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Elektrische Schaltvorrichtung für Brennkraftmaschinen, insbesondere
von Kraftfahrzeugen Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Schaltvorrichtung
für Brennkraftmaschinen, insbesondere von Kraftfahrzeugen, deren Andrehmotoren aus
einer Batterie gespeist werden und in ihrem Betriebsstromkreis ein elektromagnetisches
Schaltschütz haben, das durch Schließen eines Schalters mit der Batterie verbunden
werden kann und dann den Betriebsstromkreis schließt.
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Bei bekannten Schaltvorrichtungen, die als Anlaßsperren dienen, wird
entweder die Klemmenspannung der Lichtmaschine oder der im Ansaugrohr der Brennkraftmaschine
entstehende Unterdruck zur Betätigung von elektromagnetischen Relais oder von mechanischen
Schalteinrichtungen verwendet. Diese sollen während des Anlaßvorgangs den Andrehmotor
so lange eingeschaltet halten, bis die Brennkraftmaschine eine vorgegebene Mindestdrehzahl
erreicht hat und dann den Betriebsstromkreis des Andrehmotors unterbrechen. Außerdem
soll mit diesen Anlaßsperrvorrichtungen das Einschalten des Betriebsstromkreises
des Andrehmotors verhindert werden, solange sich die Brennkraftmaschine noch dreht.
Dies ist insbesondere dann schwierig, wenn die Brennkraftmaschine trotz abgeschalteter
Zündung oder Brennstoffzufuhr nur noch infolge ihrer Massenschwungkraft bis zum
Stillstand weiterläuft. Bei Verwendung von elektromagnetischen Relais, die an die
Lichtmaschinenspannung angeschlossen sind, muß dafür gesorgt werden, daß die Einzugsstellung
für kurze Zeit über denjenigen Zeitpunkt hinaus aufrechterhalten bleibt, in dem
die Lichtmaschinenspannung die Haltespannung des Relais unterschreitet, damit inzwischen
die Brennkraftmaschine völlig zum Stillstand kommen kann. Derartige Verzögerungseinrichtungen
verteuern die Anlage erheblich.
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Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Steuerung der Anlaßsperrvorrichtung
durch eine elektrische Stromquelle zu bewerkstelligen, die einen impulsförmigen
Spannungsverlauf hat und bei jeder Umdrehung der Brennkraftmaschine wenigstens einen
Steuerimpuls liefert. Diese Impulse sollen in einem integrierenden Zeitglied zur
Erzeugung einer Steuerspannung für ein Hilfsrelais gespeichert werden, dessen Schaltkontakte
im Stromkreis des dem Andrehmotor vorgeschalteten Schaltschützes angeordnet sind.
Ein besonders einfacher Aufbau und eine zuverlässige Wirkungsweise ergibt sich bei
einer Vorrichtung, die gemäß der Erfindung außer einem mit seinen Arbeitskontakten
im Steuerstromkreis des Schaltschützes angeordneten Hilfsrelais wenigstens einen
Transistor enthält, der dem Hilfsrelais vorgeschaltet und an einen Impulsgeber angeschlossen
ist, dessen Frequenz mit der Drehzahl der Brennkraftmaschine steigt, während die
Länge seiner Impulse drehzahlunabhängig ist, und bei der darüber hinaus ein integrierendes
Zeitglied vorgesehen ist, durch welches das Hilfsrelais unterhalb einer gegebenen
Mindestdrehzahl der Brennkraftmaschine geschlossen gehalten werden kann.
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Bei Brennkraftmaschinen mit einer Hochspannungszündanlage kann man
die beim Öffnen und Schließen des Zündunterbrechers impulsförmig sich ändernde Spannung
an der Primärwicklung der Zündspule zur Steuerung der Schaltvorrichtung verwenden.
Bei Dieselmaschinen dagegen steht eine solche Spannung nicht ohne weiteres zur Verfügung.
Man kann jedoch durch einen von der Nockenwelle der Brennkraftmaschine gesteuerten
und zusammen mit einem Widerstand an die zum Betrieb des Andrehmotors erforderliche
Batterie angeschlossenen Unterbrecher in einfacher Weise eine sich im Takt der Maschinendrehzahl
impulsförmig ändernde Spannung erzeugen. Die Verwendung von Transistoren bringt
dabei den erheblichen Vorteil mit sich, daß zum Integrieren der Steuerimpulse verhältnismäßig
kleine Kondensatoren ausreichen und trotzdem eine genügend lange Verzögerungszeit
erzielt wird, über die der Andrehmotor während desAuslaufvorgangs der Brennkraftmaschine
gesperrt bleibt.
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In der Zeichnung sind als Ausführungsbeispiele der Erfindung zwei
Anlaßsperrvorrichtungen für zum Betrieb mit Hochspannungszündung bestimmte Brennkraftmaschinen
dargestellt.
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Fig. 1 zeigt ein Schaltschema des ersten Ausführungsbeispiels, während
in Fig. 2 ein Ausschnitt aus dem Schaltschema einer anderen Anlaßsperrvorrichtung
dargestellt ist.
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Beim ersten Ausführungsbeispiel ist zum Anwerfen der mit 10 bezeichneten
Brennkraftmaschine ein Anlasser
11 vorgesehen, in dessen Betriebsstromkreis
ein Anlasserschütz 12 liegt. Das Schütz hat eine Magnetisierungsspule13 und einen
beweglichen Schaltarm 14, der mit einem feststehenden Arbeitskontakt 15 zusammenwirkt.
Der Schaltarm 14 und der Arbeitskontakt 15 liegen im Zuge einer an den Pluspol einer
12-Volt-Batterie 17 angeschlossenen Zuführungsleitung 18, an die außerdem ein handbetätigter
Zündschalter20 angeschlossen ist. Dieser führt zu einer Hilfsleitung21. An die Hilfsleitung
21 ist die Primärwicklung 23 einer Zündspule angeschlossen, die mit einem Unterbrechernocken
24 und einem Verteiler 25 zusammenarbeitet. Der Verteiler hat eine umlaufende Verteilerelektrode
26, an die die sekundärseitige Hochspannungswicklung 27 der Zündspule angeschlossen
ist. Am Umfang des Verteilers sind vier feststehende Elektroden 28 gleichmäßig verteilt
angeordnet und mit je einer der vier Zündkerzen 29 der Brennkraftmaschine über ein
Zündkabel 30 verbunden. Der besseren Übersichtlichkeit halber ist in der Zeichnung
nur das zum ersten Zylinder der Brennkraftmaschine führende Zündkabel dargestellt.
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Der mit dem Verteiler 25 auf einer gemeinsamen, mit der Nockenwelle
der Brennkraftmaschine gekuppelten Antriebswelle 33 sitzende Unterbrechernocken
24 arbeitet mit einem Unterbrecherhebel 34 zusammen, dessen feststehender Kontakt
35 an eine mit dem Minuspol der Batterie 17 verbundene Minusleitung 36 angeschlossen
ist. Parallel zu dem aus dem Unterbrecherhebel 34 und dem feststehenden Unterbrecherkontakt
35 bestehenden Zündunterbrecher der Hochspannungszündanlage liegt ein Zündkondensator
37. Bei jedem öffnen und Schließen des Unterbrechers entsteht an dem gemeinsamen
Verbindungspunkt der Primärspule 23, der Sekundärwicklung 27, des Unterbrecherhebels
34 und des Zündkondensators 37 eine sich impulsförmig ändernde Spannung mit etwa
rechteckförmigem Verlauf. Diese Spannung ist zur Steuerung der im folgenden näher
beschriebenen Anlaßsperrvorrichtung verwendet.
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DieAnlaßsperrvorrichtung enthält ein Hilfsrelais40 mit einem Arbeitskontaktpaar,
das von einem beweglichen Schaltarm 41 und einem Festkontakt 42 gebildet wird. Außerdem
gehören zur Anlaßsperrvorrichtung zwei Germaniumtransistoren vom p-n-p-Typ, von
denen der in der Zeichnung mit T2 angedeutete zweite Transistor mit seiner Kollektorelektrode
K 2 an das eine Ende der zum Hilfsrelais 40 gehörenden Magnetisierungsspule 43 angeschlossen
ist, deren anderes Ende mit der Minusleitung 36 verbunden ist. Die Emitterelektrode
E2 des Transistors T2 liegt über einen Emitterwiderstand 45 von 30 Ohm an einem
der beiden nicht näher bezeichneten Kontakte eines von Hand betätigbaren Druckknopfschalters
46, dessen anderer Kontakt mit der Hilfsleitung 21 verbunden ist. Zum Anlassen der
Brennkraftmaschine wird der in seiner Ruhestellung geöffnete Handschalter 46 eingelegt
und verbindet dann die Emitterelektrode des Transistors T2 mit dem Pluspol der Batterie
17, sofern der Zündschalter 20 geschlossen ist. Dadurch kann die Magnetisierungswicklung
32 über den Transistor T2 mit einem zum Schließen der Arbeitskontakte 41 und 42
des Hilfsrelais 40 erforderlichen Strom versorgt werden, so daß auch das Anlasserschütz
12 in seine Einzugsstellung gebracht und der Anlasser 11 über die Schützkontakte
15 und 14 den zum Anwerfen der Brennkraftmaschine erforderlichen Strom erhält. Dies
ist jedoch nur möglich, wenn der zwischen der Basis B2 des Transistors
T 2 und der Hilfsleitung 21 angeordnete Elektrolytkondensator 47 von etwa
200 [,F eine Ladespannung aufweist, die größer ist als der am Emitterwiderstand45
beim Einlegen des Druckknopfes 46 entstehende Spannungsabfall. Der Kondensator 47
wirkt nämlich als integrierendes Zeitglied für die an der Sekundärwicklung 23 der
Zündspule abgenommenen und durch den Transistor T 1 verstärkten Impulse. Je schneller
die Brennkraftmaschine läuft, um so rascher folgen die Impulse aufeinander und setzen
die Spannung am Kondensator 47 herunter, bis diese schließlich nicht mehr ausreicht,
den Transistor T2 in stromleitendem Zustand zu halten. Das Hilfsrelais fällt dann
ab und schaltet den Anlasser über das ebenfalls öffnende Anlasserschütz aus.
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Der Transistor T 1 liegt mit seiner Basis B 1 über einen
Kondensator 50 von 1 l,F und einem mit diesem in Reihe geschalteten Dämpfungswiderstand
51 von 25 K-Ohm am Verbindungspunkt der Primärwicklung 23 und der Hochspannungswicklung
27 der Zündspule. Bei jedem Schließen der Unterbrecherkontakte 34 und 35 erhält
dieser Verbindungspunkt das Potential der Minusklemme der Batterie 17, so daß der
in diesem Augenblick praktisch ungeladene Kondensator 50 sich über die Plusleitung
18, den Zündschalter 20 sowie einen in der Emitterzuleitung des Transistors
T 1 liegenden Gleichrichter 53 und die Emitter-Basis-Strecke aufladen kann. Dieser
vom Emitter E 1 zur Basis B 1 des Transistors T 1 fließende Strom hat zur Folge,
daß der Transistor T1 leitend wird. Sein von der Kollektorelektrode K 1 über einen
Arbeitswiderstand 54 fließende Kollektorstrom J1 erzeugt dann am Widerstand 54 einen
Spannungsabfall, während gleichzeitig sich ein Teil der Ladung des Kondensators
47 über den stromleitenden Transistor T 1 ausgleicht. Die dadurch entstehende Spannungsabsenkung
am Kondensator 47 wird um so größer, je schneller die an der Primärwicklung 23 der
Zündspule abgenommenen Impulse aufeinanderfolgen. Wenn die an der Basis B2 des Transistors
T2 wirksam werdende Spannung des Kondensators 47 schließlich so klein geworden ist,
daß der vom Emitter E2 zur Basis B2 fließende Steuerstrom des Transistors T2 nicht
mehr ausreicht, die Magnetisierungswicklung 43 mit einem ausreichenden Strom zu
versorgen, fällt das Hilfsrelais 40 ab und schaltet über das Anlasserschütz 12 den
Anlasser,11 aus.
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Der besondere Vorteil der beschriebenen Anlage besteht darin, daß
die Dauer der die Entladung des Kondensators 47 bewirkenden, vom Transistor T 1
erzeugten Impulse durch die Größe des Widerstandes 51 und die Größe des Kondensators
50 bestimmt und daher von der Drehzahl der Brennkraftmaschine unabhängig ist, während
die Pausen zwischen den einzelnen Impulsen mit steigender Drehzahl kürzer werden
und demzufolge der Kondensator 47 über den Widerstand 54 nicht mehr so stark nachgeladen
werden kann, daß die während der Impulse 71 entzogene Ladung voll ersetzt wird.
Der von der Verbindungsleitung zwischen den Kondensator 50 und der Basis B 1 des
Transistors T 1 zur Hilfsleitung 21 führende und in dieser Richtung stromdurchlässige
Gleichrichter 55 stellt bei dem beschriebenen Vorgang sicher, daß sich der Kondensator
50 während der Öffnungszeit des Unterbrechers 24, 34, 35 auch bei hohen Drehzahlen
der Brennkraftmaschine annähernd vollständig entladen kann und die beim Öffnen des
Unterbrechers entstehenden Spannungssprünge unterdrückt werden.
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Da der Batterie 17 während des Anlaßvorgangs ein sehr starker Strom
entnommen wird, kann es insbesondere in der kalten Jahreszeit vorkommen, daß die
Batteriespannung kurzzeitig bis auf die Hälfte ihres Nennwertes abfällt. Da in diesem
Fall die Gefahr besteht,
daß die Batteriespannung dann nicht mehr
ausreicht, um das Hilfsrelais 40 in seiner Einzugsstellung zu halten, ist auf dem
Hilfsrelais eine Stromspule 44 vorgesehen, die mit der Magnetisierungsspule 43 auf
den gleichen, nicht dargestellten Eisenkern gewickelt und so in den über die Kontakte
41 und 42 geführten Stromkreis des Anlasserschützes 12 eingeschaltet ist, daß der
in ihr fließende Steuerstrom des Schaltschützes den über die Wicklung 43 gehenden
Kollektorstrom des Transistors T2 unterstützt und das Relais 40 trotz erheblicher
Spannungsabsenkung der Batterie in seiner Einzugsstellung hält.
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Die in der Emitterzuleitung liegende, vorzugsweise aus Silizium bestehende
Kristalldiode 53 soll bei stillstehender Brennkraftmaschine verhindern, daß der
Transistor T 1 einen hohen Ruhestrom führt, weil sonst der als integrierendes Zeitglied
wirkende Kondensator 47 nicht auf seiner vollen Ladung gehalten würde und dann der
zweite Transistor T2 beim Starten des Hilfsrelais 40 nicht mehr schließen könnte.
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Die Kristalldiode 53 kann entfallen, wenn der Transistor T1 aus Silizium
besteht.
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Bei der beschriebenen Anlage erreicht man dadurch, daß der Handschalter
46 hinter dem gemeinsamen Anschlußpunkt der Spule 44 und der positiven Belegung
des Kondensators 47 in die Zuführungsleitung zur Emitterelektrode E2 des Transistors
T2 eingeschaltet ist, eine wesentliche Verkürzung der Ansprechzeit des Hilfsrelais
40, weil beim Betätigen des Druckknopfschalters 46 der Kondensator 47 bereits aufgeladen
ist, sofern sich der Zündschalter 20 in seiner Schließstellung befindet. Wenn man
in Abänderung der dargestellten Schaltung die positive Belegung des Kondensator
47 zusammen mit einem Wicklungsende der Spule 44 an den gleichen Kontakt des Druckknopfschalters
46 legt, an den der Emitterwiderstand 45 des Transistors T2 angeschlosesn ist, kann
man zusätzlich eine Einschaltverzögerung erzielen, weil dann der Kondensator 47
beim Einlegen des Druckknopfschalters 46 ungeladen ist und sich erst auf eine ausreichende
Spannung über den Widerstand 54 aufladen muß, bis der Transistor T2 stromleitend
werden und das Anlasserschütz 12 in die Einzugsstellung bringen kann: Eine solche
Schaltung ist besonders dann vorteilhaft, wenn man eine automatische, mit dem Schließen
des Zündschalters 20 in Tätigkeit tretende Anlaßvorrichtung schaffen will, durch
welche die Brennkraftmaschine 10 erneut gestartet wird, wenn diese z. B.
wegen zu großer Belastung und gleichzeitiger unzureichender Brennstoffzufuhr stehengeblieben
ist.
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Derartige Anlagen können besonders dort Bedeutung haben, wo mit der
Brennkraftmaschine ein Starkstromgenerator verbunden ist. In diesem Falle kann der
Zündschalter 20 als Ruhekontaktschalter eines elektromagnetischen Spannungsrelais
ausgebildet sein, das an zwei Phasenleitungen eines Starkstromnetzes liegt und so
lange offen gehalten wird, wie zwischen den Starkstromleitungen die erforderliche-
Spannung vorhanden ist. Wenn dann beispielsweise durch eine Betriebsstörung im Starkstromnetz
die Spannung absinkt oder zusammenbricht, wird der Schalter geschlossen und die
Brennkraftmaschine angeworfen. Diese kann dann den Starkstromgenerator antreiben
und diesen zur Erzeugung des Notstromes veranlassen. Gleichzeitig mit dem Schließen
des Zündschalters 20 können Starkstromschalter betätigt werden, mit deren Hilfe
die seither am Netz betriebenen Verbraucher auf den Generator umgeschaltet werden.
Beim zweiten Ausführungsbeispiel erfolgt die Steuereng der mit zwei Transistoren
T3 und T4 ausgerüsteten Sperrvorrichtung durch eine dritte Wicklung 56, die sich
zusammen mit einer Primärwicklung 57 und einer Hochspannungswicklung 58 auf dem
gemeinsamen, mit 59 angedeuteten Kern einer Zündspule befindet. Die Primärwicklung
57 liegt in Reihe mit einem Zündunterbrecher, dessen beweglicher Schaltarm 60 mit
der Minusklemme einer Starterbatterie 61 verbunden ist und von einem Unterbrechernocken
64 gesteuert wird, der mit einem Verteiler 65 mit umlaufender Verteilerelektrode
66 auf einer gemeinsamen Antriebswelle 63 sitzt. Bei jedem Öffnen und Schließen
des Zündunterbrechers entsteht in der dritten Wicklung 56 der Zündspule ein Spannungsstoß,
der von der Drehzahl der Brennkraftmaschine praktisch unabhängig ist und von dem
Transistor T3 verstärkt wird, wenn er die in Fig. 2 mit einem Pfeil angedeutete
Richtung hat. Die verstärkten Impulse werden in dem als Zeitglied dienenden Kondensator
67 dadurch integriert, daß dem bei stillstehender Brennkraftmaschine und eingelegtem
Zündschalter 68 auf die volle Batteriespannung aufgeladenen Kondensator bei jedem
der in der angegebenen Pfeilrichtung induzierten Spannungsstöße über den Transistor
T3 kurzzeitig ein Teil seiner Ladung entzogen wird. Wenn zum Einschalten des Anlassers
der Druckknopf 70 eingelegt und dadurch die Emitterelektrode des Transistors T4
über ihren Emitterwiderstand 71 an die positive Klemme der Starterbatterie angeschlossen
wird, fließt zunächst infolge der am Kondensator 67 von 200 #tF liegenden Spannung
ein hoher Kollektorstrom über die Wicklung 73 des Hilfsrelais, dessen aus einem
Schaltarm 75 und einem feststehenden Kontakt 76 bestehendes Arbeitskontaktpaar im
Betriebsstromkreis eines in Fig.2 nicht dargestellten Anlasserschützes liegt. Der
zu diesem Schütz fließende Schaltstrom T ist in Fig. 2 mit einem Pfeil angedeutet.
Er geht über eine Haltespule 80, die zusammen mit der Wicklung 73 auf einem gemeinsamen
Kern sitzt. Diese Hilfsspule verhindert, daß das Hilfsrelais bei zu niedriger Batteriespannung
flattert, und bewirkt, daß es während des Anlassens so lange fest in seiner Einzugsstellung
gehalten wird, bis die Brennkraftmaschine anspringt. Es schaltet erst aus, wenn
die Brennkraftmaschine mit so hoher Drehzahl läuft, daß die in der Wicklung 56 der
Zündspule entstehenden Steuerimpulse sehr rasch aufeinanderfolgen und dadurch den
Kondensator 67 auf eine wesentlich niedrigere Spannung bringen. Wenn nämlich die
vom Transistor T3 verursachten Entladestromstöße rasch genug aufeinander folgen,
kann der Kondensator in den zwischen den Impulsen liegenden Pausen nicht ausreichend
nachgeladen werden, so daß seine Spannung sinkt und der Transistor T4 das Hilfsrelais
nicht mehr in seiner Einzugsstellung zu halten vermag. Dieses fällt dann ab und
schaltet dabei das Anlasserschütz und den Anlasser aus.
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Da die Stärke der Entladung des Kondensators 67 von der Größe des
Kollektorwiderstandes 82 abhängt, empfiehlt es sich, diesen veränderlich zu machen
und auf einen mittleren Wert von etwa 5 K-Ohm einzustellen. Man kann dann diejenige
Drehzahl, bei der die Anlaßsperrvorrichtung den Anlasser ausschaltet, mit Hilfe
des Widerstands 82 einstellen.
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Selbstverständlich kann man in der bereits beim ersten Ausführungsbeispiel
angedeuteten Weise Vorrichtungen anbringen, durch welche der Schalter 70 selbsttätig
in seiner Einschaltstellung gehalten wird, solange der Zündschalter 68 geschlossen
ist, oder auf den Druckknopfschalter 70 -ganz verzichten und die
dargestellte
Schaltvorrichtung dazu benutzen, den Anlasser selbsttätig wieder einzuschalten,
wenn die Brennkraftmaschine stehengeblieben ist. Wenn die Brennkraftmaschine bei
geöffnetem Zündschalter längere Zeit stillgestanden hat und durch Einlegen des Zündschalters
68 gestartet wird, wirkt sich der Kondensator 67 so aus, daß nach dem Einlegen des
Zündschalters 68 erst etwa 1 Sekunde vergehen muß, bis der Kondensator 67 so weit
aufgeladen ist, daß das Anlasserschütz über das Hilfsrelais 74 und den vorher gesperrten
Transistor T4 in seine Einschaltstellung gelangt. Wenn jedoch die Brennkraftmaschine
bei geschlossenem Zündschalter aus dem Lauf heraus stehenbleibt, vergeht nur etwa
die Hälfte dieser Verzögerungszeit zwischen demjenigen Zeitpunkt, an dem die Brennkraftmaschine
ihren Stillstand erreicht hat, und demjenigen Zeitpunkt, bei dem der Anlasser selbsttätig
wieder eingeschaltet wird.