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Magnetkernschalter Zusatz zum Patent: 1127 398 Die Erfindung
betrifft einen Magnetkernschalter aus einer matrixartigen Anordnung von Magnetkernen.
Sein Anwendungsgebiet ist unter anderem die Erzeugung von Magnetisierungsimpulsen
für den Betrieb von Magnetkernspeichern.
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Das Hauptpatent betrifft einen Magnetkernschalter, bei dem jeder Magnetkern
eine Mehrzahl von Eingangswicklungen und eine Ausgangswicklung trägt. Entsprechende
Eingangswicklungen mehrerer Magnetkerne sind in Reihe geschaltet. Durch Erregung
einer Kombination solcher Reihenschaltungen wird in einem und nur einem Magnetkern
eine Flußänderung hervorgerufen und auf seiner Ausgangswicklung ein Stromimpuls
hervorgerufen. Die in dem Ausgangsimpuls enthaltene Leistung rührt von allen zur
Erregung der Wicklungsreihenschaltungen vorhandenen Treiber her. Die Leistung dieses
Treibers kann also kleiner gehalten werden, als es der Fall wäre, wenn nur ein Treiber
die gesamte abgegebene Ausgangsleistung aufgebracht hätte.
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Im Hauptpatent ist ein Verfahren angegeben, durch das, ausgehend von
einem einfachen Magnetkernschalter mit ein oder zwei Kernen, das Wicklungsschema
für eine beliebig große Zahl von Kernen oder Ausgangsleitungen erzeugt werden kann.
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Weiter wurde im deutschen Patent 1098 540 ein anderes Verfahren angegeben,
mit dem für eine ähnliche Art von Magnetkernschaltern die Bildung der Wicklungsmuster
zu bewerkstelligen ist.
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Ein drittes Verfahren zur Bildung solcher Wicklungsmuster ist in den
IRE Transactions Ort E'lectronic Computers, Vol. EC-8, September 1959, S. 400, angegeben.
Auf diese Methoden zur Erzeugung von Wicklungsmustern wird im Laufe der Beschreibung
Bezug genommen werden. Allen diesen Schaltern ist gemeinsam, daß die Lastaufteilung,
d. h. die Aufteilung der abzugebenden Leistung nur auf der Eingangsseite stattfindet,
während ausgangsseitig nur eine Wicklung vorgesehen ist.
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Es wurde weiter schon vorgeschlagen, bei einem Magnetkernschalter
die Ausgangswicklungen mehrerer Magnetkerne in Reihe zu schalten und durch Erregung
von bestimmten dieser je mit mehreren Ausgangswicklungen versehenen Magnetkernen
ein durch Addition von Teilausgängen bewirktes Ausgangssignal zu erzeugen.
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Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß bei einem Magnetkernschalter
mit einer verhältnismäßig großen Zahl von Ausgängen die Zahl der Wicklungen pro
Kern, bezogen auf die Zahl der Ausgänge, beträchtlich vermindert werden kann, wenn
bei dem Magnetkernschalter nicht nur eingangsseitig, sondern auch ausgangsseitig
eine Lastaufteilung vorgenommen wird. Gegentand der Erfindung ist ein Magnetkernschalter
mit mehreren Magnetkernen und je mehreren Eingangswicklungen mit Reihenschaltung
jeder Eingangswicklung, mit Eingangswicklungen anderer Magnetkerne, mit Einrichtungen
zur Stromzufuhr an ausgewählte solcher Reihenschaltungen zwecks Erzeugung einer
Flußänderung in nur einem Magnetkern nach Patent 1127 398, mit dem Merkmal, daß
mehrere Gruppen von Eingangswicklungs-Reihenschaltungen je mit einer Anzahl von
Magnetkernen verknüpft sind und durch Erregung gleicher Kombinationen solcher Reihenschaltungen
innerhalb jeder Gruppe ein und nur ein Magnetkern jeder Gruppe eine Flußänderung
erfährt, daß jeder Magnetkern mehrere Ausgangswicklungen trägt, die mit entsprechenden
Ausgangswicklungen eines solchen Magnetkernes der anderen Gruppen in Reihe liegt,
der bei gleicher Erregungskombination eine Flußänderung erfährt, und daß die Ausgangswicklungen
so verbunden sind, daß sich die induzierten Ausgangsspannungen in einer Reihenschaltung
addieren und in den anderen vollständig auslöschen.
F i g. 1 zeigt
einen erfindungsgemäßen Magnetkernschalter mit acht Eingängen und vier Ausgängen;
F i g. 2 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung mit acht Eingängen und
sechs Ausgängen; F i g. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Magnetkemschalters
mit acht Eingängen und sechs Ausgängen; F i g. 4 zeigt einen Magnetkernschalter
mit sechzehn Eingängen und vierzehn Ausgängen in Anlehnung an F i g. 3; F i g. 5
ist ein Magnetkernschalter mit sechzehn Eingängen und zwölf Ausgängen; F i g. 6
zeigt grafisch die Abhängigkeit der Zahl von Ausgängen gegenüber der Mindestwindungszahl
pro Kern für verschiedene Arten von Magnetkernschaltern; F i g. 7 ist eine Hysteresisschleife,
wie sie Kerne der F i g. I bis 5 und 9 haben können; F i g. 8 b ist die Hysteresisschleife
für einen Kern tisches Element, geeignet für die F i g. I bis 5 und 9; F i g. 8
b ist die Hystereseschleife für einen Kern der F i g. 8 a, und F i g. 9 zeigt schematisch
einen Magnetkernschalter mit sechzehn Eingängen und zehn Ausgängen mit nur teilweise
gezeichneten Wicklungen.
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Das Schema der Eingangswicklungen für den Magnetkernschalter des Hauptpatentes
geht von dem Grundschema
| I 1 |
| ---------------- ---------------- |
| 1 0 |
aus, bei dem eine Zeile ein magnetisches Element darstellt und eine Spalte eine
Eingangswicklung, die mit den Elementen verknüpft ist. Diese Symbole 1 und 0 zeigen
den Wicklungssinn der Eingangswicklungen an. Die 1 gibt an, daß ein Strom bestimmter
Polarität das Element in positiver Richtung magnetisiert. Die 0 gibt an, daß der
Strom gleicher Polarität das Element in negativer Richtung magnetisiert. Für Eingangsströme
entgegengesetzter Polarität gilt das Umgekehrte. Diese Übereinkunft wird in der
ganzen folgenden Beschreibung beibehalten werden.
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Das oben gezeigte Muster ist das vollständige Eingangswicklungsmuster
für einen Schalter mit zwei Kernen und zwei Ausgängen. Das Grundmuster kann für
Schalter höherer Ordnung erweitert werden, wenn folgende Matrix benutzt wird:
| Grundmuster Grundmuster |
| Grundmuster Komplement |
| des Grundmusters |
Für einen Schalter mit vier Kernen und vier Ausgangswicklungen ergibt sich daraus
das folgende Muster:
| 1 1 1 1 |
| 1 0 1 0 |
| ---------------- --------------- |
| 1 1 0 0 |
| 1 0 0 1 |
Bei einem Schalter mit diesem Muster wird für jede Kombination positiver und negativer
Ströme auf den Eingangsleitungen sich nur in einem Kern ein Fluß in einer Richtung
ausbilden, während sich in allen anderen Kernen die Flüsse gegenseitig aufheben.
Eine Eigenheit dieses Wicklungsmusters ist es außerdem, daß er n magnetische Elemente
und
n Eingangswicklungen hat, wo
n eine positive ganze Zahl ist, die
gleich einer Zweierpotenz ist. Jedes Element trägt eine Ausgangswicklung, es sind
n Ausgangswicklungen am Schalter vorhanden.
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Bei dem Schalter der beschriebenen Art muß jede Eingangswicklung Strom
beider Polaritäten führen können. Wenn man nur Treiber für Ströme einer Polarität
benutzen will, so sind statt einer Wicklung jeweils ein Wicklungspaar aufzubringen,
so daß die erste Wicklung eines Paares entsprechend dem Wicklungsmuster und die
zweite als Komplement dieses Musters aufgebracht ist. Ein solcher Schalter hat also
für n Ausgangswicklungen zwei n Eingangswicklungen und eine Ausgangswicklung
pro Kern; d. h., zwei rc+ 1 Wicklungen pro Kern. Bei einem Schalter dieser
Art findet eine Aufteilung der zuzuführenden Leistung auf alle Eingangswicklungen
statt (eingangsseitige Lastaufteilung): Es sind weiter Magnetkernschalter vorgeschlagen
worden, bei denen die Lastaufteilung ausgangsseitig erfolgt. Das Wicklungsschema
für solche Ausgangswicklungen ist im allgemeinen dasselbe wie für die Eingangswicklungen
des soeben beschriebenen Magnetkernschalters. Jedes magnetische Element eines solchen
Schalters mit ausgangsseitiger Lastaufteilung ist mit zwei Eingangswicklungen versehen,
die jede nur Ströme einer Richtung führen können und von denen eine für Lesen und
eine für Schreiben vorgesehen ist, und das magnetische Element ist mit allen Ausgangsleitungen
verknüpft. Ein Magnetkern bei einem solchen Schalter für n Ausgänge trägt also (n+2)
Wicklungen.
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Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß bei Magnetkernschaltern
mit relativ hoher Zahl von Ausgängen die Wicklungszahl pro Kern bei einer gegebenen
Zahl von Ausgängen beträchtlich vermin-. dert werden kann, wenn sowohl eingangsseitig
als auch ausgangsseitig eine Lastaufteilung vorgenommen wird.
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Eine nach diesem Gedanken aufgebaute Matrix mit Magnetkernen für acht
Eingänge und vier Ausgänge ist schematisch in F i g. 1 gezeigt. Bei dieser und bei
allen folgenden Zeichnungen sei folgendes Übereinkommen getroffen: 1. Alle Eingangswicklungen
führen Ströme einer Richtung von einem Treiber 26 zu einem Bezugspunkt 28;
2.
das magnetische Element wird in positiver Richtung magnetisiert durch eine Eingangswicklung,
die oberhalb der linken Seite des Toroids und unterhalb der rechten Seite desselben
verläuft, also einen Strom in die Zeichenebene hineinschickt; 3. das Element wird
in negativer Richtung magnetisiert durch einen Strom in einer Wicklung, die unter
der linken Seite des Toroids verläuft und oberhalb der rechten Seite desselben,
einen Strom aus der Zeichenebene heraus; 4. die Änderung des magnetischen Flusses
in einem Element in positiver Richtung erzeugt eine negative Spannung in einer Ausgangswicklung,
die oberhalb des oberen Teils des Toroids und unterhalb des unteren Teils des Toroids
verläuft, also in die Zeichenebene hinein und eine positive Spannung in einer Ausgangswicklung
in umgekehrter Richtung, also aus der Zeichenebene heraus den Kern durchsetzt. Wenn
der Ausdruck Magnetflußelement in der Beschreibung gebraucht wird, so muß darunter
nicht ein toroidförmiger Magnetkern verstanden sein. Dieses Element kann vielmehr
jede passende Form haben; unter einem magnetischen Element können auch mehr als
ein Magnetkern verstanden werden.
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Die Wicklungen 10 a und 12 a verbinden die magnetischen Elemente 14
und 16 entsprechend dem ersten der eingangs erwähnten Schaltungsvorschläge unter
eingangsseitiger Lastaufteilung. Ebenso verbinden die Wicklungen 18a und 20a die
magnetischen Elemente 22 und 24. Die weiteren Wicklungen 10 b, 12b, 18b und 20b
sind komplementär zu den erstgenannten vier Wicklungen aufgebracht. Alle acht Wicklungen
können wahlweise von dem Eingangstreiber 26 erregt werden; sie führen über die gemeinsame
Leitung 28 zu einer Klemme 30 mit negativen Potentialen -B. Die Eingangstreiber
können z. B. eine Reihe von elektronischen oder elektromechanischen Schaltern sein,
einer für jede Eingangsleitung, die mittels einer äußeren Steuerung wahlweise geschlossen
werden können. Je eines der beiden magnetischen Elemente der beiden Schalterpaare
14, 16 bzw. 22, 24 ist durch Ausgangswicklungen 32 und 34 bzw. 36 und 38 mit einem
Element des anderen Paares verbunden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist jedes Ausgangswicklungspaar
nach dem früher gezeigten Grundmuster aufgebracht. Ein Ende aller Ausgangswicklungen
liegt über die Leitung 40 an Erde. Wie bei dieser Schaltung eine Ausgangsspannung
zustande kommt, kann am besten an zwei Beispielen gezeigt werden.
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1. Es sei eine negative (Lese-) Ausgangsspannung auf der Wicklung
34 erwünscht. Diese wird erhalten durch Erregung der Eingangswicklungen
10a, 12a,
18b und 20b. Das positive Eingangssignal auf Leitung 10 a verursacht
einen Fluß in den Elementen 14 und 16 und will diese Elemente in positiver Richtung
magnetisieren. Der Eingangsstrom auf Wicklung 12 a verursacht einen Fluß im Element
14, welcher den. von Wicklung 10a hervorgerufenen verstärkt und verursacht einen
Fluß in dem Element 16, der den von der Wicklung 10a verursachten auslöscht. Im
Endeffekt entsteht also im Element 14 eine Magnetisierung in positiver Richtung
und keine Flußänderung im Element 16. Die Eingangswicklungen 18 b und
20 b verursachen in den Elementen 22 und 24 Magnetisierungen, die das Komplement
der soeben beschriebenen Vorgänge darstellen. Es resultiert also eine Magnetisierung
in negativer Richtung im Element 22 und keine Flußänderung im Element 24. In der
Ausgangswicklung 32, die beide Elemente »von oben nach unten« durchsetzt, werden
von den Elementen 14 und 22 entgegengesetzte Spannungen induziert, so daß keine
Ausgangsspannung auftritt. In der Wicklung 34 dagegen, die mit den Elementen 14
und 22 in verschiedener Richtung verkettet ist, addieren sich die induzierten Spannungen,
es entsteht eine negative Ausgangsspannung. Da in den Elementen 16 und 24 keine
Flußänderung vor sich ging, entsteht auch in den Ausgangswicklungen 36 und 38 kein
Signal.
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2. Angenommen es soll auf der Wicklung 34 ein positives (Einschreibe-)
Ausgangssignal gebildet werden. Beim Betrieb eines Speichers folgt auf ein Lesesignal
auf einer gegebenen Leitung im allgemeinen ein Schreibsignal. Das geschieht durch
Erregung der komplementär gebildeten Eingangswicklungen 10 b, 12 b,18
a und 20 a. Die Wicklungen 10 b und 12 b verursachen im Kern 14 einander
unterstützende Flüsse in negativer Richtung, sie verursachen jedoch einander auslöschende
Flüsse im Kern 16. Die Wicklungen 18 a und 20 a induzieren im Kern
22 einander unterstützende positive Flüsse, im Kern 24 heben sich die von
ihnen erzeugten Flüsse jedoch auf. Die Flußänderung in negativer Richtung im Kern
14 verursacht auf den Wicklungen 32 und 34 eine positive Spannung. Die Flußänderung
in positiver Richtung im Kern 22 induziert in der Wicklung 32 eine negative Spannung
und in der Wicklung 34 eine positive Spannung. Die positiven Spannungen auf der
Wicklung 34 liefern zusammen den gewünschten Ausgangswert, während sich die Spannungen
in der Wicklung 32 auslöschen.
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Aus der bisherigen Beschreibung geht hervor, daß die meisten magnetischen
Elemente beim Auftreten eines Eingangsstromes nach der einen oder anderen Richtung
magnetisiert werden müssen und däß diese Elemente deshalb eine remanente Induktion
von Null oder nahe bei Null haben sollten. Die anderen magnetischen Elemente, nämlich
die in, der oberen Zeile, brauchen nur nach einer Richtung magnetisiert zu werden,
sie müssen jedoch rückstellbar sein. In der Praxis wird jeder Lesestrom von einem
Schreibstrom in einer komplementär, gewickelten Wicklung gefolgt und dieser Schreibstrom
stellt alle magnetischen Elemente zurück. Wenn der Schreibstrom nicht verfügbar
ist, können die Elemente durch eine Gleichstromvormagnetisierung (wie z. B. in Fig.
8 a gezeigt) rückgestellt werden oder wenn die Elemente eine Hysteresisschleife
nach F i g. 7 haben, können sie sich (ohne äußere Einwirkung) zum Remanenzpunkt
B zurückbegeben. Passende magnetische Elemente sind deshalb Magnetkerne mit schmaler
verhältnismäßig linearer Hysteresisschleife, wie sie für Transformatoren brauchbar
ist oder wie sie in Fig. 7 gezeigt ist, oder aber Kerne mit rechteckiger Schleife
mit Vormagnetisierung entsprechend der F i g. 8 a. Das magnetische Element der F
i g. 8 a besteht aus zwei Magnetkernen A und B; beide sind von einer
Eingangswicklung 41 und einer Ausgangswicklung 42 im selben Wickelsinn durchsetzt.
Die Vormagnetisierungswicklung 43 verbindet die beiden Kerne in entgegengesetztem
Sinne. Die Vormagnetisierunoswicklung
bringt z. B. den Kern A zur
negativen Sättigung (Punkt N der Hysteresisschleife) und den anderen Kern B zur
positiven Sättigung (Punkt P). Das Eingangssignal auf der beide Kerne durchsetzenden
Eingangswicklung verursacht im einen Kern keine Flußänderung und im anderen Kern
eine Flußänderung, die die Ausgangsspannung erzeugt. Am Ende des Eingangssignals
kehrt der umgeschaltete Kern zur seiner ursprünglichen Lage zurück unter der Wirkung
der Vorspannungswicklung oder auf Grund eines der Eingangswicklung 41 in entgegengesetztem
Sinne zugeführten Stromes.
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Der Schalter nach F i g. 1 ist von niedrigster Ordnung hinsichtlich
seiner Eingangs- und Ausgangswicklungen. Die Zahl der möglichen Ausgänge dieses
Schalters kann vergrößert werden durch Vergrößerung der Zahl der magnetischen Elemente
in jeder Zeile, durch Vergrößerung der Zahl der magnetischen Elemente in jeder Spalte
oder durch Kombination beider Maßnahmen, jeweils unter Anwendung der eingangs genannten
Erweiterungsregeln.
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Das Wicklungsschema des in der Einleitung genannten Patentes 1. 127
298 ist wirkungsvoller als das soeben beschriebene. Es geht aus von dem Grundschema
und wird unter Anwendung der folgenden Regeln erweitert-1 . Für jede Spalte des
gegebenen Wicklungsschemas werden zwei Spalten des Wicklungsschemas nächsthöherer
Ordnung dadurch gebildet, daß das bestehende Wicklungsschema in die ersten drei
Quadranten einer Matrix eingeschrieben wird und daß in den vierten Quadranten das
Komplement dieses Grundschemas eingetragen wird. Gegebenes Gegebenes Spaltenschema
Spaltenschema Gegebenes Komplement des Spaltenschema gegebenen Spaltenschemas 2.
Die erste Spalte des neuen Schemas entsteht durch Erweiterung der ersten Spalte
des bestehenden Wicklungsschemas nach beiden Richtungen, indem die gleichen Werte
beiderseits der bestehenden Werte hinzugeschrieben werden, bis die Zahl der Ziffern
in der ersten Spalte gleich ist der Zahl in den anderen Spalten, d. h.
Das Wicklungsschema der nächsthöheren Ordnung hat also eine Spalte mehr als die
doppelte Spaltenzahl des bestehenden Schemas.
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Zur Erläuterung soll das Wicklungsschema für einen Schalter mit drei
Kernen und vier Eingängen abgeleitet werden. Zuerst wird also das Grundschema dadurch
erweitert, daß das Spaltenschema des Grundmusters
in die ersten drei Quadranten einer Matrix und das Komplement in den vierten Quadranten
eingeschrieben wird und folgendes Bild entsteht:
Dann wird das Grundschema entsprechend der Regel 2 erweitert, indem beidseits die
gleichen Werte des Grundschemas nochmals danebengeschriehen werden. Es entsteht:
Nun wird die erste, durch Regel 2 gefundene Spalte mit den beiden weiteren Spalten,
die auf Grund der Regel 1 ermittelt wurden, kombiniert. Es entsteht folgendes Schema:
Aus F i g. 2 ist ersichtlich, daß hier die vier Eingangswicklungen
44, 46, 48
und
50 mit den drei magnetischen Elementen 52, 54 und 56 nach dem eben gezeigten
Schema verbunden sind. Dasselbe gilt für die vier Eingangswicklungen 58, 60, 62
und 64 bezüglich der Kerne
66, 68 und
70. Für die Ausgangswicklungen
72 und 74 über den Anschluß der Treiber gilt dasselbe, wie das im Zusammenhang mit
F i g. 1 Gesagte. Die Ausgangswicklungen 72 und 74 verbinden die magnetischen Elemente
52 und 66 entsprechend der Lehre des Hauptpatentes; dasselbe gilt für die Ausgangswicklungen
der beiden anderen Kernpaare. Die Ausgangswicklungen sind über die Leitung 40 gemeinsam
geerdet.
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Die Arbeitsweise dieses Stromkreises ist ähnlich der von F i g. 1
und soll an einem Beispiel behandelt werden: Es sei erwünscht, auf der Ausgangswicklung
76 ein negatives Signal zu bekommen. Das geschieht durch Zufuhr positiver Treibersignale
an die Eingangswicklungen 44, 48, 58 und 62. Der in den Elementen 52, 54 und 56
induzierte Fluß in positiver Richtung, herrührend von der Eingangswicklung
44,
würde in den Elementen 52 und 56 von dem induzierten Fluß in negativer
Richtung, herrührend von der Wicklung 48; im Element 54 würden sich die Flüsse in
positiver Richtung addieren. Der positive
Strom auf den Eingangswicklungen
58 und 62 verursacht entsprechende Flußänderungen in den magnetischen Elementen
66, 68 und 70. Das Ergebnis ist eine Flußänderung in positiver Richtung in den magnetischen
Elementen 54 und 68 und keine Flußänderung in den anderen Elementen. Die positive
Flußänderung im Element 54 induziert in den Ausgangswicklungen 76 und 78 eine negative
Spannung, wogegen die positive Flußänderung im Element 68 in der Ausgangswicklung
76 eine negative Spannung induziert und eine positive Spannung in der Ausgangswicklung
78. Das Ergebnis ist also eine negative Ausgangsspannung auf der Wicklung
76.
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Die in den IRE Transactions 0n Electronic Computers, Vol. EC-8, September
1959, S. 400 (R. T. Chien), beschriebene Art der Wicklungsaufbringung zur Lastaufteilung
ist noch wirkungsvoller als die beiden bisher beschriebenen. Eine Version dieser
Jetztgenannten Wicklungsanordnung, die mit Lemma 2 bezeichnet ist, soll kurz beschrieben
und auf die vorliegende Erfindung angewandt werden. Das Verfahren ist nur anwendbar,
wenn n, die Zahl der Eingänge, ein Vielfaches von 4 ist und wenn (n -1) eine Primzahl
p ist. Folgende Schritte sind dazu nötig: 1. Aufschreiben aller Zahlen von 0 bis
(p-1); Feststellen der zugehörigen Quadratzahlen; Verminderung dieser Quadratzahlen
in Vielfache von p, so daß die sich ergebenden Zahlen kleiner sind als p. Diese
Zahlen heißen quadratische Reste von p.
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2. Aufschreiben der Folge a", a1, a2, a., a4
... ap-1 in einer Spalte; Einsetzen einer 1 an allen Stellen, wo a. steht
oder wo der Index ein quadratischer Rest ist und Einsetzen einer 0, wo der Index
kein quadratischer Rest ist.
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3. Zyklisches Verschieben der Zahlenfolge, die in Schritt 2 erhalten
wurde zur Bildung eine Matrix von folgender Gestalt:
| a. a.-1 a. _ 2 ... a1. |
| a1 a. ap -:t . . . a2 |
| a2 a1 _ ao ... a9 |
| a3 a2 a1 ... a4 |
| a.-2 ap_3 a._4 ... ap_1 |
| a.-1 ap_2 a._3 ... a. |
4. Füge eine Zeile mit Nullen an das Ende der so durch Schritt 3 erhaltenen Matrix
zur Bildung der endgültigen Matrix.
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Als Beispiel soll die Bildung einer Matrix mit vier Eingängen besprochen
werden. Die Primzahl p ist hier 3. Der erste Schritt wäre also, alle quadratischen
Reste der Zahlen von 0 bis (p -1) zu finden:
| Zahlen I Quadratische Reste |
| 1 1 |
| 2 1 (2-2=4 und 4-3=1) |
Der nächste Schritt ist das Anschreiben einer Spalte gemäß 2:
Nach Vornahme der beschriebenen Substitutionen ergibt sich:
Die gefundene Zahlenfolge wird dann zyklisch verschoben; es ergibt sich
Schließlich wird eine Zeile von Nullen unten hin-; zugefügt, und das Schema für
eine Matrix mit vier Eingängen ist fertig:
Als weiteres Beispiel soll die Bildung eines Schalters mit acht Eingängen nach diesem
Verfahren beschrieben werden. Die Primzahl p ist hier 7. Die quadratischen Reste
errechnen sich folgendermaßen:
| Zahlen Quadratische Reste |
| 1 1 |
| 2 4 |
| 3 2 (3-3= 9; 9-7=2) |
| 4 2 (4-4=16; 16-14=2) |
| 5 4 (5 - 5 = 25; 25-21 = 4) |
| 6 1 (6 - 6 = 36; 36-35 = 1) |
Nachdem die Folge der ersten Spalte errechnet, zyklisch verschoben und nachdem eine
Zeile von Nullen hinzugefügt ist, ergibt sich das folgende Schema:
| 1 0 0 1 0 1 1 |
| 1 1 0 0 1 0 1 |
| 1 1 1 0 0 1 0 |
| 0 1 1 1 0 0 1 |
| 1 0 1 1 1 0 0 |
| 0 1 0 1 1 1 0 |
| 0 0 1 0 1 1 1 |
| 0 0 0 0 0 0 0 |
An Hand der F i g. 3 soll nun das oben gefundene Schema für vier Eingänge besprochen
werden. Die Eingangswicklungen 90, 92, 94 und 96 verbinden die magnetischen Elemente
98, 100 und 102 und die Eingangswicklungen 104, 106, 108 und 110 verbinden die magnetischen
Elemente 112, 114 und 116 in gleicher Weise. Es sind Eingangstreiber 26 und eine
gemeinsame Ausgangsleitung 28 vorhanden, welche zu einer Klemme 30 negativen Potentials
führt. Die sechs Ausgangswicklungen 118 bis 128 sind genau wie in F i g. 2 verbunden.
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Es ist hier zu bemerken, daß die Schalter der F i g. 2 und 3 grundsätzlich
gleich sind; sie unterscheiden sich nur in der Art, mit der das Wicklungsmuster
abgeleitet wurde. Im Betrieb besteht der Unterschied nur darin, daß andere Eingangswicklungen
erregt
werden müssen, um entsprechende Ausgangswicklungen anzusprechen. Um z. B. auf der
Ausgangswicklung 122 eine negative Spannung zu erzielen, müssen die Eingangswicklungen
92, 94, 106
und 10,9 erregt werden.
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Alle Matrixschalter nach der Erfindung ergeben zwar eine beträchtliche
Verminderung der Wicklungszahlen pro Kern für eine gegebene Zahl von Ausgängen,
jedoch ergibt sich die größte Verminderung dann, wenn die Eingangswicklungen nach
dem in den IRE-Transactions angegebenen Verfahren aufgebracht werden. Die folgende
ins einzelne gehende Beschreibung eines Verfahrens zur Vermehrung der Zahl der Ausgänge
bei den erfindungsgemäßen Schaltern benutzt deshalb dieses Wicklungsmuster für die
Eingangswicklungen.
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F i g. 4 zeigt ein Verfahren zur Vergrößerung der Zahl von Ausgängen
bei einem Matrixschalter nach der Erfindung. Die Vergrößerung erfolgt durch Benutzung
eines Wicklungsmusters höherer Ordnung als bei F i g. 3. In Fig. 4 wird das Wicklungsmuster,
das zuletzt abgeleitet wurde (für acht Eingänge bei sieben magnetischen Elementen),
angewendet. Um ein Ausgangssignal auf einer Ausgangswicklung der F i g. 4 zu erhalten,
müssen acht Eingangswicklungen, vier bei jedem Satz, erregt werden. Entsprechend
könnte die Zahl der Ausgänge noch weiter vermehrt werden, wenn ein Wicklungsmuster
noch höherer Ordnung derselben Art zur Anwendung käme. Mit z. B. zwei Reihen magnetischer
Elemente und zwölf Eingängen ließen sich zweiundzwanzig Ausgänge schaffen.
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F i g. 5 zeigt eine zweite Methode zur Vergrößerung der Zahl der Ausgänge
bei einem magnetischen Schalter nach der Erfindung. Hier wird das Wicklungsmuster
derselben Ordnung benutzt, wie es in F i g. 3 gezeigt ist, aber für die Anordnung
der Ausgangswicklungen ist ein Wicklungsmuster höherer Ordnung vom Typ des beim
deutschen Patent 1 098 540 angewandten vorgesehen. Die Zeilenzahl der magnetischen
Elemente ist infolgedessen vergrößert. Wenn die Ausgangswicklungen nach dem Wicklungsmuster
des genannten Patentes aufgebracht werden, muß die Zeilenzahl der magnetischen Elemente
einer Potenz von zwei gleich sein. Wenn man diesen Gedanken noch einen Schritt weiter
verfolgt, so ergibt sich, daß die Zahl der Ausgänge auf vierundzwanzig erhöht werden
kann, wenn man acht Zeilen magnetischer Elemente verwendet, deren Eingangswicklungen
entsprechend den Eingangswicklungen der F i g. 3 aufgebracht sind.
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Ein drittes Verfahren zur Vergrößerung der Ausgangszahl bei einem
Schalter der erfindungsgemäßen Art könnte darin bestehen, den Schalter nach beiden
Richtungen durch Kombination der beiden oben beschriebenen Verfahren zu erweitern.
Während beim ersten der beiden Verfahren das Ergebnis eine weitere Lastaufteilung
bei den Eingangswicklungen zur Folge hat, findet bei dem zweiten Verfahren eine
weitere Lastaufteilung bei den Ausgangswicklungen statt. Da es grundsätzlich erwünscht
ist, gleiche Lastaufteilung sowohl beim Eingang als auch beim Ausgang zu haben,
ist das dritte Verfahren grundsätzlich anzuwenden, wenn eine große Zahl von Ausgängen
nötig ist.
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Bei allen bisher beschriebenen Ausführungsformen waren die Eingangswicklungen
in Gruppen angeordnet, bei denen alle Wicklungen einer Gruppe alle Elemente der
betreffenden Zeile von Elementen durchsetzten. Die Eingangswicklungen brauchen jedoch
nicht in dieser Weise angeordnet zu sein. Wenn z. B. der Schalter in einem Rechengerät
mit einem eigenen Code angewandt wird, dann wird es erwünscht sein, den erfindungsgemäßen
Schalter an diesen Maschinencode anzupassen. Das Wicklungsmuster eines solchen Schalters
ist in Diagrammform nachstehend gezeigt:
| Element Wicklung |
| 1 2 3 j 4 5 6 7 8 9 10 |
| 2 - - - |
| + 1,I + |
| I |
| 3 - + + + - |
| 4 + - + - - |
| I |
| 5 + + |
| 6 + - + |
| - + - -- l - |
| 8 + j + - + j - |
| 9 + - + + |
| + |
| 10 - + + - + |
| 11 - - + - + |
| 1.2 + + - j - 4 + |
| 13 - + - + + |
| 14 + - - - |
| 15 + -!- + j |
| 16 - - _ , _ |
Die magnetischen Elemente zu dieser Tabelle sind gemäß F i g. 9 angeordnet. Zehn
Ausgangswicklungen verknüpfen die Elemente dieser Ausführungsform nach dem Schema
des vorhergenannten deutschen Patentes. Um die Übersichtlichkeit nicht zu erschweren,
werden in F i g. 9 nur die Ausgangswicklungen
und typische Beispiele
von Eingangswicklungen gezeigt.
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Allen bisher gezeigten Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, daß das
Wicklungsmuster der Ausgangswicklungen dem genannten deutschen Patent entsprach.
Der Grund liegt in dem Wunsch nach störungsarmen Betrieb, für den die resultierende
induzierte Ausgangsspannung auf allen Wicklungen außer einer immer Null sein soll.
Dies wird dann möglich, wenn jede Ausgangswicklung eine gerade Zahl von Kernen verknüpft.
(Es gibt natürlich die Möglichkeit, einen Code zu entwerfen, bei dem eine Ausgangsdie
eine resultierende Erregung Null erhalten.) Das Schema nach dem genannten deutschen
Patent ist das einzige bisher in Betracht gezogene, bei dem jede eigenen Code angewand
wird, dann wird es erwüscht wicklung jeweils eine ungerade Kernzahl verknüpft, Die
grafische Darstellung der F i g. 6 zeigt die bemerkenswerte Verminderung der Wicklungszahl
pro Kern bei einer gegebenen Zahl von Ausgängen, die mit Schaltern gemäß der Erfindung
erreichbar ist. Der Linienzug mit der Bezeichnung »Erfindung« ist für Schalter berechnet,
die nach dem Erfindungsgedanken entworfen und mit einem Eingangswicklungsmuster
entsprechend der Veröffentlichung im IRE versehen sind. Die übrigen Linienzüge gelten
für die bisher bekannten oder vorgeschlagenen Magnetkernschalter.
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Die Erfindung wurde mit Bezugnahme auf bestimmte Eingangs- und Ausgangswicklungsmuster
beschrieben; auch andere geeignete Muster könnten angewandt werden. Die einzige
Beschränkung für das Eingangswicklungsmuster besteht darin, daß für jede Kombination
von Eingangserregungen nur die magnetischen Elemente derjenigen Gruppe von Elementen
eine resultierende Flußänderung erfahren dürfen, die mit der anzusprechenden Ausgangsleitung
verknüpft ist und daß alle anderen Elemente die resultierende Flußänderung Null
erfahren. Sollte es aus irgendwelchen Gründen erlaubt oder erwünscht sein, Ausgangssignale
auf zwei oder mehr Wicklungen zu erhalten, so müßte die genannte Forderung entsprechend
modifiziert werden. Die einzige Beschränkung für das Ausgangswicklungsmuster besteht
darin, daß es die Entstehung einer resultierenden Ausgangsspannung auf nur einer
der Ausgangswicklungen gestattet, wobei diese Ausgangsspannung von den resultierenden
Flußänderungen magnetischer Elemente herrührt. Auch hier gilt das soeben Gesagte:
Wenn es erwünscht oder erlaubt ist, auf mehr als einer Ausgangswicklung ein Signal
zu erhalten, so muß die Orderung entsprechend variiert werden.