DE2242325A1

DE2242325A1 - Zuendanlage fuer brennkraftmaschinen mit einem magnetzuender

Info

Publication number: DE2242325A1
Application number: DE2242325A
Authority: DE
Inventors: Georg Haubner; Walter Hofer; Peter Schmaldienst
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1972-08-29
Filing date: 1972-08-29
Publication date: 1974-03-21
Also published as: JPS4964730A; ATA677273A; YU208773A; DE2242325C3; FR2198547A5; JPS5727310B2; JPS56101067A; SE384249B; BR7306619D0; JPS5621909B2; CA993036A; AU5966973A; DE2242325B2; IT993044B; YU35284B; US3878452A; BE804115A; GB1402688A; AT325900B; ES418239A1

Description

R. 1 O 52

25.8.1972 Ws/Kb

Anlage zur
Patentanmeldung

R0K5RT BOSCH QMBH₃ 7 Stuttgart 1 Zündanlage für Brennkraftmaschinen mit einem Magnetzünder

Die Erfindung betrifft eine Zündanlage für Brennkraftmaschinen mit einem Zündanker, der zur Erzeugung der Zündenergie mit einem von der Brennkraftmaschine angetriebenen, umlaufenden Magnetsystem zusammenwirkt und an dessen Wicklung ein Stromkreis 'angeschlossen ist, in dem die Schaltstrecke eines Zündtransistors liegt und der zugleich den Primärstromkreis einer Zündspule bildet, deren Sekundärwicklung über ein Zündkabel mit mindestens einer Zündkerze verbunden ist und wobei der Zündtransistor mit seiner Basis an einen Steuerstromkreis angeschlossen ist, der im Zündzeitpunkt durch ein Steuersignal einer Steuereinrichtung den Zündtransistor vom stromleitenden Zustand in den Sperrzustand umsteuert.

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Bei sogenannten Spulenzündanlagen wird im Zündzeitpunkt der zuvor geschlossene Primärstromkreis der Zündanlage durch den Zündtransistor geöffnet. Dabei bricht das vom Primärstrom aufgebaute Magnetfeld der Zündspule zusammen und induziert in der Sekundärwicklung einen Hochspannungsimpuls, der an der Zündkerze einen Zündfunken Verursacht.

Zur Erzeugung weiterer Zündfunken muß der Primärstromkreis zunächst erneut geschlossen werden. Bei batteriegespeisten Zündanlagen kann die zur Umsteuerung des Zündtransistors dafür erforderliche Steuerspannung den Klemmen der Batterie entnommen werden. Bei sogenannten Magnetzündern ist jedoch die Klemmenspannung am ZUndanker bei kurzgeschlossenem Primärstromkreis zu gering, um den Zündtransistor vollständig in den stromleitenden Zustand zusAalten, was jedoch zum Aufbau eines starken Magnetfeldes in der Zündspule bzw. im Zündanker erforderlich ist.

Bei einer bekannten, transistorgesteuerten MagnetZündanlage ist der ZUndtransistor mit einem V/iderstand im Primärstromkreis in Reihe geschaltet. Beim Auftreten einer positiven Spannungshalbwelle des Zündankers wird der Zündtransistor durch den an diesem Widerstand auftretenden Spannungsabfall in den stromleitenden Zustand geschaltet bzw. bis zum Zündzeitpunkt im stromleitenden Zustand gehalten. Im Zündzeitpunkt wird dann die Basis-Emitterstrecke des Zündtransistors überbrückt und auf diese Weise der Zündtransistor gesperrt. Diese oder derartige Lösungen haben den Nachteil, daß der Widerstand den Primärstromkreis in unerwünschte*Weise belastet, indem er eine Strombegrenzung und somit nur einen begrenzten Aufbau des Magnetfeldes im Zündanker während der positiven Spannungshalbwelle bewirkt. Dadurch wird die bei der Unterbrechung des Primärstroinkreises durch den Zünätransistor ausgelöste Hochspannung in der Sekundärwicklung des Zündankers stark herabgesetzt.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine transistorgesteuerte MagnetZündanlage so aufzubauen, daß die Höhe des im Zündzeitpunkt zu unterbrechenden Primärstromes durch Steuerelemente des Zündtransistors im Primärstromkreis weitgehend unabhängig ist.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß mindestens eine Diode mit der Schaltstrecke des Zündtransistors in gleicher Durchlaßrichtung liegend in Reihe geschaltet am Kollektor des Zündtransistors angeschlossen ist und daß der mit dem Kollektor des Zündtransistors nicht, verbundene Anschluß der Diode über einen Widerstand mit der Basis des Zündtransistors verbunden ist.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist der Kollektor des Zündtransistors an zwei in Reihe liegende Dioden angeschlossen, der Emitter mit einem Ende der Zündankerwicklung verbunden, und die Basis einerseits mit der Steuereinrichtung und andererseits über den Widerstand mit dem Diodenanschluß verbunden, der am anderen Ende der Zündankerwicklung angeschlossen ist. Beim Auftreten einer positiven Halbwelle der in der Zündankerwicklung erzeugten Spannung wird bei dieser Zündanlage der Zündtransistor in stromleitenden Zustand gehalten, indem der konstante Spannungsabfall an den in Durchlaßrichtung liegenden Dioden als Steuerspannung verwendet wird. Die Stärke des Primärstromes wird bei dieser Lösung weder durch die Dioden noch durch den Zündtransistor begrenzt, da dieser durch die an den Dioden abfallenden Steuerspannung bis zum Zündzeitpunkt vollständig in dem stromleitenden Zustand gehalten wird.

Einzelheiten der Erfindung sind an mehreren in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das Schaltbild einer Zündanlage mit einem Magnetzünder,

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in dessen Primärstromkreis die Schaltstrecke des Zündtransistors ließt, der durch einen Impulsgeber im Zündzeitpunkt übur eine Steuereinrichtung gesperrt

wird.
Fig. 2 zeigt den zeitlichen Verlauf der Steuerspannungen und

Steuerströme zur Umschaltung; des Zündtransistors und Fig. 3 zeigt den Primärstromkreis eines Magnetzünders nach Fig. 1 mit einem Spannungsteiler zur Umschaltung des Zündtransistors im Zündzeitpunkt.

In Fig. 1 ist das Schaltbild einer Zündanlage für eine Einzylinder-Brennkraftmaschine dargestellt, die von einem Magnetzünder 10 versorgt wird. Der Magnetzünder 10 besteht aus einem umlaufenden Magnetsystem 11 aus mehreren in Umfangsrichtung angeordneten, abwechselnd gepolten Dauermagneten, die beispielsweise in einem Schwungrad der Brennkraftmaschine eingegossen sind und von dieser angetrieben werden. Sie wirken mit' einem am Gehäuse der Brennkraftmaschine angeordneten Zündanker 12 zusammen, dessen Zündankerwicklung 13 als Zündspule mit einer Primärwicklung 13a und einer Sekundärwicklung 13b ausgebildet ist. Die Sekundärwicklung 13b ist über ein Zündkabel 1^JJ mit einer Zündkerze 15 der Brennkraftmaschine verbunden. Die Primärwicklung 13a des Zündankers 12 versorgt einen Primärstromkreis, in dem die Kollektor-Emitterstrecke eines NPN-Zündtransistors 16 angeordnet ist. Der Kollektor des Zündtransistors 16 ist mit zwei in Reihe geschaltete Dioden 17 und l8 kathodenseitig verbunden und mit seinem Emitter mit dem einen, an Masse liegenden Ende der Primärwicklung 13a des Zündankers 12 verbunden. Die Basis des Zündtransistors l6 ist einerseits über einen Widerstand 19 mit der Anode der Diode 17 verbunden, die an das andere Ende der Primärwicklung 13a des Zündankers 12 angeschlossen ist. Die Basis des Zündtransistors 16 ist ferner an einen Steuerstromkreis angeschlossen, in dem eine Schalteinrichtung 20 und ein Kondensator 21 enthalten sind. Der Kondensator ist einerseits mit dem auf Masse liegenden Ende der Primärwicklung 13a verbunden und andererseits über eine Diode 22 mit dem anderen Ende der Primärwicklung 13 verbunden.

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Die Diode 22 ist im Hinblick auf die im Primärstromkreis
angeordneten Dioden 17 und 18 in,umgekehrter Durchlaßrichtung gepolt. Die Schalteinrichtung 20 ist zu ihrer Steuerung mit einem magnetischen Impulsgeber 23 verbunden und ihr mit
der Basis des Zündtransistors 16 verbundener Anschluß ist über eine weiteren Widerstand 2k mit Masse verbunden.

Die Wirkungsweise dieser Zündanlage wird anhand der
in Fig. 2 dargestellten Diagramme für den Verlauf der
Spannungen und Ströme am Zündtransistor 16 erläutert. Auf der Achse tot: ist der Primärstrom I als ausgezogene
Kennlinie und die Primärspannung U an der Primärwicklung 13a als gestrichelte Kennlinie dargestellt. Auf der
Achse utp ist der Basisstrom I des Zündtransistors l6
als ausgezogene Kennlinie und die Kondensatorspannung U

am Kondensator 21 als gestrichelte Kennlinie dargestellt.

Wird beim Anlaßvorgang der Brennkraftmaschine das Magnetsystem 11 in Pfeilrichtung gedreht, so erzeugen clie Dauer-.magnete in der Primärwicklung 13a des Zündankers 12 eine
Spannung mit aufeinanderfolgenden positiven und negativen Halbwellen. Beim Auftreten einer ersten positiven Halbwelle der Primärspannung U wird beim Erreichen der Schwellspannung an den Dioden 17 und l8 im Primärstromkreis diese über den Widerstand 19 an die Basis des Zündtransistors 16 gelegt. Da dieser mit seinem Emitter auf Masse liegt, fließt aufgrund dieser Spannung ein Basisstrom I. , der den Zündtransistor 16 in den stromleitenden Zustand schaltet. Nunmehr ist der Primärstromkreis über die Dioden 17 und 18 und über die
Schaltstrecke des Zündtransistors l6 kurzgeschlossen und
es fließt ein Primärstrom I , der an den Dioden 17 und Id sowie an der Schaltstrecke des Zündtransistors 16 lediglich den Spannungsabfall erzeugt, der zur Aufrechthaltung des
leitenden Zustandes des Zündtransistors l6 erforderlich ist. Die Primärspannung U der Primärwicklung 13a bricht dabei

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stark zusammen. Beim Auftreten der folgenden negativen Halbv/elle der Primärspannung U liegen die Dioden 17 und l8 sowie die Schaltstrecke des ZUndtransistors 16 in Sperrichtung. Da jedoch die Diode 22 für diese Spannungshalbwelle in Durchlaßrichtung liegt, wird der Kondensator 21 auf eine negative Spannung U aufgeladen. Die Schaltern-

richtung 20, die beispielsweise als bistabile"Kippstufe ausgebildet sein kann, ist zu diesem Zeitpunkt gesperrt, so daß die Ladung des Kondensators 21 nicht über die Schalteinrichtung 20 und den Widerstand 2 4 abfließen kann. Beim Auftreten der folgenden positiven Halbv/elle der Primärspannung U v/ird nun der Zündtransistor Iu erneut stromleitend. Der Primärstromkreis ist wieder kurzgeschlossen und durcn einen starken Primärstrom I wird im Zündanker 12 ein

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starkes Magnetfeld aufgebaut. Zum Zündzeitpunkt Zzp erzeugt nun der magnetische Impulsgeber 23 einen Steuerimpuls, der die Schalteinrichtung 20 umschaltet, so daß nun die Kondensatorspannung U des Kondensators 21 über die Schalteinrichtung 20 auf die Basis des Zündtransistors 16 gelangt. Dadurch wird die Basis gegenüber dem Emitter des Zündtransistors 16 negativ und der Zündtransistor sperrt den Primärstrom I Unverzüglich. Durch die Unterbrechung des Primärstromes bricht das Magnetfeld im Zündanker 12 schlagartig zusammen und induziert dabei in der Sekundärv/icklung 13b einen Hochspannungsimpuls, der an der Zündkerze 15 einen Zündfunken zur Folge hat. 3eim Zusammenbruch des Magnetfeldes im Zündanker 12 wird auch in der Primärwicklung 13a eine Spannungsspitze induziert, die jedoch bei einem hochohmigen Widerstand 19 an der Basis des Zündtransistors 16 unwirksam ist. Nachdem die elektrische Ladung des Kondensators 21 über die Schalteinrichtung 20 und den Widerstand 24 abgeflossen ist, wird durch einen erneuten Steuerimpuls des magnetischen Impulsgebers 23 die Schalteinrichtung 20 gesperrt. Bei der folgenden negativen rialbwelle der Primärspannung U kann sich nun der Kondensator 21 erneut

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aufladen und der Zünd vor gang, wiederholt sich mit jeder vollen Umdrehung des Magnetsystems 11 in der oben beschriebenen Weise.

In Fig. 3 ist der Primärstronikreis eines in Pig. I gezeigten Magnetzünders dargestellt. Dabei sind gleiche Bauelemente mit den gleichen Bezugsziffern versehen. Zur Steuerung des Zündtransistors 16 in den stromleitenden Zustand sind wiederum zwei in Reihe liegende Dioden 17 und 18 in der Kollektorleitung des Zündtransistors Io angeordnet. Der Anodenanschluß der Diode 17 ist hier jedoch über den Widerstand 19 an die Basis eines Vortransistors 30 gelegt, der mit dem Zündtransistor 16 in einer Darlingtonschaltung gekoppelt ist. In einem weiteren an der Basis des Vortransistors 30 angeschlossenen Steuerstromkreis ist ein Steuertransistor 31 angeordnet , dessen Kollektor-Emitter-Strecke zur Basis-Emitter-Strecke des Zündtransistors 15 in der Darlington-Schaltung parallelge-Dchaltet ist. Die Basis des Steuertransistors 31 ist mit dem Abgriff 32a eines Spannungsteilers 32 verbunden, der zur nicht dargestellten Primärwicklung des Zündankers parallelgeschaltet ist. Der Spannungsteiler 32 besteht aus einem Widerstand 33, zwei dazu in Reihe liegende Dioden 3*1 und 35, einer Zenerdiode 36 sowie einem weiteren Widerstand 37. Der Abgriff 32a des Spannungsteilers liegt zwischen der Zenerdiode 36 und dem Widerstand 37. Die Zenerdiode 36 im oberen Teil des Spannungsteilers 32 ist derart gepolt, daß der Steuertransistor 31 beim Auftreten einer positiven Spannungshalbwelle im Primärstromkreis der Zündanlage erst dann das zu seiner Umschaltung in seinen stromleitenden Zustand erforderliche positive Potential erhält, wenn die Zenerspannung erreicht wird. Zur Begrenzung der negativen Spannungshalbwelle im Primärstromkreis der Zündanlage ist die Primärwicklung 13a des Zündankers von einer v/eiteren Diode 38 überbrückt, die mit einem Widerstand 39 in Reihe liegt. Die Diode 38 ist in Bezug auf die Dioden 17 und l8 im Primärstromkreis in um-

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gekehrter Durchlaßrichtung gepolt.

Die Wirkungsweise der Zündanlage ist derart,, daß beim Auftreten einer positiven Spannungshalbwelle des Magnetzünders 10 (Fig. 1) ein positives Potential über den Widerstand 19 auf die Basis des Vortransistors 30 gelangt und diesen sowie den Zündtransistor 16 über seinen auf Masse liegenden Emitter in den stromleitenden Zustand schaltet. Der Primärstromkreis wird dadurch kurzgeschlossen und es fließt ein Prin.ärstrom über die Dioden 17 und 18 und über die Schaltstrecke des Transistors 16. Der konstante Spannungsabfall an den Dioden 17 und 18 hält dabei den stromleitenden Zustand der Transistoren 30 und 16 aufrecht. Zum Zündzeitpunkt ist an der Zenerdiode 36 des Spannungsteilers 32 die Zenerspannung erreicht. Die Zenerdiode bricht durch, so daß ein positives Potential über den Abgriff 32a nunmehr auf die Basis des Steuer-■transistors 31 gelangt und diesen in den stromleitenden Zustand umschaltet. Dadurch wird nun die Basis des Vortransistors 30 auf Masse gelegt. Als Folge davon sperren die Transistoren 30 und 16. Damit wird der Primärstrom augenblicklich unterbrochen und dadurch der Zündvorgang an der Zündkerze ausgelöst. Die dabei der Primärwicklung des Zündankers induzierte positive Spannungsspitze ist am Zündtransistor l6 unwirksam, da sie den Steuertransistor 31 über die Zenerdiode 36 verstärkt in den stromleitenden Zustand steuert, wodurch die Basis des Vortransistors 30 auf Masse gelegt wird.

Gegen Ende der positiven Spannungshalbwelle im Primärstromkreis wird die Zenerspannung der Zenerdiode 36 erneut unterschritten und der Steuertransistor 31 gelangt wieder in den Sperrzustand. Damit wird die Basis des Vortransistors 13 erneut über den Widerstand I9 an das Anodenpotential der Diode 17 gelegt. Beim Auftreten einer nachfolgenden negativen Spannungshalbwelle

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des Magnotzünders wird diese über die Diode 38 und den Widerstand 39 soweit belastet, daß die Erzeugung zur Auslösung einer Fehlzündung ausreichenden Hochspannung in der Sekundärwicklung 13b des Zündankers 13 verhindert wird.

Die mit der Zenerdiode 36 in Reihe geschalteten Dioden 34 und 35 des Spannungsteilers 32 sollen einer Verschiebung des Zündzeitpunktes entgegenwirken, indem sie den Temperaturgang der Transistoren 30 und 16 und damit die Änderung der Primärspannung bei unterschiedlichen Temperaturen kompensieren. Diese Zündanlage ist für Magnetzünder mit nur einem umlaufenden Dauermagneten besonders geeignet, da mit jeder positiven Spannungshalbwelle im Primärstromkreis ein Zündvorgang ausgelöst wird.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. So kann beispielsweise der Zündanker des Magnetzünders ohne Hochspannungswicklung ausgelegt sein. In diesem Fall ist eine besondere Zündspule erforderlich, deren Primärwicklung im Stromkreis der Zündankerwicklung angeordnet ist. Ferner ist es möglich, an Stelle der Dioden 17 und 18 nur eine Diode zu verwenden, sofern deren Spannungabfall in Durchlaßrichtung zur Steuerung des Zündtransistors ausreicht. Der Zündtransistor kann ebenfalls als PNP-Leistungstransistor ausgeführt sein, wobei dann die übrigen elektrischen Bauteile entsprechend gepolt sein müssen»

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Claims

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Ansprüche

f 1J Zündanlage für Brennkraftmaschinen mit einem Zündanker, der zur Erzeugung der Zündenergie mit einem von der Brennkraftmaschine angetriebenen, · urnlaufenden Magnetsystem zusammenwirkt und an dessen Wicklung ein Stromkreis angeschlossen ist, in dem die Schaltstrecke eines Zündtransistors liegt und der zugleich den Primärstromkreis einer Zündspule bildet, deren Sekundärwicklung über ein Zündkabel mit mindestens einer Zündkerze verbunden ist und wobei der Zündtransistor mit seiner Basis an einem Steuerstromkreis angeschlossen ist, der im Zündzeitpunkt durch ein Steuersignal einer Steuereinrichtung den Zündtran·- aistor vom stromleitenden Zustand in den Sperrzustand umsteuert, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Diode (I?, l8) mit der Schaltstrecke des Zündtransistors (16) in gleicher Durchlaßrichtung liegend in Reihe geschaltet am Kollektor des Zündtransistors (16) angeschlossen ist und· daß der mit dem Kollektor des Zündtraneistors (16) nicht verbundene Anschluß der Diode (17) über einen Widerstand (19) mit der Basis des Zündtransistors (16) verbunden ist.
2. Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor des- Zündtransistors (16) an zwei in Reihe liegende Dioden (17, 18) ange-

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schlossen, der Emitter mit einem Ende der Zündankerwicklung (13) verbunden und die Basis einerseits mit der Steuereinrichtung (20) und andererseits über den Widerstand (19) mit dem Diodenanschluß verbunden ist, der am anderen Ep.de der Zündankerv/icklung (13) angeschlossen ist.
3. Zündanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des Zündtransistors (l6) an einen Steuerstromkreis mit einer Schalteinrichtung (20) angeschlossen ist, die im Zündzeitpunkt (Zzp) durch ein Steuersignal vom Sperrzustand in den leitenden Zustand umschaltbar ist.
4. Zündanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (20) an einen Kondensator (21) angeschlossen ist, der einerseits mit dem auf Masse liegenden Ende der Zundankerwicklung (13) und andererseits über eine Diode (22) mit dem anderen Ende der-Zündankerwicklung (I3) verbunden ist, wobei die Diode (22) in Bezug auf die Dioden (17, l8) im Primärstromkreis in umgekehrter Durchlaßrichtung gepolt ist.
5. Zündanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Widerstand (24) zur Basis-Emitter-Strecke des Zündtransistors (16) parallel geschaltet ist.

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6. Zündanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Kollektor des Zündtransistors (16) zwei in Reihe liegende Dioden (17, 18) angeschlossen sind, deren mit der ZUndankerwicklung (13) verbundener Anschluß über den Widerstand (19) mit der Basis eines Vortransistors (30) verbunden ist, der mit dem Zündtransistor (16) in einer Darlington-Schaltung gekoppelt ist.
7. Zündanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Steuerstromkreis des Zündtransistors (16) ein Steuertransistor (31) angeordnet ist, dessen Kollektor-Emitter-Strecke zur Basis-Emitter-Strecke des Zündtransistors (16) parallel geschaltet ist.
8. Zündanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des Steuertransistors (31) mit dem Abgriff (32a) eines parallel zur Zündankerwicklung (13) geschalteten Spannungsteilers (32) verbunden ist.
9. Zündanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Teil des Spannungsteilers (32) eine Zenerdiode (36) enthält, die derart gepolt ist, daß der Steuertransistor (31) beim Erreichen der Zenerspannung an seiner Basis ein positives Potential erhält.

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10. Zündanlage nach Anspruch 9> dadurch gekennzeichnet, daß die Zenerdiode (36) mit wenigstens einer weiteren Diode (34, 35)' in Reihe geschaltet ist.
11. Zündanlage nach einem, der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, <äaß die Zündankerwicklung (13) von einer weiteren, mit einem Widerstand (39) in Reihe liegenden Diode (38) überbrückt ist, die in Bezug auf die Dioden (17, 18) im Primärstromkreis ■in umgekehrter Durchlaßrichtung gepolt ist.

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