DE1097181B - Magnetischer Schalter - Google Patents

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Schalteinrichtungen und bezieht sich auf eine magnetische Schalteinrichtung.

Ein beliebiger Schaltvorgang kann als die Schaffung eines bestimmten Zusammenhanges zwischen einer gewissen Zahl von Eingangsgrößen und einer gewissen Zahl von Ausgangsgrößen definiert werden. Es sind Einrichtungen bekannt, bei denen ein derartiger Zusammenhang unter Benutzung von Widerstandsmatrizes geschieht. Es ist auch eine mit Gleichrichtern arbeitende Einrichtung zur Durchführung von Schaltvorgangen bekannt, und in der Literatur finden sich Beschreibungen von Matrizes unter Benutzung von Mehrgitterröhren, von Trioden und von Vakuumdioden.

Diese Schalteinrichtungen eignen sich zwar zur Durchführung bestimmter Schaltaufgaben, sind jedoch mit gewissen Nachteilen behaftet. Diese bestehen darin, daß die Schaltelemente der Einrichtung unter Umständen versagen können und daß Röhren und Kristalle einer dauernden Überwachung bedürfen, um einem Ausfall vorzubeugen. Ferner besteht ein Nachteil der bekannten Einrichtungen in dem hohen Leistungsverbrauch innerhalbder einzelnen Schaltelemente und in ihrer begrenzten Lebensdauer, soweit es sich nicht um "Ohmsche Widerstände handelt.

Es sind auch bereits magnetische Schalter zur Steuerung von Magnetkern-Speichermatrizes vorgeschlagen worden. Bei den bekannten Schaltern sind auf den einzelnen Magnetkernen getrennte Ausgangswicklungen angeordnet, von denen die gewünschten Steuersignale abgenommen werden können. Solche Schalter sind zwar sehr betriebssicher, sie eignen sich jedoch nur für verhältnismäßig spezielle Schaltaufgaben und können beispielsweise nicht als Kodekonverter u. dgl. eingesetzt werden. . .

Die Erfindung geht aus von einem magnetischen Schalter mit einer Mehrzahl von Magnetkernen, die so mit den einzelnen Wicklungen von Eingangs- und Ausgangsspulen induktiv gekoppelt sind, daß Ströme in bestimmten Eingangsspulen, deren Wicklungen nach einem ersten Kombinationskode auf die Kerne verteilt sind¹, den Magnetisierungszustand eines gewünschten Kernes ändern und durch diese Magnetisierungsänderung eine entsprechende Spannung in der mit diesem Kern gekoppelten Ausgangsspule induziert wird. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung der einzelnen Wicklungen der Ausgangsspule auf den Kernen einem zweiten Kombinationskode entspricht, wobei wenigstens eine der Ausgangsspulen an die Kerne in einer Weise angekoppelt ist, die sich von der Ankopplung der anderen Ausgangsspulen an die Kerne unterscheidet.

Die Erfindung soll nun an Hand der Zeichnung näher erläutert werden.

Magnetischer Schalter

Anmelder:

Radio Corporation of America,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt,
München 23, Dunantstr. 6

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 24. Mai 1952

Jan Aleksander Rajchman, Princeton, N. J. (V. St. Α.), ist als Erfinder genannt worden

Fig. 1 ist eine perspektivische Darstellung der toroidförmigen Kerne oder Ringkerne und der auf ihnen angebrachten Wicklungen;

Fig. 2 ist ein Schaltbild einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 3 bis 6 stellen die Schaltungen auf der Ausgangsseite von Ausführungsformen der Erfindung dar und lassen die verschiedenen Arten von möglichen Ausgangsschaltungen erkennen;

Fig. 7 und 8 sind Schaltbilder anderer Ausführungsformen der Erfindung, und

Fig. 9 ist ein Schaltbild einer Ausführungsform der Erfindung in der Anwendung auf eine binäre Additionseinrichtung.

In der Fig. 1 sind zwei Kerne 10 dargestellt. Diese bestehen aus magnetischem Material mit annähernd rechteckförmiger Hysteresiskurve. Die Kerne sind vorzugsweise ringförmig. Man kann jedoch auch andere Kernformen benutzen und die Erfindung ist nicht auf Ringkerne nach Fig. 1 beschränkt. Auf den Kernen 10 befinden sich Wicklungen 12 und 14. Diese liefern, wenn sie von einem Strom erregt werden, magnetomotorische Kräfte, welche eine Sättigung der Kerne im einen oder anderen Sinne hervorrufen. Die beiden Wicklungen 12, welche einen Kern in einer bestimmten ersten Richtung magnetisieren, sollen willkürlich als die P-Wicklungen bezeichnet werden. Die Wicklungen 14 werden als die N-Wicklungen bezeichnet. Die P-Wicklungen 12 eines Kernes können mit den N- oder P-Wicklungen eines anderen Kernes in Reihe geschaltet werden und stellen dann zu rammen eine Spule dar. Wenn die in Reihe geschalteten Wicklungen alle denselben Wicklungssinn besitzen, wird die Spule als eine N- oder als eine P-Spule bezeichnet, und zwar je nach dem Wicklungssinn. Die Kerne können alle in denselben magnetischen Ausgangszustand gebracht werden, nämlich in die N-Richtung. Ein

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Kern, dem eine magnetomotorische Kraft oberhalb eines kritischen Wertes zugeführt wird, wird in die P-Richtung umgelegt. Alle anderen Kerne erhalten keine magnetomotorische Kraft oberhalb des kritischen Wertes und bleiben in der N-Richtung magnetisiert. Manche dieser Kerne erfahren auch eine Magnetisierung in der N-Richtung, jedoch ändern sie dabei ihren Zustand nicht wesentlich, da sie bereits in der N-Richtung gesättigt sind. Durch geeignete Wahl des Windungszahlverhältnisses in der P- und der N-Wicklung kann man einen Schalter herstellen, in welchem nur ein bestimmter Kern eine P-Magnetisierung erhält. Alle anderen Kerne werden entweder überhaupt nicht magnetisiert oder erhalten eine Magnetisierung in der N-Richtung.

In Fig. 2 sind die magnetischen Kerne und ihre Wicklungen dargestellt. Der linke Teil dieser Figur zeigt vier Paare von Eingangsspulen 20©, 20 & bis 26 α, 26 b. Diese Eingangsspulen sind an die Kerne 10 mittels der Wicklungen 12,14 angeschlossen, deren Wicklungssinn nach den Vorschriften des gewünschten Kombinationskodes gewählt ist. Eine Spule 18, in Fig. 2 auf der linken Seite eingezeichnet, ist an jeden Kern mittels einer Wicklung 14 angekoppelt, die den Kern in der N-Richtung magnetisiert. Diese Spule 18 ist die Rückstellspule. Sie dient dazu, die Kerne für einen neuen Schaltvorgang vorzubereiten, nachdem ein erster Schaltvorgang stattgefunden hat. Jede der genannten Spulen liegt im Anodenkreis einer Elektronenröhre 28, 30 a, 30 b bis 36 a, 36 b. Jeder Kern 10 ist außerdem mit einer Mehrzahl von Ausgangsspulen 40 versehen, die an ihn über die Wicklungen 42 angekoppelt sind, und zwar entsprechend dem gewünschten Kombinationskode. Dieser Kode kann in einer beliebigen gewünschten Beziehung zu dem Kode der Eingangswicklungen stehen. Jede der Ausgangsspulen 40 liefert ein Signal an das Gitter einer Röhre 44. Der Anodenstrom jeder dieser Röhren 44 dient als Ausgangsgröße des ganzen Systems. Die beiden durch die Eingangs- und Ausgangswicklungen dargestellten Kode sind in Tabelle I wiedergegeben. Die Reihenfolge in der Tabelle entspricht der Reihenfolge der Kerne in Fig. 2 von oben nach unten.

Tabelle I

Signale	Eingänge 'Wicklungen	Signale	Ausgänge \Cicklungen	P	P	P
0000	NP NP NP NP	1011	P	P		P
0001	NP NP NP PN	0101		P	P	P
0010	NP NP PN NP	1111	P
0011	NP NP PN PN	0100		P		P
O100	NP PN NP NP	1001	P		P
0101	NP PN NP PN	0110		P	P
0110	NP PN PN NP	1010	P			P
Olli	NP PN PN PN	0101		P	P
lOOO	PN NP NP NP	1010	P	P
1001	PN NP NP PN	1100	P	P	P
1010	PN NP PN NP	1110	P	P	P	P
1011	PN NP PN PN	Olli		P		P
1100	PN PN NP NP	1101	P	P	P	P
1101	PN PN NP PN	1111	P
1110	PN PN PN NP	0100
1111	PN PN PN PN	1000	P

Auf einem gegebenen Kern wird eine Stelle im binären System durch den Wicklungssinn eines Spulenpaares dargestellt. Betrachtet man beispielsweise die beiden Eingangsspulen 20 α, 20 b, so sieht man, daß die beiden Wicklungen auf dem obersten Kern eine N-Wicklungl4 und eine P-Wicklungl2 sind. Nach Tabelle I entspricht dies der Ziffer Null. Dasselbe Spulenpaar umfaßt den untersten Kern mit einer P-Wicklung 12 und einer N-Wicklung 14, was nach

ίο Tabelle I einer Eins entspricht.

Von jedem Spulenpaar wird nur jeweils eine Spule gleichzeitig unter Strom gesetzt, bei der getroffenen Verteilung der Wicklungen wird dann jeweils nur ein einziger Kern ausschließlich durch P-Wicklungen erregt. Dieser Kern trägt also keine N-Wicklungen erregter Spulen, unterliegt also keinen Magnetisierungskräften in der N-Richtung. Der Kern, auf den nur Magnetisierungskräfte in der P-Richtung wirken, wird dadurch in die P-Richtung ummagnetisiert. Beim Übergang aus der N- in die P-Richtung wird in allen den Ausgangsspulen eine Spannung induziert, die an diesen Kern angekoppelt sind. Die Spannungen aus diesen Ausgangsspulen steuern dann die entsprechenden Ausgangsröhren 44.

Im folgenden sollen die in Fig. 2 dargestellten Eingangsspulen für den Fall betrachtet werden, daß dem Eingang eine vierstellige Binärzahl zugeführt wird. Ist die erste Ziffer eine Null, so· entspricht dies im Dezimalsystem den Werten von Null bis Sieben für den ganzen Bereich der vierstelligen Binärzahl. Dementsprechend wird die rechte Spule 20 & durch die Röhre 30 b unter Strom gesetzt, und die oberen acht Kerne werden in die positive Richtung umgelegt. In Abhängigkeit von den den anderen drei Spulenpaaren zugeführten Ziffern kann dann einer dieser acht Kerne endgültiginder positiven Richtung bleiben. DiedieDezimalzahlen Acht bis Fünfzehn repräsentierenden Kerne werden alle an einem endgültigen Umklappen in die positive Richtung gehindert, da sie alle durch fünf Windungen der erregten Spule 20 & einen negativen Impuls erhalten. Wenn umgekehrt die erste Binärziffer eine Eins wäre, würde die linke Spule 20 a erregt, und die den Dezimalzahlen Acht bis Fünfzehn entsprechenden Kerne erhielten eine Magnetisierungskraft in positiver Richtung, während die den Dezimalzahlen Null bis Sieben entsprechenden Kerne über sieben Windungen einen negativen Impuls bekämen, der sie daran hindert, in die positive Richtung umzuklappen, ganz gleich, welche Binärziffern in die anderen Stellen eingeführt werden. Dasselbe gilt für die Binärziffern in den verbleibenden Stellen der eingeführten Binärzahl, die rechte Spule eines Paares wird bei einer Null und die linke Spule eines Paares bei einer Eins erregt. Für jede vierstellige Binärzahl wird also genau ein Kern in die positive Richtung ummagnetisiert. Beim Umklappen von N nach P liefert dieser Kern dann ein Ausgangssignal.

Die Ausgangsspulen können mit den Kernen in einer beliebigen Weise so verknüpft sein, daß für jede Eingangszahl die gewünschte Ausgangszahl auftritt. Bei Betrachtung der Fig. 2 und der Tabelle I sieht man beispielsweise, daß bei der Einspeisung des Eingangswertes 1011 nur der fünfte Kern von unten ummagnetisiert wird und daß dieser Kern mit Ausgangsspulen so bewickelt ist, d!aß im Ausgang die Zahl Olli auftritt. Durch die Schaltungsanordnung wird also die Eingangszahl 1011 in die Ausgangszahl Olli umgewandelt. Durch geeignete Verdrahtung kann jeder beliebige Kode oder jeder beliebige funktioneile Zusam-

menhang eingestellt werden. Jede Ausgangsspule hat

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hier eine Wicklung auf einem Kern, wenn das Ummagneti'sieren dieses Kernes in der dieser Ausgangsspule zugeordneten Stelle einer Bins entspricht. Die Kerne, deren Ummagnetisierung einer Null entspricht, sind dagegen nicht angekoppelt. Einer bestimmten Eingangssignalverteilung entspricht also einer ganz bestimmten Form des Ausgangssignals.

Der magnetische Schalter kann beispielsweise als Kodeconverter, als Funktionsgenerator oder als Universalschalteinrichtung dienen. Ein gewünschter Eingangskode läßt sich in einen gewünschten Ausgangsschaltkode dadurch umwandeln, daß man die Verteilung und den Wicklungssinn auf den Kernen entsprechend wählt. Die Umwandlung ist dabei bestimmt durch die gewünschte Beziehung der beiden Kode. Die Einrichtungen, welche zur Steuerung oder Erregung der Kerne dienen, sind hier als Vakuumröhren dargestellt. Die Impulssignale werden den Gittern der Röhren zugeführt und rufen entsprechend dem gewünschten Eingangskode Ströme in den Röhren hervor oder sperren diese Röhren. Man kann auch andere Einrichtungen zur Erregung der Spulen verwenden. Die Röhren können nämlich durch steuernde magnetische Kerne ersetzt werden, welche an die Spulen angekoppelt sind. Wenn die steuernden magnetischen Kerne einen Wechsel ihrer Magnetisierung erfahren, so wird eine Spannung in der angeschlossenen Eingangsspule erzeugt, die den gewünschten Erfolg hervorbringt.

Die in Fig. 2 dargestellte und in Tabelle I wiedergegebene Verteilung der Ausgangswicklungen ist als Beispiel willkürlich gewählt entsprechend einer gegebenen Verteilung der Eingänge. Die Windungszahl in den Ausgangswicklungen ist durch die Höhe der erforderlichen Ausgangsspannung bestimmt. Die Ausgangswicklungen sind in Fig. 2 an die Gitter von normalerweise gesperrten Verstärkerröhren 44 angeschlossen. Diese Röhren werden mittels einer in der Spule induzierten Spannung stromdurchlässig gemacht. Die Ausgangsgröße wird an den Anoden dieser Röhren abgenommen.

Auf der Ausgangsseite der Schalteinrichtung kann auch eine andere Art von Anordnung getroffen werden. Gemäß Fig. 3 kann man die Ausgangsspulen 40 an eine gewünschte Belastung 46 anschließen. Diese Belastung 46 ist nur je durch ein Rechteck dargestellt, dessen eine Anschlußleitung an das Ende der betreffenden Spule führt. Die anderen Anschlußleitungen aller Belastungen sind miteinander verbunden und an die freien Enden aller Spulen 40 angeschlossen. Die Kerne sind in Fig. 3 nur teilweise dargestellt und die Wicklungen 42 der Ausgangsspulen auf den Kernen entsprechend einem gewünschten Kode angekoppelt.

Fig. 4 zeigt ein anderes Verfahren der Ankopplung an die Kerne, durch welches gegentaktförmige Ausgangs spannungen in den Ausgangsspulen erzeugt werden. Die Ausgangsspulen 40 a, 40 & sind paarweise ausgeführt und so an jeden Kern angekoppelt, daß die eine Spule eines Paares an einen Kern angekoppelt ist, an welchen die andere Spule dieses Paares nicht angekoppelt ist. Der gewählte Kode zum Anschluß dieser Paare von Ausgangsspulen ist so beschaffen, daß, wenn diejenige Spule eines Paares, beispielsweise die linke Spule 40 a an einen Kern angekoppelt ist, dies der Ziffer Eins entspricht. Dort wo die andere Spule 40b angekoppelt ist, entspricht dies der Ziffer Null.

Eine Gegentäktausgangsscbalrung, bei welcher das eine Signal auf zwei Leitungen positiv und das andere negativ ist, ist in Fig. 5 dargestellt. Die Spulen 40a, 40 & sind paarweise ausgeführt und dort, wo die eine Spule eines Paares an einen Kern mit einer Wicklung 42α im positiven Sinne angekoppelt ist, ist die andere Spule mittels der Wicklung 42 & im negativen Sinne angekoppelt. Der Kode für die Ankopplung der Wicklungen an einen bestimmten Kern kann so gewählt werden, daß, wenn beispielsweise'die linke Spule 40 α mittels einer P-Wicklung 42 α angekoppelt ist und die rechte Spule 40 b mittels einer N-Wicklung 42 b, die Ziffer Eins wiedergegeben wird. Wenn der Kopplungssinn dfer umgekehrte ist, d. h. wenn die linke Spule 40 a mittels einer N-Wicklung 42 & und die rechte Spule 40 δ mittels einer P-Wicklung42a angekoppelt wird, so entspricht dies der Ziffer Null. Ein Beispiel für die Verteilung der P- und N-Wicklungen und der dargestellten Ziffern ist für einen bestimmten Eingangskode und einen bestimmten, anderen Ausgangskode in Tabelle II wiedergegeben.

Tabelle II

Gegentaktausgänge

Spu 40 a	len 40b	Dargestellte Zahl	Spulen 40a I 40b	P	Dargestellte Zahl
P	N	»1«	N	P	»0«
P	N	»1«	N	P	»0«
N	P	»0«	N	P	»0«
P	N	»1«	N	N	»0«
P	N	»1«	P	N	»1«
N	P	»0«	P	P	»1«
N	P	»0«	N	P	»0«
P	N	»1«	N	»0«

Man sieht, daß das Ausgangs signal jedes Spulenpaares 40 a und 40 & Gegentaktform hat.

Fig. 6 zeigt eine Möglichkeit der Ankopplung der Ausgangs spulen an die Kerne zur Erzielung einer positiven, einer negativen oder gar keiner Ausgangsgröße von einem bestimmten Kern. Die positiven und die negativen Ausgangsgrößen werden dadurch erhalten, daß man den Wicklungssinn einer Wicklung 42 a als positiv fortsetzt. An der anderen Wicklung 42 b erscheint dann eine negative Ausgangsgröße, und wenn gar keine Wicklung vorbanden ist, natürlich gar keine Ausgangsgröße.

Ein weiterer Vorteil dieser Art von Schalter ist, daß die Windungszahl der Ausgangswicklungen so gewählt werden kann, daß 'der Widerstand des Schalters, von den Leitungen aus gesehen, beliebig gewählt werden kann. Man kann auch verschiedene Windungszahlen auf einem Kern entsprechend den verschiedenen Eingangskombinationen verwenden.

Die Fig. 7 ist ein Schaltbild für eine andere Art der Verteilung der Eingangsspulen. Die Eingangsspulen 50 a, 50 & bis 54 a, 54 & sind an die Kerne 10 alle mittels N-Wicklungen 14 angekoppelt. Der gewählte Kode ist ein solcher, in welchem das erste Paar 50 a., 50 & der Eingangsspulen an unmittelbar nebeneinanderliegende Kerne angekoppelt ist, während das zweite Paar 52 a, 52 b der Spulen an zwei Viertel der Kerne, zwischen denen je zwei andere Viertel liegen, angekoppelt ist und das dritte Paar 54a, 54 & mittels N-Wicklungen an vier Achtel der Kerne angekoppelt ist, wobei zwischen je zwei angekoppelten Kernen ein nicht angekoppelter Kern liegt. Jede der Spulen wird von einer Röhre 60 a, 60 & bis 64 a, 64 δ gespeist. Diese Eingangsspulen sind an die jeweilige Vakuumröhre als Anodenbelastungen angeschlossen. Die freien Enden

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der Eingangsspulen sind miteinander verbunden und an das eine Ende einer Spule 56 angeschlossen. Diese Spule ist an jedem Kern durch eine P-Wicklung 12 angekoppelt. Für alle Eingangsröhren wird über diese gemeinsame P-Spule 56 eine Anodenspannung geliefert. Die Erregung einer Spule in jedem Eingangsspulenpaar führt dazu, daß nur einem Kern des Schalters eine magnetomotörische Kraft der P-Spule allein zugeführt wird. Auf die anderen Kerne wird wenigstens eine in der N-Richtung wirksame magnetomotorische Kraft von einer der erregten Spulen zugeführt. Dementsprechend wird nur ein Kern in der P-Richtung magnetisiert.

Derselbe Kode ist zur Bestimmung der Verteilung der Eingangswicklungen auf den Eingangs Jochen vorgesehen, ausgenommen, daß an Stelle einer P-Wicklung auf einem Kern für ein Spulenpaar keine Wicklung vorhanden ist. Dementsprechend stellen die Eingangswicklungen auf dem obersten Kern die binäre Zahl 0OQ dar, während die Wicklungen auf dem untersten Kern der binären Zahl 111 entsprechen und die anderen Wicklungen den dazwischenliegenden binären Zahlen. Die der Ziffer Eins zugeordnete Spule jedes Paares ist jeweils die linke Spule 50a bis 54a. Die der Ziffer Null zugeordnete Spule ist jeweils die rechte Spule50&bi's546.

Die Ausgangsspulen 40 sind, wie oben beschrieben, an die Kerne mittels der Wicklungen 42 entsprechend einem gewünschten Kombinationskode angeschlossen. Außerdem ist eine gemeinsame, in der Einrichtung wirksame Rückstellspule vorhanden, welche alle Kerne wieder in den Ausgangszustand N bringt. Die Eingangsspule, die in der P-Richtung wirkt, besitzt nur ein Drittel der Windungszahl jeder anderen in der N-Richtung wirkenden Eingangsspulen, da sie den dreifachen Strom wie jede der erregten N-Spulen führt. Die Amplitude des Stromes, welcher jeder Spule zugeführt wird, ist so groß, daß die P-Wicklung 12 auf jedem Kern die entgegengesetzte Erregung wie eine N-Spüle 14 liefert und also ausreicht, die resultierende magnetomotorische Kraft in dem Kern unter den kritischen Wert zur Umlegung des Kernes aus dem N- in den P-Zustand zu reduzieren.

Die Fig. 8 ist ein Schaltbild einer anderen Ausführungsform der Erfindung. In Fig. 8 sind die Eingangsspulen 70 a, 70 & bis 74 a, 74 & an die Kerne 10 alle mittels P-Spulen angekoppelt. Bei der Erregung einer Spule jedes Spulenpaares über eine der Röhren 80a., 80 & bis 84 a/ 84 & wird nur einer der Kerne durch drei P-Wicklungen beeinflußt. Die übrigen Kerne werden nur von je einer ader von je zwei P-Wicklungen erregt. Die Windungszahlen dieser Wicklungen und die ihnen zugeführten Ströme sind so gewählt, daß der kritische Wert zur Umlegung eines Kernes von N nach P nur durch gleichzeitige Erregung dreier P-Wicklungen geliefert wird. Eine gemeinsame Rückstellspule 18 magnetisiert die Kerne alle wieder in die N-Richtung zurück. Die Ausgangs'spulen 40 und 42 umfassen jeweils einige, jedoch nicht alle Kerne entsprechend der gewünschten Beziehung zwischen 'dem Kode für den Anschluß der Ausgangsspulen und dem Kode für den Anschluß der Eingangsspulen. Der gewählte Kode zur Kopplung der Wicklungen auf dem Kern in Fig. 8 ist derselbe wie der in Fig. 7 benutzte Kode, ausgenommen daß, da die Eingangswicklungen in der P-Richtung wirksam sind, die linke Spule eines Paares die Eins-Spule ist und die rechte Spule die Null-Spule. Die Ausgangsspülen sind bezüglich der Verteilung ihrer Kopplungen so gewählt, daß das Sch'ailtsystem einer Ausgangsgröße entsprechend einer mathematisehen Berechnung liefern kann, wie weiter unten genauer erläutert.

Die Anpassungsfähigkeit des beschriebenen Systems läßt" sich am besten durch "Betrachtung der Ausführungsformen in Fig. 8 und 9. erläutern. Diese veranschaulichen Schalter, welche die arithmetische Operation des Addierens ausführen können. Bei der Addition von binären Zahlen sind nur zwei Größen oder Einheiten vorhanden, die dargestellt werden müssen. Eine

ίο. binäre Summe ist entweder 1 oder 0. Dies läßt sich durch Vorhandensein oder durch Fehlen eines Impulses oder einer Spannung wiedergeben oder durch die Ordnung von Wicklungen, wie oben bereits bemerkt.

Bei einer typischen binären Addition liegen im allgemeinen drei Eingangsgrößen vor, nämlich eine zu addierende Ziffer (Addend), eine Ziffer, zu der addiert werden soll (Augend), und eine Übertragsziffer von einer vorhergehenden binären Addition. Es werden zwei Ziffern gesucht, nämlich die Ziffer für die Summe und die Ziffer für den Übertrag für die nächste binäre Addition. Die Tabelle III zeigt die Resultate der Addition in einer binären Stelle.

Tabelle III
²^ Addition in einer binären Stelle

Eingangsziffern
Summand I " Augend I

0
0
0
0
1
1
1
1

0
0
1
1
0
0
1
1

rtrag	Ausgangsziffern Summe I Obertrag	0
0	0	0
1	1	0
0	1	1
1	0	0
0	T-H	1
1	0	1
0	0	1
1	1

Es sei nunmehr die Schaltung für eine Ausführungsform der Erfindung· in Fig. 8 betrachtet. Wenn das linke Spulenpaar 70 a, 70 & die zu addierende Ziffer

angibt, das nächste Spulenpaar 72a, 72b diejenige Ziffer, zu der addiert werden soll, das nächste Spulenpaar 74 a, 74 & einen Übertrag von der vorhergehenden Addition und die Ausgangsspulen 40 und 41 die Summenziffer und den Übertrag, so kann man zeigen, daß diese Ausführungsform die Ausgangsziffern für,-gegebene Eingangsziffern liefert, wie es in Tabelle III dargestellt ist. Wenn für ein gegebenes Paar von Eingangsspulen die linke Spule eines Paares mittels einer P-Wicklung an einen Kern angekoppelt ist, während

die rechte Spule nicht an diesen Kern angekoppelt ist, und wenn diese Schaltung zur Anzeige der Ziffer Null benutzt wird und die umgekehrte Reihenfolge der Kopplungen die Ziffer Eins bedeutet, dann ist die Reihenfolge der Kopplung der Eingangsspulenpaare

an die Kerne in Fig. 8 gleichbedeutend mit den Eingangsziffern in. Tabelle III. Die - linke Spule eines Paares 70 a, 72 a, 74 a ist die Null-Spule und die rechte Spule jedes Paares die Eins-Spule. Der für die Ausgaiigsspulen verwendete Kode ist der, daß eine Aus-

gangsspule an. einem Kern angekoppelt ist, wenn im Ausgang eine Eins auftreten muß, und daß im Ausgang an einem Kern keine Spule angekoppelt' ist, wenn eine Null' auftreten soll. Entsprechend erhalten die Ausgangsrohren nur dann einen Impuls, "wenn in der

το- Summe oder im Übertrag eine Eins vorhanden ist.

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Natürlich kann man die Ausgangsspul e:i in der oben beschriebenen Weise auch so anordnen, daß für Null eine Ausgangsgröße der einen Polarität und für Eins eine Ausgangsgröße der anderen Polarität auftritt.

Die Addition von Eins als zu summierende Größe, von Null als Größe, zu der summiert werden soll, und von Eins im Übertrag würde eine Erregung der rechten Spule 70 & im ersten Spulenpaar bedeuten, ferner der linken Spule 72b im zweiten Spulenpaar und der rechten Spule 74 & im dritten Spulenpaar. Hierdurch würde nur der dritte Kern 10 in Fig. 8 von unten aus der N-Richtung in die P-Richtung gebracht werden. Dies würde nur eine Spannung in der Übertragsspule hervorrufen. Somit würde die durch die Ausgangsspannung der Übertragsspule gesteuerte Röhre die richtige Addition angeben.

Ein erfindungsgemäßer magnetischer Schalter kann für die Addition in einer binären Stelle benutzt werden, oder zur Addition in zwei oder mehr binären Stellen. Als Beispiel zeigt die Tabelle IV die Addition für eine zweistellige binäre Zahl al's Eingang bei Vorliegen eines einstelligen Übertrages von einer vorhergehenden Addition. Tabelle IV und die entsprechende Fig. 9 der Zeichnung zeigen also die Fälle, wo ein Übertrag von Eins im Eingang vorliegt. Die Tabelle würde für die anderen sechzehn Fälle, in denen der Übertrag Null ist, im wesentlichen verdoppelt werden müssen. Dementsprechend könnte man die Fig. 9 der Zeichnung für beide Fälle, nämlich für den Fall des Übertrages Eins und des Übertrages Null ausdehnen, wenn weitere sechzehn Kerne oberhalb der in Fig. 9 dargestellten sechzehn Kerne vorgesehen würden und alle Eingangswicklungen verdoppelt wären. Die zwei Eingangsspulen 98 α und 98 b für die Überträge müßten im Wicklungssinn in der oberen Kerngruppe umgedreht werden. Dementsprechend sind auch die oberen sechzehn Kerne der Ausgangs'spulen in geeigneter Weise derart bewickelt, daß sich die zugehörigen Ausgangssignale ergeben.

Tabelle IV

45

Gleichzeitige Addition in zwei binären	Eingänge	Übertrag	Stellen	Summe
	Augend	1	Ausgänge	01
Summand	00	1	Übertrag	10
00	00	1	0	■- n-'
01	00	1	0	00
10	00	1	0	10
11	01	1	1	11
00	01	1	0	00
01	01	1	0	01
10	01	1	1	11
11	10	1	1	00
00	10	1	0	01
01	10	1	1	10
10	10	1	1	00
11	11	1	1	01
00	11	1	1	10
01	11	1	1	11
10	11	1
11		1

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60

65

Fig. 9 zeigt einen Schalter, mit dem diese Addition ausgeführt werden kann. Er umfaßt Eingangsspulen- 7<J paare 90a, 90 & bis 92 a, 92 & für den Addenden, Spulenpaare 94a, 94 b bis 96a, 96 & für den Augenden und ein Spulenpaar 98 a, 98 b für den Übertrag. Der Ziffernausgang für den Summenübertrag wird durch eine Spule 100 und die zwei Ziffern der Summe durch die beiden Spulen 102 und 104 geliefert. Bei Fig. 9 handelt es sich um eine einphasige Ausgangsschaltung, jedoch können auch die weiter oben angegebenen Ausgangsschaltungen verwendet werden. Da der Addend zwei Ziffern umfaßt, sind auch zwei Spulenpaare, eins für jede Ziffer vorhanden. Einer Null entspricht, wenn die rechte Spule eines zur Zifferndarstellung dienenden Spulenpaares mit der linken Wicklung im N-Sinne und die rechte Wicklung im P-Sinne erregt ist. Eine Eins erfordert, daß die linke Spule eines Spulenpaares mit der linken Wicklung im P-Sinne und die rechte Wicklung im N-Sinne erregt ist. Unter diesen Voraussetzungen bedeutet die Erregung der rechten Spule oder der &-Spule eines Spulenpaares der Ziffer Null und die Erregung der linken oder der α-Spule eines Spulenpaares der Ziffer Eins. Für die Erregung der Eingangsseite sind Elektronenröhren 110 a, 110 & bis 118 a, 1186 wie oben vorgesehen. An jeder Röhre ist als Anodenbelastung eine Eingangsspule angeschlossen. Die Ausgangsspulen sind jeweils mit den Gittern getrennter Röhren 120, 122 und 124 verbunden. Eine gemeinsame Rückstellspule 18 dient dazu, alle Kerne in die ursprüngliche N-Richtung zurückzustellen. Nimmt man beispielsweise an, daß die binäre Zahl 10 (Addend) zu Ol (Augend) addiert werden soll und daß ein Übertrag Eins von der vorhergehenden Addition zu berücksichtigen ist, so werden Impulse zugeführt, die die linke Röhre 110 a im ersten Röhrenpaar und die rechte Röhre 112 b im zweiten Röhrenpaar für den Addenden, weiterhin die zweite Röhre 114 & im ersten Röhrenpaar und die linke Röhre 116a im zweiten Röhrenpaar für den Augenden und die Röhre 118 für den Übertrag steuern. Hierdurch wird ein Strom in den dem Addenden zugeordneten Eins- und Null-Spulen, in den Null- und Eins-Spulen für den Augenden und in der Eins-Übertragspule erzeugt. Der siebente Kern 10' von oben in Fig. 9 wird von allen erregten Wicklungen 12 im P-Sinne magnetisiert. Die N-Wicklungen 14 liefern an ihn jedoch keine Magnetisierung, es wird also nur der Kern 10' von N nach P ummagnetisiert.

Bezüglich der drei Ausgangsspulen kann gesagt werden, daß in der Ausgangsspule 100 nach links eine Spannung induziert wird, jedoch keine Spannung in den Spulen 102 und 104 entsteht. Dies entspricht einem Übertrag von Eins und zwei Nullen in der Summe. Dies ist also die richtige Summe. Daher liefert nur die Übertragsröhre 120 ein Ausgangssignal.

Das durch die vorliegende Erfindung erläuterte Prinzip kann auch auf Dezimaladdition ausgedehnt werden, und zwar unter Benutzung des magnetischen Schalters und für jede gewünschte Ziffernzahl.

Die Wicklungsanordnung für die Spulen kann mittels einer Tabelle für die Eingänge und für die entsprechenden gewünschten Ausgänge in der gezeigten Weise ermittelt werden. Für die Dezimaladdition von zwei Dezimalziffern in der binären Form kann man zeigen, daß zweihundert mögliche Eingangskonfigurationen existieren. Daher würden zweihundert Kerne für einen solchen Schalter erforderlich sein. Es existieren neun mögliche Eingangsgrößen, und zwar vier für die Dezimaladdition des Summanden und der Größe, zu der addiert werden soll und einer für den Übertrag. Es existieren immer zwei Schritte in dem Schema, welches den zwei Richtungen der rem-anenten Magne-

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tisierung eines bestimmten Kernes entspricht. Im ersten Schritt wird ein Kern ausgewählt, und zwar mittels der Eingangswicklungen und vom N- in den P-Zustand gebracht. Hierdurch weiden Signale einer bestimmten Polarität in den Ausgangskreisen erzeugt. Im zweiten Schritt wird der Kern durch eine allen Kernen gemeinsame Wicklung nach N zurückgestellt. Hierdurch wird ein Signal entgegengesetzter Polarität in den Ausgangskreisen erzeugt. Schaltungen, welche die Folge der hierzu nötigen Impulse liefern, sind an iosich bekannt; z. B. kann eine Schaltung mit zwei stabilen Zuständen, die angestoßen wird, von derjenigen Art, wie sie in dem Lehrbuch von Reich beschrieben ist, von einer Ausgangsspannung des Schalters betätigt werden, nachdem ihr eine Eingangsspannung zugeführt wurde, so daß ein Impuls zur Erregung der N-Rückstellspulen entsteht.

Der Ausgang kann durch Wicklungen abgenommen werden, die alle denselben Wicklungssinn haben, die jedoch nur manche Kerne umschlingen, an anderen jedoch vorbeilaufen, wie in Fig. 9 dargestellt wurde. Andererseits können auch dieselben Maßnahmen im Ausgang getroffen werden wie im Eingang, die einzelnen Spulen besitzen dann auf jedem Kern Wicklungen, deren Wicklungssinn jedoch entsprechend der gewünschten Kombination wechselt.

Es sei darauf hingewiesen, daß zur Betätigung des Schalters immer alle Eingangswicklungen gleichzeitig durch einen Stromimpuls erregt werden.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Magnetischer Schalter mit einer Mehrzahl von Magnetkernen, die so mit den einzelnen Wicklungen von Eingangs- und Ausgangsspulen induktiv gekoppelt sind, daß Ströme in bestimmten Eingangsspulen, deren Wicklungen nach einem ersten Korribinationskode auf die Kerne verteilt sind, den Magnetisierungszustand eines gewünschten Kernes ändern und durch diese Magneti'sierungsänderung eine entsprechende Spannung in der mit diesem Kern gekoppelten Ausgangsspule induziert wird, dadurch gekennzeichnet* daß die Anordnung der einzelnen Wicklungen der Ausgangsspule auf den Kernen einem zweiten Kombinationskode entspricht, wobei wenigstens eine der Ausgangsspulen an die Kerne in einer Weise angekoppelt ist, die sich von der Ankopplung der anderen Ausgangsspulen an die Kerne unterscheidet.

2. Magnetischer Schalter nach Anspruch 1 mit auf den Kernen paarweise angeordneten Eingangsspulen, von denen jeweils nur eine Strom führt und deren Wicklungssinn bestimmten Binärziffern zugeordnet ist, wobei die Wicklungen der Primärspulen auf den Kernen entsprechend einem ersten Zahlenschlüssel so angeordnet sind, daß für eine bestimmte Eingangszahl nur ein Kern ummagnetisiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspulen mit den Kernen entsprechend einem zweiten Zahlenschlüssel induktiv so gekoppelt sind, daß in den mit dem ummagnetisierten Kern gekoppelten Ausgangsspulen Signale der der Eingangszahl im zweiten Zahlenkode entsprechenden Zahl auftreten.

3. Magnetischer Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß alle Ausgangsspulen in untereinander verschiedener Weise an die Kerne angekoppelt sind.

4. Magnetischer Schalter nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspulen durch Wicklungen desselben Wicklungssinnes an die Kerne angekoppelt sind.

5. Magnetischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspulen paarweise vorhanden sind und daß auf jedem Kern eine Wicklung einer Spule jedes Spulenpaares vorhanden ist.

6. Magnetischer Schalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf mindestens einem Kern Wicklungen beider Spulen eines Paares vorhanden sind.

7. Magnetischer Schalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf jedem Kern eine Wicklung beider Spulen jedes Paares vorhanden ist und daß die Wicklungen eines Paares auf einem Kern entgegengesetzten Wicklungssinn haben.

In Betracht gezogene Druckschriften:
»Journal of Applied Physiks«, 22, S. 44 bis 48,
1951, Nr. 1 (Januar).

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 968 205.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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