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Impulszählanordnung mit einem Zählkern aus einem Material mit rechteckförmigem
Hystereseverhalten Bei den elektronischen Zählern, die mit Elektronenröhren oder
Transistoren aufgebaut sind, hat die Kennzeichnung des Zählstandes durch den stromführenden
oder stromlosen Zustand den Nachteil, daß die bei Ausfall der Speisespannung im
elektronischen Zähler gespeicherte Information verlorengeht.
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Ein weiterer Nachteil ist der, daß im Ruhezustand des elektronischen
Zählers zur Speicherung der dann im Zähler vorhandenen Information stets Leistung
aufgewendet werden muß.
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Bei dem Aufbau eines elektronischen Zählers mit Ringkernen und Dioden
ist der große Diodenaufwand nachteilig.
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Andere Arten von Impulsuntersetzern bestehen aus gelochtem plattenförmigem
Ferritmaterial mit rechteckförmiger Hystereseschleife und werden als Zähltransfluxoren
bezeichnet. Durch die Löcher dieser Platten sind Wicklungen geführt, die die einzelnen
magnetischen Bereiche miteinander verknüpfen. Der Zählzustand wird durch die Richtung
der magnetischen Flüsse um diese Löcher dargestellt, und jeder Fortschaltvorgang
bewirkt eine entsprechende Flußrichtungsänderung. Der Betrieb solcher Zähltransfluxoren
erfordert aber stets eine vorgeschaltete eternäre Untersetzerstufe.
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Ist diese ternäre Untersetzerstufe wie die eingangs beschriebenen
Binäruntersetzer aufgebaut, so hat auch diese Stufe die Nachteile, daß bei Speisespannungsausfall
die gespeicherte Information verloren und im Ruhezustand des Zählers keine leistungslose
Informationsspeicherung möglich ist.
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Obwohl die im magnetisch arbeitenden Zähltransfluxor gespeicherte
Information erhalten bleibt und leistungslos gespeichert wird, gelten für die aus
Ternäruntersetzer und Zähltransfluxor bestehende Untersetzereinheit die bereits
aufgezeigten Nachteile.
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Selbst wenn der Ternäruntersetzer als beständiges Untersetzungselement,
d. h. mit leistungsloser Informationsspeicherung und ohne Informationsverlust bei
Ausfall der Speisespannung arbeiten würde, so hat die aus beständigem Ternäruntersetzer
und Zähltransfluxor bestehende Untersetzerstufe den Nachteil, daß der Zähltransfluxor
nach einer bestimmten Eingangsimpulszahl (z. B. zehn) wieder durch einen Rückstellimpuls
in seine Ausgangslage gebracht werden muß. Es ist also nicht möglich, a Untersetzerstufen,
bestehend aus beständigem Ternäruntersetzer und Zähltransfluxor mit dem Untersetzungsverhältnis
1 : b, in Serie zu schalten, um für ständig anliegende Eingangsimpulse ein Untersetzungsverhältnis
1: ba zu erzielen. Stets sind zwischenzeitliche Rückstellimpulse für die
einzelnen Zähltransfluxoren notwendig, und die während der Dauer des Rückstellimpulses
anliegenden Eingangsimpulse werden für den Zählvorgang nicht berücksichtigt, was
dann zu Fehlzählungen führt.
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Eine andere bekannte Möglichkeit zur Impulsuntersetzung besteht darin,
in einer Ferritplatte mit rechteckförmiger Hystereseschleife Toroide verschiedener
Durchmesser anzuordnen, von denen jedes Toroid z. B. aus einem Satz von Löchern
besteht, einem zentralen Loch und mehreren Löchern, die in gleichmäßigen Abständen
um das zentrale Loch angeordnet sind und bei dem alle Löcher eines solchen Toroids
gleichen Durchmesser haben. Durch je einen solchen Satz magnetisch voneinander unabhängiger
und in ihrem Durchmesser gestaffelter Toroide (z. B. zehn) ist eine Wicklung geführt.
Wenn nun nach magnetischer Sättigung aller Toroide eines Satzes ein durch die Wicklung
fließender Strom eine dem Sättigungszustand entgegengesetzte Magnetisierungsrichtung
der Toroide hervorruft, so ist die Anzahl der ummagnetisierten Toroide durch die
Amplitude des Stromes bestimmt.
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Aber auch diese z. B. für das Dezimalsystem ausgebildete Zähleinrichtung
mit Speichereigenschaften entbehrt die Möglichkeit, durch Reihenschaltung von z.
B. c Dezimalzähleinrichtungen ständig- anliegende Eingangsimpulse im Verhältnis
1 : 10c zu untersetzen, da nach jeweils zehn Eingangsimpulsen bei jeder Dezimalzähleinrichtung
durch einen Rückstellimpuls alle Toroide eines Satzes in richtungsmäßig den gleichen
magnetischen Sättigungszustand gebracht werden müssen. Die während der Dauer des
Rückstellimpulses anliegenden Eingangsimpulse werden für die Zählung nicht berücksichtigt
und führen demzufolge zu Fehlmessungen.
Es ist auch eine Anordnung
bekannt, die in einem Ferritring mit rechteckförmiger Hystereseschleife noch weitere
Bohrungen trägt, durch die Wicklungen geführt sind, jedoch nur zu Speicherzwecken
mit zerstörungsfreier Informationsabfrage und nicht, wie nach dem bisher Aufgezeigten,
für Zählzwecke verwendet werden kann. Die Funktionsweise der Anordnung entspricht
der eines Zweilochtransfluxors, nur mit dem Unterschied, daß in der durch die zusätzlich
im Ferritring angeordneten Bohrungen geführte Ausgangswicklung infolge des beim
Ummagnetisieren um jede Bohrung sich schließenden magnetischen Flusses eine höhere
Spannung induziert wird, was einer Erhöhung des Innenwiderstandes des Transfiuxors
entspricht.
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Ein elektronischer Zähler ohne die aufgezeigten Nachteile, wie die
leistungsbehaftete Informationsspeicherung und den damit verbundenen Informationsverlust
bei Ausfall der Speisespannung sowie die Tatsache, daß Serienschaltungen einzelner
beständiger Untersetzer nicht möglich sind, entsteht nun erfindungsgemäß dadurch,
daß eine in geeigneter Weise gebohrte und mit Wicklungen versehene Platte oder Scheibe
aus einem Material mit rechteckförmiger Hystereseschleife verwendet wird.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht eine Scheibe mit
einer zentrischen Bohrung vor. In dem Scheibenring sind nun noch weitere, in axialer
Richtung verlaufende und über den mittleren Ringumfang gleichmäßig verteilte 3 -
n Bohrungen, mit n = 1, 2, 3, 4.. ., die sämtlich wiederum durch weitere Bohrungen
untereinander verbunden sind, vorgesehen. Außerdem sind Bohrungen in radialer Richtung
vorgesehen, die vom Außenumfang des Scheibenrings her auf die 3 - n axialen Bohrungen
stoßen. In allen axialen Bohrungen und in denen, die diese miteinander verbinden,
sowie den letzterwähnten Bohrungen sind Wicklungen untergebracht.
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Der Zählzustand wird durch die Richtung der magnetischen Flüsse um
die axialen Bohrungen dargestellt. Dadurch bleibt in diesem in erfindungsgemä-Ber
Weise hergestellten Zählkern die einmal eingegebene Information auch bei Ausfall
der Betriebsspannung erhalten, es ist daher eine leistungslose Informationsspeicherung
möglich, und außerdem können dadurch, daß sich die Flüsse im Zählkern in der axialen
und radialen Ebene schließen, die Eingangsimpulse stetig, also ohne einen zwischenzeitlichen
Rückstellimpuls gezählt werden. Weiterhin ist, da zum Aufbau keine weiteren Schaltelemente
benötigt werden, der Gesamtaufbau sehr raumsparend.
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Die axialen Bohrungen enthalten die Wicklungen, denen die Zählimpulse
zugeführt werden; durch die die axialen Bohrungen verbindenden Bohrungen sind die
Wicklungen geführt, an die der Nullstellimpuls gelegt wird. In der in radialer Richtung
vom Außenumfang des Scheibenringes her auf die 3 - n-te axiale Bohrung stoßenden
Bohrung ist eine Ausgangswicklung untergebracht.
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Die Wicklungen, denen die Zählimpulse zugeführt werden, sind
nun ohne Zwischenschaltung irgendwelcher aktiver oder passiver Schaltelemente
in der Weise untereinander verbunden, daß jeweils die Wicklungen mi -1-
3p, m2 -t- 3 p und m8 + 3 p mit ral = 1, rrez = 2, %
= 3 und p = 0, 1, 2, 3, 4 ... in Serie geschaltet sind.
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Die Wicklungen, denen der Nullstellimpuls zugeführt wird, sind sämtlich
in Reihe geschaltet. Dabei ist die Reihenschaltung so vorzusehen, daß der magnetische
Flußverlauf zwischen der 3 - n-ten und der ersten axialen Bohrung gegensinnig zu
den übrigen Flußverläufen ist.
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Die genaue Führung der einzelnen Wicklungen und Einzelheiten über
den Flußverlauf gehen aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
hervor. In den Zeichnungen bedeutet F i g. 1 eine Vorderansicht des Zählkerns, F
i g. 2 eine Seitenansicht des Zählkerns, F i g. 3 und 4 die in F i g. 1 angegebenen
Schnitte A-B und C-D des Zählkerns, F i g. 5 und 6 Schaubilder der magnetischen
Flußverteilung im Zählkern, F i g. 7, 8 und 9 Schaubilder der Wicklungsanordnung
im Zählkern, F i g. 10 und 11 eine Anordnung der Nullstellwicklung, F i g. 12 eine
Anordnung der Zählimpuls- und Ausgangswicklung mit Darstellung der Flußverteilung
an der Stirnseite des Zählkerns für den Ausgangszustand, F i g. 13, 14, 15 und 16
Schaubilder der magnetischen Flußverteilungen an der Stirnseite des Zählkerns nach
verschiedenen Eingangsimpulsen.
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Für das Ausführungsbeispiel wird ein Zählkern mit n = 3, also neun
axialen Bohrungen gewählt. In F i g. 1 und 2 ist ein Zählkern 11 in Vorder-und Seitenansicht
mit den axialen Bohrungen 1_ bis 10., den in radialer Richtung verlaufenden Bohrungen
12 bis 20 sowie den die axialen Bohrungen 1_ bis 9 verbindenden Bohrungen 21 bis
229 dargestellt.
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Aus F i g. 2 ist der genaue Verlauf der die axialen Bohrungen 1 und
2 sowie _9 und _1 verbindenden Bohrungen 21 und 22 zu ersehen.
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F i g. 3 und 4 zeigen die nach F i g. 1 angegebenen Schnitte A-B und
C-D mit den axialen Bohrungen 1_ bis 2 und einer radialen Bohrung 13. Für den Ausgangszustand
ist aus F i g. 5 der durch Pfeile dargestellte Verlauf der magnetischen Flüsse
0, bis 09 an der Stirnseite des Zählkerns, aus F i g. 6 nach dem in F i g.
5 angegebenen Schnitt E-F der Verlauf von 03 und 08 im Innern des Zählkerns zu ersehen.
Der Verlauf der Flüsse 0" e2, 04 bis 07 und 09 im Innern des Zählkerns entspricht
dem, wie er für den Ausgangszustand in F i g. 6 für die beiden Flüsse 03 und 08
angegeben ist.
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F i g. 7 zeigt die Anordnung der Zählimpulswicklungen W1 bis Ws, die
durch die axialen Bohrungen 1, bis 9 und die radialen Bohrungen 12 bis
20 geführt sind.
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Aus F i g. 8 ist nach dem in F i g. 7 angegebenen Schnitt 1-K, der
genaue Verlauf der Zählimpulswicklungen W., und W9 zu ersehen.
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Entsprechend den Angaben ml + 3 p, m2 + 3 p und m3 + 3 p mit Ml= 1,
M2=2, m,=3 und p = 0, 1, 2, 3 ... sind jeweils die Wicklungen W1, W4,
W7, die Wicklungen W2, W5, W8 und die Wicklungen Ws, WB, W9 in Reihe
geschaltet und einerseits gemeinsam an Masse gelegt, andererseits mit den Klemmen
30, 31 und 32 verbunden, an die die aufeinanderfolgenden Zählimpulse gelegt werden.
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In F i g. 9 ist der Schnitt G-H nach F i g. 1 mit Anordnung der Wicklung
Wo in Bohrung 21 dargestellt. Durch sämtliche, die axialen Bohrungen verbindende
Bohrungen 22 bis 29 und die radialen Bohrungen 12 bis 20 ist je eine
Wicklung Wo in der Art
geführt, wie aus F i g. 9 ersichtlich. Alle
Wicklungen Wo sind nach F i g. 10 und 11 so miteinander verbunden und einerseits
an Masse, andererseits an die Klemme 33 geführt, daß sich, wird an Klemme 33 ein
negativer Impuls gelegt, der in F i g. 5 und 6 für den Ausgangszustand angegebene
Flußverlauf einstellt, der Flußverlauf zwischen den Bohrungen 1_-2,
2-3, 3_-4,
4-5, 5-f, b_-_7, _7-_8 und $-9 also gleichsinnig, zwischen den Bohrungen 9-1_ zu
diesem aber gegensinnig ist.
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F i g. 12 zeigt den Zählkern in Vorderansicht mit den Zählimpulswicklungen
W1 bis W9, der Ausgangswicklung W12, die durch Bohrung 12 geführt ist und einerseits
an Masse, andererseits an Klemme 34 liegt sowie den durch Pfeile dargestellten
Flußverlauf 01 bis 09 für den Ausgangszustand. Die zeitlich aufeinanderfolgenden
negativen Eingangsimpulse müssen nun in zyklischer Folge den Klemmen 30, 31 und
32 zugeführt werden.
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Ein erster negativer Eingangsimpuls an der Klemme 30 bewirkt
über die Wicklung W1, daß sich die Flüsse 01 und 09 umkehren und sich an der Stirnseite
im Gegenuhrzeigersinn, an der Rückseite, von der Stirnseite her betrachtet, im Uhrzeigersinn
schließen. Die Flüsse 01 und 09, von denen sich vor dem ersten Eingangsimpuls der
Fluß 09 um die die axialen Bohrungen 1 und _9 verbindende Bohrung 21, der Fluß 01
um die die axialen Bohrungen 1 und 2 verbindende Bohrung 22 geschlossen hat, die
sich also in der axialen Ebene bewegten, schließen sich jetzt in der radialen Ebene
an der Stirn- und Rückseite des Zählkerns.
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Durch den ersten Eingangsimpuls werden nun außerdem noch die Flüsse
um die Wicklungen W4 und W7 erregt. Da die Erregung aber so bemessen ist, daß die
Koerzitivfeldstärke jeweils nur in einem Ringbereich zweier benachbarter axialer
Bohrungen überschritten wird, ist keine Umkehr der Flüsse 04 und 07 möglich.
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In F i g: 13 sind die Flußverteilungen an der Stirnseite des Zählkerns
dargestellt, wie sie sich nach dem ersten Eingangsimpuls einstellen.
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Bei einem zweiten negativen Eingangsimpuls, der jetzt der Klemme 31
zugeführt werden muß, schließen sich die Flüsse 01 und 02 im Gegenuhrzeigersinn
an der Stirnseite, im Uhrzeigersinn, von der Stirnseite her betrachtet, an der Rückseite
des Zählkerns. Dabei ist jetzt der Flußverlauf von 0, aus der axialen in
die radiale Ebene gedreht worden, und der Fluß 09 schließt sich wieder in der axialen
Ebene, aber gegenüber dem Verlauf vor dem ersten Eingangsimpuls in umgekehrter Richtung.
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Auch jetzt werden keine weiteren Flüsse umgekehrt, obwohl gleichzeitig
über die Wicklungen WS und W, eine Erregung erfolgte.
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In F i g. 14 ist der Flußverlauf an der Stirnseite des Zählkerns nach
dem zweiten Eingangsimpuls dargestellt.
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Der dritte negative Eingangsimpuls gelangt an die Klemme 32 und kehrt
die Flüsse (P3 und 04 um, der vierte negative Eingangsimpuls muß wieder an die Klemme
30 gelegt werden und kehrt die Flüsse 04 und $5 um. Nach dem achten negativen
Eingangsimpuls, der der Klemme 31 zugeführt wird, stellt sich eine Flußverteilung
an der Stirnseite des Zählkerns wie in F i g. 15 gezeigt ein.
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Der neunte negative Eingangsimpuls, der der Klemme 32 zugeführt wird,
kehrt die Flüsse 08 und 09 um. Bei dieser Flußumkehr von 0$ und 09 wird in Wicklung
W" eine Spannung i11 induziert. Diese Spannung dient als Ausgangsspannung und kann
an der Klemme 34 z. B. zur Ansteuerung eines zweiten Zählkerns abgenommen werden.
Die Flußverteilung, die sich nach dem neunten Eingangsimpuls einstellt, ist in F
i g. 16 dargestellt.
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Ein Vergleich von F i g. 16 mit F i g. 5 zeigt, daß sich jetzt, also
nach neun Eingangsimpulsen, wieder der Ausgangszustand der Flußverteilung eingestellt
hat. Mit diesem Zählkern kann also eine Impulsuntersetzung von 1 : 9 erreicht werden.
Ein zehnter negativer Eingangsimpuls hat nämlich wieder die gleiche Wirkung wie
der erste Eingangsimpuls.
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Damit ist also die Möglichkeit gegeben, die in zeitlicher Reihenfolge
an den Klemmen 30, 31 und 32 ständig anliegenden Eingangsimpulse fortlaufend dem
Zählkern zuzuführen, ohne durch zwischenzeitliche Rückstellimpulse den Zählvorgang
unterbrechen zu müssen.
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Aus der Beschreibung der Schaltanordnung und ihrer Wirkungsweise geht
hervor, daß eine für den Ausgangszustand auch in umgekehrter Richtung angenommene
Flußverteilung die-- Wirkungsweise nicht beeinflußt bäte, nur müssen die Flußrichtungen
zusammen mit dem Wicklungssinn der einzelnen Wicklungen einmal festgelegt und dann
beibehalten werden. Es ist vielmehr möglich, daß sich die laufende Folge der Flußumkehr,
die in dem beschriebenen Beispiel bei negativen Eingangsimpulsen von Fluß 01 nach
02, 03, 04 usw., also im Uhrzeigersinn erfolgte, durch positive Eingangsimpulse
umkehren läßt, also z. B. von 05 nach 04, 03 usw., was bedeutet, daß mit dem Zählkern
vor- und rückwärts gezählt werden kann.
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Ebenfalls ist zu ersehen, daß die zentrische Bohrung 10 für die Funktion
der Schaltung nicht wesentlich ist. Sie kann aber aus Material- und Gewichtsersparnis
belassen werden.
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Je nach Anzahl der axialen Bohrungen können nun die verschiedenen
Untersetzungsverhältnisse erreicht werden. Mit Variation von n im Bereich 1 bis
10 und damit der Anzahl 3 - n der axialen Bohrungen von 3 bis 30 werden die
Untersetzungsverhältnisse 1:3, 1:6, 1:9, 1:12, 1:15, 1:18, 1:21, 1 :24, 1 :27 und
1 :30 erhalten. Außerdem lassen sich noch weitere Untersetzungsverhältnisse dadurch
erzielen, daß eine Ausgangswicklung nicht nur an der 3 - n-ten axialen Bohrung vorgesehen
wird, sondern auch an den 1 - n-ten und 2 - n-ten axialen Bohrungen. Bei einem Zählkern
mit z. B. n = 5 läßt sich, wenn an den axialen Bohrungen 1 h = 5, 2 - n = 10 und
3 - n = 15 Ausgangswicklungen vorgesehen werden, ein Untersetzungsverhältnis von
1 : 5 erreichen. Dabei müssen alle drei Ausgangswicklungen zu einem weiteren für
alle drei gemeinsamen Ausgang geführt werden. An diesem gemeinsamen Ausgang kann
dann nach jedem fünften Eingangsimpuls ein Ausgangsimpuls abgenommen werden, und
nach fünfzehn Eingangsimpulsen hat der Zählkern wieder seinen Ausgangszustand erreicht.
Werden a11 diese Möglichkeiten ausgenützt, so können mit fünf verschiedenen Kernformen,
die jeweils achtzehn, einundzwanzig, vierundzwanzig, siebenundzwanzig oder dreißig
axiale Bohrungen enthalten, sechzehn verschiedene Untersetzungsverhältnisse, nämlich
1:2 bis 1:10, 1:12, 1:15, 1:18, 1:21, 1 : 24, 1 : 27 und 1 : 30 erzielt werden.