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Magnetische Torschaltung Die Erfindung bezieht sich auf magnetische
Torschaltungen zur Steuerung einer Anzahl von Verbrauchern und eignet sich besonders
zur Anwendung in Rechenanordnungen oder in datenverarbeitenden Systemen.
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Die logische Funktion einer UND- oder Torschaltung besteht in ihrer
einfachsten Form darin, daß eine Anzahl von Schaltern in Reihe zwischen einer Stromquelle
und einem Verbraucher liegen. Um die Stromquelle mit dem Verbraucher zu verbinden,
ist es notwendig, daß alle Schalter gleichzeitig eingeschaltet sind. In ähnlicher
Weise läßt sich die Funktion einer ODER-Schaltung mit Hilfe von mehreren Schaltern
verwirklichen, die zwischen der Stromquelle und dem Verbraucher parallel zueinander
liegen. Bei einer solchen Anordnung braucht nur einer der Schalter geschlossen zu
werden, um die Stromquelle und den Verbraucher zu verbinden. Bei einer weiterentwickelten
Anordnung können die Schalter durch Relais ersetzt werden, die durch eine weitere
Schaltung steuerbar sind. Relaisanlagen werden in der Fernsprechtechnik weitergehend
benutzt und sind auch zur Durchführung von logischen Schaltungen in Rechenanlagen
bekannt. Zur Erhöhung der Arbeitsgeschwindigkeit von Rechenanlagen sind logische
UND- sowie ODER-Schaltungen bekannt, die Gleichrichter- oder Halbleiterdioden in
Verbindung mit entsprechenden Hilfs-Spannungsquellen zur Durchführung derartiger
Funktionen verwenden. Wenn auch logische Schaltungen mit Dioden im allgemeinen genügend
schnell arbeiten, haben sie jedoch den Nachteil, daß die Dioden als die wesentlichsten
Schaltelemente in sucht, die Zahl der in einer UND- bzw. einer ODER-Schaltung verwendeten
Dioden zu vermindern. Nachdem es zunächst üblich war, Vakuumröhren und Dioden als
die wesentlichen Schaltelemente in Rechenanlagen oder datenverarbeitenden Systemen
zu verwenden, ging die Entwicklung zur Anwendung magnetischer Verstärker (wie sie
in Fig.1 der Zeichnung dargestellt sind) in Verbindung mit Gleichrichter-UND-Schaltungen
als hauptsächliches Schaltelement in Rechenanlagen über.
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Die Erfindung betrifft eine magnetische Torschaltung, die sich in
Rechenanlagen oder Datenumsetzern verwenden läßt und eine größere Anzahl von magnetischen
Verstärkern der in Fig.1 gezeigten allgemeinen Ausführungsform verwendet. Die Aufgabe
des Erfindungsgegenstandes hängt mit einer grundsätzlich neuen rechnenden oder datenumsetzenden
Schaltung zusammen, bei der eine große Anzahl magnetischer Torschaltungen so miteinander
verknüpft ist, daß sie rechnende oder datenumsetzende Funktionen ausführt. Gegenstand
dieser Erfindung ist eine magnetische Torschaltung, die besonders in Rechenanlagen
mit anderen magnetischen Schaltungen zusammenwirken kann und sich zur Steuerung
einer Anzahl von Verbrauchern eignet.
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Bei derartigen Anlagen ist es bekannt, logische Schaltungen mit Hilfe
bistabiler Elemente, z. B. mit bistabilen Magnetkernen und magnetischen Verstärkern,
aufzubauen. Einige dieser Schaltungen verwenden eine komplizierte Anordnung von
miteinander verbundenen Wicklungen, um verhältnismäßig einfache Schaltaufgaben zu
erfüllen. In einem Fall sind mehrere Wicklungen auf jedem Kern angeordnet und so
bemessen, daß die erforderlichen Grenzpotentiale zur Erreichung der gewünschten
Schaltwirkung eingehalten werden. Es ist auch eine Schaltung bekannt, bei der ein
magnetischer Verstärker mit einer Arbeits- und einer Signalwicklung ausgestattet
und zusammen mit Dioden und anderen Schaltungselementen so angeordnet ist, daß bei
Zuführung eines positiven Arbeitsimpulses im Belastungswiderstand und dann ein Strom
fließt, wenn die Signalwicklung des Magnetkernes während des vorausgegangenen negativen
Arbeitsimpulses ein Signal erhalten hat.
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Die Erfindung verwendet eine Kompensationsschaltung, um zu verhindern,
daß ein Strom beispielsweise durch einen von zwei Verbrauchern fließt, wenn von
der Leistungsimpulsquelle ein Strom durch den anderen Verbraucher fließt. Dies wird
mit Hilfe einer Spannungsquelle, eines Widerstandes und
einer Klemmdiode
erreicht, worauf in der nachfolgenden Beschreibung im einzelnen noch eingegangen
wird.
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Eine UND- oder ODER-Schaltung mit mindestens zwei magnetischen Verstärkern,
deren Leistungswicklungen parallel zu einem ersten Verbraucher und in Reihe zwischen
einer Leistungsimpulsquelle, die regelmäßig wiederkehrende Impulse liefert, und
einem zweiten. Verbraucher liegen, so daß bei Auftreten von Steuersignalen in den
Steuerwicklungen der magnetischen Verstärker die Leistungsimpulsquelle von einem
Verbraucher zu anderen geschaltet wird, kann erfindungsgemäß so aufgebaut sein,
daß eine Kompensationsschaltung einen Gleichrichter enthält, der an einen Verbindungspunkt
zwischen den Leistungswicklungen und dem zweiten Verbraucher angeschlossen ist,
sowie eine Spannungsquelle, die mit dem Gleichrichter in Verbindung steht, so däß
durch den Gleichrichter ein Strom fließt, der den Verbindungspunkt im wesentlichen
auf Erdpotential hält, wenn ein. Strom durch den ersten Verbraucher fließt, so daß
kein Strom durch den zweiten Verbraucher fließen kann, wenn die Leistungsimpulsquelle
einen Strom durch den ersten Verbraucher schickt. In den Zeichnungen ist Fig.1 ein
Schaltschema eines komplementären magnetischen Verstärkers eines bereits bekannten
Typs, der in erster Linie zu dem Zweck beschrieben wird, um die grundlegenden Begriffe
zu erläutern; Fig.2 ist eine idealisierte Hystereseschleife, die für das in dieser
Erfindung durchweg erörterte Kernmaterial typisch ist; Fig.3 ist ein Zeitplan für
die Anordnung gemäß Fig.1; Fig. 4 ist ein Blockschema, welches eine Ausführungsform
der Erfindung zeigt; Fig.5 ist ein Schaftschema der Anordnung der Fig. 4 mit einigen
hinzugefügten Verbesserungen; Fig. 6 ist eine weitere Erläuterung der Fig.4 mit
einigen hinzugefügten Verbesserungen; Fig. 6A ist eine Darstellung des Impulsverlaufs
der beiden in Fig. 6 gezeigten Quellen von Leistungsimpulsen; Fig. 7 ist eine Weiterbildung
der Anordnung der Fig. 4; Fig. 8 ist eine andere Weiterbildung der Anordnung der
Fig. 4; Fig. 9 ist ein Blockschaltbild einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 10 ist ein Blockschaltbild einer weiteren abgewandelten Ausführungsform der
Erfindung; Fig. 11 ist ein Blockschaltbild einer Abwandlung der Fig. 10; Fig. 12
ist ein Schaltschema einer weiteren abgewandelten Ausführungsform der Erfindung,
welche zeigt, eine wie große Anzahl von Tastschaltungen miteinander verbunden werden
können.
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Bei allen Arten der nachfolgend gezeigten magnetischen Verstärker
kann der magnetische Kern aus einer Auswahl von Stoffen hergestellt werden, unter
welchen die verschiedenen Arten von Ferriten und magnetischem Bandmaterial enthalten
sind, einschließlich Eisen-Nickel-Legierungen hoher Anfangspermeabilität. Diese
Stoffe können verschiedenartigen Wärmebehandlungen unterworfen worden sein, um i
ihnen verschiedene Eigenschaften zu erteilen. Das in dem Kern verwendete magnetische
Material soll vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise, eine im wesentlichen
rechteckige Hystereseschleife haben (s: hierzu. Fig.2). Kerne mit diesem Merkmal
sind heute in der Technik bekannt. Zusätzlich zu der großen Mannigfaltigkeit der
verfügbaren Stoffe kann der . Kern nach zahlreichen verschiedenen geometrischen
Formen einschließlich geschlossener und offener Magnetflüsse hergestellt werden,
z. B. sind becherförmige Streifen und toroldförmige Kerne möglich. Für den Fachman
ist es verständlich, daß bei einem Betrieb des Kernes in den horizontalen (oder
im wesentlichen gesättigten) Teilen der Hystereseschleife im allgemeinen ähnliche
Bedingungen wie bei einem Luftkern bestehen, insofern als die Spule des Kernes eine
niedrige Impedanz aufweist. Wenn der Kern dagegen in den senkrechten (oder ungesättigten)
Teilen der Hystereseschleife betrieben wird, so ist die Impedanz der Spule auf dem
Kern hoch.
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Um die nötigen Grundbegriffe zu geben, die zum Verständnis der Erfindung
erforderlich sind, wird nun eine kurze Beschreibung eines Typs eines magnetischen
Verstärkers gegeben. In Fig. 1 erzeugt die Quelle 16 von Leistungsimpulsen PP einen
Zug von positiv und negativ gerichteten rechteckigen Impulsen gleichen Abstandes,
wobei die Impulsbreite gleich dem Impulsabstand ist. Wenn angenommen wird, daß der
Kern beim Einsetzen eines beliebigen vorgegebenen positiv gerichteten Impulses einen
Restmagnetismus und eine Flußdichte besitzt, wie sie durch den Punkt 11 auf der
Hystereseschleife der Fig. 2 dargestellt ist, so wird der folgende positive Leistungsimpuls
den Kern von Punkt 11 zu dem Punkt 12 bringen, welcher den Sättigungszustand darstellt.
Mit dem Ende des positiv gerichteten Leistungsimpulses wird die magnetische Feldstärke
zum Punkt 11 zurückkehren. Aufeinanderfolgende Impulse von der Leistungsquelle 16
fließen durch den Gleichrichter 17, die Spule 18 und den Verbraucher 19 und verschieben
den Arbeitspunkt des Kernes zu wiederholten Malen vom Punkt 11 zum Punkt 12. Während
des Zeitraumes, in dem der Kern vom Punkt 11 zum Punkt 12 gebracht wird; arbeitet
er auf einem relativ gesättigten Teil der Hysteresekurve, so daß die Impedanz der
Spule 18. niedrig ist. Daher fließen die positiven Leistungsimpulse von der Quelle
16 zu dem Widerstand 19 ohne nennenswerte Impedanz. Wenn während des Zeitraumes
zwischen den positiven Ampdituden von zwei Leistungsimpulsen ein Impuls bei der
Steuerquelle 20 erzeugt wird, so kann dieser durch die Spule 21, den Widerstand
22 und die Quelle 16 zur Erde abfließen. Dieser Impuls magnetisiert den Kern in
negativer Richtung und bringt ihn von dem Punkt 11 zu dem Punkt 15. Am Ende dieses
negativen Impulses kehrt der Kern zu einem Punkt 14 zurück, wo die magnetisierende
Feldstärke Null ist. Der nächste positive Leistungsimpuls von der Quelle 16 ist
gerade hinreichend, um den Kern vom Punkt 14 zum Punkt 15 zu verschieben. Da dies
ein verhältnismäßig ungesättigter Teil des Kernes ist, so besitzt die Spule 18 während
dieses Impulses eine hohe Impedanz, und der Stromfluß ist sehr klein. Am Ende dieses
positiven Impulses kehrt die Magnetisierung zum Nullwert 11 zurück. Wenn kein Signal
unmittelbar auf den zuletzt erwähnten positiven Leistungsimpuls am Eingang erscheint,
so bringt der nächstfolgende positive Leistungsimpuls den Kern beim Punkt 12 zur
Sättigung und gibt einen großen Strom an den Verbrauchswiderstand 19 ab.
Folglich
ist es einleuchtend, daß der magnetische Verstärker der Fig. 1 bei jedem Auftreten
positiver Impulse bei der Quelle 16 starke positive Impulse abgibt, mit Ausnahme,
wenn der unmittelbar auf das Eintreffen des Impulses von dem Eingang 20 folgende
postive Leistungsimpuls blockiert wird.
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Um an dem Arbeitswiderstand 19 das Auftreten des kleinen sogenannten
»Kriech«-Stromes, welcher während des Zeitabschnittes fließt, in dem ein positiver
Leistungsimpuls den Kern vom Punkt 14 zum Punkt 15 bringt, zu vermeiden, kann die
negative Quelle 23, der Widerstand 24 und ein Gleichrichter 25 verwendet werden.
Durch den Gleichrichter 25, den Widerstand 24 und die Quelle 23 fließt ein hinreichend
großer Strom, so daß der kleine »Kriech«-Strom von der Spule 18 zu dem Ausgang 19
aufgehoben wird.
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In einer Ausführungsform des Gerätes hat die Spule 18 die doppelte
Windungszahl der Spule 21 und die Quelle 16 das doppelte elektrische Potential wie
die Impulse an dem Eingang 20. Die Quelle 16, welche positive Leistungsimpulse liefert,
und die Signalquelle 20 sind durch irgendein geeignetes Mittel 26 in solcher Weise
synchronisiert, daß die Signalimpulse stets während der Zwischenräume zwischen den
positiven Leistungsimpulsen erscheinen. Wie in Fig. 3 gezeigt wird, treten die Signalimpulse
A und C und ebenso alle anderen Signalimpulse in den Zeiten auf, wenn die positiven
Leistungsimpulse PP negative Werte annehmen. Aus der vorhergehenden Beschreibung
der Fig. 1 ist ersichtlich, daß eine kontinuierliche Folge von Leistungsimpulsen
im Ausgang, mit Ausnahme während der unmittelbar auf die Signalimpulse
A und C folgenden Intervalle B und D, auftritt.
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In einigen der nachfolgend beschriebenen magnetischen Verstärker sind
die Mittel 23, 24 und 25 zur Unterdrückung der »Kriech«-Ströme in den Zeichnungen
und in der Beschreibung weggelassen worden, sie können jedoch im Bedarfsfalle hinzugefügt
werden.
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Der von der Quelle 16 abgegebene Wechselstrom wird während der Zwischenräume
zwischen den positiven Leistungsimpulsen negativ. Der negative Impuls unterdrückt
nicht nur irgendein in der Spule 18 auf Grund der in. der Primärwicklung 21 fließenden
Ströme auftretendes Potential, sondern behält noch ein Restsignal. Infolgedessen
machen die negativen Amplituden der Spannungsquelle 16 die Anode des Gleichrichters
17 negativ und sperren den Gleichrichter.
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Die soeben beschriebene Anordnung der Fig. 1 stellt für sich allein
keinen Teil der Erfindung dar. Sie wurde in erster Linie zur Darlegung der Grundbegriffe
und in zweiter Linie deshalb beschrieben, weil die Schaltung der Fig. 1 als Komponente
einer der verwickelten Schaltungen der nachfolgenden Beschreibung in dieser enthalten
ist. Die nun zu beschreibende Anordnung der Fig. 4 verkörpert einen grundlegenden
und wichtigen Gedanken und begründet eine Ausführungsform der Erfindung.
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In der Anordnung der Fig. 4 werden zwei Verbraucher 40 und 41 sowie
eine rechteckige Leistungsimpulse liefernde Quelle verwendet, deren Schwingungsform
die gleiche wie diejenige der Quelle PP in Fig. 1 ist. Es sind ferner zwei magnetische
Verstärker mit Kernen 42 und 43 gezeigt. Der Kern 42 besitzt eine Steuer- oder Signalwicklung
44 und eine Ausgangswicklung 45, während der Kern 43 eine Steuer- oder Signalwicklung
46 und eine Ausgangswicklung 47 aufweist. Die beiden Signalwicklungen werden von
den Signalquellen SS-1 und SS-2 beaufschlagt. Der Gleichrichter 48 liegt in Reihe
mit dem Verbraucher 40 und der Gleichrichter 49 in Reihe mit den Wicklungen 45 und
47.
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Die Batterie 32, der Widerstand 33 und der Gleichrichter 34 bewirken
zusammen mit dem Verbraucher 40, daß ein Stromfluß in dem Verbraucher 41 unterdrückt
wird, wenn der letztere in der im folgenden zu beschreibenden Weise stromlos gemacht
werden soll.
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In dieser Beschreibung sei der Kern 42 mit den Spulen 44 und 45 als
magnetischer Verstärker betrachtet. Nimmt man an, daß an den Signalquellen SS-1
und SS-2 keine Signale auftreten, so bleiben die Eingangsspulen 44 und 45 unerregt.
Da der Verbraucher 40 eine hohe Impedanz aufweist, so fließen die positiv gerichteten
Amplituden (später mit Leistungsimpulsen bezeichnet) der Quelle PP durch den Gleichrichter
49, die Spule 45 und die Spule 47 zu dem Verbraucher 41 und erregen ihn. Die aufeinanderfolgenden
Impulse von der Quelle PP bringen die Kerne 42 und 43 zur Sättigung, so daß im wesentlichen
der gesamte Strom durch die Spulen 45 und 47 fließt. Diese Spulen bilden dann einen
niederohmigen, virtuellen Kurzschluß über dem Verbraucher 40 und übertragen praktisch
den gesamten Strom von der Quelle PP zu dem Verbraucher 41. Daher wird effektiv
keinerlei Spannung über dem Verbraucher 40 entwickelt.
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Für den Fall, daß eine der Signalquellen, z. B. SS-1, ein Signal während
der Zwischenzeiten zwischen zwei Leistungsimpulsen der Quelle PP liefert und den
Zustand des Kernes 42 umkehrt, so findet der nächste Leistungsimpuls von der Quelle
PP in der Spule 45 eine hohe Impedanz vor, und daher gibt die Quelle PP ihr gesamtes
Potential im wesentlichen über dem Gleichrichter 48 und dem Verbraucher 40 ab. In
diesem Fall wird der Verbraucher 40 mit Spannung versehen. Der Verbraucher 41 bleibt
jedoch spannungslos, da die Spule 45 eine hohe Impedanz besitzt, die einen nennenswerten
Stromfluß von der Quelle PP zum Verbraucher 41 über die Spule 45 verhindert. Die
Elemente 32, 33 und 34 können dazu vorgesehen werden, einen Stromfluß durch den
Verbraucher 40, wenn dieser erregt wird, daran zu hindern, auch den Verbraucher
41 zu durchfließen. Dieses Merkmal der Kombination wird im folgenden erläutert.
Wenn kein Strom von der Quelle PP kommt, so liefern die Batterie 32 und der Widerstand
33 durch den Gleichrichter 34 einen Strom, der gleich dem durch den erregten Verbraucher
40 fließenden Strom ist. Mit anderen Worten, wenn eine der beiden Spulen 45 und
47 eine hohe Impedanz aufweist, so erhält der Verbraucher 40 eine Spannung,
und es fließt durch ihn ein bestimmter Strom I. Die gleiche Stromstärke
I
fließt in dem Kreis 32, 33, 34 während der Zeitabschnitte, in denen die
Quelle PP in negativer Richtung arbeitet. Aus dem Vorhergehenden folgt, daß jedesmal
dann, wenn eine der Spulen 45 oder 47 eine hohe Impedanz hat, der gesamte Strom
von der Quelle PP durch den Gleichrichter 48, den Verbraucher 40, den Widerstand
33, die Batterie 32 zur Erde abfließt und daß der Draht 35 im wesentlichen Erdpotential
annimmt. Der Punkt 35 liegt auf Erdpotential, weil der Potentialabfall über dem
Widerstand 33
gleich dem Potential der Batterie 32 und der Potentialabfall
über dem Verbraucher 40 gleich dem Potential der Quelle PP ist. Dementsprechend
wird der Verbraucher 40 mit Strom versehen, der Verbraucher 41. dagegen nicht.
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Aus der obigen Beschreibung geht hervor: Solange keine der Quellen
SS-1 oder SS-2 ihren zugehörigen Kern 42 bzw. 43 während der Pausen zwischen den
Leistungsimpulsen der Quelle PP zum Umkehren bringe, behalten die Spulen 45 und
47 ihre niedrige Impedanz und wird der Verbraucher 41 mit Strom versehen.
Falls aber eine der Quellen SS-1 oder SS-2 während einer Pause zwischen den Impulsen
von der Quelle PP erregt wird und ihren Kern zum Umkehren bringt, so wird der komplementäre
Kern 45 oder 47, wie es der Fall sein mag, eine hohe Impedanz haben, und daher wird
praktisch der gesamte Strom von der Quelle PP durch den Verbraucher 40 fließen.
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Vorzugsweise gewährleistet die Quelle PP ein solch konstantes Potential,
d. h., sie besitzt eine gute Spannungsregelung, so daß ihr Potential nur ganz wenig
fällt, wenn eine Änderung des entnommenen Stromes erfolgt.
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Bei der Anordnung gemäß Fig. 4 können zuweilen gewisse Ungenauigkeiten
der Resultate eintreten, und zwar aus folgenden Gründen. Die Quelle PP besitzt genügend
Voltsekunden, um für den Fall, daß die Sekundärwicklung an dem anderen Kern eine
niedrige Impedanz hat, einen der Kerne 42 oder 43 auf seiner Hystereseschleife (s.
Fig. 2) vom Punkt 14 zum Punkt 15 zu bringen. Anders ausgedrückt, es sei angenommen;
daß sich der Kern 42 bei Punkt 14 der Hystereseschleife und Kern 43 bei Punkt 11
beim Beginn eines positiven Leistungsimpulses befinde. Dieser Leistungsimpuls würde
gerade ausreichend sein, um den Kern 42 auf der Hystereseschleife vom Punkt 14 zum
Punkt 15 zu treiben. Falls beide Kerne 42 und 43 durch Signalimpulse umgekehrt wären,
so daß sich beide am Punkt 14 der Hystereseschleife befänden, so würde der nächste
Leistungsimpuls nicht ausreichen, um beide Kerne auf der Hystereseschleife vom Punkt
14 zum Punkt 15 zu treiben; wenn daher während des Zeitabschnittes des nächsten
Signalimpulses, der unmittelbar auf den zuletzt erwähnten Leistungsimpuls folgt,
kein Signal an einer der Quellen SS-1 und SS-2 auftritt, so ist der nächste Leistungsimpuls
von der Quelle PP nicht imstande, beide Kerne zur Sättigung zu bringen, und es ergibt
sich eine Störung im Betrieb. Fig.5 erläutert eine Abwandlung der Anordnung gemäß
Fig.4, welche zur überwindung dieser Schwierigkeit bestimmt ist.
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In den Fig. 4 und 5 sind gleiche Teile mit ähnlichen Bezugsziffern
versehen. Der einzige Unterschied zwischen diesen beiden Figuren besteht darin,
daß ein Widerstand 55, ein Gleichrichter 51 und die Spulen 52 und 53 der Fig. 5
hinzugefügt sind. Der Widerstand des Elementes 55 ist so groß, daß der durch dasselbe
fließende Strom stets im wesentlichen konstant ist, ungeachtet aller Schwankungen
der Impedanzen der Spulen 52 und 53. Der durch die Spulen 52 und 53 fließende und
durch den Widerstand 55 bestimmte Strom steht in soilchem Verhältnis zu den Windungszahlen
der Spulen 52 und 53, daß die Kerne 42 und 43 am Ende eines jeden Leistungsimpulses
der Quelle PP stets am Punkt 15 der Hysterese#-schleifesind.
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In den Fig: 4 und 5 hat die Quelle der Leistungsimpulse PP negativ
gerichtete Amplituden, die die Anoden der Gleichrichter 48, 49 und 51 negativ machen,
so daß während der Zwischenräume zwischen den Leistungsimpulsen keine Ströme durch
diese Gleichrichter fließen können. Dies verhindert das Auftreten von Strömen in
den Spulen 45, 47, 52 und 53 als Folge der Induktion von Spannungen in diesen Spulen,
wenn Signalströme durch die Spulen 44 und 46 fließen. Fig. 6 ist eine weitere Abwandlung
der Anordnung gemäß Fig. 4, in welcher gleichen Teilen gleiche Bezugszeichen entsprechen.
Diese Figur zeigt, wie man Signale für die Steuerwicklungen 44 und 45 erhalten
kann. Hier werden zwei Quellen von - Leistungsimpulsen PP-1 und PP-2 verwendet,
deren Spannungsverlauf in Fig. 6 A gezeigt wird. Mit anderen Worten, die Quelle
PP-2 wird positiv, wenn die Quelle PP-1 negativ ist. Da die Periode der Signalzeit
mit den negativen Amplituden der Quelle PP-1 zusammenfällt, so ist es klar, daß
die Quelle PP-2 während der Signalperiode der Quelle PP-1 positive Impulse erzeugt.
Diese positiven Impulse werden den Signalquellen SS-1 und SS-2 zugeführt, die in
diesem Fäll einfache Schalter in Reihe mit Gleichrichtern, etwa 60 und 61, sind.
Wenn einer der Schalter geschlossen ist, so fließen die positiven Amplituden der
Quelle PP-2 durch den komplementären Gleichrichter und veranlassen die komplementäre
Signalspule, den zugehörigen magnetischen Verstärker zu steuern.
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Fig. 7 ist eine weiterentwickelte Form der Fig. 6. Es ist zuweilen
erwünscht, daß die Signalwicklungen 44 und 46 während der Zwischenräume zwischen
den Leistungsimpulsen dauernd erregt werden und daß die Anlegung des einen oder
des anderen Signals, hier die Schließung des einen oder des anderen Schalters 70
oder auch 71, die Erregung der komplementären Signalwicklung beendet. Damit dieses
Ergebnis erhalten wird, werden eine Batterie 72 und ein Widerstand 73 über die Signaleingangswicklung
44 gelegt; die Batterie kann einen Strom liefern, welcher bei geöffnetem Schalter
70 den Kern umzukehren vermag (zum Punkt 13 auf der Hystereseschleife). In ähnlicher
Weise fließt ein Strom von der Batterie 75 und dem Widerstand 76 durch die Signalwicklung
46, der darauf abzielt, den Kern 43 umzukehren (zum Punkt 13 auf der Hystereseschleife),
solange der Schalter 71 geöffnet ist. Wenn der Schalter 70 geschlossen ist, so hebt
das Potential der Quelle PP-2 dasjenige der Batterie 72 auf, und daher kehrt die
Spule 44 den Kern 42 während der Periode der Signalzeit nicht um. Der Schalter 71
hat einen ähnlichen Effekt auf den Kern 43. Daher arbeitet die Anordnung der Fig.
7 in der gleichen Weise wie diejenige der Fig. 6, außer daß eine Schließung eines
Schalters der Fig. 7 die gleiche Wirkung wie ein Öffnen des komplementären Schalters
der Fig. 6 hat.
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Fig. 8 ist eine weitere abgewandelte Form der Fig. 4, in welcher die
Umkehr des Betriebszustandes auf der Ausgangsseite, statt auf der Eingangsseite
erfolgt. An Hand der früheren Figuren wurde erläutert, wie der erste Verbraucher
erregt und unter gewissen Umständen enterregt werden kann. Für den Fall, daß es
erwünscht ist, daß der Verbraucher unter diesen Umständen erregt wird, wo er unter
ähnlichen Bedingungen und bei früheren Anordnungen enterregt war, und umgekehrt,
kann man einen komplementären magnetischen Verstärker der in Fig. 1 gezeigten Art
im Verbraucherkreis vorsehen. In diesem Falle würden die beiden Verbraucher einfach
als Verbraucher
40 und 41 bezeichnet werden. Der Verbraucher
40 enthält jedoch einen komplementären magnetischen Verstärker der in Fig.
1 gezeigten Art, welcher mit dem Bezugszeichen 82 versehen ist und dessen Ausgangsspannung
das Verbraucherelement 80 steuert, welches eine echte Betriebsfunktion in dem Rechenkreis
erfüllt. In. ähnlicher Weise enthält der Verbraucher 41 einen komplementären magnetischen
Verstärker 83, dessen Ausgangsspannung das Verbraucherelement 81 steuert, welches
eine Betriebsfunktion in dem Rechenkreis erfüllt. Die Spulen 18a und 18b der komplementären
magnetischen Verstärker 82 und 83 entsprechen der Spule 18 in Fig. 1 und werden
durch die Quelle PP-2 gespeist, die außerdem die Signalquellen SS-1 und SS-2, die
gleichen wie in Fig. 6 (oder Fig. 7), speisen kann. Die Eingangswicklungen 21a und
21b der komplementären magnetischen Verstärker 82 und 83 sind an der gleichen Stelle
verbunden wie die Verbraucher 40 und 41 in Fig. 4.
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Jedesmal wenn die Eingangswicklung 21 a in Fig. 8 erregt wird, so
fließt der nächste Leistungsimpuls von der Quelle PP-2 nicht zu dem Verbraucherelement
80. Dagegen fließt der nächste Leistungsimpuls in den Fällen von der Quelle
PP-2 zu dem Verbraucher 80, wenn die Eingangswicklung 21a nicht erregt wird. Daher
zeigen die Ausgangsspannungen die umgekehrte Form, verglichen mit derjenigen, die
beispielsweise bei einer Anordnung gemäß Fig. 6 erhalten wurde. In ähnlicher Weise
fließt der nächste Impuls von der Quelle PP-2 bei nicht erregter Spule 21 b zu dem
Verbraucher 81, bei erregter Spule 21 b dagegen nicht.
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Fig.9 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der Fig. 4, wobei ähnliche
Teile mit ähnlichen Bezugszeichen versehen sind. In dem vorliegenden Fall sind jedoch
die Leistungswicklungen der beiden magnetischen Verstärker parallel statt in Reihe
geschaltet. Der aus dem zuvor beschriebenen Material zusammengesetzte Kern 90 trägt
eine Eingangs- oder Signalwicklung 91 und eine Leistungswicklung 92, der Kern 93
eine Eingangs- oder Signalwicklung 94 und eine Leistungswicklung 95. Die Gleichrichter
96 und 97 liegen jeweils in Reihe mit den Leistungswicklungen 92 und 95; der Gleichrichter
98 in Reihe mit dem Verbraucher 40. Wenn beide Kerne 90 und 93 durch ihre komplementären
Signalquellen SS-1 und SS-2 während der Pausen zwischen den Leistungsimpulsen der
Quelle PP umgeschaltet werden, so besitzen die Spulen 92 und 95 eine große Impedanz,
so daß praktisch der gesamte Strom von der Quelle PP durch den Gleichrichter 98
und den Verbraucher 40 zur Erde abfließt, ohne den Verbraucher 41 zu passieren.
Die Batterie 32, der Widerstand 33 und der Gleichrichter 34 dienen zur Erzielung
der in Verbindung mit Fig. 4 erwähnten Wirkung und halten den Punkt 35 auf Erdpotential,
wenn die Leistungswicklungen 92 und 95 hohe Impedanz aufweisen.
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Wenn dagegen eine der Signalquellen SS-1 oder SS-2 ihren komplementären
Kern während eines Zwischenraumes zwischen den Leistungsimpulsen der Quelle PP nicht
umkehrt, so findet der nächste Impuls von der Quelle PP einen Weg niedriger Impedanz
unmittelbar zum Verbraucher 41 vor, und daher wird der gesamte Strom an dem Verbraucher
40 vorbei und in den Verbraucher 41 geleitet. Zum Beispiel sei angenommen, daß die
Signalquelle SS-1 den Kern 90 während einer Pause zwischen den Impulsen der Quelle
PP nicht umkehrt. Dann findet der nächste Impuls von der Quelle PP die Spule 92
mit niedriger Impedanz vor, und praktisch der gesamte Strom von der Quelle PP fließt
durch den Gleichrichter 96 und die Spule 92 zum Verbraucher 41, aber praktisch kein
Strom durch den Verbraucher 40.
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Erforderlichenfalls kann ein Serienkreis mit den Elementen
55, 51, 52 und 53 der Fig. 5 in der Fig. 9 hinzugefügt werden, wobei
die Spulen 52 und 53 auf den Kern 92 und 93 dem gleichen Zweck dienen wie
zuvor in Verbindung mit der Fig. 5. Dieser Serienkreis bietet die Gewähr dafür,
daß bei nicht erfolgender Umkehrung eines gegebenen Kernes während einer Zeitspanne
zwischen den Leistungsimpulsen der nächsten Leistungsimpulse ihn bis zur Sättigung
bringt .
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Fig. 10 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Die der Fig.
10 und vorhergehenden Figuren gemeinsamen Bezugszeichen entsprechen ähnlichen
Teilen. In Fig. 10 wird eine Vielzahl von magnetischen Verstärkern mit je einer
Leistungswicklung gezeigt. Die Leistungswicklungen 100 und 101 bilden einen ersten
Zweig der Schaltung und liegen miteinander in Reihe. Ebenso bilden die Leistungswicklungen
102 und 103 einen zweiten Zweig der Schaltung und sind miteinander in Reihe geschaltet.
Ferner bilden die Leistungswicklungen 104 und 105 einen dritten Zweig der Parallelschaltung
und sind miteinander in Reihe geschaltet. Geeignete Gleichrichter 106;107, 108 und
109 sind je in Reihe mit einem der vier Parallelzweige gelegt. Die Quelle PP ist
wie bisher eine Wechselstromquelle, welche die Anoden der Gleichrichter 106 bis
109 während der negativen Amplituden negativ macht und damit jeden Stromfluß auf
Grund von Potentialen verhindert; die in den Spulen 100 bis 105 infolge irgendwelcher
Flußänderungen induziert werden, welche durch die Signalquelllen SS-1 bis SS-6 einschließlich
hervorgerufen werden.. Die zusammengefaßten Spulen 100 und 101 können als ein Zweig
A der Schaltung, die Spulen 102 und 103 als Zweig B und die Spulen 104 und 105 als
Zweig C betrachtet werden. Im Falle, daß einer der drei Zweige der Schaltung eine
niedrige Impedanz hat, so wird der gesamte Strom von der Quelle PP durch diese niedrige
Impedanz des Zweiges zum Verbraucher 41 abgeleitet, und es tritt praktisch kein
Stromfluß in dem Verbraucher 40 ein. Irgendeiner der Zweige hat hohe Impedanz, wenn
eine von den Spulen in dem Zweig hohe Impedanz hat. Wenn sämtliche Zweige hohe Impedanz
haben, so wird der Verbraucher 40 erregt, der Verbraucher 41 dagegen nicht. Aus
dieser Figur geht hervor, daß es nicht nötig ist, daß: alle Zweige die gleiche Zahl
von magnetischen Verstärkern enthalten. Das Gerät könnte z. B. dadurch abgewandelt
werden, daß man einen der magnetischen Verstärker in einem der Zweige fortläßt und
einen oder mehrere magnetische Verstärker in einem oder mehreren anderen Zweigen
hinzufügt. Außerdem ist es nicht notwendig, daß jeder Zweig nur aus einer einzigen
Reihe von Leistungswicklungen zusammengesetzt ist; vielmehr können einer oder mehrere
Zweige Reihen-Parallelanordnungen von Leistungswicklungen aufweisen. Zum Beispiel
könnte der Zweig C einen zusätzlichen magnetischen Verstärker enthalten, dessen
Leistungswicklung parallel zu der Leistungswicklung 104 lieb, so daß sich ein Parallelweg
zu der Leistungswicklung
104 ergäbe und dieser in Reihe mit der
Leistungswicklung 105 liegen würde. Die soeben erläuterten Maßnahmen können unbegrenzt
ausgedehnt werden, um jeden gewünschten Effekt zu verwirklichen.
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Obwohl die Fig. 9 und 10 nicht alle Varianten wiedergeben, die in
Verbindung mit Fig.4 gezeigt wurden, ist es einleuchtend, daß sie auf die Fig. 9
und 10 in gleicher Weise wie auf Fig. 4 angewandt werden können. Fig. 5 gibt die
Lehre, daß auf jedem Kern eine Spule, z. B. 52, hinzugefügt werden kann, die dazu
dient, den Kern während der Periode des Leistungsimpulses zu schalten und um sicherzustellen,
daß er sich am Ende des Leistungsimpulses stets im Punkt 11 auf der Hystereseschleife
befindet. Angewandt auf die Fig. 9 und 10 bedeutet dies, daß eine solche Spule auf
jedem Kern angebracht wird. Fig. 6 gibt die Lehre, daß eine zweite Quelle von Leistungsimpulsen
gesteuert werden kann, um daraus die Signalimpulse zu bilden. Dieses Mittel kann
natürlich auch auf die Fig. 9 und 10 angewandt werden. Fig. 7 zeigt eine abgewandelte
Ausführung der Fig. 6, in der der Kern normalerweise von Batterien umgekehrt und
die zweite Quelle von Leistungsimpulsen derart gesteuert wird, daß die Wirkung der
Batterien aufgehoben, und die Funktion der Steuerschalter umgekehrt wird. Dieses
Mittei kann ebenfalls auf die Fig. 9 und 10 angewandt werden. Fig. 8 erläutert,
daß ergänzende magnetische Verstärker in den Verbrauchern enthalten sein können,
welche die Wirkung auf die Verbraucher umzukehren vermögen. Diese Mittel können
natürlich auf die Fig. 9 und 10 übernommen werden. Es folgt, daß die in Verbindung
mit den Fig. 5, 6; 7 und 8 dargelegten Mittel mit jeder anderen Figur kombiniert
werden können, da jedes oder alle Mittel zu den Vorrichtungen gemäß der Fig. 9 und
10 hinzugefügt werden können.
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Fig. 11 ist nach Konstruktion und Arbeitsweise der Fig. 10 gleich,
ausgenommen, daß drei zusätzliche Verbraucher mit der Bezeichnung Verbraucher Nr.3,
Verbraucher Nr. 4 und Verbraucher Nr.5 in Reihe mit den Spulen 101, 103 und
105 angebracht sind. Diese Verbraucher werden jedesmal erregt, wenn Strom
durch ihre komplementären Spulen fließt.
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Fig. 12 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung, in der eine
Anzahl von den in Fig. 4 gezeigten, ähnlichen Einheiten auf neuartige Weise miteinander
verbunden sind. Zum Beispiel bilden die Quellen SS-1 und SS-2 zusammen mit den Wicklungen
120 und 121 und den Verbrauchern Nr. 3 und Nr. 6 eine vollständige, derjenigen gemäß
Fig. 4 gleiche Einheit. Die Signalquellen SS-3 und SS-4 bilden zusammen mit den
Verbrauchern Nr. 5 und Nr. 7 und den Spulen 122 und 123 eine weitere komplette Einheit
der in Fig. 4 gezeigten Art. Es sei bemerkt, daß jeder Kern eine Spule tragen kann,
die sich in dem Stromkreis einer anderen Einheit befindet. Beispielsweise haben
die Einheiten SS-5, SS-6 und SS-7 komplementäre Wicklungen 124; 125 und 126.
Der Verbraucher Nr.1 überbrückt die Serienschaltung aus den drei Wicklungen 124
bis 126. Statt das untere Ende der Wicklung 126 direkt mit dem Verbraucher Nr. 4
zu verbinden, läuft es durch die von der Signalquelle SS-1 gesteuerte Wicklung 127
und durch die von der Signalquelle SS-4 gesteuerte Wicklung 128, bevor es den Verbraucher
Nr. 4 erreicht. In dieser Darstellung ist klar, daß der Verbraucher Nr. 4 in einer
besonderen Weise durch die Signalquellen SS-1, SS-4, SS-5, SS-6 und SS-7 gesteuert
wird. Der Verbraucher Nr. 2 wird durch die Wicklung 129 (von der Signalquelle SS-2)
und auch durch die Wicklung 130 (von der Signalquelle SS-3) sowie durch die Wicklung
131 (von der Signalquelle SS-5) gesteuert. Alle drei Wicklungen 129, 130 und 131
müssen auf Grund der vorhergehenden Wirkung ihrer komplementären Signalquellen in
dem Zustand einer niedrigen Impedanz sein, bevor ein Strom von der Quelle PP zum
Verbraucher Nr. 2 fließen kann.
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Die Schaltung gemäß Fig. 12 dient nur zur Erläuterung einer komplexen
Schaltung, welche die einfache Schaltung der Fig. 4 enthält. Durch geeignetes Kombinieren
der Sekundärwicklungen auf den einzelnen Kernen ist es möglich, die Ströme in den
Verbrauchern fast jede Kombination der in die Anordnung eintretenden Signale anzeigen
zu lassen.
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Es ist ferner sowohl in Verbindung mit Fig. 12 als auch mit den anderen
Figuren einleuchtend, daß eine den Spulen 52 und 53 in Fig. 5 ähnliche Einstellspule
auf jedem Kern angebracht und in geeigneter Weise durch jeden Leistungsimpuls erregt
werden kann, um die Gewähr zu geben, daß der Kern. am Ende eines jeden Leistungsimpulses
auf positive Resonanz eingestellt ist.