DE1161586B - Magnetische Datenspeichervorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: H 03 k

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

Deutsche Kl.: 21 al-37/06

N 15854IX c/21 al
15. November 1958
23. Januar 1964

Die Erfindung betrifft eine mit hoher Geschwindigkeit arbeitende bistabile magnetische Speichervorrichtung zur Verwendung als Speicherelement für moderne Elektronenrechner und Datenverarbeitungsgeräte sowie ein Verfahren zur Herstellung derartiger Vorrichtungen.

Die modernen Speichereinrichtungen in mit koinzidenten Strömen arbeitenden Speichern bestehen gewöhnlich aus ringförmigen Magnetkernen mit einer relativ hohen magnetischen Remanenz und einer annähernd rechteckigen Hysteresisschleife.

Obgleich ringförmige Kerne besonders vorteilhaft für Speichereinrichtungen verwendet werden, sind sie doch leicht zerbrechlich und schwierig zu fertigen; ferner erfordert die Verdrahtung dieser Speicherelemente viel Zeit und Mühe. Um diese Nachteile zu beseitigen, ist eine im nachfolgenden als »Twistor« bezeichnete Speichervorrichtung entwickelt worden. Eine solche Einrichtung besteht aus einem nichtmagnetischen, elektrisch leitenden, einen gemeinsamen Kern bildenden Draht bestimmter Länge, auf dem eine Schicht eines sättigungsfähigen ferromagnetischen Materials z. B. durch Strangpressen aufgebracht wird. Der Draht wird zusammen mit seiner ferromagnetischen Beschichtung gestreckt und gleichzeitig verdreht und in dieser Lage festgehalten. Dadurch wird die im wesentlichen parallel zur Drahtachse verlaufende Magnetisierungsrichtung der Beschichtung so verändert, daß sie über die ganze Länge des beschichteten Drahtes schraubenlinienförmig verläuft.

Eine derartige Beschichtung besitzt eine relativ hohe positive und negative magnetische Remanenz sowie eine annähernd rechteckige Hysteresisschleife. Demzufolge vermögen ausgewählte Längsabschnitte der Beschichtung in der Richtung der Verdrehung den einen oder anderen von zwei stabilen Zuständen einzunehmen. Ein sich entlang der Verdrehung erstrekkendes magnetische Feld von + H Oersted kippt die Längsabschnitte aus dem einen Zustand in den anderen, wogegen ein Feld von + H/2 Oersted nur vernachlässigbare Änderungen in der magnetischen Remanenz hervorruft.

Mehrere gleichartige Spulen werden in einem bestimmten Abstand nebeneinander um den beschichteten Draht gewickelt, so daß diese eine entsprechende Anzahl schraubenförmiger Bahnabschnitte ferromagnetischen Materials abgrenzen. Die Speicherung einer binären Information in einem ausgewählten Längsabschnitt der Beschichtung erfolgt durch gleichzeitiges Anlegen eines Stromimpulses der Größe (Z₁) an den leitenden Drahtkern und eines Magnetische Datenspeichervorrichtung
und Verfahren zu deren Herstellung

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 18. November 1957

(Nr. 696 987)

Strompulses der Größe (i₂) an die ausgewählte Spule in solchen Richtungen, Saß die Vektorsumme der durch die beiden koinzidenten Ströme erzeugten magnetischen Felder der Größe nach + H Oersted beträgt und eine Richtung aufweist, die mit der Magnetisierungsrichtung der verdrehten Beschichtung übereinstimmt.

Zum Ablesen aus den genannten Längsabschnitten der Beschichtung wird entweder der Kern oder die entsprechende Spule mit Strom beschickt, der in dem Kern oder der entsprechenden Spule ein Magnetfeld von ± H Oersted mit einer dem bei der Speicherung erzeugten Feld entgegengesetzten Richtung erzeugt.

Je nachdem, ob der Kern oder eine Spule erregt wird, wird von den Spulen bzw. dem Kern ein Signal abgegeben, abhängig davon, ob die binäre Information 1 oder 0 auf dem bestimmten Längsabschnitt der Beschichtung eingespeichert war.

Obwohl der oben beschriebene stranggepreßte Twistor viele zweckmäßige Eigenschaften aufweist, ist er noch sehr unwirtschaftlich, da für seine Herstellung komplizierte Strangpreßverf ahren, teures Material und außerdem — zum Bilden der ferromagnetischen Be-Schichtung auf den Kernen — beträchtlicher Zeit- und Arbeitsaufwand erforderlich ist.

Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, einen verbesserten Twistor mittels eines einfacheren Herstellungsverfahrens zu schaffen.

Gegenstand der Erfindung ist demnach eine neue und verbesserte bistabile, magnetische Speichereinrichtung, die mit Umschaltzeiten von Bruchteilen einer

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Mikrosekunde arbeitet und nicht ständig durch zusätzliche Vorrichtungen unter Torsionsspannung gehalten zu werden braucht.

Demzufolge geht die Erfindung aus von einer magnetischen Datenspeichervorrichtung, bestehend aus einem mit einem ferromagnetischen Material beschichteten elastischen, elektrisch leitenden, nichtmagnetischen, langgestreckten Träger, dessen ferromagnetische Beschichtung mit einer oder mehreren Wicklungen gekoppelt ist, und ist dadurch gekennzeichnet, daß die ferromagnetische Beschichtung zur Bildung einer schraubenlinienförmigen magnetischen Vorzugsrichtung für sich allein einer Torsionsspannung ausgesetzt ist.

Die Erfindung wird in zwei Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnungen erläutert, und zwar zeigt

Fig. 1 ein teilweise schematisch dargestelltes Schnittbild eines Gerätes zum Verdrehen und galvanischen Beschichten des Kerns,

F i g. 2 eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht der in F i g. 1 gezeigten Einrichtung,

Fig. 3 und 4 eine erfindungsgemäße Magnetspeichervorrichtung in den verschiedenen Verfahrensschritten der Herstellung,

F i g. 5 die Wirkweise der in den F i g. 3 und 4 dargestellten Vorrichtung,

F i g. 6 und 7 eine weitere Ausführung einer Magnetspeichervorrichtung gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Eigenschaft.

In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Behälter 10 (Fig. 1) mit einem Elektrolyten 11 gefüllt, der aus einer wäßrigen Lösung von 50 g Eisen(II)-chlorid, 20 g Nickelchlorid, 50 g Ammoniumchlorid und 125 g Natriumzitrat pro Liter Wasser besteht. Der p_H-Wert der Lösung wird mittels Ammoniumhydroxyd auf 8,5 und die Temperatur durch nicht gezeigte geeignete Mittel vorzugsweise auf 90° C gehalten. Sie kann jedoch geringfügig geändert werden. Ein elektrisch leitender, nichtmagnetischer Kern 12 aus Kupferdraht mit einem Durchmesser von ungefähr 0,3 mm wird in verstellbare Spannfutter

13 und 14, die ihre Enden gegen eine Längs- und Drehbewegung sichern, in dem Behälter 10 eingespannt. Selbstverständlich können auch verschiedene andere elastische, elektrisch leitende, nichtmagnetische Stoffe mit dem gleichen Erfolg verwendet werden, sofern sie sich zur Galvanisierung eignen.

Mehrere Metallstäbe 15, die aus einer geeigneten Nickel-Eisen-Legierung von beispielsweise 72% Nickel und 28% Eisen bestehen, werden mittels an ihren Enden befestigter Metallringe 16 und 17 in dem genannten Bad aufgehängt. Die Stäbe 15 werden vorzugsweise der Länge nach in Kreisform parallel zu- und in gleichem Abstand voneinander angeordnet und bilden sozusagen einen um den Kern 12 gelagerten konzentrischen zylindrischen Käfig. Die Ringe 16 und 17 werden jeweils durch darin eingeschraubte Bolzen 18 bzw. 19 in fester Stellung gehalten. Diese Bolzen wiederum sind durch geeignete Mittel am Behälter 10 befestigt, jedoch von diesem elektrisch isoliert. Anschließend wird der Kern 12 durch Drehung einer Mutter 20 auf dem Gewindezapfen des Futters

14 lediglich zur Erzielung einer straffen Spannung um einen gewissen Betrag gestreckt. Daraufhin wird die Mutter 20 durch eine straff angezogene Sperrmutter 21 an einer weiteren Drehbewegung gehindert. Ein an dem Zapfen des Futters 14 befestigter Hebel 22 wird um 10° pro Millimeter Kernlänge gedreht, wobei die Dehnbarkeitsgrenze des Kernmaterials nicht überschritten werden soll.

Durch die Verdrehung des straffen Kerns verläuft die Drehbeanspruchung innerhalb der molekularen Struktur des Materials spiralenförmig um die Längsachse des Kerns herum, wie dies in F i g. 3 die gestrichelten Linien zeigen. Mit dem Ring 17 und damit mit den Stäben 15 wird die positive Klemme einer Gleichstromquelle 23 verbunden, während die ίο negative Klemme der Quelle 23 über das Futter 13 an den Kern 12 angeschlossen ist. Wird die Quelle 23 zu Beginn der Galvanisierung eingeschaltet, so wirkt der Kern 12 als Kathode und die Stäbe 15 insgesamt als Anode. Infolge der Anwesenheit des Elektrolyten wird in bekannter Weise ein elektronischer Entladungsweg zwischen dem Kern 12 und den Stäben 15 errichtet, so daß gemäß den wohlbekannten Erscheinungen der Galvanotechnik ein Überzug aus einer Nickel-Eisen-Legierung in einer bestimmten Dicke auf der Außenfläche des Kerns 12 aufgebracht wird. Die bei der Galvanisierung verwendete Stromdichte wird vorzugsweise bei etwa 0,5 A pro Quadratzentimeter des Kernmaterials gehalten, und der Galvanisierungsstrom wird so lange zugeführt, bis ein Überzug aus ferromagnetischem Material von einer Dicke von etwa 2,5 μ auf dem Kern zustande gekommen ist. Um durch Wirbelströme verursachte Verluste auf einem Minimum zu halten, hat zweckmäßigerweise der Überzug eine möglichst geringe Dicke. Der Überzug soll jedoch dick genug sein, um eine angemessene Leistung zu gewährleisten, und soll nicht brechen, wenn er einer Drehbeanspruchung ausgesetzt wird.

Der galvanisierte Kern wird dann aus den Futtern 13 und 14 genommen, wobei er sich wieder in seine ursprüngliche, vor seinem Verdrehen innegehabte Stellung zurückdreht, wie dies F i g. 5 zeigt, die der Deutlichkeit halber absichtlich übertrieben gezeichnet ist. Während der Rückkehr des Kerns in seinen ursprünglichen Zustand wird jedoch die während des Verdrehens des Kerns in diesem gebildete Torsionsspannung unmittelbar auf einen galvanischen Überzug 24 ausgeübt, und zwar derart, daß die Magnetisierungsrichtung des entspannten Überzuges sich ändert und in bezug auf die Längsachse des Kerns nun spiralenförmig und der anfänglichen Torsionsspannung des Kerns entgegengesetzt verläuft, wie dies durch die gestrichelten Linien auf dem Überzug in F i g. 5 gezeigt ist. Der auf diese Weise zustande gebrachte ferromagnetische Überzug besitzt eine verhältnismäßig hohe positive und negative magnetische, remanente Induktion und eine im wesentlichen rechteckige Hysteresisschleife. Demzufolge können ausgewählte Längsabschnitte des Überzugs 24 in spiralenförmiger Richtung in dem einen bzw. anderen von zwei stabilen Zuständen entlang der bevorzugten Magnetisierungsrichtung magnetisiert werden, wie sie durch die positive oder negative remanente Induktion entsprechend gekennzeichnet ist. Ein magnetisches Feld von ± H Oersted entlang der Verdrehungsrichtung vermag jeden Längenabschnitt von dem einen in den anderen magnetischen Zustand zu schalten, wohingegen ein Feld von ± H/2 Oersted nur ganz unbedeutende Änderungen der remanenten Induktion erzeugt.

Beim Betrieb einer derartigen bistabilen magnetischen Speichervorrichtung sind mehrere gleichartige Spulen, beispielsweise 25 und 26, einzeln um die Vorrichtung gewunden und in entsprechendem Abstand

nebeneinander gelagert, so daß sie eine entsprechende Anzahl von Längsabschnitten des ferromagnetischen Materials umfassen und dadurch abgrenzen. Wie bereits beschrieben, wird die Speicherung binärer Information (z. B. einer binären Eins in dem ausgewählten, durch die Spule 25 abgegrenzten Längsabschnitt) dadurch bewerkstelligt, daß der leitende Draht des gemeinsamen Kerns 12 mit einem Stromimpuls der Größe (I₁) und die Spule 25 mit einem Stromimpuls der Größe (Z₂) in den durch die Pfeile angezeigten Richtungen beschickt wird. Demzufolge ist das resultierende, durch die beiden koinzidierenden Ströme erzeugte magnetische Feld beispielsweise gleich +H Oersted und verläuft in der gleichen Richtung wie die Magnetisierung des Überzugs 24, wie dies durch Φ₁ gezeigt wird. Um beispielsweise eine binäre Null zu speichern, werden Impulse mit für die Speicherung einer binären Eins entgegengesetzter Polarität gleichzeitig an den Kern und die entsprechende Spule angelegt, wodurch, in dem Überzug ein magnetisches ao Feld erzeugt wird, das in der dem Feld für die binäre Eins entgegengesetzten Richtung verläuft, wie dies durch Φ₂ in dem durch die Spule 26 abgegrenzten Längsabschnitt gezeigt wird.

Wie bereits beschrieben, geschieht das Ablesen des magnetischen Remanenzzustandes jedes der ausgewählten Längsabschnitte einfach dadurch, daß entweder dem Kern oder der entsprechenden Spule ein Impuls zugeführt wird. Infolge des Ableseimpulses ist, je nachdem, ob Spule oder Kern erregt wurde, ein Signal auf dem gemeinsamen Kern bzw. der entsprechenden Spule vorhanden oder nicht, abhängig davon, ob, dargestellt durch den Remanenzzustand, eine binäre Information 1 oder 0 in dem betreffenden Längsabschnitt des Überzuges eingespeichert worden war.

Es hat sich gezeigt, daß während des Betriebes bei Raumtemperaturänderungen von 20 auf 65° C die Amplitude des Ausgangssignals im wesentlichen konstant bleibt. Bei einem weiteren Ansteigen der Arbeitstemperatur fiel die Ausgangsamplitude langsam auf etwa 60 ^ϋ/ο des Höchstwertes bei einer Temperatur von 200° C ab. Die angegebenen Werte zeigen, daß die Anordnung ziemlich temperaturunempfindlich ist.

Somit ist also in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine bistabile magnetische Speichervorrichtung geschaffen, die während ihres Betriebes keine äußere Anwendung einer dauernden Streckung und Drehbeanspruchung erfordert und die außerdem sämtliche der vorher beschriebenen, zweckmäßigen Eigenschaften besitzt. Zudem ist das Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung äußerst einfach und erfordert lediglich verhältnismäßig billige Materialien und Geräte. Eine Automatisierung ist leicht möglich, so daß der Preis für solche Vorrichtungen sehr niedrig gehalten und ihre Verwendung daher sehr wirtschaftlich gestaltet werden kann.

Die gezeigte und beschriebene Form der Erfindung, die sich sehr gut für die Durchführung der genannten Aufgaben eignet, beschränkt sich selbstverständlich nicht nur auf das hierin geoffenbarte Ausführungsbeispiel. Es ist vielmehr noch eine ganze Anzahl weiterer Ausführungsformen möglich. So liegt es beispielsweise voll und ganz im Bereich der vorliegenden Erfindung, den Kern während des Galvanisierens im verdrehten Zustand zu halten und ihn nach diesem Vorgang aus der Einspannung freizugeben, dann in entgegengesetzter Richtung weiter zu verdrehen und dann den Kern in der erreichten, endgültigen, verdrehten Lage zu halten. Dies hat zur Folge, daß der ferromagnetische Überzug einer viel größeren Drehbeanspruchung ausgesetzt wird und dementsprechend auch eine viel größere Leistung beim Betrieb der Vorrichtung erzielt werden kann als bei der vorbeschriebenen Ausführungsform. Auch mag es zweckmäßig sein, eine bestimmte kontrollierte Dehnung während des Galvanisierens in dem ferromagnetischen Überzug zu speichern, was die Leistung der Vorrichtung während ihres Betriebes noch erhöht. Für den Fachmann auf dem Gebiet der Elektronenrechner wird es damit naheliegend, daß eine solche Vorrichtung sich sehr gut zur Eingliederung in eine sehr kompakte Speichermatrix eignet, indem einfach die Arbeitsspulen um eine Anzahl galvanisierter Kerne gewickelt und dann die elektrisch leitenden Elemente der Kerne in bekannter Weise mit den Spulen in einer Zweikoordinaten-Matrix verbunden werden.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Magnetische Datenspeichervorrichtung, bestehend aus einem mit einem ferromagnetischen Material beschichteten elastischen, elektrisch leitenden, nichtmagnetischen, langgestreckten Träger, dessen ferromagnetische Beschichtung mit einer oder mehreren Wicklungen gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die ferromagnetische Beschichtung zur Bildung einer schraubenlinienförmigen magnetischen VorzugSrrichtung für sich allein einer Torsionsspannung ausgesetzt ist.

2. Verfahren zur Herstellung der magnetischen Datenspeichervorrichtung gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Verdrehen des elastischen langgestreckten Trägers um seine Längsachse, Festhalten des Trägers in seinem verdrehten Zustand, Galvanisieren des verdrehten Trägers mit einer Schicht aus ferromagnetischem Material und Freigeben des unter Torsionsspannung stehenden Trägers, so daß der Träger seine Torsionsspannung an die ferromagnetische Beschichtung abgibt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 135 403.

In Betracht gezogene ältej© Patente:
Deutsches Patent Nr. 1135^037.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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