DE1168961B - Selbsthalteeigenschaften besitzende Magnetkernschaltung nach dem Transfluxorprinzip - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: H 03 k

Deutsche Kl.: 21 al - 36/18

Nummer: 1 168 961

Aktenzeichen: A 41358 VIII a / 21 al

Anmeldetag: 10. Oktober 1962

Auslegetag: 30. April 1964

Die Erfindung betrifft eine Selbsthalteeigenschaften besitzende Magnetkernschaltung, welche nach dem Transfluxorprinzip arbeitet und dem Zweck dient, eine Durchschaltung niederfrequenter Signale zu steuern.

Zur Durchschaltung von niederfrequenten Signalen ist es in der Fernsprechvermittlungstechnik bekannt, vormagnetisierbare Kerne zu verwenden, die als Drosseln oder Übertrager in die Fernsprechleitung eingeschaltet werden, wobei durch Zuführung von Gleichstromvormagnetisierungsmitteln Remanenzzustände der Kernpermeabilität in der Weise ausgenutzt werden, daß der Übertragungsweg im einen Remanenzzustand des Kernes freigegeben, im anderen Remanenzzustand dagegen gesperrt wird.

Die Erfindung verwendet für solche Zwecke eine nach dem Transfluorprinzip arbeitende Magnetkernschaltung. Transfluxorschaltungen sehen vor, daß die Ausgangsöffnung eines Magnetkernes, welcher mindestens eine verhältnismäßig große Hauptöffnung und zusätzlich die genannte kleinere Ausgangsöffnung aufweist, von einer einen Wechselstrom führenden Wicklung und mindestens einer Ausgangswicklung durchsetzt wird. Ferner sind an dem Kern Vormagnetisierungswicklungen vorgesehen, welche den Zustand der permanentmagnetischen Remanenz um die Ausgangswicklung so zu steuern gestatten, daß der magnetische Kraftfluß entweder die Ausgangsöffnung beiderseits im gleichen Sinne durchflutet oder aber um die Ausgangsöffnung herum geschlossen ist. Im erstgenannten Fall kann die Induktion eines Wechselstromes in der Ausgangswicklung durch den die Ausgangsöffnung durchsetzenden Wechselstrom nicht erfolgen, weswegen dieser Zustand auch Löschungszustand genannt wird; im anderen Zustand, dem Erregungszustand jedoch, kann, weil die die Ausgangsöffnung umschließenden Kraftlinien durch den Wechselstrom umpolarisiert werden können, ein Ausgangsstrom in der Ausgangswicklung induziert werden. Eine Informationsübertragung in einer solchen Transfluxorschaltung kann dadurch erfolgen, daß, entsprechend der zu übertragenden Information, die Vormagnetisierung des Kernes gesteuert wird und dementsprechend in der Ausgangswicklung Wechselströme auftreten oder nicht.

Eine Selbsthalteeigenschaften besitzende Magnetkernschaltung nach dem Transfluxorprinzip zur Übertragung niederfrequenter Signale, bei der ein eine Mehrzahl Öffnungen aufweisender Magnetkern zwei unterschiedliche Zustände der magnetischen Remanenz unter dem Einfluß einer Steuerwicklung annehmen kann und eine große Hauptöffnung und min-

Selbsthalteeigenschaften besitzende
Magnetkernschaltung nach dem
Transfluxorprinzip

Anmelder:

AMP Incorporated, Harrisburg, Pa. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. phil. G. B. Hagen, Patentanwalt,

München-Solln, Franz-Hals-Str. 21

Als Erfinder benannt:

Hewitt David Crane, Palo Alto, Calif.,

William Kirk English,

James Atwood Baer, Menlo Park, Calif.

(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. ν. Amerika vom 12..Oktober 1961

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destens eine kleine weitere Ausgangsöffnung aufweist, kennzeichnet sich gemäß der Erfindung dadurch, daß durch die kleine öffnung die Eingangs- bzw. Ausgangswicklung der beiden miteinander zu koppelnden Niederfrequenzkreise und eine von einem hochfrequenten Wechselstrom durchflossene weitere Wicklung und gegebenenfalls eine weitere von einem vorerregenden Gleichstrom durchflossene Wicklung geführt sind und die Übertragung der Niederfrequenzsignale von dem einen der beiden miteinander zu koppelnden Kreise auf den anderen auf deni Wege der Modulation und nachfolgenden Demodulation der in der die kleine Öffnung durchsetzenden Wicklung erzeugten hochfrequenten Ströme erfolgt.

Bei einer erfindungsgemäßen Schaltung wird die Ausgangsöffnung des Transfluxorkernes also von mindestens drei Wicklungen durchsetzt, von denen zwei Wicklungen die Eingangswicklung bzw. Ausgangswicklung der beiden miteinander zu koppelnden

Stromkreise bilden, während die· dritte Wicklung von einem hochfrequenten Wechselstrom durchflossen wird und von den zu übertragenden Eingangssignalen entsprechend moduliert wird. Die so modulierten Trägerschwingungen werden dann in dem an die Ausgangswicklung angeschlossenen Empfängerkreis demoduliert und zur Anzeige ausgenutzt. Eine solche Übertragung modulierter Trägerschwingungen an den

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Empfangskreis findet jedoch nur statt, wenn sich der Transfluxorkern im Erregungszustand befindet; befindet sich der Kern jedoch im Löschungszustand, so findet durch den Kern eine derartige Signalübertragung nicht statt. Die Durchschaltungssteuerung des Kernes kann daher durch Steuerung des Remanenzzustandes des Transfluxorkernes erfolgen.

Da die größte Dimension eines eine Mehrzahl öffnung aufweisenden magnetischen Kernes unter 1 cm liegt, so eignet sich eine erfindungsgemäße Relaisanordnung insbesondere zur Verwendung in derartigen Schaltungsanordnungen, bei denen eine große Anzahl Schaltvorrichtungen vorgesehen sein soll, jedoch möglichste Raumökonomie herrschen soll. Da ferner die Umschaltungen allein durch die Änderung des magnetischen Zustandes der Kerne erfolgt, finden bei der Erfindung keine beweglichen Teile Anwendung.

Ausführungsformen der Erfindung sollen im nachstehenden im Zusammenhang mit den Figuren erörtert werden. Von den Figuren zeigt

F i g. 1 eine Schaltungsanordnung einer erfindungsgemäßen Schaltung,

Fig. 2 eine graphische Darstellung, welche die Wirkungsweise der Erfindung erläutert,

F i g. 3 eine Schaltung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Die in F i g. 1 dargestellte Schaltungsanordnung umfaßt einen Ringkern 1 aus magnetischem Material, der eine Mehrzahl öffnungen aufweist und aus Ferrit bestehen kann und zweckmäßigerweise eine im wesentlichen rechteckige Hysteresisschleife hat. Der Kern 1 hat eine Hauptöffnung 2 und kleinere öffnungen 3 und 4. Eine Löschwicklung 5 durchsetzt die öffnung 2, und eine Erregerwicklung 6 ist durch die Öffnung 3 geführt; eine Wicklung 7, welche den Zwecken der Vormagnetisierung dient, und eine für die Trägerfrequenz vorgesehene Wicklung 8 und zwei das Ausgangssignal führende Wicklungen 9 und 10 durchsetzen die Öffnung 4.

Der Kern 1 ist so bemessen, daß die Querschnittsflächen des Außenschenkels der öffnung 3 (Kernmaterial zwischen der öffnung 3 und dem Außenrand des Kernes 1) und des Innenschenkels der öffnung 3 (Kernmaterial zwischen der öffnung 3 und dem Innenrand des Kernes an der öffnung 2) im wesentlichen gleich sind und zusammen gleich der Querschnittsfläche des Kernes 1 an den Stellen ist, wo der Kern von reiner Ringform, d. h. nicht durch öffnungen unterteilt, ausgebildet ist. Die inneren und äußeren Schenkel der öffnung 4 sind ebenfalls in bezug auf ihren Querschnitt gleich, wobei jedoch die öffnung 4 etwas größer ist als die öffnung 3, so daß die Summe der Querschnitte des inneren Schenkels und des äußeren Schenkels an der Öffnung 4 geringer ist als der Querschnitt des Kernes an den nicht unterteilten Querschnittsstellen.

An die Wicklung 9 ist eine Teilnehmertelefonstelle angeordnet, die aus einem Telefonhörer 11 besteht, der über einen Halbwellendetektor 12 und einen Widerstand 13 angeschlossen ist, wobei ein Parallelkondensator 14 vorgesehen ist. Die Teilnehmerstelle weist ferner ein Mikrophon 15 auf, welches parallel zu dem Hörer 11 über eine Drosselspule 16 und einen Niederfrequenzblockkondensator 17 angeschlossen ist. Eine ähnliche Teilnehmerstelle ist an die Wicklung 10 angeschlossen, wobei die Bezugszeichen an dieser Teilnehmerstelle Bezugsstriche aufweisen, jedoch im übrigen den entsprechenden Schaltungselementen der erstgenannten Teilnehmerstelle entsprechen. Die Wicklung 5 durchsetzt die Öffnung 2 mit einem solchen Richtungssinn, daß, wenn eine Erregung der Wicklung 5 in der in F i g. 1 wiedergegebenen Weise stattfindet, eine magnetomotorische Kraft auf den Kern ausgeübt wird, die eine Polarisation im Uhrzeigersinn des magnetischen Flusses um die öffnung 2 bewirkt. Dadurch wird der Kern in den Löschungszustand gebracht. Die Wicklung 6 durchsetzt die öffnung 3 in einem solchen Sinn, daß, wenn die Wicklung 6 in der in F i g. 1 gekennzeichneten Richtung erregt wird, in dem Kernmaterial um die öffnung 2 herum ein remanenter Magnetfluß erzeugt wird, der teilweise im Uhrzeigersinn und teilweise im Gegen-Uhrzeigersinn gerichtet ist, so daß der remanente Magnetfluß am Innenschenkel der öffnung 4 im Gegenuhrzeigersinn in bezug auf die öffnung 2 gerichtet ist und im Außenschenkel der öffnung 4 im Uhrzeigersinn in bezug auf die öffnung 2 gerichtet ist. Es wird

ao daher die öffnung 4 von einem Magnetfluß umgeben, der in bezug auf die öffnung 4 im Uhrzeigersinn magnetisiert ist. Dies bildet den Erregungszustand des Kernes.

Ein hochfrequenter Strom konstanter Amplitude wird der Wicklung 8 zugeführt, und der Wicklung 7 wird ein konstanter Gleichstrom zugeführt, der eine Vormagnetisierung bildet; die Amplituden dieser Ströme sind derart, daß ungefähr der halbe remanente Magnetfluß um die öffnung 4 herum in jedem Zyklus der hochfrequenten Schwingung umgeschaltet wird, vorausgesetzt, daß der Kern sich in seinem Erregungszustand befindet.

Der obere Teil der F i g. 2 zeigt die Hysteresisschleife des Kernmaterials an der öffnung 4. Die Erregung der Wicklungen 7 und 8 bewirkt, wenn der Kern sich in seinem Erregungszustand befindet, daß in jedem Zyklus der hochfrequenten Schwingung die Schleife von dem Punkt A in negativer Richtung zum Punkt D durchlaufen wird, d. h. zur negativen Sättigung Γ und dann zurück in positiver Richtung. Wenn beispielsweise das Mikrophon 15 jetzt ein Niederfrequenzsignal der Wicklung 9 zuführt, so überlagert sich die magnetomotorische Kraft, die durch dieses Signal geliefert wird, zu der magnetomotorischen Kraft, welche durch Erregung der Wicklungen 7 und 8 erzeugt wird, so daß, wie in dem unteren Teil der F i g. 2 dargestellt ist, eine Modulation stattfindet. Der hochfrequente Strom, der der Wicklung 8 zugeführt wird, wirkt somit als Träger für das Nieder-

frequenzsignal, so daß die Amplitude I der modulierten Trägerschwingung proportional dem Niederfrequenzstrom ist, welcher der Wicklung 9 zugeführt wird und der Magnetfluß, der um die öffnung 4 herum umgeschaltet wird, ändert sich linear mit der Ampli-

tude des Niederfrequenzsignals, solange die Amplitude der modulierten Trägerschwingung zwischen den Punkten C und D der Schleife liegt. Die Trägerfrequenz muß mehrmals größer sein als die höchste Niederfrequenz, die zu übertragen ist.

Der Magnetfluß um die Öffnung 4 ändert sich wie eben beschrieben mit einer modulierten Hochfrequenz und induziert eine entsprechende Spannung in der Wicklung 10, welche von dem Gleichrichter 12' gleichgerichtet und an dem Kondensator 14' des

Empfängers 11' zur Wirkung gelangt, so daß ein Niederfrequenzsignal, welches dem Niederfrequenzsignal des Mikrophons 15 entspricht, ohne Verzerrung entsteht.

Niederfrequenzsignale des Mikrophons 15' können in ähnlicher Weise durch den Empfänger 11 aufgenommen werden.

Wenn indessen der Kern sich in seinem ausgeschalteten Zustand befindet, so wird der Magnetfluß im einen Schenkel der Öffnung 4 in bezug auf die Öffnung 4 im entgegengesetzten Sinne polarisiert wie im anderen Schenkel, so daß die magnetomotorische Kraft, die bei Erregung der Wicklungen 7 und 8 entsteht, eine Umschaltung des Magnetflusses um die Öffnung 4 herum nicht bewirken kann; es ergibt sich daher keine Kopplung zwischen den Wicklungen 9 und 10, und die beiden Teilnehmerstationen sind voneinander entkoppelt. Die Remanenz des Kernmaterials ist derartig, daß der Kern momentan durch einen Impuls, welcher der Wicklung 5 oder der Wicklung 6 zugeführt wird, umgesteuert werden kann und dann im erregten oder im gelöschten Zustand eine unbegrenzte Zeit bleibt. Der Kern verbleibt daher in dem Zustand, in welchen er durch die eine der beiden Spulen 5 und 6 gebracht wurde, bis die andere der Spulen 5 oder 6 erregt wird. Es hat daher die Anordnung den Charakter einer Relaisschaltung mit Haltewicklung.

Da die Summe der Querschnittsflächen des inneren Schenkels und des äußeren Schenkels der Öffnung 4 etwas geringer ist als die Querschnittsfläche der nicht unterteilten Abschnitte des Kernes, werden diese beiden Schenkel vollständig gesättigt, wenn der Kern sich in seinem gelöschten Zustand befindet, so daß ein Unterschied in der Größenordnung von 10 000:1 zwischen dem Erregungszustand und dem Löschungszustand vorliegt. Wenn jedoch die Summe der Querschnittsflächen der beiden Schenkel ungefähr gleich oder größer als der der nicht unterteilten Abschnitte des Kernes ist, so wird dieses Verhältnis entsprechend verringert.

Eine Drosselspule ist zweckmäßigerweise im Stromkreis der Wicklung 7 vorgesehen, damit die erregende Stromquelle gegenüber den Hochfrequenzströmen, welche in der Wicklung 7 induziert werden, entkoppelt ist.

Der Kernl kann einen Außendurchmesser von 1 cm haben und aus Ferritmaterial bestehen; der Gleichstrom, der für die vormagnetisierte magnetomotorische Kraft erforderlich ist, beträgt ungefähr 80-mA-Windungen und die trägerfrequente magnetomotorische Kraft ungefähr 500-mA-Windungen bei einer Frequenz von ungefähr 100 KHz.

Obwohl die Hochfrequenz wesentlich höher sein kann und einige MHz betragen kann, so wird dann doch der an der Öffnung 4 umgeschaltete Magnetfluß geringer sein, als wenn niedrigere Frequenzen verwendet werden, da die Stärke des in jeder Halbschwingung der hochfrequenten Trägerwelle umgeschalteten Magnetflusses bestimmt ist und durch die Dauer der halben Schwingung. Bei höheren Frequenzen wird daher weniger als der halbe Magnetfluß in jeder Halbperiode umgeschaltet. Die Wicklungen 9 und 10 können nur eine Windung umfassen und galvanisch zusammenfallen, da die Empfangskreise an der Teilnehmerstation nur auf radiofrequente Signale ansprechen.

Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 3 hat der Kern 101 aus ähnlichem Material wie der in Fig. 1 erörterte Kern mehrere Öffnungen und ist so ausgebildet, daß er in ähnlicher Weise einen Erregungszustand und einen Löschungszustand annehmen kann; der Kern hat eine mittlere Hauptöffhung 102 und kleinere Öffnungen 103 bis 105, wobei die Wicklung 103 von der Erregungswicklung 106 durchsetzt wird; die Wicklung 105 wird von der Löschwicklung 107 durchsetzt, durch welche der Kern in den Löschungszustand gebracht wird. Die beiden Öffnungen 104 und 105 sind hinsichtlich ihrer Dimensionen in bezug auf den Kern 101 ähnlich wie die Öffnung 104 es in bezug auf den Kern 2 war, wobei die Öffnung 103 in bezug auf den Kern 101 ähnlich dimensioniert ist, wie die Öffnung 3 es in bezug auf den Kern 1 war.

Eine Wicklung 108, welche den hochfrequenten Trägerstrom und den Gleichstrom zur Vormagnetisierung führt, erstreckt sich im gleichen Sinn durch die Öffnungen 104 und 105; eine Wicklung für ein erstes Niederfrequenzsignal 109 und eine Wicklung für ein zweites Niederfrequenzsignal 110 erstrecken sich durch die Öffnungen 104 und 105 in entgegengesetzter Richtung wie die Wicklung 108, jedoch im gleichen Sinn in Bezug aufeinander. Die Wicklungen 109 und 110 sind mit den Teilnehmerstellen 111 und 112 in ähnlicher Weise verbunden, wie es hinsichtlich F i g. 1 erörtert wurde, sind jedoch derart ausgebildet, daß sie eine Gleichstromvormagnetisierung an die entsprechenden Wicklungen 109 und 110 liefern.

Ein hochfrequenter Trägerstrom und ein eine Vormagnetisierung bewirkender Gleichstrom werden der Wicklung 108 zugeführt, wobei die Vormagnetisierung der Vormagnetisierung entspricht, die in F i g. 1 durch die Wicklung 7 erzielt wurde; ein eine Vormagnetisierung bewirkender Gleichstrom wird ferner den beiden Wicklungen 109 und 110 zugeführt. Wenn sich der Kern 101 in seinem Erregungszustand befindet, so sind die beiden Teilnehmerstellen 111 und 112 miteinander in Verbindung, es wird jedoch kein Signal an der Empfangsstelle erzeugt, wenn keine Vormagnetisierung zur Wirksamkeit gebracht wird.

Da der Strom der hochfrequenten Trägerschwingung in der Wicklung 108 im wesentlichen unabhängig von der Modulation ist, so bildet die Wicklung 108 eine konstante Belastung und kann von einer Stromquelle niedriger Impedanz erregt werden. Auch in diesem Fall kann die Wicklung 108 dazu dienen, eine Trägerfrequenz an mehr als einen Kern zuzuführen.

Es können mehr als zwei Kerne nach Wahl miteinander verbunden und voneinander getrennt werden unter Anwendung eines Kernes, und es können verschiedene Kerne so zu einer Schaltung zusammengeschaltet werden, daß die eine Teilnehmerstelle mit irgendeiner anderen Teilnehmerstelle einer größeren Anzahl solcher Stellen verbunden werden kann.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Selbsthalteeigenschaften besitzende Magnetkernschaltung nach dem Transfluxorprinzip zur Übertragung niederfrequenter Signale, bei der ein eine Mehrzahl Öffnungen aufweisender Magnetkern zwei unterschiedliche Zustände der magnetischen Remanenz unter dem Einfluß einer Steuerwicklung annehmen kann, wobei der Magnetkern eine große Hauptöffnung und mindestens eine kleine weitere Öffnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß durch die kleine Öffnung die Eingangs- bzw. Ausgangswicklung (9,10) der beiden miteinander zu koppelnden Niederfre-

quenzkreise und eine von einem hochfrequenten Wechselstrom durchflossene weitere Wicklung (8) und gegebenenfalls eine weitere von einem vorerregenden Gleichstrom durchflossene Wicklung (7) geführt sind und die Übertragung der Niederfrequenzsignale von dem einen der beiden miteinander zu koppelnden Kreise auf den anderen auf dem Wege der Modulation und nachfolgenden Demodulation der in der die kleine Öffnung durchsetzenden Wicklung (8) erzeugten hochfrequenten Ströme erfolgt.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Übertragung der Signale dienende kleine Ausgangsöffnung (4) des Kernes von getrennten Wicklungen (7, 8) durchsetzt ist, welche den trägerfrequenten Strom bzw. einen vormagnetisierenden Gleichstrom führen.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerne (I, 101) getrennte Wicklungen (6, 5; 106, 107) aufweisen, durch die ao ein solcher Kern in den eine Signalübertragung zulassenden Erregungszustand bzw. in den eine solche Übertragung verhindernden Löschungszustand gebracht wird.

4. Schaltung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (101) eine Mehrzahl den Zwecken der Übertragung der Signale dienende kleine Ausgangsöffnungen (104, 105) aufweist und die die Eingangssignale bzw. die Ausgangssignale führenden Wicklungen (109, 110) einen Teil der Ausgangsöffnungen (104) gleichsinnig und den anderen Teil (105) gegensinnig zu der den trägerfrequenten Strom und vorzugsweise auch den vormagnetisierenden Gleichstrom führenden Wicklung (108) durchsetzen.

5. Schaltung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernmaterial an der der Übertragung der Signale dienenden kleinen Ausgangsöffnung (4; 104, 105) so ausgebildet ist, daß eine vollständige Sättigung des Magnetflusses erfolgt, wenn der Kern (1,101) sich in dem Löschungszustand befindet.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1078 614,1079 109, 098 036;
USA.-Patentschrift Nr. 2 886 790.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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