DE885165C - Neue UEbertragungsvorrichtung fuer elektrische Recheneinrichtungen und andere Verwendungszwecke - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 3. AUGUST 1953

H 8377 IXb 142m

Die Erfindung betrifft eine neue Übertragungsvorrichtung, die zahlreiche Anwendungen finden kann, insbesondere aber für die Herstellung elektrischer Recheneinrichtungen.

Elektrische Recheneinrichtungen sind bekannt, die Vorrichtungen verwenden, welche gestatten, verschiedene Rechenoperationen, wie Addition, Subtraktion, Multiplikation und Division, mit Hilfe elektrischer Spannungen durchzuführen. Diese Vorrichtungen bestehen oft aus Verbindungen von Spannungsteilern und Übertragern.

So kann eine solche Vorrichtung beispielsweise aus der Verbindung von drei Übertragern bestehen, deren jeder zwei Wicklungen besitzt, von denen eine mit mehreren Abnahmeklemmen ausgestattet ist, und wobei die drei Wicklungen mit mehreren Abnahmeklemmen derart in Reihe liegen, daß sie einen geschlossenen Stromkreis bilden. Es ist bekannt, daß, wenn an die nicht mit mehreren Abnahmeklemmen versehenen Wicklungen zweier dieser Übertrager Spannungen F₁ bzw. F₂ gleicher Frequenz und Phase angelegt werden, man an den Endklemmen der nicht mit mehreren Abnahmeklemmen versehenen Wicklung des dritten Übertragers eine Spannung F₃ derselben Frequenz und ungefähr derselben Phase wie die Spannungen F₁ und F₂ erhält und daß zwischen

diesen drei Spannungen ungefähr folgende Beziehung besteht:

F₁Z₁+F₂Z₂+ F₃X₃ = 0,

in welcher X₁, X₂ und X₃ Koeffizienten bedeuten, deren Größe von den verwendeten Abnahmeklemmen abhängt.

Es muß jedoch bemerkt werden, daß diese Be-. ziehung nur sehr unvollkommen erfüllt wird, denn ίο die Spannung F₃ hängt nicht nur von den Speisespannungen F₁ und F₂ und den durch die verwendeten Abnahmeklemmen bestimmten Koeffizienten X₁, X₂ und X₃ ab, sondern auch von der Stärke des von der nicht mit Abnahmeklemmen versehenen Wicklung des dritten Übertragers gelieferten Stroms. Wohlverstanden kann die Anzahl der in eine solche Verbindung eingeschalteten Übertrager beliebig groß sein, was zu folgender Beziehung führt:

V₁X₁-^V₂X₂ ... +V_nX_n = O. (ι)

Vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die

obige Gleichung in fast vollkommener Weise erfüllt.

Diese neue Vorrichtung für elektrische Recheneinrichtungen, im folgenden Rechennetzwerk genannt,

,- ist vox allem dadurch gekennzeichnet, daß sie zumindest ein Netzwerk aufweist, das zumindest zwei Vierpole*besitzt, deren jeder eine erste Selbstinduktion aufweist, die an ihren beiden Enden eine erste und

äo eine zweite Klemme besitzt, ferner eine zweite Selbstinduktion, die an ihren Enden eine dritte und eine vierte Klemme besitzt, welche beiden Selbstinduktionen unter sich gleich sind, und wobei ein erstes Kapazitätspaar. (K + X) vorhanden ist, dessen eine Kapazität die genannte erste und dritte Klemme und die andere die genannte zweite und vierte Klemme verbindet, und ein zweites Kapazitätspaar (K— X), dessen eine Kapazität die genannte erste und vierte Klemme verbindet und dessen andere die genannte zweite und dritte Klemme verbindet, wobei K einen festen positiven Wert und X einen beliebigen zwischen — K und + K liegenden Wert besitzt, und die genannten zweiten Selbstinduktionen aller Vierpole des Netzwerks parallel geschaltet sind und die Scheinleitfähigkeit einer jeden dieser Selbstinduktionen für eine gegebene Frequenz für alle Vierpole gleich, und zwar gleich der Hälfte der Summe der Scheinleitfähigkeiten der an eine beüebige dieser Klemmen angeschlossenen Kapazitäten ist.

Es ist darauf hinzuweisen, daß der Begriff Scheinleitfähigkeit im Sinne der komplexen Scheinleitfähigkeit gebraucht wird.

Bekanntlich ist die Scheinleitfähigkeit eines Stromkreises, in den beispielsweise in Reihe ein Widerstand R, eine Induktanz L und eine Kapazität C geschaltet ist:

Demzufolge ist, wenn die Scheinleitfähigkeit eines Kondensators durch + K ausgedrückt ist, die Scheinleitfähigkeit einer Induktanzwicklung, welche hinsichtlich ihres absoluten Wertes gleich der des Kondensators ist, d. h, der Scheinleitfähigkeit einer Wicklung, die mit dem Kondensator in Resonanz geschaltet ist, durch —K auszudrücken, wie dies in der-nachfolgenden Beschreibung geschieht.

Aus letzterem Merkmal folgt, daß in jedem für sich betrachteten Vierpol jede Selbstinduktion durch die Kondensatoren auf obige Frequenz abgestimmt ist, wenn man die andere Selbstinduktion kurzschließt. Bei einer Ausführungsart umfaßt die Vorrichtung einen Vierpol, in welchem das Ende einer Selbstinduktion mit jedem Ende der anderen Selbstinduktion über einen veränderlichen Kondensator verbunden ist, wobei die Summe der beiden an einer Klemme liegenden Kapazitäten gleichbleibt.

Die Erfindung betrifft weiter einerseits eine vollständige Recheneinrichtung, die aus der Verbindung von zumindest zwei vervollkommneten Netzwerken obiger Bauart besteht, und andererseits die verschiedenen Anwendungen eines solchen Rechennetzwerks bzw. einer solchen vollständigen Einrichtung.

Weitere Merkmale der Erfindung und ihre An-Wendungen gehen aus der folgenden Beschreibung hervor.

In den nur beispielsweise gebrachten Zeichnungen stellt dar

Abb. ι das Schaltbild eines erfindungsgemäßen Rechennetzwerks in seiner allgemeinsten Form, d. h. N Vierpole umfassend, deren sämtliche Kapazitäten veränderlich sind und sich sogar paarweise aufheben können,

Abb. 2 einen schematischen Schnitt durch einen veränderlichen Kondensator, der in einem solchen Netzwerk vorteilhaft verwendet werden könnte,

Abb. 3 bis 5 verschiedene Abarten der erfindungsgemäßen Rechennetzwerke,

Abb. 6 und 7 Verbindungen solcher Rechennetzwerke,

Abb. 8 eine industrielle Anwendung vorliegender Erfindung.

Bei dem in Abb. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel umfaßt das erfindungsgemäße Rechennetz- werk N Vierpole r, 2 ... P, P + χ ... N (wobei P kleiner als IV ist), von denen nur die beiden Vierpole ι und N vollständig dargestellt sind, während die anderen nur durch einfache Rechtecke wiedergegeben sind. .

Jeder Vierpol besitzt zwei Eingangsklemmen ii°, ii⁶ und zwei Ausgangsklemmen I2^a, I2⁶. Eine Selbstinduktion 13 der Scheinleitfähigkeit K ist zwischen die beiden Eingangsklemmen ii^a, ii* geschaltet und eine Selbstinduktion 14 gleicher Scheinleitfähigkeit zwischen die beiden Ausgangsklemmen ia°, T2^h.

Eine jede der beiden Eingangsklemmen ii^a, n⁶ ist in symmetrischer Weise mit den Ausgangsklemmen 12° bzw. i2⁶ über zwei veränderliche Kondensatoren verbunden, von denen der eine, 15, die Scheinleitfähigkeit (K + X) besitzt und der andere, 16, die Scheinleitfähigkeit (K ~ X).

Für eine gegebene Frequenz besitzt einerseits der Ausdruck K einen gleichbleibenden Wert für einen gegebenen Vierpol und kann andererseits der Wert X in jedem Vierpol zwischen — K und + K schwanken,

doch bleibt dieser Wert trotz seiner Veränderungen immer für die vier Kondensatoren 15 und 16 des genannten Vierpols gleich, mit anderen Worten, die beiden Kondensatoren eines jeden Paares 15, 16 können eine zwischen 0 und 2 K veränderliche Scheinleitfähigkeit aufweisen.

Man erkennt, daß, wenn man unter diesen Bedingungen eine beliebige der beiden Selbstinduktionen kurzschließt, die andere Selbstinduktion auf die betrachtete Frequenz abgestimmt ist, da bekanntlich Resonanz eintritt, wenn die Summe der,Scheinleitfähigkeiten des Stromkreises ο ist. Diese Bedingung ist tatsächlich gut erfüllt, denn bei einem solchen Kurzschluß ist: einerseits jedem Kondensator 16 ein Kondensator 15 parallel geschaltet, und ihre Gesamtscheinleitfähigkeit (K + X) + (K — X) ist gleich 2 K, und andererseits liegen die beiden aus je zwei Kondensatoren gebildeten Gruppen in Reihe, was für die Kondensatoren die Gesamtscheinleitfähigkeit K ergibt.

Diese Gesamtscheinleitfähigkeit der Kondensatoren hebt die Scheinleitfähigkeit —K der nicht kurzgeschlossenen Selbstinduktion gut auf.

Alle Vierpole sind parallel geschaltet, wobei die Ausgangsklemmen 12", I2⁶ der Vierpole 1 bis P und die Eingangsklemmen ii°, n⁶ der Vierpole (P + 1) bis N z. B. in einem gemeinsamen mittleren Klemmenpaar 17°, iy^b vereinigt sind. In der Folge sollen die nicht unmittelbar mit den mittleren Klemmen 17°, 17^s verbundenen Eingangsklemmen n^a, n⁶ Eingangsklemmen des Netzwerks genannt werden und entsprechend die nicht unmittelbar mit den mittleren Klemmen 17°, 17 ^b verbundenen Ausgangsklemmen ΐ2^α, 12¹ Ausgangsklemmen des Netzwerks.

Es versteht sich von selbst, daß man alle Selbst-Induktionen 14 und 13, die unmittelbar mit den Klemmen ij^a bzw. xy^b verbunden sind, durch eine einzige (in der Abbildung durch gestrichelte Linien angedeutete) mittlere Selbstinduktion 18 ersetzen kann, deren Scheinleitfähigkeit gleich der Summe der Scheinleitfähigkeiten der genannten Selbstinduktionen 14und 13 ist. In der Folge soll dies immer geschehen.

Dies vorausgesetzt, legt man an die Eingangsklemmen n^a des Netzwerks gegebene Potentiale von der Frequenz an, auf welche alle Vierpole eingestellt sind, und an die entsprechenden Klemmen xx^h dazu symmetrische Potentiale; dann entstehen an den Ausgangs- - klemmen I2^a und I2^& der Zelle symmetrische Potentiale. Die angelegten und die so erzeugten Potentiale sind durch ein allgemeines Gesetz

F₁Z₁ + V₂X₂ + ... V_nX_n = O (i)

miteinander verbunden, worin X₁, X₂ · ■ ■ Xn die zu den verschiedenen Vierpolen gehörenden Werte X bedeuten.

Um sich davon zu überzeugen, genügt es, zunächst z. B. zwei Vierpole 1 und N zu betrachten, die als allein vorhanden vorausgesetzt werden. Wenn man die Gleichungen niederschreibt, die laut dem Kirchhoffschen Gesetz besagen, daß die Summe der Ströme an den beiden mittleren Klemmen 17", 17 ^b gleich ο ist, so gelangt man nach Addition dieser Gleichungen Glied für Glied und Kürzung zu folgender Gleichung:

F₁Z₁+ V_nX_n = O.

Es würde genügen, dieselbe Rechnung zu wiederholen, indem man die anderen Vierpole anfügt, um die obige allgemeine Formel 1 aufzustellen.

Wenn die Spannungen in Phase sind, so bezeichnen F₁, F₂ ... Vp, Vp + ι ... V_n der Gleichung (1) nach Belieben Momentanwerte oder mittlere Spannungen.

Wenn hingegen die Spannungen nicht in Phase sind, so kann man die Momentanwerte F₁ — V_n folgendermaßen ausdrücken:

F₁ = P₁ sin cot + Q₁ cos ω t,

V_n = P_n sin ω t + Q_n cos ω t.

Die Gleichung (ι) zerlegt sich also in zwei Gleichungen, deren eine die Komponenten P und die andere die KomponentenQ enthält:

. P₁X₁+ P₂X₂+ ... +P_nX_n = 0,

Q₁X^Q₂X₂+ .., + Q_nX_n = 0.

Hierdurch wird dieser Fall auf den Fall phasengleicher Spannungen zurückgeführt.

Vor allem folgende Ursachen bedingen Abweichungen von dem durch obige Gleichung (1) ausgedrückten Gesetz: I. der Scheinwiderstand bzw. die Scheinwiderstände, die bei den praktischen Anwendungen des Netzwerks an die Ausgangsklemmen desselben angeschaltet werden, sind nicht unendlich groß, wie wir später sehen werden; 2. die verschiedenen Selbstinduktionsspulen des genannten Stromkreises weisen innere Widerstände auf; 3. die Regelung der Scheinleitfähigkeit dieser Selbstinduktionsspulen ist unvollkommen.

Es soll nun gezeigt werden, daß diese Abweichungen in der genannten Gleichung nur von zweiter Größen-Ordnung sind.

Dies besagt z. B., daß, wenn der an die Ausgangsklemmen eines Netzwerks angeschaltete Scheinwiderstand 2oomal größer ist als diejenigen der Selbstinduktionen, welche in diesem Netzwerk enthalten sind, die inneren Widerstände dieser Selbstinduktionen gleich ¹Z₂₀₀ ihrer Scheinwiderstände sind, die Scheinleitfähigkeit dieser Selbstinduktionen auf ¹Z₂₀₀ genau eingeregelt wurden, die durch diese verschiedenen Ursachen in den obigen Gleichungen entstehenden Abweichungen von der Größenordnung ¹Z₄₀₀₀₀ sind.

Zwecks Vereinfachung soll nur der Fall der Vierpole ι und -N allein betrachtet werden.

Es sei: A₁ die Scheinleitfähigkeitsabweichung der Selbstinduktion 18 von ihrem Sollwert; k₂ die Scheinleitfähigkeitsabweichung der Selbstinduktion 13 des Vierpols N von ihrem Sollwert; k₃ die Scheinleitfähigkeitsabweichung aus dem Grunde, daß der an die Ausgangsklemmen ΐ2^α, I2⁶ des Vierpols N angeschaltete Scheinwiderstand nicht unendlich groß ist; F₁ und

— F₁ die an die Eingangsklemmen 11 ^a bzw. ΐΐ^δ des aus den Vierpolen 1 und N gebildeten Netzwerks angelegten, als symmetrisch angenommenen Potentiale; F₂ und —F₂ die symmetrischen Potentiale an den Ausgangsklemmen 12^s bzw. I2^b des Netzwerks; U und

— Ϊ7 die symmetrischen Potentiale an den Klemmen

τη^α bzw. iy^h; die Summe der von der Klemme xj^a abgehenden oder dort ankommenden Ströme ist nach dem Kirchhoffschen Gesetz offensichtlich gleich o.

Diese Ströme können wie folgt ausgedrückt werden:

a) in dem linken Zweig 17° —I2° — ii°: (K₁ + X₁)

(U—F₁) (d.h. das Produkt der Scheinleitfähigkeit

und der Potentialdifferenz zwischen den Punkten ii° und 17»),

b) in dem linken Zweig 17° — i2^a — ii⁵: (K_t — X₁) (U + F₁),

c) in dem mittleren Zweig 17" — 17*: (_ K₁-K_n + k) (U+U),

d) in dem rechten Zweig 17" — ii° — I2^a: (K_n+ X_n) (U-V_n),

e) in dem rechten Zweig 17⁰—ii° —I2⁶: (K_n - X_n) (U + V_n) .

Wenn man diese fünf Werte addiert und kürzt, erhält man folgende Gleichung:

k_vU — V₁X₁- V_nX_n = 0. 20

Andererseits ist die Summe der von der rechten Ausgangsklemme i2^a abgehenden oder dort ankommenden Ströme ebenfalls gleich 0.

Diese können wie folgt ausgedrückt werden: a) in dem Zweig 12⁰ — ii°—17": (K_n + X_n) (V_n-U);

b) in dem Zweig 12° — ii* —17⁶: (K_n — X_n) (V_n + U);

c) in dem Zweig 12° — 12⁶: (-K_n + k₂ + k_s) (V_n + V_n).

Wenn man diese drei Werte addiert und kürzt, so erhält man folgende Gleichung:

(h+h)V_N— UX_n =0. Aus obigen Gleichungen ergibt sich:

Ftf =

(2)

I

X_n

Man erkennt, daß dieser Ausdruck sich von dem der oben angegebenen theoretischen Formel

Ftf = —

X_n

nur durch das Auftreten des Koeffizienten

X_n

unterscheidet, welcher Koeffizient nur durch das Vorhandensein des Ausdrucks

von der Einheit abweicht. Nun sind die Scheinleitfähigkeitsabweichungen A₁ und (k₂ + k_s) von einer «-fach, z. B. 2oofach, kleineren Größenordnung als die Scheinleitfähigkeit X_n. Infolgedessen ist der Ausdruck

&1 («2 +

X_n

von der Größenordnung -^₅-, also beispielsweise ¹^₀ 000· Man erkennt also, daß der Ausdruck für das tatsächliche Gesetz (2), welchem das Netzwerk die ihm aufgedrückten Spannungen unterwirft, bis auf die zweite Größenordnung mit dem theoretischen Gesetz

>-_N

zusammenfällt.

In obiger Beweisführung wurde zur Erleichterung der Rechnung vorausgesetzt, daß die Potentiale am Netzwerkeingang symmetrisch sind (+ V₁ und — F₁). Eine ähnliche, wenn auch etwas längere Beweisführung mit nichtsymmetrischen Eingangspotentialen (z. B. + F₁ und 0) würde zum selben Ergebnis führen.

In dem soeben beschriebenen Beispiel, das die Ausführung eines Rechennetzwerks in seiner allgemeinsten Form darstellt, wurde angenommen, daß die Kapazitätswerte in gewissen Grenzen (zwischen 0 und 2 K), und zwar nach einer gleichzeitig angenommenen Regel schwanken.

Im folgenden soll beispielsweise beschrieben werden, wie man diese konjugierte Veränderung der vier Kapazitäten ein und desselben Vierpols in dem besonderen Fall erzielen kann, daß diese Veränderung einem linearen Gesetz folgt. Man kann zu diesem Zweck den in Abb. 2 dargestellten besonderen veränderlichen Kondensator verwenden. Er besteht aus zwei koaxialen Zylinderwänden, die längs Erzeugenden derselben in zwei gleiche Teile 19,19⁰ und 20,20° zerschnitten sind. Die äußerenTeile 19,19° bilden die festen Kondensatorbelegungen. Die die bewegliche Belegungen bildenden inneren Teile 20, 20° drehen sich gleichzeitig gegenüber den festen Belegungen 19,19" um eine Achse O. Letztere sind z. B. mit den Eingangsklemmen 21 und 22 eines Vierpols verbunden und die beweglichen Belegungen 20, 20⁰ mit den Ausgangsklemmen 23 und 24 desselben Vierpols. Wenn man die Kapazität zwisehen der festen und der beweglichen Belegung für einen Quadranten (der z. B. durch die beiden aufeinander Senkrechten O Y-O W¹ festgelegt sei) mit K bezeichnet und die Kapazität zwischen denselben beiden Belegungen für einen Winkel YOZ (wobei die Achse Z-O-Z¹ in der Trennebene der beiden beweglichen Belegungen 20, 2O^a liege) mit X, so erkennt man sofort, daß die Kapazität zwischen den Klemmen 21 und 23 den Wert (K + X) hat, die Kapazität zwischen den Klemmen 22 und 23 den Wert (K — X) und die Kapazität zwischen den. Klemmen 22 und 24 den Wert (K + X), wobei X sich von + K (wenn die Achse Z-O-Z¹ mit der Achse W-O-W¹ zusammenfällt) bis — K (wenn die Achse Z-O-Z¹ sich gegenüber ihrer obigen Stellung um 180° gedreht hat) ändert. 1x5

Wenn die Achse Z-O-Z¹ mit der Achse Y-O-Y¹ zusammenfällt, sind die Kapazitäten zwischen den Klemmen 21-23, 21-24, 22-23 ^und 22-24 sämtlich gleich K. Wenn die Achse Z-O-Z¹ nach Drehung um 90° mit der Achse W-O-W¹ zusammenfällt, sind die Kapazitäten zwischen den Klemmen 21-23 ^un(i 22-24 beide gleich 2 K, während die Kapazitäten zwischen den Klemmen 21-24 ^un^ 22-23 ° ^sm(i· Wenn die Achse Z-O-Z¹ sich in entgegengesetzter Richtung um 90⁰ gedreht hat, so werden die Kapazitäten zwischen den Klemmen 21-23 und 22-24 °> während die Kapa-

zitäten zwischen den Klemmen 21-24 und 22-23 beide gleich 2 K werden.

Es ist offensichtlich, daß bei anderen Formen der

Belegungen die Veränderungen der vier in Frage stehenden Kapazitäten irgendeinem anderen Gesetz folgen würden, z. B. einem Sinusgesetz, wobei aber die Regel, nach welcher die Kapazitäten sich gegenseitig verändern, stets eingehalten würde.

Es sollen nun einige weitere Ausführungsarten für das Rechennetzwerk betrachtet werden, die sich sämtlich aus dem allgemeinen Beispiel ableiten.

Diese elementare arithmetische Operationen gestattenden Abänderungen bilden die Grundlage für zahlreiche Anwendungen vorliegender Erfindung.

Bei einer ersten Abart des allgemeinen Schemas (Abb. 3) ist das Rechennetzwerk aus zwei Vierpolen, ι und 25, zusammengesetzt. Der Vierpol 1 ist identisch mit jedem der beiden Vierpole des allgemeinen Schemas. In dem zweiten Vierpol 25 erhielt der Ausdruck Z₂ einen festen Wert gleich K₂. Die Scheinleitfähigkeiten der Kondensatoren 26 (die den Kondensatoren 15 des Schemas Abb. 1 entsprechen) sind dann gleich 2 K, während diejenigen der beiden anderen Kondensatoren 16 dieses Schemas ο sind, d. h. daß letztere beiden Kondensatoren in Wirklichkeit nicht vorhanden sind. Die anderen Elemente des Rechennetzwerks nach Abb. 1 bleiben unverändert. Es genügt, die allgemeine Formel anzuwenden, um zu erkennen, daß die an den Klemmen I2^a, X2^b des Vierpols 25 abgenommene Spannung den Wert

— F, = - ■

K,

hat.

Man erhält also eine Multiplikation der ursprünglichen Spannung mit einem veränderlichen Faktor Z₁, der z. B. von der Winkelstellung der drehbaren Belegung eines Kondensators der oben beschriebenen, in Abb. 2 dargestellten Bauart abhängt.

Wenn jetzt (Abb. 3) an Stelle der Eingangsklemmen ii°, ιi^b des Vierpols ι die Ausgangsklemmen 12", 12 ^b des Vierpols 25 gewählt werden, wird die Operation umgekehrt, und man erhält eine Division der ursprünglichen Spannung durch einen veränderlichen Faktor.

Die folgende Bauart (Abb. 4) bezieht sich auf ein Rechennetzwerk, das aus drei Vierpolen zusammengesetzt ist, die mit dem Vierpol 25 des vorhergehenden Beispiels (Abb. 3) identisch sind.

Wenn diese drei Vierpole 25 mit Kondensatoren von durchweg gleicher Scheinleitfähigkeit 2 K gebildet werden, so erhält man:

F₁ +F₂+F₃=O.

Das Rechennetzwerk gestattet in diesem Fall, Spannungsadditionen im algebraischen Sinne dieses Wortes auszuführen.

Abb. 5 stellt eine Abart des vorhergehenden Beispiels dar. Das Netzwerk besteht aus einem Vierpol 1 der Schaltung nach Abb. 1 und zwei Vierpolen 25 der Schaltung nach Abb. 3. Die Kapazität X der Kondensatoren 15 und 16 des Vierpols 1 bleibt veränderlich, während die beiden Kondensatoren 26 der Vierpole 25 feste Werte haben und ihre Scheinleitfähigkeiten entsprechend gleich 2 K₂ und 2 K₃ sind.

In diesem Fall ergibt die Anwendung der allgemeinen Formel:

V₁X+ V₂K₂+ F₃K₃ = O.

Mit anderen Worten, nimmt man an den Ausgangsklemmen I2^a - 12* des Netzwerks eine Spannung F₃ ab, die gleich der Summe

V₁X _| F₂K₂

3 3

ist, d. h. daß das Netzwerk gleichzeitig eine Addition und eine Multiplikation mit einem veränderlichen Koeffizienten durchführt.

In den vorhergehenden Beispielen wurde nur ein einziges Rechennetzwerk verwendet, aber es kann in gewissen Fällen von Interesse sein, mehrere solcher Netzwerke miteinander zu verbinden.

Es folgt ein Beispiel einer solchen Zusammenschaltung (Abb. 6 und 7), das dazu dient, eine Gruppe von Gleichungen zu lösen:

AX+ BY+ C =0, (3)

A'X + B'Y+ C = O. (4)

Drei durch eine gemeinsame Selbstinduktionsspule 32 miteinander verbundene Vierpole 29, 30, 31 bilden ein erstes Netzwerk 33 (das in den Zeichnungen durch strichpunktierte Linien begrenzt ist). Drei andere Vierpole 34, 35, 36 sind durch eine gemeinsame Selbstinduktionsspule 37 miteinander verbunden und bilden ein zweites Rechennetzwerk 38. Die betreffen- gs den Eingangsklemmen 39 und 40 der beiden Rechennetzwerke 33 und 38 sind mit den Klemmen 41 einer Wechselspannungsquelle 48 verbunden. Die Ausgangsklemmen 42^a -42* und 43^a - 43* der Vierpole 30 bzw. 31 sind in 44" - 44* bzw. 45" - 45* mit den Ausgangsklemmen 46° - φ¹ bzw. 47® - 47* der Vierpole 35 bzw. 36 verbunden.

Die zu den Vierpolen 29, 30, 31, 34, 35, 36 gehörenden Ausdrücke für Z sollen durch Z₁, Z₂, Z₃, Z₄, Z₅, Z₆ bezeichnet werden. Andererseits soll F die Spannung der Quelle, F₁ die Spannung an den Klemmen 44 und F₂ diejenige an den Klemmen 45 bezeichnen.

Das Übertragungsnetzwerk 33 liefert die Gleichung:

V₁X₂+ V₂X₃+ FZ₁ = O, die man schreiben kann:

X,

■y ^v 2
^A3 ~Y

■ X₁= 0.

(5)

Das andere Rechennetzwerk38 liefert die Gleichung:

V₁X₅+ V₂X₆+ FZ₄=O, die geschrieben werden kann:

Z₆-¹^₊Z₄ = O. (6)

Wenn man durch Einstellung der veränderlichen Kapazitäten der Vierpole den Ausdrücken Z₂, Z₃ und Z₁ der Gleichung (5) die Wertest, B und C der Gleichung (3) erteilt und desgleichen den Ausdrücken Z₅,

X₆ und X₄ der Gleichung (6) die Werte A', B' und C der Gleichung (4), erkennt man sofort, daß die Ausdrücke (5) und (6) zu folgenden werden:

+■C = 0,

+ C=O.

Es genügt also, mittels an die Klemmen 41 der Speisestromquelle 48 und an die Klemmen 44", 44* einerseits und 45°, 45" andererseits angeschalteter Spannungsmesser die Spannungen V, F₁, F₂ zu messen

und dann daraus die Verhältnisse

und

ab-

7 ·■""■" γ

zuleiten, um die Werte der Unbekannten X und Y der zu lösenden Gleichungspaare (3) und (4) zu erhalten. Das soeben beschriebene Beispiel kann man etwas vereinfachen, wie in Abb. 7 dargestellt. So werden die Selbstinduktionsspulen 13, welche einen Teil der Vierpole 29 und 34 bildeten, im Fall der Vierpole 29° und 34° der Abb. 7 durch eine zwischen die Klemmen 41 der Speisestromquelle 48 eingeschaltete Selbstinduktionsspule 49 ersetzt. Eine gleiche. Vereinfachung erfolgte bezüglich der Selbstinduktionsspulen 14, welche einen Teil der Vierpole 30, 31, 35 und 36 der Abb. 6 bildeten. Diese Selbstinduktionsspulen werden in der Ausführungsform nach Abb. 7 durch zwei Selbstinduktionsspulen 50 und 51 ersetzt, die zwischen die Klemmen 44° - 44^s bzw. 45° - 45* geschaltet sind. Die Werte der Scheinleitfähigkeiten der Selbstinduktionsspulen 49, 50 und 51 sind wohlverstanden gleich den Summenwerten der beiden Selbstinduktionsspulen, die sie jeweils ersetzen.

Allgemein kann man eine beliebige Zahl von ernndungsgemäßen Rechennetzwerken miteinander verbinden, vorausgesetzt, daß sie alle auf dieselbe Frequenz abgestimmt sind.

Das erfindungsgemäße Netzwerk und seine verschiedenen Verbindungen können zahlreiche Anwendungen erfahren, insbesondere immer dann, wenn man eine der oben dargestellten Rechnungsoperationen ausführen will.

- Zur näheren Erläuterung soll im folgenden unter Bezugnahme auf Abb. 8 eine solche Anwendung beschrieben werden. Es handelt sich in vorliegendem Fall darum, die Koordinate Z zu bestimmen, d. h. die Höhe eines Gegenstandes in bezug auf einen gegebenen Punkt, von welchem Gegenstand man die Höhenrichtung S und den Abstand D von diesem gegebenen Punkt kennt, d. h. die Umformung Z = D sin S auszuführen.

Die Einrichtung setzt sich im wesentlichen aus zwei Rechennetzwerken 68 und 69 zusammen, die von einer Wechselspannungsquelle von beispielsweise 100 V einer Hochfrequenz F von z. B. 500 kHz gespeist ' werden. Das Netzwerk 68 von dem oben bereits beschriebenen Multiplikatortyp (Abb. 3) umfaßt zwei Vierpole 1 und 25, während das Netzwerk 69 drei Vierpole i°, i⁶ und 25^a besitzt. In den Vierpolen, aus welchen diese Netzwerke bestehen, entspricht bezüglich der Kapazitäten der Wert i? z. B. 100 μμ F und infolgedessen bezüglich der Selbstinduktionen ungefähr ι mH.

Der Vierpol 1 ist mit vier veränderlichen Kapazitäten 15 und 16 ausgestattet, z. B. in Form eines Kondensators mit einer einzigen Drehachse, wie oben beschrieben. Diese Achse ist in der Abbildung durch die LinieD-D schematisch angedeutet; sie wird von einem Radargerät gesteuert, das die Entfernung und Höhe des anvisierten Gegenstandes mißt, und dreht sich um einen der Entfernung D dieses Gegenstandes proportionalen Winkel.

•Der Vierpol 25 besitzt zwei feste und einander gleiche Kapazitäten 26. Die Ausgangsklemmen I2^a, I2⁶ des Vierpols 25 sind mit den Eingangsklemmen ii^a, il* des zweiten Netzwerks 69 verbunden. Diese Eingangsklemmen bilden gleichzeitig die Eingangsklemmen des zu diesem Netzwerk 69 gehörenden Vierpols i^a.

Dieser Vierpol i^a ist identisch mit dem Eingangsvierpol ι des soeben beschriebenen Netzwerks 68. Die durch die Linie S-S schematisch angedeutete Drehachse seines veränderlichen Kondensators wird ebenfalls von demselben Radargerät gesteuert und dreht sich um einen Winkel, der proportional sin S ist, wo S die Höhenrichtung des durch den Radar anvisierten Gegenstandes ist.

Bei einer weiteren Ausführungsart dreht sich die Achse des veränderlichen Kondensators der oben beschriebenen Bauart, mit welcher der Vierpol i° ausgestattet ist, proportional S, und die Form der Belegungen dieses Kondensators ist derart, daß die Kapazitätsänderungen einem Sinusgesetz folgen.

Die Ausgangsklemmen i2^a, i2^b des Vierpols i° sind mit den mittleren Klemmen χη^α, xj^b des Netzwerks 69 verbunden.

Der Vierpol 25° ist identisch mit dem obenerwähnten Vierpol 25. Er ist durch seine Klemmen ii^ff, ii⁶ mit den obengenannten Klemmen 17", 17* verbunden.

Der andere Vierpol i⁶ ist über seine Eingangsklemmen ii°, ii⁶ mit der Quelle 70 verbunden und über seine Ausgangsklemmen X2^a, I2⁶ mit den vorerwähnten Klemmen xj^a, 17*. Dieser Vierpol i⁶ ist wie der Vierpol 1 zusammengesetzt. Die durch die Linie Z-Z schematisch angedeutete Drehachse seines Kondensators wird durch einen Motor 72 über ein geeignetes Untersetzungsgetriebe 73 angetrieben. Andererseits ist diese Achse mit einem Zeiger 75 versehen, der gestattet, auf einer in Höhenmaß geeichten Skala 74 den Drehwinkel der Achse Z-Z abzulesen.

Der genannte Motor 72 ist ein Zweiphasenmotor, dessen Feldwicklungen 76 und 77 über Verstärker 78 bzw. 79 mit den Anoden 80 bzw. 81 zweier Frequenzwechsler 82 bzw. 83 verbunden sind, deren Gitter 84 und 85 mit einer eine Hochfrequenz {F -\- f) liefernden Quelle verbunden sind, wobei f z. B. gleich 50 Hz ist. Das Steuergitter 87 der Röhre 82 ist mit der Sekundärwicklung eines Übertragers 88 verbunden, dessen Primärwicklung an die Ausgangsklemmen I2^a, 12^s des Vierpols 25⁰ derart angeschlossen ist, daß an dieses Gitter eine mit der Frequenz F der Quelle 70 veränderliche Spannung angelegt wird. Weiter gelangt an das Steuergitter 89 der- Röhre 83 eine gleichbleibende Spannung der Frequenz F, z. B. über einen Übertrager 90, dessen Primärwicklung an die Quelle 70

angeschlossen ist, und über einen Widerstand 91, an dessen anderes Ende ein Kondensator 92 angeschlossen ist, dessen andere Belegung an Erde liegt.

Die genannte Anordnung arbeitet wie folgt: Die gleichbleibende Spannung V der Quelle 70 ergibt an den Ausgangsklemmen 12°, Ι2^δ des Netzwerks 68 eine

Spannung V₁ = -ψ-, die der Entfernung D proportional ist, da die Achse D-D des einzigen Kondensators eine der Entfernung/) proportionale Drehung ausgeführt hat.

Das Netzwerk 69 erhält über den Eingang des Vierpols i° die Spannung V₁ und über den Eingang des Vierpols i⁶ die Spannung V. Sie liefert also an ihrem Ausgang die Spannung:

oder

F₂ = -

K X₁X₂

K '

worin X₂ proportional sin S und X₃ proportional M ist, wenn M die von dem Zeiger 75 auf der Skala 74 angegebene Höhe bedeutet. Daraus folgt:

F₂= V(aDsmS —

worin α und b Konstanten sind, die wohlverstanden durch eine geeignete Einteilung der Skala 74 gleichgemacht werden können, was ergibt:

F₂= aV (DsinS — M).

Diese Spannung F₂ wird über den Übertrager 88 an das Steuergitter der Röhre 82 angelegt, welche die Frequenz auf/" gleich z.B. 50 Hz erniedrigt; der Strom in dem Stromkreis der Anode 80 wird hierauf durch den Verstärker 79 verstärkt und in die Feldwicklung 76 des Motors 72 geleitet. Da gleichzeitig die Feldwicklung 77 von dem gleichbleibenden, gegenüber dem von der Anode 80 der Röhre 82 gelieferten um 90 ° phasenverschobenen Strom durchflossen wird, welcher Strom mit der gleichen Frequenz f von der Röhre 83 über den Verstärker 78 geliefert wird, dreht sich der Motor 72 und nimmt die Achse Z-Z mit, und zwar bis die Spannung an der Primärwicklung des Übertragers 88 zu 0 wird. Man hat dann:

F₂ = 0 oder

D sin S — Z = 0, d. h.

M = DsinS ;

mit anderen Worten: Die von dem Zeiger 75 angegebene Höhe M gibt den Höhenwert Z = D sin S des anvisierten Gegenstandes an.

Zur Vereinfachung wurde nur eine Rechnungsart für Z = D sin S gezeigt, aber man könnte auf ähnliche Weise die Koordinaten X und Y in Abhängigkeit von der Höhenrichtung S, der Entfernung D und der Seitenrichtung G erhalten.

Selbstverständlich ist die Erfindung keineswegs auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungs- und Anwendungsarten beschränkt, die nur beispielsweise gebracht wurden.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   i. Recheneinrichtung, die zumindest eine elektrische Wechselspannung fester Frequenz verwendet und zumindest eine andere elektrische Wechselspannung fester Frequenz liefert und als Vermittlungselemente Netzwerke verwendet, die gestatten, mittels elektrischer Spannungen fester Frequenz Operationen, wie Addition, Subtraktion, Multiplikation und Division durchzuführen, dadurch gekennzeichnet, daß sie zumindest ein Netzwerk aufweist, das zumindest zwei Vierpole besitzt, deren jeder eine erste Selbstinduktion aufweist, die an ihren beiden Enden eine erste und eine zweite Klemme besitzt, ferner eine zweite Selbstinduktion, die an ihren Enden eine dritte und eine vierte Klemme besitzt, welche beiden Selbstinduktionen unter sich gleich sind, und wobei ein erstes Kapazitätspaar (K + X) vorhanden ist, dessen eine Kapazität die genannte erste und dritte Klemme und die andere die genannte zweite und vierte Klemme verbindet, und ein zweites Kapazitätspaar (K — X), dessen eine Kapazität die genannte erste und vierte Klemme verbindet und dessen andere die genannte zweite und dritte Klemme verbindet, wobei K einen festen positiven go Wert und X einen beliebigen zwischen — K und + K liegenden Wert besitzt, und die genannten zweiten Selbstinduktionen aller Vierpole des Netzwerks parallel geschaltet sind und die Scheinleitfähigkeit einer jeden dieser Selbstinduktionen für eine gegebene Frequenz für alle Vierpole gleich, und zwar gleich der Hälfte der Summe der Scheinleitfähigkeiten der an eine beliebige dieser Klemmen angeschlossenen Kapazitäten ist.
2. 2. Recheneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei Selbstinduktionen, die zu verschiedenen Vierpolen gehören, die auf der Seite dieser Selbstinduktionen miteinander verbunden sind, zu einer einzigen Selbstinduktion vereinigt sind, deren Scheinleitfähigkeit gleich der Summe der Scheinleitfähigkeiten der von ihr ersetzten Scheinleitfähigkeiten ist.
3. 3. Recheneinrichtung nachAnspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie zumindest einen Vierpol aufweist, in welchem das Ende einer Selbstinduktion mit jedem Ende der anderen Selbstinduktion über eine veränderliche Kapazität verbunden ist, wobei die Summe der beiden an eine Klemme angeschlossenen Kapazitäten gleichbleibt.
4. 4. Recheneinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Vierpol ein einziges Paar fester und unter sich gleicher Kapazitäten aufweist.

   Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

   I 5294 7.53