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Publication number: DEI0006178MA
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BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

Tag der Anmeldung: 26. Juli 1952 Bekanntgemacht am 27. Dezember 1956Filing date: July 26, 1952 Advertised on December 27, 1956

DEUTSCHES PATENTAMTGERMAN PATENT OFFICE

Die Erfindung bezieht sich auf magnetische Steuereinrichtungen, die insbesondere aber nicht ausschließlich für die Steuerung der Übertragung von Wechselströmen einschließlich Tonfrequenzströmen geeignet sind. Gegenstand der Erfindung ist eine derartige Einrichtung, die nur geringe Energie verbraucht und nur wenig Wartung verlangt. The invention relates to magnetic control devices, but in particular not exclusively for the control of the transmission of alternating currents including audio frequency currents are suitable. The invention is such a device that only small Consumes energy and requires little maintenance.

Bei einer solchen magnetischen Steuereinrichtung mit einem magnetischen Kreis sind erfindungsgemäß elektromagnetische Steuerorgane vorhanden, durch die eine Verteilung des magnetischen Flusses von einem ersten Zustand in einen zweiten und umgekehrt veränderbar ist, und weiterhin sind magnetische Mittel vorgesehen, durch die der eine oder der andere der beiden Zustände unabhängig von den elektromagnetischen Steuerorganen aufrechterhaltbar ist.In such a magnetic control device with a magnetic circuit are according to the invention electromagnetic controls are present, through which a distribution of the magnetic Flow is changeable from a first state to a second and vice versa, and Furthermore, magnetic means are provided through which one or the other of the two states can be maintained independently of the electromagnetic controls.

Auf Grund verschiedener Ausführungsformen und an Hand der Zeichnungen wird die Erfindung in der folgenden Beschreibung näher erläutert.The invention is based on various embodiments and on the basis of the drawings explained in more detail in the following description.

Fig. i, 2, 3 und 4 dienen der Erklärung des Prinzips der Erfindung;Fig. I, 2, 3 and 4 serve to explain the principle the invention;

Fig. 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 und 12 zeigen schematisch verschiedene Ausführungsformen der Effindung; Figures 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 and 12 show schematically various embodiments of the invention;

609 738/275609 738/275

I 617 8 VIII c 121gI 617 8 VIII c 121g

Fig. 13 und 14 stellen je einen statischen, elektrischen Schalter in den Einzelheiten dar, der gemäß der Erfindung konstruiert ist;13 and 14 each show a static, electrical switch in detail, according to of the invention is constructed;

Fig. 15 gibt die magnetischen Kennlinien von gewissen magnetischen, weichen Materialien wieder, die sich für die Anwendung in den Schaltern gemäß Fig. 13 und 14 eignen;Fig. 15 shows the magnetic characteristics of certain magnetic, soft materials, which are suitable for use in the switches according to FIGS. 13 and 14;

Fig. 16 bis 21 zeigen verschiedene Filterkreise für Tonfrequenzschaltungen', die statische elektrische Schalter gemäß der Erfindung verwenden. 16 to 21 show different filter circuits for audio frequency circuits', the static electrical Use switch according to the invention.

Bei verschiedenen Ausführungsformen, die beschrieben werden sollen, werden drei Arten von magnetischen Stoffen verwendet. Es handelt sich erstens um ein Material, das gute Remanenzeigenschaften besitzt. Es soll allgemein als »stark permanent magnetisch« bezeichnet werden. Beispiele hierfür sind die bekannten Legierungen, die vorwiegend aus Eisen mit Zusätzen von Nickel, AIuminium und Kobalt bestehen, ferner ähnliche Stoffe aus Eisen, Kobalt, Nickel und Titan in verschiedener Zusammensetzung.In various embodiments to be described, three types of magnetic substances used. First, it is a material that has good remanence properties owns. It should generally be referred to as "strongly permanent magnetic". Examples for this purpose the well-known alloys, which are predominantly made of iron with additions of nickel, aluminum and cobalt, and similar substances of iron, cobalt, nickel and titanium in various ways Composition.

Zweitens findet ein Material mit geringer Koerzitivkraft Anwendung, das aber andererseits in gewissem Maße jene Eigenschaften besitzt, die permanent magnetischem Material eigen sind. Eine Anzahl von Stahlsorten erfüllt diese Forderung, insbesondere. Federstahl und Kobaltstahl. Solche Stoffe sollen allgemein als »schwach permanent magnetische« Stoffe bezeichnet werden.Second, a material with a low coercive force is used, but on the other hand it is used in has, to a certain extent, the properties inherent in permanent magnetic material. One Number of steel grades meets this requirement, in particular. Spring steel and cobalt steel. Such Substances should generally be referred to as "weakly permanent magnetic" substances.

Schließlich wird ein Material von hoher Permeabilität benutzt. Derartige Stoffe sollen allgemein als »magnetische, weiche« Stoffe bezeichnet werden. Beispiele hierfür sind die bekannten hochpermeablen Stoffe, welche als hauptsächlichen Bestandteil Nickel besitzen. In der Technik sind zahlreiche spezielle Zusammensetzungen mit Eisen, Kupfer, Molybdän und Mangan bekannt und durch Warenzeichen geschützt. Es gehören hierher auch Nickellegierungen mit Kobalt sowie schließlich gewisse hochpermeable Ferrite.Finally, a material of high permeability is used. Such substances should be general are referred to as "magnetic, soft" substances. Examples of this are the well-known highly permeable ones Substances which have nickel as their main component. Are in technology numerous special compositions with iron, copper, molybdenum and manganese are known and protected by trademarks. It also includes nickel alloys with cobalt as well finally, certain highly permeable ferrites.

Die Bezeichnung »stark« und »schwach« permanent magnetisch ist nur in relativem Sinne gemeint, je nachdem, in welchem Grade der betreffende Stoff magnetische Eigenschaften besitzt. Ein Stoff, der in einem bestimmten Schalter das stark permanent magnetische Material darstellt, kann bei einem anderen Schalter das schwache Material sein, je nachdem, welches Material im Einzelfall als das schwächere beziehungsweise stärkere eingesetzt wird.The terms "strong" and "weak" permanently magnetic are only meant in a relative sense, depending on the degree to which the substance in question has magnetic properties. A substance that represents the strongly permanent magnetic material in a certain switch, can be the weak material for another switch, depending on the material in the Individual case as the weaker or stronger one is used.

Fig. ι zeigt eine Induktivität, die aus einem geschlossenen magnetischen Kern besteht, auf dem eine Steuerspule 3, 4 und eine gesteuerte Spule 1, 2 angebracht sind. Die gesteuerte Spule 1, 2 bildet einen Teil eines, zugehörigen Übertragungskreises. Der geschlossene Kern der Induktivität kann aus dem magnetischen weichen Material Supermalloy bestehen. Die Fig. 2 zeigt mit ausgezogenen Linien die Hysteresisschleife des Kernmaterials bei großen Umsteuerungen des magnetisierenden Feldes (oder des Steuerstromes). Die gestrichelte Linie stellt die Ä?/-Kurve für kleine magnetisierende Kräfte dar, und zwar für den Fall, daß das Material ursprünglich unmagnetisiert ist.Fig. Ι shows an inductance that consists of a closed magnetic core on which a control coil 3, 4 and a controlled coil 1, 2 are attached. The controlled coil 1, 2 forms part of an associated transmission circuit. The closed core of the inductor can be made of the soft magnetic supermalloy material exist. Fig. 2 shows with solid lines the hysteresis loop of the core material at large Reversals of the magnetizing field (or the control current). The dashed line represents the Ä? / - curve for small magnetizing forces, namely for the case that the material originally is unmagnetized.

Es sei angenommen, daß der Zustand 0 dann vorliegt, wenn da's Material unmagnetisiert ist. Die Induktivität der Spule 1, 2 ist groß.It is assumed that the state 0 is present when the material is unmagnetized. The inductance of the coil 1, 2 is large.

Um den Zustand A zu erreichen, ist es nur notwendig, daß der Steuerwicklung 3, 4 ein Steuerstrom von der in Fig. 3 gezeigten Form zugeführt wird. Dann befindet sich das Kernmaterial auf der -Bif-Kurve in der Lage A und verbleibt dort. Die Induktivität der Spule 1, 2 ist der Neigung der 5iT-Kurve bei A schwach proportional.In order to achieve state A , it is only necessary that the control winding 3, 4 is supplied with a control current of the form shown in FIG. Then the core material is on the -Bif curve in position A and remains there. The inductance of coil 1, 2 is weakly proportional to the slope of the 5iT curve at A.

Um die Rückkehr vom Zustand A zum Zustand O zu bewerkstelligen, muß ein Steuerstrom von der • in Fig. 4 dargestellten Wellenform angelegt werden/To accomplish the return from state A to state O , a control current of the waveform shown in Fig. 4 must be applied /

Die in den Fig. 3 und 4 gezeigten Formen der steuernden Welle können umgekehrt werden, zusammen oder getrennt, ohne daß dadurch die Wirkung geändert wird.The steering shaft shapes shown in Figures 3 and 4 can be reversed, together or separately, without changing the effect.

Nach Erläuterung des Prinzips wird nun eine andere Methode beschrieben, bei der die Notwendigkeit einer Steuerwellenform gemäß Fig. 4 entfällt und die erheblich höhere Induktivitäten zuläßt, was durch die Anwendung verschiedenen Materials für den Kern des WechselstiOmkreises r, 2 und für den Kern des Steuerkreises 3, 4 erreicht wird.After explaining the principle, another method will now be described in which the necessity a control waveform according to FIG. 4 is omitted and allows considerably higher inductances, which is achieved through the use of different materials for the core of the WechselstiOmkreises r, 2 and for the core of the control circuit 3, 4 reached will.

Solche Induktivitäten zeigen die Fig. 5 und 6. Jede enthält einen inneren, rechteckigen, geschlossenen magnetischen Kern 5 mit einer Wicklung und einen äußeren, geschlossenen magnetischen Kern 6, der eine zweite Wicklung trägt und eng an zwei parallelen Seiten des inneren Kernes anliegt. Der innere Kern trägt die gesteuerte Wicklung 1, 2, der äußere die Steuerwicklung 3, 4. Die seitlichen Schenkel P des Steuerkernes 6 bestehen aus magnetischem Material mit Koerzitivkraft, d. h. aus solchem Material, welches oben als »stark permanent magnetisch« bezeichnet wurde. Es sei angenommen, daß der linke Schenkel so magnetisiert ist, daß der magnetische Fluß aufwärts gerichtet ist. Der rechte Schenkel besitzt zwei mögliche magnetische Zustände. Er kann aufwärts (0) oder abwärts (r) magnetisiert sein, und zwar durch die Steuerwicklung 3, 4. Dabei ist der Steuerimpuls positiv oder negativ und hat die in Fig. 3 gezeigte Form. Wenn der rechte Schenkel aufwärts magnetisiert ist, so ist der Fluß von jedem Schenkel .P gezwungen, durch die Seiten des inneren Kernes 5, der aus magnetischem weichem Material besteht, abwärts zu verlaufen. Als Folge stellt sich zwisehen den Klemmen 1 und 2 eine geringe Induktivität ein.Such inductors are shown in FIGS. 5 and 6. Each contains an inner, rectangular, closed magnetic core 5 with one winding and an outer, closed magnetic core 6, which carries a second winding and rests closely on two parallel sides of the inner core. The inner core carries the controlled winding 1, 2, the outer the control winding 3, 4. The side legs P of the control core 6 consist of magnetic material with coercive force, ie of a material which was described above as "strongly permanent magnetic". Assume that the left leg is magnetized so that the magnetic flux is directed upward. The right leg has two possible magnetic states. It can be magnetized upwards (0) or downwards (r) through the control winding 3, 4. The control pulse is positive or negative and has the form shown in FIG. When the right leg is magnetized upward, the flux from each leg .P is forced to pass downward through the sides of the inner core 5 made of magnetic soft material. As a result, there is a low inductance between terminals 1 and 2.

Der äußere Kern 6 besteht aus permanent magnetischem Material und der innere Kern 5 aus magnetischem weichem Material. Die Kerne müssen eng miteinander verbunden sein, sie können aber versetzt werden. Wenn der rechte Schenkel P des äußeren Kerneso durch die Spulen, 4 abwärts magnetisiert ist, so zirkuliert der Fluß durch die Schenkel P und die Joche Y, und nur die Differenz der Flüsse in den Schenkeln gelangtThe outer core 6 consists of permanent magnetic material and the inner core 5 of magnetic soft material. The cores must be tightly connected, but they can be moved. When the right leg P of the outer core is magnetized downwards by the coils 16, 4, the flux circulates through the legs P and the yokes Y, and only the difference in the fluxes gets into the legs

738/275738/275

16178VIIIc/'21g16178VIIIc / '21g

in den inneren Kern 5. In diesem Zustand ist die Induktivität hoch.into the inner core 5. In this state, the inductance is high.

Der innere Kern 5 muß in sich vollständig sein, damit die Notwendigkeit einer Steuerwellenform gemäß Fig. 4 entfällt.The inner core 5 must be complete in itself to avoid the need for a control waveform according to FIG. 4 is omitted.

Die Fig. 6 zeigt eine Anordnung, bei der die Steuerimpulse nicht in die gesteuerte Wicklung i, 2 hineinstreuen. Eine solche Anordnung ist für gewisse Anwendungen zweckmäßig. Der innere Kern 5 besitzt drei horizontale Schenkel, von denen der mittlere die Induktivität 1, 2 trägt. Durch diesen Schenkel geht kein Fluß.Fig. 6 shows an arrangement in which the control pulses are not in the controlled winding i, 2 sprinkle in. Such an arrangement is useful for certain applications. The inner one Core 5 has three horizontal legs, of which the middle one carries the inductance 1, 2. Through there is no river going this thigh.

In Fig. 5 wiederum erkennt man, daß durch den weichen Kern 5 im Idealfall kein Fluß geht, wenn der Schalter sich in seiner Stellung »aus« befindet. Dies ist jedoch nur erreicht, wenn die Permanentmagneten P exakt gleiche Stärke besitzen. Jedoch selbst dann, wenn dem ursprünglich so wäre, würde der Steuerimpuls der Wicklung 3, 4 die Stärke des umkehrbaren Magneten vergrößern und damit das Gleichgewicht für die Dauer des Impulses stören. Dieses Anwachsen der Stärke würde zu einer Verminderung der Stärke des nicht umkehrbaren Permanentmagneten führen, so daß der Gleichgewichtszustand nicht wiederhergestellt werden würde.In FIG. 5, in turn, it can be seen that in the ideal case no flow passes through the soft core 5 when the switch is in its "off" position. However, this is only achieved if the permanent magnets P have exactly the same strength. However, even if this were the case originally, the control pulse of the winding 3, 4 would increase the strength of the reversible magnet and thus disturb the equilibrium for the duration of the pulse. This increase in strength would reduce the strength of the irreversible permanent magnet so that the equilibrium state would not be restored.

Um die Erhaltung dieses Gleichgewichtszustandes zu erleichtern, ist der konstante Fluß in der Ausführungsform gemäß Fig. 7 durch einen Magneten 11 vorgesehen, der aus stark permanent magnetischem Material besteht und viel stärker als der umkehrbare Magnet 10 ist, der aus relativ schwach permanent magnetischem Material besteht. Von diesen Magneten fließt der Fluß durch die Jochstücke 12 und 13 nach dem Teil 7 des weichen magnetischen Materials. Die gesteuerte Spule 1, 2 ist in zwei Teilen 16 und 17 auf den Schenkeln 8 und 9 des Teiles 7 angebracht. Die Teilspulen 16 und 17 besitzen gleiche Windungszahl, so daß die induktive Kopplung zwischen der Steuerspule 3, 4 und der zusammengesetzten, gesteuerten Spule 1 und 2, die einen Teil eines zugehörigen Übertragungskreises bildet, praktisch Null beträgt.In order to facilitate the maintenance of this state of equilibrium, the constant flow is in the Embodiment according to FIG. 7 provided by a magnet 11, which is made of strong permanent magnetic material and is much stronger than the reversible magnet 10, which is made of relatively weak permanent magnetic material. From these magnets the river flows through them Yoke pieces 12 and 13 according to part 7 of the soft magnetic material. The controlled coil 1, 2 is attached in two parts 16 and 17 on the legs 8 and 9 of the part 7. The sub-coils 16 and 17 have the same number of turns, so that the inductive coupling between the control coil 3, 4 and the composite controlled coil 1 and 2 which are part of an associated transmission circuit forms, is practically zero.

Es wird nun angenommen, daß der Strom so durch die Steuerspule 3, 4 fließt, daß der umkehrbare Magnet 10 in dem in der Fig. 8 gezeigten Sinne gepolt ist. Wegen der relativen Polung der beiden Magneten geht der Fluß hauptsächlich durch die Jochstücke 12 und 13, wie das in der Fig. 8 durch die Pfeile F₁ angedeutet ist. Nur wenige Flußlinien gehen durch den Teil 7 des weichen magnetischen Materials. Wenn der Steuerstrom ausgeschaltet wird, bleibt dieser Zustand erhalten. Durch geeignete Gestaltung der nichtmagnetischen Trennstücke 14 und 15 kann der Fluß durch das Glied 7 jetzt jedoch völlig auf Null vermindert werden.It is now assumed that the current flows through the control coil 3, 4 in such a way that the reversible magnet 10 is polarized in the sense shown in FIG. Because of the relative polarity of the two magnets, the flux mainly passes through the yoke pieces 12 and 13, as is indicated in FIG. 8 by the arrows F _1. Only a few lines of flux pass through part 7 of the soft magnetic material. If the control current is switched off, this state is retained. By suitably designing the non-magnetic separators 14 and 15, however, the flux through the member 7 can now be reduced completely to zero.

In diesem Zustand ist der Fluß durch den Magneten 11 an den Verbindungsstellen mit dem Teil 7 mit den Jochstücken 12 und 13 gleich dem des Magneten 10, so daß eine Linie, die durch die genannten Verbindungen geht, als Achse der magnetischen Symmetrie angesehen werden kann. Die relativen Stärken dieser Magneten sind so, daß der Effekt auf das Feld des starken Magneten 11 im Zusammenhang mit dem hohen magnetischen Widerstand der Spalte 14 und 15 betreffs Änderungen im Feld des relativ schwachen Magneten 10 vernachlässigbar ist.In this state, the flux through the magnet 11 is at the junctions with the Part 7 with the yoke pieces 12 and 13 the same of the magnet 10, so that a line that goes through said connections, as the axis of the magnetic Symmetry can be viewed. The relative strengths of these magnets are such that the Effect on the field of the strong magnet 11 related to the high magnetic Resistance of gaps 14 and 15 in relation to changes in the field of the relatively weak magnet 10 is negligible.

Tritt in der Steuerwicklung 3, 4 ein Stromimpuls von umgekehrtem Sinne als dem oben erwähnten auf, so wird die Polarität des Magneten 10 umgekehrt. Der Fluß geht nun so durch das Glied 7, wie es in Fig. 9 durch die Pfeile F₂ angedeutet ist.If a current pulse occurs in the control winding 3, 4 in the opposite sense to that mentioned above, the polarity of the magnet 10 is reversed. The flow now goes through the link 7 as indicated _{in FIG. 9 by the arrows F 2.}

Fig. 10 zeigt eine Anwendung der Erfindung auf einen doppelpoligen Schalter, mit dessen Hilfe zwei zugehörige Wechselstromkreise gesteuert werden. Befindet sich in diesem Fall eine der beiden gesteuerten Spulen in der Stellung »ein«, so hat die andere die Stellung »aus«, und umgekehrt. In der dargestellten Ausführungsform wird der Fluß durch zwei starke Permanentmagnete 18 und 19 zugeführt. Ein Stromimpuls in der Steuerwicklung 3, 4 bestimmt die Richtung der Magnetisierung des schwachen, umkehrbaren Magneten 20. In der schon beschriebenen Weise finden zu Ausgleichszwecken vier nichtmagnetische Trennstücke 21, 22, 23 und 24 Verwendung. Bei dem in der Zeichnung dargestellten Zustand ist der umkehrbare Magnet so gepolt, daß das Glied 25 (weiches Material) gesättigt ist. Die Flußrichtung ist durch die Pfeile F₃ angedeutet. Die Induktivität der gesteuerten Spule i, 2 ist niedrig. Da durch das Glied 26 praktisch kein Fluß geht, ist die Induktivität der gesteuerten Spule 1', 2' hoch. In diesem Zustand verbleibt der Schalter, bis über 3, 4 ein Steuerimpulsentgegengesetzten Vorzeichens auftritt.Fig. 10 shows an application of the invention to a double pole switch by means of which two associated alternating current circuits are controlled. In this case, if one of the two controlled coils is in the "on" position, the other is in the "off" position, and vice versa. In the embodiment shown, the flux is supplied by two strong permanent magnets 18 and 19. A current pulse in the control winding 3, 4 determines the direction of magnetization of the weak, reversible magnet 20. In the manner already described, four non-magnetic separators 21, 22, 23 and 24 are used for compensation purposes. In the condition shown in the drawing, the polarity of the reversible magnet is such that the member 25 (soft material) is saturated. The direction of flow is indicated by arrows F ₃ . The inductance of the controlled coil i, 2 is low. Since practically no flux passes through the member 26, the inductance of the controlled coil 1 ', 2' is high. The switch remains in this state until a control pulse of the opposite sign occurs via 3, 4.

Die Fig. 11 zeigt die Anwendung der Erfindung auf einen einpoligen Schalter und ohne die Benutzung eines starken permanenten Magneten. Der Fluß wird lediglich von einem schwachen Magneten 27 bezogen. Der schwache Magnet ist in diesem Fall nie völlig in der Richtung umgekehrt, er besitzt aber dennoch zwei bestimmte magnetische Zustände. Bei dem in Fig. 11 dargestellten Zustand zirkuliert der Fluß durch den Magneten 27 und das Joch 28 so, wie es durch die Pfeile F_i angezeigt wird. Das Glied 29 aus weichem magnetischem Material und die Induktivität der gesteuerten Spule i, 2 ist hoch, der Schalter befindet sich also in seiner Stellung »aus«.Figure 11 shows the application of the invention to a single pole switch and without the use of a strong permanent magnet. The flux is only drawn from a weak magnet 27. The weak magnet is never completely reversed in this case, but it still has two distinct magnetic states. In the condition shown in Fig. 11, the flux circulates through the magnet 27 and the yoke 28 as indicated by the arrows F _i. The member 29 made of soft magnetic material and the inductance of the controlled coil i, 2 is high, so the switch is in its "off" position.

Tritt nun an 3, 4 ein Stromimpuls auf, so wird die Oberfläche 27' des Magneten 27 gezwungen, die Polarität zu wechseln. Die Flußrichtung ist dann, wie in Fig. 12 durch die Pfeile F₅ angedeutet, so, daß dasi Glied 29 gesättigt wird, wodurch seine Induktivität fällt, so daß sich der Schalter in Stellung »ein« befindet.If a current pulse occurs at 3, 4, the surface 27 'of the magnet 27 is forced to change polarity. The direction of flow is then, as indicated in FIG. 12 by the arrows F ₅ , such that the element 29 is saturated, as a result of which its inductance drops, so that the switch is in the "on" position.

In diesem Zustand verbleibt der Schalter, bis über der Steuerwicklung 3', 4' ein Impuls auftritt. Während die Spulen 32 und 32' der Wicklungen 3, 4 und 3', 4' im gleichen Sinne auf das Glied 30 des Jochs 28 gewickelt sind, sind die entsprechenden Spulen 33 und 33' auf dem Glied 31 in einander entgegengesetztem Sinne gewickelt. Während die Polarität des Gliedes 30 ungeändertThe switch remains in this state until a pulse occurs across the control winding 3 ', 4'. While the coils 32 and 32 'of the windings 3, 4 and 3', 4 'in the same sense on the link 30 of the yoke 28 are wound, the corresponding coils 33 and 33 'are on the link 31 wrapped in opposite senses. While the polarity of the link 30 remains unchanged

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16178 VIIIc/21g16178 VIIIc / 21g

bleibt, wird daher die des Gliedes 31 umgekehrt, und der Magnet 27 kehrt in seinen ursprünglichen, in Fig. 11 gezeigten Zustand zurück, so daß sich der Schalter erneut im Zustand »aus« befindet.
Die Einzelheiten des Aufbaues eines speziellen Schalters sollen nun an Hand der Fig. 13 beschrieben werden. Er ist von dem Typ, der schon an Hand der Fig. 6 erläutert wurde. Bei der praktischen Erprobung bestand das Joch 54 aus hochpermeablem Eisen mit einem Luftspalt bei 55. Im Joch befanden sich Abschnitte 56 und 57 mit einer Länge von etwa 2 mm bzw. 12 mm, die aus stark permanent magnetischem Material bestanden. Die gesteuerte Spule 58 hatte 300 Windungen und besaß einen Kern, der aus etwa 0,1 mm dicken hochpermeablen Blättern zusammengesetzt war. Die kontaktgebenden Oberflächen dieses Metalls und des Jocheisens 60 bzw. 61 waren poliert und gaben extrem engen Kontakt. Die Steuerspule 62 hatte 1500 Windungen. Beim Zusammenbau des Schalters war der Luftspalt 55 geschlossen, und der Abschnitt 57 war durch den Stromfluß durch eine um den Abschnitt angeordnete Spule magnetisiert. Es wurden etwa 1200 Amperewindungen benötigt.remains, therefore that of the member 31 is reversed, and the magnet 27 returns to its original state, shown in Fig. 11, so that the switch is again in the "off" state.
The details of the construction of a special switch will now be described with reference to FIG. It is of the type which has already been explained with reference to FIG. 6. During the practical testing, the yoke 54 consisted of highly permeable iron with an air gap at 55. In the yoke there were sections 56 and 57 with a length of about 2 mm and 12 mm, which consisted of strongly permanent magnetic material. The controlled coil 58 had 300 turns and had a core composed of about 0.1 mm thick highly permeable sheets. The contacting surfaces of this metal and the yoke iron 60 and 61 were polished and gave extremely close contact. The control coil 62 had 1500 turns. When the switch was assembled, the air gap 55 was closed and the section 57 was magnetized by the flow of current through a coil arranged around the section. It took about 1200 ampere turns.

Der Luftspalt 55 wurde auf etwa 0,2 mm geöffnet, so daß der Magnet 57 bis zu einem gewissen Grade entmagnetisiert wurde. Durch die Steuerspule 62 wurde Strom geschickt, um den Schalter in seine »Aus«-Stellung zu bringen. Hierauf wurde der Luftspalt vermindert, bis die Induktivität der gesteuerten Spule ein Maximum erreichte. Dadurch, daß der Luftspalt weiter als nötig geöffnet wurde und dann geschlossen Wurde, um ein Flußgleichgewicht herzustellen, wurde sichergestellt, daß der Magnet auf einem reversiblen Teil seiner Hysteresi'sschleife arbeitet. Es wurden im obigen Fall folgende Messungen gemacht:The air gap 55 was opened to about 0.2 mm, so that the magnet 57 to some extent has been demagnetized. Current was sent through the control coil 62 to put the switch in its To bring the "off" position. The air gap was then reduced until the inductance was controlled Coil reached a maximum. By opening the air gap wider than necessary and then closed to establish flow equilibrium, it was ensured that the Magnet works on a reversible part of its hysteresis loop. There were in the above case made the following measurements:

Induktivität der gesteuerten Spule 58Controlled Coil Inductance 58

in der »Aus«-Stellung 330,0 mHin the »off« position 330.0 mH

Gleichstrotnwiderstand der Spule 58 . 3,5 Ohm Gleichstromwiderstand der Steuerspule 62 200,0 OhmDC resistance of coil 58. 3.5 ohms DC resistance of control coil 62 200.0 ohms

Benötigte Wechselspannung, bei derRequired AC voltage at which

₄j. die gesteuerte Spule 58 bei 2 kHz ₄ y. the controlled coil 58 at 2 kHz

im »Aus«-Zustand gerade gesättigtjust saturated in the "off" state

war 80,0 Voltwas 80.0 volts

ScheitelspannungPeak tension

Das Schaltverhältnis, das ist das Verhältnis der Induktivität der gesteuerten Spule im »Aus«- Zustand zu ihrer Induktivität im »Ein«-Zustand, wurde für mehrere Werte des dem Schalter in seinem »Aus«-Zustand zugeführten Steuerstromimpulses gemessen. Das Verhältnis wurde bei 2 kHz mit einem Volt Scheitelspannung gemessen, die einen Kreis speiste, in dem die gesteuerte Spule in Reihe mit einem Widerstand von 51 Ohm lag. Es wurden folgende Ergebnisse erhalten:The switching ratio, that is the ratio of the inductance of the controlled coil in "off" - State to their inductance in the "on" state, was determined for several values of the switch in the control current pulse applied to its "off" state. The ratio was at 2 kHz measured with one volt peak voltage, which fed a circuit in which the controlled Coil in series with a resistance of 51 ohms. The following results were obtained:

g₀ Stromimpuls (mA)g ₀ current pulse (mA)

20 50 100 150 200 250 300 350 40020 50 100 150 200 250 300 350 400

SchaltverhältnisDuty cycle

11 ι ι 3 34 56 58 58 Der Aufbau eines zweiten Schaltertyps soll nun an Hand der Fig. 14 beschrieben werden. Dieser Schalter entspricht dem bereits durch Fig. 7 wiedergegebenen Typ. Bei einem speziellen, erprobten Fall war der Kern 44 aus 51 etwa ο, ι mm dicken hochpermeablen Blättern aufgebaut. Die äußeren Schichten endeten bei 45, 45', während die inneren sich nur bis 46, 46' erstreckten. So war es möglich, in diese Metallblätter 25.0,1 mm dicke Blätter aus Federstahl einzuschieben, die den reversiblen Magneten 47 bildeten. Diese Blätterkonstruktion wurde angewendet, um den effektiven Gesamtluftspalt im magnetischen Kreis und die Wirbelstromverluste zu vermindern, die anderenfalls bei hohen Schaltgeschwindigkeiten ernste Schwierigkeiten bereitet hätten. Wie schon erläutert wurde, sind die nichtmagnetischen Trennstücke so gewählt, daß sich das Flußgleichgewicht einstellt. 0,5 und 1 cm wurden als notwendige Stärke der Trennstücke befunden, gemäß der Stärke des permanenten Stabmagneten 50. Für dieses Glied war kein Blätteraufbau notwendig.11 ι ι 3 34 56 58 58 The construction of a second type of switch will now be described with reference to FIG. This Switch corresponds to the type already shown by FIG. With a special, tried and tested one In this case, the core 44 was made of 51 about ο, ι mm thick highly permeable leaves. The outer layers ended at 45,45 'while the inner only extended to 46, 46 '. It was thus possible to insert 25.0.1 mm thick sheets into these metal sheets made of spring steel, which formed the reversible magnet 47. This leaf construction was applied to the total effective air gap in the magnetic circuit and the eddy current losses to reduce the otherwise serious difficulties at high switching speeds had prepared. As already explained, the non-magnetic separators are chosen so that the flow equilibrium is established. 0.5 and 1 cm were found to be the necessary thickness of the separators, according to the strength of the permanent bar magnet 50. There was no leaf build-up for this link necessary.

Die gesteuerte Spule bestand aus zwei Wicklungen 51 und 52 mit je 300 Windungen. Wenn der Schalter beim Aus- und Einschalten durch Impulse entgegengesetzter Polarität betätigt wird, dann ist nur eine Steuerwicklung 53 notwendig. Im vorliegenden Fall besaß diese 1500 Windungen. Soll der Schalter dagegen durch Impulse der gleichen Polarität gesteuert werden, dann sind bei 53 zwei entgegengesetzt gewickelte Steuerspulen mit je 1500 Windungen erforderlich. Die allgemeinen Abmessungen des Schalters waren etwa 63X32X6,4 mm. Die Induktivität der gesteuerten Spule 51, 52 betrug im »Aus«-Zustand 450 mH. Bei Verwendung eines Wechselstromes mit der Frequenz 1 kHz wurden für das Schaltverhältnis in der schon erläuterten Weise folgende Werte gemessen:The controlled coil consisted of two windings 51 and 52 with 300 turns each. If the Switch is operated by pulses of opposite polarity when switching on and off, then only one control winding 53 is necessary. In the present case it had 1500 turns. Should on the other hand, if the switch is controlled by pulses of the same polarity, then at 53 there are two oppositely wound control coils with 1500 turns each required. The general dimensions of the switch were approximately 63X32X6.4mm. The inductance of the controlled coil 51, 52 was in the "off" state 450 mH. When using an alternating current with a frequency of 1 kHz The following values were measured for the switching ratio in the manner already explained:

Stromimpuls (mA) . 30 50 70 100 200
Schaltverhältnis ... 6 16 21 . 28 32Current pulse (mA). 30 50 70 100 200
Switching ratio ... 6 16 21. 28 32

Die Wahl des Materials für die verschiedenen Teile des magnetischen Kreises eines Schalters der beschriebenen Art hängt von dem Verwendungszweck ab, dem der Schalter dienen soll. Bei Anwendung auf Telefonieschaltaufgaben, wo es auf no möglichst hohes Schaltverhältnis ankommt, ist das. Kriterium für die Wahl des weichen Materials grundsätzlich die Änderung des Differentialquotienten der Permeabilität mit dem polarisierenden Gleichfeld. In Fig. 15 ist das Verhalten von drei Materialien graphisch dargestellt, die eine starke Verminderung des Differentialquotienten ihrer Permeabilität mit dem Anwachsen des polarisierenden Feldes zeigen. In der Figur ist der Differentialquotient der Permeabilität (das ist die Permeabilität bei der FeldstärkeH = H zu der bei der Feldstärke H= O) gegen die in Oerstedt gemessene Stärke des polarisierenden Feldes aufgetragen. Die Kurven- und B beziehen sich auf Legierungen, welche eine besonders große Permeabilität besitzen. Man erkennt, daß die KurvetThe choice of material for the various parts of the magnetic circuit of a switch of the type described depends on the purpose for which the switch is to be used. When applied to telephony switching tasks, where the highest possible switching ratio is important, that is. The criterion for the choice of the soft material is basically the change in the differential quotient of the permeability with the polarizing constant field. FIG. 15 graphically shows the behavior of three materials which show a large decrease in the differential quotient of their permeability with the increase in the polarizing field. In the figure, the differential quotient of the permeability (that is the permeability at the field strength H = H to that at the field strength H = O) is plotted against the strength of the polarizing field measured in Oerstedt. The curves and B relate to alloys which have a particularly high permeability. You can see that the curve

738/275738/275

I 6178 VIIIc/21gI 6178 VIIIc / 21g

Kennlinie eines zu bevorzugenden Materials darstellt. Die Kurve C zeigt das Verhalten eines bekannten Ferritmaterials. Stoffe mit rechteckiger oder vorzugsweise quadratischer Hysteresisschleife sind für den schwachen, reversiblen Magneten anzuwenden. Represents the characteristic of a preferred material. Curve C shows the behavior of a known ferrite material. Materials with a rectangular or, preferably, a square hysteresis loop are used for the weak, reversible magnet.

Bei einigen Anwendungen kann es zweckmäßig sein, das Schaltverhältnis der beschriebenen Einrichtungen dadurch zu erhöhen, daß man in einemIn some applications it may be useful to adjust the switching ratio of the described devices to increase by being in one

ίο Filternetzwerk mehrere von ihnen verwendet. Solche Netzwerke zeigen die Fig. i6 bis 21. In diesen Figuren soll das Symbol Jf anzeigen, daß die betreffende Induktivität ihren niedrigen Wert dann haben soll, wenn sich das Filter im »Durchlaß «-Zustand befindet und ihren hohen Wert, wenn sich das Filter im »Sperr«-Zustand befindet. Das Symbol "L bedeutet, daß die betreffende Induktivität im »Durchlaß«-Zustand hoch, im »Sperr« Zustand dagegen niedrig sein soll. Die Induktivitäten sind mit L, die Kapazitäten mit C bezeichnet. Bei mehreren Induktivitäten sind die Längsimpedanzen mit Li, ihr Widerstand mit Z, die Querimpedanzen mit L 2 und ihr Leitwert mit Y bezeichnet. ίο filter network used several of them. Such networks are shown in FIGS. 16 to 21. In these figures the symbol Jf is intended to indicate that the inductance in question should have its low value when the filter is in the "on" state and its high value when the filter is is in the "blocked" state. The symbol "L" means that the inductance in question should be high in the "on" state, but low in the "blocking" state. The inductances are labeled L, the capacitances with C. If there are several inductances, the series impedances are labeled Li, you Resistance with Z, the transverse impedances with L 2 and their conductance with Y.

In den Anordnungen nach Fig. 16 und 17 ist ein Potentiometereffekt ausgenutzt. Im Durchlaßzustand sind die Längsimpedanzen niedrig und die Querimpedanz ist hoch, während im Sperrzustand die Läjigsimpedanzen hoch und die Querimpedanzen niedrig sind.In the arrangements of FIGS. 16 and 17 is exploited a potentiometer effect. In the on state, the series impedances are low and the Cross-impedance is high, while in the off-state the load impedances are high and the cross-impedances are high are low.

Diese beiden Schaltungen sind im betriebsmäßigen Zustand mit der Spannungsquelle E und den Widerständen R gemäß Fig. 20 und 21 näher untersucht worden. Als Ergebnis wurde bei einer Durchlaßdämpfung von 0,1 bis 0,3 db eine Mindestdämpfung von 60 bis 80 db im Sperrzustand ermittelt, und zwar im ungünstigsten Fall für die Randfrequenzen eines betrachteten Bandes von ' 300 bis 3400 Hz. Diesem Ergebnis lagen folgende Werte zugrunde: Im Durchlaßzustand war die Querinduktivität Somal größer als die Längsinduktivität, während das Schaltverhältnis dieser Induktivitäten für den Sperrzustand vom Faktor 180 bis auf den Faktor 400 gesteigert wurde.These two circuits have been examined in more detail in the operational state with the voltage source E and the resistors R according to FIGS. As a result, a minimum attenuation of 60 to 80 db in the blocked state was determined with a transmission attenuation of 0.1 to 0.3 db, namely in the worst case for the edge frequencies of a band from 300 to 3400 Hz. This result was based on the following values : In the on state, the shunt inductance Somal was greater than the series inductance, while the switching ratio of these inductances for the off state was increased from a factor of 180 to a factor of 400.

In Fig. 18 ist ferner eine Tiefpaßschaltung dargestellt, die im Durchlaßzustand das Tonfrequenzband passieren läßt, während im Sperrzustand die obere Grenzfrequenz noch unterhalb des Tonbandes liegt.' Bei. dieser Schaltung benötigt man etwa achtfach größere Schaltverhältnisse als nach den beschriebenen Schaltungen der Fig. 20 und 21, welche jeweils drei variable Elemente aufweisen. Hier kommen jedoch nur zwei variable Elemente zur Wirkung, so- daß die Änderung der Grenzfrequenz statt i/m nur noch ΐΐλ/η beträgt, da die Kapazität C der Schaltung nach Fig. 18 konstant bleibt.FIG. 18 also shows a low-pass circuit which, in the on state, allows the audio frequency band to pass, while in the blocked state the upper limit frequency is still below the audio tape. At. this circuit requires switching ratios that are about eight times greater than those of the circuits of FIGS. 20 and 21 described, which each have three variable elements. However, only two variable elements come into effect here, so that the change in the cut-off frequency instead of i / m is only ΐΐλ / η , since the capacitance C of the circuit according to FIG. 18 remains constant.

Die entsprechenden Eigenschaften besitzt die in Fig. 19 dargestellte Hochpaßschaltung, welche sich im wesentlichen nur darin unterscheidet, daß im Sperrzustand jetzt die untere Grenzfrequenz des Ubertragungsbereiches noch oberhalb des Tonbandes liegt.The high-pass circuit shown in FIG. 19, which essentially only differs in that in the locked state now the lower limit frequency of the Transmission area is still above the tape.

Die grundsätzliche Wirkungsweise der Erfindung wurde in Verbindung mit den besprochenen Schaltungen und an Hand der Zeichnungen verdeutlicht. Es ist jedoch klar, daß hierin keine Beschränkung des Wesens der Erfindung und ihrer Anwendungsmöglichkeiten zu sehen ist.The basic mode of operation of the invention has been discussed in connection with those discussed Circuits and illustrated using the drawings. It is clear, however, that there is no limitation herein the essence of the invention and its possible applications can be seen.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Magnetic control device with stationary parts, characterized in that electromagnetic Control organ ^ are present, through which a distribution of the magnetic Flux in a magnetic circuit from a first state to a second and vice versa it is changeable that further magnetic means are provided through which the one or the other of the two states independent of the electromagnetic control organs is sustainable.

2. Device according to claim 1, characterized in that the magnetic means contain a piece of weak permanent magnetic material to maintain it and that the control members have one or more electrical coils for the magnetization of the Said piece of weakly permanent magnetic material comprise the magnetization in various ways.

3. Device according to claim 2, characterized in that the control members are arranged are that the piece of weakly permanent magnetic material as a whole magnetizable in opposite directions is, and that only the ends of this piece are coupled to the magnetic circuit.

4. Device according to claim 2, characterized in that the piece from weak permanently magnetic material coupled to the magnetic circuit at three points is and that the controls are arranged so that the piece as a whole or in two parts defined by said coupling can be magnetized.

5. Device according to claim 2, characterized in that the control members are designed are that the piece of weak permanent magnetic material is magnetizable and demagnetizable.

6. Device according to claim S, characterized in that it has a closed contains a magnetic circuit with a piece of weakly permanent magnetic material, that on this magnetic circuit there is a control coil and that there are sources for impulses of the type shown in Figs. 3 and 4 are present.

'

7. Device according to claim 3, characterized in that the magnetic circuit has three parallel, magnetic paths, the first of which is relative from said piece weak permanent magnetic material and the control coil or coils wears, the second in one piece permanently

609 738/275

I6178VIHc/21gI6178VIHc / 21g

, excited magnetic material and the third from a member of soft magnetic material, and that the two directions of magnetization of the first path cause or prevent the passage of the flux from said first path through the third.

8. Device according to claim 7, characterized in that between each end of the called second way and the main magnetic circuit non-magnetic separators are inserted and that there is a high flux density in the second way, compared to that to be generated by the control coil or coils in the first path.

9. Device according to claim 4, characterized in that the remainder of the magnetic Circle is made of soft magnetic material and is made up together with the piece weak permanent magnetic material forms a covered Ε-shape.

10. Device according to claim 9, characterized in that the Steuerorga.ne coils are, which are arranged on the two outer branches of the E-shaped path so that the piece of weak permanent magnetic material with end poles the same or opposite Polarity is magnetizable.

11. Device according to claim 3, characterized characterized in that two parallel legs made of soft magnetic material are provided are, between the pairs of ends each one. permanently excited magnet is that in the Middle between these two. Magnets said piece of weak permanent magnetic material Material with the control coil (or with the control coils) lies and that continues between this middle piece and the permanently magnetized links a link made of soft magnetic material, further characterized in that the permanently magnetized Links with opposite polarity mean that the magnetization of the middle piece is weak permanent magnetic material in opposite directions causes the flux only one or the other of the mentioned links made of soft magnetic material interspersed (Fig. 10).

12. AC switching device using a magnetic control device according to claim 1, characterized in that an alternating current coil or coils in the Way sit on the magnetic circuit that the impedance of said coil or the Coils by changing the distribution of magnetic flux in the magnetic Circuits under control of the electromagnetic control organs is completely changed.

13. AC switching device according to claim 7 or 9 and 12, characterized in that that the alternating current coil or coils are mounted on said path made of soft magnetic material.

14. AC switching device according to claim 11 and 12, characterized in that two separate sets of AC coils on said two links made of soft magnetic material are attached.

15. AC switching device according to claim 13, characterized in that said Path made of soft magnetic material has a side arm that supports the AC coil carries.

16. AC switching device according to claim 13 or 14, characterized in that that one or both ways of soft magnetic material have two magnetic parallel Have legs that carry the alternating current coils that are oppositely wound and are connected in series so that between the control coils and the AC coils no transfer effect occurs.

17. Device according to one of claims 7 to 11, characterized in that the links made of soft magnetic material and those made of weakly permanent magnetic material Material have a sheet-like structure.

18. AC switching device according to one of claims 12 to 16, characterized in that that the links are made of soft magnetic material and those made of weakly permanent magnetic material have a sheet-like structure.

19. Filters using a number of AC switching devices according to one of claims 12 to 16 or 18, characterized characterized in that a change in the flux distribution in the magnetic circuits of the devices the characteristic impedance of the filter from one value to a second changes.

For this purpose 2 sheets of drawings