. Der so behandelte Kern dient dann als Kathode, auf welcher der ferromagnetische Überzug abgelagert wird. Bei den bevorzugten Ausführungsbeispielen wird der Kern 10 chemisch gereinigt, wobei übliche chemische Reinigungsmittel und Verfahren Verwendung finden, und dann gründlich abgespült. Dann wird der Kern mittels eines aus Stannochloridlösung bestehenden Sprühmittels sensibilisiert und wiederum abgespült. Die dann aufzutragende nichtmagnetische Schicht aus elektrisch leitendem Material kann z. B. aus Silber bestehen. Die Versilberung geschieht durch gleichzeitiges Aufsprühen einer Silbersalz- und einer Reduzierlösung auf den Kern. Die leitende Schicht soll dabei so gleichförmig als möglich hergestellt und deren Dicke so gering gehalten werden, daß gerade noch eine genügende Ablagerung der ferromagnetischen Schicht möglich ist. Zur Erhöhung der Gleichförmigkeit der Silberschicht kann der Kern, während er durch die Sprühzone geführt wird, gedreht werden; nach dem Sprühen erfolgt eine Spülung mit destilliertem Wasser, wodurch das unreduzierte Material entfernt wird. Diese beiden Vorgänge können mehrmals hintereinander wiederholt werden. Die Anzahl der Durchgänge und die Geschwindigkeit der Rotation bestimmt die gewünschte Dicke der Ablagerung. Die für einwandfreie Galvanisierung des magnetischen Materials notwendige Dicke der Ablagerung hängt zu einem gewissen Grade von dem Durchmesser des verwendeten Kernes ab und kann, wie erwähnt, 0,1 bis 0,8 mm betragen, während die Silberschicht so dick und so gleichförmig sein muß, daß sie einen elektrischen Widerstand zwischen 0,15 und 0,6 Ohm/cm darstellt. Dieser Widerstand hat sich für die folgende Aufgalvanisierung des elektromagnetischen Überzuges als ausreichend erwiesen.

Das galvanische Bad besteht aus 315 g pro Liter FeCl₂-4H₂O, 10 g pro Liter NiCl₂-OH₂O und 180 g pro Liter CaCl₂; außerdem wird so viel Wasser zugegeben, daß 11 Lösung entsteht, und so viel Salzsäure zugesetzt, daß der p_H-Wert der Lösung etwa 0,9 bis 1,0 beträgt. Obwohl Verluste an den Kathodenklemmen auftreten, ist eine Stromdichte von 0,1 A/cm² oder weniger ausreichend. Der dünne ferromagnetische Überzug wird dadurch gleichmäßiger gestaltet, daß die Anode den Kern rundherum umgibt, während das Bad frei bewegt werden kann. So besteht die Anode z. B. aus einer Nickeldrahtwendel von 2,5 cm Durchmesser und. 2,5 cm Länge. Die Gleichförmigkeit des Überzuges wird durch lango sames aber gleichmäßiges Hindurchführen der den Kern enthaltenen Halterung durch eine genannte Wendelanode verbessert werden, wobei der versilberte Kern nur im Bereich der Anode mit dem Bad in Berührung kommt.

Wird die erfindungsgemäße Vorrichtung lediglich als magnetische Speichervorrichtung mit Koinzidenzstrombetrieb (im Gegensatz zu magnetischen Schaltvorrichtungen) verwendet, so kann eine Verbesserung der Rechteckigkeit (Bm/Br) der Hysteresisschleife des magnetischen Materials durch die Begrenzung des Galvanisierungsstromes auf 0,03 A/cm² erreicht werden, wodurch, wie durch analytische Methoden bestimmt wurde, die Dicke der Ablagerung auf einen Wert zwischen 0,05 und 0,4 μ, vorzugsweise 0,35 u, beschränkt wird. Die Koerzitivkraft des aufgalvanisierten dünnen, magnetischen Überzuges wächst, wenn die Dicke unter den sich für optimales Bm/Br ergebenden Wert absinkt, das sind ungefähr 0,25 bis 0,35 μ im Durchschnitt, Die zu erzeugende Überzugsdicke hängt in beträchtlicher Weise nicht nur von dem Verwendungszweck der bistabilen, magnetischen, stabförmigen Elemente, sondern auch von den elektrischen Eigenschaften der Magnete und anderen Schaltungsbestandteilen ab, mit denen das Element zusammenarbeiten soll.

Zur Bildung von magnetischen Speicher- oder Schalteinheiten werden, wie im folgenden zu beschreiben ist, allgemein bei 14 angezeigte Wicklungen aus elektrisch isoliertem Draht angeordnet, die mit der angeführten magnetischen stabförmigen Vorrichtung zusammenwirken.

Um mit diesen magnetischen Elementen gute Arbeitsergebnisse zu erzielen, wird die Lesewicklung so hergestellt, daß eine Störsignalunterdrückung gewährleistet ist. In einem Ausführungsbeispiel wird dies an einer Einheit nach der vorliegenden Erfindung in vergrößertem Maßstab in Fig. 2 gezeigt. Ein magnetischer Stab 16 besteht aus einem Kern mit einem ferromagnetischem Überzug und ist wie in Fig. 1 mit Wicklungen umgeben. Der Übersichtlichkeit halber ist der magnetische Stab 16 mit etwas vergrößertem Durchmesser und längenmäßig weit auseinandergezogen gezeichnet. Um den Stab 16 ist eine Lesewicklung 18 mit den Enden 18 α und 18 & geführt. Um eine ausreichende Störsignalunterdrückung zu erreichen, ist die Wicklung 18, wie aus Fig. 2 ersichtlich, in zwei Spulen 18 c und 18 d aufgeteilt, wobei die eine um den Stab 16 und die andere um einen parallel zum Stab 16 angeordneten blinden Kern 20 gewickelt ist. Der bunde Kern 20 muß entweder unmagnetisch sein oder nach Fertigstellung der Einheit herausgezogen werden. Die Lesewicklung 18 besteht somit aus zwei parallel angeordneten Spulen, von denen die eine, 18 c, normal den magnetischen Stab 16 nach Art eines Solenoids umgibt und die andere, 18 d, den blinden Kern 20 enthält oder ganz leer ist. Die parallelen Spulen der Wicklung 18 sind von zwei konzentrischen Gegenwicklungen 22 und 24 und einer

konzentrischen Takt- oder Treiberwicklung 26 umgeben. Obwohl in Fig. 2 nicht gezeigt, können weitere Wicklungen, z. B. bis zu dreißig, in einer Vorrichtung angeordnet oder auch durch das eine oder andere noch zu beschreibende Verfahren aufgewickelt werden. Es ist verständlich, daß in der Praxis die Spulen eng gewickelt sind und einen möglichst kleinen Durchmesser besitzen, obwohl der Übersicht halber die Spulen axial und diametral auseinandergezogen gezeigt sind.

Die verschiedenen in Fig. 2 angeführten Wicklungen können schon vorher auf Dorne aufgewickelt worden sein und werden vorzugsweise vor dem Einführen des ferromagnetischen Stabes auf einer Halterung befestigt. Dies soll ausführlich in Verbindung mit Fig. 7 und 8 beschrieben werden. Die Aufzeichnung eines Informationsbits »1« oder »0« erfolgt durch einen elektrischen Impuls, der beim Anlegen an eine oder mehrere Treiberwicklungen, z. B. 26, den ferromagnetischen Überzug des Stabes 16 in den einen oder anderen der zwei entgegengesetzten Remanenzzustände umzuschalten versucht. Findet bei der Erregung des ferromagnetischen Überzuges eine Umkehr des magnetischen Zustandes statt, so entstehen Ausgangssignale auf der Lesewicklung 18, von denen eines der Signale die vorher auf dem ferromagnetischen Überzug gespeicherte Information und die anderen Signale infolge der induktiven Kopplung zwischen und in den Wicklungen erzeugte Störungen darstellen.

Da die in der Spule 18 c der Wicklung 18 erzeugten Störsignale ungefähr die gleiche Größe, aber entgegengesetzte Richtung der in der anderen Spule 18 d erzeugten Störsignale haben, wird die Störspannung im wesentlichen unterdrückt. Der ferromagnetische Stab 16 ist jedoch nur von der einen Spule 18 c der Lesewicklung 18 umgeben, so daß das infolge des magnetischen Zustandwechsels erzeugte Informationssignal durch das entgegengesetzte in der anderen Spule der Wicklung erzeugte Potential nicht aufgehoben oder unterdrückt wird, sondern dieses auf der Lesewicklung erscheint. Es ist verständlich, daß nur bei magnetischem Zustandswechsel ein geeignetes Signal in der Lesewicklung 18 entsteht. Dies ergibt sich, wie noch im Zusammenhang mit den Fig. 7 und 11 erläutert wird, aus den Magnetisierungseigenschaften des ferromagnetischen Überzuges. Die Stromerzeugungs- und Schaltmittel zum Anlegen elektrischer Impulse oder Ströme an die Treiberwicklungen können von irgendeiner bekannten geeigneten Art sein, so daß sich eine nähere Beschreibung erübrigt.

Wird gleichzeitig ein Treiberimpuls an Wicklung 26 (Fig. 2) und ein gleich großer, induktiv zum Treiberimpuls entgegengesetzter Gegenimpuls an eine Gegenwicklung (z. B. 24) angelegt, so entsteht nur ein relativ niedriges Potential — genannt Ausgangsgegenpotential — in der Lesewicklung 18. Die Verhältnisse dieses und der anderen Leseleiterpotentiale sind in Fig. 8 angezeigt, wo Wellenform »α« dem Lesewicklungsausgangspotential entspricht, das infolge eines magnetischen Zustandswechsels des ferromagnetischen Überzuges bei Anlegen eines Taktoder Treiberimpulses an Wicklung 26 erzeugt wird, die Wellenform »b«. das Leseleiterpotential darstellt, das bei gleichzeitigem Anlegen eines im wesentlichen gleichen, aber entgegengesetzt gerichteten Gegenimpulses an Wicklung 24 entsteht, und »c« das Lesewicklungspotential anzeigt, das infolge Anlegens eines Impulses induziert wird, der den Stab 16 in den Remanenzzustand zu bringen versucht, den der Stab bereits einnimmt. Aus Fig. 8 ist ersichtlich, daß das durch Wellenform »α« dargestellte Potential relativ zu den anderen Potentialen eine Amplitude aufweist, durch die es leicht von diesen unterschieden werden kann. Bei der Verwendung eines Ausführungsbeispieles nach Fig. 2 der Erfindung, bei der der verwendete Kern einen Durchmesser von 0,5 mm besitzt und eine Schicht aus dem genannten magnetischen Eisennickelmaterial aufweist, die eine indirekt bestimmte Durchschnittsdicke von ungefähr 0,35 μ besitzt und bei dem Wicklungen mit jeweils zehn Windungen verwendet werden, entsteht bei Anlegen eines Treiberimpulses von 500 mA an eine Treiberwicklung ein Ausgangsimpuls von 2 Volt in der Lesewicklung bei einer Schaltzeit von weniger als 0,05 μεεα Fotografische Darstellungen von Oszillogrammen von Strom und Spannung, wie sie bei der angeführten Vorrichtung gemessen wurden, sind in Fig. 9 gezeigt. Die ßi?-Schleife der beispielsweisen Vorrichtung ist in Fig. 7 angeführt, wobei zu bemerken ist, daß, wie angezeigt, die Vorrichtung Nennkoerzitivkraft und eine ausgezeichnete Bm/Br-Charakteristik besitzt.

Eine Abart der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung ist in Fig. 3 veranschaulicht. Der wesentliche Unterschied besteht darin, daß die Lesewicklung 18 m durch eine einzige wendelartige Spule dargestellt wird, die den magnetischen Stab 16 m umgibt. Die Treiberwicklung 26 m und die Gegenwicklungen 22 m und 24 m gleichen denen der Vorrichtung nach Fig. 2, können jedoch in Spulen von geringerem Durchmesser gewikkelt werden. Diese Abwandlung der bistabilen magnetischen Vorrichtung mit mehreren Wicklungen kann dort Anwendung finden, wo die Störspannungen in der Lesewicklung im wesentlichen dadurch unterdrückt werden, daß die Lesewicklung in einer störsignalunterdrückenden Anordnung mit zwei oder mehreren magnetischen Vorrichtungen induktiv gekoppelt ist. Solche Anordnungen werden allgemein z. B. in Magnetspeicheranordnungen verwendet. Eine ausführliche Erläuterung erfolgt noch an Hand von Fig. 13.

Wie schon erwähnt, ist es in der Technik der Ringkerne im allgemeinen notwendig, die ganze Anordnung zu ersetzen oder vollständig auseinanderzulegen, wenn ein Kern einer untereinander verbundenen Gruppe aus mechanischen oder anderen Gründen versagt. Dieses zeitraubende und kostspielige Verfahren wird durch die verschiedenen erfindungsgemäßen Ausführungsformen überflüssig.

Zweckmäßigerweise kann eine ferromagnetische Vorrichtung durch Aufbringen einer beliebigen Anzahl von Wicklungen auf einen Dorn 40 p von erforderlichem Durchmesser, wie er z. B. in Fig. 13 befestigt gezeigt wird, hergestellt werden, wobei der so entstandene Wicklungssatz von dem Dorn entfernt und dieser durch ein stabförmiges ferromagnetisches Element ersetzt wird. Wo, wie in Fig. 2 aufgeführt, eine störsignalunterdrückende Anordnung der Lesewicklung in der Vorrichtung selbst einzubauen ist, wird die vollständige Lesewicklung zuerst auf einen Dorn, z. B. 40 p, gewickelt, dann die obere Hälfte der Windungen der Wicklung abgenommen und parallel zum Stift 40 p auf einen blinden Kern, z. B. Fig. 2, aufgesteckt. Daraufhin werden die anderen Wicklungen um den Stift, den blinden Kern und die Lese-

wicklung aufgebracht. Zum Schluß werden dann die Wicklungen und der blinde Kern von dem Dorn 40 p entfernt und der stabförmige ferromagnetische Kern an dessen Stelle gesetzt. Dreißig oder mehr getrennte Wicklungen können in eine Spuleneinheit zur Verkopplung mit einer einzigen stabförmigen magnetischen Vorrichtung aufgewickelt werden, was im allgemeinen bei bisher in magnetischen Speicher- und Schaltvorrichtungen verwendeten Ringkernen oder dem sogenannten »Twistor« nicht der Fall ist. Ein Beispiel dieses Aufbaues mit vielen Wicklungen sei an Hand von Fig. 4 erläutert.

In Fig. 4 ist eine als Halterung für eine bistabile magnetische Schaltvorrichtung 51 dienende Grundplatte 50 aus unmagnetischem Stoff gezeigt, die eine stabförmige bistabile magnetische Vorrichtung 52, wie sie in den Fig. 1 und 2 beschrieben wurde, enthält. Die magnetische Vorrichtung 52 steckt in einer der beiden entgegengesetzt gewickelten Spulen 53 α und 53 b, die gleiche, aber entgegengesetzt gerichtete Teile einer Lesewicklung 53 darstellen, deren Enden mit 53 ί bezeichnet sind. Diese Spulen gleichen den Spulen 18 c und 18 d der Lesewicklung 18 in Fig. 2. Um die Lesewicklungsspulen 53 α und 53 b ist ein Satz Treiberwicklungen, beispielsweise die Wicklungen 54 α und 54 b sowie 54 c, und ein Satz Gegenwicklungen, beispielsweise 55 a, 55 b und 55 c, angeordnet, deren Ende an geeignete Klemmen, z. B. 54 ata und 54 atb, gelegt sind. Die Klemmen dienen zur leichteren Verbindung der Wicklungen mit der äußeren Schaltung und sind an sich bekannt. Von den verschiedenen Wicklungen kann jede aus so vielen Windungen bestehen, als zur Erzeugung einer gewünschten Wirkung erforderlich sind; sie sind alle mit der bistabilen magnetischen Vorrichtung induktiv verkoppelt. In dem angegebenen Ausführungsbeispiel besteht jede Wicklung aus zehn Windungen. Es ist zu erwähnen, daß die Polarität des Ausgangssignals auf Lesewicklung 53 durch Entfernen der magnetischen Vorrichtung 52 aus Spule 53 b und Einsetzen in Spule 53 α leicht umgekehrt werden kann, wobei zu beachten ist, daß dieselbe Richtung der Vorrichtung in bezug auf die Spuleneinheit eingehalten wird. Weiterhin sei angeführt, daß die Klemmenanordnung für die Wicklungen unkritisch ist und daß es möglich ist, wesentlich mehr Wicklungen, als gezeigt, mit der magnetischen Vorrichtung 52 zu verknüpfen. Der gezeigte Aufbau kann z.B. in Rechenmaschinen und Datenverarbeitungssystemen Verwendung finden, bei denen infolge eines Treiberstromes oder -impulses von geeigneter Amplitude auf einer der Treiberwicklungen die Vorrichtung 52 ihren magnetischen Zustand zu wechseln vermag, was jedoch, wie in der Rechenmaschinentechnik allgemein bekannt ist, durch einen gleichzeitig fließenden Gegenstrom oder Impuls mit im wesentlichen gleich großer, aber entgegengesetzter magnetischer Wirkung auf einer der Gegenwicklungen verhindert werden kann, so daß kein Ausgangs- (Schalt-) Potential auf Lesewicklung 53 erscheint.

Eine andere Möglichkeit zur Bildung von mehreren Wicklungen, in die dann ein erfindungsgemäßer bistabiler ferromagnetischer Stab eingesetzt werden kann, ist in Fig. 5 gezeigt. Die verschiedenen Leiter el, c2_; c 3 usw., aus welchen die Wicklung gebildet werden soll, sind zwischen entsprechenden Zähnen, z.B. 6Oi, eines kammähnlichen Aufbaues 60ß> 60 δ aufgespannt. Beim·..Verdrehen der Kämme drehen sich die Drähte, wie bei cG gezeigt, zusammen. Diese verdrillte Leitergruppe wird dann um einen Dorn oder um eine andere geeignete Schablone, z. B. Mp, herumgewickelt, um die vorher eine Lesewicklung 60 s gelegt wurde. Die Leitergruppe wird sooft, als erforderlich, um den Dorn herumgewickelt. Nachdem die verschiedenen Leiter an geeignete Klemmen gelegt und der Spulensatz passend z. B. auf einer in Fig. 4 vorgeschlagenen Halterung befestigt

ίο wurde, wird der Dorn durch den bistabilen ferromagnetischen Stab ersetzt. Diese einer Litze ähnliche Wicklungsart gewährleistet, daß die verschiedenen Wicklungen gleiche Empfindlichkeit besitzen. Bei den in Fig. 4 und 5 gezeigten Anordnungen ist es zweckmäßig, die Leseleiterzuführungen, wie angezeigt, zu verdrillen.

In Fig. 6 sind mehrere getrennte Sätze von konzentrischen Spulen zu sehen, die auf einen einzigen relativ langen, in Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen ferromagnetischen Stab geeignet aufgewickelt sind. Dieser Stab, in Fig. 6 mit 70 bezeichnet, besteht aus einem Kern aus Glas oder anderem geeignetem Stoff, auf dem ein gleichförmiger dünner Silberfilm und ein dünner Überzug aus bistabilem ferromagnetischem Material, wie z. B. aus dem genannten Nickeleisen, aufgebracht ist. In geeignetem Abstand sind mehrere Spuleneinheiten 71a, 71 b usw. mit vielen Windungen um den Stab 70 gelegt. Jede dieser Spuleneinheiten soll m dem Ausführungsbeispiel entsprechende WicklungenD, 1 und S enthalten. Der Übersicht halber sind die Wicklungen 1 und D nur schematisch und teilweise im Schnitt gezeigt. Die Spuleneinheiten können entweder um einen Dorn oder um einen Stab selbst gewickelt werden. Der Abstand der Spulen von dem Stab 70 ist so bemessen, daß das unerwünschte Nebensprechen vermieden wird; da jedoch der Überzug aus ferromagnetischem Material äußerst dünn ist, kann auch dieser Abstand sehr klein sein.

In Fig. 7 sind typische Hysteresisschleifen wiedergegeben, die beim Umschalten einer bistabilen magnetischen Vorrichtung (z. B. der an Hand von Fig. 1 beschriebenen) mit dem Oszillographen aufgenommen wurden. Die Kurve U stellt die Grenzkurve dar, in welcher auch ein großer Wert von H kerne Änderung des 5-Wertes bewirkt. Die Kurve Z zeigt, daß durch einen /7-Wert, der kleiner als das Zweifache des ^-Wertes der Kurve U ist, eine große Änderung von B erhalten wird. Die beachtliche Rechteckigkeit der Sättigungsschleife Z und des großen Grenzwertes von H, bei dem B sich nicht mehr ändert, ist ein wesentliches Merkmal bei der Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu Speicher- und Schaltzwecken. Wie die Fig. 7 zeigt, ist das Bm/Br-Verhältnis größer als 0,95.

Die ungewöhnlich kurze Umschaltzeit der erfindungsgemäßen magnetischen Vorrichtung ist aus den naturgetreuen in Fig. 9 wiedergegebenen echten Oszillogrammen ersichtlich. Während bei handelsüblichen Ringkernen Umschaltzeiten in der Größenordnung von 0,5 bis 5 μεεο auftreten, überschreitet diese bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel nicht einmal den Wert von 0,04 μεεε. Wie die Treiberimpulswellenform im oberen Teil der Fig. 9 angibt, beträgt die Anstiegszeit weniger als 0,02 μβεε, was mit Instrumenten gemessen wurde, die eine Ansprechzeit von 0,013 μβεΰ benötigen. Demgemäß ist der wirkliche Anstieg steiler, als in dem Oszillogramm

109 648/268

ii 12

gezeigt. Bei dem Oszillogramm im unteren Teil der Haibwählstromimpüls, Impuls 4 (Fig. 10), treibt die Fig. 9 müssen Meßfehler von 0,013 μβεϋ ebenfalls Magnetisierung auf einer anderen, etwas kleineren berücksichtigt werden. Trotzdem zeigt dieses, daß Schleife, die etwas übertrieben bei y 2 in Fig. 11 geder Zustandswechsel des Überzuges in nicht mehr als zeigt ist. Diesmal geht dis Magnetisierung nach 0,04 ystc stattfindet/Demnach ist die Unischaltzeit ₅ Punkt 4 b zurück. Der nächste Treiberimpuls, Imder erfindungsgemäßen Vorrichtung höchstens ein puls 5, fließt in »Lese«-Richtung, d. h., er versucht Zehntel derjenigen eines üblichen Ringkerns und un- den Kern in den magnetischen Zustand »0« zu gefähr ein Fünftel der neuesten Ausführung des schalten. Demgemäß läuft die Magnetisierung von 4 b »Twistors«. durch eine Reihe von Werten, dargestellt durch Die Fig. 10, 11 und 12 zeigen Diagramme, welche io Linie y3, zum Punkt X. Am Ende des Impulses 5 die Arbeitsweise und die Treiber- und Ausgangs- nimmt die Magnetisierung wieder den Wert bei 2 b wellenformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung an. Die Schleifen yl, y 2 und y 3 sind der Übersicht veranschaulichen. So ist beispielsweise in Fig. 10 eine halber etwas übertrieben gezeichnet.
Treiberstromwellenform angeführt, in der auf einander- Während der Magnetisierungsänderung der Vorfolgende Treiberimpulse mit 1, 2 bis 9 beziffert sind. 15 richtung vom Wert bei Punkt 4 b zum Punkt X wird Die Impulse 1, 3, 4 und 6 sollen durch eine Treiber- ein durch Wellenform 5 α dargestelltes Signal in der spule einer Datenspeichereinheit in »Schreib«-Rich- Lesewicklung der Datenspeichereinheit erzeugt. Es tung fließen, d. h. zur Umschaltung des bistabilen, sei bemerkt, daß dieses Signal eine geringe Amplitude magnetischen Überzuges in den einen stabilen magne- aufweist und somit leicht von den gewünschten Lesetischen Zustand dienen, der willkürlich mit »1« be- 20 leitersignalen unterschieden und getrennt werden zeichnet sei; mit anderen Worten, der Impuls 1 ver- kann. Ein folgender Treiberimpuls 6 in Fig. 10 fließt sucht ein Informationsbit in der Vorrichtung zu in »Schreib«-Richtung und treibt die Vorrichtung speichern. Dies geschieht auch in dem angegebenen entlang der durch die Kurve y 4 dargestellten Magne-Beispiel, da der Impuls die volle Stromamplitude be- tisierungswerte von Punkt 2 & nach Z. Nach Abfall sitzt und somit die Vorrichtung in den Zustand »1« 25 des Impulses nimmt die Magnetisierung wiederum umschalten kann. Die Impulse 3 und 4 haben zwar den durch Punkt 1 b angezeigten Wert ein. Die zwei dieselbe Stromrichtung und wirken analog dem Im- folgenden Halbwählleseimpulse durch eine Treiberpuls 1, sie besitzen jedoch nur die Amplitude eines wicklung sind bei 7 und 8 (Fig. 10) angeführt und be-Halbwählstromes, der zum Zustandswechsel der Vor- wirken eine Änderung der Magnetisierung der Vorrichtung nicht ausreicht. In ähnlicher Weise sei an- 30 richtung entlang der übertrieben gezeichneten Schleigenommen, daß die Impulse 2, 5, 7, 8 und 9 durch fengl und g2 der Fig. 11. Die Magnetisierung eine Treiberspule der Datenspeichereinheit in »Lese«- nimmt, bei Beendigung der Impulse die bei Ib bzw. Richtung fließen und somit versuchen, die Vorrich- bei 8 b gezeigten Werte an. Während dieser beiden tung in den entgegengesetzten magnetischen Zustand, Magnetisierungsänderungen werden in dem Leseleiter der mit »0« bezeichnet sei, umzuschalten. Hat somit 35 der Einheit Potentiale mit einer durch die Wellender Impuls 1 die Vorrichtung in den Zustand »1« form Ta bzw. 8a (Fig. 12) dargestellten Größe gebracht, so bewirkt der Impuls 2, der die gleiche induziert. Auch hier ist eine leichte Unterscheidung Größe, aber entgegengesetzte Richtung besitzt, die und Trennung von dem gewünschten Potential 2 a Rückschaltung der Vorrichtung auf »0«, wobei ein leicht durchzuführen. Ein folgender Leseimpuls 9 Lesesignal in einer mit der magnetischen Vorrichtung 40 (O¹F₁) mit voller Stromamplitude läuft durch eine der Einheit induktiv verkoppelten Lesewicklung ent- Treiberwicklung der Einheit und ändert die Magnetisteht. Ein Oszillogramm des sich ergebenden un- sierung entlang der Linie g3 bis zum Punkt X in gestörten Leseimpulses (UV₁), der dem Impuls 2 Fig. 11. Nach Abfall des Impulses nimmt die Magneentspricht, ist in Fig, 12 bei 2a wiedergegeben. Es tisierung den mit 2b bezeichneten Wert an. Die sei nun Bezug auf Fig. 11 genommen, in der die 45 Fhißänderung während dieses Zustandswechsels des Magnetisierung der magnetischen Vorrichtung infolge magnetischen Überzuges ist nicht so groß wie bei Anlegens von aus Fig. 10 ersichtlichen Treiber- dem Magnetisierungswechsel vom Punkt Ib nach impulsen dargestellt ist. Dabei sei angenommen, daß Punkt X. Dies ergibt sich auch aus der etwas kleineanfangs die Vorrichtung durch Impuls Γ in den Zu- ren Amplitude des durch die Umschaltung entstehenstand »1« geschaltet wurde und bei Beendigung die- 50 den Leseleitersignals, gezeigt durch Wellenform 9 α ses Impulses die Magnetisierung auf den Punkt Ib des Oszillogramms in Fig. 12. Aus dem Vorherzurückgefallen ist. Der Impuls 2 bewirkt, daß die gehenden geht klar hervor, daß auch nach wiederVorrichtung über die Punkte W und X in den Zu- holten Halbwählimpulsen die erfindungsgemäße stand »0« gebracht wird. Nach dem Abfall des Im- magnetische Vorrichtung volle Ausgangsnutzsignale pulses 2 geht die Magnetisierung in einen remanen- 55 hervorbringt, die leicht von den wesentlich kleineren ten Zustand bei Punkt 2 b zurück. Dieser größte Stör- oder Halbwählsignalen zu unterscheiden sind. Wechsel der Magnetisierung bei Umschaltung von In der vorhergehenden Beschreibung wurden die »1« auf »0« erzeugt auch das größte Ausgangs- technischen Vorteile beim Verdrahten, Befestigen potential am Leseleiter, wie es durch Wellenform 2 α usw. der erfindungsgemäßen bistabilen ferromagnetides Oszillogramms in Fig. 12 dargestellt ist. Der 60 sehen Vorrichtung und der Wicklungseinheiten hernächste Impuls 3 sei ein an eine Treiberwicklung an- vorgehoben. Obwohl Glas als bevorzugtes Material gelegter Halbwählstromimpuls, der nur die Hälfte als Träger des magnetischen Überzuges verwendet der Amperewindungen des Impulses 1 aufweist. Der wurde, ist auch die Anwendung von anderem geeig-Impuls 2 treibt die magnetische Vorrichtung auf einer netem steifem und vorzugsweise zugspannungsfreiem neuen Magnetisierungsschleife, die seitlich verzerrt in 65 stabförmigem Material, z. B. Quarzflächen u. ä., Fig. 11 dargestellt und mit yl bezeichnet ist. Bei Be- möglich. Auch wurde in dem bevorzugten Ausfühendigung des Impulses fällt die Magnetisierung auf rungsbeispiel ein besonderes magnetisches Material den bei 3 b angezeigten Remanenzwert. Ein. weiterer in semer Zusammensetzung beschrieben. Es ist je-

doch verständlich, daß auch Abwandlungen dieses beispielsweise angegebenen magnetischen Überzuges in dem Bereich der Erfindung und den nachfolgenden Ansprüchen liegen. Obwohl als wesentlicher Gesichtspunkt zur Erreichung der äußerst hohen Schaltgeschwindigkeit mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Dicke des Überzuges auf dem Kern angegeben wurde, spielen doch auch andere Faktoren, wie die Größe der ferromagnetischen Teilchen und die unmagnetische, elektrischnichtleitendeBeschaffenheit des Trägers, eine Rolle.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Magnetische Datenspeichervorrichtung, bestehend aus einem ferromagnetischen Element, das mit mindestens einer Eingangstreiberwicklung induktiv verkoppelt ist und das infolge elektrischer Impulse von erforderlicher Amplitude und Polarität in den einen oder anderen zweier entgegengesetzter magnetischer Zustände geschaltet wird, wobei die sich ergebende Umkehrung des magnetischen Zustandes beim Umschalten des Elementes als Informationssignal auf einer Ausgangswindung erscheint, dadurch gekennzeichnet, daß das ferromagnetische Element aus einem fadenförmigen, elektrisch nichtleitenden, unmagnetischen stäbchenförmigen, d. h. vollen Träger (10) besteht, auf den ein filmartiger kontinuierlicher Überzug (12) aus ferromagnetischem Material aufgebracht ist, dessen magnetische Eigenschaften in der Fläche der Beschichtung im wesentlichen isotrop sind.

2. Magnetische Datenspeichervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem zentralen Kern (10) und dem ferromagnetischen Überzug (12) ein Firm aus elektrisch leitendem Stoff vorgesehen ist, der auf dem Kern (10) haftet und auf den der ferromagnetische Überzug elektrisch aufgebracht wird.

3. Magnetische Datenspeichervorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der ferromagnetische Überzug (12) eine radiale Dicke von ungefähr 0,05 bis 0,35 μ aufweist.

4. Magnetische Datenspeichervorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des zentralen Kernes (10) zwischen 0,1 und 0,8 mm liegt.

5. Magnetische Datenspeichervorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der leitende Film aus Silber einer solchen Dicke und Gleichförmigkeit besteht, daß er einen elektrischen Widerstand zwischen 0,15 und 0,60 Ohm/cm aufweist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 109 648/268 7.61