DE1302288B

DE1302288B -

Info

Publication number: DE1302288B
Application number: DES67763A
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1960-03-28
Filing date: 1960-03-28
Publication date: 1971-09-02
Also published as: NL262899A; FR1282804A; GB952663A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Bauelements mit zwei oder mehr Löchern (eines Transfluxors), welches ohne Informationsverlust abgefragt werden kann, eine große Güte und hohe Ausgangssignale aufweist und ζ. Β. zur Bewältigung logischer Aufgaben verwendet wird.

Bekannt sind bereits Ferrittransfluxoren aus Materialien mit einer spontanen Rechteckcharakteristik der Hystereseschleife, vorzugsweise aus Magnesium-Mangan-Ferriten. Derartige Hystereseschleifen sind aber nicht sehr »ideal« rechteckig, sondern weichen mehr oder weniger stark von einer idealen Rechteckform ab. Die Remanenzpermeabilität solcher Stoffe ist verhältnismäßig groß, so daß auch die Güte derartiger Transfluxoren nicht besonders groß ist. Als Güte wird das Verhältnis der Ausgangsspannungen in geöffnetem zu den im gesperrten Zustand des Transfluxors definiert. Außerdem hat sich bei den bekannten Transfluxoren gezeigt, daß nicht alle Werte gut reproduzierbar sind. Es wurden Gebiete solcher Transfluxoren aus Mg-Mn-Ferrit beobachtet, in denen die Werte von Messung zu Messung stark streuen.

Daneben beschreibt die französische Patentschrift 1 198 497 einen Transfluxor, dessen Steuerkreis aus einem Ferritmaterial mit einer im wesentlichen spontanen Rechteckcharakteristik und dessen Übertragungskreis aus einem Ferritmaterial anderer Zusammensetzung mit einer annähernd linearen Charakteristik der magnetischen Hystereseschleife besteht. Die lineare Charakteristik der Hystereseschleife im Übertragungskreis begünstigt die Übertragung von kleinen Signalen, die sich insbesondere für logische Aufgaben ungünstig auswirkt, da hier gerade die kleinen Signale, nämlich die Störsignale, unterdrückt werden sollen. Die Güte eines derartigen Transfluxors ist extrem klein gehalten, das im letzten Abschnitt Gesagte gilt demgemäß hier in verstärktem Maße.

Bekannt sind weiterhin magnetisch anisotrope Elemente, die durch eine Magnetfeldbehandlung aus Perminvarferriten hergestellt werden. Gegen die Anwendung solcher Magnetkörper für Transfluxoren bestehen jedoch in der Fachwelt Bedenken. Man verlangt, daß bei den Transfluxoren entsprechend ihrer Wirkungsweise jede Richtung Rechteckcharakter aufweisen sollte, während die Form der Hystereseschleife eines im Magnetfeld geglühten Perminvarferrits richtungsabhängig ist.

Um entgegen den Bedenken der Fachwelt die Vorteile magnetfeldgetemperter Perminvarferrite für Transfluxoren nutzen zu können, wurde das erfindungsgemäße Verfahren entwickelt.

Zur Herstellung eines Transfluxors aus Ferrit mit einer im wesentlichen nur im Bereich des Steuerkreises weitgehend rechteckförmigen Hystereseschleife wird nach der Erfindung ein mit Durchbrechungen versehener Kern aus Perminvarferrit in einem in der Richtung des späteren Steuerfeldes angelegten Magnetfeld getempert und im Magnetfeld langsam von Tempertemperatur auf Zimmertemperatur abgekühlt.

Um eine symmetrische Hystereseschleife zu erhalten, wird in weiterer Ausbildung des Verfahrens beim Tempern ein Magnetfeld angelegt, welches die Öffnungsfeldstärke des Perminvarferrites überschreitet. Die langsame Abkühlung von Tempertemperatur auf Zimmertemperatur erfolgt vorteilhaft in einem Zeitraum von mehr als 1 Stunde, vorzugsweise 1 bis 15 Stunden.

Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter Transfluxor zeigt neben den bekannten Vorteilen von im Feld getemperten Perminvarferriten, z. B. geringe Temperaturabhängigkeit der Koerzitivfeldstärke und der Ausgangssignale in einem bestimmten Temperaturbereich, auch insofern vorteilhaftere Eigenschaften, als seine magnetischen Werte sehr gut ίο reproduzierbar sind, und vor allem die Güte durch eine außerordentlich gute Annäherung der Hystereseschleife des Materials an die ideale Rechteckform sehr groß ist. Als Güte Q für derartige Tranfluxoren wurden Werte von ungefähr 100 bis 300

(Q = ü_2max/ü₂₀)

gemessen. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Transfluxoren zeichnen sich durch ein magnetisch anisotropes Verhalten aus, d. h., daß sie in einer Richtung eine rechteckförmige, in einer anderen, quer zur ersten liegenden Richtung eine isopermartige Hystereseschleife zeigen. Der Anstieg der Ausgangsspannung im Übertragungskreis über dem Steuerstrom ist bei derartigen Transfluxoren besonders groß, Schaltkoeffizient und Schaltzeit sind entgegen den Erwartungen der Fachwelt besonders klein.

Das Magnetfeld wird während der Temperung zweckmäßig durch einen oder mehrere durch die verschiedenen Löcher geführte elektrische Leiter erregt, wodurch bei entsprechender Stromführung der Verlauf des Magnetfeldes genau in die gewünschte Bahn gesteuert werden kann.

Zur Temperung größerer Mengen führt man vorteilhaft zur gleichzeitigen Magnetfelderregung mehrerer Kerne einen oder mehrere elektrische Leiter durch die entsprechenden Löcher der Kerne.

Als Beispiel werden in den Figuren einige Transfluxoren sowie die Fluß-Strom-Kurve eines erfindungsgemäß hergestellten Transfluxors angegeben.

In F i g. 1 ist ein Transfluxor dargestellt, bei dem der Kern 1 zwei außermittig angeordnete Löcher 5 (»Steuerloch«) und 6 (»Übertragungsloch«) enthält. Der Kernquerschnitt an der engsten Stelle des Steges 2 ist mindestens so groß wie die Summe der durch die engste Stelle der Verbindungsstege 3 und 4 gebildeten Querschnittsflächen. Eine Steuerwicklung 7 ist am Steg 2 aufgebracht. 8 stellt die Eingangswicklung und 9 die Ausgangswicklung dar,

In F i g. 2 ist ein Transfluxor beschrieben, bei dem das Steuerloch 5 zentrisch angeordnet ist. Die Steuerwicklung 7, die Eingangswicklung 8 und Ausgangswicklung 9 sind analog der F i g. 1 angeordnet.

In Fig. 3 ist ein Schnitt der Fig. 2 dargestellt.

Der Kernquerschnitt 2 des ringkernähnlichen Speicherkörpers ist in diesem Fall größer als der durch die Summe der Stegquerschnitte 3 und 4 gebildete Querschnitt.

In F i g. 4 ist eine andere Transfluxorform dargestellt, bei der der Querschnitt des Schenkels 2 des Kernes 1 ebenso groß ist wie die Summe der Querschnitte der Stege 3 und 4. Die Wicklungen sind in entsprechender Weise wie bei den Transfluxoren in F i g. 1 und 2 angeordnet.

Fig. 5 zeigt die Flußkurve Φ des Steuerkreises (gemessen in mittlerer Induktion) in Abhängigkeit von dem durch die Steuerwicklung fließenden Strom / (gemessen in mittlerer Feldstärke) bei einem erfin-

dungsgemäß hergestellten Transfluxor. Die tatsächliche Hysteresekurve des Kernmaterials ist in Richtung des bei der Temperung angelegten Feldes sehr gut rechteckförmig. Diese Hysteresekurve ist nicht dargestellt, da die Kernform andere Verhältnisse der Meßgrößen mit sich bringt.

Die an einem ähnlich Fig. 2 dimensionierten Transfluxor gemessene Flußkurve Φ = F (J) zeigt, wie in folgendem ausgeführt wird, daß der erfindungsgemäße Transfluxor Anisotropie-Eigenschaften besitzt. Zwei bekannte Zusammenhänge sind dabei zu berücksichtigen:

1. Die Magnetisierungsrichtung, in der ein magnetisierbares Material eine rechteckförmige Hystereseschleife zeigt, ist stets die Richtung, in der das Material die kleinste Koerzitivfeldstärke aufweist. In einer senkrecht zu dieser stehenden Richtung ist die Koerzitivfeldstärke um ein Mehrfaches größer.

2. Die Induktionslinien nehmen stets den Weg des geringsten magnetischen Widerstandes.

In einem isotropen Magnetkern ist der Weg des geringsten magnetischen Widerstands stets der kürzeste Weg. In einem isotropen Transfluxor ähnlich F i g. 2 bildet sich daher unter der Wirkung eines Magnetfeldes ansteigender Feldstärke im Steuerkreis ein magnetisierter Ringbereich um das große Loch aus, der bis zum Beginn des kleinen Loches reicht, an den ein zweiter Bereich anschließt, der teilweise vom ersten Bereich und teilweise von den Tangenten vom ersten Ringbereich zum kleinen Loch auf der Seite des äußeren Steges begrenzt wird und den äußersten Steg einschließt. Zwischen dem kleinen Loch und den Berührungspunkten zwischen den Tangenten und dem ersten Bereich entstehen tote Zonen, denen eine weitere tote Zone am Außenrand des Transfluxors, außerhalb des zweiten magnetisierten Bereiches, entspricht. Nach Ausbildung dieser Bereiche ist eine weitere Magnetisierung des Steuerkreises nur durch Streuinduktivitäten möglich. Die Flußkurve eines isotropen Transfluxors zeigt daher direkt anschließend an den steilen Ast einen annähernd waagerechten oberen Ast.

In einem anisotropen, erfindungsgemäß hergestellten Transfluxor bedarf es einer großen magnetischen Feldstärke, um die Magnetisierungsrichtung aus der zirkulären Vorzugslage herauszudrehen. Der Weg des geringsten magnetischen Widerstandes liegt daher im Beispiel von F i g. 2 auf Kreisen, die das große Loch konzentrisch umschließen. Mit steigendem Steuerstrom wird also zunächst der Ringbereich um das große Loch bis zum kleinen Loch hin umgeschaltet, anschließend der Ringbereich zwischen dem großen Loch und dem Außenrand des Transfluxors. Schließlich wird der zwischen den beiden ersten liegende, durch das kleine Loch gescherte Ringbereich erfaßt. Dementsprechend zeigt die Schleife in Fig. 5, vom unteren Remanenzpunkt beginnend, nach dem Knick ein steil ansteigendes Stück, das dem inneren Ringbereich entspricht, anschließend ein weiteres steil ansteigendes Stück mit einer größeren Koerzitivfeldstärke, das dem äußeren Ringbereich entspricht, und ein flacher ansteigendes Stück mit schnell wachsender Koerzitivfeldstärke, das dem mittleren, durch das kleine Loch unterschiedlich stark gescherten Ringbereich entspricht.

Nachstehend wird ein Beispiel für das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Transfluxors beschrieben.

Es wurde ein Transfluxor aus Perminvarferrit mit der Zusammensetzung

57 Molprozent Fe^O₃,

27,5 Molprozent NiO,

12,5 Molprozent ZnO,
3,0 Molprozent MnO und
0,7 Gewichtsprozent CoO

verwendet, der die Kernform nach F i g. 1 mit folgenden Abmessungen aufwies:
Außendurchmesser:

D_n = 24 mm Dicke: h = 2,5 mm

Maße nach Fig. 1:

a = 0,5 mm
b = 9 mm
c = 13 mm
d = 2,5 mm

Dieser Kern wurde einer Temperung bei einer Temperatur von 400° C und einer langsamen Abkühlung auf Zimmertemperatur in 4 Stunden ausgesetzt. Die Temperung erfolgte in einem Magnetfeld mit /7«; 10 Oe, das mittels eines durch das Loch 5 gesteckten, stromdurchflossenen Drahtes erzeugt wurde.

Sodann wurden auf den Transfluxor Wicklungen mit folgenden Windungszahlen aufgebracht:

Steuerwicklung η = 50
Eingangswicklung η = 20
Ausgangswicklung η = 20

Nach dem »Blockieren« mit einem Strom von Ifii = IA und »Einstellung« wurde bei einem Treiberstrom i_FAf = 300 mA eine Güte

Q ^Ausgang max '■ ^Ausgang 0 ⁼ ^

erreicht.

Bei anderen erfindungsgemäß hergestellten Transfluxoren wurden Güten bis zu 300 gemessen.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Transfluxors aus Ferrit mit einer im wesentlichen nur im Bereich des Steuerkreises weitgehend rechteckförmigen Hystereseschleife, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit Durchbrechungen versehener Kern aus Perminvarferrit in einem in der Richtung des späteren Steuerfeldes angelegten Magnetfeld getempert und im Magnetfeld langsam von Tempertemperatur auf Zimmertemperatur abgekühlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das beim Tempern angelegte Magnetfeld die Öffnungsfeldstärke des Perminvarferrits überschreitet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die langsame Abkühlung von Tempertemperatur auf Zimmertemperatur in einem Zeitraum von mehr als 1 Stunde, vorzugsweise 1 bis 15 Stunden, erfolgt.

4. Verfahren nach mindestens einem der vor-

genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das während der Temperung angelegte Magnetfeld durch einen oder mehrere durch die verschiedenen Löcher geführte elektrische Leiter erregt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur gleichzeitigen Magnetfelderregung mehrerer Kerne ein oder mehrere elektrische Leiter durch die entsprechenden Löcher der Kerne geführt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen