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Zündeinrichtung für Brennkraftmaschinen Bekanntlich zeigt das übliche
Zündsystem für Brennkraftmaschinen, bei welchem durch Öffnen eines Unterbrechers
die von einer Induktionsspule gelieferte elektrische Energie plötzlich freigegeben
wird, hauptsächlich den Mangel, daß die zur Erzeugung des Funkens notwendige Spitzenleistung
während einer verhältnismäßig langen Zeitspanne abgegeben wird. Es beruht dies darauf,
daß die Unterbrechung eines Stromes durch Öffnen eines Unterbrechers einen Vorgang
mit beträchtlicher Zeitkonstante darstellt. Außerdem entsteht beim Öffnen des Unterbrechers,
welcher die beträchtliche Leistung zur Erzeugung des die Gasverbrennung einleitenden
Zündfunkens (etwa 50 Watt) zu schalten hat, ein unerwünschter Funke, welcher den
Unterbrecher schnell abnutzt.
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Es ist bereits bekannt, sich zur Erzeugung des Zündfunkens der plötzlichen
Entladung eines Kondensators zu bedienen. Hierbei erfolgt die Steuerung der plötzlichen
Entladung durch eine Thyratronröhre synchron mit der Drehung der Brennkraftmaschine.
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Von Einrichtungen dieser Art unterscheidet sich diejenige nach der
Erfindung dadurch, daß, nachdem der Kondensator von einer Gleichspannungsquelle
aufgeladen ist, ein parallel zum Kondensator liegender, langsam schwingender Entladungskreis,
dessen Einschaltfolge synchron mit dem Umlauf der Brennkraftmaschine erfolgt, eine
Umkehr der Ladung des Kondensators bewirkt und daß die Entladung des Kondensators
über eine Wicklung mit einem derart dimensionierten und polarisierten Kern erfolgt,
daß der Kern nahe dem Zeitpunkt gesättigt ist, in welchem die Ladung des Kondensators
im Verlauf der schwingenden Entladung ihren Höchstwert erreicht.
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Bei bekannten Einrichtungen kommen zwar auch Induktivitäten mit Kern
zur Verwendung. In keinem Falle wird jedoch die Sättigung des Kernes dazu ausgenutzt,
um die Entladung durch die beträchtliche Verminderung der Impedanz des Entladungskreises
zu steuern, welche bei der Kernsättigung eintritt.
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Beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungskegenstandes zeigt
die Zeichnung, und zwar ist Fig. 1 ein Schaltschema einer Zündeinrichtung gemäß
der Erfindung; Fig. 2 sind Kurvenbilder, welche die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen
Einrichtung erläutern, und Fig. 3 und 4 Darstellungen eines Ferritrohres und eines
Polarisationsmagneten, die bei einer abgeänderten Ausführungsform Verwendung finden.
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Gemäß Fig. 1 ist ein Transistor beispielsweise der Type pnp mit seinem
Emitter 1 direkt an die Masse angeschlossen, während sein Kollektor 2 mit einer
Induktionsspule 4 verbunden ist, die mit einem seinerseits mit der Masse
in Verbindung stehenden Kondensator 5 in Reihe liegt.
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Die Basis 3 des Transistors ist mit einer Impulsquelle 6 verbunden,
welche beispielsweise aus einem kleinen Magnetinduktur besteht, welcher von einer
Welle angetrieben wird, die üblicherweise gegenüber der Motorwelle des Fahrzeuges
mit halber Drehzahl umläuft. Die Impulsquelle 6 kann aber auch aus einer fotoelektrischen
Zelle, zweckmäßig aus einer Halbleiterzelle, bestehen, welche einer sie beaufschlagenden
Lichtquelle zugeordnet ist, die sich synchron mit der genannten Welle bewegt. Schließlich
kommt als Impulsquelle eine Gleichspannungsquelle in Frage, die mit einem Unterbrecher
in Verbindung steht, welcher bei jeder Wellenumdrehung den Kontakt zwischen dieser
Quelle und der Basis 3 während einer sehr kurzen Zeit bewirkt. Diese verschiedenen
Vorrichtungen, welche dazu bestimmt sind, bei jeder Umdrehung der genannten Welle
der Basis 3 einen Spannungsimpuls beispielsweise mit einer Amplitude in der Größenordnung
von 1 Volt und der Stromstärke von einigen Milliampere zuzuführen, werden im einzelnen
nicht beschrieben, da ihre praktische Ausführung dem Fachmann keine Schwierigkeiten
bietet. Es sei nur bemerkt, daß die Energie der zum Betrieb der Anordnung nach Fig.
1 erforderlichen Impulse sehr gering und daß die Erzeugung dieser Energie selbst
in sehr kurzer Zeit infolgedessen einfach ist. Dieser Teil der erfindungsgemäßen
Einrichtung
läßt also keine Begrenzung der möglichen Zündgeschwindigkeit
befürchten. Eine Induktanz 7; deren Aufgabe später erläutert werden wird, verbindet
die Basis 3 des Transistors mit der Masse, -Parallel zu dem Kondensator 5 liegt
die Primärwicklung 8 eines Transformators mit einem Ferritringkern 9. In Reihe mit
der Primärwicklung 8 ist die Primärwicklung 10 des üblichen Aufwärtstransformators
11 der Zündeinrichtung geschaltet, dessen Sekundärwicklung 12 an den die
Zündkerzen speisenden Verteiler angeschlossen ist.
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Die Primärwicklung 10 steht mit dem negativen Pol der Fahrzeugbatterie
13 in Verbindung, deren positiver Pol bei dem-beschriebenen Ausführungsbeispiel
an Masse liegt.
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Die auf dem Torus 9 befindliche Sekundärwicklung 14 ist einerseits
über eine Induktanz 15 an den positiven Pol einer Batterie 16 und andererseits über
einen Zwischenwiderstand 17 an den negativen Pol dieser Batterie angeschlossen.
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DieEinrichtung arbeitet folgendermaßen: Zwischen zwei aufeinanderfolgenden,
von der Impulsquelle 6 der Basis 3 des Transistors zugeführten Impulsen liegt, wie
nachfolgend erläutert werden wird, ein Zeitintervall, währenddessen der Transistor
1, 2, 3 gesperrt ist und praktisch wie eine Unterbrechung des Stromkreises
wirkt. Die Fahrzeugbatterie 13 lädt dann den Kondensator 5 beispielsweise auf -12
Volt auf. Es sei nun in der nachfolgenden Erläuterung von einem Zeitpunkt ausgegangen,
in welchem der Kondensator 5 so auf -12 Volt aufgeladen ist [Kurve (a) der Fig.
2, welche die Spannung v, an den Klemmen des Kondensators 5 als Funktion der Zeit
angibt]. Die Impulsquelle 6 gibt an die Basis 3 des Transistors einen negativen
Spannungsimpuls ab [Kurve (b) der Fig. 2, welche die Spannung v, der Impulsquelle
in Abhängigkeit von der Zeit darstellt]. Die Basis des Transistors wird dann gegenüber
seinem Emitter negativ, und sein Kollektor unterliegt einer negativen Spannung von
größerem Absolutwert als demjenigen des Potentials der Basis. Der Transistor wird
infolgedessen, entsperrt, und es fließt in dem Kondensator 5 und der Spule 4 ein
Srtom i, [Kurve (c) der Fig. 2]. Sinn und Abmessungen der Wicklungen 4 und
7 sind derart, daß der Strom i, an den Klemmen der Wicklung 7 eine negative
Spannung von gleicher Größenordnung wie der Auslösungsimpuls induziert, dergestalt,
daß die Basisspannung der Kurve vb (t) der Fig. 2 (d) entspricht. Da der
Transistor somit leitend geworden ist, wird seine innere Impedanz sehr gering, und
der Kondensator 5 entlädt sich über die Wicklung 4. Diese oszillierende Entladung
des Kondensator 5 hat die in Fig. 2 bei (a) gezeigte Form, und im Zeitpunkt to kehrt
sich die Spannung an den Klemmen des Kondensators um. In diesem Augenblick lädt
sich der Kondensator 5 positiv auf, der Strom i, nimmt ab, und die negative Polarisation
der Basis wird infolgedessen immer geringer, bis sie im Zeitpunkt t1 ihr Vorzeichen
ändert. Im Zeitpunkt t1 ist der Transistor also gesperrt.
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Betrachtet man die Potentialdifferenz vF zwischen den Klemmen der
Wicklung 8, so erhält man die Kurve (e) der Fig. 2, die gegenüber der Kurve (a)
um 12 Volt verschoben ist. (Der Spannungsabfall in der Wicklung 10 kann vernachlässigt
werden.) Wie man sieht, steigt die Spannung an den Klemmen der Wicklung 8 vom Zeitpunkt
0 bis zum Zeitpunkt t1 ständig an. Der in dieser Wicklung fließende sehr schwache
Strom wächst ebenfalls und nimmt sogar noch etwas über den Zeitpunkt t1 hinaus zu.
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Gemäß der Erfindung werden die Wicklungen so bemessen und der Ferritkern
9 derart polarisiert, daß er seine Sättigung 'erst am Zeitpunkt t1 oder einige Mikrosekunden
danach erreicht. Die Impedanz der Wicklung 8 fällt dann plötzlich auf einen
geringen Wert ab, und da die Impedanz der Wicklung 10 selbst sehr gering ist, so
entlädt sich der Kondensator 5 plötzlich über die Wicklungen 8 und 10. Dadurch wird
in der Wicklung 12 die zur Erzeugung des Zündfunkens erforderliche Energie von etwa
50 Watt erzeugt. Die Zeitspanne tö t1 ist durch die Zeitkonstante des Stromkreises
(4, 5) bestimmt. Beispielsweise wählt man einen Kondensator von 1/2F und eine Selbstinduktion
von etwa 100 [.H, woraus sich eine Zeitspanne to t1 von etwa 50 Mikrosekunden
ergibt. Diese Zeitspanne genügt, um in dem Stromkreis eine ausreichende Energie
anzusammeln, welche eine sehr plötzliche Entladung von einer Dauer von beispielsweise
etwa einer Mikrosekunde hervorruft. Es reicht also aus, einen Transistor zu verwenden,
der dem Stromkreis eine Leistung von etwa 1 Watt zuführen kann.
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Die Einrichtung gemäß der Erfindung ermöglicht gegenüber bekannten
Einrichtungen eine beträchtliche Verminderung der Zeitdauer der Funkenbildung, woraus
sich eine Verminderung des Energieverbrauchs und der erforderlichen Speicherzeit
der Energie des Funkens ergibt. Durch die Verminderung der Speicherzeit der Funkenenergie
sind weit schnellere Zündfolgen möglich als bei den bekannten Zündeinrichtungen.
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Die Spannungsquelle 16 dient dazu, um in dem Kern 9 das Polarisationsfeld
zu erzeugen, welches notwendig ist, um bei fehlendem Strom in der Wicklung 8 einen
Betriebspunkt zu erhalten, derart, daß der Strom in der Wicklung 8, selbst wenn
er schwach ist, die Sättigung des Kernes in der Nähe des Zeitpunktes t1 bewirkt.
Der ohmsche Widerstand 17 dient zur Begrenzung des Stromes in der Wicklung 14, und
die Selbstinduktion 15 hat die Aufgabe, den Strom während der Ladung des Kondensators
5 genau konstant zu halten.
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Zur Einsparung der Spannungsquelle 16 und der von ihr gelieferten
elektrischen Leistung kann man den magnetischen Polarisationskreis der Fig. 1 durch
einen solchen nach den Fig. 3 und 4 ersetzen.
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Gemäß Fig. 3 findet ein Ferritrohr 18 Verwendung, welches eine Längswicklung
19 trägt, von welcher in der Zeichnung nur einige Windungen teilweise dargestellt
sind.
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Das Magnetfeld, welches aus dem Stromdurchgang durch die Windungen
19 entsteht, verläuft senkrecht zur Achse des Rohres 18.
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Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch das Rohr 18, welches an seinen beiden
Enden mit Polstücken 21 und 22 versehen ist, die durch einen Permanentmagneten 20
miteinander in Verbindung stehen. Dieser Magnet erzeugt in dem Rohr 18 ein zur Rohrachse
paralleles Polarisationsfeld. Bei einem derartigen System erhält man wie bei demjenigen
nach Fig. 1 eine Sättigung und ein plötzliches Abfallen der Selbstinduktion der
Wicklung 19, wenn ein Strom von einem bestimmten Wert durch diese Wicklung fließt.
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Bei dieser Anordnung kann man eine magnetische Sättigungswirkung mit
einem Permanentmagneten erzielen,
der in den magnetischen Hauptkreis,
welcher geschlossen bleibt, nicht in Reihe eingeschaltet ist.
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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt. Insbesondere können der Typ und die Schaltung des verwendeten Transistors
sowie die Form des Kernes Abänderungen erfahren, ohne daß damit der Rahmen der Erfindung
verlassen wird.